Для выведения гетерозисного сорта растений необходимо сначала получить полиплоидные формы

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 18.09.2024

Ответ. Опыление — необходимое условие для процесса оплодотворения, протекающего в цветке. Пыльца из пыльников так или иначе переносится на рыльце цветка. Различают два типа опыления — самоопыление и перекрестное опыление. Если пыльца переносится в пределах данного цветка или данной особи, то в этом случае происходит самоопыление. Различают разные формы самоопыления: автогамию, когда рыльце опыляется пыльцей того же цветка, гейтопогамию (соседствениое опыление), когда рыльце опыляется пыльцой других цветков той же особи, и, наконец, клейстогамию, когда самоопыление происходит в закрытых, нераспускающихся цветках. Эти разные формы самоопыления в генетическом отношении вполне равноценны.

Если перенос пыльцы осуществляется между цветками разных особей, то в этом случае происходит перекрестное опыление. Перекрестное опыление — основной тип опыления цветковых растений. В цветках весьма обычны специальные устройства морфологического и физиологического характера, предотвращающие или по крайней мере ограничивающие самоопыление. Таковы двудомность, дихогамия, самонесовместимость, гетеростилия и др. Однако в них имеются также приспособления к самоопылению, способствующие последнему в том случае, когда перекрестное опыление по каким-либо причинам не произойдет. Иначе говоря, цветок допускает возможость не только перекрестного опыления, но и самоопыления.

Перекрестное опыление осуществляется следующими способами: с помощью насекомых (энтомофилия), птиц (орнитофилия), летучих мышей (хироптерофилия) или агентов неживой природы — ветра (анемофилия) и воды (гидрофилия). В соответствии с этим можно говорить о биотическом и абиотическом опылении.

Перекрестное опыление обусловливает обмен генами и интеграцию мутаций, поддерживает высокий уровень гетерозиготности популяции, определяет единство и целостность вида. Это создает широкое поле для деятельности естественного отбора.

Обоеполость и энтомофильность цветка представляют первичное явление. В цветках первых покрытосеменных наряду с весьма примитивной энтомофилией, вероятно, осуществлялось также самоопыление. Обоеполость цветка способствовала самоопылению, поскольку приспособления к ограничению его еще не были развиты. Разделение полов в цветке ограничивает или вполне исключает самоопыление. Оно привело к образованию разных половых типов цветковых растений

2. Что такое полиплоидия?

Ответ. Полиплоидия - наследственное изменение, связанное с кратным увеличением основного числа хромосом в клетках организма. Полиплодия широко распространена у растений. Обычно у полиплоидных растений более крупные размеры, повышенное содержание ряда веществ, лучшая устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды и т. п. Различают два типа полиплоидов: аутополиплоиды и аллополиплоиды.

3. Почему большинство культурных растений размножают вегетативно?

Ответ. Вегетативный способ размножения – в настоящее время единственный путь закрепления у растений ценных сортовых свойств, которые отбирались и накапливались человеком в процессе многовековой культуры. Чистые сорта, ценящиеся своими качествами (окраска, махровость, запах и т. п.) , представляется возможным сохранить только при вегетативном размножении. Именно в этом кроется существенное отличие вегетативного размножения от семенного. Вегетативно размноженные растения цветут скорее, чем выращенные из семян.

Вегетативное размножение - размножение растений происходит при помощи вегетативных органов: ветвей, корней, побегов, листьев или их частей. При этом генетических изменений не происходит. Новое растение несет в себе всё от материнского. Успех вегетативного размножения зависит от многочисленных факторов: природы растения (сортовые особенности, возраст) , внешних условий (субстрат, тепло, влага, доступ воздуха, свет) .

При вегетативном размножении не происходит слияния клеток, новые особи появляются из образований на вегетативных частях растения (луковицы, усы на стеблях, почки на корнях, и др.) , или напрямую из вегетативных органов или их частей (частей корня, стебля, листьев) . При вегетативном размножении развитие нового организма продолжается с того этапа, на котором остановилось развитие органа, или его части, которая была взята для размножения. Так, например, при половом размножении многолетние растения часто зацветают только через десятки лет (многие древесные породы) ; при вегетативном размножении этих растений, вступивших в пору плодоношения, новые растения зацветают в первый или второй год.

Вопросы после § 65

1. Какие методы применяются в селекции растений?

Ответ. 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 Вере зимняя, сочетающий высокие вкусовые качества плодов с зимостойкостью. 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.

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.

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:

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.

