При выведении новых сортов растений путем массового отбора

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Селекция — это наука о методах создания новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

повышение продуктивности организмов;
улучшение качества продукции (вкуса, внешнего вида, химического состава);
улучшение хозяйственно важных физиологических свойств (устойчивости к болезням и вредителям, отзывчивости на удобрения или корм).

Сорт , порода , штамм — это искусственно созданная устойчивая группа (популяция) живых организмов, имеющая определённые наследственные особенности. Это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика.

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.

Все особи такой группы имеют сходные морфологические и физиологические признаки, однотипную реакцию на изменение факторов внешней среды, определённый уровень продуктивности.

1 . Искусственный отбор используется для сохранения и размножения особей с желаемой комбинацией признаков. Различают массовый и индивидуальный отбор.

При массовом отборе одновременно отбирают большое число особей с нужным признаком, остальные выбраковывают. Это отбор по фенотипу, он не даёт генетически однородного материала. Повторяется многократно.

При индивидуальном отборе (по генотипу) выделяют одну особь с необходимыми признаками и получают от неё потомство.

2. В селекционной работе используют следующие методы гибридизации : инбридинг, аутбридинг и отдалённую гибридизацию.

При инбридинге скрещиваются потомки с родительскими формами или потомки одних и тех же родителей. Этот тип скрещивания применяют для получения чистых линий , т. е. перевода большинства генов в гомозиготное состояние и закрепления ценных признаков. Нежелательным последствием близкородственного скрещивания является инбредная депрессия — снижение продуктивности и жизнеспособности потомства из-за проявления рецессивных мутаций.

При неродственном скрещивании может наблюдаться эффект гетерозиса ( гибридной силы ) — повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов по сравнению с родительскими формами. Гетерозис проявляется у гибридов первого поколения и обусловлен переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. При этом нежелательные рецессивные мутации становятся скрытыми. При половом размножении в следующих поколениях степень гетерозиготности уменьшается и эффект гибридной силы исчезает. Он может сохраняться только при вегетативном размножении.

Осуществляется с трудом, а полученные гибриды бесплодны из-за затруднения конъюгации хромосом разных видов в профазе I мейоза. Разработаны методы преодоления бесплодия.

3. Искусственный ( индуцированный ) мутагенез используют для увеличения разнообразия исходного материала. Мутагенез вызывают действием мутагенных факторов, например, рентгеновского облучения. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер отбирает организмы с новыми полезными свойствами.

Геномной мутацией является полиплоидия , т. е. кратное увеличение числа хромосомных наборов. Используется в селекции растений. Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные формы культурных растений (пшеницы, картофеля, овощных культур) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды.

Искусственно полиплоидию вызывают обработкой растений колхицином . Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор

Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

Индивидуальный отбор

Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.

Естественный отбор

Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

Инбридинг (инцухт)

В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа родительские особи.

Р	♀ AAbbCCdd	×	♂ aaBBccDD
F₁	AaBbCcDd

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Растения диплоидной (2n = 16) и тетраплоидной (2n = 32) гречихи.

Аа × Аа
АА 2 Аа аа

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.

Отдаленная гибридизация

Восстановление плодовитости капустно-редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-редечный гибрид.

Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.

Использование соматических мутаций

Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

Экспериментальный мутагенез

Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

Поиск исходного материала облегчает закон гомологических рядов наследственной изменчивости , открытый Н. И. Вавиловым .

Родственные роды и виды живых организмов характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.

Если известны формы изменчивости одного вида, то можно предположить, что подобные формы будут существовать и у других близкородственных видов.

Н. И. Вавилов установил также семь центров происхождения культурных растений и основал мировую коллекцию семян культурных растений и их диких сородичей.

Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала. Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры.

Естественное или искусственное
скрещивание особей, относящихся к
различным
линиям,
сортам, породам, видам, родам растений
и животных, .
Совокупность
культурных растений одного вида,
искусственно созданная человеком
.
Учение
о центрах многообразия и происхождения
культурных растений создал .
Основными
методами селекции растений служат .
Различают
две основные формы отбора в селекции
растений .
Потомство
одной самоопыляющейся особи называют
.
Индивидуальный
отбор наиболее применим для .
При
скрещивании разных сортов растений, а
также при межвидовом скрещивании,
наблюдается эффект .
Кратное
увеличение набора хромосом у растений
называется . .

Гетерозисные
гибриды растений размножают .
В
селекции животных применяют :… отбор.
Выдающийся
русский ученый и селекционер, занимавшийся
выведением новых
сортов
плодовых деревьев .

Впервые способы преодолевания
бесплодия межвидовых гибридов разработал
. .

В
селекции животных применяют два основных
типа скрещивания . .
Метод
в селекции высших растений и
микроорганизмов, позволяющий искусст венно
получать мутации с целью увеличения
продуктивности . ;

Для выведения новых растений применяют методы селекции. Это целая наука, которая подразумевает сам процесс выведения новых сортов. В селекции используют индивидуальный и массовый отбор, метод гибридизации, мутагенез. Каждый из них помогает получить самые разные сорта культур.

История селекции

Историки утверждают, что первые работы по селекционированию проводились более десяти тысяч лет назад, когда люди стали осваивать новые территории. При переселении люди стали зависеть от определенных видов растений, что привело к необходимости проводить улучшение качества выращиваемых культур. Постепенно стали появляться новые сорта. Все они произошли от диких предков.

Первыми растениями, попавшими в культуру, стали хлебные злаки. Люди научились выращивать просо, рис, пшеницу, ячмень. Среди них проводились массовые отборы: забирались материалы, у которых сохранялись семена в колосе и не осыпались. Позже стали проводить сознательный выбор: люди поняли, что многие признаки передаются из поколения в поколение. В результате человек брал только те культуры, которые обладали определенными признаками, и сохранял их, а по возможности и усиливал.

Археологи доказали, что уже в древние времена люди обладали знаниями по селекционированию культурных растений, овощей.

Прорыв в селекции

Стремительное развитие в селекции произошло в девятнадцатом веке. В этот период были построены селекционные станции, где начали проводить эксперименты с растениями. На станциях массово отбирали только те растения, которые отвечали всем поставленным целям. Окончательное формирование селекции в качестве науки произошло только в двадцатом столетии. Основаниями для ее выделения стали генетика, эволюция, экология и биология, география сельского хозяйства.

Задачи и основы селекции

Основными задачами селекции является создание высокопродуктивных сортов, которые обладали бы высокой устойчивостью к болезням и неблагоприятным условиям среды. Были разработаны новые методы генетического селекционирования.

В качестве основы для выведения новых культур выступали знания об исходных материалах, типах наследственной изменчивости, роли среды, теоретические знания о массовом отборе и другие сведения.

При проведении селекции ученые тщательно подбирали материал с учетом всех известных им генетических особенностей. Большой вклад в эту науку сделал Н. Вавилов. Он провел более полусотни экспедиций в разные страны мира для сбора семян культурных растений и их диких предков. После этого была создана первая в мире энциклопедия растений, включающая более тысячи видов. Она все еще хранится в Институте растениеводства в Санкт-Петербурге. Работой Вавилова пользуются ученые по всему миру.

Улучшение растений

Н. Вавилов еще в тридцатых годах предположил, что для повышения устойчивости к болезням необходимо проводить индивидуальный отбор или же скрещивать между собой разные сорта. Главные сложности в создании устойчивых видов – это необходимость учитывать вредные организмы, которые поражают определенные виды растений, и особенности культур. В селекционной работе ученые применяют гибридизацию, массовый и индивидуальный отбор, биотехнологию, генную инженерию, мутагенез и другие методы, позволяющие получать поколения растений с высоким иммунитетом.

Методы получения новых культур

Традиционно используются следующие методы селекции:

Отбор. Он может быть массовым или индивидуальным.
Мутагенез.
Гибридизация. Этот метод предусматривает внутривидовую, удаленную гибридизацию, а также беккросс.

Каждый метод селекции имеет свои особенности и подвиды.

Отбор

Главным критерием получения новых видов растений является отбор. Наиболее эффективен этот метод в выведении новых культур при работе с самоопыляемыми и вегетативно-размножающимися растениями.

При проверке на устойчивость отбор проходит двумя способами: массово или индивидуально.

Массовый выбор

Самым старым считается массовый отбор в селекции, при помощи которого были получены ценные исходные материалы для нынешнего поколения селекционеров. Данная разновидность отбора помогает выбрать из большого количества растений те, которые соответствуют поставленным требованиям. При работе оценивается целый комплекс признаков, в числе которых устойчивость к болезням.

Во время массового отбора растений с них собирают семена, а затем их высевают на одном поле. Итогом проделанной работы должны стать культуры, которые полностью будут соответствовать определенному признаку.

Главным достоинством искусственного массового отбора является простота и возможность быстро улучшить сразу большие объемы материала. Однако у этого метода есть и недостатки: из материала невозможно определить ценные гибриды в плане селекции и применять их для дальнейшей работы. Примером массового отбора служат поля с пшеницей, рожью и другими хлебными злаками. Для получения такого же сорта (гибрида) необходимо постоянно скрещивать определенные виды. Брать для дальнейшей работы полученные от гибридов семена нельзя, так как они непригодны в генетическом плане.

Индивидуальный выбор растений

Одним из самых эффективных методов считается именно индивидуальный отбор. Он позволяет оценить растения на устойчивость, а также выявить ценность материала для дальнейшей работы. Именно этот тип получения новых сортов считается самым значимым.

При вопросе о том, в чем отличие массового отбора от индивидуального, сразу напрашивается ответ – в выборе одной культуры, с которой работают ученые, а при массовом выбирают сразу много материала.

Индивидуальный отбор помогает оценивать генетическую ценность каждого отдельного сорта растений из выбранных генотипов, контролировать определенные признаки в потомстве на всех этапах селекционного процесса. Но чтобы получить новый сорт при помощи этого метода отбора, необходимо много времени. Зачастую он применяется как проверка на устойчивость к разным видам болезней и вредителям.

