منذ فترة طويلة تشارك الإنسانية في اختيار النباتات والحيوانات المناسبة لتلبية احتياجات السكان. يتم دمج هذه المعرفة في العلم - الاختيار. توفر الوراثة ، بدورها ، الأساس لاختيار وتربية أصناف وسلالات جديدة ذات صفات خاصة. في المقال سننظر في وصف هذين العلمين ومميزات تطبيقهما.
ما هو علم الوراثة؟
علم الجينات هو تخصص يدرس عملية نقل المعلومات الوراثية وتنوع الكائنات الحية عبر الأجيال. علم الوراثة هو الأساس النظري للاختيار ، ويتم وصف مفهومه أدناه.
تشمل مهام العلم:
- دراسة آلية تخزين ونقل المعلومات من الأسلاف إلى الأحفاد.
- دراسة تنفيذ مثل هذه المعلومات في عملية التنمية الفردية للكائن الحي ، مع مراعاة تأثير البيئة.
- دراسة الأسباب وآليات تقلب الكائنات الحية.
- تحديد العلاقة بين الانتقاء والتنوع والوراثة كعوامل في تطور العالم العضوي.
يشارك العلم أيضًا في حل المشكلات العملية ، مما يدل على أهمية علم الوراثة في التربية:
- تحديد كفاءة الاختيار واختيار أنسب أنواع التهجين.
- التحكم في تطور العوامل الوراثية من أجل تحسين الكائن للحصول على صفات أكثر أهمية.
- الحصول على نماذج معدلة وراثيا بوسائل اصطناعية.
- تطوير تدابير تهدف إلى حماية البيئة ، على سبيل المثال ، من تأثير المطفرات والآفات.
- محاربة الأمراض الوراثية.
- إحراز تقدم في طرق التربية الجديدة
- ابحث عن طرق أخرى للهندسة الوراثية.
أهداف العلم هي: البكتيريا والفيروسات والبشر والحيوانات والنباتات والفطريات.
المفاهيم الأساسية المستخدمة في العلوم:
- الوراثة هي خاصية الحفاظ على المعلومات الجينية ونقلها إلى المتحدرين ، المتأصلة في جميع الكائنات الحية ، والتي لا يمكن التخلص منها.
- الجين هو جزء من جزيء الحمض النووي المسؤول عن جودة معينة للكائن الحي.
- التباين هو قدرة الكائن الحي على اكتساب صفات جديدة وفقدان الصفات القديمة في عملية التكوُّن.
- النمط الجيني - مجموعة من الجينات ، الأساس الوراثي للكائن الحي.
- النمط الظاهري - مجموعة من الصفات التي يكتسبها الكائن الحي في عملية الفردالتنمية
مراحل تطور علم الوراثة
مر تطور علم الوراثة والانتقاء بعدة مراحل. تأمل فترات تكوين علم الجينات:
- حتى القرن العشرين ، كانت الأبحاث في مجال علم الوراثة مجردة ، ولم يكن لها أساس عملي ، لكن كانت تستند إلى الملاحظات. كان العمل المتقدم الوحيد في ذلك الوقت هو دراسة G. Mendel ، التي نُشرت في Proceedings of the Society of Naturalists. لكن الإنجاز لم ينتشر على نطاق واسع ولم تتم المطالبة به حتى عام 1900 ، عندما اكتشف العلماء الثلاثة تشابه تجاربهم مع أبحاث مندل. كان هذا العام الذي بدأ اعتباره وقت ولادة علم الوراثة.
- تقريبًا في عام 1900-1912 ، تمت دراسة قوانين الوراثة ، وتم الكشف عنها خلال التجارب الهجينة التي أجريت على النباتات والحيوانات. في عام 1906 ، اقترح العالم الإنجليزي دبليو واتسون إدخال مفهومي "الجين" و "علم الوراثة". وبعد 3 سنوات ، اقترح العالم الدنماركي في. جوهانسن إدخال مفهومي "النمط الظاهري" و "النمط الجيني".
- تقريبًا في عام 1912-1925 ، طور العالم الأمريكي تي مورجان وطلابه نظرية الكروموسوم للوراثة.
- حوالي 1925-1940 ، تم الحصول على أنماط الطفرات لأول مرة. اكتشف الباحثان الروسيان ج.أ. نادسون وج.س.فيليبوف تأثير إشعاع جاما على ظهور الجينات المتغيرة. S. S. Chetverikov في تطوير العلم من خلال تسليط الضوء على الأساليب الجينية والرياضية لدراسة تنوع الكائنات الحية.
