Кто выводит новые сорта цветов
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 18.09.2024
Селекционная работа ведется по следующей схеме: создается желаемая модель сорта или породы, происходит подбор методов для работы, начинается планомерная деятельность по реализации задуманного.
При проведении селекционных экспериментов учитывают следующие факторы:
- наличие богатого исходного материала (породы, сорта), предназначенного для исследований;
- роль среды (модификационная изменчивость) в развитии признаков;
- законы наследования признаков;
- формы искусственного отбора.
Современная селекция, помимо гибридизации и искусственного отбора, использует в работе искусственный мутагенез или получение мутаций при воздействии на организм физических или химических агентов. Метод не всегда дает положительные результаты, поскольку полезные генные или геномные мутации возникают не так часто. Редко закрепляются в последующих поколениях, если не затрагивают ядерный геном. Полезные мутации у растений передаются и сохраняются с помощью вегетативного размножения.
- Метод ментора. В крону гибридного дерева делается прививка саженца, который передает гибриду полезные свойства. Или наоборот – гибрид с заложенными свойствами прививается на подвой-дичок.
- Метод вегетативного сближения. Проводится ранняя прививка одного вида растения на другой вид. В новом растении происходят биохимические и тканевые изменения. Пыльцевые трубки прорастают в пестик материнского растения. Происходит оплодотворение видов, которые не скрещиваются традиционным путем.
- Метод посредника. Используется, когда виды А и В не скрещиваются. Вначале проводят гибридизацию В и С (посредника), а затем полученный гибрид скрещивают с А.
- Метод опыления смесью пыльцы разных видов. Помогает прорастанию пыльцевых трубок в пестик цветка, что в ряде случаев приводит к оплодотворению.
Особенности селекционной работы с животными
На заметку: Чтобы получить значительное количество потомков и выбрать из вариативного ряда подходящие формы, применяют искусственное осеменение и искусственное оплодотворение в пробирке, с пересадкой зиготы в матку суррогатной матери.
Проводится селекция микроорганизмов, которые используются в получении продуктов, очистке сточных вод, получении лекарственных препаратов, борьбе с вредителями и в других сферах человеческой деятельности.
Жизнедеятельность микроорганизмов протекает по особому пути и метод гибридизации к ним неприменим. В селекции микроорганизмов результаты дает искусственный мутагенез. Клетки чувствительны к физическому и химическому воздействию. В ходе изменения генотипа происходят разные мутации, среди которых выбираются те, которые способны послужить на благо человека.
Наука о жизни
Дата создания сайта: 08 / 12 /2012
Дата обновления главной страницы: 15.04.2019 20:45
Как выводится сорт
Наука, которая разрабатывает методы (способы) выведения сортов растений, называется селекцией. Латинское слово "селекциа" по-русски означает отбор или выбор.
Отбор человек применяет с давних пор. Первобытные люди отбирали дикие растения, которые давали им пищу или волокно для одежды, и переносили их к своим жилищам. В результате длительного отбора появились новые, культурные растения. Можно сказать, что все культурные растения, которые мы возделываем на своих полях, огородах, в садах, в основном результат многовековой деятельности человека.
Многие виды и формы растений, созданные неизвестными селекционерами, существуют с незапамятных времен. Около двух тысяч лет назад в древнем Риме появились произведения писателя и агронома Колумеллы, ученого Варрона, поэта Вергилия, в которых встречаются первые указания, как нужно вести отбор растений. К концу XVIII - началу XIX в. селекционеры-практики вывели немало сортов и невиданных до того времени форм растений, особенно овощных и декоративных цветочных. Больших успехов они достигли и в выведении новых пород сельскохозяйственных животных. Так, Англия в тот период стала ведущей страной по развитию племенного животноводства, мировым поставщиком племенных лошадей, рогатого скота, кур. Во Франции, Германии, США также развивались крупные предприятия, снабжавшие сельское хозяйство специально выведенными высокосортными семенами и высокопородными животными.
С первой половины прошлого века началось особенно бурное развитие естествознания. Научные открытия следовали одно за другим. Важнейшее значение имело создание клеточной теории. Были установлены многие закономерности в размножении и питании растений.
С развитием естествознания появилась научная селекция, в основу которой положена теория Чарлза Дарвина.
Познакомимся с методами, которые применяют в своей работе ученые-селекционеры, чтобы вывести новые сорта или формы растений.
Метод отбора, хотя он и наиболее древний, остается и до сих пор одним из основных в селекции растений.
В каждом посеве есть лучшие и худшие растения, а среди лучших - наилучшие. Например, для злаков это растения с крупным и многозерным колосом, устойчивые к болезням, осыпанию, полеганию. Лучший колос обмолачивают и высевают каждое зерно в отдельности. Среди выросших растений мы снова найдем лучшие и худшие. Опять отберем из них лучшие. Такой многократный отбор в результате может дать более или менее однородный материал, который будет обладать всеми признаками и свойствами, которые нас интересуют. Отбор надо вести в тех же почвенных и климатических условиях, в которых новый сорт будет возделываться.
Надо быть очень наблюдательным, уметь подмечать особенности строения, свойства и признаки растений, выделяющие их из всех остальных. Для этого необходимо проводить тщательное наблюдение за выращиваемыми растениями. Убедившись, что растения стали однородными по ценным для нас признакам и свойствам, мы можем приступить к простому их размножению.
Но иногда отобранные растения теряют признаки в следующем же поколении. Причины этого явления различны.
Например, под влиянием разных условий в растении могут происходить ненаследственные изменения, так называемые модификации. Многие формы мягкой пшеницы, выращенные в долине, имеют белый или слегка красноватый колос, а в высокогорных районах цвет колоса у них становится темно-красным или почти черным. Но посеянные в долине семена дадут снова светлые колосья.
Другой пример. Все цветковые растения в основном делятся на перекрестноопыляющиеся и самоопыляющиеся. Но есть растения, которые по характеру оплодотворения являются одновременно и теми и другими. Если условия благоприятные, т. е. стоит солнечная теплая погода, они цветут открыто и происходит перекрестное опыление. В ненастную погоду цветок полностью не раскрывается, что приводит к самоопылению. Вести отбор среди "перекрестников" значительно труднее, чем у самоопыляющихся растений. Так, например, у озимой ржи можно нередко наблюдать
появление колосьев с зерном интенсивно розовой, почти малиновой окраски. Однако отбор растений по этому признаку обычно не удается. Из-за перекрестного опыления из малиновых зерен вырастают растения, в колосьях которых образуются зерна с обыкновенной для озимой ржи окраской.
У озимой ржи можно наблюдать, хотя и не часто, растения с ветвистым колосом. Чтобы закрепить этот признак, мы прежде всего должны исключить возможность переопыления этого растения с каким-либо другим, имеющим обыкновенное строение колоса. Для этого все колосья выбранного растения ветвистого типа должны быть изолированы вместе, под одним бумажным мешочком. Тогда опыление произойдет лишь между ними. Растения с ветвистым строением колоса, развившиеся из полученных семян, надо выращивать отдельно, удалив все растения с неветвящимися колосьями. Чтобы закрепить этот признак, надо и в последующих поколениях сразу же после колошения уничтожать все растения, у которых колосья обыкновенные, неветвистые. Тогда естественное перекрестное опыление произойдет между растениями, имеющими только ветвистое строение колоса. Таким путем нами была создана новая форма озимой ветвистой ржи.
В некоторых случаях ненаследственные изменения бывают довольно резкими. Таким путем, например, известный американский селекционер JI. Бербанк вывел новый сорт картофеля. Вот как это произошло. На картофельном поле, где произрастал малоизвестный сорт картофеля, не дававший обычно семян, Бербанк обнаружил на одном растении ягоду. В ней оказалось 23 семени, которые весной он посеял на грядке. Из каждого семени развились пышные кусты, но осенью ни одно из этих растений ягод не дало, зато каждое из них образовало гнездо прекрасных клубней. Бербанк писал об этом: "По мере того как мы продвигались вдоль ряда, выкапывая один куст за другим, мы обнаруживали на каждом последующем кусте клубни нового типа. На одном были мелкие клубни необычной формы, на другом - крупные с глубокими глазками, на следующем - клубни красного цвета, с грубой кожурой. Но на двух кустах росли клубни, которые можно было немедленно выделить в самостоятельный сорт. Это были очень большие гладкие белые клубни, превосходящие во всех отношениях любой из существовавших сортов".
Сорт картофеля Бербанк, несмотря на то что он был выведен в 1872 г., до наших дней возделывается на полях. Свою ценную находку Бербанк назвал открытием. По его словам, "материалы для открытий окружают нас в изобилии". Это очень верно. Внимательный наблюдатель может найти много ценного в лесу, на лугах, по склонам гор, берегам морей, рек и на любом поле.
Отбор - самый простой метод получения новых сортов растений, он наиболее доступен любителям природы. Но, как вы убедились, и в нем есть свои сложности.
В селекции применяется также метод гибридизации (скрещивания).
Прежде чем приступить к скрещиванию, ставят определенную задачу. Например, необходимо получить такой сорт пшеницы, который был бы более урожайным. Для достижения зтой цели прежде всего подбирают исходный материал. Каким он должен быть? Наряду с другими положительными свойствами и признаками избранные сорта пшеницы должны отличаться высокой урожайностью.