Массовый и индивидуальный методы могут быть одноразовыми и многоразовыми.

Одноразовый отбор

Данный метод применяется преимущественно при выведении новых сортов самоопыляемых растений. Одноразовый индивидуальный отбор предполагает последовательное изучение всех звеньев процесса отбора по определенным признакам. Одноразовый массовый выбор очень эффективен в семеноводческой практике, поэтому его еще называют оздоравливающим.

Многократный отбор

При работе с растениями, разводящимися перекрестно-опылительным методом, определяется эффективность гетерозиготности исходного материала. Многократный массовый отбор помогает поддерживать устойчивость растений к различным возбудителям болезни, например, к фузариозу, гнилям. Также этот метод помогает получить культуры, устойчивые к вредителям.

Преимущества и недостатки массового выбора

Преимущества метода массового отбора следующие:

Возможность получать сразу много материала. При засевах полей ученые получают сразу тонны материалов.
Возможность сбора семян только с лучших экземпляров культур. Все высаженные растения оцениваются по определенным признакам. После созревания урожая ученые собирают с самых лучших растений семена. Однако при использовании их в дальнейшей селекционной работе учитывается возможность получить гибриды: у перекрестно-опыленных культур семена имеют гены матери и отца. Впоследствии от новых сеянцев можно получить скорорастущие растения, которые будет легко разводить даже новичку.
Возможность выбора растений для разведения с учетом определенных признаков.

При массовом размножении можно получить сразу много растений с разными характеристиками. Селекционеры оценивают рост, плодоношение, степень устойчивости к болезням и вредителям и т.д. По каждому критерию находятся растения, которые идеально соответствуют требованиям. Далее с них получают посадочный материал, который сохраняет свойства родителя (разные виды культур способны сохранять свойства как отца, так и матери, причем выраженность свойств зависит от вида растения).

Другие методы получения новых сортов

Одним из самых устойчивых методов селекционирования, при котором получают высокоустойчивые сорта, является гибридизация. Она предполагает скрещивание между собой растений с разными генотипами и различными наследственными способностями. В результате получаются гибриды, сочетающие в себе родительские формы.

При определении устойчивости к болезням гибридизация эффективна в том случае, если хотя бы одна из родительских форм является носителем ценных признаков, способных обеспечить защиту будущего гибрида от потенциально опасных болезней и вредителей.

При получении растений с высокой степенью устойчивости к негативным факторам в селекции применяют разные методы изменения генов. Однако внутривидовая гибридизация не оказывает хороших результатов. Для достижения поставленных целей хотя бы одна родительская форма должна отвечать требуемому уровню эффективности: обычно от таких отцов и матерей передается ген устойчивости к болезням. Из-за этого все больше учеными стали применяться растения, принадлежащие к разным биологическим таксонам. Здесь учитывается, что самым лучшим иммунитетом обладают дикорастущие виды, а культурные практически всегда слабые.

Геномом устойчивости всегда были и остаются дикорастущие сородичи культурных сортов. Было время, когда отдаленный метод применялся редко из-за невозможности сбалансировать геномы родительских форм и с нежеланием передавать признаки.

Сейчас все изменилось. Отдаленные методы гибридизации позволили получить самые устойчивые виды, а также вывести новые сорта, формы зерновых и овощных культур.

Работа селекционеров может занимать многие годы. Есть сорта растений, которые были получены после десятилетий работы. Также есть метод, который помогает получать гибриды с нужными качествами, но на это уходят долгие года. Для этого применяют метод мутагенеза. Его использование помогло вывести растения с максимальной устойчивостью к самым разным болезням. До применения этого способа в мире не было ни одной культуры с подобной защитой.

Основным методом селекции является искусственный отбор. При ____________(А) селекционер отбирает группу особей с нужными признаками, скрещивает их между собой, опять отбирает, опять скрещивает и повторяет эти операции многократно. При ___________(Б) выбирают отдельную особь и получают от нее потомство. При этом у растений путем самоопыления удается легко получить _____________(В), т.е. группу ____________ (Г) особей.

С1. В 1791 году на одной из ферм США овца принесла коротконогого ягненка. Он был скрещен с матерью, и все очередное потомство было коротконогим. Так было положено начало анконской породе овец. Назовите метод селекции, который был использован при выведении этой породы, и объясните, используя знания генетики, почему был использован именно этот метод.

С1: речь идет о близкородственном скрещивании. Перед селекционером стояла задача закрепить признак коротких ног, т.е. перевести соответствующий аллель в гомозиготное состояние. Для этих целей в селекции животных используют близкородственное скрещивание, поскольку у родственных организмов выше вероятность наличия сходных скрытых рецессивных мутаций. Видимо, родители коротконого ягненка были гетерозиготны (Аа, где А – ген, определяющий нормальную длину ног, а –ген, определяющий признак коротких ног). Это подтверждает тот факт, что при дальнейшем скрещивании коротконогих овец между собой потомство всегда получалось коротконогим, т.е. все они были рецессивным гомозиготами (аа).

Читайте также: