Методы селекции растений. Значение маркерной селекции в животноводстве. Для чего ведутся селекционные работы

Текущая страница: 9 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 11 страниц]

§ 34. Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов

1. Для чего ведутся селекционные работы?

2. Приведите примеры пород животных, выведенных человеком.

3. Приведите примеры сортов растений, полученных человеком.

Селекция – наука о методах создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Теоретические основы селекции закладывает современная генетика. Селекция – одна из важнейших областей практического использования закономерностей, исследуемых генетиками. В результате селекционной работы «разрабатываются» новые формы бактерий, растений, грибов, животных, обладающие наследственно закреплёнными особенностями, резко отличающими их от исходных диких видов. Очень часто у культурных растений и домашних животных отдельные признаки усилены настолько, что их жизнь в природных условиях, т. е. без постоянной помощи человека, делается невозможной. Так, например, не смогут выжить без человека декоративные породы собак и голубей, породы домашних свиней и кур, большинство сортов растений, употребляемых нами в пищу, и т. д. Но зато количество пищи, которое дают человеку искусственно разводимые животные и растения, во много раз больше, чем могли бы дать их дикие предки (рис. 63). Пионером разработки научных основ селекционной работы в нашей стране был Н. И. Вавилов (рис. 64) и его ученики. Н. И. Вавилов считал, что в основе селекции лежит правильный выбор для работы исходных особей, их генетическое разнообразие и влияние окружающей среды на проявление наследственных признаков при гибридизации этих особей.

Рис. 63. Породы домашних кур

Рис. 64. Николай Иванович Вавилов (1887–1943)

Основными методами селекции любых организмов являются гибридизация и отбор.

Гибридизация – это процесс скрещивания родительских особей и получение от них гибридов. В результате отбора среди этих гибридов находят особи с интересующими человека признаками.

В зависимости от способа размножения вида отбор может быть массовым или индивидуальным.

При массовом отборе из потомства берут растения или животных с нужными признаками и снова скрещивают их между собой, получая гибриды второго поколения. Среди них опять производят массовый отбор особей с нужными признаками и т. д. Массовый отбор обычно применяют для перекрёстноопыляемых растений и для животных. Так, например, были получены новые сорта ржи.

При индивидуальном отборе выбирают отдельную особь с интересующим человека признаком и получают от неё потомство. Такой метод, естественно, не может применяться при селекции животных, которые размножаются половым путём. Чаще всего методом индивидуального отбора создаются новые сорта самоопыляющихся растений, когда в размножении участвует только одна особь пшеницы, овса, ячменя. Потомство одной самоопыляющейся особи представляет собой чистую линию , которая благодаря самоопылению будет состоять из гомозиготных организмов. Если какое-то растение хорошо размножается вегетативным путём (черенком, отводком, прививками), то гетерозиготные особи можно сохранять очень долго. При половом размножении сортов, отличающихся высокой степенью гетерозиготности, ценные свойства сорта не сохраняются, и происходит их расщепление.

Так как у большинства сельскохозяйственных животных потомства бывает мало, то иногда для повышения его гомозиготности приходится производить близкородственное скрещивание , например скрещивать быка и корову, приходящихся друг другу братом и сестрой. Такое скрещивание в какой-то степени сходно с самоопылением у растений. При близкородственном скрещивании часто появляется потомство с усиленным признаком, по которому вёлся отбор, но при этом другие признаки могут резко ухудшиться. Например, может быть снижен иммунитет к заболеваниям и т. п. Такие неблагоприятные последствия близкородственного скрещивания называют депрессией . Депрессия у потомства возможна и в тех случаях, когда самоопыляют перекрёстноопыляемое растение.

При скрещивании между собой разных сортов растений или пород животных одного вида первое гибридное поколение отличается крупными размерами, повышенной устойчивостью и плодовитостью. Это явление получило название гетерозиса . К сожалению, при скрещивании гетерозисных растений или животных между собой следующие поколения такими выдающимися качествами не обладают, т. е. гетерозис быстро затухает (рис. 65).

Рис. 65. Гетерозис. Бройлерный цыплёнок (А), обычный цыплёнок (Б)

Ещё одним важным методом селекции является получение межвидовых гибридов, сочетающих в себе ценные свойства родительских видов. Межвидовая гибридизация затрудняется тем, что такие гибриды не могут размножаться половым путём. Ведь во время мейоза хромосомы должны сойтись гомологичными парами и конъюгировать между собой. А у особей, даже близких, но всё-таки разных видов и число хромосом, и их форма отличаются друг от друга, и нормальная конъюгация невозможна. Один из способов преодолеть бесплодие межвидовых гибридов разработал замечательный отечественный генетик Г. Д. Карпеченко, работая с гибридом редьки и капусты. И у редьки, и у капусты гаплоидный набор равен 9 хромосомам. Гибрид имел 18 хромосом в каждой клетке (по 9 от капусты и от редьки) и был бесплодным, поскольку «капустные» и «редечные» хромосомы между собой конъюгировать в мейозе не могли. Тогда Г. Д. Карпеченко сумел получить полиплоид гибрида, который содержал в своих клетках по 36 хромосом: 18 «капустных» и 18 «редечных». Теперь в мейозе 9 «капустных» хромосом стали конъюгировать с 9 гомологичными «капустными» хромосомами, а 9 «редечных» – с 9 «редечными». В каждой гамете получалось по гаплоидному набору «редечных» и «капустных» хромосом (9 + 9 = 18), а при оплодотворении возникал межвидовой полиплоидный гибрид с 36 хромосомами в клетках. Таким образом, Г. Д. Карпеченко преодолел бесплодие межвидовых гибридов у растений.

Межвидовую гибридизацию применяют и в животноводстве. Например, с древности люди используют мула. Мул – гибрид кобылицы с ослом. Мулы бесплодны, но очень сильны, выносливы, долго живут, обладают спокойным нравом. При помощи межвидовой гибридизации получен также гибрид пшеницы и ржи, названный тритикале. Тритикале даёт много зерна и кормовой зелёной массы.

