Kursa kods LauZ4006

Kredītpunkti 4

Ģenētika un selekcija

Zinātnes nozareLauksaimniecības un zivsaimniecības zinātnes, mežzinātne

Zinātnes apakšnozareLaukkopība

Kopējais stundu skaits kursā160

Lekciju stundu skaits32

Semināru un praktisko darbu stundu skaits32

Studenta patstāvīgā darba stundu skaits96

Kursa apstiprinājuma datums07.02.2012

Atbildīgā struktūrvienībaAugsnes un augu zinātņu institūts

Kursa izstrādātājs

author viesdoc.

Arta Kronberga

Dr. agr.

Priekšzināšanas

Biol1001, Botānika

Biol3014, Augu fizioloģija I

LauZ2038, Agronomijas pamati I

Kursa anotācija

Studiju kurss ir veltīts izpratnes veidošanai par ģenētiku un tās galvenajām likumsakarībām, augu selekcijas teorētiskajiem pamatiem. Studiju kursā iepazīstas ar iedzimtības citoloģiskajiem un materiālajiem pamatiem, Mendeļa iedzimtības likumiem, organismu mainības, heterozes ģenētiskajiem mehānismiem, populāciju ģenētikas pamatiem, nehromosomālo iedzimtību. Jēdziens par selekciju un šķirni, šķirņu veidie, selekcijas izejmateriāls, iekšsugu hibridizācija, izlase, selekcija uz dažādām pazīmēm. Selekcijas etapi un procesa organizācija, selekcijas praktiskie jautājumi. Modernās biotehnoloģijas metodes un to izmantošana selekcijas procesā.

Kursa rezultāti un to vērtēšana

Zināšanas
Par ģenētikas pamatlikumiem un selekcijas būtību, abu nozaru savstarpējo saikni, galvenajām augu selekcijas shēmām un metodēm, šķirņu veidiem un un to izvēlas pamatprincipiem - testi, laboratorijas darbi.

Prasmes un iemaņas ģenētikas uzdevumu risināšanā, selekcijas mērķa un plāna (pareiza selekcijas metode), shēmas atkarībā no sugas īpatnībām sastādīšanā, šķirņu veida noteikšanā atkarībā no sugas bioloģiskajām īpašībām un selekcijas metodes- darbs grupās, kontroldarbi, laboratorijas darbi

Kompetenti
Studenti ir kompetenti iesaistīties dažādu laukaugu sugu selekcijas procesā un šķirņu reģistrācijā. Kompetenti noteikt selekcijas mērķus un darba specializācijas virzienus, veikt darba plānošanu, selekcijas materiāla izvērtēšanu.

Kursa saturs(kalendārs)

1. Ģenētikas attīstības vēsture. Ģenētikas definējums. Galvenie ģenētikas pētījumu virzieni. Ģenētisko pētījumu metodes. Ģenētikas vēstures posmi: Mendelisms, hromosomālās iedzimtības teorija, molekulārās ģenētikas attīstība. Ģenētika Latvijā. Ģenētika kā selekcijas teorētiskais pamats. 2h
2. Iedzimtības citoloģiskie pamati. Šūnas organoīdi un to loma iedzimtībā. Hromosomas, to veidi un uzbūve. Mitoze un mejoze un tās ģenētiskā nozīme. Augu vairošanās: bezdzimuma un dzimumvairošanās Apputeksnēšanās veidi. Apomikse. Krustmija, tās veidi un biežums. Gēnu saistība. Hromosomu ģenētiskās kartes. Ar dzimumu saistītā iedzimšana. Gēnu rekombināciju loma augu selekcijā. 2h
3. Iedzimtības molekulārie pamati. Nukleīnskābes: DNS un RNS, to uzbūve un funkciju atšķirības. Replikācija, transkripcija, translācija. Ģenētiskais kods un tā nozīme olbaltumvielu sintēzē. Gēns, tā uzbūve. Genoms, tā organizācija. Hromosomālās iedzimtības teorija. Gēnu izvietojums hromosomā. 2 h
4. G. Mendeļa iedzimtības likumi. G. Mendeļa pētījumu metodes būtība. Ģenētiskā simbolika. Genotips un fenotips. Monohibrīdiskā krustošana. Iedzimtības likumsakarības monohibrīdiskajā krustošanā. Analizējošā un reciprokā krustošana. Kodominēšana, multiplais allēlisms. Dihibrīdiskā un polihibrīdiskā krustošana. Neatkarīgā pazīmju skaldīšanās. Mendeļa likumu darbības noteikumi. Gēnu mijiedarbība. Pazīmju iedzimšana neallēlo gēnu mijiedarbības rezultātā. Kvantitatīvo īpašību iedzimšana. Transgresija. Plejotropija. Penetrance, gēnu ekspresija.4h
5. Jaunākās ģenētiskās metodes. Audu kultūru izmantošana selekcijā. Selekcija in vitro. Somoklonālā variabilitāte. Ģenētiskie marķieri. Fenotipiskie, bioķīmiskie, DNS marķieri, to vērtējums un pielietošanas iespējas augu selekcijā. DNS marķieru klasifikācija un iegūšanas veidi. MAS (uz marķieriem balstīta izlase). 2h
6. Gēnu inženierija, tās iespējas un perspektīvas selekcijā. Gēnu sintēze. Rekombinanto DNS molekulu iegūšana, vektori. Gēnu klonēšana. Gēnu ievadīšana šūnā. ĢMO, to iegūšanas un izmantošanas zinātniskie un ētiskie aspekti. 2h
7. Organisma mainība. Neiedzimstošā un iedzimstošā mainība un mutācijas. Reakcijas norma. Mutāciju rašanās un to cēloņi. Mutāciju klasifikācija: gēnu, hromosomu un genomu mutācijas. Mutagēni, to iedalījums, kritiskās devas. Dažādu mutāciju veidu izmantošana selekcijā. Selekcijas shēma darbā ar mutantiem. Sasniegumi mutanto šķirņu selekcijā graudaugiem, kartupeļiem, tauriņziežiem, stiebrzālēm un citiem kultūraugiem. 2h
8. Poliploīdija. Jēdziens par poliploīdiju. Haploīds un diploīds. Poliploīdās rindas. Poliploīdu klasifikācija: autopoliploīdi, alopoliploīdi, aneiploīdi. Poliploīdo augu galvenās pazīmes un likumsakarības, to nozīme selekcijā. Kultūraugu tetraploīdo un triploīdo šķirņu ieguve un to raksturojums. Amfidiploīdu ieguve. Pētījumi par tritikāles izveidošanu: heksaploīdā un oktoploīdā tritikāle. Tritikāles selekcijas rezultāti. Haploīdi, dubultotie haploīdi, to iegūšanas metodika. Selekcijas shēma darbā ar haploīdiem. Iegūtās šķirnes. 2h
9. Attālā hibridizācija. Tās mērķis un uzdevumi. Nesakrustojamība un tās pārvarēšanas metodes. F1 paaudzes sterilitātes pārvarēšanas metodes. Savvaļas sugas kā jaunu īpašību donores augu selekcijā, to izmantošana graudaugu, kartupeļu un citu kultūraugu selekcijā. 1h
10. Inbrīdings un heteroze. Inbrīdings - tā ģenētiskā būtība pašapputes un svešapputes augiem. Pašapputes līniju ieguve un to raksturojums, izmantošana. Heterozes efekts. Heterozo hibrīdu ieguves shēma: izejmateriāls, inbredlīniju ieguve, to raksturojums un kombinatīvo spēju noteikšana Heterozo hibrīdu veidi: šķirņu - līniju hibrīdi, vienkāršo līniju, divkāršo līniju un trīslīniju hibrīdi. F1 heterozo hibrīdu ražošanas tehnoloģija. 2h
