Nhân loại từ lâu đã tham gia vào việc lựa chọn các loại cây trồng và vật nuôi phù hợp để đáp ứng nhu cầu của người dân. Những kiến thức này được tổng hợp thành khoa học - chọn lọc. Đến lượt mình, di truyền cung cấp cơ sở cho việc lựa chọn và lai tạo cẩn thận hơn các giống mới và giống có phẩm chất đặc biệt. Trong bài viết, chúng tôi sẽ xem xét mô tả của hai ngành khoa học này và các tính năng của ứng dụng của chúng.
Di truyền là gì?
Khoa học về gen là ngành học nghiên cứu quá trình truyền tải thông tin di truyền và sự biến đổi của các sinh vật qua các thế hệ. Di truyền là cơ sở lý thuyết của sự chọn lọc, khái niệm về nó được mô tả bên dưới.
Nhiệm vụ của khoa học bao gồm:
- Nghiên cứu cơ chế lưu trữ và truyền tải thông tin từ tổ tiên sang con cháu.
- Nghiên cứu việc thực hiện các thông tin đó trong quá trình phát triển cá thể của sinh vật, có tính đến ảnh hưởng của môi trường.
- Nghiên cứu nguyên nhân vàcơ chế biến đổi của các sinh vật sống.
- Xác định mối quan hệ giữa chọn lọc, biến dị và di truyền như các yếu tố trong sự phát triển của thế giới hữu cơ.
Khoa học cũng tham gia vào việc giải quyết các vấn đề thực tế, điều này cho thấy tầm quan trọng của di truyền đối với việc chọn giống:
- Xác định hiệu quả chọn lọc và lựa chọn kiểu lai thích hợp nhất.
- Kiểm soát sự phát triển của các yếu tố di truyền nhằm cải thiện đối tượng để có được những phẩm chất đáng kể hơn.
- Lấy các hình thức đã được sửa đổi về mặt uy tín bằng cách nhân tạo.
- Phát triển các biện pháp nhằm bảo vệ môi trường, chẳng hạn như, khỏi ảnh hưởng của các tác nhân gây đột biến, sâu bệnh.
- Chống lại các bệnh lý di truyền.
- Đang tiến bộ trong các phương pháp chăn nuôi mới.
- Tìm kiếm các phương pháp khác của công nghệ gen.
Đối tượng của khoa học là: vi khuẩn, vi rút, con người, động vật, thực vật và nấm.
Các khái niệm cơ bản được sử dụng trong khoa học:
- Di truyền là tài sản lưu giữ và truyền thông tin di truyền cho con cháu, vốn có trong mọi sinh vật sống, không thể bị lấy đi.
- Gene là một phần của phân tử DNA chịu trách nhiệm về chất lượng nhất định của một sinh vật.
- Khả năng biến đổi là khả năng của một sinh vật sống để có được những phẩm chất mới và mất đi những phẩm chất cũ trong quá trình hình thành.
- Genotype - một tập hợp các gen, cơ sở di truyền của một sinh vật.
- Kiểu hình - một tập hợp các phẩm chất mà một sinh vật có được trong quá trình cá thểphát triển.
Các giai đoạn phát triển của di truyền
Sự phát triển của di truyền và chọn lọc đã trải qua nhiều giai đoạn. Hãy xem xét các giai đoạn hình thành của khoa học về gen:
- Cho đến thế kỷ 20, nghiên cứu trong lĩnh vực di truyền học là trừu tượng, chúng không có cơ sở thực tế mà chỉ dựa trên các quan sát. Công trình tiên tiến duy nhất vào thời điểm đó là nghiên cứu của G. Mendel, được xuất bản trong Kỷ yếu của Hiệp hội các nhà tự nhiên học. Nhưng thành tựu này không được phổ biến rộng rãi và mãi đến năm 1900, khi ba nhà khoa học phát hiện ra sự tương đồng giữa các thí nghiệm của họ với nghiên cứu của Mendel. Đó là năm bắt đầu được coi là thời điểm khai sinh ra di truyền học.
