Сам термин «селекция» произошел от латинского слова «отбор». Эта наука изучает пути и методы создания новых и совершенствования уже существующих групп (популяций) организмов, используемых для жизнеобеспечения человечества. Речь идет о сортах культурных растений, породах домашних животных и штаммах микроорганизмов. Главным критерием при этом является ценность и устойчивость новых признаков и свойств в практической деятельности.

Селекция растений и животных: основные направления

Высокие показатели урожайности сортов растений, плодовитости и продуктивности пород животных.
Качественные характеристики продукции. В случае растений это могут быть вкусовые качества, внешний вид плодов, ягод и овощей.
Физиологические признаки. У растений чаще всего селекционеры обращают внимание на наличие скороспелости, засухоустойчивости, зимостойкости, устойчивости к болезням, вредителям и неблагоприятному воздействию климатических условий.
Интенсивный путь развития. У растений это положительная динамика роста и развития при внесении удобрений, поливе, а у животных — «оплата» корма и т. д.

Селекция на современном этапе

Современная селекция животных, растений и микроорганизмов в целях повышения эффективности в обязательном порядке учитывает потребности рынка сбыта с/х продукции, что особенно актуально для развития конкретной отрасли того или иного производства. Например, выпечка хлеба высокого качества, с хорошим вкусом, эластичным мякишем и хрустящей рассыпчатой корочкой должна осуществляться из сильных (стекловидных) сортов мягкой пшеницы, в которых содержится большое количество белка и упругой клейковины. Высшие сорта печенья изготавливают из мучнистых сортов мягкой пшеницы, а для производства макаронных изделий лучше всего подходят твердые сорта пшеницы.

Как ни странно, селекция животных и микроорганизмов связаны между собой. Дело в том, что результаты последней используются в биологической борьбе с возбудителями болезней животных, а также различных сортов культурных растений.

Яркий пример селекции, основанной на учете потребностей рынка, - это пушное звероводство. Выращивание пушных зверьков, отличающихся различным генотипом, отвечающим за цвет и оттенок меха, зависит от веяний моды.

Теоретические основы

В целом селекция должна развиваться на основе законов генетики. Именно эта наука, изучающая механизмы наследственности и изменчивости, позволяет с помощью различных воздействий влиять на генотип, от которого, в свою очередь, зависит набор свойств и признаков организма.

Также методология в селекции использует достижения и других наук. Это систематика, цитология, эмбриология, физиология, биохимия, молекулярная биология и биология индивидуального развития. Благодаря высоким темпам развития вышеперечисленных направлений естествознания открываются новые перспективы в селекции. Уже сегодня исследования в области генетики выходят на новый уровень, где возможно целенаправленное моделирование необходимых признаков и свойств пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Генетика играет определяющую роль в процессе решения селекционных задач. Она позволяет, используя законы наследственности и изменчивости, осуществлять планирование селекционного процесса таким образом, учитывать особенности наследования конкретных признаков.

Отбор исходного генетического материала

Селекция животных, растений и микроорганизмов может быть результативной только при условии тщательного отбора исходного материала. То есть правильность выбора исходных пород, сортов, видов обусловлена изучением их происхождения и эволюции в контексте тех свойств и признаков, которыми нужно наделить предполагаемый гибрид. В поиске нужных форм в строгой последовательности учитывается весь мировой генофонд. Так, первоочередным является использование местных форм с необходимыми признаками и свойствами. Далее осуществляется привлечение форм, произрастающих в других географических или климатических зонах, то есть используются методы интродукции и акклиматизации. В последнюю очередь прибегают к методам экспериментального мутагенеза и генетической инженерии.

Селекция животных: методы

В этой области науки разрабатываются и изучаются наиболее результативные способы, позволяющие выводить новые породы домашних животных и улучшать уже существующие.

Селекция животных имеет свою специфику, которая связана с тем, что, у животных отсутствует способность размножаться вегетативным и бесполым путем. Для них характерно только половое размножение. Из данного обстоятельства вытекает и то, что для выведения потомства особь должна достигнуть половой зрелости, а это влияет на сроки исследований. Также возможности селекции ограничиваются и тем, что, как правило, потомство особей является немногочисленным.

Основными методами выведения новых пород животных, как и сортов растений, можно назвать отбор и гибридизацию.

Селекция животных, направленная на выведение новых пород, чаще всего использует не массовый, а индивидуальный отбор. Это обусловлено тем, что уход за ними более индивидуализирован по сравнению с уходом за растениями. В частности, за поголовьем скота численностью 100 особей ухаживает порядка 10 человек. Тогда как на площади, где произрастают сотни и тысячи растительных организмов, работают от 5 до 8 селекционеров.

Гибридизация

Одним из ведущих методов является гибридизация. При этом селекция животных осуществляется путем инбридинга, неродственного скрещивания и отдаленной гибридизации.

Под неродственным скрещиванием понимают гибридизацию особей, которые принадлежат к различным породам одного и того же вида. Данный метод позволяет получить организмы, имеющие новые признаки, которые затем можно использовать в процессе выведения новых пород или совершенствования старых.

Термин "инбри́динг" происходит от английских слов, означающих «внутри» и «разведение». То есть осуществляется скрещивание особей, относящихся к близкородственным формам одной популяции. В случае с животными речь идет об осеменении близкородственных организмов (мать, сестра, дочь и т. д.). Целесообразность проведения инбридинга основана на том, что происходит разложение исходной формы того или иного признака на ряд чистых линий. Они, как правило, обладают пониженной жизнеспособностью. Но если эти чистые линии в дальнейшем скрестить между собой, то будет наблюдаться гетерозис. Это явление, которое характеризуется появлением у гибридных организмов первого поколения усиления определенных признаков. Это, в частности, жизнеспособность, урожайность и плодовитость.

Селекция животных, методы которой имеют достаточно широкие границы, использует и отдаленную гибридизацию, являющуюся процессом, прямо противоположным инбридингу. В этом случае скрещиваются особи разных видов. Целью отдаленной гибридизации можно назвать получение животных, у которых будут развиты ценные эксплуатационные свойства.

Примерами могут быть скрещивания осла и лошади, яка и тура. Следует отметить, что гибриды зачастую потомства не дают.

Исследования М. Ф. Иванова

Известного русского ученого М. Ф. Иванова с детства интересовала биология.

Селекция животных стала объектом его исследований, когда он изучал особенности механизмов изменчивости и наследственности. Всерьез заинтересовавшись этой темой, М.Ф. Иванов впоследствии вывел новую породу свиней (белая украинская). Для нее характерны высокая продуктивность и хорошая приспособленность к климатическим условиям. Для скрещивания использовалась местная украинская порода, хорошо приспособленная к условиям существования в степи, но обладавшая низкой продуктивностью и невысоким качеством мяса, и английская белая порода, имеющая высокую продуктивность, но не приспособленная к существованию в местных условиях. Использовались методологические приемы инбридинга, неродственного скрещивания, индивидуально-массового отбора, воспитания условиями содержания. В результате длительной кропотливой работы был достигнут положительный результат.

Перспективы развития селекции

На каждом этапе развития перечень целей и задач селекции как науки обусловлен особенностями требований агротехники и зоотехники, этапом индустриализации растениеводства и животноводства. Для Российской Федерации весьма важным является создание сортов растений и пород животных, сохраняющих свою продуктивность в различных климатических условиях.

Что такое селекция

Селекция одновременно является наукой и практикой растениеводства. Построенная на чисто научной основе она не может обходиться без практической проверки ее положений. Селекция призвана постоянно и постепенно повышать урожаи культур и качественные (внутренние и внешние) показатели продукции.

В основе научной селекции лежит генетика с ее объективно существующими закономерностями наследования растениями в потомстве постоянных признаков своего вида и их изменчивости в ту или иную сторону под влиянием условий произрастания.

Из-за невозможности даже кратко осветить селекционную работу в целом овощеводстве, остановимся только на культуре томатов. Как и по другим культурам, здесь деятельность селекционеров направлена не только на увеличение урожайности, но и на улучшение химического состава плодов, получение раннеспелых форм, повышение холодостойкости и устойчивости к болезням, достижение дружности созревания плодов и их однородной окраски, увеличение сроков хранимости.

Селекционеры в своей деятельности используют различные методы получения новых сортов и гибридов:

Скрещивание (переопыление) местных сортов, отечественных с иностранными, географически отдаленных форм;

Метод вегетативного сближения путем прививок черенков одних сортов на другие;

Использование смеси пыльцы разных форм растений;

Межвидовое скрещивание диких и культурных форм.

Особое значение в селекции имеет получение гетерозисных гибридов, сочетающих в себе все лучшие стороны родительских пар и не имеющие их недостатков. В целом любые новые сорта и гибриды должны по одному или нескольким показателям превосходить предшествующие.

Создание скороспелых форм необходимо для любых климатических зон в открытом грунте и теплицах. На юге и в теплицах они могут давать не менее двух урожаев в год. Скороспелость обязательно должна сочетаться с холодостойкостью, что важно для высадки рассады в более ранние сроки в теплицах с солнечным обогревом и открытом грунте с временным укрытием.

Скороспелыми обычно бывают томаты с ограниченным ростом кустов (детерминантные) или даже карликовых размеров. Заложение первой кисти у таких растений может быть над пятым-шестым листом, а кисти с небольшим количеством плодов, мелких или средней крупности. Посадку делают более плотную, а зеленые операции получаются минимальными.

Семена скороспелых томатов прорастают при пониженных температурах, цветки лучше опыляются, плоды содержат больше яблочной кислоты.

Для получения более сладких плодов селекционеры стремятся, чтобы наружные стенки плодов были толще, число перегородок больше, а семян меньше. Вкус выводимых сортов определяется повышенным содержанием в них сухих веществ с преобладанием в последних сахаров. Для увеличения кислоты отбирают на селекционные цели растения с крупными и многосемянными камерами в плодах.

Выведение лучших по качеству сортов предполагает содержание в плодах больших количеств витаминов, минеральных солей, пектиновых веществ, а соотношение сахаров к кислотам, как 6:1. Вкус плодов не улучшается при снижении кислот и не ухудшается при небольшом их повышении.

Селекционеры знают пути получения сортов томатов с высоким содержанием сухих веществ и сахаров ранне- и позднеспелых, мелко- и крупноплодных. Повышение сухих веществ в плодах особенно важно при переработке на пасту и пюре. При увеличении сухих веществ плодов на 1% выход продукции из них возрастает не менее чем на 15%.

Для консервных сортов плоды должны быть массой до 45 г, с плотной и гладкой кожицей, способной легко отделяться при необходимости, стенки плодов толстые и сохраняющие форму. Необходимо повышенное содержание пектиновых веществ и высокие вкусовые качества.

Селекция томатов открытого грунта проводится в направлении одновременности созревания, легкого отделения плодоножки, хорошей транспортабельности и достаточно продолжительной хранимости. На больших томатных плантациях такие сорта должны быть пригодны для механизированной уборки.

Из тепличных сортотипов учеными выделены те, которые способны к партенокарпии, т. е. образованию плодов без опыления. Такие плоды могут быть отчасти пустотелыми и менее вкусными, но способными давать устойчивые урожаи в самых неблагоприятных погодных условиях: слабой освещенности, низких и высоких температурах.

Важнейшая часть селекционной работы - выведение образцов, устойчивых к отдельным или нескольким болезням. Лучше это получается с гибридами. Выведены томаты (по образцам зарубежных), устойчивые к бурой пятнистости, вирусам, фитофторозу, а также к галловой нематоде.

Научная селекция растений - сравнительно молодая отрасль науки. Задолго до нее и параллельно до настоящего времени ведет свою деятельность народная селекция. Основной метод последней - отбор - селекционеры широко используют в своей работе.

При отборе используют не только существующие овощные культуры, но и дикорастущие растения для введения в культуру и расширения овощного ассортимента. Времени для отбора необходимо гораздо больше, чем на выведение нового сорта, но результат нередко бывает более качественный и надежный в отношении долговечности.

Известно немало местных форм овощей, не имеющих сортовых названий: пряных культур, луков и др.

Проводить отбор растений на повышенную урожайность, форму, окраску плодов, морозостойкость и другие полезные признаки не представляет особых трудностей для любого огородника.

Э. Феофилов , заслуженный агроном России

(Из еженедельной газеты "Садовод")

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.).

Основы селекции. Методы селекции

Селекция является одной из важнейших областей практического применения генетики, то есть, генетика - теоретическая основа селекции, так как генетика помогает рационально планировать селекционную работу, исходя из законов наследственности и изменчивости и конкретных особенностей наследования определённого признака.

Кроме этого селекция опирается на достижения других наук, например, систематики и географии растений, цитологии, эмбриологии, биохимии и физиологии растений и животных, молекулярной биологии и др.

Селекция - это наука о методах создания новых и улучшения существующих пород домашних животных и сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов .

Селекция - это эволюционный процесс, в котором человек является главным действующим фактором и направляет весь процесс в соответствии со своими потребностями.

Порода, сорт, штамм - это популяция организмов, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определёнными наследственными особенностями. Все особи внутри сорта, породы или штамма имеют сходный генотип, фенотип и однотипную реакцию на влияние факторов среды, например, молочные породы крупного рогатого скота отличаются величиной удоя, процентом жирности и содержанием белка в молоке.

Ценность сорта определяется урожайностью, пищевыми и кормовыми свойствами.

Ценность породы определяется качеством и количеством, получаемой продукции.

Основные задачи селекции :

повышение урожайности сортов культурных растений, увеличение продуктивности пород домашних животных и штаммов микроорганизмов;
улучшение качества продукции (свойства льна, содержание клейковины в зерне, количества сахара в свекле и др);
улучшение физиологических свойств (скороспелость, морозостойкость и др);
повышение интенсивности развития (у растений - на подкормку, у животных - на условия содержания).

Условия успешной селекционной работы:

Исходный материал (сорт, порода или вид);

Изучение роли мутаций в появлении определённого признака;

Исследование закономерностей наследования при гибридизации;

Роль среды в развитии признака;

Применение искусственного отбора.

(Яркий пример селекции с учётом потребностей рынка - пушное звероводство, так как выращивание норки, соболя лисы идёт соответственно меняющейся моде. Особое значение имеет селекция насекомых для биологических методов борьбы. Для изготовления печенья необходимы мягкие сорта пшеницы, а для изготовления макаронных изделий - твёрдые. Выведены породы кур, не снижающие продуктивность в условиях большой скученности на птицефабриках. Для Белоруссии важно создание сортов растений, продуктивных в условиях бесснежных морозных зим, и в условиях поздних заморозков.)

Успех селекционной работы очень сильно зависит от генетического разнообразия исходной группы организмов. Генофонд существующих пород и сортов намного меньше, чем генофонд диких видов.

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н. И. Вавилов провёл ряд экспедиций по всему земному шару, был собран огромный семенной материал и выделены центры происхождения культурных растений:

1) южноазиатский (Индия) - родина риса, бананов, цитрусовых, сахарного тростника;

2) восточноазиатский (Китай) - родина сои, роса, гречихи, яблоня, груша;

3) юго-западноазиатский (Средняя Азия) - родина пшеницы, гороха, винограда;

4) средиземноморской - родина капусты, свеклы, маслин;

5) абиссинсий (Африка) - родина твёрдой пшеницы, ячменя, кофейного дерева;

6) центральноамериканский (Мексика) - родина кукурузы, какао, перца, фасоли, хлопка;

7) южноамериканский (Южная Америка) - родина картофеля, табака, подсолнечника.

Исследования Вавилова позволяют селекционерам быстрее подбирать исходный материал и в определённой мере предвидеть результаты.

Исходный материал :

Дикие формы (они отличаются рядом полезных свойств, например, устойчивость к резким колебаниям климатических факторов, к заболеваниям, имеют высокую плодовитость, но уступают культурным по продуктивности);

Искусственно полученные мутантные формы;

Формы, полученные в результате комбинативной изменчивости;

Сорта и породы, полученные в других климатических условиях.

Основные методы селекции :

- гибридизация;
получение чистых линий;
использование явления гетерозиса;
индуцированный мутагенез;
использование полиплоидных форм;
искусственный отбор.

Гибридизация

а) инбридинг - близкородственное скрещивание;

б) аутбридинг - неродственное скрещивание то есть скрещивание особей одной или разных пород или одного или разных сортов.

Искусственный отбор - это процесс, в результате которого оставляются для размножения лучше приспособленные особи.

На ранних этапах эволюции человека отбор был бессознательным , он начался с одомашнивания, то есть, вначале вероятно проводился отбор по поведению (выживали те особи, которые смогли контактировать с человеком), а в дальнейшем, стали затрагиваться и другие признаки, на племя оставлялись лучшие особи.

На современном этапе в селекции применяют методический отбор :

а) массовый - проводится по внешним фенотипическим признакам в направлении, выбранном селекционером, его недостаток - не даёт генетически однородного материала, всегда необходим повторный отбор;

б) индивидуальный - основан на оценке генотипа.

При искусственном отборе на гибрид одновременно действует и естественный отбор , который повышает его приспособленность к конкретным условиям среды.

В настоящее время в селекции всё чаще используют индуцированный мутагенез , который состоит в повышении количества мутаций в результате воздействия на организм различных мутагенов.

Значительное место в селекции в основном растений отводят получению полиплоидных форм , так как они характеризуются большей урожайностью, обычно используют колхицин, который разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом при мейозе.

Селекционный процесс идёт по пути : исходный материал → отбор → гибридизация → отбор → гибридизация → отбор и т.д.

Селекция растений :

1) постановка конкретной задачи ;

2) подбор исходного материала , (если не удаётся найти необходимые родительские формы используют искусственный мутагенез, и среди появившихся мутаций находят полезные, которые и используют в дальнейшей работе);

3) гибридизация - это получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.

а) оно основано на искусственном опылении своей пыльцой обычно перекрёстноопыляемых растений, такое опыление ведёт к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств, а потомство, полученное от одного гомозиготного растения путём самоопыления - это чистая линия.

Чистая линия отличается снижением жизнеспособности и падением урожайности.

Если затем скрестить две чистые линии между собой - межлинейная гибридизация, то получим явление гетерозиса

Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. Явление гетерозиса можно закрепить путём вегетативного размножения;

б) аутбридинг - скрещивание неродственных организмов , однако такая гибридизация осуществляется с трудом , и межвидовые и межродовые гибриды бесплодны, так как невозможна конъюгация хромосом разных видов или родов при мейозе. Впервые преодолеть бесплодность межвидовых гибридов удалось Карпеченко, который получил гибрид капусты и редьки (9 «редечных» и 9 «капустных» хромосом) бесплодный, тогда учёный получил полиплоидную форму гибрида, у которого было по 18 «редечных» и « капустных» хромосом, стала возможна конъюгация гомологичных хромосом капусты с «капустными» и редьки с «редечными», причём каждая гамета несла по 18 хромосом (9 «редечных» и 9 «капустных»), такой гибрид стал плодовитым. Таким образом, полиплоидия стала одним из способов восстановления плодности у межвидовых гибридов растений.

Отдалённая гибридизация позволяет соединить в одном организме ценные признаки разных видов и даже родов.

Трудности в осуществлении отдалённой гибридизации:

Несовпадение циклов размножения;

Несовместимость пыльцевых трубок.

Методы преодоления :

Метод вегетативного сближения (предварительная прививка одного вида на другой) (гибрид рябины и груши);

Опыление смесью пыльцы (яблоня + груша);

Метод посредника (гибрид дикого вида с диким, затем с культурным для повышения морозоустойчивости).

4) искусственный отбор заключается в сохранении для размножения растений с желаемыми признаками:

а) массовый отбор

б) индивидуальный отбор

При искусственном отборе на сорт одновременно действует и естественный отбор , который повышает приспособленность растений к конкретным условиям среды.

Созданный сорт - это результат деятельности человека и окружающей среды.

Выведение новых высокоурожайных сортов растений позволяет резко интенсифицировать сельскохозяйственное производство.

Успехи селекционной работы :

Академик П. П. Лукъяненко - озимая пшеница Безостая 1 - урожайность до 100 ц/га, Аврора;

Шехурдин и Мамонтова - Саратовская29, Саратовская -36;

Академик Н. В. Цицын - гибрид пшеницы и ржи - тритикале - высокие мукомольные качества сочетаются со способностью расти на бедных почвах;

Академик В. С. Пустовойт - сорт подсолнечника с содержанием масла в семенах свыше 20 %;

А. Н. Лутков - новые сорта сахарной свеклы с повышенной сахаристостью и урожайностью;

М. И. Хаджинов - высокоурожайные сорта кукурузы;

П. И. Айсмик - высокоурожайные сорта картофеля - Темп, Огонёк, Ласунак, Синтез и др;

А. Л. Семёнов - многолетние травы;

А. Г. Волузнев - сорта чёрной смородины: Белорусская сладкая, Катюша, Партизанка, красной смородины: Ненаглядная, крыжовника: Щедрый

Большой вклад в селекцию растений внёс И. В. Мичурин (1855-1935), 60 лет посвятил выведению новых сортов, трудился в г. Козлове (ныне Мичуринск) Тамбовской области. Вначале свой деятельности он пытался акклиматизировать южные сорта путём закаливания в северных районах, но они вымерзали, тогда он использовал методы селекции. В основе его работ лежит сочетание трёх основных методов:

- гибридизации;

- отбора;

- воздействие условий среды на развивающиеся гибриды (их «воспитание» в желаемом направлении .

Большое внимание Мичурин придавал подбору исходных родительских форм для гибридизации. Он скрещивал местные морозостойкие сорта с южными, получаемые сеянцы подвергал строгому отбору и содержал в относительно суровых условиях. Этим методом был получен сорт Славянка, гибрид Антоновки и южного Ранета ананасного.

Особое значение Мичурин придавал скрещиванию географически удалённых форм, не растущих в той местности, где осуществляется гибридизация. Этим методом был выведен сорт Бельфлёр-китайка, гибрид китайской яблони из Сибири и американского сорта Бельфлёр жёлтый.

Мичурин широко использовал отдалённую гибридизацию :

Он получил гибриды малины и ежевики;

Рябины и боярышника.

Мичурин использовал для преодоления в осуществлении отдалённой гибридизации следующие приёмы:

- метод вегетативного сближения (предварительная прививка одного вида на другой приводит к изменению химического состава тканей, в том числе и генеративных органов, что увеличивает вероятность прорастания пыльцевых трубок в пестике) (гибрид рябины и груши);

- опыление смесью пыльцы для стимуляции прорастания пыльцевых трубок, то есть «своя» пыльца раздражает рыльце пестика и оно воспринимает «чужую» пыльцу (яблоня + груша);

- метод посредника (гибрид дикого вида с диким, затем с культурным для повышения морозоустойчивости).

Большинство сортов, выведенных Мичуриным являются сложными гетерозиготами , поэтому для их сохранения используют только вегетативное размножение (отводками, прививками).

Селекция животных :

Основные подходы не отличаются от подходов при селекции растений, но есть особенности:

а) животные размножаются только половым путём;

б) половое созревание наступает довольно поздно;

в) небольшое количество потомков.

1) постановка конкретной задачи ;

2) подбор родительских пар, при селекции животных важное значение имеет учёт экстерьера - это совокупность наружных признаков животных, их телосложения и соотношения частей тела. Разные породы животных неодинаково реагируют на изменение внешних условий, например, у мясных пород улучшение питания приводит к увеличению массы тела, а у молочных - на повышение удоев;

3) гибридизация - это получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.

а) инбридинг - близкородственное скрещивание, оно основано на скрещивании особей одного поколения или родителей и потомков, что ведёт к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств. Длительный инбридинг ведёт к ослаблению и даже гибели, так как в гомозиготном состоянии выявляется много рецессивных мутаций, для преодоления этих проблем после нескольких инбридингов используют аутбридинг для повышения гетерозиготности;

Если затем скрестить две чистые линии между собой - то получим явление гетерозиса или гибридной мощи - это повышенная жизнеспособность и плодовитость у гибридов первого поколения, которая снижается в последующих поколениях.

Различают 3 вида гетерозиса:

- репродуктивный - большая плодовитость, чем у родителей;

- соматический - увеличения вегетативной массы;

- адаптационный - гибриды оказываются лучше приспособленными.

Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние, так как в гетерозиготном состоянии не проявляются мутантные аллели.

Явление гетерозиса можно закрепить путём попеременного скрещивания гибрида с одной или другой исходной формой .

б) аутбридинг - скрещивание особей разных пород;

4) искусственный отбор заключается в сохранении для размножения животных с желаемыми признаками:

а) массовый отбор - выделение группы организмов с нужными признаками и получение потомства, причём отбор повторяют из поколения в поколение, так как особи могут давать расщепление;

б) индивидуальный отбор - выращивание потомков одной особи, отбор происходит быстрее, но количество потомков меньше.

При искусственном отборе на породу одновременно действует и естественный отбор , который повышает приспособленность животных к конкретным условиям среды;

5) метод определения качества производителей по потомству (количество и жирность молока, яйценоскость).

Созданная порода - это результат деятельности человека и окружающей среды.

Выведение новых высокопродуктивных пород домашних животных позволяет резко повысить количество и качество продукции для питания.

Успехи селекционной работы :

М. Ф. Иванов - белая степная украинская свинья;

Породы тонкорунных овец;

Стерильные гибриды лошади и осла - мулы;

М. П. Гринь - селекция крупного рогатого скота чёрно-пёстрая порода;

В. Т. Горин - селекция свиней;

- межвидовые гибриды - мул (гибрид кобылы и осла - бесплоден, но вынослив, силён, долгожитель), гибрид между белугой и стерлядью, гибрид карпа и карася, гибрид быка и яка.

Биотехнология - это использование человеком живых организмов и биологических процессов для промышленного производства различных продуктов.

В биотехнологии используют микроорганизмы (прокариоты - бактерии и сине-зелёные водоросли) и эукариоты - грибы, микроскопические водоросли.

Использование микроорганизмов в таких процессах, как виноделие, хлебопечение, сыроварение и др, известно с древности, однако современная биотехнология возникла в середине 70-х г. XX века.

Особенности селекция микроорганизмов состоят в том, что учёные практически не лимитированы ни временем, ни пространством, так как микроорганизмы:

б) имеют простую регуляцию активности генов;

в) очень быстро размножаются;

г) имеют гаплоидный набор , поэтому любая мутация проявляется уже в первом поколении;

д) в небольшом количестве пробирок и чашек Петри за несколько дней можно вырастить миллионы особей, то есть, легко получить несколько поколений организмов практически за короткое время.

В селекции микроорганизмов используют их естественные способности синтезировать полезные для человека вещества.

Этапы селекции :

Выделение из дикой природы микроорганизмов, способных синтезировать нужные соединения;

Отбор наиболее продуктивных штаммов;

Индуцированный мутагенез и использование селективных сред (среды, на которых хорошо растут мутанты, но погибают исходные родительские особи дикого типа);

Отбор по продуктивности.

В качестве питательной среды для микроорганизмов используют непищевые продукты: жидкие фракции нефти, синтетические спирты, отходя деревообрабатывающей промышленности и др.

В настоящее время в биотехнологии большое значение получили методы клеточной и генной инженерии , которые открывают широкие возможности в перестройке генома для получения организмов с заданными свойствами:

Так в геном кишечной палочки был включён ген, ответственный за образование инсулина;

Были сконструированы штаммы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, их используют для очистки воды при разливах нефти;

Были сконструированы штаммы бактерий, продуцирующих в больших количествах аминокислоты, витамины, интерферон и др.

Метод генной инженерии - это конструирование новых генетических структур по заранее намеченному плану

Метод генной инженерии включает :

выделение из клеток отдельных генов или синтез генов вне клеток;
синтезирование или клонирование генов или перенос и встраивание данных генов в геном с помощью векторов;
отбор клеток с рекомбинантным геномом.

Данный метод стал возможен в результате открытия ферментов рестриктаз, которые разрезают молекулу ДНК в нужном месте и ферментов лигаз, которые сшивают куски различных молекул ДНК и открытию векторов.

Вектор - это короткая кольцевая молекула ДНК, которая может самостоятельно размножаться в клетке бактерии (вирус, бактериофаг, специально сконструированная плазмида). Вначале необходимый ген встраивают в такой вектор, а затем, в геном клетки-хозяина.

Трансгенные растения и животные - организмы, геном которых изменён путём генноинженерных операций.

Клеточная инженерия позволяет конструировать целые клетки, а также отдельные их фрагменты на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции

клетки организма переводят в культуру , и эти клетки синтезируют необходимые человеку вещества, например, переведенные в культуру клетки женьшеня синтезируют лекарственное сырьё, причём с такими клетками можно проводить индуцированный мутагенез или отдалённую гибридизацию для повышения их продуктивности, например, получены гибридомы клеток, синтезирующих антитела с раковыми клетками, которые способными к бесконечному синтезу;
из культивируемых и гибридизированных клеток получают растения-регенераты , например, гибриды томата и картофеля, яблони и вишни.

(Однако манипуляции на уровне геномов могут привести к появлению штаммов в непредсказуемыми свойствами, поэтому прогрессивными учёными была проведена конференция с призывом к мораторию на работы по генной инженерии, учёные стали работать над получением мутантных штаммов, которые в естественной среде жить не могут и такие организмы были получены, они могут жить только на питательной среде и для живых организмов не опасны).

На уроке мы рассмотрим, как на практике применяется открытая генетикой закономерность в медицине и сельском хозяйстве, узнаем основы селекции организмов, как селекция способствует выведению пород животных с необходимыми для человека признаками.

Ко-неч-но, вряд ли такой при-знак поз-во-лил бы этому пе-ту-ху вы-дер-жи-вать кон-ку-рент-ную борь-бу и есте-ствен-ный отбор в окру-жа-ю-щей среде. Но этот при-знак за-ин-те-ре-со-вал че-ло-ве-ка, и эта по-ро-да была со-зда-на. Кроме этого, от-ли-ча-ют-ся до-маш-ние формы от диких еще и своей очень боль-шой пло-до-ви-то-стью, это то глав-ное ка-че-ство, ради ко-то-ро-го че-ло-век и стал со-зда-вать эти по-ро-ды. К примеру, яй-це-нос-кость кур по-ро-ды белый лег-горн со-став-ля-ет около 350 яиц в год, а яй-це-нос-кость их ди-ко-го пред-ка бан-ки-вской ку-ри-цы со-став-ля-ет 18-20 яиц в год (рис.2).

Рис. 2. Курица породы белый леггорн и банкивская курица ()

Из этих при-ме-ров можно вы-ве-сти за-да-чи со-вре-мен-ной се-лек-ции, к ним от-но-сит-ся:

1. По-лу-че-ние новых вы-со-ко-уро-жай-ных и устой-чи-вых к за-бо-ле-ва-нию пород жи-вот-ных и сор-тов рас-те-ний.

2. По-лу-че-ние эко-ло-ги-че-ски пла-стич-ных сор-тов и пород, то есть тех, ко-то-рые могут жить в раз-лич-ных эко-ло-ги-че-ских усло-ви-ях.

3. По-лу-че-ние пород и сор-тов, удоб-ных для про-мыш-лен-но-го вы-ра-щи-ва-ния и ме-ха-ни-зи-ро-ван-ной убор-ки.

Воз-ник-ла се-лек-ция на заре че-ло-ве-че-ства, при-мер-но 20-30 тысяч лет тому назад, когда люди стали слу-чай-ным об-ра-зом одо-маш-ни-вать жи-вот-ных, ко-то-рые их окру-жа-ли. Глав-ным кри-те-ри-ем было то, что жи-вот-ные могут раз-мно-жать-ся в нево-ле и имеют до-ста-точ-но хо-ро-ший ха-рак-тер, их удоб-но со-дер-жать. Это и послужило пред-по-сыл-кой развития науки се-лек-ции. Ши-ро-кое одо-маш-ни-ва-ние на-ча-лось где-то в 8-6 веках до нашей эры, и уже в тот мо-мент были одо-маш-не-ны все из-вест-ные сей-час жи-вот-ные и окуль-ту-ре-ны рас-те-ния, но это еще была не наука. Пи-о-не-ром науки се-лек-ции в нашей стране был Ни-ко-лай Ива-но-вич Ва-ви-лов (рис. 3).

Рис. 3. Н.И. Вавилов (1887-1943) ()

Ва-ви-лов счи-тал, что в ос-но-ве се-лек-ции лежит пра-виль-ный выбор для ра-бо-ты ис-ход-но-го ма-те-ри-а-ла, ге-не-ти-че-ское раз-но-об-ра-зие и вли-я-ние окру-жа-ю-щей среды на про-яв-ле-ние на-след-ствен-ных при-зна-ков при ги-бри-ди-за-ции ор-га-низ-мов. В по-ис-ках ис-ход-но-го ма-те-ри-а-ла для по-лу-че-ния новых ги-бри-дов Ва-ви-лов ор-га-ни-зо-вал в 1920-30 годы де-сят-ки экс-пе-ди-ций по всему зем-но-му шару. Во время этих экс-пе-ди-ций ему с кол-ле-га-ми уда-лось со-брать более по-лу-то-ра тысяч видов куль-тур-ных рас-те-ний и огром-ное ко-ли-че-ство сор-тов. К 1940 году во Все-со-юз-ном ин-сти-ту-те рас-те-ние-вод-ства на-счи-ты-ва-лось уже 300 тысяч об-раз-цов. В на-сто-я-щее время кол-лек-ция по-сто-ян-но по-пол-ня-ет-ся и ис-поль-зу-ет-ся для по-лу-че-ния новых сор-тов на ос-но-ве уже из-вест-ных. Ис-сле-дуя по-лу-чен-ный во время экс-пе-ди-ции ма-те-ри-ал, Н.И. Ва-ви-лов при-шел к от-кры-тию опре-де-лен-ной за-ко-но-мер-но-сти, ко-то-рая и стала ге-не-ти-че-ской ос-но-вой се-лек-ции. Эта за-ко-но-мер-ность по-лу-чи-ла на-зва-ние «закон го-мо-ло-ги-че-ских рядов на-след-ствен-но-сти». Фор-му-ли-ров-ка этого за-ко-на, ко-то-рую пред-ло-жил сам Н.И. Ва-ви-лов: «Ге-не-ти-че-ски близ-кие роды и виды ха-рак-те-ри-зу-ют-ся сход-ны-ми ря-да-ми на-след-ствен-ной из-мен-чи-во-сти с такой пра-виль-но-стью, что, зная ряд форм в пре-де-лах од-но-го вида, можно пред-ви-деть на-хож-де-ние па-рал-лель-ных форм у дру-гих род-ствен-ных видов и родов. Чем более близ-ки виды и роды си-сте-ма-ти-че-ски, тем пол-нее сход-ство в рядах их из-мен-чи-во-сти».

Эту слож-ную фор-му-ли-ров-ку можно про-ил-лю-стри-ро-вать, на при-ме-ре се-мей-ства зла-ко-вых (рис. 4), куда вхо-дят хо-ро-шо из-вест-ные вам пше-ни-ца, рожь, яч-мень, рис, ку-ку-ру-за.

Рис. 4. Семейство злаковых ()

У этого се-мей-ства име-ет-ся ряд при-зна-ков, ко-то-рые про-сле-жи-ва-ют-ся у раз-ных видов, от-но-ся-щих-ся к этому се-мей-ству. К таким при-зна-кам от-но-сят-ся на-ли-чие ози-мых форм, крас-ная окрас-ка у зер-но-вок, на-при-мер, крас-ная окрас-ка встре-ча-ет-ся и у ржи, и у пше-ни-цы, и у ку-ку-ру-зы. Точно так же ози-мые формы встре-ча-ют-ся и у пше-ни-цы, и у ржи. Вот это и по-слу-жи-ло ос-но-вой от-кры-тия этого за-ко-на. Закон го-мо-ло-ги-че-ских рядов спра-вед-лив не толь-ко для рас-те-ний, но и для жи-вот-ных. Так, на-при-мер, яв-ле-ния аль-би-низ-ма на-блю-да-ют-ся и у че-ло-ве-ка, и у мле-ко-пи-та-ю-щих, и даже у птиц (рис. 5).

Рис. 5. Явление альбинизма ()

Закон, открытый Вавиловым, имеет практическое зна-че-ние, его можно разобрать на кон-крет-ном при-ме-ре: у растения лю-пи-на плоды со-дер-жат очень боль-шое ко-ли-че-ство белка, и люпин (рис. 6) мог бы быть очень цен-ной кор-мо-вой куль-ту-рой, но его се-ме-на со-дер-жат опас-ный ядо-ви-тый ал-ка-ло-ид.

Рис. 6. Люпин многолетний с семенами ядовитого алкалоида ()

По-это-му при-ме-нять люпин в ка-че-стве кор-мо-вой куль-ту-ры было невоз-мож-но. Од-на-ко из-вест-но, что дру-гие пред-ста-ви-те-ли се-мей-ства бо-бо-вых: горох, бобы, лю-цер-на, соя - не имеют та-ко-го гена. Зна-чит, можно преду-га-дать, что и у лю-пи-на воз-мож-на му-та-ция вот в такую без-ал-ка-ло-ид-ную форму. И дей-стви-тель-но, се-лек-ци-о-не-рам уда-лось по-лу-чить без-ал-ка-ло-ид-ную форму лю-пи-на, и сей-час люпин ак-тив-но ис-поль-зу-ет-ся в сель-ском хо-зяй-стве как пре-крас-ная кор-мо-вая куль-ту-ра (рис. 7).

Рис. 7. Кормовые сорта люпина ()

Мы рассмотрели историю возникновения новой, ин-те-рес-ной, а самое глав-ное - очень по-лез-ной и прак-ти-че-ски зна-чи-мой науки се-лек-ции, ее основные задачи. В ходе сле-ду-ю-щих наших уроков мы более по-дроб-но узна-ем о ме-то-дах селекции и ра-бо-тах Н.И. Ва-ви-ло-ва.

Список литературы

Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. - Дрофа, 2009.
Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2005.
Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002.

Genetics-b.ru ().
Google Sites ().
Moykonspekt.ru ().

Домашнее задание

Что такое селекция?
Каковы основные за-да-чи со-вре-мен-ной се-лек-ции?
О чем говорит закон гомологических рядов наследственности?