Многие культурные растения полиплоидны, т. е. их хромосомный набор увеличен кратно n и в клетках содержатся 3n , 4n хромосом и т. д. Полиплоидные растения легче переносят засуху и колебания температуры, отличаются крупными размерами. Так, большинство растений, способных выжить в северных широтах или в высокогорье, являются полиплоидами. Однако у животных полиплоидия невозможна.

Важным способом получения новых сортов является искусственный мутагенез , когда, подвергая растения действию проникающего излучения и химических веществ, вызывающих мутации, пытаются получить организмы с новыми полезными свойствами. Таким путём были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Кроме того, при помощи искусственного мутагенеза выведены новые штаммы бактерий и разновидности грибов, выделяющие витамины, пищевые аминокислоты, антибиотики и т. п.

С каждым годом бактерии и одноклеточные эукариоты всё больше и больше применяются в различных отраслях промышленности. Многие процессы производства пищевых продуктов, витаминов, лекарств основаны на деятельности микроорганизмов и грибов. Процессы получения необходимых человеку веществ с помощью живых клеток называют биотехнологией . Бактерии применяют для производства витаминов группы В, пищевых и кормовых белков, аминокислот, которых недостаёт в пище. Плесневые грибы выделяют несколько видов веществ, убивающих микробы. Общее название таких веществ – антибиотики . Микробы помогают выделять при переработке руды ценные металлы – золото, серебро, медь. Многие бактерии и грибы используются в сельском хозяйстве для борьбы с различными вредителями. Например, бактерия так называемого гнилокровия применяется для борьбы с вредителем леса – непарным шелкопрядом.

Для получения новых штаммов микроорганизмов применяют различные мутагены. Бактерии очень быстро размножаются бесполым путём, и задача учёных состоит в том, чтобы отбирать микроорганизмы с полезными для человека свойствами.

Селекция. Гибридизация. Массовый отбор. Индивидуальный отбор. Чистые линии. Близкородственное скрещивание. Гетерозис. Межвидовая гибридизация. Искусственный мутагенез. Биотехнология. Антибиотики

Вопросы

1. Почему теоретической основой селекции является генетика?

2. Перечислите методы селекционной работы.

3. Чем массовый отбор отличается от индивидуального?

4. Что такое гетерозис?

Задания

Подготовьтесь к уроку-семинару «Селекция на службе человека».

Темы сообщений

1. «Селекция – наука о методах создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Методы селекционной науки».

2. «Генетика – теоретическая основа селекции».

3. «Вклад и достижения отечественных учёных (Н. И. Вавилова, Г. Д. Карпеченко, И. В. Мичурина и др.) в развитии селекции».

Вопросы для обсуждения на семинаре

1. Почему выведение новых и улучшение существующих пород и сортов – важное государственное дело, имеющее большое экономическое и народнохозяйственное значение?

2. Почему считают, что именно селекция должна стать наиболее эффективным средством обеспечения устойчивых урожаев и высокой продуктивности сельскохозяйственных растений и животных?

3. Почему исходный материал местного происхождения представляет большую ценность для селекционной работы?

4. Каково значение районирования сельскохозяйственных культур в условиях нашей страны?

Единица жизни – клетка. Встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные живые организмы.

Любой организм – одноклеточный или многоклеточный – представляет собой сложную самостоятельную саморегулирующуюся живую систему. Он обменивается веществом и энергией с окружающей средой, способен к размножению. Многоклеточность дала живым организмам ряд преимуществ, главное из которых – дополнительная возможность выжить в неблагоприятных условиях. Если разрушить наружную мембрану амёбы, животное неминуемо погибнет, а вот разрушение одной или даже многих клеток у гидры не приведёт к её гибели. Многоклеточный организм можно сравнить с подводной лодкой, разделённой на многие отсеки. У каждого отсека есть свои особенности, но разрушение одного отсека не приведёт к гибели подводного корабля.

У каждой клетки в организме есть свои задачи: одни клетки отвечают за движение организма, другие – за размножение, третьи – за оборону от врагов и захват пищи и т. д. Конечно, большое количество клеток многоклеточного организма справится с трудностями лучше, чем одна-единственная клетка бактерии или простейшего.

Все живые организмы размножаются. Размножение может быть бесполым и половым. Формы бесполого размножения: почкование, деление тела, образование спор, вегетативное размножение.

Половые клетки называются гаметами. Гаметы формируются в половых железах: сперматозоиды в семенниках, а яйцеклетки – в яичниках. Гаметы, образующиеся в результате мейоза, содержат гаплоидный (n ) набор хромосом.

Оплодотворённая клетка – зигота. Оплодотворение может быть наружным (вне организма) и внутренним (в организме самки).

У покрытосеменных растений двойное оплодотворение.

Индивидуальное развитие организма называется онтогенезом.

Закон зародышевого сходства: в пределах типа эмбрионы обнаруживают известное сходство.

Биогенетический закон: индивидуальное развитие особи (онтогенез) до определённой степени повторяет историческое развитие (филогенез) вида, к которому относится эта особь.

Генетика – это наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов. Наследственность – это свойство всех живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. Изменчивость – это свойство всех живых организмов приобретать в процессе развития новые признаки по сравнению с другими особями вида.

Элементарная единица наследственности – ген – является частью молекулы ДНК. Гены, ответственные за один и тот же признак, называются аллельными. Место расположения гена в хромосоме называется локусом. Если в клетках содержатся два одинаковых гена какого-либо признака, этот организм гомозиготен по этому признаку, а если гены разные, – гетерозиготен.

Совокупность всех генов организма – генотип. Совокупность всех признаков – фенотип. Тот из двух аллельных генов, который проявляется в фенотипе у гетерозигот, называется доминантным, а непроявляющийся – рецессивным.

Г. Мендель, используя гибридологический метод, установил основные законы наследственности: правило единообразия гибридов первого поколения, правило расщепления, закон чистоты гамет, правило независимого наследования признаков.

Если доминантный ген не до конца подавляет рецессивный, наблюдается неполное доминирование. Для установления генотипа особей, не различающихся по фенотипу, их скрещивают с рецессивной гомозиготной особью – это анализирующее скрещивание.

Половые хромосомы – это те хромосомы, которые различаются у самцов и самок.

Изменения организма, не затрагивающие генотипа и не передающиеся из поколения в поколение, – модификационная изменчивость. Пределы модификационной изменчивости – норма реакции. Наследуется не сам признак, а способность проявить этот признак в определённых условиях.

Изменения генотипа – мутации. Мутации бывают генные, хромосомные, геномные. Причины мутаций кроются во внешней среде и могут быть вызваны облучением, химическими и физическими воздействиями.

Селекция – наука о методах создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Теоретической основой селекции является генетика. Основы научных методов селекции в нашей стране заложил Н. И. Вавилов. Основные методы селекционной работы – гибридизация и отбор.

Глава 4. Популяционно-видовой уровень

С этой главы мы начинаем изучать особенности существования жизни на уровнях, которые могут быть названы надорганизменными. Начнём с популяционно-видового уровня, который организуется тогда, когда совокупность организмов одного и того же вида на длительный срок объединяется общим местообитанием. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные изменения, возникающие, прежде всего, в ответ на воздействие внешних факторов окружающей среды.

Из этой главы вы узнаете

Что такое биологический вид и каковы его критерии;

Что называют популяцией;

Почему важно изучать демографические характеристики популяций и что это такое;

Каковы главные движущие силы эволюции;

Как полезные изменения закрепляются в популяции под действием естественного отбора;

Как работают механизмы видообразования;

§ 35. Популяционно-видовой уровень: общая характеристика

1. Что изучает наука систематика?

2. Какие систематические категории вам известны? Приведите примеры из курсов зоологии и ботаники.

Понятие о виде. Мир живых существ состоит из огромного количества отличных друг от друга растений, животных, грибов, микроорганизмов. Все они должны добывать себе пищу, завоёвывать жизненное пространство, размножаться. В процессе решения этих проблем живые организмы смогли образовать множество различных форм, каждая из которых приспособилась к жизни при определённых условиях окружающей среды.

Люди давно обратили внимание на различия между окружавшими их животными и растениями и пытались их систематизировать. В древние времена при классификации организмов использовались не биологические принципы, основанные на возможности проследить естественные связи между организмами, а совершенно другие подходы. Животных, например, делили на полезных, вредных и безразличных для человека. Растения – на дающих плоды, волокно или древесину. На сегодняшний день, как вам уже известно, элементарной единицей систематики является вид.

Видом называют совокупность организмов, характеризующихся общностью происхождения, обладающих наследственным сходством всех признаков и свойств и способных к бесконечному воспроизведению самих себя при скрещивании.

Критерии вида. В XVIII в. английский натуралист Джон Рей был первым, кто попытался определить критерии вида – признаки, по которым можно судить о принадлежности организма к данному виду. Все индивидуумы, принадлежащие данному виду, считал Рей, могут свободно скрещиваться в природе и продуцировать потомство, относящееся к тому же самому виду. Даже если среди потомства в одном выводке появляются два отчётливо различных организма, они всё равно будут принадлежать к одному виду. Все собаки, например, несмотря на то что разные породы внешне очень различаются, составляют один вид (рис. 66).

Рис. 66. Породы собак

Великий шведский натуралист Карл Линней, создатель научной систематики, определял виды как целостные группы организмов, отличные от других жизненных форм по признакам строения. Иными словами, наличие черт строения, которые делают некоторую группу организмов похожими друг на друга и одновременно отличными от всех других групп, и есть критерий для причисления их к данному виду.

Признаки строения, которые использовал Линней для выделения видов, дают нам пример морфологического критерия . В его основе лежит сходство внешнего и внутреннего строения организмов. В основе физиологического критерия лежит сходство всех процессов жизнедеятельности, и прежде всего сходство размножения, что определяет возможность получения потомства при скрещивании.

Однако оказалось, что внешне неразличимые группы организмов могут принадлежать к разным видам. Учёные обнаружили так называемые виды-двойники , различающиеся лишь наборами хромосом. Виды-двойники встречаются среди самых разных организмов: рыб, насекомых, млекопитающих, растений. Не всегда срабатывает и физиологический критерий; установлено немало разных видов, которые могут скрещиваться в природе, производя плодовитые гибриды. Это случается, например, при спаривании собак с волками. Плодовитыми могут быть гибриды некоторых видов птиц (канарейки, зяблики), а также растений (тополя, ивы).

Поэтому помимо названных критериев при определении видовой принадлежности используются и другие. Генетический критерий – характерный для каждого вида набор хромосом, их размеры, форма, состав ДНК. Экологический критерий – место вида в природных сообществах организмов, его специализация, наборы условий внешней среды, необходимых для существования вида. Географический критерий – область распространения вида в природе, т. е. ареал. Исторический критерий – общность предков, единая история возникновения и развития вида. Для животных характерен этнологический критерий – присущие только данному виду особенности поведения.

Не существует одного абсолютного критерия вида. Только в совокупности они определяют вид. В природе целостность вида поддерживается благодаря репродуктивной изоляции , которая препятствует смешению видов при половом размножении. Такая изоляция обеспечивается множеством механизмов, например различиями ареалов, разными сроками или местами размножения, особенностями поведения в брачный период и многими другими.

Популяционная структура вида. Благополучное существование различных видов животных и растений требует подходящих условий обитания. При перемещении особей из одной местности ареала в другую эти условия могут значительно меняться. Причём некоторые из них меняются плавно (как, например, температура при продвижении с юга на север), другие остаются без изменений (например, содержание диоксида углерода в воздухе), а третьи меняются скачкообразно (как это, например, происходит с изменениями состава и структуры почв). Всё это приводит к тому, что подходящие для того или иного вида условия формируются в пространстве как бы в виде отдельных островков. Виды заселяют эти подходящие им «островки», а потому распространены не равномерно, а отдельными группами. В этом состоит своеобразие биологических видов – они существуют в форме популяций.

Популяция – это группа организмов одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать своё существование в данном районе ареала. Понятие популяции в определённом смысле близко с понятием «племя», известным вам из курса истории.

Популяции одного вида могут быть отделены друг от друга чёткими границами. Например, границы между популяциями водных организмов проходят по береговым линиям водоёмов. У многих видов, обитающих в наземно-воздушной среде, границы между популяциями обычно размыты. Известно, например, что границы территорий, занимаемых популяциями многих грызунов (леммингов, полёвок и др.), зависят от численности этих животных. Они как бы пульсируют, расширяясь при возрастании численности зверьков и сокращаясь при её снижении. Семена растений могут переноситься на большие расстояния животными, ветром и т. д. Кроме того, разные популяции одного и того же вида птиц контактируют на местах зимовок или во время миграций.

Свойства популяций. Условия жизни в разных районах ареала вида могут несколько различаться. Под влиянием этого в отдельных популяциях могут возникать и накапливаться свойства, отличающие их друг от друга. Это может проявляться в небольших различиях в строении организмов, их экологических, физиологических и других свойствах. Иными словами, популяции, как и отдельные организмы, обладают изменчивостью. Как и среди организмов, среди популяций невозможно найти две полностью тождественные. Изменчивость популяций повышает внутреннее разнообразие вида, его устойчивость к локальным (местным) изменениям условий жизни, позволяет ему проникать и закрепляться в новых местах обитания. Можно сказать, что существование в форме популяции обогащает вид, обеспечивает его целостность и сохранение основных видовых свойств.

Популяции способны сохранять устойчивость своей структуры во времени и пространстве. Стайку рыб или воробьёв нельзя назвать популяцией: такие группы могут легко распадаться под влиянием внешних факторов или смешиваться с другими. Популяции не живут изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с ними биотические сообщества – целостные системы ещё более высокого уровня организации.

Вид. Критерии вида: морфологический, физиологический, генетический, экологический, географический, исторический. Ареал. Популяция. Биотические сообщества

Выполните лабораторную работу.

Изучение морфологического критерия вида

Цель работы: определить, можно ли только по морфологическим признакам судить о принадлежности организма к определённому виду.

Ход работы

1. Рассмотрите предложенные вам объекты.

2. Сделайте их морфологическое описание.

3. Сделайте вывод.

Вопросы

1. Какова основная цель классификации организмов?

2. Что такое вид и критерии вида?

3. Какие критерии вида вам известны?

4. Какова роль репродуктивной изоляции в поддержании целостности вида? Приведите примеры.

5. Что такое популяция?

6. Почему биологические виды существуют в природе в форме популяций?

Задания

1. Составьте список известных вам видов растений и/или животных. Попытайтесь сгруппировать их по степени морфологического сходства.

2. Объясните, почему нельзя выделить один универсальный критерий вида.

3. Изучив основной текст параграфа и познакомившись с дополнительным текстом, объясните, почему нельзя однозначно ответить на вопрос о количестве видов, живущих на нашей планете.

Дополнительные сведения

Сколько видов на Земле. Со времён Карла Линнея, разработавшего систему классификации организмов, в мире было описано 1,5 млн видов. Это существенно больше, чем ожидал сам Линней в XVIII в. Не все из живущих на Земле видов описаны и систематизированы. Для такого вывода имеется несколько веских аргументов.

Около 1 млн видов (т. е. две трети от общего числа) обитают в зоне умеренного климата. Опыт показывает, что при более детальном изучении многих групп организмов удаётся обнаружить много новых видов. Поэтому можно считать, что их реальное число больше того, что уже открыто, в полтора раза. Другими словами, потенциально в зоне умеренного климата обитает не 1, а 1,5 млн видов. Известно также, что в тропических областях видовое разнообразие выше, чем в умеренных, по крайней мере вдвое. Это означает, что не менее 3 млн видов живут в тропиках, но многие до сих пор не открыты и не описаны. Таким образом, в действительности Землю населяет в три раза больше видов, чем зарегистрировано на сегодняшний день: их никак не меньше 4–5 млн.

К сожалению, в наше время виды исчезают быстрее, нежели их успевают обнаружить и описать. Это происходит в результате разрушения мест обитания, особенно в тропиках, где из-за высокого обилия виды узкоспециализированы, т. е. приспособлены к жизни при строго определённых условиях внешней среды. Незначительные изменения хотя бы одного из этих условий (температуры, влажности, освещённости), связанные, например, с вырубками деревьев, строительством дорог, могут привести к полному исчезновению тех или иных видов растений и животных. Потеря вида имеет огромное значение. Каждый из них неповторим и вносит свой уникальный вклад в формирование условий на Земле, которые, в свою очередь, влияют и на наше собственное существование как биологического вида.

Основоположником понятия «селекция» является Чарльз Дарвин, который смог описать роль наследственной изменчивости и искусственного отбора в создании и выведении новых пород и сортов.

Что такое селекция

Определение формулируется так: "Селекция - это наука, изучающая методы создания и улучшения сортов пород домашних животных и штаммов микроорганизмов".

Сорт или порода - это созданная человеком в искусственных условиях популяция, которая имеет для человека неоценимую пользу: обладает полезными наследственными признаками, высокой продуктивностью, нужными физиологическими и морфологическими параметрами.

Селекция (что такое она значит - подробно изучает биология) характеризуется появлением пород домашних животных, а также новых сортов культурных растений, возникших в результате искусственного отбора, который может проводить только человек.

Культурные формы характеризуются тем, что у них очень сильно развиты определенные признаки, с которыми организму трудно существовать в естественное среде, но для человека они полезны. Ярким примером является возможность курицы дать триста яиц за год. В природе такая особенность птицы бессмысленна, так как курица не сможет высидеть триста яиц.

Исторические факты

В начале своего существования была методом искусственного отбора селекция. Что такое кропотливый многолетний труд, направленный на получение определенного полезного признака - знают только сами селекционеры. До семнадцатого века селекционный отбор был бессознательным. Например, человек выбирал самые крупные семена для получения хорошего урожая, не задумываясь при этом, что растение уже меняется в нужном для человека направлении.

И только около ста последних лет человек начал, еще не изучая принципы и законы генетики, целенаправленно и сознательно скрещивать такие растения, которые максимально удовлетворяли человеческие желания и потребности.

Но только лишь методом искусственного отбора человек не мог создать новые виды живых организмов. Используя такой метод, можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Именно поэтому в настоящее время используется гибридизация, позволяющая получить абсолютно новые сорта растений и породы животных.