- Khoảng những năm 1900-1912, các quy luật di truyền đã được nghiên cứu, phát hiện ra trong các thí nghiệm lai học được thực hiện trên thực vật và động vật. Năm 1906, nhà khoa học người Anh W. Watson đã đề xuất việc đưa ra các khái niệm "gen" và "di truyền". Và sau 3 năm, V. Johannsen, một nhà khoa học Đan Mạch, đã đề xuất đưa ra các khái niệm "kiểu hình" và "kiểu gen".
- Khoảng năm 1912-1925, nhà khoa học người Mỹ T. Morgan và các sinh viên của ông đã phát triển lý thuyết di truyền nhiễm sắc thể.
- Khoảng năm 1925-1940, các mẫu đột biến lần đầu tiên được thu nhận. Các nhà nghiên cứu người Nga G. A. Nadson và G. S. Filippov đã phát hiện ra ảnh hưởng của bức xạ gamma đối với sự xuất hiện của các gen đột biến. S. S. Chetverikov đã đóng góp vào sự phát triển của khoa học bằng cách nêu bật các phương pháp di truyền và toán học để nghiên cứu sự biến đổi của các sinh vật.
- Từ giữa thế kỷ 20 cho đến ngày nay, những thay đổi di truyền đã được nghiên cứu ở cấp độ phân tử. Cuối cùngVào thế kỷ 20, một mô hình DNA đã được tạo ra, bản chất của gen được xác định và mã di truyền được giải mã. Năm 1969, một gen đơn giản được tổng hợp lần đầu tiên, sau đó nó được đưa vào tế bào và sự thay đổi tính di truyền của nó đã được nghiên cứu.
Phương pháp Khoa học Di truyền
Di truyền học, là cơ sở lý thuyết của việc lai tạo, sử dụng một số phương pháp nhất định trong nghiên cứu của nó.
Chúng bao gồm:
- Phương pháp lai ghép. Nó dựa trên việc lai giữa các loài với một dòng thuần, khác nhau về một (tối đa một số) đặc điểm. Mục đích là thu được các thế hệ lai, cho phép chúng tôi phân tích bản chất của sự di truyền các tính trạng và mong đợi thu được thế hệ con với những phẩm chất cần thiết.
- Phương pháp gia phả. Dựa trên phân tích cây phả hệ, cho phép bạn theo dõi sự chuyển giao thông tin di truyền qua các thế hệ, khả năng thích nghi với bệnh tật và cũng để xác định giá trị của một cá nhân.
- Phương pháp song sinh. Dựa trên so sánh các cá thể đơn hợp tử, được sử dụng khi cần thiết lập mức độ ảnh hưởng của các yếu tố paratypic trong khi bỏ qua sự khác biệt về di truyền.
- Phương pháp di truyền tế bào dựa trên việc phân tích nhân và các thành phần nội bào, so sánh kết quả với tiêu chuẩn cho các thông số sau: số lượng nhiễm sắc thể, số lượng các nhánh của chúng và các đặc điểm cấu trúc.
- Phương pháp hóa sinh dựa trên việc nghiên cứu các chức năng và cấu trúc của một số phân tử nhất định. Ví dụ, việc sử dụng các enzym khác nhau được sử dụng trongcông nghệ sinh học và kỹ thuật di truyền.
- Phương pháp lý sinh dựa trên nghiên cứu tính đa hình của protein huyết tương, chẳng hạn như sữa hoặc máu, cung cấp thông tin về sự đa dạng của quần thể.
- Phương pháp đơn phân sử dụng phương pháp lai tế bào xôma làm cơ sở.
- Phương pháp biểu sinh dựa trên nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố di truyền và paratypic đến sự phát triển các phẩm chất của một sinh vật.