- منذ منتصف القرن العشرين وحتى يومنا هذا ، تمت دراسة التغيرات الجينية على المستوى الجزيئي. في نهايةالمطاففي القرن العشرين ، تم إنشاء نموذج للحمض النووي ، وتم تحديد جوهر الجين وفك الشفرة الجينية. في عام 1969 ، تم تصنيع جين بسيط لأول مرة ، وبعد ذلك تم إدخاله إلى خلية ودُرس التغيير في وراثته.
طرق العلوم الوراثية
علم الوراثة ، كأساس نظري للتربية ، يستخدم طرقًا معينة في بحثه.
وتشمل:
- طريقة التهجين. وهو يقوم على تهجين الأنواع بخط نقي ، والتي تختلف في خاصية واحدة (كحد أقصى). الهدف هو الحصول على أجيال هجينة ، مما يسمح لنا بتحليل طبيعة وراثة السمات وتوقع الحصول على ذرية بالصفات اللازمة.
- طريقة علم الأنساب. استنادًا إلى تحليل شجرة العائلة ، والذي يسمح لك بتتبع نقل المعلومات الجينية عبر الأجيال ، والقدرة على التكيف مع الأمراض ، وكذلك تحديد قيمة الفرد.
- طريقة التوأم. بناءً على مقارنة الأفراد أحادي الزيجوت ، يتم استخدامه عندما يكون من الضروري تحديد درجة تأثير العوامل شبه النمطية مع تجاهل الاختلافات في علم الوراثة.
- تعتمد الطريقة الوراثية الخلوية على تحليل النواة والمكونات داخل الخلايا ، ومقارنة النتائج مع المعيار للمعلمات التالية: عدد الكروموسومات وعدد أذرعها وخصائصها الهيكلية.
- تعتمد طريقة الكيمياء الحيوية على دراسة وظائف وتركيب جزيئات معينة. على سبيل المثال ، يتم استخدام استخدام الإنزيمات المختلفة فيالتكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية.
- تعتمد الطريقة الفيزيائية الحيوية على دراسة تعدد أشكال بروتينات البلازما ، مثل الحليب أو الدم ، والتي توفر معلومات عن تنوع السكان.
- تستخدم الطريقة الأحادية تهجين الخلايا الجسدية كأساس.
- تعتمد الطريقة الفينوجينية على دراسة تأثير العوامل الوراثية والنظيرة على تطور صفات الكائن الحي.
- تعتمد الطريقة الإحصائية السكانية على تطبيق التحليل الرياضي في علم الأحياء ، والذي يسمح بتحليل الخصائص الكمية: حساب متوسط القيم ، مؤشرات التباين ، الأخطاء الإحصائية ، الارتباط وغيرها. يساعد استخدام قانون هاردي-واينبرغ في تحليل التركيب الجيني للسكان ، ومستوى توزيع الحالات الشاذة ، وكذلك لتتبع تنوع السكان عند تطبيق خيارات الاختيار المختلفة.
ما هو التحديد؟
التربية هو علم يدرس طرق إنشاء أصناف وهجن جديدة من النباتات ، وكذلك سلالات من الحيوانات. الأساس النظري للتربية هو علم الوراثة.
الغرض من العلم هو تحسين صفات الكائن الحي أو الحصول على الخصائص الضرورية للإنسان من خلال التأثير على الوراثة. لا يمكن أن ينتج عن الانتقاء أنواع جديدة من الكائنات الحية. يمكن اعتبار الانتقاء أحد أشكال التطور التي يوجد فيها الانتقاء الاصطناعي. بفضلها ، تم تزويد الإنسانية بالطعام.
المهام الرئيسية للعلم:
- تحسين نوعي لخصائص الجسم
- زيادة في الإنتاجية والعائد ؛
- زيادة مقاومة الكائنات الحية للأمراض والآفات والتغيرات في الظروف المناخية.
الخصوصية هي تعقيد العلم. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالتشريح وعلم وظائف الأعضاء وعلم التشكل والتصنيف وعلم البيئة وعلم المناعة والكيمياء الحيوية وعلم أمراض النبات وإنتاج المحاصيل وتربية الحيوانات والعديد من العلوم الأخرى. تعتبر المعرفة بالإخصاب والتلقيح وعلم الأنسجة وعلم الأجنة والبيولوجيا الجزيئية مهمة.