Что такое селекция растений

Самыми главными растений являются гибридизация и отбор. Для перекрестноопыляемых растений применяется нужных свойств. Иначе нельзя получить материал, необходимый для дальнейших работ. Благодаря такому методу можно получить новые сорта перекрестноопыляемых растений (например, ржи). Такие сорта не будут генетически однородными. А вот для получения чистой линии учеными применяется индивидуальный отбор, во время которого в результате самоопыления можно получить качественные экземпляры с необходимыми характеристиками и признаками.

Для селекции растений очень часто применяют экспериментальную полиплоидию, так как каждый полиплоид характеризуется высокой урожайностью, большими размерами и сравнительно быстрым ростом.

Существует также метод искусственного мутагенеза, который был рассмотрен Вавиловым. Организм, поддавшийся мутации и получивший новые свойства, называется мутантом, а сам процесс преображения - мутацией.

Особенности селекции животных

Что такое - ответить не сложно. Она очень сходна с селекцией растений, но все же имеет и некоторые особенности. Нужно учитывать, что для животных характерно только половое размножение. Из-за очень редкой смены поколений (у многих животных через несколько лет) число особей в потомстве крайне небольшое. Именно поэтому, проводя селекционные работы, ученые должны проводить анализ всех внешних признаков, характерных для определенной породы.

Одомашнивание

Что такое селекция в биологии? Определение дается в школьной программе. Самым важным достижением человечества было одомашнивание диких животных более десяти тысяч лет назад. Таким образом, у людей появился постоянный источник пищи.

Для домашних животных характерно наличие особенных признаков, которые очень часто вредны для естественного существования, а вот для человека имеют неоценимое положительное значение. Фактором одомашнивания является искусственный отбор особей, которые отвечают требованиям человека. Люди выбирали животных, имевших хороший вид, более спокойный характер и другие важные для человека качества.

После бессознательного появился методический отбор. Его цель - сформировать у животных нужные и полезные качества.

Метод одомашнивания новых животных практикуется человеком и сейчас. Это нужно ему, например, для получения качественной пушнины. Таким образом появилась новая отрасль хозяйства - пушное звероводство.

Скрещивание и отбор

Селекция (что такое она значит для человечества - вы можете узнать, прочитав эту статью) рассматривает и такой метод, как скрещивание животных. Это делается для улучшения внешнего вида, качества мяса или повышения жирности молока. Особи, которых разводят, оцениваются не только по их внешнему виду, но и по качеству их потомства. Именно поэтому очень важно изучать их родословную.

На данный момент существует два вида скрещивания: аутбридинг и инбридинг. Первый тип характеризуется скрещиванием особей не только одной, но и разных пород. Дальнейший строгий отбор способен поддерживать полезные качества и увеличивать их количество у потомства.

Во время инбридинга используются родители и потомство, или братья и сестры. Благодаря такому скрещиванию повышается гомозиготность и закрепляются ценные признаки у потомства.

Отдаленная гибридизация имеет сравнительно низкий эффект, ведь межвидовые гибриды животных чаще всего являются бесплодными.

Что такое селекция объектов стандартизации? Данное понятие характеризует деятельность, которая заключается в отборе определенных объектов, признанных годными для их дальнейшего производства, и применения во всех сферах человеческой жизни.

Селекция микроорганизмов

Микроорганизмы играют очень важную роль в биосфере, и непосредственно в жизни человека. Человечество использует несколько сотен микроорганизмов, и их число растет с каждым годом.

Характеризуется рядом особенностей. У селекционеров в запасе бесконечное количество материала. Так как ген любого микроорганизма гаплоидный, ученые могут выявить мутацию еще в первом поколении. У бактерий сравнительно малое количество генов, поэтому и работы проводить намного проще и быстрее.

Бактерии могут самостоятельно производить полезные для человека вещества, и это их свойство использует микроорганизмов селекция. Что такое метод генной инженерии в этой ее отрасли? Это совокупность воздействий, провоцирующая бактерии продуцировать такие соединения, которые в естественных условиях не вырабатываются.

Иногда селекционеры используют трансдукцию - переносят из одной бактерии в другую нужные ДНК и таким образом повышают значимость микроорганизмов для окружающей среды.

Важный метод селекционных работ с микроорганизмами - гибридизация разных штаммов. Такой метод позволяет объединить материалы, которые не могут встретиться в природе.

Как ведутся селекционные работы

Что такое селекция в биологии? Определение позволяет узнать о новых улучшенных сортах, штаммах и популяциях живых организмов. На сегодняшний день все селекционные работы ведутся с учетом того, что нужно сельскохозяйственному рынку и производству. Например, ученые разработали уникальную технологию утилизации нефтепродуктов, с возможностью превратить их в белково-витаминный полезный продукт. Такое достижение возникло благодаря селекции штаммов бактерий.

Что такое селекция в биологии? Очень важное направление прикладной науки, которое позволяет получить человеку качественные продукты питания и новые виды современного производства.

Селекция - наука об улучшении отдельных качеств животных и растений, необходимых человеку, а также о выведении новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Для создания культурных сортов используют методы селекции растений.

Селекция

Большинство растений, которые современное человечество употребляет в пищу, является продуктом селекции (картофель, томат, кукуруза, пшеница). На протяжении нескольких веков люди культивировали дикие растения, переходя от собирательства к земледелию.

Направлениями селекции являются:

• высокая урожайность;
• питательность растений (например, содержание белка в пшенице);
• улучшенный вкус;
• устойчивость культур к погодным условиям;
• скороспелость плодов;
• интенсивность развития (например, «отзывчивость» на удобрения или полив).

Рис. 1. Сравнение дикой и сельскохозяйственной кукурузы.

Селекция решила проблемы с нехваткой пищи и продолжает развиваться, внедряя методы генной инженерии. Селекционеры не только улучшают вкус и повышают питательность растений, но и делают их полезными, насыщенными витаминами и химическими элементами, важными для метаболизма.

Для успешной селекции необходимо понимать закономерности наследования признаков, особенности влияния среды, морфологическое строение и способы размножения культивируемых растений.

Методы

Основными методами селекции являются:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

• искусственный отбор - выбор человеком наиболее ценных культур для селекции;
• гибридизация - процесс получения потомства от скрещивания разных генетических форм;
• искусственный мутагенез - внесение изменений в ДНК.

Искусственный отбор включает в себя два вида - индивидуальный (по генотипу) и массовый (по фенотипу). В первом случае важны конкретные качества растений, во втором - отбирают наиболее приспособленные особи.

Гибридизация бывает двух видов:

• внутривидовая или близкородственная - инбридинг ;
• отдалённая (межвидовая) - аутбридинг .

Классические методы селекции растений описаны в таблице.

Рис. 2. Примеры гибридов.

Неудачный опыт селекции - борщевик Сосновского. Растение культивировалось в качестве корма для скота. Однако впоследствии выяснилось, что новый борщевик легко проникает в экосистемы, вытесняя естественные растения, а также содержит вещества, повышающие чувствительность к ультрафиолету. Попав на кожу, сок вызывает ожог на солнце.

Что такое селекция

Термин «селекция» происходит от латинского слова selection – отбор. Говоря о селекции, имеют в виду два значения:

1. процесс создания сортов растений, пород животных, штаммов полезных микроорганизмов;

2. науку, разрабатывающую теорию и методы создания сортов растений, пород животных, штаммов полезных микроорганизмов.

Теоретическая база селекции – генетика. Итогом селекционного процесса являются сорт, порода, штамм. Сорт растений, порода животных, штамм микроорганизмов – это совокупность организмов, созданных человеком в процессе селекции и имеющих определенные наследственные свойства. Все организмы, составляющие эту совокупность, имеют сходные наследственно закрепленные особенности, однотипную реакцию на условия среды. Как наука селекция окончательно оформилась благодаря трудам Ч. Дарвина. Он проанализировал огромный материал по одомашниванию животных и введению в культуру растений и на этой основе создал учение об искусственном отборе.

Селекция как процесс представляет собой специфическую форму эволюции, подчиняющуюся общим закономерностям. Главная отличительная особенность селекции как процесса состоит в том, что естественный отбор заменен на искусственный, проводимый человеком. Это и позволило Н.И. Вавилову дать емкое и образное определение селекции как процесса. Он писал, что селекция представляет собой «эволюцию, направляемую волей человека». Следовательно, селекция есть важнейший род практической деятельности человека, итогом которой и стали все имеющиеся сегодня сорта культурных растений, породы домашних животных и штаммы полезных микроорганизмов.

Одомашнивание как первый этап селекции

Культурные растения и домашние животные произошли от диких предков. Этот процесс называют одомашниванием или доместикацией . Важнейшей движущей и направляющей силой одомашнивания служит искусственный отбор. На самых ранних этапах одомашнивания, уходящих на тысячелетие в глубь истории, искусственный отбор был бессознательным. Первые попытки одомашнивания начинались, вероятно, со случайного выращивания диких животных. Только те из них, которые оказались способными контактировать с человеком и существовать в условиях неволи, выживали. Следовательно, на первых этапах одомашнивания особую роль могла сыграть селекция животных по поведению.

Отечественный генетик и эволюционист Д.К. Беляев предположил, а затем со своими коллегами экспериментально показал, что отбор по поведению был одним из важнейших факторов резкого повышения изменчивости на начальных этапах одомашнивания животных. Выяснилось, что селекция по поведению не ограничивается изменением самого поведения. Параллельно изменяются многие жизненно важные функции и процессы. Происходит перестройка такой строго стабилизированной системы организма, как репродуктивная. Например, у селекционируемых по поведению лисиц наблюдается переход от однократного размножения в году к двукратному, изменяется характер линьки, меняется фотопериодическая реакция, появляется большое количество морфологических признаков, очень похожих на те, что известны для других одомашненных животных (окраска тела, форма ушей, хвоста и т.д.). Громадное разнообразие, закономерно возникающее на первом этапе одомашнивания животных, послужило основой для создания пород животных, резко отличающихся как от диких предков, так и друг от друга.

Итак, на первых этапах введения в культуру растений и одомашнивания животных основным направлением селекции был отбор на способность размножаться в условиях искусственного содержания, т.е. под контролем человека. Среди животных оставлялись на потомство только те, которые могли размножаться в неволе и контактировать с человеком. Среди злаковых растений человек отбирал только те, которые были способны сохранить семена в колосе, т.е. не осыпались, как это характерно для «дикарей».

Центры происхождения культурных растений

Важнейший радел селекции как науки – учение об исходном материале. Фактически он разработан выдающимся советским генетиком и селекционером Н.И. Вавиловым и подробно изложен в его работе «Центры происхождения культурных растений». Любая селекционная программа начинается с подбора исходного материала. Решая проблему исходного материала, Н.И. Вавилов обследовал земной шар и выяснил территории с наибольшим генетическим разнообразием культивируемых растений и их диких сородичей. Вместе с сотрудниками Н.И. Вавилов осуществил в 20–30-е годы более 60 экспедиций по всем обитаемым континентам, кроме Австрии. Участники этих экспедиций – ботаники, генетики, селекционеры – были нестоящими охотниками за растениями. В результате огромной и самоотверженной работы они установили и отельные районы мира, обладающие наибольшим разнообразием генетических форм растений. Таких районов Н.И. Вавилов выделил восемь: 1. Индийский центр;

2. Южнокитайский;

3. Среднеазиатский;

4. Переднеазиатский;

5. Средиземноморский;

6. Абиссинский;

7. Центральноамериканский;

8. Южноамериканский.

Н.И. Вавилов считал, что районы, где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие по тому или другому виду растений, и являются центрами их происхождения. У картофеля максимум генетического разнообразия связан с Южной Америкой, у кукурузы – с Мексикой, у риса – с Китаем и Японией, у хлебных злаков пшеницы, ржи – со Средней Азией и Закавказьем, у ячменя – с Африкой. Эти районы и были отмечены как центры происхождения перечисленных видов. То же самое было сделано и по многим другим видам.

Наряду с открытием мировых центров происхождения культурных растений Н.И. Вавилов и его экспедиции собрали самую крупную в мире коллекцию растений, которая была сосредоточена во вновь созданном в С.-Петербурге Всесоюзном институте растениеводства, ныне носящем имя Н.И. Вавилова. Эта коллекция в виде семенных образцов постоянно пополняется, воспроизводится на полях опытных станций института и насчитывает в настоящее время более 300 тыс. номеров. Она-то и является тем кладезем исходного материала, которым пользуются все генетики и селекционеры страны, работающие с растениями. Прежде чем начать создание нового сорта растений, селекционер подбираем из мировой коллекции все необходимые для работы образцы, обладающие интересующими его признаками.

Например, селекционер задумал создать для Сибири холодостойкий сорт пшеницы или ржи. Прежде всего, он будет изучать в мировой коллекции все холодостойкие сорта, собранные в северных районах Азии, Европы, Америки. После этого он сможет выбрать сорт, наиболее соответствующий его селекционной программе.

Мировая коллекция растений – наше крупнейшее национальное достояние, требующее к себе бережного отношения и постоянного пополнения.

Происхождение домашних животных и центры их одомашнивания

Как свидетельствуют современные данные, центры происхождения животных и районы их одомашнивания связаны – это места древних цивилизаций. В индонезийско-индокитайском центре впервые, по-видимому, были одомашнены собака, большинство пород которой происходит от волка, – одно из наиболее древних домашних животных.

В Передней Азии, как полагают, были одомашнены овцы, их предок – дикие бараны муфлоны. В Малой Азии одомашнены козы. Одомашнивание тура, ныне исчезнувшего вида, произошло, вероятно, в нескольких областях Евразии. В результате возникли многочисленные породы крупного рогатого скота. Предки домашней лошади – тарпаны, также исчезнувшие, были одомашнены в степях Причерноморья. Таким образом, для большинства видов домашних животных и культурных растений, несмотря на их огромное разнообразие, обычно удается указать на исходного дикого предка.

Применение цитоплазматической мужской стерильности

Возникает вопрос, как получить гибридные семена, например, у кукурузы, сахарной свеклы, риса, томатов, если в пределах одного растения или даже одного цветка расположены женские и мужские элементы системы размножения и всегда присутствует возможность самоопыления. В этих случаях избежать процесс самоопыления возможно только двумя путями: на материнских формах удалить вручную мужские элементы цветка, продуцирующие пыльцу; сделать мужские соцветия стерильными. Первый путь очень трудоёмок, поэтому генетики начали поиск систем, определяющих мужскую стерильность растений.

В 1929 г. Ученик Н.И. Вавилова, отечественный селекционер и генетик М.И. Хаджинов нашёл в посевах кукурузы растения с мужской стерильностью, которые ничем не отличались от нормальных, полностью стерильных, т.е. не продуцирующих пыльцу. Эта система затем была детально изучена генетически, выявлены разные типы мужской стерильности. Один из них – цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) – был предложен и широко использован для получения гибридных семян у кукурузы, а затем и у многих других видов.

Схема использования ЦМС в селекции разработана в 30-х годах Родсом. Этот тип мужской стерильности характеризуется тем, что только взаимодействие особого типа цитоплазмы (S) и рецессивных генов ядра (rf) обусловливает мужскую стерильность.

В практике используют лишь гибридные семена первого поколения от скрещивания двух линий, простого гибрида и линии или двух простых гибридов. Второе и последующие поколения в производственных посевах не используются, так как гибриды расщепляются на исходные формы и эффект гетерозиса исчезает. В связи с этим при использовании гетерозиса у растений организовано семеноводство в специальных хозяйствах, фермах, где получают только семена первого поколения и продают их хозяйствам, фермерам и т.д. Так как урожайность гетерозисных гибридов значительно (на 20–30%) выше сортов, то затраты на семеноводство гибридных семян с лихвой окупаются. В растениеводстве гетерозис широко используется у кукурузы, сорго, сахарной свеклы, риса томатов и других видов.

Предметом селекции растений является теоретическая разработка и практическое выведение новых сортов растений, а также усовершенствование старых сортов.

Растений широко использует общие методы селекции, но имеет свои особенности по сравнению с селекцией животных и микроорганизмов.

В селекции растений большую роль играет разнообразие селекционного материала. Вопросам изучения разнообразия исходного материала посвящены труды Н. И. Вавилова и его последователей. Были исследованы центры происхождения современных растений, возделываемых человеком. Н. И. Вавилов выделил восемь таких центров, наиболее важными среди которых являются:

1) Китайский (Восточно-азиатский) - здесь были выведены соя, некоторые сорта ячменя, лука, баклажан, груш, яблонь и других растений;

2) Среднеазиатский - родина пшеницы и зернобобовых культур;

3) Средиземноморский - родина многих овощей (капусты, петрушки, репы, лука репчатого и т. д.), кормовых культур;

4) Южно-американский - родина картофеля, подсолнечника, арахиса, маниоки и других культурных растений.

В этих центрах и в настоящее время произрастают предки современных культурных растений и их можно (и нужно) использовать в селекции растений. Были созданы фонды и коллекции семян исходных форм растений, которые использовались учеными-селекционерами для выведения новых сортов растений.

В селекции растений организмы можно условно разделить на две группы: одно- и двулетние травянистые формы и многолетние древесно-кустарниковые формы. К этим группам растений применимы разные методы селекции. Для первой группы более широко применим массовый отбор и в меньшей степени - индивидуальный, для второй группы более применим индивидуальный отбор.

В выведении новых сортов растений для близкородственного скрещивания используют самоопыление и получают чистые линии (этот метод применим для всех растений).

Получение «чистых линий» практикуют не только для собственно селекционной работы, но и для повышения урожайности растений, используя явление гетерозиса.

Гетерозис - резкое усиление продуктивности организмов первого поколения, полученного при скрещивании особей «чистых линий».

В селекции растений широко применяют явление полиплоидии для преодоления барьера нескрещиваемости при межвидовой гибридизации и повышения урожайности некоторых растений, например сахарной свеклы. Полиплоидия, помимо сахарной свеклы, характерна для пшеницы, ржи, турнепса и др. растений.

Спецификой селекции растений является применение соматических мутаций, так как растения способны к вегетативному размножению. За счет применения таких мутаций был выведен сорт яблок Антоновка полуторафунтовая (шестисотграммовая). Использование соматических мутаций возможно из-за широкого применения метода прививок, специфического метода, возможного для многолетних древесно-кустарниковых форм, к которым относятся многие плодово-ягодные культуры.

Прививки и вегетативная гибридизация являются специфическими методами в селекции плодово-ягодных культур. Ученым-практиком, широко применявшим эти методы в селекции плодово-ягодных культур, был И. В. Мичурин. Он также использовал и метод управления доминированием признаков в форме воздействия на гибриды целенаправленным воспитанием, способствовавшим выработке и закреплению свойства, необходимого селекционеру. Последний метод применяется и в селекции животных.

И в селекции, и в практическом возделывании культурных растений необходимо учитывать то, что сорт только тогда будет проявлять свои положительные свойства, когда растения выращиваются в соответствующих условиях и соблюдаются все требования рациональной агротехники. Нет сортов универсальных для любых территорий, поэтому при районировании того или иного сорта необходимо учитывать условия среды, характерные для данного региона.

Рассмотрим некоторые примеры сортов растений, выведенных учеными-селекционерами.

1. И. В. Мичуриным были получены многие сорта плодово-ягодных культур, например Бельфлер-китайка (яблоки), Бере зимняя Мичурина и Ренет бергамотный (груши), гибрид черемухи и вишни и т.д. В своей селекционной работе он широко использовал все перечисленные методы селекции растений, кроме мутагенеза.

2. Н. В. Цицин (академик) вывел пырейно-пшеничный гибрид.

3. В. С. Пустовойт (академик) получил несколько сортов высокомасличного подсолнечника и т. д.

Особенности селекции животных

Селекция животных - это область науки, изучающая наиболее оптимальные способы выведения пород домашних животных и улучшения существующих пород.

В селекции животных используют все методы селекции, но эти методы имеют свою специфику, связанную с отсутствием у домашних животных способности к бесполому и вегетативному размножению, а также с особенностями получения потомства - у домашних животных достаточно поздно наступает период половой зрелости и потомство относительно немногочисленно.

При выведении новых пород животных большее применение имеет индивидуальный отбор, так как за животными осуществляется более индивидуальный уход, чем за растениями (например, за стадом в 100 голов ухаживает до 10 человек, в то время как поле, на котором произрастают сотни тысяч растений, обслуживает бригада в 5-8 человек).

Важное значение в селекции животных имеет применение гибридизации, при этом используют инбридинг, неродственное скрещивание и отдаленную гибридизацию.

Неродственное скрещивание представляет собой гибридизацию животных, принадлежащих к разным породам одного вида.

Такое скрещивание приводит к «расшатыванию» наследственности и получению организмов с новыми признаками, которые можно в дальнейшем использовать для выведения новой породы или улучшения старой.

Инбридинг у животных применяется в целях, аналогичных инбридингу у растений, только в отличие от самоопыления растений здесь используют осеменение близкородственных организмов (матери, сестры, дочери и т. д.).

Отдаленная гибридизация проводится для получения животных с ценными эксплуатационными свойствами (так скрещивают осла с лошадью, яка с туром). Полученные гибриды, как правило, потомства не дают.

Важную роль играет направленное воспитание, позволяющее развить и закрепить полезное для хозяйственной деятельности свойство животного.

Классическим примером селекции животных является выведение М. Ф. Ивановым белой украинской породы свиней. Эта порода характеризуется высокой продуктивностью и хорошей приспособленностью к местным условиям. Для выведения этой породы использовали местную украинскую породу, хорошо приспособленную к условиям существования в степях, но обладавшую малой продуктивностью и невысоким качеством мяса. Другой породой была английская белая порода, характеризующаяся высокой продуктивностью, но отсутствием приспособленности к существованию в условиях Украины. Были использованы инбридинг, неродственное скрещивание, индивидуально-массовый отбор, воспитание условиями содержания. Длительная и кропотливая работа дала положительный результат - была выведена новая порода свиней - украинская белая свинья, сочетающая в себе качества обоих родительских пород в положительном для хозяйственной деятельности контексте - высокая продуктивность и хорошая приспособленность к местным условиям.

М.Ф.Ивановым с коллегами была проведена большая работа по отдаленной гибридизации, в результате которой выведены архаромериносы (гибрид горного барана - архара и овцы-мериноса), зубробизоны и т. д.

Краткая характеристика особенностей селекции микроорганизмов

Предметом селекции микроорганизмов является выведение новых штаммов микроорганизмов.

Микроорганизмы значительно отличаются от других организмов, применяемых в хозяйственной деятельности человека, поэтому и селекция этих организмов имеет свои отличительные особенности.

1. Малые размеры микроорганизмов обусловливают применение только массового отбора (исключая индивидуальный).

2. Широкое применение находит мутагенез, так как микроорганизмы легко изменяются в результате различных воздействий (химических соединений, излучений).

3. Важнейшим методом селекции микроорганизмов является применение генной инженерии - с помощью специальных методов изменяют структуры генов, либо проводят работы по перекомбинации хромосом; выделяют ДНК, из которой получают рекомбинативную ДНК (полученную из двух разных молекул).

Важно помнить, что работы по генной инженерии очень ответственны с этической точки зрения, ее результаты часто непредсказуемы, их необходимо проводить с предельной тщательностью и осторожностью и не допускать попадания продуктов деятельности генной инженерии в окружающую среду. Для ряда организмов (человека и высших животных) работы по генной инженерии недопустимы.

4. В селекции микроорганизмов, как правило, нельзя использовать скрещивание, так как осуществление этого приема с микроорганизмами вызывает сложности, а целый ряд этих организмов размножается бесполым способом.

Примером работ в области селекции микроорганизмов являются труды С. И. Алиханяна с коллегами по выведению штаммов грибов, вырабатывающих пенициллин.

Важность работ в области селекции микроорганизмов связана с тем, что микроорганизмы являются основой для реализации многих биотехнологических производств.

Биотехнологическими называются производства, в которых получаются сложные органические соединения в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

Биотехнология лежит в основе производства гормонов, антибиотиков, энзимов (активных составных частей ферментов), витаминов, чистых белков, природных аминокислот и целого ряда продуктов питания (молочнокислая промышленность, получение глюкозы, этанола, хлебопекарная промышленность, производство пива, уксуса и т. д.).