Одомашнення рослин і тварин.  Поняття про селекцію

Селекція – це наука, що вивчає методистворення нових і поліпшенняіснуючих сортів рослин, порідтварин і штамів мікроорганізмівз цінними для людиниознаками та властивостями.

Сортом і породою називають стійку популяціюорганізмів одного виду, щоштучно створені та маютьподібні морфологічні, фізіологічні, біохімічні та господарськіознаки. Штам – це чиста культура мікроорганізмів, тобто нащадкиоднієї клітини.

Основними методами селекції є штучнийдобір і гібридизація. Людина, розвиваючи в різнихнапрямах ознаки диких предків, створила безліч порід і сортів. Наприклад, нині у світі відомо понад150 порід голубів, що походять, імовірно, від одного дикоговиду – Голуба скельного (іл. 205).

Штучний добір – це процес створення порід, сортів, штамів шляхом систематичного збереження особин з певними, цінними для людиниознаками і сприяння їхньому розмноженню.

Важливоюумовою ефективності штучного добору є різноманіття вихідного матеріалу, тому використовуютьплідників з різних географічнихобластей. Існує масова таіндивідуальна форми штучного добору. Масовий добір, за якого вибирають особин ізособливостями фенотипу, простий у застосуванні. Але особини, подібні за фенотипом, можуть виявитися різнорідними за генотипом, й ефективність добору буденезначною. За індивідуального добору плідниківвибирають за

результатамиГібридизація  – вченняпроцес фенотипу отримання і     генотипугібридів. , в основі якоголежить об’єднання в одній клітині генетичногоматеріалу різних клітин.

 Іппо, малюк, народжений від схрещування зебри та осла, став об'єктом захоплення відвідувачів італійського зоопарку.

Інколи застосовують міжвидову, або віддалену, гібридизацію, коли плідники належать до різнихвидів і родів, зметою поєднання в гібридівцінних спадкових ознак (іл. 206). Цей тип гібридизації широко застосовуютьу плодівництві. У такийспосіб отримано гібриди ожиний малини, сливи й терну, пшениці й жита(тритикале) тощо. Частіше застосовують внутрішньовидову гібридизацію, що її проводять між організмамиодного виду. Особини, які берутьучасть у схрещуванні, можуть матирізний ступінь спорідненості. Розрізняють споріднене й неспоріднене внутрішньовидові схрещування.

Споріднене схрещування (інбридинг) – це гібридизація організмів, що маютьспільних предків. Такий видсхрещування використовують для отриманнячистих ліній організмів. Це призводитьдо гомозиготності, і в результаті проявляються рецесивні ознаки. Прикладомможуть слугувати самозапильні рослини тагермафродитні тварини, які здатнідо самозапліднення.

Арахіс культурний

Неспоріднене схрещування (аутбридинг) – це гібридизаціяміж організмами різних ліній. У гібридів шкідливі алелі переходятьу гетерозиготний стан – спостерігаєтьсяявище гетерозису.

Гетерозис – явище, заякого перше покоління гібридів, одержаних у результатінеспорідненого схрещування, має підвищеніжиттєздатність, продуктивність, ріст тастійкість проти хвороб тощо(іл. 207).

Селекція рослин

Завдякивегетативному розмноженню можна тривалийчас зберігати гетерозиготність генотипу. Застосовуючи хімічні сполуки, певнівиди випромінювання під часпроростання насіння, одержують матеріал для добору. Рослинам властиве явище поліплоїдії – кратне збільшення числа хромосому клітинах. Це одиніз шляхів поліпшення сортів культурнихрослин. Для селекції рослин застосовуютьособливий спосіб штучного об’єднаннячастин різних особин – щеплення. Частину рослини, якуприщеплюють, називають прищепою, а рослину, до якої прищеплюють, – підщепою.

Б'янка - полуниця біла

Селекція тварин

Гібрид зебри і

                                 коня                                                        Зеброїд         Гібридний

Центри походження й різноманітності культурних рослин та свійських тварин.