2. Какое значение для селекции имеет открытие закона 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.

3. Почему межлинейные гибриды сохраняют ценные признаки при вегетативном размножении и теряют их при семенном?

Ответ. При вегетативном размножении сохраняется гибридный геном, так как увеличение размера и размножение идет за счет обычного митотического деления клеток (обычный рост) без изменения генома и, следовательно, признаков.

При семенном размножении сначала идет мейотическое деление (редукционное), изменяющее набор генов (остается только половина хромосом). Затем опыление и образуется клетка с новым набором генов. Образуется семя, в котором зародыш состоит из клеток с новым геномом. Следовательно организм приобретает новые свойства.

4. Почему селекционеры стремятся получить растения-полиплоиды?

Ответ. Растения-полиплоиды чаще характеризуются крупными размерами, повышенным содержанием ряда веществ, устойчивостью к неблагоприятным факторам окружающей среды и другими хозяйственно полезными качествами. Они представляют собой важный источник изменчивости и могут быть использованы как исходный материал для селекции и создания высокоурожайных сортов растений. Среди наиболее важных сельскохозяйственных культур полиплоиды - пшеница, хлопчатник, сахарный тростник, банан, картофель, подсолнечник. Красивые садовые цветы (хризантемы, георгины) - также полиплоидные.

Искусственно полиплоидные растения получают при помощи колхицина - алкалоид, который угнетает образование митотического веретена в результате нарушения образований микротрубочек. Встречаются полиплоиды и в природных популяциях. Большинство растений способно к вегетативному размножению и поэтому эффективно воспроизводятся в полиплоидном состоянии.

5. Какая методика позволяет преодолеть стерильность межвидовых (межродовых) гибридов?

Ответ. Для преодоления стерильности гибридов первого поколения применяют различные методы, из которых можно выделить два главных: 1) возвратные скрещивания, 2) удвоение числа хромосом у гибридных растений для получения аллополиплоида.

Применение возвратных скрещиваний основано на том, что женские гаметы гибрида обычно обладают большей жизнеспособностью, чем мужские. Использование для опыления гибрида нормальной пыльцы одной из родительских форм позволяет получить семена для дальнейшей работы. С этой же целью гибриды первого поколения можно опылять пыльцой третьего родственного вида, например: (рожь x пшеница) x пырей; (рожь x пырей) x пшеница; (пшеница x пырей) x рожь.

Наиболее надежным методом преодоления стерильности межвидовых и межродовых гибридов F1 является удвоение у них числа хромосом. Поскольку у полученных таким путем амфидиплоидов каждый тип хромосом представлен парой, то мейоз протекает сравнительно нормально с образованием жизнеспособных гамет, содержащих по одному геному скрещиваемых видов. Преодолению несовместимости разных видов и стерильности их гибридов могут способствовать и некоторые другие приемы, например создание благоприятных условий во время цветения растений, применение физиологически активных веществ, химических мутагенов и других факторов.

Количество завязывающихся семян на гибридных растениях F1 зависит также от общего числа цветков, которое можно увеличить созданием наиболее благоприятных условий для формирования генеративных органов, а также путем вегетативного размножения растений. Разработаны достаточно эффективные способы клонирования разных видов растений, в том числе злаковых, например риса и др.

Использование новых методов биотехнологии значительно расширяет возможности практического использования отдаленной гибридизации. К числу таких методов может быть отнесена культура пыльников, зародышей, слияния протопластов.

Методы выведения новых сортов, пород и штаммов

Ключевые слова: сорт, порода, штамм, . Раздел ЕГЭ: 3.8. Селекция, … Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Значение генетики для селекции. Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных

Сорт, порода, штамм

Учёные-селекционеры работают с сортами растений, породами животных и штаммами микроорганизмов. Сорт, порода, штамм — популяция организмов, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными особенностями.

Сорт (от лат. sortis — разновидность) — группа созданных в результате селекции сельскохозяйственных растений одного вида (например, яблоня домашняя), обладающих передающимися по наследству хозяйственно ценными признаками. Различают местные и селекционные сорта культурных растений. Местные сорта получают в результате стихийного (бессознательного) отбора в процессе выращивания той или иной культуры. Селекционные сорта создаются в научно-исследовательских учреждениях с использованием методов комбинационной селекции.