- Phương pháp thống kê dân số dựa trên ứng dụng của phân tích toán học trong sinh học, cho phép phân tích các đặc trưng định lượng: tính toán các giá trị trung bình, các chỉ số về độ biến thiên, sai số thống kê, tương quan và các đặc điểm khác. Việc sử dụng định luật Hardy-Weinberg giúp phân tích cấu trúc di truyền của quần thể, mức độ phân bố các dị tật và cũng để theo dõi sự biến động của quần thể khi áp dụng các phương án chọn lọc khác nhau.
Lựa chọn là gì?
Lai tạo là một ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp tạo ra các giống cây trồng mới và các giống lai tạo cũng như các giống vật nuôi. Cơ sở lý thuyết của nhân giống là di truyền học.
Mục đích của khoa học là cải thiện phẩm chất của một sinh vật hoặc có được những đặc tính cần thiết cho một người bằng cách ảnh hưởng đến tính di truyền. Chọn lọc không thể tạo ra các loài sinh vật mới. Chọn lọc có thể được coi là một trong những hình thức tiến hóa trong đó có sự hiện diện của chọn lọc nhân tạo. Nhờ cô ấy, nhân loại được cung cấp thức ăn.
Nhiệm vụ chính của khoa học:
- cải thiện chất lượng các đặc điểm của cơ thể;
- tăng năng suất và sản lượng;
- tăng sức đề kháng của sinh vật đối với bệnh tật, sâu bệnh, sự thay đổi của điều kiện khí hậu.
Tính đặc thù là sự phức tạp của khoa học. Nó liên quan chặt chẽ đến giải phẫu, sinh lý, hình thái học, phân loại học, sinh thái học, miễn dịch học, hóa sinh, thực vật học, sản xuất cây trồng, chăn nuôi và nhiều ngành khoa học khác. Kiến thức về thụ tinh, thụ phấn, mô học, phôi học và sinh học phân tử là rất quan trọng.
Thành tựu của chăn nuôi hiện đại cho phép bạn kiểm soát tính di truyền và sự biến đổi của các sinh vật sống. Tầm quan trọng của di truyền đối với nhân giống và y học được phản ánh trong việc kiểm soát có mục đích sự kế thừa của các phẩm chất và khả năng thu được các giống cây và động vật lai để đáp ứng nhu cầu của con người.
Các giai đoạn phát triển lựa chọn
Từ xa xưa, con người đã nhân giống và chọn lọc các loại cây trồng và vật nuôi cho mục đích nông nghiệp. Nhưng công việc đó dựa trên sự quan sát và trực giác. Sự phát triển của giống và di truyền diễn ra gần như đồng thời. Xem xét các giai đoạn phát triển lựa chọn:
- Trong quá trình phát triển chăn nuôi cây trồng và vật nuôi, việc chọn lọc bắt đầu diễn ra ồ ạt, và sự hình thành chủ nghĩa tư bản dẫn đến việc làm có chọn lọc ở cấp độ công nghiệp.
- Vào cuối thế kỷ 19, nhà khoa học người Đức F. Achard đã tiến hành một cuộc nghiên cứu và truyền cho củ cải đường chất lượng làm tăng sản lượng. Các nhà lai tạo người Anh P. Shiref và F. Gallet đã nghiên cứu các giống lúa mì. Tại Nga, Trường Thử nghiệm Poltava đã được thành lập, nơinghiên cứu về thành phần đa dạng của lúa mì.
- Chăn nuôi như một khoa học bắt đầu phát triển từ năm 1903, khi một trạm nhân giống được tổ chức tại Học viện Nông nghiệp Mátxcơva.
- Vào giữa thế kỷ 20, những khám phá sau đây đã được thực hiện: quy luật biến dị di truyền, lý thuyết về các trung tâm nguồn gốc thực vật cho mục đích văn hóa, các nguyên tắc chọn lọc sinh thái và địa lý, kiến thức về nguồn nguyên liệu của thực vật và khả năng miễn dịch của chúng. Viện Thực vật học Ứng dụng và Văn hóa Mới của Liên minh được thành lập dưới sự lãnh đạo của N. I. Vavilov.
- Nghiên cứu từ cuối thế kỷ 20 đến ngày nay rất phức tạp, sự chọn lọc tương tác chặt chẽ với các ngành khoa học khác, đặc biệt là với di truyền học. Các giống lai có tính thích nghi nông học cao đã được tạo ra. Nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc làm cho các giống lai có năng suất cao và chống chọi lại các tác nhân gây căng thẳng sinh học và phi sinh học.
Phương pháp lựa chọn
Di truyền học xem xét các mô hình truyền thông tin di truyền và các cách để kiểm soát quá trình đó. Nhân giống sử dụng kiến thức thu được từ di truyền học và sử dụng các phương pháp khác để đánh giá sinh vật.
Những cái chính là:
- Phương pháp lựa chọn. Lựa chọn sử dụng lựa chọn tự nhiên và nhân tạo (vô thức hoặc có phương pháp). Một sinh vật cụ thể (chọn lọc cá thể) hoặc một nhóm chúng (chọn lọc hàng loạt) cũng có thể được chọn. Định nghĩa về kiểu chọn lọc dựa trên đặc điểm sinh sản của động vật và thực vật.
- Phép lai cho phép bạn có được kiểu gen mới. Trong phương pháp này, sự lai tạp giữa các loài (lai giữa một loài xảy ra) và lai giữa các loài khác nhau (lai giữa các loài khác nhau) được phân biệt. Thực hiện giao phối cận huyết cho phép bạn sửa chữa các đặc tính di truyền trong khi làm giảm khả năng tồn tại của sinh vật. Nếu việc phối giống được thực hiện ở thế hệ thứ hai hoặc các thế hệ tiếp theo, thì nhà lai tạo sẽ nhận được những con lai có năng suất và sức đề kháng cao. Người ta đã xác định được rằng với việc lai xa, con cái là vô sinh. Ở đây, tầm quan trọng của di truyền đối với chọn giống được thể hiện ở khả năng nghiên cứu gen và ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của sinh vật.
- Đa bội là quá trình làm tăng bộ nhiễm sắc thể, cho phép đạt được khả năng sinh sản ở con lai vô sinh. Người ta quan sát thấy rằng một số cây trồng sau khi đa bội hóa có khả năng sinh sản cao hơn các loài có liên quan của chúng.
- Gây đột biếngây đột biến là một quá trình gây đột biến nhân tạo của một sinh vật sau khi xử lý nó với một chất gây đột biến. Sau khi kết thúc đột biến, nhà lai tạo nhận được thông tin về ảnh hưởng của yếu tố đối với sinh vật và việc thu nhận các phẩm chất mới của yếu tố đó.
- Kỹ thuật tế bào được thiết kế để tạo ra một loại tế bào mới thông qua nuôi cấy, tái tạo và lai ghép.
- Kỹ thuật gen cho phép bạn phân lập và nghiên cứu các gen, thao tác với chúng để cải thiện phẩm chất của sinh vật và lai tạo ra các loài mới.
Thực vật
Trong quá trình nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển và chọn lọc các đặc tính hữu ích của thực vật, di truyền và chọn lọc có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Di truyền học trong lĩnh vực phân tích đời sống thực vật đề cập đếnvấn đề nghiên cứu các đặc điểm về sự phát triển của chúng và các gen đảm bảo sự hình thành và hoạt động bình thường của cơ thể.
Khoa học nghiên cứu các lĩnh vực sau:
- Sự phát triển của một sinh vật cụ thể.
- Kiểm soát hệ thống tín hiệu của nhà máy.
- Biểu hiện gen.
- Cơ chế tương tác giữa tế bào thực vật và mô.
Nhân giống, đến lượt nó, đảm bảo tạo ra các giống mới hoặc cải thiện phẩm chất của các loài thực vật hiện có dựa trên kiến thức thu được thông qua di truyền học. Khoa học đang được nghiên cứu và sử dụng thành công không chỉ bởi nông dân và người làm vườn, mà còn bởi các nhà chăn nuôi trong các tổ chức nghiên cứu.
Việc sử dụng di truyền trong nhân giống và sản xuất hạt giống làm cho cây trồng có thể truyền những phẩm chất mới có thể hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống con người, chẳng hạn như y học hoặc nấu ăn. Ngoài ra, kiến thức về đặc điểm di truyền giúp bạn có thể thu được các giống cây trồng mới có thể phát triển trong các điều kiện khí hậu khác.
Nhờ di truyền, chọn giống sử dụng phương pháp lai xa và chọn lọc cá thể. Sự phát triển của khoa học về gen giúp chúng ta có thể áp dụng các phương pháp như tạo đa bội, ưu thế lai, gây đột biến thực nghiệm, kỹ thuật di truyền và nhiễm sắc thể trong chọn giống.
Thế giới động vật
Chọn lọc và di truyền động vật là một nhánh của khoa học nghiên cứu các đặc điểm về sự phát triển của các đại diện của giới động vật. Nhờ di truyền học, một người có được kiến thức về di truyền, đặc điểm di truyền và sự biến đổisinh vật. Và lựa chọn cho phép bạn chỉ chọn để sử dụng những động vật có phẩm chất cần thiết cho con người.
Trong một thời gian dài, con người đã lựa chọn những động vật, ví dụ, thích hợp hơn để sử dụng trong nông nghiệp hoặc săn bắn. Đặc điểm kinh tế và ngoại cảnh có tầm quan trọng lớn đối với việc chọn giống. Do đó, động vật trang trại được đánh giá bằng ngoại hình và chất lượng con cái của chúng.
Việc sử dụng kiến thức về di truyền học trong chăn nuôi cho phép bạn kiểm soát thế hệ con cái và những phẩm chất cần thiết của chúng:
- kháng virus;
- tăng sản lượng sữa;
- kích thước và vóc dáng cá nhân;
- chịu được khí hậu;
- sinh;
- giới tính con cái;
- loại bỏ các rối loạn di truyền ở con cháu.
Chăn nuôi động vật đã trở nên phổ biến không chỉ để đáp ứng nhu cầu chính của con người về dinh dưỡng. Ngày nay, bạn có thể quan sát nhiều giống vật nuôi trong nước, được lai tạo nhân tạo, cũng như các loài gặm nhấm và cá, chẳng hạn như cá bảy màu. Tạo giống và di truyền trong chăn nuôi sử dụng các phương pháp: lai, thụ tinh nhân tạo, gây đột biến thực nghiệm.
Các nhà lai tạo và nhà di truyền học thường phải đối mặt với vấn đề không sinh sản các loài trong thế hệ con lai đầu tiên và giảm đáng kể khả năng sinh sản của con cái. Các nhà khoa học hiện đại tích cực giải quyết những câu hỏi như vậy. Mục tiêu chính của công trình khoa học là nghiên cứu các kiểu tương thích của giao tử, thai nhi và cơ thể mẹ ở cấp độ di truyền.
Vi sinh vật
Kiến thức hiện đại về chăn nuôi vàdi truyền học làm cho nó có thể đáp ứng nhu cầu của con người về các sản phẩm thực phẩm có giá trị, mà chủ yếu là thu được từ chăn nuôi. Nhưng sự chú ý của các nhà khoa học cũng bị thu hút bởi các đối tượng khác của tự nhiên - vi sinh vật. Từ lâu, khoa học đã tin rằng DNA là một đặc điểm riêng lẻ và không thể được chuyển sang một sinh vật khác. Nhưng nghiên cứu đã chỉ ra rằng DNA của vi khuẩn có thể được đưa vào nhiễm sắc thể thực vật một cách thành công. Thông qua quá trình này, các phẩm chất vốn có của một vi khuẩn hoặc vi rút sẽ bén rễ trong một sinh vật khác. Ngoài ra, ảnh hưởng của thông tin di truyền của virus đối với tế bào người đã được biết đến từ lâu.
Việc nghiên cứu di truyền và chọn lọc vi sinh vật được thực hiện trong thời gian ngắn hơn so với sản xuất trồng trọt và chăn nuôi. Đó là do sự sinh sản và thay đổi nhanh chóng của các thế hệ vi sinh vật. Các phương pháp nhân giống và di truyền hiện đại - sử dụng các tác nhân gây đột biến và lai ghép - đã giúp tạo ra các vi sinh vật có các đặc tính mới:
- Các đột biến của vi sinh vật có khả năng tổng hợp quá mức các axit amin và tăng sự hình thành các vitamin và vitamin;
- đột biến của vi khuẩn cố định nitơ có thể đẩy nhanh đáng kể sự phát triển của thực vật;
- Các sinh vật nấm men đã được lai tạo - nấm đơn bào và nhiều loại khác.
Các nhà lai tạo và nhà di truyền học sử dụng các đột biến này:
- tia cực tím;
- bức xạ ion hóa;
- ethyleneimine;
- nitrosomethylurea;
- ứng dụng của nitrat;
- sơn acridine.
Cho hiệu quả đột biếnthường xuyên sử dụng phương pháp điều trị vi sinh vật với liều lượng nhỏ chất gây đột biến.
Y học và Công nghệ sinh học
Thông thường trong ý nghĩa của di truyền học để tạo giống và y học là trong cả hai trường hợp, khoa học cho phép bạn nghiên cứu tính di truyền của các sinh vật, thể hiện ở khả năng miễn dịch của chúng. Những kiến thức như vậy rất quan trọng trong cuộc chiến chống lại các mầm bệnh.
Nghiên cứu về di truyền học trong lĩnh vực y học cho phép bạn:
- ngăn ngừa sự ra đời của những đứa trẻ bị dị tật về gen;
- phòng và điều trị các bệnh lý di truyền;
- nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đến tính di truyền.
Các phương pháp sau được sử dụng cho việc này:
- phả hệ - nghiên cứu về gia phả;
- twin - cặp song sinh phù hợp;
- di truyền tế bào - nghiên cứu nhiễm sắc thể;
- sinh hóa - cho phép bạn xác định các ngõ đột biến trong DNA;
- da liễu - phân tích mẫu da;
- mô hình hóa và những người khác.
Nghiên cứu hiện đại đã xác định được khoảng 2.000 bệnh di truyền. Chủ yếu là rối loạn tâm thần. Việc nghiên cứu di truyền và chọn lọc vi sinh vật có thể làm giảm tỷ lệ mắc bệnh trong dân số.
Những tiến bộ trong di truyền và chọn lọc trong công nghệ sinh học giúp chúng ta có thể sử dụng các hệ thống sinh học (sinh vật nhân sơ, nấm và tảo) trong khoa học, sản xuất công nghiệp, y học và nông nghiệp. Kiến thức về di truyền học mang lại cơ hội mới cho sự phát triển của các công nghệ như: tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, không lãng phí, thâm dụng kiến thức, an toàn. Trong công nghệ sinh họccác phương pháp sau được sử dụng: chọn lọc tế bào và nhiễm sắc thể, kỹ thuật di truyền.
Di truyền và chọn lọc là khoa học có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Công việc tạo giống phần lớn phụ thuộc vào sự đa dạng di truyền của số lượng sinh vật ban đầu. Chính những ngành khoa học này cung cấp kiến thức cho sự phát triển của nông nghiệp, y học, công nghiệp và các lĩnh vực khác của đời sống con người.