11. Nehromosomālā iedzimtība. Citoplazmatiskās iedzimšanas organoīdi: plazmīdas un mitohondriji. Citoplazmatiskā vīrišķās sterilitātes (CVS) atklāšana, tās veidi un ģenētiskā būtība Augu īpatnības ar CVS. Heterozo hibrīdu ieguves shēma, izmantojot CVS. CVS tipi kukurūzai, rudziem, cukurbietēm un citiem kultūraugiem. CVS izmantošanas pieredze laukaugu kultūru selekcijā.. CVS izmantošana dažādu lauksaimniecības kultūru heterozo hibrīdu ieguvē. 1h
12. Populāciju ģenētika. Populācija, tās nozīme dabā. Hardija-Veinberga likums, tā darbības nosacījumi. Populāciju šķirņu veidošana. Selekcijas darba īpatnības svešapputes populācijās.2h
13. Jēdziens par selekciju. Augu selekcijas loma modernajā sabiedrībā. Augu selekcijas iedalījums: laukaugu, dārzeņu, augļu koku un ogulāju un krāšņumaugu. Selekcijas virzieni un mērķi: Augu selekcijas saskare ar citām zinātnēm. Ģenētika - kā selekcijas teorētiskais pamats. Šķirnes modelis. Šķirņu veidi un selekcijas metodes izvēle atkarībā no augu vairošanās veida. 2 h
14. Izejmateriāls augu selekcijā. N. Vavilova mācība par kultūraugu izcelšanās centriem. Kultūraugu ekotipi. N. Vavilova iedzimstošās mainības homoloģisko rindu likums. Augu introdukcija, tās vēsture, tipi. Augu aklimatizācija. Lauksaimniecības augu sugu ģenētiskie resursi. Tā uzglabāšana in situ un ex situ. Gēnu bankas: starptautiskās, reģionālās, nacionālās, institūtu. Kultūraugu kolekciju tipi: bāzes, aktīvās, darba, lauku, in vitro, to nozīme augu selekcijā. 2h
15. Jēdziens par šķirni. Šķirnes definīcija, šķirnes mūžs un to ietekmējošie faktori. Šķirņu iedalījums pēc to izcelsmes: šķirnes - populācijas, vietējās, līniju un hibrīdās šķirnes, heterozie hibrīdi, heterogēnie šķirņu veidi.. Šķirnes modelis, uzskati par tā veidošanu. Morfoloģiskie un fizioloģiskie aspekti šķirnes modeļa radīšanā. Valsts šķirņu pārbaude, noteikumi par šķirņu iekļaušanu Valsts šķirņu pārbaudē un lēmumi par šķirnes pārbaudes rezultātiem. AVS (atšķirīguma, viendabīguma un stabilitātes) tests un SĪN (saimniecisko īpašību novērtēšanas) tests. Likumdošana par augu šķirņu aizsardzību. 1 h
16. Iekšsugu hibridizācija. Augu kastrēšana un apputeksnēšana. Vecākaugu izvēles principi hibridizācijā. Šķirņu, īpašību un gēnu koncepcija. Krustošanas tipi. Vienkāršā krustošana: parastā, reciprokā, dialēlā. Saliktā krustošana: divkāršā, trīskāršā, pakāpeniskā, konverģentā, bekross. Hibrīdo paaudžu F1 - F5 raksturojums. Hibrīdās populācijas daudzveidības saglabāšanas metodes pašapputes augiem. Pārsējas metode: pamatojums un pielietošana, hibrīdās populācijas lielums, izlases iespējas, priekšrocības un trūkumi. Pedigrī sistēma: pamatojums un būtība, izlase agrajās hibrīdu paaudzēs, variāciju iespējamība, priekšrocības. SSD (vienas sēklas pēcnācēju metode): pamatojums un būtība, priekšrocības salīdzinājumā ar citām metodēm. Selekcijas shēmas pašapputes, svešapputes un veģetatīvi pavairojamiem augiem, pielietojot hibridizāciju. 1 h
17. Izlase kā selekcijas metode. Izlases veidi. Mācība par tīrām līnijām. Izlase pašapputes, svešapputes un veģetatīvi pavairojamo augu populācijās. Līnija, ģimene, klons. Selekcijas mērķis un izlases fons. Izlases kritēriji: pēc atsevišķām pazīmēm, pazīmju kompleksa, šķirnes modeļa, dažādiem indeksiem. Masu izlase: vienreizējā, daudzkārtējā, nepārtrauktā, pozitīvā un negatīvā. Individuālā izlase pašapputes un svešapputes augu populācijās. Līniju izlase. Vienkāršā ģimeņu, individuālā ģimeņu un ģimeņu grupu izlase, pusīšu metode. Genotipa un vides mijiedarbība un to ietekme uz selekcijas rezultātiem. 2h
18. Selekcija uz imunitāti. Izturības donori, to iekļaušana hibridizācijā. Rekurentā selekcija uz izturību. Dabīgais, provokācijas un mākslīgais infekcijas fons. Slimību novērtēšanas metodes: Izturīgo formu identificēšana, izlases laiks un vieta. Selekcijas materiāla novērtējums izturībā pret slimībām laboratorijas apstākļos.1 h
19. Selekcija uz nelabvēlīgiem vides apstākļiem. Augu bioloģiskā un agronomiskā izturība pret stresiem. Augu selekcija pret sausumizturību, ziemcietību, veldres izturību. To novērtēšanas metodes. Klimatisko kameru pielietojums abiotisko stresu radīšanai un šķirņu izturības novērtēšanai. 1h

20. Selekcijas procesa galvenie etapi un organizācija. Populācijas radīšana izlases vajadzībām. Elites augu izlase. Elites augu pēcnācēju vērtēšana. Selekcijas procesa paātrināšanas iespējas. Lauku izmēģinājumu iekārtošanas galvenie principi un metodes. Izmēģinājuma lauciņu lielums, atkārtojumu skaits, variantu un atkārtojumu izvietojums, aizsargjoslas. Fenoloģiskie novērojumi veģetācijas laikā. Sēšanas un novākšanas noteikumi. Selekcijas procesa mehanizācija: sēklu sagatavošana sējai, sējas tehnika, kopšanas un novākšanas tehnika, sēklu pēcapstrāde. Selekcijas procesa dokumentācija, paraugu etiķetēšana un uzglabāšana. Šķirnes reģistrācija, SĪN, AVS testi.1h

Prasības kredītpunktu iegūšanai

Gala vērtējumu (eksāmena atzīme) veidojas no testu, kontroldarbu un aizstāvētu laboratorijas/grupu darbu vērtējumiem, ja to vidējais vērtējums ir virs 7 ballē, pretējā gadījumā mutisks eksāmens.

Studējošo patstāvīgo darbu organizācijas un uzdevumu raksturojums

Studenti gatavojas semināriem, kur uzstājas ar mutiskiem ziņojumiem, sastāda šķirnes modeli, selekcijas darba shēmas, pielietojot dažādas selekcijas darba metodes, sagatavo selekciju audzētavu izvietojumu plānu, gatavo šķirņu aprakstus pēc CPVO pazīmēm. Laboratorijas darbu rezultātu apstrāde un noformēšana. Sagatavošanās kontroldarbiem.

Studiju rezultātu vērtēšanas kritēriji

Eksāmenu kārto pēc laboratorijas darbu nostrādāšanas un kontroldarbu un testu sekmīgas nokārtošanas.

Pozitīvs novērtējums kontroldarbos un ieskaitē ir pielaide eksāmenam.

Obligātā literatūra

1. Benjamin A.Pierce (2016) Genetics: A conceptual approach. W. H. Freeman 929 p.
2. Raipulis J. (2002) Ģenētikas pamati.- R.:Izdevniecība RaKa, 250 lpp.
3. Āboliņš M. Ģenētikas praktikums.- LLU., 1997.- 225 lpp.
4. Griffiths A., Gelbart W., Lewontin R., Miller J., (2002) Modern genetic analysis. W.H. Freeman and Company, New York, p. 736.
5. Brown J., Caligari P., Campos H (2014) Plant Breeding; Wiley-Blackwell, 296/295 p.

6. Acquaah G. Principles of Plant Genetics and Breeding, Second Edition. Wiley-Blackwell., 2012.- p. 739

Papildliteratūra

1. Dictonary of Plant Breeding, (2010) Rolf H.J.Schlegel, CRC Press, 2010.-571 p.
2. Holms I. (1992) Laukaugu selekcija Latvijā.- R.: Avots, 112 lpp.

3. Madera, Silvija S. (2001) Bioloģija : eksperimentāla mācību grāmata. 1. daļa. - Rīga: Zvaigzne ABC,. 290 lpp.

Periodika un citi informācijas avoti

1. www.vaad.gov.lv

2. www.arei.lv

Piezīmes

Lauksaimniecības fakultātes laukkopības specialitātes bakalaura studiju programmai.