إنجازات التربية الحديثة تسمح لك بالتحكم في وراثة وتنوع الكائنات الحية. تنعكس أهمية علم الوراثة في التربية والطب في التحكم الهادف في تعاقب الصفات وإمكانيات الحصول على هجينة من النباتات والحيوانات لتلبية احتياجات الإنسان.
مراحل تطوير الاختيار
منذ العصور القديمة يقوم الإنسان بتربية واختيار النباتات والحيوانات للأغراض الزراعية. لكن هذا العمل استند إلى الملاحظة والحدس. حدث تطور التربية وعلم الوراثة في وقت واحد تقريبًا. ضع في اعتبارك مراحل تطوير الاختيار:
- أثناء تطوير تربية المحاصيل والثروة الحيوانية ، بدأ الانتقاء على نطاق واسع ، وأدى تكوين الرأسمالية إلى عمل انتقائي على المستوى الصناعي.
- في نهاية القرن التاسع عشر ، أجرى العالم الألماني ف.أشارد دراسة وغرس في بنجر السكر جودة المحصول المتزايد. قام المربيان الإنجليزيان P. Shiref و F. Gallet بدراسة أصناف القمح. في روسيا ، تم إنشاء حقل Poltava التجريبي ، حيثدراسات التركيب الصنف للقمح
- بدأت التربية كعلم في التطور منذ عام 1903 ، عندما تم تنظيم محطة تكاثر في معهد موسكو الزراعي.
- بحلول منتصف القرن العشرين ، تم إجراء الاكتشافات التالية: قانون التباين الوراثي ، نظرية مراكز منشأ النباتات للأغراض الثقافية ، مبادئ الاختيار البيئية والجغرافية ، المعرفة بمصدر مادة النباتات ومناعتها. تم إنشاء معهد All-Union لعلم النبات التطبيقي والثقافات الجديدة تحت قيادة NI Vavilov.
- البحث من نهاية القرن العشرين حتى يومنا هذا معقد ، الاختيار يتفاعل بشكل وثيق مع العلوم الأخرى ، خاصة مع علم الوراثة. تم إنشاء الهجينة ذات التكيف الزراعي البيئي العالي. يركز البحث الحالي على جعل الهجينة عالية الإنتاجية وتحمل الضغوطات الحيوية وغير الحيوية.
طرق الاختيار
علم الوراثة يأخذ بعين الاعتبار أنماط نقل المعلومات الوراثية وطرق التحكم في هذه العملية. يستخدم التكاثر المعرفة المكتسبة من علم الوراثة ويستخدم طرقًا أخرى لتقييم الكائنات الحية.
أهمها:
- طريقة الاختيار. يستخدم الاختيار الاختيار الطبيعي والاصطناعي (اللاواعي أو المنهجي). يمكن أيضًا اختيار كائن محدد (اختيار فردي) أو مجموعة منهم (اختيار جماعي). يعتمد تعريف نوع الانتقاء على خصائص تكاثر الحيوانات والنباتات.
- يسمح لك التهجين بالحصول على أنماط وراثية جديدة. في الطريقة ، يتم تمييز التهجين غير النوعي (يحدث التهجين داخل نوع واحد) والتهجين بين الأنواع (عبور الأنواع المختلفة). يسمح لك زواج الأقارب بإصلاح الخصائص الوراثية مع تقليل صلاحية الكائن الحي. إذا تم تنفيذ التهجين الخارجي في الأجيال الثانية أو اللاحقة ، فإن المربي يتلقى هجينة عالية الغلة ومقاومة. لقد ثبت أنه مع العبور البعيد ، يكون النسل عقيمًا. هنا يتم التعبير عن أهمية علم الوراثة للتكاثر في إمكانية دراسة الجينات والتأثير على خصوبة الكائنات الحية.
- تعدد الصبغيات هو عملية زيادة مجموعات الكروموسوم ، مما يسمح بتحقيق الخصوبة في الهجينة المصابة بالعقم. لقد لوحظ أن بعض النباتات المزروعة بعد تعدد الصبغيات تتمتع بخصوبة أعلى من الأنواع ذات الصلة.
- الطفرات المستحثة هي عملية مستحثة صناعياً لتحور كائن حي بعد معالجته بمطفر. بعد نهاية الطفرة ، يتلقى المربي معلومات حول تأثير العامل على الكائن الحي واكتساب صفات جديدة به.
- تم تصميم هندسة الخلايا لبناء نوع جديد من الخلايا من خلال الزراعة وإعادة البناء والتهجين.
- تسمح لك الهندسة الجينية بعزل الجينات ودراستها ، والتلاعب بها من أجل تحسين صفات الكائنات الحية وتكاثر أنواع جديدة.
نباتات
في عملية دراسة نمو وتطوير واختيار الخصائص المفيدة للنباتات ، ترتبط الوراثة والاختيار ارتباطًا وثيقًا. علم الوراثة في مجال تحليل الحياة النباتية يتعامل معهاقضايا دراسة سمات تطورها والجينات التي تضمن التكوين الطبيعي للجسم وعمله.
يدرس العلم المجالات التالية:
- تطوير كائن حي محدد
- التحكم في أنظمة إشارات المصنع.
- التعبير الجيني.
- آليات التفاعل بين الخلايا والأنسجة النباتية.
التربية ، بدورها ، تضمن إنشاء أو تحسين صفات أنواع النباتات الموجودة بناءً على المعرفة المكتسبة من خلال علم الوراثة. تتم دراسة العلم واستخدامه بنجاح ليس فقط من قبل المزارعين والبستانيين ، ولكن أيضًا من قبل المربين في المنظمات البحثية.
استخدام علم الوراثة في التربية وإنتاج البذور يجعل من الممكن غرس صفات جديدة في النباتات يمكن أن تكون مفيدة في مجالات مختلفة من حياة الإنسان ، مثل الطب أو الطبخ. كما أن معرفة الخصائص الجينية تجعل من الممكن الحصول على أنواع جديدة من المحاصيل التي يمكن أن تنمو في ظروف مناخية أخرى.
بفضل علم الوراثة ، يستخدم التكاثر طريقة التهجين والاختيار الفردي. إن تطور علم الجينات يجعل من الممكن تطبيق طرق مثل تعدد الصبغيات ، والتغاير ، والطفرات التجريبية ، والكروموسومات والهندسة الوراثية في التربية.
عالم الحيوان
اختيار الحيوانات وعلم الوراثة هما فرعان من فروع العلم يدرسان ميزات تطور ممثلي عالم الحيوان. بفضل علم الوراثة ، يكتسب الشخص معرفة بالوراثة والخصائص الجينية والتنوعالكائن الحي. ويسمح لك الاختيار بالاختيار فقط لتلك الحيوانات التي تعتبر صفاتها ضرورية للبشر.
لفترة طويلة ، كان الناس يختارون الحيوانات التي ، على سبيل المثال ، أكثر ملاءمة للاستخدام في الزراعة أو الصيد. الصفات الاقتصادية والخارجية ذات أهمية كبيرة للتكاثر. وهكذا ، يتم الحكم على حيوانات المزرعة من خلال مظهر وجودة نسلها.
يتيح لك استخدام المعرفة بالوراثة في التربية التحكم في نسل الحيوانات وصفاتها الضرورية:
- مقاومة الفيروسات
- زيادة في إنتاج الحليب
- الحجم الفردي واللياقة البدنية ؛
- تحمل المناخ
- خصوبة
- جنس النسل ؛
- القضاء على الاضطرابات الوراثية عند النسل
أصبحت تربية الحيوانات منتشرة ليس فقط من أجل تلبية احتياجات الإنسان الأساسية من التغذية. يمكنك اليوم مشاهدة العديد من سلالات الحيوانات الأليفة ، المصطنعة ، وكذلك القوارض والأسماك ، مثل أسماك الجوبي. تستخدم التربية وعلم الوراثة في تربية الحيوانات الطرق التالية: التهجين ، التلقيح الاصطناعي ، الطفرات التجريبية.
غالبًا ما يواجه المربون وعلماء الوراثة مشكلة عدم تكاثر الأنواع بين الجيل الأول من الهجينة وانخفاض كبير في خصوبة النسل. العلماء المعاصرون يجدون بنشاط مثل هذه الأسئلة. الهدف الرئيسي من العمل العلمي هو دراسة أنماط توافق الأمشاج والجنين وجسم الأم على المستوى الجيني.
الكائنات الحية الدقيقة
المعرفة الحديثة للتربية وتجعل الوراثة من الممكن تلبية احتياجات الإنسان من المنتجات الغذائية القيمة ، والتي يتم الحصول عليها أساسًا من تربية الحيوانات. لكن انتباه العلماء ينجذب أيضًا إلى أشياء أخرى من الطبيعة - الكائنات الحية الدقيقة. لطالما اعتقد العلم أن الحمض النووي هو سمة فردية ولا يمكن نقلها إلى كائن حي آخر. لكن الأبحاث أظهرت أنه يمكن إدخال الحمض النووي البكتيري بنجاح في الكروموسومات النباتية. من خلال هذه العملية ، تتجذر الصفات المتأصلة في البكتيريا أو الفيروس في كائن حي آخر. كما أن تأثير المعلومات الجينية للفيروسات على الخلايا البشرية معروف منذ فترة طويلة.
يتم إجراء دراسة علم الوراثة واختيار الكائنات الحية الدقيقة في وقت أقصر مما هو عليه مع إنتاج المحاصيل وتربية الحيوانات. هذا يرجع إلى التكاثر السريع وتغيير أجيال من الكائنات الحية الدقيقة. جعلت الأساليب الحديثة في التربية وعلم الوراثة - استخدام المطفرات والتهجين - من الممكن إنشاء كائنات دقيقة بخصائص جديدة:
- المسوخات من الكائنات الحية الدقيقة قادرة على الإفراط في تركيب الأحماض الأمينية وزيادة تكوين الفيتامينات والبروفيتامينات ؛
- يمكن لطفرات البكتيريا المثبتة للنيتروجين أن تسرع نمو النبات بشكل كبير ؛
- تم تكاثر كائنات الخميرة - الفطريات أحادية الخلية والعديد من الفطريات الأخرى.
يستخدم المربون وعلماء الوراثة هذه المطفرات:
- فوق بنفسجي ؛
- إشعاع مؤين
- إيثلين أمين ؛
- نيتروسوميثيل يوريا ؛
- تطبيق النترات ؛
- دهانات أكريدين.
لكفاءة الطفراتيتم استخدام علاجات متكررة للكائن الحي بجرعات صغيرة من الطفرات
الطب والتكنولوجيا الحيوية
الشائع في معنى علم الوراثة للتكاثر والطب هو أنه في كلتا الحالتين ، يسمح لك العلم بدراسة وراثة الكائنات الحية ، والتي تتجلى في مناعتها. هذه المعرفة مهمة في مكافحة مسببات الأمراض.
تتيح لك دراسة علم الوراثة في مجال الطب:
- منع ولادة الأطفال الذين يعانون من تشوهات وراثية ؛
- منع وعلاج الأمراض الوراثية ؛
- دراسة تأثير البيئة على الوراثة.
يتم استخدام الطرق التالية لهذا:
- الأنساب - دراسة شجرة العائلة ؛
- التوأم - مطابقة زوج التوأم ؛
- خلوي - دراسة الكروموسومات ؛
- كيميائي حيوي - يسمح لك بتحديد الأزقة المتحولة في الحمض النووي ؛
- جلدي - تحليل نمط الجلد ؛
- النمذجة وغيرها.
حددت الأبحاث الحديثة ما يقرب من 2000 مرض وراثي. في الغالب اضطرابات عقلية. دراسة علم الوراثة واختيار الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تقلل من الإصابة بين السكان.
التقدم في علم الوراثة والاختيار في التكنولوجيا الحيوية يجعل من الممكن استخدام النظم البيولوجية (بدائيات النوى والفطريات والطحالب) في العلوم والإنتاج الصناعي والطب والزراعة. توفر المعرفة بالوراثة فرصًا جديدة لتطوير مثل هذه التقنيات: توفير الطاقة والموارد ، خالية من النفايات ، كثيفة المعرفة ، آمنة. في التكنولوجيا الحيويةيتم استخدام الطرق التالية: اختيار الخلية والكروموسوم ، الهندسة الوراثية.
علم الوراثة والاختيار هما علمان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. يعتمد عمل التربية إلى حد كبير على التنوع الجيني للعدد الأولي من الكائنات الحية. هذه العلوم هي التي توفر المعرفة لتطوير الزراعة والطب والصناعة وغيرها من مجالات حياة الإنسان.