У результаті досліджень М. І. Вавилов визначив сім основних центрів походження й різноманітності культурних рослин (іл. 208). У Південноазійському тропічному центрі виникло близько 33 % культурних рослин, наприклад лимон, огірок, манго. На Східноазійський центр припадає 20 % культурних рослин. Це просо, соя, редька, яблуня, груша тощо. З Південно-західноазійського центру походять морква, абрикос, бавовник, виноград тощо. Цукровий буряк, капуста та олива виникли в Середземноморському центрі. В Абіссінському центрі виникли тверда пшениця та зернове сорго. З Центральноамериканського центру походять гарбуз, какао, соняшник, квасоля та кукурудза. Картопля, томати, ананас та арахіс походять з Південноамериканського центру.

Вавилов Микола

Іванович

Біотехнологія, її завдання та методи

XXI століття називають «золотим століттям біології». Це стосуєтьсяй одного з їїнапрямів – біотехнології.

Біотехнологія – це наука про використання біологічних об’єктіві хіміко-біологічних процесів у промисловомувиробництві, сільському господарстві, енергетиці й медицині.

Біотехнологіяґрунтується на відкриттях у біохімії, мікробіології, молекулярній біології, клітинній та генетичнійінженерії, що уможливлюють використання властивостей мікроорганізмів, клітин і тканин з визначеноюметою.

Об’єктами можуть   бутимолекули    (ферменти, вітаміни, амінокислоти), неклітинні форми життя (віруси), одноклітинні організми (бактерії, дріжджі) та багатоклітинні організми. Нині більшість об’єктівстановлять мікроорганізми. До нихналежать усі прокаріоти – бактерії та ціанобактерії, а також одноклітинні та        колоніальні  еукаріоти.      Основою сучасного біотехнологічного виробництва є синтезречовин за допомогою мікроорганізмів (іл. 209).

Завдання біотехнології.

створення біологічно активних речовин і лікарських

      препаратів (інтерферонів, інсуліну, гормонів росту,          антитіл, вакцин тощо);

розробленнязасобів захисту рослин відхвороб і шкідників; створення бактеріальних добрив і регуляторів росту рослин, а також нових сортіві

синтез цінних кормовихдобавок і біологічно активних речовин (кормовогобілка, амінокислот, ферментів, вітамінів) з метоюпідвищення продуктивності тварин;

розроблення екологічно безпечних технологій утилізації відходів для одержанняенергоносіїв, добрива та кормовихдобавок;

розробленнянових технологій добування цінних продуктівз метою використання у харчовій, хімічній

Приладдя в генній

Генна інженерія використовуєінженерії різні інструменти та методи для маніпулювання генетичним матеріалом організмів. Основні інструменти включають: ферментидля розрізання та з'єднання ДНК (наприклад, рестриктази та лігази), вектори для переносугенів (наприклад, плазміди та віруси), а також технології для секвенуваннята синтезу ДНК. Важливимиє методи для введеннячужорідної ДНК у клітини, такі як мікроін'єкції, електропорація та ліпофекція. Додатково, важливу роль відіграютьметоди редагування геному, зокрема CRISPR/Cas9.

ДНК-лігаза

Ендонуклеази рестрикції

Основні інструменти та методи генної інженерії:

Ферменти:

•       Рестриктази: Розщеплюють ДНК у певних послідовностях, дозволяючи вирізати потрібні гени.

•       Лігази: З'єднуютьфрагменти ДНК, дозволяючи створювати рекомбінантні молекули.

•       Полімерази: Використовуються для синтезуДНК, наприклад, при ПЛР(полімеразній ланцюговій реакції).

Вектори:

•       Плазміди: Невеликі кільцеві молекули ДНК, якіможуть бути використані для переносугенів у бактеріальні клітини.

•       Віруси: Можуть бути модифікованідля переносу генів у клітини еукаріотів.

Методи введення ДНК у клітини:

•       Мікроін'єкції: Пряме введення ДНК у клітину за допомогоюмікроскопічних голок.

•       Електропорація: Тимчасове створення пор у клітинній мембрані        за     допомогою    електричного         поля          для проникнення ДНК.

•       Ліпофекція:          Використання       ліпідних частинок          для обволікання ДНК таїї перенесення у клітини.

Клітинна інженерія

Перспективнимнапрямом клітинної інженерії є клонування організмів. Клоном називають сукупність клітин абоособину, яка утворилися від спільногопращура нестатевим шляхом (іл. 213).

Методика репродуктивного клонування тварин є такою: з незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро й пересаджують у неїядро соматичної клітини іншоїособини. Таку зиготу пересаджуютьу матку самки, уякій розвивається ембріон. Цяметодика дає змогу одержувативід цінних за своїмиякостями плідників необмежене по томство. Уперше клонована свійська тварина (вівцяДоллі) з’явилася в результаті використання донорського ядра клітинимолочної залози дорослої вівці. Уцього першого успішного експерименту є суттєвийнедолік – дуже низький коефіцієнтвиходу живих особин (0,36 %).

Однак він доводить можливість повноцінного клонування.

У природі трапляються химерні організми, переважно поміж рослин. Людинанавчилася створювати їх штучно(іл. 214). Химерні тварини – це організми, що утворюються внаслідок поєднання бластомерів ембріонів з різнимигенотипами.

Біологія і медицина

Медицина є одним ізнайважливіших напрямів діяльності людини. Їїрозвиток почався в давнічаси, коли способи лікуванняхвороб були переважно інтуїтивними й ґрунтувалисяна використанні лікарських рослин.

Одним з найважливішихдля медицини біологічних відкриттів стало винайденняантибіотиків: було зменшенорівень смертності, спричиненої інфікуванням хвороботворними бактеріями. Успіхи сучасноїмолекулярної біології дають інформацію стосовно зв’язківгенів та ознак організмів. Розшифрування на початку ХХІст. геному людини вказало шлях додетального вивчення ролі конкретнихгенів у нормальному функціонуванні організму та розвиткупатологій. Використання в дослідженняхлабораторних тварин з моделямихвороб людини дає змогуглибше аналізувати молекулярні механізми їх розвитку, а також випробовувати перспективні способи лікування, що є необхідним етапом розробленняновітніх лікарських засобів (іл. 216). Біотехнологічні методи дають змогу виробляти потрібні для медицинисполуки – антибіотики, вітаміни, антитіла. Наприклад, мікробіологічний синтез забезпечуєбільшу частину потреби людствав інсуліні (оцінюється в 16 000 кгна рік). Значну частину інсуліну, що входитьдо складу медичних препаратів, синтезують за допомогоюгенетично модифікованих кишкової палички абодріжджів.

За допомогою цитологічних методів можна виявляти спадкові захворювання, пов’язані, наприклад, зі зміною кількостіхромосом (синдром Дауна). Мікробіологічні методи даютьможливість виділити з організмута ідентифікувати збудників деяких інфекційниххвороб. Розвиток молекулярної біології збагатив медицину низкою найсучаснішихметодик. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) забезпечує копіювання молекул ДНКлабораторного зразка, щоб можнабуло аналізувати їх іншимиметодами. За допомогою ПЛР можнаточно (ідентифікуючи специфічні гени) визначитинаявність вірусів або іншихзбудників під час прихованогоперіоду

Секвенування молекул ДНК – це визначення їхньої нуклеотидноїпослідовності, що уможливлює виявлення певних мутацій. Імуноферментний аналіз дає змогуза допомогою реакції антиген–антитіло точно визначатинаявність і кількість певних макромолекул, якими можуть бути, наприклад, білки збудників хвороб. Ціта інші методи суттєвопідвищують точність діагностики.