L'umanità è da tempo impegnata nella selezione di piante e animali adatti a soddisfare i bisogni della popolazione. Questa conoscenza è combinata nella scienza - selezione. La genetica, a sua volta, fornisce le basi per una selezione più attenta e l'allevamento di nuove varietà e razze che hanno qualità speciali. Nell'articolo considereremo la descrizione di queste due scienze e le caratteristiche della loro applicazione.
Cos'è la genetica?
La scienza dei geni è una disciplina che studia il processo di trasmissione delle informazioni ereditarie e la variabilità degli organismi attraverso le generazioni. La genetica è la base teorica della selezione, il cui concetto è descritto di seguito.
I compiti della scienza includono:
- Studio del meccanismo di memorizzazione e trasmissione delle informazioni dagli antenati ai discendenti.
- Lo studio dell'implementazione di tali informazioni nel processo di sviluppo individuale dell'organismo, tenendo conto dell'influenza dell'ambiente.
- Studiare le cause emeccanismi di variabilità degli organismi viventi.
- Determinazione del rapporto tra selezione, variabilità ed ereditarietà come fattori nello sviluppo del mondo organico.
La scienza è anche coinvolta nella risoluzione di problemi pratici, il che dimostra l'importanza della genetica per l'allevamento:
- Determinazione dell'efficienza della selezione e selezione dei tipi di ibridazione più appropriati.
- Controllo dello sviluppo dei fattori ereditari al fine di migliorare l'oggetto per ottenere qualità più significative.
- Ottenere forme modificate ereditariamente con mezzi artificiali.
- Sviluppo di misure volte a proteggere l'ambiente, ad esempio dall'influenza di mutageni, parassiti.
- Lotta contro le patologie ereditarie.
- Fare progressi su nuovi metodi di allevamento.
- Cerca altri metodi di ingegneria genetica.
Gli oggetti della scienza sono: batteri, virus, esseri umani, animali, piante e funghi.
Concetti di base usati nella scienza:
- L'ereditarietà è la proprietà di preservare e trasmettere informazioni genetiche ai discendenti, inerenti a tutti gli organismi viventi, che non possono essere portate via.
- Il gene è una parte di una molecola di DNA responsabile di una certa qualità di un organismo.
- La variabilità è la capacità di un organismo vivente di acquisire nuove qualità e perdere quelle vecchie nel processo di ontogenesi.
- Genotipo - un insieme di geni, la base ereditaria di un organismo.
- Fenotipo - un insieme di qualità che un organismo acquisisce nel processo di individuosviluppo.
Stadi di sviluppo della genetica
Lo sviluppo della genetica e della selezione ha attraversato diverse fasi. Considera i periodi di formazione della scienza dei geni:
- Fino al 20° secolo, la ricerca nel campo della genetica era astratta, non aveva basi pratiche, ma si basava su osservazioni. L'unico lavoro avanzato di quel tempo fu lo studio di G. Mendel, pubblicato negli Atti della Società dei Naturalisti. Ma il risultato non si diffuse e non fu rivendicato fino al 1900, quando i tre scienziati scoprirono la somiglianza dei loro esperimenti con la ricerca di Mendel. Fu quest'anno che iniziò ad essere considerato il momento della nascita della genetica.
- Intorno al 1900-1912 furono studiate le leggi dell'ereditarietà, rivelate durante esperimenti ibridi che venivano effettuati su piante e animali. Nel 1906, lo scienziato inglese W. Watson propose l'introduzione dei concetti di "gene" e "genetica". E dopo 3 anni, V. Johannsen, uno scienziato danese, propose di introdurre i concetti di "fenotipo" e "genotipo".
- Intorno al 1912-1925, lo scienziato americano T. Morgan ei suoi studenti svilupparono la teoria dell'ereditarietà cromosomica.
- Intorno al 1925-1940, furono ottenuti per la prima volta modelli di mutazione. I ricercatori russi G. A. Nadson e G. S. Filippov hanno scoperto l'influenza delle radiazioni gamma sull'aspetto dei geni mutanti. S. S. Chetverikov ha contribuito allo sviluppo della scienza mettendo in evidenza metodi genetici e matematici per lo studio della variabilità degli organismi.
- Dalla metà del 20° secolo ai giorni nostri, i cambiamenti genetici sono stati studiati a livello molecolare. Alla fineNel 20° secolo è stato creato un modello di DNA, è stata determinata l'essenza del gene e il codice genetico è stato decifrato. Nel 1969 fu sintetizzato per la prima volta un gene semplice, in seguito fu introdotto in una cellula e si studiò il cambiamento nella sua eredità.
Metodi di scienza genetica
La genetica, come base teorica dell'allevamento, utilizza determinati metodi nella sua ricerca.
Questi includono:
- Metodo di ibridazione. Si basa sull'incrocio di specie con una linea pura, che differiscono per una (massimo diverse) caratteristiche. L'obiettivo è ottenere generazioni ibride, che ci permettano di analizzare la natura dell'eredità dei tratti e aspettarci di ottenere una prole con le qualità necessarie.
- Metodo genealogico. Basato sull'analisi dell'albero genealogico, che consente di tracciare il trasferimento di informazioni genetiche attraverso le generazioni, l'adattabilità alle malattie e anche di caratterizzare il valore di un individuo.
- Metodo gemello. Basato sul confronto di individui monozigoti, utilizzato quando è necessario stabilire il grado di influenza dei fattori paratipici ignorando le differenze genetiche.
- Il metodo citogenetico si basa sull'analisi del nucleo e delle componenti intracellulari, confrontando i risultati con la norma per i seguenti parametri: il numero dei cromosomi, il numero delle loro braccia e le caratteristiche strutturali.
- Il metodo della biochimica si basa sullo studio delle funzioni e della struttura di alcune molecole. Ad esempio, viene utilizzato l'uso di vari enzimibiotecnologia e ingegneria genetica.
- Il metodo biofisico si basa sullo studio del polimorfismo delle proteine plasmatiche, come il latte o il sangue, che fornisce informazioni sulla diversità delle popolazioni.
- Il metodo del monosoma utilizza l'ibridazione delle cellule somatiche come base.
- Il metodo fenogenetico si basa sullo studio dell'influenza di fattori genetici e paratipici sullo sviluppo delle qualità di un organismo.
- Il metodo della statistica della popolazione si basa sull'applicazione dell'analisi matematica in biologia, che permette di analizzare le caratteristiche quantitative: calcolo dei valori medi, indicatori di variabilità, errori statistici, correlazione e altro. L'uso della legge di Hardy-Weinberg aiuta nell'analisi della struttura genetica della popolazione, del livello di distribuzione delle anomalie e anche per tracciare la variabilità della popolazione quando si applicano varie opzioni di selezione.
Cos'è la selezione?
L'allevamento è una scienza che studia i metodi per creare nuove varietà e ibridi di piante, nonché razze di animali. La base teorica dell'allevamento è la genetica.
Lo scopo della scienza è migliorare le qualità di un organismo o ottenere in esso le proprietà necessarie per una persona influenzandone l'ereditarietà. La selezione non può creare nuove specie di organismi. La selezione può essere considerata una delle forme di evoluzione in cui è presente la selezione artificiale. Grazie a lei, all'umanità viene fornito cibo.
I principali compiti della scienza:
- miglioramento qualitativo delle caratteristiche del corpo;
- aumento della produttività e della resa;
- aumento della resistenza degli organismi a malattie, parassiti, cambiamenti delle condizioni climatiche.
La particolarità è la complessità della scienza. È strettamente correlato all'anatomia, fisiologia, morfologia, tassonomia, ecologia, immunologia, biochimica, fitopatologia, produzione agricola, zootecnia e molte altre scienze. Sono significative le conoscenze di fecondazione, impollinazione, istologia, embriologia e biologia molecolare.
I risultati dell'allevamento moderno consentono di controllare l'ereditarietà e la variabilità degli organismi viventi. L'importanza della genetica per l'allevamento e la medicina si riflette nel controllo mirato della successione delle qualità e nelle possibilità di ottenere ibridi di piante e animali per soddisfare i bisogni umani.
Fasi di sviluppo della selezione
Fin dai tempi antichi, l'uomo alleva e seleziona piante e animali per scopi agricoli. Ma tale lavoro era basato sull'osservazione e sull'intuizione. Lo sviluppo dell'allevamento e della genetica è avvenuto quasi contemporaneamente. Considera le fasi di sviluppo della selezione:
- Durante lo sviluppo delle colture e dell'allevamento del bestiame, la selezione iniziò ad essere massiccia e la formazione del capitalismo portò a un lavoro selettivo a livello industriale.
- Alla fine del 19° secolo, lo scienziato tedesco F. Achard condusse uno studio e instillò nella barbabietola da zucchero la qualità dell'aumento dei raccolti. Gli allevatori inglesi P. Shiref e F. Gallet hanno studiato le varietà di grano. In Russia è stato creato il campo sperimentale di Poltava, dovestudi sulla composizione varietale del frumento.
- L'allevamento come scienza iniziò a svilupparsi dal 1903, quando fu organizzata una stazione di allevamento presso l'Istituto agricolo di Mosca.
- Entro la metà del 20° secolo furono fatte le seguenti scoperte: la legge della variabilità ereditaria, la teoria dei centri di origine delle piante a fini culturali, i principi ecologici e geografici di selezione, la conoscenza del materiale di partenza di piante e la loro immunità. L'Istituto All-Union di botanica applicata e nuove culture è stato creato sotto la guida di N. I. Vavilov.
- La ricerca dalla fine del 20° secolo ai giorni nostri è complessa, la selezione interagisce strettamente con altre scienze, in particolare con la genetica. Sono stati creati ibridi ad alto adattamento agroecologico. La ricerca attuale si sta concentrando su come ottenere che gli ibridi siano altamente produttivi e resistano a fattori di stress biotici e abiotici.
Metodi di selezione
La genetica considera i modelli di trasmissione delle informazioni ereditarie e i modi per controllare tale processo. L'allevamento utilizza le conoscenze acquisite dalla genetica e utilizza altri metodi per valutare gli organismi.
I principali sono:
- Metodo di selezione. La selezione utilizza la selezione naturale e artificiale (inconscia o metodica). Si può anche selezionare un organismo specifico (selezione individuale) o un gruppo di essi (selezione di massa). La definizione del tipo di selezione si basa sulle caratteristiche della riproduzione di animali e piante.
- L'ibridazione ti permette di ottenere nuovi genotipi. Nel metodo si distinguono l'ibridazione intraspecifica (l'incrocio avviene all'interno di una specie) e l'ibridazione interspecifica (incrocio di specie diverse). L'esecuzione di consanguineità consente di correggere le proprietà ereditarie riducendo la vitalità dell'organismo. Se l'outbreeding viene effettuato nella seconda o nelle generazioni successive, l'allevatore riceve ibridi ad alto rendimento e resistenti. È stato stabilito che con un incrocio a distanza, la prole è sterile. Qui il significato della genetica per la riproduzione si esprime nella possibilità di studiare i geni e influenzare la fertilità degli organismi.
- La poliploidia è il processo di aumento dei set cromosomici, che consente di raggiungere la fertilità negli ibridi sterili. È stato osservato che alcune piante coltivate dopo la poliploidia hanno una fertilità maggiore rispetto alle specie affini.
- La mutagenesi indotta è un processo di mutazione indotto artificialmente di un organismo dopo il suo trattamento con un mutageno. Dopo la fine della mutazione, l'allevatore riceve informazioni sull'influenza del fattore sull'organismo e sull'acquisizione di nuove qualità da parte sua.
- L'ingegneria cellulare è progettata per costruire un nuovo tipo di cellula attraverso la coltivazione, la ricostruzione e l'ibridazione.
- L'ingegneria genetica ti consente di isolare e studiare i geni, manipolarli per migliorare le qualità degli organismi e allevare nuove specie.
Piante
Nel processo di studio della crescita, dello sviluppo e della selezione delle proprietà utili delle piante, la genetica e la selezione sono strettamente interconnesse. Si occupa di genetica nel campo dell'analisi della vita vegetaleproblemi di studio delle caratteristiche del loro sviluppo e dei geni che assicurano la normale formazione e funzionamento del corpo.
La scienza studia le seguenti aree:
- Lo sviluppo di un organismo specifico.
- Controllo dei sistemi di segnalamento degli impianti.
- Espressione genica.
- Meccanismi di interazione tra cellule vegetali e tessuti.
L'allevamento, a sua volta, garantisce la creazione di nuove o il miglioramento delle qualità delle specie vegetali esistenti in base alle conoscenze acquisite attraverso la genetica. La scienza viene studiata e utilizzata con successo non solo da agricoltori e giardinieri, ma anche da allevatori nelle organizzazioni di ricerca.
L'uso della genetica nell'allevamento e nella produzione di semi consente di instillare nuove qualità nelle piante che possono essere utili in vari settori della vita umana, come la medicina o la cucina. Inoltre, la conoscenza delle caratteristiche genetiche permette di ottenere nuove varietà di colture che possono crescere in altre condizioni climatiche.
Grazie alla genetica, l'allevamento utilizza il metodo dell'incrocio e della selezione individuale. Lo sviluppo della scienza dei geni consente di applicare metodi come la poliploidia, l'eterosi, la mutagenesi sperimentale, l'ingegneria cromosomica e genetica nell'allevamento.
Mondo degli animali
La selezione e la genetica degli animali sono branche della scienza che studiano le caratteristiche dello sviluppo dei rappresentanti del mondo animale. Grazie alla genetica, una persona acquisisce conoscenze sull'eredità, le caratteristiche genetiche e la variabilitàorganismo. E la selezione ti permette di selezionare per l'uso solo quegli animali le cui qualità sono necessarie per gli esseri umani.
Da molto tempo le persone selezionano animali che, ad esempio, sono più adatti all'uso in agricoltura o nella caccia. Le caratteristiche economiche e l'aspetto esteriore sono di grande importanza per l'allevamento. Pertanto, gli animali da fattoria sono giudicati dall'aspetto e dalla qualità della loro prole.
L'uso della conoscenza della genetica nell'allevamento consente di controllare la progenie degli animali e le loro qualità necessarie:
- resistenza ai virus;
- aumento della produzione di latte;
- dimensione individuale e fisico;
- tolleranza climatica;
- fertilità;
- genere della prole;
- eliminazione dei disordini ereditari nei discendenti.
L'allevamento di animali si è diffuso non solo per soddisfare i bisogni primari dell'alimentazione umana. Oggi si possono osservare molte razze di animali domestici, allevate artificialmente, oltre a roditori e pesci, come i guppy. L'allevamento e la genetica in zootecnia utilizzano i seguenti metodi: ibridazione, inseminazione artificiale, mutagenesi sperimentale.
Allevatori e genetisti spesso affrontano il problema della mancata riproduzione delle specie tra la prima generazione di ibridi e una significativa diminuzione della fecondità della prole. Gli scienziati moderni risolvono attivamente tali domande. L'obiettivo principale del lavoro scientifico è studiare i modelli di compatibilità dei gameti, del feto e del corpo della madre a livello genetico.
Microrganismi
Conoscenza moderna dell'allevamento ela genetica consente di soddisfare il fabbisogno umano di prodotti alimentari di valore, ottenuti principalmente dall'allevamento. Ma l'attenzione degli scienziati è attratta anche da altri oggetti della natura: i microrganismi. La scienza crede da tempo che il DNA sia una caratteristica individuale e non possa essere trasferito a un altro organismo. Ma la ricerca ha dimostrato che il DNA batterico può essere introdotto con successo nei cromosomi delle piante. Attraverso questo processo, le qualità inerenti a un batterio o virus mettono radici in un altro organismo. Inoltre, l'influenza delle informazioni genetiche dei virus sulle cellule umane è nota da tempo.
Lo studio della genetica e la selezione dei microrganismi vengono effettuati in un tempo più breve rispetto alla produzione agricola e alla zootecnia. Ciò è dovuto alla rapida riproduzione e al cambiamento di generazioni di microrganismi. I moderni metodi di allevamento e genetica - l'uso di mutageni e l'ibridazione - hanno permesso di creare microrganismi con nuove proprietà:
- I mutanti dei microrganismi sono capaci di ipersintesi di aminoacidi e di una maggiore formazione di vitamine e provitamine;
- mutanti di batteri che fissano l'azoto possono accelerare significativamente la crescita delle piante;
- Sono stati allevati organismi di lievito: funghi unicellulari e molti altri.
Allevatori e genetisti usano questi mutageni:
- ultravioletti;
- radiazioni ionizzanti;
- etilenimina;
- nitrosometilurea;
- applicazione di nitrati;
- vernici acridina.
Per l'efficienza della mutazionevengono utilizzati trattamenti frequenti del microrganismo con piccole dosi del mutageno.
Medicina e biotecnologie
Comune nel significato di genetica per l'allevamento e medicina è che in entrambi i casi la scienza permette di studiare l'eredità degli organismi, manifestata nella loro immunità. Tale conoscenza è importante nella lotta contro gli agenti patogeni.
Lo studio della genetica nel campo della medicina permette di:
- prevenire la nascita di bambini con anomalie genetiche;
- prevenire e curare le patologie ereditarie;
- studiare l'influenza dell'ambiente sull'ereditarietà.
Per questo vengono utilizzati i seguenti metodi:
- genealogico - lo studio dell'albero genealogico;
- gemelli - coppia di gemelli abbinati;
- citogenetica - studio dei cromosomi;
- biochimico: consente di identificare i vicoli mutanti nel DNA;
- dermatoglifico - analisi del pattern cutaneo;
- modelli e altri.
La ricerca moderna ha identificato circa 2.000 malattie ereditarie. Per lo più disturbi mentali. Lo studio della genetica e la selezione dei microrganismi possono ridurre l'incidenza nella popolazione.
I progressi nella genetica e nella selezione nella biotecnologia consentono di utilizzare i sistemi biologici (procarioti, funghi e alghe) nella scienza, nella produzione industriale, nella medicina e nell'agricoltura. La conoscenza della genetica offre nuove opportunità per lo sviluppo di tali tecnologie: risparmio energetico e di risorse, senza sprechi, ad alta intensità di conoscenza, sicuro. Nella biotecnologiavengono utilizzati i seguenti metodi: selezione di cellule e cromosomi, ingegneria genetica.
Genetica e selezione sono scienze indissolubilmente legate. Il lavoro di allevamento dipende in gran parte dalla diversità genetica del numero iniziale di organismi. Sono queste scienze che forniscono conoscenze per lo sviluppo dell'agricoltura, della medicina, dell'industria e di altre aree della vita umana.