Семена отобранных сортов высевают на участке (селекционеры называют его питомником исходного материала) в обычных, полевых условиях. Из выращенных растений выбирают самые лучшие по сочетанию хозяйственно полезных признаков, а также по продуктивности и скрещивают их между собой. Полученные семена высевают затем в гибридном питомнике с хорошо обработанной и удобренной почвой, где вновь отбираются лучшие растения. Семена лучших гибридных растений разных поколений затем высеваются в селекционном питомнике, где производится оценка потомства выведенного ранее растения, которое называют линией. Лучшие линии поступают в контрольные питомники для дальнейшего изучения и затем в предварительное сортоиспытание гибридов. Самые лучшие сорта, выдержавшие испытание, поступают в станционное конкурсное сортоиспытание. Здесь обычно отбираются сорта высокого класса, которые направляются в систему государственного сортоиспытания. Если сорт выдержит в этом испытании конкурс, т. е. в определенных районах, областях страны займет по урожаю и другим хозяйственно ценным признакам первое место, он рекомендуется там для возделывания и с этого момента становится районированным сортом, т. е. сортом государственным.
Большинство современных сортов получено в результате скрещивания близких форм (внутри вида). Однако в наше время все чаще применяется так называемая отдаленная гибридизация растений, относящихся не только к разным видам, но и родам. Научные основы отдаленной гибридизации заложены И. В. Мичуриным.
Так, методом отдаленной гибридизации И. В. Мичурин создал, например, прекрасный сорт вишни Краса севера. Цветки вишни Владимирская ранняя он опылил пыльцой черешни сорта Винклер белая (вишня и черешня относятся к разным ботаническим видам). Вишня выносливее черешни, зато плоды черешни крупнее и содержат больше сахара. Полученные гибридные растения дали крупные плоды, в то же время новый сорт оказался устойчивым против морозов и болезней.
В наше время метод отдаленной гибридизации широко применяется в селекции всех культур, в том числе и зерновых растений, в частности пшеницы, ржи, ячменя.
При отдаленной гибридизации для получения последующих поколений иногда применяются возвратные скрещивания - гибриды первого поколения скрещиваются с одной из родительских форм.
Многие селекционеры используют в своей работе метод сложной ступенчатой гибридизации, в основе которого лежит система повторных скрещиваний. Автор этого метода - ученый-селекционер А. П. Шехурдин.
Методом сложной ступенчатой гибридизации получены ценные сорта пшеницы - Альбидум 43, Альбидум 210, Альбидум 24, Стекловидная 1 и др.
Больших успехов можно ожидать от скрещивания культурных растений с дикими. Приведем пример из нашей практики получения пшенично-пырейных гибридов. У обычной пшеницы есть ряд недостатков: она малоустойчива против неблагоприятных условий, страдает от морозов и засухи, поражается болезнями, ее зерно мучнистое.
Пырей же не боится ни засухи, ни холода, отдельные виды его очень устойчивы против грибковых заболеваний. В зерне пырея содержится много клейковины, ценной для хлебопечения. Можно ли, скрещивая эти два растения, получить гибриды, в которых сочетались бы полезные признаки и пшеницы и пырея?
Культурные растения скрещиваются с дикими в большинстве случаев с трудом. Часто гибриды первого поколений): бывают стерильными, т. е. неспособными завязывать зерна ни от естественного опыления, ни от искусственного нанесения пыльцы на рыльца. В таких случаях приходится прибегать к разным способам преодоления стерильности.
Один из лучших современных методов в этих случаях - метод полиплоидии. Он заключается в следующем. Проросток гибридного семени первого поколения обрабатывают раствором ядовитого вещества колхицина, который, действуя на делящиеся клетки, задерживает расхождение хромосом в них и образование клеточной перегородки между дочерними клетками. В результате возникают клетки с удвоенным набором хромосом. Они дают начало полиплоидным побегам или полиплоидному растению в целом. Такие растения-полиплоиды уже способны давать
семена. Далее с ними ведется обычная селекционная работа.
Соединение признаков скрещиваемых растений не происходит механически. Это сложное биологическое явление, которое современная наука усиленно изучает. При отдаленной гибридизации происходит перестройка всего организма, нередко появляются такие признаки и свойства, которые у родителей находились как бы в скрытом состоянии. Ученым предстоит еще много потрудиться, чтобы познать эти сложные жизненные явления. В итоге сложной и длительной работы были созданы пшенично-пырейные гибриды типа обычной озимой и яровой пшеницы. Эти сорта успешно возделываются во многих районах страны.
С помощью отдаленной гибридизации можно создать не только новые виды и формы растений, но и новые культуры, например многолетнюю пшеницу, которая может давать урожай 2 - 3 года подряд от одного посева. После уборки на зерно она снова отрастает, и поздней осенью ее или скармливают скоту в виде зеленого корма, или убирают на сено. Эти новые растения, не встречавшиеся ни в природе, ни среди культивируемых человеком, уже созданы и совершенствуются.
Живая природа, в частности мир растений, непрерывно изменяется. Это один из великих законов жизни. Используя этот закон, человек может не только улучшать уже существующие растения, но и создавать новые, такие, каких никогда не было на земле.
Селекция, как и всякая наука, год от года обогащается новыми методами выведения сортов. Бурное развитие физики и химии поставило на службу селекционеру новейшие технические приборы, станции искусственного климата, новые конструкции оранжерей, где можно не только выращивать растения самых различных стран мира, но и ставить опыты, выводить новые сорта и создавать виды, разновидности и формы.
В селекции все чаще применяются радиационные излучения, радиоактивные и химические вещества, с помощью которых можно изменять растения.
Однако наиболее плодотворных результатов можно ожидать только в том случае, когда все эти методы применяются в тесном сочетании с основными селекционными методами - отбором и гибридизацией. Именно это единство селекционных методов - тот ключ, с помощью которого человек откроет новые тайны растений и сделает их еще более полезными.
Н.В. Цицин
Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.
Каталог тематических ссылок:
Каталог статей:
Каталог фирм:
Каталог объявлений:
Добавить Ваши данные
Методы селекции растений
1. Какая разница с генетической точки зрения между самоопылением и перекрестным опылением?
2. Что такое полиплоидия?
3. Почему большинство культурных растений размножают вегетативно?
Центры происхождения культурных растений.
Основой успеха селекционной работы в значительной степени является генетическое разнообразие исходного материала. В своей работе селекционеры стараются использовать все многообразие диких и культурных растений.
На необходимость использовать в селекции растений все видовое многообразие флоры нашей планеты указывал еще академик Николай Иванович Вавилов, выдающийся генетик и селекционер. Под его руководством были организованы научные экспедиции в разные регионы Земли для сбора образцов культурных растений, их диких предков и сородичей. В ходе экспедиций было собрано более 160 тыс. образцов разных видов и сортов растений.
В настоящее время эта уникальная коллекция хранится во Всесоюзном институте растениеводства и используется селекционерами в их практической работе. Так, известный сорт озимой пшеницы Безостая-1 был получен в результате гибридизации аргентинских пшениц из коллекции Н. И. Вавилова с отечественными сортами.
Работа по созданию семенных коллекций культурных и диких растений продолжается и в наше время. Сейчас коллекция, начало которой положил Н. И. Вавилов, включает более 320 тыс. образцов.
Анализ образцов культурных растений и их диких предков, собранных в предпринятых экспедициях, позволил в свое время Вавилову установить закономерности географического распределения разновидностей и форм культурных растений, а также открыть центры древнего земледелия, где были окультурены дикие виды растений. Н. И. Вавилов выделил 8 центров происхождения культурных растений: 1) Восточноазиатский — родина сои, проса, гречихи, многих плодовых и овощных культур; 2) Южноазиатский тропический — родина риса, сахарного тростника, цитрусовых, многих овощных культур; 3) Юго-Западноазиатский — пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, морковь, виноград и др.; 4) Переднеазиатский — родина мягкой пшеницы, ячменя, овса; 5) Среднеземноморский — родина капусты, свеклы, маслин; б) Абиссинский — родина твердой пшеницы, сорго, бананов, кофе; 7) Центральноамериканский — родина кукурузы, какао, тыквы, табака, хлопчатника; 8) Южноамериканский — родина картофеля, ананаса, хинного дерева.
Дальнейшие исследования ученых привели к установлению еще четырех центров; Австралийского, Африканского, Европейско-Сибирского и Североамериканского (рис. 94).
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости.
На примере злаков Н. И. Вавилов показал, что сходные признаки наблюдаются у разных видов данного семейства. Так, у пшеницы, ячменя, овса и кукурузы бывает белая, красная и черная окраска зерновок, существуют голые и пленчатые зерновки, встречаются колосья с длинными и короткими остями, безостые и с вздутиями вместо остей. В ходе последующих наблюдений было выяснено, что данный закон применим не только для растений, но распространяется на животных и микроорганизмы. Так, альбинизм встречается у всех классов позвоночных животных, короткопалость наблюдается у всех пород крупного рогатого скота, овец и собак.
Основные методы селекции растений.
Биологические особенности растений позволяют в селекционной работе с ними использовать инбридинг, полиплоидию, искусственный мутагенез, отдаленную гибридизацию и другие методы.
Отбор и гибридизация являются основными и традиционными методами селекции растений. Применяя массовый или индивидуальный отбор, селекционер не создает ничего нового, а выделяет растения с полезными качествами, уже имеющиеся в популяции. Этим методом выведены многие сорта, в том числе так называемые сорта народной селекции, например знаменитый по своим качествам сорт яблони Антоновка.
Для создания сортов растений с запрограммированными качествами ведется специальная целенаправленная работа — подбирается исходный материал, проводится гибридизация с последующим отбором.
Используя метод гибридизации с последующим отбором, селекционеры получили ценные высокоурожайные сорта пшеницы, ржи, подсолнечника, овощных, плодовых и других культур.
В разработку теории и практики селекции растений большой вклад внес ученый-селекционер Иван Владимирович Мичурин (1855— 1935), Он вывел около 300 новых сортов плодовых растений. В своих работах он широко применял скрещивание географически отдаленных форм. Так, скрещивая французский сорт груши Бере рояль с дикой уссурийской и выращивая сеянцы в условиях средней полосы России, он создал сорт Бере зимняя, сочетающий высокие вкусовые качества плодов с зимостойкостью (рис, 95). Методы, разработанные И. В. Мичуриным, успешно используются селекционерами и в настоящее время.
В селекции растений широко применяется явление гетерозиса.
Сначала выводят ряд отличающихся друг от друга чистых линий, а затем производят межлинейное скрещивание.
Выяснив, в каких случаях эффект гетерозиса проявляется наиболее сильно, используют лишь эти линии для получения гибридных семян. Эта методика применяется для получения высоких урожаев кукурузы, огурцов, томатов и других культур (рис. 96).
Полиплоидию (кратное увеличение числа хромосом) издавна использовали при создании сортов пшеницы, овса, картофеля, хлопчатника, плодовых, декоративных и других культур. Полиплоидные растения появлялись в популяциях случайно в результате естественных мутаций. В настоящее время применяют методы искусственного получения полиплоидов, воздействуя на растения разными мутагенами (в основном колхицином), разрушающими веретено деления клетки. Таким образом из диплоидных (2n) можно получить тетраплоидные (4n) формы.
Большинство их неперспективны, но отдельные формы служат ценным материалом для гибридизации и отбора. Полиплоидные растения могут отличаться более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Использование метода полиплоидии позволило селекционерам получить ценные сорта сахарной свеклы, ржи, гречихи, фасоли и других культур (рис. 97).
Отдаленная гибридизация позволяет в одном организме совместить признаки, характерные для растений разных видов и даже родов. Получать такие формы из-за нескрещиваемости родителей и бесплодия гибридов очень сложно. Стерильность гибридов связана с содержанием в геноме различных хромосом, которые в мейозе не конъюгируют. Для восстановления плодовитости у отдаленных гибридов известный генетик Георгий Дмитриевич Карпеченко еще в 1924 г. предложил использовать метод полиплоидии, работая с гибридами редьки и капусты.
Сочетание отдаленной гибридизации с последующим получением полиплоидных форм позволило преодолеть бесплодие отдаленных гибридов. В результате многолетних работ академика Н. В. Цицина и его сотрудников были получены многолетние пшенично-пырейные гибриды. Для получения сорта тритикале, сочетающего многие качества пшеницы (высокие хлебопекарные качества) и ржи (высокое содержание незаменимой аминокислоты лизина, а также способность расти на бедных песчаных почвах), применялась следующая схема:
Р: пшеница (2n = 42) х рожь (2n = 14)
G : n = 21
F1 2n = 28 (все непарные)
G: Мейоз нарушен, гибрид стерилен, нормальных гамет нет.
Обработка колхицином приводит к удвоению числа хромосом,
F1 :(колхицированное): 2n = 56
G : n = 28
F2, F3, , Fn : 2n= 56 (тритикале)
У таких гибридов в клетках содержится полный диплоидный набор хромосом обоих родителей, поэтому их хромосомы конъюгируют друг с другом и мейоз проходит нормально.
С помощью метода отдаленной гибридизации с последующим получением полиплоидных форм были выведены новые перспективные сорта картофеля, табака и других культур.
Методами отдаленной гибридизации и радиационного мутагенеза созданы перспективные сорта хлопчатника. Химический мутагенез лежал в основе получения многих новых сортов кукурузы, пшеницы, риса, овса, подсолнечника.
Методы клеточной инженерии.
Селекционеры все шире начинают применять для получения новых сортов растений методы клеточной инженерии. В качестве примера можно привести работу по соматической гибридизации двух видов картофеля: культурного — Solanum tuberosum и дикого Solanum chacoense (рис. 98). Для гибридизации использовались протопласты (греч. protos — первый и греч. plastos — вылепленный, образованный) — клетки, полностью лишенные клеточной стенки (оболочки) и имеющие только клеточную мембрану, которая ограничивает цитоплазму с различными органоидами.
Полученный соматический гибрид в сравнении с родительскими формами имел промежуточные характеристики по форме листа, величине клубней, но отличался большей мощностью куста и высотой стеблей, благодаря чему и был включен в дальнейшую практическую селекционную работу (рис. 99).
Метод вегетативного размножения культурой тканей широко применяется в селекции для быстрого размножения новых перспективных сортов растений.
В различных регионах нашей страны созданы научно-исследовательские институты и селекционные станции, которые проводят работы по выведению и районированию новых сортов растений. Эта работа играет важнейшую роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур и обеспечении населения продовольствием.
Центры происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости.
1. Какие методы применяются в селекции растений?
2. Какое значение для селекции имеет открытие закона гомологических рядов наследственной изменчивости?
3. Почему межлинейные гибриды сохраняют ценные признаки при вегетативном размножении и теряют их при семенном?
4. Почему селекционеры стремятся Получить растения-полиплоиды?
5. Какая методика позволяет преодолеть стерильность межвидовых (межродовых) гибридов?
Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроковс Биологии 10 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 10 класса
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.
Селекция — наука о методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами.
Сорт, порода, штамм — устойчивая группа (популяция) живых организмов одного вида, искусственно созданная человеком и имеющая определенные наследственные особенности.
■ Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют идентичные, наследственно закрепленные морфологические, физиологобиологические и хозяйственные свойства и признаки и однотипную реакцию на действие факторов внешней среды.
❖ Основные задачи селекции:
■ достижение высокой урожайности сортов культурных растений, плодовитости и продуктивности пород животных;
■ достижение необходимого качества и химических свойств продукции: вкуса, внешнего вида и лежкости плодов и овощей, содержания белка, клейковины, нужных аминокислот в зерне, жирности и содержания белков в молоке и т.д.;
■достижение необходимых физиологических свойств: скороспелости, засухоустойчивости, морозостойкости, устойчивости к болезням и вредителям и т.д.;
■ получение пород, сортов и штаммов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения.
Теоретическая база селекции:
■ законы и методы генетики как науки о наследственности и изменчивости;
■ учение о структуре гена, молекулярные основы наследственности;
■ теория мутаций;
■ учение о роли среды в фенотипических проявлениях генотипа;
■ учение о формах искусственного отбора, направленного на выявление и закрепление нужных признаков у селектируемых организмов.
❖ Общие методы селекции:
■ направленный подбор исходного материала для селекции из имеющегося разнообразия растений и животных;
■ близкородственная и неродственная гибридизация;
■ массовый и индивидуальный искусственный отбор;
■ индуцированный мутагенез’,
■ искусственное получение полиплоидов и др.
❖ Основа успеха селекционной работы — генетическое разнообразие исходного материала.
Гибридизация — получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.
Инбридинг — это близкородственное скрещивание (близкородственная гибридизация) организмов.
Аутбридинг — неродственное (внутри- или межвидовое) скрещивание (при внутривидовом аутбридинге скрещиваемые особи не должны иметь общих предков в ближайших 4-6 поколениях).
Искусственный отбор — отбор, производимый человеком с целью сохранения для дальнейшего размножения особей, имеющих желаемую комбинацию признаков.
Массовый искусственный отбор — отбор по фенотипу целой группы особей с нужными признаками, от которой получают потомство. В нескольких поколениях потомков отбор приходится повторять, так как у них возможно появление расщепления.
Индивидуальный искусственный отбор — отбор одной особи с нужными признаками и выращивание ее потомков с обязательным контролем наследования данных признаков.
■ Индивидуальный отбор бывает однократным (отбор только родительской особи) или повторяющимся (и родительской особи, и потомков).
■ В результате индивидуального отбора увеличивается число гомозигот, т.е. полученное поколение становится генетически однородным.
Линия — группа родственных организмов, воспроизводящих в ряду поколений устойчивые наследственные признаки. Линия происходит от одного предка или от одной пары общих предков.
Чистая линия — группа организмов, гомозиготных по большинству генов, воспроизводящих в ряду поколений устойчивые наследственные признаки и являющихся потомками одной гомозиготной самоопыляемой особи (у растений) или пары близко-родственных особей (у животных).
■ Чистые линии нередко имеют сниженную жизнеспособность, что связано с переходом в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые преимущественно являются вредными.
■ Чистые линии имеют максимальную степень гомозиготности и представляют очень ценный материал для селекции.
Селекция растений
Селекция растений — наука о выведении новых сортов сельскохозяйственных культур, характеризующихся высокой продуктивностью и качеством урожая, устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды.
■ Сорт фенотипически проявляет свои признаки лишь в тех условиях, для которых он был создан.
Исторические этапы селекции растений:
■ начальный этап — окультуривание диких предковых видов растений путем простейшего (бессознательного) искусственного отбора;
■ следующие этапы: направленный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.
❖ Методы селекции растений:
■ подбор подходящих родительских пар по месту их происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных);
■ индуцированный мутагенез используют при невозможности найти нужный исходный материал; мутации получают с помощью ионизирующих излучений, среди них иногда удается найти полезные, пригодные для дальнейшей селекционной работы;
■ гибридизация (скрещивание);
■ экспериментальная полиплоидия — авто- и аллополиплоидия;
■ искусственный отбор — массовый и индивидуальный;
■ воздействие условиями среды.
Близкородственная гибридизация (инбридинг) у растений основана на искусственном опылении своей пыльцой перекрестно опыляемых (в естественных условиях) растений. Самоопыление ведет к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств.
■ Посредством инбридинга получают чистые линии особей.
Межлинейная гибридизация — гибридизация путем скрещивания разных чистых линий между собой.
■ Пример: межлинейная гибридизация позволяет повысить урожайность семян кукурузы на 20-30%.
■ При межлинейной гибридизации обычно наблюдается гетерозис.
Гетерозис (или гибридная мощность) — явление повышенной жизнеспособности и плодовитости гибридов первого поколения по сравнению с обеими родительскими формами.
■ Гетерозис объясняется высоким уровнем гетерозиготности межлинейных генов.
■ Гетерозис у растений можно закрепить их вегетативным размножением (клубнями, черенками, луковицами и т.д.).
■ У второго и последующих поколений эффект гетерозиса постепенно снижается и исчезает, так как нарастает количество гомозигот, снижающих жизнеспособность организмов.
Отдаленная гибридизация (аутбридинг) — внутривидовое, межвидовое или межродовое (т.е. межсортовое) скрещивание, ведущее к гетерозиготизации и позволяющее сочетать в одном организме ценные признаки разных видов и даже родов.
■ Межвидовые гибриды обычно бесплодны. Это объясняется содержанием в их геноме различных хромосом, полученных от родительских особей разных видов, которые (хромосомы) при мейозе не конъюгируют.
Экспериментальная полиплоидия — искусственно вызванное (действием повышенной температуры, ионизирующего излучения или некоторых химических соединений) нарушение нормального расхождения хромосом в мейозе или митозе, приводящее к полиплоидии — увеличению числа хромосом в клетке, кратному гаплоидному.
■ Примеры культур-полиплоидов: тритикале — гибрид пшеницы и ржи, клубника, сахарная свекла.
■ Различают автополиплоидию и аллополиплоидию.
Автополиплоидия — кратное увеличение хромосом одного вида. Автополиплоиды часто имеют крупные размеры клеток и всего растения, повышенное содержание ряда хозяйственно ценных веществ, другие желаемые признаки и свойства, обладают повышенной жизнеспособностью, устойчивостью к патогенным организмам (вирусам, бактериям, грибам) и неблагоприятным факторам среды.
■ Автополиплоиды обычно стерильны и размножаются только вегетативно.
Аллополиплоидия — изменение (обычно удвоение) числа наборов хромосом при межвидовой и межродовой гибридизации.
■ Аллополиплоидия используется для восстановления способности к размножению межвидовых диплоидных гибридов. Она приводит к удвоению числа хромосом такого гибрида, что создает возможность конъюгации гомологичных хромосом, и гибрид становится плодовитым.
■ Пример: с помощью аллополиплоидии Г.Д. Карпеченко впервые (в 1924 г.) получил способный к размножению межвидовый гибрид редьки и капусты.
Искусственный отбор производится после получения гибридов.
■ Массовый отбор применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений.
■Индивидуальный отбор применяется в отношении самоопыляющихся растений с последующим выделением чистых линий, являющихся исходным материалом для дальнейшей селекции. При индивидуальном отборе результат достигается быстрее, но потомков получается значительно меньше.
Другие методы преодоления межвидовой нескрещиваемости:
■ предварительное вегетативное сближение — одно растение прививается на другое, а затем их цветки переопыляются;
■ смешение пыльцы материнского растения с пыльцой отцовского (своя пыльца раздражает рыльце, и оно воспринимает чужую пыльцу).
Селекция животных
Селекция животных — наука о выведении новых пород домашних и сельскохозяйственных животных, обладающих высокой продуктивностью, жизнеспособностью, устойчивостью к болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды.
❖ Особенности животных, вытекающие из природы их организма и затрудняющие и замедляющие процесс их селекции:
■ животные, имеющие хозяйственное значение, размножаются только половым способом (отсутствует вегетативное размножение и самооплодотворение);
■ половая зрелость у них наступает относительно поздно, и поэтому смена поколений происходит очень редко;
■ самки приносят немногочисленное потомство.
❖ Исторические этапы селекции животных:
■ начальный этап — одомашнивание диких предковых видов животных путем бессознательного искусственного отбора;
■ следующие этапы: направленный, осознанный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.
В селекции животных важен учет экстерьера и технологических признаков.
Экстерьер — совокупность фенотипических признаков, характеризующих наружные формы животных, их телосложение и соотношение частей тела (примеры: телосложение скаковой лошади, форма вымени коровы и др.).
Примеры технологических признаков: скорость отдачи молока, характер поведения в группе и др.).
❖ Методы селекции животных:
■ подбор подходящих родительских пар с учетом их родословных, в которых должны быть отмечены экстерьерные особенности и продуктивность в течение ряда поколений;
■ гибридизация (скрещивание) — инбридинг и последующая межлинейная гибридизация, приводящая к гетерозису (примеры: бройлерные цыплята, белая украинская степная свинья); а также внутривидовый аутбридинг (скрещивание домашних животных с дикими предками, дающее плодовитое потомство; пример: тонкорунные овцы меринос + дикий баран архар = архаромеринос) и межвидовый аутбридинг (дающий бесплодное, но представляющее хозяйственную ценность — из-за ярко выраженного гетерозиса — потомство; примеры: лошадь + осел = мул; дромадер + бактриан = нары; белуга + стерлядь = бестер и др.);
■ индивидуальный искусственный отбор по хозяйственным признакам и экстерьеру;
■ испытание производителя по потомству: от производителя получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей выше, чем матерей, то это свидетельствует о ценности производителя, и его используют для дальнейшего улучшения породы;
■ искусственное осеменение (трансплантация): оплодотворенные яйцеклетки или полученные в пробирке эмбрионы ценных пород животных (крупного рогатого скота, овец и др.) вводят в матку беспородных или низкопродуктивных животных для дальнейшего развития. Это позволяет значительно ускорить селекционную работу, интенсивно использовать высокоценных племенных животных;
■ экспериментальное получение полиплоидов (применяется в селекции тутового шелкопряда): нагреванием или воздействием рентгеновских лучей добиваются слияния ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород; полиплоиды в дальнейшем размножаются партеногенезом;
■ клеточное клонирование: методом клеточной инженерии в яйцеклетках, полученных от ценных племенных животных, гаплоидные ядра замещаются диплоидными из соматических клеток. Развивающиеся зиготы имплантируются в матку жи-вотных-реципиентов; в результате получается клон особей, которые по генотипу полностью повторяют друг друга.
Селекция микроорганизмов
Роль микроорганизмов в хозяйственной деятельности человека: продуцирование десятков видов органических веществ — аминокислот, нуклеиновых кислот, белков, липидов, сахаров, ферментов, пигментов, антибиотиков, витаминов и др.
❖ Особенности селекции микроорганизмов:
■ селекционер для работы имеет неограниченное количество особей микроорганизмов, выращиваемых на питательных средах;
■микроорганизмы содержат значительно меньше генов, чем клетки высокоорганизованных видов;
■ они имеют простую регуляцию генной активности;
■ они очень быстро размножаются;
■ их гаплоидный геном позволяет проявляться фенотипически любой мутации уже в первом поколении.
♦ Основные методы селекции микроорганизмов:
■ индуцированный мутагенез (для получения мутаций используются ионизирующие излучения и химические мутагены); при этом вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов в —100—10000 раз меньше, чем у других организмов, но вероятность выделения мутаций по любому конкретному гену выше в сотни тысяч и более раз; для выявления мутаций используются селективные среды, на которых мутанты растут, а немутировавшие (дикие) клетки погибают;
■ рекомбинирование генов: конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями), трансдукция (перенос гена из одной бактерии в другую с помощью бактериофагов), трансформация (перенос ДНК из одних изолированных клеток в другие), амплификация (увеличение числа копий нужного гена);
■ гибридизация разных штаммов бактерий путем слияния их протопластов;
■ искусственный отбор по продуктивности и технологическим свойствам.
Биотехнология
Биотехнология — производство (как наука и процесс) необходимых человеку продуктов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.
Объекты биотехнологии: микроорганизмы (вирусы, бактерии, протесты, грибы и др.), растения, животные, изолированные из них клетки и субклеточные структуры (органеллы).
❖ Основные направления биотехнологии (как правило, с применением микроорганизмов и/или культивируемых клеток):
■ производство биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормонов и др.) и лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток и др.);
■ производство аминокислот и кормовых белков из углеводородов нефти и газа;
■ охрана окружающей среды (разрушение загрязняющих веществ);
■ извлечение ценных металлов из руд и промышленных отходов;
■ создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т.д.
Генная инженерия — создание новых организмов путем целенаправленного изменения существующих или создания новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и детерминировать необходимые биологические процессы.
❖ Этапы генной инженерии:
■ получение нужного гена (искусственный синтез или выделение природного гена из ДНК);
■ получение рекомбинантной молекулы ДНК (включение полученного гена в молекулу ДНК-переносчик или соединение отдельных фрагментов ДНК в единую молекулу);
■ введение рекомбинантной ДНК в клетку-реципиент, где она встраивается в генетический аппарат;
■ копирование (клонирование) этого гена путем отбора трансформированных клеток;
■ введение клонированных генов в яйцеклетки млекопитающих или протопласты растений и выращивание организмов с измененным геномом.
Трансгенные организмы — организмы, геном которых изменен путем генноинженерных операций.
■ Примеры достижений генной инженерии: освоение промышленного производства белка инсулина и интерферонов (белков, подавляющих размножение вирусов); получение гибридов соматических клеток разных видов; создание гибридов лимфоцитов с опухолевыми клетками, способных к длительному синтезу антител определенного типа; создание растений, способных усваивать атмосферный азот и др.
Клеточная инженерия — создание новых организмов путем соматической гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции и др. и культивирования изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях.
■ Для культивирования клеток растений их клеточные стенки разрушают с помощью особых ферментов и получают изолированный протопласт, который культивируют так же, как и клетки животных.
Соматическая гибридизация — слияние двух различных соматических клеток (разных видов клеток одного организма или клеток разных, даже очень далеких, видов организмов) в культуре тканей.
Читайте также: