Забить и найти эксперта по БИОЛОГИИ
Наталья Александровна Куниченко
Эксперт по предмету Биология
Методы работы И.В. Мичурина
Как уже упоминалось выше, главной своей целью И. В. Мичурин поставил создание высокопродуктивных сортов плодовых и ягодных растений, которые давали бы стабильный результат в центральных и северных областях России.
Первым методом, опробованным ученым, был метод акклиматизации. Но многолетняя работа показала, что данный метод не позволяет получить стойкие наследственные признаки у акклиматизируемых растений.
Поэтому Мичурин посвятил дальнейшие свои усилия объединению трех основных направлений научных методов: гибридизации, отбора и влияния условий внешней среды с целью управления процессом доминирования.
Методы Мичурина в селекции
Менторский метод
Селекция животных отбор
Примеры соматических мутаций у растений
Отдаленная гибридизация
Аутбридинг в селекции растений
Метод ментора Мичурина
Основные достижения селекции
Селекция является важным процессом в сельском хозяйстве, целью которой является улучшение генетического состава растений и животных. Существует несколько основных методов селекции, которые помогают добиться желаемых результатов. Одним из наиболее известных селекционеров был Иван Владимирович Мичурин, который внес значительный вклад в развитие этой области.
Методы селекции растений Мичурина
Иван Владимирович Мичурин разработал ряд методов селекции растений, которые стали широко известными и применяются в современном сельском хозяйстве. К ним относятся:
- Методы селекции полиплоидия
- Методы селекции отбор гибридизация мутагенез
Селекция методы селекции растений таблица
Метод селекции | Описание |
---|---|
Полиплоидия | Увеличение числа хромосом в клетках для получения новых сортов |
Отбор | Выбор лучших растений для дальнейшего разведения |
Гибридизация | Смешивание генетического материала различных растений для создания гибридов |
Мутагенез | Индуцирование мутаций для получения новых устойчивых сортов |
Схема методов селекции животных
Методы селекции животных также имеют свои особенности, и включают в себя:
- Выборочное разведение
- Скрещивание различных пород
- Использование генетических технологий
Иван Владимирович Мичурин (1855-1935)
Иван Владимирович Мичурин был выдающимся селекционером, его работы и достижения оказали значительное влияние на развитие сельского хозяйства.
Растения полученные методом селекции
Благодаря работе селекционеров, было получено множество ценных сортов растений, которые отличаются повышенной урожайностью, стойкостью к болезням и вредителям.
Иван Владимирович Мичурин вклад в селекцию
Иван Владимирович Мичурин внес значительный вклад в развитие селекции и сельского хозяйства в целом, его методы и принципы используются и сегодня.
Особенности селекции растений
Селекция растений имеет свои особенности, и включает в себя различные методы, такие как:
- Использование гибридизации
- Селекция на устойчивость к болезням и вредителям
- Методы улучшения качества и урожайности
Методы селекции плодовых растений
Селекция плодовых растений имеет свои особенности, и включает в себя методы улучшения качества плодов, их размера, вкусовых качеств и т.д.
Метод прививок в селекции растений
Использование метода прививок является одним из способов улучшения сортов растений и получения новых, более качественных и урожайных видов.
Метод мутагенеза в селекции растений
Метод мутагенеза играет важную роль в современной селекции растений. Он позволяет изменять генетический состав растений, создавая новые сорта с улучшенными характеристиками. В этой статье мы рассмотрим основные аспекты метода мутагенеза и его применение в селекции растений.
Сорта растений селекция
Селекция растений – это процесс выбора и разведения растений с целью улучшения их качества. С помощью селекции создаются новые сорта растений, которые обладают необходимыми нам характеристиками, такими как высокая урожайность, устойчивость к болезням и погодным условиям.
Селекция растений и животных
Технологии селекции применяются не только в растениеводстве, но и в животноводстве. Селекция животных позволяет улучшить их продуктивные качества, увеличить урожайность и качество мяса, молока и других продуктов.
Сорт это в селекции
Сорт – это группа растений, имеющих общие генетические характеристики и выраженные сходства по морфологическим и физиологическим признакам. Создание новых сортов является основной целью селекции.
Метод ментора в селекции
Один из основных методов селекции – метод ментора. Этот метод заключается в перекрещивании двух растений с целью получения потомства с желаемыми генетическими характеристиками.
Генетика и селекция
Генетика играет важную роль в процессе селекции растений. Знание законов наследственности позволяет селекционерам предсказать результаты скрещивания и выбирать наилучшие растения для дальнейшего разведения.
Использование соматических мутаций в селекции
Соматические мутации – это изменения в генетическом материале растений, которые возникают в ходе их развития. Использование соматических мутаций позволяет получать растения с новыми свойствами, такими как устойчивость к болезням или повышенная урожайность.
Селекция растений схема
Схема селекции растений включает в себя несколько этапов: отбор исходного материала, скрещивание растений, отбор потомства, испытание и выбор наилучших сортов для дальнейшего разведения.
Метода ментора и.в. Мичурин растений
И.В. Мичурин был известным российским селекционером, который разработал метод ментора, названный в его честь. Благодаря этому методу были выведены многие ценные сорта растений.
Внутривидовая гибридизация примеры растений
Внутривидовая гибридизация – это скрещивание растений одного вида с целью получения гибридов с новыми характеристиками. Примерами таких растений являются пшеница, кукуруза, огурцы и другие.
Селекция порода сорт штамм
Породы, сорта и штаммы – это различные категории растений, которые используются в селекции для создания новых гибридов с улучшенными свойствами.
Селекция растений выведение сортов
Выведение новых сортов растений – это одна из основных задач селекции. Селекционеры работают над улучшением существующих сортов и созданием новых, которые бы удовлетворяли потребности сельского хозяйства и промышленности.
Селекция это наука о
Селекция – это наука о выборе и разведении растений с целью улучшения их качества. Современные методы селекции позволяют создавать растения с оптимальными характеристиками для различных климатических и почвенных условий.
Методы выведения новых сортов и пород
Для выведения новых сортов и пород растений используются различные методы селекции, такие как отбор, скрещивание, мутагенез и генетическая инженерия. Комбинация этих методов позволяет получать растения с оптимальными характеристиками.
Селекция растений примеры
Примеры успешной селекции растений включают такие сорта как томаты Слава, пшеница Колос, яблони Антоновка и другие, которые стали популярными благодаря своим высоким урожаям и устойчивости к болезням.
Инбри микроорганизмов селекция инбридинг
Селекция инбридинга – это метод селекции, при котором скрещиваются родственные особи с целью сохранения желательных генетических характеристик. Инбридинг часто применяется в селекции микроорганизмов для создания новых штаммов с улучшенными свойствами.
Выводы: метод мутагенеза играет важную роль в современной селекции растений, позволяя создавать новые сорта с улучшенными характеристиками. Современные методы селекции и генетики позволяют селекционерам работать над улучшением продуктивных качеств растений и созданием новых сортов, отвечающих современным требованиям сельского хозяйства и промышленности.
Химический мутагенез в селекции растений
Химический мутагенез – один из методов селекции растений, который используется для создания новых сортов с желаемыми признаками. Этот метод заключается в том, что растения обрабатываются химическими веществами, которые вызывают мутации в их геноме. Это помогает увеличить разнообразие сортов и улучшить сельскохозяйственные культуры.
Гетерозис кукурузы аутбридинг
Гетерозис, или гибридное преимущество, также является важным аспектом селекции растений. Основная идея состоит в том, что потомство гибридов имеет лучшие сельскохозяйственные характеристики, чем родительские растения. Кукуруза является одним из наиболее известных примеров гетерозиса.
Методы селекции растений искусственная гибридизация
Искусственная гибридизация – метод селекции, который основан на скрещивании различных видов или сортов растений для получения новых сортов. Этот метод позволяет комбинировать желаемые генетические свойства и создавать сорта с улучшенными характеристиками.
Методы селекции растений индивидуальный отбор
Индивидуальный отбор – это метод селекции, при котором растения отбираются на основе их индивидуальных качеств и характеристик. Этот метод помогает выделить наиболее перспективные растения и использовать их для дальнейшего развития селекционного процесса.
Разнообразие сортов растений
Благодаря различным методам селекции, сегодня существует огромное разнообразие сортов растений, которые соответствуют потребностям сельского хозяйства. Каждый сорт имеет свои уникальные характеристики и может быть адаптирован к различным климатическим условиям.
Инбридинг и аутбридинг в селекции животных
Кроме растений, методы инбридинга и аутбридинга также применяются в селекции животных. Инбридинг – скрещивание родственных особей с целью сохранения генетических характеристик, а аутбридинг – скрещивание неродственных особей для улучшения генетического разнообразия.
Достижения современной селекции в растениеводстве
Современная селекция в растениеводстве достигла значительных успехов, позволяя создавать новые сорта с высокой урожайностью, устойчивостью к болезням и вредителям, а также адаптированные к различным условиям возделывания. Это помогает повысить производительность сельского хозяйства и обеспечить продовольственную безопасность.
Иван Владимирович Мичурин и гибридизация
Иван Владимирович Мичурин, известный российский селекционер, сделал значительный вклад в развитие селекции растений и гибридизацию. Его работы помогли создать множество новых сортов фруктов, овощей и ягод, которые успешно выращиваются в различных краях России.
Методы селекции метод ментора
Метод ментора – это один из методов селекции, при котором опытный селекционер работает с учеником, передавая ему свои знания и навыки в области выбора и скрещивания растений. Этот метод помогает сохранить и передать ценный опыт в селекции новым поколениям.
Селекция растений презентация
Селекция растений – это важный процесс, который позволяет создавать новые сорта с улучшенными характеристиками и адаптированными к различным условиям выращивания. Презентация методов селекции помогает распространить знания о современных технологиях и достижениях в этой области.
Метод селекции растений
Существует множество методов селекции растений, которые помогают создавать новые сорта с желаемыми характеристиками. Каждый метод имеет свои особенности и применяется в зависимости от поставленных целей в селекционном процессе.
Методы биотехнологии растений
Биотехнология растений – это совокупность методов и технологий, которые позволяют изменять генетический материал растений для получения новых сортов с улучшенными свойствами. Этот подход играет важную роль в современной селекции растений и помогает создавать устойчивые культуры с высокой урожайностью.
Краткий конспект основные методы селекции растений
Основные методы селекции растений включают искусственную гибридизацию, индивидуальный отбор, химический мутагенез, аутбридинг и другие. Каждый метод имеет свои преимущества и применяется в зависимости от поставленных целей в селекционном процессе.
Селекция. Полиплоидия селекции
Полиплоидия – это явление, при котором у растений повышенное число хромосом. Это может быть полезным для создания новых сортов с улучшенными характеристиками, так как полиплоидные растения могут проявлять новые признаки и свойства, которые отсутствуют у диплоидных организмов.
Техника опыления
Техника опыления – это метод селекции, основанный на контролируемом опылении цветковых растений для создания гибридов с желаемыми свойствами. Этот метод помогает селекционерам улучшить генетическое разнообразие и создать новые сорта растений, адаптированные к различным условиям выращивания.
В современном сельском хозяйстве селекция играет огромную роль в повышении производительности и устойчивости растений. Различные методы селекции помогают создавать сорта с лучшими характеристиками, что способствует развитию сельского хозяйства.
Опылять цветки следует на четвертый-пятый день после их кастрации, в зависимости от состояния цветка и условий погоды. К этому времени рыльца всех самоопылившихся или пораненных во время кастрации цветков почернеют и могут быть удалены перед опылением. Лучшее время опыления — утренние часы. Опылять цветки можно надетым на проволочку треугольным кусочком мягкой резинки, мягкой кисточкой, а при наличии достаточного количества пыльцы путем резкого встряхивания надетого на опыляемое соцветие изолятора с находящейся в нем пыльцой. В изоляторе создается пыльцевое облачко, и пыльца попадает на рыльце пестика. Опыление резинкой или кисточкой повторяют па следующий день, повторно встряхивают и изолятор с пыльцой. Делается это для доопыления цветков. Стратификация семян и сроки посева. Очень важно правильно сохранить семена до посева. Лучше всего семена до стратификации хранить в ягодах. После выборки семян из ягод, отмывки всплывших и неполноценных, примерно с января — февраля их стратифицируют. На 1 часть семян берут 5—10 частей крупного, хорошо промытого речного песка, перемешивают и высыпают в марлевый мешочек. Мешочек с семенами помещают в песок, насыпанный в цветочную банку или ящик. Застратифицированные семена обильно поливают и храпят до посева при температуре около 1—4°. Повторный полив проводят по мере подсыхания песка. Несмотря на то что семена винограда могут прорастать и без стратификации, ее все- таки следует делать, так как при этом повышается процент всхожести, и они прорастают более дружно. За 20—25 дней до посева к стратифицированным семенам добавляют структурной почвы, хорошо перемешивают, поливают и выставляют на проращивание в теплое затененное помещение. Во время проращивания семена необходимо регулярно поливать и перемешивать. Как только семена начнут растрескиваться, их отделяют от песка и земли промыванием и приступают к посеву. Посев семян можно проводить и без предварительного проращивания, но в этом случае непроросших семян будет больше. В случае опоздания со стратификацией семена намачивают в течение 4—5 дней, ежедневно меняя воду, после чего перемешивают с песком и почвой и выставляют на проращивание. Сеять семена следует, когда температура воздуха установится на уровне 15° и почва будет достаточно прогрета. В средней полосе СССР семена сеют с таким расчетом, чтобы всходы появились не ранее 10 и не позднее 20 июня.
Значение работ И. В.Мичурина
Работы Ивана Владимировича Мичурина послужили трамплином для развития отечественной селекционной работы. Он разработал уникальную методику преодоления проблемы нескрещиваемости видов. В результате кропотливой работы выдающегося селекционера было создано большое количество сортов садовых растений. На примере трудов Мичурина воспитывалось не одно поколение отечественных селекционеров.
Не понимаешь, как писать работу?
Метод ментора
Этот метод Мичурин считал одним из самых результативных методов управления доминированием. Прививкой гибридного черенка к кроне взрослого дерева, которое имело нужное для ученого качество, И.В. Мичурин достигал сдвига процесса доминирования в сторону усиления желаемого качества у гибрида. Питание подвоя сдвигало процесс доминирования в нужную ученому сторону.
Воспитание методом ментора.
Прививка на растение-воспитатель проводится в целях усиления желательных свойств в гибридных сеянцах. 11. В. Мичурин показал, что чем моложе воспитуемый сеянец, тем более сильное влияние ментора- воспитателя, поэтому прививку сеянцев производят в семядольном состоянии. Прививают на травянистые побеги сбоку, делая разрез побега до узла (по Галустяну), или в верхушку побега (по Η. П. Науменко и Т. С. Куталевой), или аблактировкой с язычком, опуская корешок привитого сеянца в воду для срастания прививки. Все прививки необходимо предохранять от подсыхания и солнечных ожогов. Воспитание на высоком агрофоне заключается в поддержании почвы в рыхлом и влажном состоянии и обеспечении достаточным количеством питательных веществ, которые должны быть в удобоусвояемой в легко доступной для растения форме.
Рис. 11. Сеянец винограда, развившийся при благоприятных условиях выращивания.
Удобрения вносят под посев семян (2— 3 кг перегноя и по 25—30 г действующего вещества минеральных удобрений на 1 кв. м), а со второй половины вегетации дают жидкие подкормки (до 15 г фосфора и калия и до 3 г азота на 1 кв. м).
На второй и в следующие годы количество вносимых удобрений должно быть увеличено вдвое. В начале вегетации должно преобладать азотное удобрение, а со второй половины — калийно-фосфорное, которое вносят 3—4 раза в виде жидких подкормок. Желательно вносить микроэлементы, которые дают или одновременно с жидкими подкормками (бор-марганцевое удобрение 70 г на 1 кв. м), или добавляют к бордосской жидкости при опрыскивании растений (0,1% борной кислоты и 0,1% серпокислого марганца). Зеленые прищипки способствуют повышению концентрации клеточного раствора и формированию соцветий в зимующих почках. Первую прищипку в первый год вегетация сеянца делают над первым или вторым усиком, вторую — во второй половине вегетации, при замедлении роста растения. На второй и последующие годы прищипки сходны с прищипками на сортовых растениях, при которых оставляют пасынки с 4—5 листьями.
Метод предварительного вегетативного сближения
Этот метод был применен И.В.Мичуриным при получении гибрида груши и рябины. Сначала, с целью сближения биохимических и физиологических процессов, поводилась прививка побега одного растения (рябины) на другое (грушу). Позже, во время цветения рябины, ее цветки опылялись пыльцой подвоя. Происходило скрещивание организмов с уже более близкими биохимическими и физиологическими процессами.
Метод опыления смесью пыльцы
Этот метод также позволял преодолеть проблему нескрещиваемости видов. Мичурин применял смесь пыльцы двух растений. Вещества из «чужой» пыльцы (эфирные масла) раздражали пестики растения и способствовали лучшему восприятию пыльцы растением.
Формирование биологических свойств сеянцев.
И. В. Мичурин обращал внимание селекционеров на необходимость постоянного ухода за гибридными сеянцами во время формирования урожая, так как это биологическое свойство растения может как улучшаться под направляющим воздействием селекционера, так и ухудшаться, вследствие неблагоприятных условий и отсутствия необходимого ухода. Изменения в лучшую сторону, как правило, наблюдаются при хорошем уходе за растениями и почвой, при внесении удобрений. Недостаток в питании растений, в обеспеченности влагой, перегрузка урожаем, неумелая подрезка кустов приводят к значительному угнетению растении. Одним из приемов ускорения плодоношения и сохранения качества урожая является катавлак, то есть укладка кустов с одновременным внесением удобрений (7—10 кг перегноя, 0,3—0,5 кг фосфорного и калийного удобрения и 0,1—0,2 кг азотного) в ямы или канавы на глубину 40— 50 см и оставлением на поверхности почвы только верхушки побега с 3—4 хорошо сформированными и перезимовавшими почками. В том же году уложенный катавлаком сеянец приносит первый урожай. Неослабное внимание к сеянцам в период их формирования должно продолжаться до завершения этого процесса, который длится до 10 лет и более.
Рис. 12. Техника проведения катавлака сеянцев винограда: 1 — яма для укладки побега, 2 — побег уложен в яму; а — корни и надземная часть, развившаяся на катавлаке.
В целях коренной перестройки биологических свойств растений винограда, получения филлоксеро- и мильдьоустойчивых сортов систематически проводят отдаленные скрещивания. Межвидовые скрещивания растении, относящихся к подроду Еувитис (винифера, амурензис, рипариа, Рупестрис, Лабруска), удаются легко. Потомство отличается повышенной жизненностью и нормальной плодовитостью. Скрещивания же растений, относящихся к разным подродам или родам семейства виноградных, или совершенно не удаются, или получаемое потомство бесплодно. Для преодоления нескрещиваемости и получения плодовитого потомства И. В. Мичурин разработал ряд методов.
Сочетание ряда мичуринских методов, направленных на преодоление нескрещиваемости, должно обеспечить успешное выполнение поставленного селекционного задания — получения межродовых гибридных растений.
Метод гибридизации
Метод гибридизации позволил Мичурину соединить в гибридном растении генотипы родительских сортов, которые очень отличались по своим качествам. В частности он сумел получить гибриды, сочетавшие в себе вкусовые качества лучших южных зарубежных сортов и зимостойкость местных российских сортов. Простое скрещивание не давало желаемых результатов. Поэтому Мичурин широко использовал условия развития для управления характером доминирования. Он выращивал полученные гибриды в суровых условиях, чтобы стимулировать доминирование качеств повышенной морозоустойчивости, заложенных в генотипе гибрида. Скрещивание растений из географически отдаленных регионов позволяло, по мнению Мичурина, избегать одностороннего доминирования и давало возможность управлять процессом формирования желаемых признаков гибридов.
Метод посредника
Этот метод позволил обойти проблему нескрещиваемости отдельных видов. Если невозможно скрестить два вида, то ученый брал третий вид растения, скрещивал его с первым видом, а полученный гибрид – со вторым. Из последующих гибридов в процессе искусственного отбора отбирались образцы с наилучшими, с точки зрения целей селекционера, качествами.
Клетка как биологическая система
Одним из основополагающих понятий в современной биологии является представление о том, что всем живым организмам присуще клеточное строение. Изучением строения клетки, ее жизнедеятельности и взаимодействия с окружающей средой занимается наука цитология, в настоящее время чаще именуемая клеточной биологией. Своему появлению цитология обязана формулировке клеточной теории (1838–1839 гг., М. Шлейден, Т. Шванн, дополнена в 1855 г. Р. Вирховым).
Клеточная теория является обобщенным представлением о строении и функциях клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.
Основные положения клеточной теории:
Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка является мельчайшей единицей жизни, элементарной живой системой, которой присущи все признаки и свойства живого. Формулировка клеточной теории стала важнейшей предпосылкой развития воззрений на наследственность и изменчивость, так как выявление их природы и присущих им закономерностей неизбежно наводило на мысль об универсальности строения живых организмов. Выявление единства химического состава и плана строения клеток послужило толчком и для развития представлений о происхождении живых организмов и их эволюции. Кроме того, происхождение многоклеточных организмов из единственной клетки в процессе эмбрионального развития стало догмой современной эмбриологии.
Развитие знаний о клетке
До XVII века человек вообще ничего не знал о микроструктуре окружающих его предметов и воспринимал мир невооруженным глазом. Прибор для изучения микромира — микроскоп — был изобретен приблизительно в 1590 году голландскими механиками Г. и З. Янсенами, однако его несовершенство не давало возможности рассмотреть достаточно мелкие объекты. Лишь создание на его основе так называемого сложного микроскопа К. Дреббелем (1572–1634) способствовало прогрессу в данной области.
В 1665 году английский ученый-физик Р. Гук (1635–1703) усовершенствовал конструкцию микроскопа и технологию шлифовки линз и, желая убедиться в улучшении качества изображения, рассматривал под ним срезы пробки, древесного угля и живых растений. На срезах он обнаружил мельчайшие поры, напоминающие пчелиные соты, и назвал их клетками (от лат. целлюла — ячейка, клетка). Интересно отметить, что Р. Гук считал главным компонентом клетки клеточную оболочку.
Во второй половине XVII века появились работы виднейших микроскопистов М. Мальпиги (1628–1694) и Н. Грю (1641–1712), также обнаруживших ячеистое строение многих растений.
Чтобы удостовериться, что увиденное Р. Гуком и другими учеными является правдой, не имевший специального образования голландский торговец А. ван Левенгук самостоятельно разработал конструкцию микроскопа, принципиально отличавшуюся от уже существующей, и усовершенствовал технологию изготовления линз. Это позволило ему достичь увеличения в 275–300 раз и рассмотреть такие детали строения, которые были технически недоступны остальным ученым. А. ван Левенгук был непревзойденным наблюдателем: он тщательно зарисовывал и описывал увиденное под микроскопом, но не стремился объяснить этого. Он открыл одноклеточные организмы, в том числе и бактерии, в клетках растений обнаружил ядра, хлоропласты, утолщения клеточных стенок, но оценить его открытия смогли намного позже.
Открытия компонентов внутреннего строения организмов в первой половине XIX века следовали одно за другим. Г. Моль различил в клетках растений живое вещество и водянистую жидкость — клеточный сок, обнаружил поры. Английский ботаник Р. Броун (1773–1858) в 1831 году открыл ядро в клетках орхидей, затем оно было обнаружено во всех растительных клетках. Чешский ученый Я. Пуркинье (1787–1869) для обозначения полужидкого студенистого содержимого клетки без ядра ввел термин «протоплазма» (1840). Дальше всех современников продвинулся бельгийский ботаник М. Шлейден (1804–1881), который, изучая развитие и дифференциацию разнообразных клеточных структур высших растений, доказал, что все растительные организмы ведут свое происхождение от одной клетки. Он же рассмотрел в ядрах клеток чешуи лука округлые тельца-ядрышки (1842).
В 1827 году русский ученый-эмбриолог К. Бэр обнаружил яйцеклетки человека и других млекопитающих, опровергнув тем самым представления о развитии организма исключительно из мужских гамет. Кроме того, он доказал формирование многоклеточного животного организма из единственной клетки — оплодотворенной яйцеклетки, а также сходство стадий зародышевого развития многоклеточных животных, которое наводило на мысль о единстве их происхождения. Сведения, накопленные к середине XIX века, требовали обобщения, которым и стала клеточная теория. Ее формулировке биология обязана немецкому зоологу Т. Шванну (1810–1882), который на основе собственных данных и выводов М. Шлейдена о развитии растений выдвинул предположение о том, что если в каком-либо видимом под микроскопом образовании присутствует ядро, то это образование является клеткой. Основываясь на данном критерии, Т. Шванн сформулировал основные положения клеточной теории.
Немецкий врач и патолог Р. Вирхов (1821–1902) внес в эту теорию еще одно важное положение: клетки возникают только путем деления исходной клетки, т. е. клетки образуются только из клеток («клетка от клетки»).
Со времени создания клеточной теории учение о клетке как о единице структуры, функции и развития организма непрерывно развивалось. К концу XIX века благодаря успехам микроскопической техники было уточнено строение клетки, описаны органоиды — части клетки, выполняющие различные функции, исследованы способы образования новых клеток (митоз, мейоз) и стало понятным первостепенное значение клеточных структур в передаче наследственных свойств. Применение новейших физико-химических методов исследования позволило углубиться в процессы хранения и передачи наследственной информации, а также исследовать тонкое строение каждой из структур клетки. Все это способствовало выделению науки о клетке в самостоятельную отрасль знания — цитологию.
Клеточное строение организмов, сходство строения клеток всех организмов — основа единства органического мира, доказательства родства живой природы
Все известные на сегодняшний день живые организмы (растения, животные, грибы и бактерии) имеют клеточное строение. Даже вирусы, которые не имеют клеточного строения, могут размножаться только в клетках. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живого, которой присущи все его проявления, в частности, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, рост и развитие, воспроизведение и раздражимость. При этом именно в клетках хранится, перерабатывается и реализуется наследственная информация.
Несмотря на все разнообразие клеток, план строения для них един: все они содержат наследственный аппарат, погруженный в цитоплазму, и окружающую клетку плазматическую мембрану.
Клетка возникла в результате длительной эволюции органического мира. Объединение клеток в многоклеточный организм не является простым суммированием, так как каждая клетка, сохраняя все присущие живому организму признаки, в то же время приобретает новые свойства вследствие выполнения ею определенной функции. С одной стороны, многоклеточный организм можно разделить на составляющие его части — клетки, но с другой стороны, сложив их вновь воедино, невозможно восстановить функции целостного организма, так как лишь во взаимодействии частей системы появляются новые свойства. В этом проявляется одна из основных закономерностей, характеризующих живое, — единство дискретного и целостного. Небольшие размеры и значительное количество клеток создают у многоклеточных организмов большую поверхность, необходимую для обеспечения быстрого обмена веществ. Кроме того, в случае гибели одной части организма его целостность может быть восстановлена за счет воспроизведения клеток. Вне клетки невозможны хранение и передача наследственной информации, хранение и перенос энергии с последующим превращением ее в работу. Наконец, разделение функций между клетками в многоклеточном организме обеспечило широкие возможности приспособления организмов к среде обитания и явилось предпосылкой усложнения их организации.
Таким образом, установление единства плана строения клеток всех живых организмов послужило доказательством единства происхождения всего живого на Земле.
Методы изучения генетики человека
Методы, применяемые в генетике человека, принципиально не отличаются от общепринятых для других объектов — это генеалогический, близнецовый, цитогенетический, дерматоглифический, молекулярно-биологический и популяционно-статистический методы, метод гибридизации соматических клеток и метод моделирования. Их использование в генетике человека учитывает специфику человека как генетического объекта.
Близнецовый метод помогает определить вклад наследственности и влияние условий окружающей среды на проявление признака на основе анализа совпадения этих признаков у однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Так, у большинства однояйцевых близнецов совпадают группы крови, цвет глаз и волос, а также целый ряд других признаков, тогда как корью болеют одновременно оба типа близнецов.
Дерматоглифический метод основан на исследовании индивидуальных особенностей кожных рисунков пальцев рук (дактилоскопия), ладоней и ступней ног. На основе этих особенностей он зачастую позволяет своевременно выявить наследственные заболевания, в частности хромосомные аномалии, такие как синдром Дауна, Шерешевского – Тернера и др.
Генеалогический метод — это метод составления родословных, с помощью которых определяют характер наследования изучаемых признаков, в том числе наследственных болезней, и прогнозируют рождение потомков с соответствующими признаками. Он позволил выявить наследственную природу таких заболеваний, как гемофилия, дальтонизм, хорея Гентингтона и др. еще до открытия основных закономерностей наследственности. При составлении родословных ведут записи о каждом из членов семьи и учитывают степень родства между ними. Далее на основании полученных данных с помощью специальной символики строится родословное древо.
Генеалогический метод можно использовать на одной семье, если есть сведения о достаточном количестве прямых родственников человека, родословная которого составляется — пробанда, — по отцовской и материнской линиям, в противном случае собирают сведения о нескольких семьях, в которых проявляется данный признак. Генеалогический метод позволяет установить не только наследуемость признака, но и характер наследования: доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом и т. д. Так, по портретам австрийских монархов Габсбургов было установлено наследование прогнатии (сильно выпяченной нижней губы) и «королевской гемофилии » у потомков британской королевы Виктории.
Значение генетики для медицины. Наследственные болезни человека, их причины, профилактика. Вредное влияние мутагенов, алкоголя, наркотиков, никотина на генетический аппарат клетки. Защита среды от загрязнения мутагенами. Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на собственный организм
Изучение закономерностей наследственности и изменчивости на растительных и животных объектах со временем привело к пониманию того, что наряду с инфекционными заболеваниями человека существует и значительное число (более 4000) наследственных болезней, развитие многих из которых обусловлено взаимодействием генетических программ и условий окружающей среды. Наследственные болезни затрагивают многие стороны обмена веществ, приводят к нарушениям структуры тканей и органов, а также психическим отклонениям.
Если ранее едва ли не единственными средствами профилактики наследственных заболеваний были запрет рожать детей женщинам, уже имеющим детей с отклонениями в развитии, а также принудительная стерилизация, то в настоящее время арсенал медицинских генетиков значительно расширился. Так, определение носительства родителями генов наследственных болезней и ранняя диагностика этих заболеваний еще до рождения ребенка позволяет избежать тяжелых последствий путем планирования семьи. Значительную помощь в этом отношении оказывает медико- генетическое консультирование.
Кроме того, профилактика многих заболеваний, в основе которой лежит исключение тех или иных веществ и продуктов из рациона питания, также позволяет предотвратить аномальное развитие и даже гибель больного.
Открытия в области молекулярной генетики позволили в последнее время совершить прорыв и в направлении исправления и замены патологических генов. Эта отрасль медицинской генетики называется генотерапией. Так, уже родился первый ребенок, у которого прямо в зиготе удалили ген наследственной формы рака.
Методы селекции и их генетические основы
Основные методы селекции — гибридизация и искусственный отбор.
Гибридизация — это процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.
Для достижения результата в процессе гибридизации особое внимание уделяется подбору родительских пар. В селекции растений подбор ведется по определенным признакам с учетом генетической и географической удаленности; в селекции животных — только по хозяйственно ценным признакам, которые определяют по экстерьеру, родословной и потомству.
Выделяют родственную и неродственную гибридизации. Родственное скрещивание, или инбридинг, приводит к появлению чистых линий, но при этом снижается жизнеспособность потомства вследствие перехода различных летальных и полулетальных генов в гомозиготное состояние.
Неродственное скрещивание, или аутбридинг, бывает внутривидовым и межвидовым (в т. ч. отдаленная гибридизация). Аутбридинг в первом поколении дает эффект гетерозиса.
Гетерозис (от греч. гетерозис — изменение, перевоплощение) — явление повышения жизнеспособности и продуктивности у гибридов первого поколения по сравнению с исходными родительскими формами.
Данное явление объясняется благоприятным сочетанием родительских генов, а также переходом сублетальных и летальных аллелей в гетерозиготное состояние. Во втором и последующих поколениях эффект гетерозиса ослабевает вследствие расщепления генов и гомоготизации. У растений его эффект можно закрепить вегетативным или партеногенетическим размножением, удвоением числа хромосом и т. д. Эффект гетерозиса широко применяется в сельском хозяйстве, так как он позволяет существенно повысить урожайность растений (кукурузы, огурцов, томатов) и продуктивность животных (яйценоскость гибридов леггорнов и австралорнов, скорость роста и улучшение качества мяса бройлеров).
Несмотря на то, что с помощью отдаленной гибридизации уже созданы и успешно внедрены в сельскохозяйственное производство высокопродуктивные гибриды растений (пшенично-пырейный, пшеницы и ржи — тритикале, малины и ежевики), у животных (лошади и осла — мул, белуги и стерляди — бестер), основной проблемой данного метода является преодоление бесплодия гибридов. Бесплодие возникает в результате различий размеров, форм и количества хромосом в кариотипе родительских форм, вследствие чего хромосомы утрачивают способность конъюгировать в процессе мейоза. Преодолеть его можно за счет удвоения числа хромосом в кариотипе, и тогда хромосомы каждого из родителей будут конъюгировать с гомологичными им. Первым данный метод апробировал российский селекционер Г. Д. Карпеченко в процессе создания редечнокапустного гибрида с 36 хромосомами, тогда как у каждой из родительских форм их было по 18.
У животных решить проблему данным путем не представляется возможным вследствие увеличения дозы летальных аллелей, поэтому у них только в некоторых случаях один или оба пола плодовиты, как, например, самки гибридов яка с крупным рогатым скотом.
Искусственный отбор — процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений путем систематического сохранения и размножения особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений.
Выделяют две формы искусственного отбора: бессознательный, ведущийся без определенного плана, и методический, производимый с определенной целью. Примером искусственного отбора являются породы домашних голубей, выведенные от дикого скалистого голубя. Также он применяется в форме массового и индивидуального отбора. Массовый отбор является эффективным при высокой наследуемости признака. В основном он используется в селекции растений и микроорганизмов. При индивидуальном отборе учитываются не только показатели продуктивности или иные качества организма, но и наследование данного признака в ряду поколений. В комбинации с инбридингом он позволяет получить чистые линии. Индивидуальный отбор характерен для селекции животных и самоопыляющихся растений.
Теорию искусственного отбора создал великий английский ученый Ч. Дарвин. Основные положения своей теории он изложил в труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» и развил в дальнейшем в книге «Изменения домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания».
Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов
В связи с тем, что генетически запрограммированные резервы продуктивности культурных растений и животных уже практически исчерпаны, создание новых сортов и пород этих организмов требует кардинального изменения подхода к процессу селекции. В первую очередь перед началом селекционного процесса создается модель сорта или породы, которая учитывает современные требования к нему, после чего производится подбор методов, при помощи которых может быть достигнут искомый результат. Помимо описанных выше гибридизации и искусственного отбора, на современном этапе развития селекции широко используются также искусственный мутагенез, методы биотехнологии, клеточной и генной инженерии, клонирование.
Искусственным, или экспериментальным мутагенезом называют получение мутаций с помощью физических или химических агентов, например рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Он позволяет получить как новые полезные генные мутации, так и геномные, в том числе добиться полиплоидизации. Однако далеко не все мутации происходят в ядерном геноме и способны передаваться в ряду поколений, поскольку в клетках животных имеются еще геномы митохондрий, а в клетках растений — митохондрий и пластид. Кроме того, мутации могут затронуть только соматические клетки, но не произойти в половых. В связи с этим многие мутантные формы растений размножаются только вегетативно.
В селекции растений широко применяются различные формы гибридизации и искусственного отбора. Однако гибриды довольно часто являются бесплодными, и поэтому их либо каждый раз выводят заново, либо размножают вегетативно. Для преодоления бесплодия гибридов у растений используется искусственный мутагенез, который позволяет получать полиплоидные сорта, отличающиеся более высокой урожайностью. С его помощью был получен ряд сортов сахарной свеклы, гречихи, редечно-капустный гибрид Г. Д. Карпеченко, а также новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы, сорта растений с декоративными листьями.
В плодоводстве и декоративном цветоводстве невозможно в настоящее время обойтись без методов, разработанных и усовершенствованных одним из самых выдающихся российских селекционеров — И. В. Мичуриным, в особенности методов ментора, вегетативного сближения, посредника, смеси пыльцы и др. Например, метод ментора благодаря сочетанию свойств привоя и подвоя позволил ему вывести сорт груши бере зимняя.
Селекция животных использует те же методы, что и селекция растений, однако она учитывает биологические особенности этих организмов. Так, здесь на определенных стадиях селекционного процесса прибегают к инбридингу, однако весьма в ограниченных масштабах, поскольку это может привести к снижению жизнеспособности особей вследствие перевода летальных аллелей в гомозиготное состояние. Более широко распространенный в животноводстве аутбридинг может давать эффект гетерозиса, как в случае бройлеров — гибридов пород кур корниш и белого плимутрока, но при межвидовой гибридизации гибриды в основном бесплодны и их вегетативное размножение невозможно.
Еще одной трудностью селекционной работы в данной области является то, что у особей одного из полов могут не проявляться хозяйственно ценные признаки, например у петухов — яйценоскость, а у быков — молочность и жирность. В связи с этим от производителей получают «пробных » потомков, и только в том случае, если для последних характерны более высокие показатели исследуемого признака, производителей целесообразно использовать в дальнейшей работе. Для получения от них максимально возможного числа потомков применяют технологии искусственного осеменения, которые предусматривают получение и хранение половых клеток в течение длительного времени, а также искусственного оплодотворения «в пробирке» и пересадки в матку менее ценной в хозяйственном отношении самки — суррогатной матери.
Микроорганизмы в последнее время широко применяются в различных отраслях хозяйственной деятельности. Так, дрожжи используют в хлебопечении, виноделии, пивоварении и т. д. Другие грибы синтезируют в промышленных условиях антибиотики, лимонную кислоту и кормовые белки из отходов растениеводства и даже нефти. С помощью бактерий человек получает витамины, аминокислоты, инсулин, а также извлекает металлы из руд и промышленных отходов. Широко используются микроорганизмы в сельском и лесном хозяйстве для борьбы с вредителями.
Особенности организации и жизнедеятельности микроорганизмов не позволяют применять у них метод гибридизации, тогда как искусственный мутагенез с последующим отбором наиболее продуктивных штаммов дает прекрасные результаты. В некоторых случаях проводят искусственное скрещивание штаммов с помощью бактериофагов, способных переносить наследственную информацию из одной клетки бактерий в другую. Это позволило получить, например, высокопродуктивные штаммы грибов — продуцентов антибиотиков и витаминов.
Значение генетики для селекции
Хотя селекция и возникла как наука для удовлетворения практических потребностей человека, издавна применявшего гибридизацию особей с лучшими сочетаниями признаков для получения новых сортов растений и пород животных (именно на основе сравнения гибридов с родительскими формами начали формироваться основные представления о закономерностях наследования признаков), в настоящее время генетика является теоретической основой селекции. Опираясь на частную генетику различных объектов, селекционеры подбирают исходный материал для создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. При этом не только используются уже имеющиеся наследственные признаки, но и создаются новые благодаря применению метода искусственного мутагенеза, а также вносятся новые гены с помощью методов биотехнологии, не утрачивает своего значения и явление гетерозиса.
Окраска и структура меха пушных животных наследуются как качественные признаки, в связи с чем селекционеры используют их для выведения новых пород норки, лисицы, кролика и др. Продуктивность растений и крупного рогатого скота, напротив, являются количественными признаками, что также не может не учитываться в процессе выведения новых сортов и пород.
Значительную роль методы искусственного мутагенеза, клеточной и генной инженерии сыграли в выведении новых штаммов микроорганизмов, продуцирующих антибиотики, гормон роста человека, инсулин и др., а также в создании новых сортов растений и животных с измененными свойствами — генетически модифицированных организмов.
Клеточная и генная инженерия, клонирование
Клеточная инженерия — метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования на питательной среде, гибридизации и реконструкции. При этом в клетки вводят новые хромосомы, ядра и другие клеточные структуры.
Достижения клеточной инженерии растений, которая позволяет сформировать целое растение, в том числе с измененными свойствами, из отдельной клетки, нашли широкое применение в растениеводстве и селекции. Так, стали возможными соматическая гибридизация, клеточная селекция, гаплоидизация, преодоление нескрещиваемости в культуре и другие приемы.
Технологии искусственного оплодотворения, за разработку которых присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины в 2010 году, также базируются на методах клеточной инженерии.
Генная инженерия — это отрасль молекулярной биологии и генетики, задачей которой является конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Во многих случаях это сводится к переносу необходимых генов от одного вида живых организмов к другому, зачастую очень далекому по происхождению.
Переносу генов предшествует кропотливая работа по выявлению нужного гена в геноме организма- донора (вируса, бактерии, растения, животного, гриба) и его выделению. Это наиболее трудная часть работы, поскольку вместе со структурным геном необходимо перенести и регуляторные. Затем необходимо встроить данный участок молекулы ДНК в генетический вектор (переносчик ДНК). В качестве векторов чаще всего используют вирусы, плазмиды бактерий, хромосомы митохондрий и пластид, а также искусственно сконструированные молекулы ДНК. Процесс введения вектора новой ДНК в клетку-хозяина называется трансформацией. Последний этап работы заключается в размножении организмов-хозяев и отборе тех из них, в которых «прижился» введенный ген. В настоящее время применяют и прямое введение ДНК в клетки эукариот с помощью электрических разрядов, генной пушки и другими способами. Полученные в результате переноса генов организмы называются генетически модифицированными, или трансгенными.
Клонирование — это получение многочисленных копий гена, белка, клетки или организма. Клонирование генов чаще всего осуществляется с помощью бактерий и вирусов, поскольку, например, одна вирусная частица бактериофага, в которой содержится нужный ген, за один день может образовать более 1012 идентичных копий себя и этой молекулы.
Клонирование растений также не представляет значительной трудности, поскольку клетки растений тотипотентны, т. е. из одной клетки можно восстановить целый организм, особенно если культивировать эти клетки на питательной среде со всеми необходимыми веществами.
Массовое размножение генетически идентичных животных долгое время сталкивалось с таким существенным препятствием, как отсутствие способности к бесполому размножению у высших животных. Однако в 1997 году эта проблема была разрешена с получением первого клонированного организма — овцы Долли. Для клонирования были взяты клетки молочной железы ее генетической матери, а также яйцеклетки суррогатной матери. Ядра яйцеклеток удалялись, а на их место вводились ядра клеток молочной железы. После стимуляции развития зиготы электрическим током делящийся зародыш короткий промежуток времени культивировали на питательной среде, а затем вводили в матку суррогатной матери. К сожалению, из пяти пересаженных эмбрионов выжил лишь один.
В настоящее время клонирован уже целый ряд видов животных — мыши, собаки, коровы и др., однако клонирование человека запрещено законодательством многих государств и международными договорами.
Заманчивые перспективы перед человечеством раскрываются в области терапевтического клонирования — воспроизведения отдельных органов. Так, в настоящее время широко используются клонированная кожа, клетки соединительной ткани и другие части организма.
Посев семян.
Семена высевают в бороздки, на гряды, в горшочки или в питательные кубики, но не в посевные ящики и не в парники, потому что сеянцы винограда болезненно переносят пикировку всходов. Расстояние между бороздками должно быть 35—100 см, глубина бороздки до 3 см. Семена высевают через 5—10 см и заделывают рыхлой землей слоем 1—2 см, затем поливают и мульчируют 2—3-сантиметровым слоем торфяной крошки или перегноя.
При посеве в гряды, последние должны иметь ширину 1 м и быть направлены с востока на запад. Рядки, расположенные поперек гряды, отстоят один от другого на 25 см. Чтобы устранить вредное влияние пересадки на сеянцы, семена винограда часто высевают в питательные кубики, дернинки, положенные травой вниз, или в цветочные горшки, которые вкапывают на 2—3 см ниже уровня почвы, после чего их мульчируют и поливают. Воспитание виноградных сеянцев. В ряде исследовательских учреждении отмечены факты вступления сеянцев винограда в пору плодоношения па второй год после посева семян. Эти факты показывают, что стадии развития от семени до начала плодоношения у сеянцев винограда завершаются в течение первого вегетационного периода. Однако, несмотря на завершение стадийного развития, часть сеянцев не плодоносит, что может быть объяснено недостаточным питанием растения.
Рис. 10. Прививка сеянцев в семядольном состоянии (по Η. П. Науменко и Т. С. Куталевой): 1 — стойка; 2 — полочка с влажным мхом; 3 — побеленный стакан; 4 — сеянец, привитый в семядольном состоянии; 5 — колышек для поддержания лозы; 6 — лоза, в верхушку которой привит сеянец.
Поэтому усилия селекционеров при воспитании сеянцев винограда должны быть направлены па создание условий, способствующих повышению концентрации питательных веществ в клетках. Это достигается: а) прививкой сеянцев на сильнорастущие растения; б) внесением достаточного количества удобрений; в) зелеными прищипками, которые ведут к сокращению расхода питательных веществ на прирост сеянцев. Эти вещества направляются в почки, что способствует лучшей их дифференциации.
И. В. Мичурин и его вклад в развитие селекционной науки
Иван Владимирович Мичурин – яркий представитель ученого-самоучки. Он родился $15$ октября $1855$ года в семье мелкопоместных дворян. Его отец, дед и прадед занимались садоводством. И Иван с детских лет пристрастился к работам с растениями. Уже в восемь лет он в совершенстве умел производить окулировку, копулировку и аблактировку растений. Обучался Мичурин, в основном, дома. Когда из-за болезни отца семья попала в сложные материальные условия, Иван Мичурин поступил на работу на товарную станцию, а все свободное время посвящал селекционной работе в саду, на арендованной усадьбе. Садоводство стало главным делом его жизни.
Мичурин увлеченно изучал разнообразие российских и мировых плодовых и ягодных растений. Первоначальной задачей Мичурин поставил пополнение разнообразия плодовых и ягодных культур центральных и северных районов России. Он увлекся идеями акклиматизации сортов плодовых растений, которые в то время пропагандировал московский садовод А.К. Грелль. Но несколько лет напряженной работы показали несостоятельность этого метода для акклиматизации южных сортов к суровым зимам европейского Севера России. Поэтому И.В.Мичурин начал работы по гибридизации. Они давали лучший результат акклиматизации теплолюбивых южных сортов.
Параллельно с практической работой, Мичурин занимался научно-теоретической деятельностью. За свои труды правительством России в $1913$ году он был награжден орденом Святой Анны $3$-й степени и Зеленым крестом «За труды по сельскому хозяйству». Но его работы не получили должного внимания со стороны правящих кругов.
«Методы селекционно-генетической работы И.В. Мичурина» 👇
Только при Советской власти усилия ученого были достойно оценены государством. И. В. Мичурину была предоставлена возможность не только проводить широкомасштабные опыты, но и активно внедрять полученные результаты научных разработок в практику сельского хозяйства.