Сорта яблони домашней: 1 — Папировка; 2 — Антоновка обыкновенная; 3 — Анис; 4 — Ранетка пурпуровая

Штамм (от нем. stamm — основа, племя) — чистая культура микроорганизмов, выделенная из определённого источника или полученная в результате мутаций. Разные штаммы одного и того же микроорганизма могут отличаться друг от друга по ряду свойств, в том числе и хозяйственно ценных. Штаммы микроорганизмов используют в биотехнологии для микробиологического синтеза белков.

Селекция растений

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости: виды и роды, генетически близкие (связанные друг с другом единством происхождения), характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. Так, например, у мягкой и твёрдой пшеницы и ячменя существуют остистые, короткоостые и безостые колосья. Зная наследственные изменения у одного вида, можно предвидеть нахождение сходных изменений у родственных видов и родов, что используется в селекции. Чем ближе между собой виды и роды, тем больше сходство в изменчивости их признаков. Н. И. Вавиловым закон был сформулирован применительно к растениям, а позднее подтверждён для животных и микроорганизмов.

Гомологичные ряды изменчивости по форме колосьев у мягкой (А) и твёрдой (Б) пшеницы и ячменя (В). Во всех случаях есть остистые, короткоостистые, вздутые и безостые формы

Учение о центрах происхождения культурных растений. Каждая сельскохозяйственная культура лучше развивается в тех условиях, которые в большей степени соответствуют экологическим условиям той местности, откуда произошло это растение. Н.И. Вавилов выделил 7 центров происхождения культурных растений:

Центры происхождения

Культурные растения

В селекции растений наиболее широко используются такие методы, как массовый отбор, внутривидовая гибридизация, отдалённая гибридизация, полиплоидия.

Большой вклад в селекцию плодовых растений внёс отечественный селекционер И. В. Мичурин. На основе методов межсортовой и межвидовой гибридизации, отбора и воздействия условиями среды им были созданы многие сорта плодовых культур. Благодаря его работам многие южные сорта плодовых культур удалось распространить в средней полосе нашей страны.

Многие сорта культурных растений являются полиплоидными. Таковы некоторые сорта пшеницы, ржи, клевера, картофеля, свёклы и т.д. Сочетание отдалённой гибридизации с последующим получением полиплоидных форм позволило преодолеть бесплодие отдалённых гибридов. В результате многолетних работ Н. В. Цицина и его сотрудников были получены гибриды пырея и пшеницы, пшеницы и ржи (тритикале).

К наиболее важным достижениям селекции растений следует отнести создание большого количества высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Селекция животных

Как и культурные растения, домашние животные имеют диких предков. Процесс превращения диких животных в домашних называют одомашниванием (доместикацией). Почти все домашние животные относятся к высшим позвоночным животным — птицам и млекопитающим

Вид

Дикий предок Первичный центр одомашнивания

Время одомашнивания, тыс. лет назад

В селекции животных наиболее широко используются такие методы, как индивидуальный отбор, внутривидовая гибридизация (родственное и неродственное скрещивание), отдалённая (межвидовая) гибридизация.

Использование индивидуального отбора связано с половым размножением животных, когда получить сразу много потомков затруднительно. В связи с этим селекционеру важно определить наследственные признаки самцов, которые непосредственно у них не проявляются (жирномолочность, яйценоскость). Поэтому оценка животных может быть осуществлена по их родословной и по качеству их потомства. Имеет определённое значение также учёт экстерьера, то есть совокупности внешних признаков животного. Подбор производителей в животноводстве особенно актуален в связи с применением в настоящее время искусственного осеменения, позволяющего получить от одного организма значительное число потомков.

Родственное скрещивание ведёт к гомозиготности и чаще всего сопровождается уменьшением устойчивости животных к неблагоприятным факторам среды, снижением плодовитости и т. п. Для устранения неблагоприятных последствий используют неродственное скрещивание разных линий и пород. На основе межпородного скрещивания были созданы высокопродуктивные сельскохозяйственные животные (в частности, М.Ф. Иванов создал высокопродуктивную породу свиней Белая украинская, породу овец Асканийская рамбулье). Неродственное скрещивание сопровождается гетерозисом, сущность которого состоит в том, что гибриды первого поколения имеют повышенную жизнеспособность и усиленное развитие. Примером эффективного использования гетерозиса служит выведение гибридных цыплят (бройлерное производство).

Отдалённая (межвидовая) гибридизация животных приводит к бесплодию гибридов, но благодаря проявлению гетерозиса широко используется человеком. Среди достижений по отдалённой гибридизации животных следует отметить мула — гибрида кобылы с ослом, бестера — гибрида между белугой и стерлядью, продуктивного гибрида между карпом и карасём, гибриды крупного рогатого скота с яками и зебу, отдалённые гибриды свиней и т.д.

Селекция микроорганизмов

К микроорганизмам относятся: прокариоты — бактерии, архебактерии и цианобактерии; эукариоты — грибы, микроскопические водоросли, простейшие.

В селекции микроорганизмов наиболее широко используются индуцированный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток (клонов), методы клеточной и генной инженерии.

Деятельность микроорганизмов используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Ферментативную активность микроорганизмов (грибов и бактерий) используют в производстве молочных продуктов, хлебопечении, виноделии и др. С помощью микроорганизмов получают аминокислоты, белки, ферменты, спирты, полисахариды, антибиотики, витамины, гормоны, интерферон и пр.

Выведены штаммы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, что позволит использовать их для очистки окружающей среды. Ведутся работы по перенесению генетического материала азотфиксирующих микроорганизмов в геном почвенных бактерий, которые этими генами не обладают, а также непосредственно в геном растений. Это позволит избавиться от необходимости производить огромное количество азотных удобрений.

Значение генетики для селекции

Методы генетики используются в создании новых штаммов микроорганизмов, производящих необходимые человеку вещества. Генная инженерия способна вводить гены в клетки растений, которые отвечают за цвет плода, устойчивость к неблагоприятным факторам среды, вредителям и болезням, с повышенной засухоустойчивостью и другими признаками. В результате получают генно-модифицированные продукты. Клонирование позволяет массово производить нужные сорта растений, а также получать животных с идентичными признаками.

Биологические основы выращивания
культурных растений и домашних животных

Высокопродуктивный сорт, созданный в результате усилий селекционной работы, нуждается в подходящих условиях внешней среды. Учитывая, что у каждого растения свои потребности, при выращивании следует обращать внимание на эти нюансы. Без подобного подхода получить урожай проблематично. Поэтому при выращивании учитывают:

Сельскохозяйственным животным также требуются конкретные условия содержания. Важно соблюдать следующие факторы:

температурный режим, освещенность, влажность при выращивании в замкнутом пространстве;
поддержание санитарного состояния в помещении для содержания;
создание условий для выгула;
необходимость чистки животных;
наличие свежего и сухого подстилочного материала;
введение в рацион кормов высокого качества.

Животные способны к модификационной изменчивости, которая происходит под влиянием факторов внешней среды. При неправильном содержании и кормлении качественных пород, их полезные признаки будут сведены к минимуму (продуктивность, жирность и количество молока, яйценоскость, набор массы тела и другие признаки породы).

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.

Основные методы селекции растений.

Биологические особенности растений позволяют в селекционной работе с ними использовать инбридинг, полиплоидию, искусственный мутагенез, отдаленную гибридизацию и другие методы.

Для создания сортов растений с запрограммированными качествами ведется специальная целенаправленная работа — подбирается исходный материал, проводится гибридизация с последующим отбором.

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).

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).

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)

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.

Урок знакомит учащихся с основными методами селекции и биотехнологии. В данном уроке приводятся следующие понятия: массовый и индивидуальный отбор, близкородственная гибридизация, инбредные линии, чистые линии, гетерозис, отдалённая гибридизация, полиплоидия, искусственный мутагенез, биотехнология, клеточная инженерия, генная инженерия.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Основные методы селекции и биотехнологии"

В человеческую жизнь селекция вошла много тысячелетий назад. Опираясь на здравый смысл и многовековой опыт, человек отбирал только лучшие семена. И вот результат ― великое множество культурных растений.

Человек выбирал только лучших животных. Дикие муфлоны стали родоначальниками домашних овец. Домашняя лошадь существенно отличается от дикой. Домашние утки, разучившиеся летать, лишь отдалённо похожи на своих предков.

Многообразие пород… И каждая порода отвечает либо практическим интересам, либо эстетическим устремленям человека.

Сортом, породой и штаммом называют популяцию организмов (растений, животных и микроорганизмов), искусственно созданную человеком, которая характеризуется определённым генофондом, наследственно закреплённым морфологическими и физиологическими признаками, определённым уровнем и характером продуктивности.

Используя отбор, человек оставляет и допускает к размножению только особи в наибольшей степени наделённые желательными для человека признаками. Наследственность закрепляет эти признаки в потомстве.

Выведением новых и совершенствованием существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами, занимается наука селекция.

Селекция — и наука, и отрасль сельскохозяйственной практики. Её задачи многообразны.

Многообразны и методы селекции.

Основные методы селекции — это отбор, гибридизация, полиплоидия, искусственный мутагенез, а также клеточная и генная инженерия.

Начнём с отбора ― самого простого, но очень важного метода селекции.

Как вы знаете, в природе действует естественный отбор, его мы изучали на предыдущих уроках. Больные, слабые, не приспособленные организмы погибают, а сильные и здоровые размножаются и дают начало новому поколению.

А вот искусственный отбор совершает не природа, а человек. Он отбирает наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.

Различают два вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

При массовом отборе отбраковывают особей, которые по своему фенотипу не отвечают хозяйственным интересам. При этом свойство генотипа во внимание не принимается.

Не-смотря на простоту и древнее происхождение, массовый отбор позволяет успешно решать практические задачи.

Для поддержания генетический стабильности многих сортов вполне достаточно массового отбора. При регулярном и тщательном его проведении сорта сохраняют все свои качества в течение десятилетий.

Как правило, массовый отбор — это первый шаг при других, более сложных, методах селекции.

При индивидуальном отборе лучших особей, отбирают не по фенотипу, а по генотипу.

Прослеживается, как-то или иное качество, например длинношёрстность, проявляется у потомства. Оценка по потомству — основной приём при инициальном отборе.

Когда эти ягнята подрастут, продуктивность их настрига — позволит оценить генетические достоинство родителей.

Таким образом, при индивидуальном отборе выделяют единичные особи с ценными качествами и отдельно выращивают их потомство.

При последующем близкородственном скрещивании у животных выводят чистые линии.

Чистая линия — эта группа генетически однородных (гомозиготных) организмов, представляющих ценный исходный материал для селекции.

Все организмы, относящиеся к одной чистой линии, являются гомозиготными по одному и тому же аллелю данного гена.

Одним из путей увеличения разнообразия материала для селекции является гибридизация.

Она бывает: близкородственная, неродственная и отдалённая.

Близкородственная гибридизация (инбридинг) позволяет перевести рецессивные гены в гомозиготное состояние.

При инбридинге родители являются родственниками и поэтому имеют много одинаковых аллелей, в результате чего гомозиготность увеличивается с каждым поколением.

Близкородственные скрещивания производят в целях количественного приумножения животных с наилучшими индивидуально отобранными генотипами. Так возникают имбредные линии, или чистые линии.

Животные, составляющие чистую линию, получают одинаковые копии хромосом каждой из гомологичных пар. Чистые линии по большинству генов гомозиготные и не дают расщепления признаков в поколениях.

Благодаря родственному скрещиванию асканийских овец обеспечивается генетическая стабильность и высокопродуктивность пород.

Чемпионы асканийской породы дают при стрижке до 12 кг шерсти. Этого хватает на 12 шерстяных костюмов.

При создании этой мясо-шёрстной породы использовался и другой метод —неродственное скрещивание (аутбридинг).

Обычно такие особи не имеют ближайших общих предков и происходят из разных популяций.

В отличие от близкородственного скрещивания, где повышается степень гомозиготности организмов, при неродственной гибридизации у потомства уменьшается вероятность присутствия одинаковых аллелей генов, то есть повышается уровень гетерозиготности.

Гетерозиготные особи часто обладают более ценными биологическими признаками, чем гомозиготные.

Черно-пёстрая порода коров славится высокой удойностью, а красная степная — жирностью молока. Произвели межпородное скрещивание у коров новой гибридной популяции почти в 1,5 раза увеличилась жирность молока — один из важных показателей его качества.

Применяя неродственное скрещивание, получают гетерозисные формы, превосходящие по ряду желаемых признаков родительские организмы. В этом случае проявляется эффект гетерозиса.

Гетерозис — это увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей.

Причиной гетерозиса служит объединение у гибридного поколения доминантных генов и устранение действия рецессивных генов.

Между двумя разными имбредными линиями кукурузы на поле происходит скрещивание, при этом в следующем поколении проявится эффект гетерозиса. Гетерозисная кукуруза больше обычной, и зерна у неё крупнее.

Первое гибридное поколение обладает повышенной урожайностью и жизнеспособностью. Однако уже начиная со второго поколения эффект гетерозиса обычно снижается.

Эффект гетерозиса широко применяют не только для получения высокоурожайных гибридов кукурузы, но и других культурных растений (сахарной свёклы, например).

Скрещивание двух мясных пород домашних кур (Корниш и белый плимутрок) даёт гибридное потомство цыплят-бройлеров, отличающихся от родительских форм интенсивным ростом, низкими затратами корма на выращивание и питательным мясом.

В промышленном звероводстве комплексно используются все упомянутые нами методы селекции. Например, самая ценная сапфировая норка с голубой окраской меха была получена путём гибридного скрещивания от норок совсем иной окраски —алеутской (темно-серой с голубым оттенком) и серебристо-голубой (голубовато- серой).

Престижный цвет и другие свойства, придающие меху особую ценность, достигаются кропотливым трудом селекционеров.

Межсортовую гибридизацию широко применяют и в селекции растений, например тюльпанов и роз. Межсортовая гибридизация даёт возможность вывести новые сорта, которые отличаются окраской и формой цветков.

Отдалённая гибридизация — это скрещивание особей, принадлежащих к разным видам, а иногда и разным родам.

При этом потомки скрещиваемых видов в большинстве случаев оказываются бесплодными из-за нарушения процессов гаметогенеза.

Так, например, при скрещивании лошади с ослом получается выносливый, сильный и долгоживущий гибрид — мул.

Отличаются большой силой и выносливостью нары — гибриды одногорбого и двугорбого верблюдов.

Отдалённая гибридизация широко используется и в растениеводстве. Например, гибрид яблони и груши.

Полиплоидия — ещё один метод селекции. Полиплоидами называют формы с кратно увеличенным числом хромосом исходного вида.

В зависимости от того, во сколько раз у полиплоидных форм увеличено число хромосом, их называют тетраплоидами (четырёхкратный набор хромосом), гексаплоидами (шестикратный) или октоплоидами (восьмикратный).

Например, у картофеля исходное число хромосом равно 12, но в результате полиплоидизации возникли виды с хромосомными наборами равными 24, 48 и 72.

Полиплоидами также являются 42-хромосомные виды пшеницы, хлопчатника, люцерны, овса. Полиплоиды у растений, по сравнению с диплоидами часто характеризуются более мощным ростом, большим размером, массой семян и плодов и т. п.

Следующий метод селекции — искусственный мутагенез.

Данный метод применяют в селекции с целью повышения доли наследственной изменчивости у организмов.

Мутации вызывают действием различных физических и химических факторов.

Так, гамма-лучи и некоторые химические вещества (иприт, например) в десятки раз увеличивают частоту мутационной изменчивости у организмов.

В лабораториях получают хромосомные мутации путём химического воздействия на растение.

Благодаря растительному яду колхицину — получают полиплоидные растения.

Добавим его в чашку Петри. А поверх положим фильтровальную бумагу, на которой пророщены зерна гречихи.

Колхицин вызывает различные изменения в хромосомах, нарушается процесс деления клетки. Он разрушает веретено деления. В результате чего гомологичные хромосомы при делении клетки не расходятся. При этом получаются гаметы, содержащие по 2n хромосом. Помним, что гаметы содержат гаплоидный набор хромосом. При слиянии диплоидных гамет в зиготе окажется 4n хромосом.

Семена высадили… Кисти полиплоидной гречихи по сравнению с обычной имеют больше цветков, из которых сформируется больше плодов.

Получение искусственных мутантных форм важно и в медицине. Облучение и химия дали полезных мутантов пеницилла. Он является источником пенициллина, первого в истории антибиотика.

В этих чашках растут колонии бактерий. Мутантная форма пеницилиума более энергично истребляет микробов. Лекарство, что было когда-то на вес золота, теперь стало доступно всем.

Во второй половине XX в. стали применять принципиально новые методы экспериментальной биологии — клеточную и генную инженерию. Это направление легло в основу новой области биологии — биотехнологии.

Биотехнология — это промышленное использование биологических процессов и систем на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений, животных с заданными свойствами.

Клеточная инженерия основана на культивировании отдельных клеток или тканей на искусственных питательных средах. Такие клеточные культуры используются для синтеза ценных веществ необходимых человеку, например лекарств, а также для получения клеточных гибридов.

Генная инженерия — это целенаправленный перенос нужных генов от одного вида живых организмов в другой, часто очень далёких по своему происхождению.

Это, как считают учёные, перспективное направление, которое позволяет целенаправленно улучшать наследственные качества организмов, получать в неограниченном количестве ценные биологически активные вещества.

Итак, используя различные методы селекции, учёные-селекционеры улучшают существующие и выводят новые сорта культурных растений и породы домашних животных.

Читайте также: