Селекция

На этой странице вы узнаете

• Почему династия Габсбургов исчезла?
• Картофельное пюре может быть фиолетовым?
• Кто такой лигр?
• Пчелы убийцы как вид существует или такой вид возможно найти только в фильме «Голодные игры»?

Рано утром, когда вы, возможно, торопитесь на первый урок, по улицам неспешно прогуливаются разные собачки со своими хозяевами. Почему эти хозяева никогда никуда не спешат, это другой вопрос. А вот какие разные бывают собачки… по размеру, по окрасу, по длине шерсти, форме ушей и так далее. На протяжении долгих веков человеком было создано множество новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. В этой статье мы с вами узнаем какие задачи ставят перед собой современные селекционеры и какие методы они используют при создании новых сортов, пород и штаммов. 

Селекция, ее задачи и практическое значение

Селекция — это прикладная биологическая дисциплина и отрасль сельскохозяйственной промышленности, основной задачей которой является выведение пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

• 

• 

• 

Селекция первоначально возникла как род деятельности еще на первых этапах развития человеческого общества. Все культурные разновидности растений и животных произошли от диких предков. Вначале люди просто отбирали особей, способных к существованию рядом с ними. Ухаживая за животными и растениями, человек заботился о сохранении нужных ему признаков, а не о приспособленности их к существованию в природе. Это привело к резкому увеличению разнообразия форм и снижению их приспособленности к естественным условиям среды. Постепенно такие животные одомашнивались, и сейчас такие породы человек может держать дома в качестве питомцев, а также использовать для получения мяса, пуха, шерсти (такие породы называют промысловыми).

Из растений первыми около 10 тыс. лет назад были введены в культуру хлебные злаки: ячмень, просо, сорго, рожь, рис и пшеница. На данный момент всего одомашнено не более 0,1% видов высших растений. Остальные виды были доработаны генетически. В современности все эти растения мы видим ежедневно: это и культурные растения, которые получены человеком для изготовления пищевых продуктов, и так называемые растения города, которые используют для выращивания в черте города для озеленения улиц и высаживания в парках.

Задачи селекции:

1. Получение высокоурожайных сортов растений, увеличение плодовитости и продуктивности пород животных, штаммов микроорганизмов.
2. Улучшение качеств (вкус, количества витаминов, количества белка, лежкости фруктов и овощей и т.д.).
3. Выведение форм, адаптированных к специфическим природным условиям (скороспелость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям).
4. Выведение стрессоустойчивых пород. Например, домашние птицы испытывают сильный стресс в условиях большой скученности.
5. Повышение интенсивности развития. У растений — «отзывчивость» на удобрения и полив, у животных —«оплата» корма и др.

Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции: учение о центрах многообразия и происхождения культурных растений, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Знакомьтесь, Николай Иванович Вавилов — ученый, заложивший научные основы селекции в России. Он является автором закона гомологических рядов в наследственной изменчивости. Ученый провел экспедиции в 40 странах мира, собрал коллекцию из редких сортов культурных растений и установил центры происхождения культурных растений. Благодаря его коллекции семян, наша страна успешно справилась с голодом после окончания Второй мировой войны.

Н.И. Вавилов считал, что для успешной селекционной работы необходимо учитывать:

• Роль среды в проявлении изучаемых признаков.
• Разнообразие исходного материала для создания сортов растений и пород животных.
• Закономерности наследования при гибридизации.
• Использование форм искусственного отбора для закрепления желательных признаков.
• Наследственную изменчивость (мутации).

Центры происхождения культурных растений

Н.И. Вавилов и его команда научных сотрудников за время изучения растительного мира всего земного шара выделил 7 основных географических центров происхождения культурных растений. В этих центрах произошло зарождение определенных культур, которые появились из дикорастущих растений данной местности в результате долгой селекции.

Какие это были центры происхождения культурных растений? 

• Центральноамериканский центр: отсюда произошли такие растения, как табак, тыква, кукуруза.
• Южноамериканский центр: отсюда произошли такие растения, как картофель, ананас, арахис, какао.
• Средиземноморский центр: здесь зародились такие культурные растения, как капуста, репа, лук, маслины, свекла.
• Абиссинский центр: отсюда произошли такие культуры, как кофе, арбуз, банан, сорго, пшеница твердых сортов.
• Юго-западноазиатский центр: в этом центре развивались такие культуры, как дыня, пшеница, виноград, ячмень, рожь, морковь.
• Южно-азиатский тропический центр: самый «плодовитый» центр, ведь здесь произошли около 30% всех культурных растений, среди них баклажан, лимон, огурец, рис, сахарный тростник.
• Восточноазиатский центр: отсюда произошли такие культуры, как яблоко, просо, слива, чай, редька.

Основываясь на работах Н.И. Вавилова СССР первый в мире в плановом порядке составил проект рационального размещения культур и сортов и практически осуществил его.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. 

Зная совокупность мутаций, которые произошли в пределах одного вида, становится возможно предполагать их появление у другого, близкородственного вида.

Например, короткопалость встречается и у человека, и у птиц, собак, крупного рогатого скота. Альбинизм бывает у представителей разных групп млекопитающих, а также у птиц и прочих животных.

Методы селекции и их генетические основы

1. Искусственный отбор.

Первым этапом селекционного процесса было одомашнивание диких животных и окультуривание диких растений. Следующим этапом был искусственный отбор. Люди начали последовательно, на протяжении многих поколений, отбирать выгодные для себя признаки у растений, животных и микроорганизмов, таким образом, сначала незаметно для себя, создавая новые сорта, породы, штаммы. 

Жила была древняя женщина, может, даже и имени у нее не было… так давно это было. Так вот, каждый июльский день (хотя и «июля» тогда еще не было) она ходила на опушку соседнего леса за земляникой. Каждый день. И вот однажды эта бедная женщина вскочила и вскричала: «Хватит, надоело!..» Пошла и выкопала десять кустов земляники, и посадила около своего жилища. Другие женщины ахнули и последовали ее примеру. Вот так все и началось… стихийно и бессознательно. 

2. Гибридизация.

Искусственная гибридизация позволяет скрещивать особей из разных популяций и подвидов, а также разных, не слишком удаленных друг от друга видов. Это намного расширяет материал для генетиков. 

Инбридинг — близкородственное скрещивание. 

У животных в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство. У растений — самоопыление перекрестноопыляемых растений с целью получения чистых линий.

Результат: получение чистых линий и закрепление исходных признаков.

Минусы: понижение жизнеспособности, так как возрастает процент появления рецессивных гомозигот, несущих наследственные заболевания. Наблюдается инбредная депрессия. 

Пример: первое время кошек сфинксов, разводили именно этим методом. Но позднее это привело к потере иммунитета, и к этому методу было решено не возвращаться.

• 

• 

• 

Почему династия Габсбургов исчезла? Габсбурги — одна из самых сильных династий королей Испании. Но, из-за большого количества близкородственных браков пришла в упадок. Последний король Испании из династии Габсбургов был Карл II. Он был низкого роста и слабым физически, с большой нижней губой и слишком большим языком, не помещающимся во рту. Карл также страдал кишечными проблемами и спорадической гематурией (наличием эритроцитов в моче). Он не разговаривал до 4 лет и не ходил до 8 лет.

Аутбридинг — неродственное скрещивание.

Результат:

• Получение большого количества гетерозиготных организмов.
• Поддержание полезных качеств и усиление их выраженности в ряду следующих поколений.
• Эффект гетерозиса — повышение урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании чистых линий.

Минусы: 

• Редко позволяет выявить основные дефекты, что не дает возможность устранения из разведения животных, несущих рецессивные дефекты.
• Сложнее прогнозировать качество будущего потомства.

Пример:

Интересный факт: порода бенгальских кошек была получена в результате селекции домашних кошек, скрещенных, затем обратно скрещенных и еще раз обратно скрещенных с гибридом собственно бенгальской кошки и домашней кошки. Целью такого эксперимента было создать здоровую и дружелюбную кошку с ярким и контрастным окрасом.

Отдаленная гибридизация — получение межвидовых и межродовых гибридов.

Результат: гибриды сочетают ценные признаки родительских форм.

Минусы: большинство таких гибридов оказываются стерильными (бесплодными) из-за нарушения мейоза во время гаметогенеза (родительские хромосомы не являются гомологичными друг другу, не конъюгируют; у растений такую стерильность можно преодолеть при помощи полиплоидизации).

Пример:

Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. 

Методы селекции растений

Картофельное пюре может быть фиолетовым? Этим насыщенным цветом картофель сорта «Фиолетовое величество» обязан высокому содержанию антоцианов, которые обладают антиоксидантными свойствами, кстати, они сохраняются после варки. Из такой картошки получается необычное пюре насыщенного фиолетово-синего цвета.

Методы селекции животных

Кто такой лигр? Это гибрид между львом-самцом и тигрицей-самкой. Его родители относятся к одному и тому же биологическому роду пантер, но к разным видам.

Методы селекции штаммов микроорганизмов

Метод	Особенности	Примеры
Искусственный отбор	Отбирают наиболее производительных и неприхотливых образцов микроорганизмов. Затем их помещают на питательную среду для дальнейшего размножения.	производство антибиотиков
Искусственный мутагенез	Использование различных типов мутагенов (ультрафиолет, радиация, химические вещества) на микроорганизмы, чтобы получить необходимую мутацию.	получение пекарских дрожжей
Генная инженерия	Выделение необходимых генов и внедрение их в другие организмы, преобразование, «редактирование» ДНК и РНК, создание генетически модифицированных организмов.	производство инсулина, ферментов

Пчелы убийцы как вид существует или такой вид возможно найти только в фильме «Голодные игры»? Пчелы-убийцы были созданы в 1957 году. Они должны были быть более управляемыми чем одомашненные пчелы. Они результат скрещивания европейской медоносной пчелы и африканской пчелы, однако потомство, получившееся более агрессивным и более жизнеспособным.

Термины

Порода животных — это совокупность особей определенного вида животных, имеющая наследственные особенности.

Сорт растений — совокупность растений определенного вида, которые отличаются наследственными особенностями.

Штаммы микроорганизмов — чистая культура определенного вида микроорганизмов, в которой изучены морфологические и физиологические особенности.

Индуцированными мутациями называют наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды.

Инбредная депрессия — ослабление жизнеспособности потомства в результате накапливания и проявления летальных и полулетальных генов и других отрицательных признаков, имевшихся у родоначальников популяции.

Гибрид — организм или клетка, полученные вследствие скрещивания генетически различающихся форм.

Полиплоидизация — это изменение числа хромосом в кариотипе.

Обратное скрещивание — это половое скрещивание гибрида первого поколения с одним из его родителей.

Фактчек

• Селекция — это прикладная биологическая дисциплина и отрасль сельскохозяйственной промышленности, основной задачей которой является выведение пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
• Н.И. Вавилов — ученый, заложивший научные основы селекции в России. Он является автором закона гомологических рядов в наследственной изменчивости.
• Общие методы селекции: искусственный отбор, гибридизация.
• Виды гибридизации: инбридинг, аутбридинг, отдаленная гибридизации.
• Методы, которые используются в селекции растений: искусственный отбор, гибридизация, полиплоидия, метод ментора, искусственный мутагенез.
• Методы, которые используются в селекции животных: искусственный отбор, гибридизация, отбор родительских пар, испытание по родителям.
• Методы, которые используются в селекции штаммов микроорганизмов: искусственный отбор, искусственный мутагенез, генная инженерия. 

Проверь себя

Задание 1.
Что такое инбридинг?

1. скрещивание близкородственных особей
2. скрещивание особей разных видов
3. скрещивание особей разных пород
4. скрещивание гибрида первого поколения с одним из родителей

Задание 2.
Что такое аутбридинг?

1. массовый отбор производителей 
2.  скрещивание особей разных пород
3. скрещивание близких родственников 
4.  скрещивание разных видов

Задание 3.
Какой метод можно использовать, чтобы получить мула?

1. инбридинг
2. аутбридинг
3. отдаленная гибридизация
4. искусственный мутагенез

Задание 4.
Искусственно созданная человеком группа растений с наследственно закрепленными хозяйственными признаками называется

1.  порода 
2. сорт 
3. штамм 
4. популяция

Ответы: 1. — 3; 2. — 2; 3. — 3; 4. — 2.