Селекция животных, Биология

Селекция растений

В селекции растений наиболее широко используются такие методы, как мутагенез, массовый отбор, внутривидовая гибридизация (инбридинг и аутбридинг), отдалённая гибридизация, полиплоидия.

Для увеличения разнообразия исходного материала применяется искусственный мутагенез, при котором частота мутаций возрастает в десятки и сотни раз.  

Пример:

с помощью рентгеновского излучения выведены ценные сорта злаков, отличающиеся повышенной урожайностью, укороченным стеблем, отсутствием остей. С помощью химических мутагенов созданы многие сорта картофеля, табака, томатов, перца, декоративных растений.

• Мутантные формы после отбора обычно вовлекаются в скрещивание для получения ценных комбинаций признаков. 
• В селекции растений используются разные типы скрещиваний.
• Инбридинг(близкородственное скрещивание) у растений основан на принудительном самоопылении перекрёстноопыляющихся форм и используется для перевода генов в гомозиготное состояние и получения чистых линий.
• При скрещивании чистых линий образуются гибриды, обладающие ярко выраженным гетерозисом.

Пример:

таким способом получают гибридные семена кукурузы, которыми засевают большую часть мировых площадей, отведённых под эту культуру.

Початки исходных чистых линий и их гибрида

Используется в селекции растений и отдалённая гибридизация. Полученные гибриды, как правило, бесплодны, что обусловлено в основном нарушениями мейоза при образовании половых клеток. Для преодоления нескрещиваемости видов разработаны специальные методы, одним из которых является полиплоидия.

Впервые преодолеть бесплодие межвидового гибрида удалось в (1924) г. Г. Д. Карпеченко.

Учёный получил бесплодный капустно-редечный гибрид с диплоидным набором (18) хромосом, из которых (9) «редечных» и (9) «капустных». Конъюгация этих хромосом не происходила. Карпеченко удвоил хромосомный набор.

У полиплоидного гибрида оказалось (36) хромосом (по (18) «редечных» и «капустных). Появилась возможность конъюгации, и гибрид стал плодовитым.

В (20)-х г. (ХХ) в. были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале).  В (30) г. Н. В. Цицин осуществил скрещивание пшеницы с пыреем, а И. В. Мичурин получил межвидовые гибриды плодово-ягодных культур.

Гибрид смородины и крыжовника

Многие сельскохозяйственные растения являются полиплоидными. Полиплоидию у растений вызывают обработкой семян колхицином. С его помощью получены триплоидные, тетраплоидные и даже октоплоидные формы более чем у (500) видов растений.

Полиплоидная земляника

Селекция животных имеет ряд особенностей:

• животные размножаются только половым путём;
• число особей в потомстве небольшое;
• половозрелость наступает через несколько лет после рождения;
• затруднено выведение чистых линий, так как невозможно самооплодотворение;
• некоторые признаки (молочность, яйценоскость) проявляются только у самок.

Основные методы (отбор и гибридизация) используются и в селекции животных. Отбор применяется только индивидуальный.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) применяется для закрепления в породе хозяйственно ценных качеств. 

Межпородное скрещивание (аутбридинг) проводится для закрепления необходимых человеку качеств, имеющихся у обеих пород. У гибридов наблюдается увеличение жизнеспособности, продуктивности, устойчивости к болезням, т. е. проявляется гетерозис.

Пример:

при скрещивании двух мясных пород кур получают гетерозисных бройлерных кур, которые отличаются быстрым ростом и большой массой. 

Отдалённая гибридизация подразумевает скрещивание животных, которые относятся к разным видам. 

Пример:

при скрещивании лошади с другими непарнокопытными (ослом, зеброй и т. д.) получают жизнеспособное потомство, совмещающее признаки обоих видов.

Гибрид зебры и лошади

Отбор особей у животных бывает затруднён, потому что некоторые важные качества проявляются только у самок (плодовитость, яйценоскость у кур, молочность и жирность молока у крупного рогатого скота и т. д.).

Для определения этих признаков у самцов используется метод определения качества производителей по потомству.

Сначала от производителей получают небольшое потомство и сравнивают его продуктивность с матерями и со средней продуктивностью породы.

Если продуктивность дочерей оказывается повышенной, то это указывает на большую ценность производителя, которого следует широко использовать для дальнейшего улучшения породы. 

В селекции животных находит широкое применение искусственное осеменение. С его помощью можно получить больше потомства от конкретного производителя.

Для увеличения численности потомства ценной самки используют трансплантацию эмбрионов. У самки с помощью гормонов увеличивают количество яйцеклеток. Затем яйцеклетки оплодотворяют, извлекают эмбрионы и подсаживают их другим самкам.

Новые методы селекции животных. Примеры выведения новых пород. История развития селекции. Цели и достижения

Благодаря селекции животноводы создают новые породы крупного и мелкого рогатого скота, обладающие заданными нужными свойствами. Например, всеми любимое мраморное мясо, получается из голштинской породы КРС, которая была выведена селекционным способом в 1852 году.

Современная наука располагает целым спектром методов воздействия на животных посредством скрещивания, использования микроорганизмов и отбора, на равных конкурируя с технологиями генетической модификации организмов.

История развития селекции животных

Большую часть своей истории человек отбирал животных бессознательно, интуитивно ориентируясь на интересующие признаки. Часто выбор падал на самых крупных животных в стаде. И только через века было доказано, какие именно из этих особей являются самыми сильными, выносливыми и хорошо противостоят болезням.

К XVII веку удалось накопить достаточное количество зоотехнической информации, чтобы начать заниматься выведением новых пород сельскохозяйственных животных по заранее намеченной программе подбора и отбора. Наиболее популярным методом стал инбридинг – скрещивание животных, находящихся в кровном родстве. Яркими примерами селекции сельскохозяйственных животных этим методом являются:

• Лейстерская овца – английская мясная порода, отличающаяся исключительной скороспелостью;
• голландская корова, обладающая высокой производительностью (в среднем 6 тонн молока в год) и замечательными мясными качествами;
• “Санта-Гертруда” – выведенная в Шотландии порода КРС мясного направления, достигающая в весе 500-700 кг;
• шортгорнская корова – одна из самых древних пород, достигающая в весе 750-1000 кг.

На первых порах бессистемный инбридинг приносил немало вреда, приводя к снижению здоровья животных и их плодовитости. Однако, к концу XIX века селекционерам удалось выявить большинство ошибок, приводящих к вырождению.

С этого момента активно используется для закрепления нужных генетических признаков. Целью селекции животных было не только закрепление подходящих особенностей, но и их перенос с одной породы на другую.

Так возникла гибридизация – принцип скрещивания особей с желательными признаками и их отбор для последующей фиксации.

С середины XX века большую роль в развитии селекции сыграла генетика. Были созданы методы изучения наследуемости, изменчивости, оценки генотипа, а также генетической корреляции признаков. Сегодня они являются основой современной селекции, позволяя заранее предугадать появление тех или иных признаков.

Достижения современной селекции животных

Современная наука использует полный спектр способов выведения новых пород животных – от самых старых, известных несколько сотен лет, до более современных, появившихся только в XX веке. Развиваются и новые методы селекции животных, наиболее перспективным из которых является клеточная инженерия.

Суть его заключается в передаче информации о признаках, характерных для взрослой особи посредством соматических клеток. Благодаря этому достигаются главные цели селекции животных, заключающиеся в выращивании произвольного числа особей с выдающейся продуктивностью.

В настоящее время селекционеры ведут работу над выращиванием клонов, которые могли бы обладать теми же качествами, что и их прародитель.

Начиная с 1997 года, когда удалось вырастить всемирно известную овечку Долли, были созданы десятки экспериментальных животных.

Венцом совместного творения селекционеров и генетиков стала клонированная китайскими учёными корова с увеличенным слоем жира на мышцах, которая смогла родить здоровое потомство.

Селекция в российском животноводстве

Развитие селекции в отечественном животноводстве происходит более традиционными путями, нежели на западе.

Для успешного решения задач общенационального масштаба было основано несколько селекционно-генетических центров.

В своей работе они используют все современные методы, кроме клонирования животных, которое по-прежнему вызывает серьёзные споры по всему миру. Отечественные специалисты вывели множество ценных пород, среди которых:

• Цигайская овца – обладает высокой плодовитостью (со 100 маток получают 120-150 ягнят) и даёт около 100 л молока за 4 месяца лактации.
• Чёрно-пёстрый тип КРС – обеспечивают до 5 тонн молока в год жирностью около 3,6-3,8%.
• Асканийская овца – отличается высокой плодовитостью (со 100 маток получают до 150 ягнят) и быстрым ростом (1,5 годовалая овца по весу сравнима со взрослой особью). С асканийских овец можно получить много шерсти. Известен случай, когда настриг шерсти с одного барана весил 30 кг.
• Чёрно-пёстрая порода свиней – особи достигают массы 100 кг всего за 180 дней, а приплод составляет от 9 до 12 поросят за опорос.
• Архаромеринос – единственная порода отечественных овец, выведенная методом межвидовой гибридизации. В результате получилась крупная, устойчивая к горным условиям особь. Масса баранов достигает 110-115 кг, а маток – 60-65 кг, плодовитость 110-120 ягнят на одну матку.

В настоящее время ведутся серьёзные работы по скрещиванию российской “бурёнки” с голландской коровой, благодаря чему последняя станет более приспособленной к российским климатическим условиям.

Значение селекции для сельского хозяйства трудно переоценить. Если бы люди в своё время не одомашнили животных, наверняка ни о каком развитии цивилизации не могло идти и речи.

Если бы животноводство не получало более производительных и здоровых животных, проблема голода на Земле имела глобальные масштабы.

Поэтому селекцию можно назвать основной наукой отрасли, которая приносит даже больше пользы, нежели современные методы выращивания, содержания потомства, убоя и доения.

Основные методы селекции животных и растений кратко (Таблица)

Селекция – это процесс выведения новых и улучшения уже существующих форм растений, животных или микроорганизмов. Селекция не создает, новых видов, она лишь изменяет уже существующие (дикие) формы организмов, в соответствии с хозяйственными или иными потребностями человека.

Для выведения новых форм и улучшения существующих селекционеры используют различные методы, основанные на генетических закономерностях. Бурное развитие селекции в последние десятилетия непрерывно обогащает ее методическую базу.

Основными методами являются искусственный отбор и гибридизация, искусственный мутагенез, полиплоидия, гетерозис.

Кроме того, работа с каждой группой организмов часто требует своих особых методов, например, в селекции микроорганизмов широко используют приемы генной инженерии.

Основные методы селекции таблица

Методы селекции	Селекция животных	Селекция растений
Подбор родительских пар	По хозяйственно ценным признакам и по экстерьеру (совокупности фенотипических признаков)	По месту их происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных)
Гибридизация: а) неродственная (аутбридинг)	Скрещивание отдаленных пород, отличающихся контрастными признаками, для получения гетерозиготных популяций и проявления гетерозиса. Получается бесплодное потомство	Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций, а также высокой продуктивности
б) близкородственная (инбридинг)	Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных (чистых) линий с желательными признаками	Самоопыление у перекрестноопыляющихся растений путем искусственного воздействия для получения гомозиготных (чистых) линий
Отбор: а) массовый	Не применяется	Применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений
б) индивидуальный	Применяется жесткий индивидуальный отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру	Применяется в отношении самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии — потомство одной самоопыляющейся особи
Метод испытания производителей по потомству	Используют метод искусственного осеменения от лучших самцов-производителей, качества которых проверяют по многочисленному потомству	Не применяется
Экспериментальное получение полиплоидов	Не применяется	Применяется в генетике и селекции для получения более продуктивных, урожайных форм
Биологически отдаленная гибридизация: а) межвидовая	Скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами	Вишня Владимирская х черешня Винклера белая = вишня Краса севера (хороший вкус, зимостойкость)
б) межродовая	Скрещивание представителей разных родов для получения новых форм растений	Вишня х черемуха = церападус
Географически отдаленная гибридизация	Скрещивание представителей контрастных природных зон и географически отдаленных регионов с целью привить гибриду нужные качества (вкусовые, устойчивости)	Груша дикая уссурийская х Бере рояль (Франция) = Бере зимняя Мичурина
Отбор	Многократный, жесткий: по размерам, форме, зимостойкости, иммунным свойствам, качеству, вкусу, цвету плодов и их лежкости	Продвинуто на север много сортов яблонь с хорошими вкусовыми качествами и высокой урожайностью
Метод ментора	Воспитание в гибридном сеянце желательных качеств (усиление доминирования), для чего сеянец прививается на растение-воспитатель, от которого эти качества хотят получить. Чем ментор старше, мощнее, длительнее действует, тем его влияние сильнее	Яблоня Китайка (подвой) х гибрид (Китайка х Кандиль-синап) = Кандиль-синап (морозостойкий) Бельфлер-китайка (гибрид-подвой) х Китайка (привой) = Бельфлер-китайка (лежкий позднеспелый сорт)
Метод посредника	При отдаленной гибридизации для преодоления нескрещиваемо-сти использование дикого вида в качестве посредника	Дикий монгольский миндаль х дикий персик Давида = миндаль Посредник Культурный персик х миндаль Посредник = гибридный персик (продвинут на север)
Воздействие условиями среды	При воспитании молодых гибридов обращалось внимание на метод хранения семян, характер и степень питания, воздействие низкими температурами, бедной питанием почвой, частыми пересадками	Закаливание гибридного сеянца. Отбор наиболее выносливых растений
Смешение пыльцы	Для преодоления межвидовой нескрещиваемости (несовместимости)	Смешивалась пыльца Материнского растения с пыльцой отцовского, своя пыльцы раздражала рыльце, и оно воспринимало чужую пыльцу

_______________

Источник информации:

1. Биология: Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы/ Т.Л.Богданова —М.: 2012.

2. Весь курс школьной программы в схемах и таблицах: биология /-СПб.:Тригон,2007.

Основные методы селекции животных

С помощью селекции ученые создают новые штаммы полезных человеку микроорганизмов, улучшают сорта культурных растений. Особое внимание уделяется выведению новых пород животных. С этой целью изучается исходное видовое разнообразие, наследственная изменчивость, роль окружающей среды в развитии нужных признаков, характеристик.

Селекция животных: что понимается под процессом

Селекция животных – наука о способах выведения новых пород, совершенствования существующих. Изначально в ее основе лежал метод отбора, когда человек просто подбирал подходящих особей и обеспечивал им дальнейшее размножение, рассчитывая на похожий результат.

С течением времени стало понятно, что метод позволяет использовать лишь те генотипы, которые уже имеются в популяции. Получить принципиально новые свойства подобным путем невозможно. Тогда люди стали скрещивать животных разных пород одного вида, добиваясь объединения генетического материала, закрепления полезных признаков.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Такими признаками могут быть:

• привлекательный экстерьер;
• высокая жирность молока;
• густота шерсти;
• высокое качество мяса;
• устойчивость к заболеваниям;
• плодовитость;
• переносимость сложных климатических условий;
• выносливость.

Достижение этих целей путем отбора и скрещивания и есть процесс селекции. Научно эти методы в 1859 году обосновал Чарльз Дарвин. В своих трудах он обобщил разрозненный опыт прошлых поколений, дал старт развитию генетики.

Особенности и методы отбора

Основной особенностью селекции животных является исключительно половой способ размножения. Большинство отличается поздним половым созреванием, немногочисленным потомством, редкой сменой поколений. Все это замедляет процесс отбора, затрудняет изучение генотипа.

Биологи выделяют два вида искусственного отбора: индивидуальный и массовый. Индивидуальный подразумевает специальную оценку генотипа, учитывающую свойства изучаемой особи, характеристики ее предков и потомков.

Массовый отбор – это более простая племенная работа. Заключается в оценке особей только по внешним признакам и продуктивности. Традиционно такой подход считается менее затратным, так как не учитывает ценности породы в плане потомства, но позволяет повышать текущую продуктивность. Наиболее часто реализуется при наличии многочисленного поголовья, в разведении крупного рогатого скота.

Происхождение домашних животных

Сформировать принципы современной науки помогла сама природа. На протяжении тысячелетий она вела естественный отбор, при котором выживали организмы с высокой степенью адаптивности. Остальные либо вымирали, либо вынуждены были изменяться, подстраиваться под существующие условия.

Более того, животным пришлось приспосабливаться к человеку и его нуждам. Так дикий азиатский кабан превратился в домашнюю свинью, волк – в собаку, а винторогий горный козел – в обычную деревенскую козу.

Таким же путем сформировались разные породы. Одни животные, проживая в горных районах, обзавелись длинными крепкими ногами. Другие, вынужденные мириться с холодом, отрастили густой подшерсток. Все это и легло в основу научной селекции.

Какие способы селекции применяются

Существует два основных способа создания новых и улучшения уже изученных пород: инбридинг, аутбридинг. При инбридинге скрещивание производят между братьями и сестрами, родителями и потомством. Это позволяет быстрее укрепить контролируемый признак, но заметно снижает иммунитет животных.

Аутбридинг, наоборот, предполагает неродственное скрещивание. Для усиления одной характеристики это более долгий способ. Но для укрепления вида, получения стабильного по продуктивности потомства считается наиболее эффективным.

Виды изменчивости, современные достижения

Понятие изменчивости подразумевает различия, возникающие между родителями и потомством. Выделяют 2 вида:

1. Наследственная изменчивость, предполагающая изменение генетической информации.
2. Ненаследственная, становящаяся следствием воздействия внешних факторов.

Наследственную принято делить еще на 2 подвида: мутационную и комбинативную. Первая считается результатом агрессивного влияния радиации, химических сред, температуры. Вторая является достижением современной биологии, когда новая порода выводится в несколько этапов путем скрещивания нескольких уже известных.

К другим современным достижениям относятся межвидовая гибридизация, ярким примером которой можно назвать результат скрещивания лошади и осла – мула, и генная инженерия. Последняя оценивается экспертами как особо перспективное направление, так как в ее основе лежит принудительное введение в клетки организма чуждых ему генов для придания желаемых свойств.

Какой метод не применяется в селекции животных

Все меньшее распространение получает метод инбридинга. На данном этапе развития науки он все чаще становится лишь промежуточным этапом улучшения, за которым следует скрещивание различных инбредных линий.

Под таким же углом рассматривается массовый отбор. Способ тоже рекомендован как начальное звено для поэтапного выбора наиболее выдающихся представителей, дальнейшего направленного скрещивания.

Лекция № 24. Селекция животных

Создание пород домашних животных началось вслед за их приручением и одомашниванием, которое началось 10–12 тыс. лет назад. Содержание в неволе снижает действие стабилизирующей формы естественного отбора. Различные формы искусственного отбора (сначала бессознательный, а затем методический) приводят к созданию всего многообразия пород домашних животных.

В селекции животных, по сравнению с селекцией растений, есть ряд особенностей. Во-первых, для животных характерно в основном половое размножение, поэтому любая порода является сложной гетерозиготной системой.

Оценка качеств самцов, которые внешне у них не проявляются (яйценоскость, жирномолочность), оцениваются по потомству и родословной. Во-вторых, у многих видов имеет место позднее половое созревание, смена поколений происходит через несколько лет.

В-третьих, потомство немногочисленное.

Основными методами селекции животных являются гибридизация и отбор.

Различают те же методы скрещивания — близкородственное скрещивание, инбридинг, и неродственное, аутбридинг. Инбридинг, как и у растений, приводит к депрессии.

Отбор у животных проводится по экстерьеру (определенным параметрам внешнего строения), т.к. именно он является критерием породы.

Внутрипородное разведение

Направлено на сохранение и улучшение породы. Практически выражается в отборе лучших производителей, выбраковке особей, не отвечающих требованиям породы. В племенных хозяйствах ведутся племенные книги, отражающие родословную, экстерьер и продуктивность животных многих поколений.

Межпородное скрещивание

Используют для создания новой породы. При этом часто проводят близкородственное скрещивание — родителей скрещивают с потомством, братьев с сестрами, что помогает получить большее число особей, обладающих нужными свойствами. Инбридинг сопровождается жестким постоянным отбором; обычно получают несколько линий, затем производят скрещивание разных линий.

Примером может служить выведенная академиком М.Ф. Ивановым порода свиней — украинская белая степная. При создании этой породы использовались свиноматки местных украинских свиней с небольшой массой и невысоким качеством мяса и сала, но хорошо приспособленных к местным условиям.

Самцами-производителями были хряки белой английской породы. Гибридное потомство вновь было скрещено с английскими хряками, в нескольких поколениях применялся инбридинг.

Были получены линии, при скрещивании которых появились родоначальники новой породы, которые по качеству мяса и массе не отличались от английской породы, по выносливости — от украинских свиней.

Использование эффекта гетерозиса

Часто при межпородном скрещивании в первом поколении проявляется эффект гетерозиса; гетерозисные животные отличаются скороспелостью и повышенной мясной продуктивностью.

Например, при скрещивании двух мясных пород кур получают гетерозисных бройлерных кур, при скрещивании беркширской и дюрокджерсейской пород свиней получают скороспелых свиней с большой массой и хорошим качеством мяса и сала.

Испытание по потомству

Проводят для подбора самцов, у которых не проявляются некоторые качества («молочность и жирномолочность» быков, «яйценоскость» петухов). Для этого производителей-самцов скрещивают с несколькими самками, оценивают продуктивность и другие качества дочерей, сравнивая их с материнскими и со среднепородными.

Искусственное осеменение

Используют для получения потомства от лучших самцов производителей, тем более что половые клетки можно хранить при температуре жидкого азота любое время.

Гормональная суперовуляция и трансплантация эмбрионов

С помощью этого метода у выдающихся коров можно забирать десятки эмбрионов в год, а затем имплантировать их другим коровам; эмбрионы так же хранятся при температуре жидкого азота. Это дает возможность увеличить в несколько раз число потомков от выдающихся производителей.

Отдаленная гибридизация

Межвидовое скрещивание известно с древних времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны (нарушение мейоза и, как следствие, отсутствие гаметогенеза). С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом — мула, который отличается выносливостью и долгожительством.

Но иногда гаметогенез у отдаленных гибридов протекает нормально, что позволило получить новые ценные породы животных. Примером являются архаромериносы, которые, как и архары, могут пастись высоко в горах, а как мериносы, дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного крупного рогатого скота с яками и зебу.

При скрещивании белуги и стерляди получен плодовитый гибрид — бестер, хорька и норки — хонорик, продуктивен гибрид между карпом и карасем.

Селекция как наука о модификации пород живых организмов #55

С Селекция – это наука о методах создания новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Селекция опирается на достижения генетики, молекулярной биологии, биохимии и других наук.

Методы и направления селекции

Теоретической основой селекции является генетика. Породой, сортом, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и характеризующуюся определенными наследственными особенностями.

Все особи внутри сорта, породы, штаммы имеют сходную наследственную организацию, внешние признаки и однотипную реакцию на влияние факторов внешней среды.

Например, молочные породы крупного рогатого скота отличаются величиной удоя, процентом жирности и содержанием белка в молоке.

Основными задачами современной селекции являются:

• повышение урожайности сортов культурных растений, увеличение продуктивности пород домашних животных и штаммов микроорганизмов;
• улучшение качества продукции (технологические свойства льна, содержание белка и клейковины в зерне и т.п.);
• улучшение физиологических свойств (скороспелость, иммунитет к заболеваниям, морозостойкость и т.п.);
• повышение интенсивности развития (у растений «отзывчивость» на подкормку, у животных на корм и содержание).

Особенно важно получение сортов растений, устойчивых к заболеваниям и поддающихся механизированной уборке, например короткостебельных неполегающих сортов злаков.

Для успешной селекционной работы необходимо:

• исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных;
• изучениероли мутации в проявлении и развитии исследуемых признаков;
• исследованиезакономерностей наследования при гибридизации;
• применение различных форм искусственного отбора.

Успех селекционной работы во многом зависит от генетического разнообразия исходной группы растений и животных. Генофонд существующих пород животных и сортов растений ограничен по сравнению с генофондом исходного дикого вида.

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н.И. Вавилов провел многочисленные экспедиции в разные уголки земного шара.

В результате работы этих экспедиций был собран огромный семенной материал, используемый в селекционной работе, и выделены центры происхождения культурных растений. Их семь:

1. южноазиатский – родина риса, сахарного тростника, цитрусовых;
2. восточноазиатский – родина сои, проса, гречихи, многих плодовых и овощных культур;
3. юго-западноазиатский – родина пшеницы, гороха, чечевицы, винограда;
4. средиземноморский – родина маслин, капусты, свеклы;
5. абиссинский – родина твердых пшениц, ячменя, кофейного дерева;
6. центральноамериканский – родина кукурузы, какао, перца, фасоли, длинноволокнистого хлопка;
7. южноамериканский – родина картофеля, табака, ананаса, подсолнечника.

Открытые Н. И.

Вавиловым закономерности географического распределения сельскохозяйственных растений и расселения их из первичных центров облегчают работу селекционеров, позволяют быстрее подбирать необходимый для опытов исходный материал и в определенной мере предвидеть результаты. Исходный материал имеет первостепенное значение для успешной селекции. Им могут быть дикие формы, искусственно полученные мутантные формы, особи с комбинативной изменчивостью, сорта и породы‚ полученные в других климатических условиях.

Селекция растений

Основными методами селекции растений являются гибридизация и искусственный отбор.

В начале селекционной работы ставится конкретная задача, для выполнения которой подбирают соответствующие родительские формы. При невозможности найти нужный исходный материал получают индуцированные мутации, среди которых иногда удается найти и полезные, используемые в дальнейшей селекционной работе.

Гибридизация – это получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов. В селекции применяют близкородственное скрещивание (инбридинг) и скрещивание неродственных организмов (аутбридинг).

Близкородственная гибридизация у растений основана на искусственном опылении своей пыльцой обычно перекрестноопыляемых растений. Самоопыление ведет к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств. Потомство, полученное от одного гомозиготного растения путем самоопыления, называется чистой линией. У особей чистых линий часто снижаются жизнеспособность и урожайность.

Если скрестить разные чистые линии между собой (межлинейная гибридизация)‚ то наблюдается явление гетерозиса – повышенная жизнеспособность и плодовитость в первом поколении гибридов, которая постепенно снижается.

Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. Межлинейная гибридизация позволяет повысить урожайность семян кукурузы на 20 — 30%.

Явление гетерозиса у растений можно закрепить при вегетативном размножении (клубнями, черенками, луковицами и т.д.).

Отдаленная гибридизация позволяет сочетать в одном организме ценные признаки разных видов и даже родов. Такая гибридизация осуществляется с трудом, и межвидовые гибриды обычно бесплодны, так как затруднена конъюгация хромосом разных видов при мейозе. Преодолеть бесплодность межвидовых гибридов впервые удалось Г.Д. Карпеченко (1924).

Он получил гибрид редьки и капусты с диплоидным набором хромосом – 9 «редечных» и 9 «капустных», который был бесплоден. Для преодоления бесплодия Карпеченко удвоил число хромосом каждого вида (получил полиплоидную форму гибрида), в результате чего в кариотипе оказалось 36 хромосом, по 18 «редечных» и «капустных».

Это создало возможность коньюгации гомологичных хромосом капусты с «капустными» и редьки с «редечными». Каждая гамета несла по одному набору хромосом капусты и редьки (9 + 9 = 18). В зиготе вновь оказывалось 36 хромосом. Полученный межвидовой гибрид стал плодовитым. Таким образом, полиплоидия является одним из способов восстановления плодовитости межвидовых гибридов у растений.

Кроме того, многие полиплоидные формы растений обладают большей урожайностью и стойкостью к неблагоприятным условиям среды по сравнению с диплоидными.

После получения гибридов производится искусственный отбор. Отбор заключается в сохранении для размножения растений с желаемой комбинацией признаков. При массовом отборе выделяют группу особей с нужными признаками и получают потомство.

При повторных посевах отбор приходится повторять, так как особи могут в дальнейшем давать расщепление. Индивидуальный отбор проводят путем выращивания потомков одной особи. При таком отборе результат достигается быстрее, но потомков получается значительно меньше.

Индивидуальный отбор чаще проводят среди самоопыляющихся растений и получают чистые линии, которые дают ценный исходный материал для дальнейшей селекции.

Искусственный отбор на основе наследственной изменчивости служит основным способом получения новых сортов растений. Однако, одновременно на сорт действует и естественный отбор, повышая приспособленность растений к конкретным условиям среды. Вновь созданный сорт всегда является результатом деятельности человека и окружающей среды.

В последние годы селекционеры получают целые растения (плодовые кустарники, земляника) путем стимулирования деления клеток тканей растений в культуре. В этом случае образуются клоны растений с одинаковым генотипом.

Выведение новых высокоурожайных сортов растений позволяет резко интенсифицировать сельскохозяйственное производство и обеспечить население продовольствием. Творческое использование всех методов селекционной работы приводит к большим успехам. Озимая пшеница Безостая 1, созданная академиком П.П.

Лукьяненко, имеет высокую урожайность и отличные мукомольные качества. Урожайность новых сортов пшениц (Аврора, Кавказ) достигают 100 ц/га. Академиком Н.В.

Цициным получен ценный гибрид пшеницы и ржи – тритикале, который сочетает качества пшеницы (высокие мукомольные качества) и ржи (способность расти на бедных почвах). Коллектив селекционеров, возглавляемый академиком В.С. Пустовойтом, добился увеличения содержания масла в семенах подсолнечника на 20%.

За последние годы благодаря созданию новых полиплоидных сортов (А.Н. Лутков, В.П. Зосимович) резко повысилась сахаристость и урожайность сахарной свеклы.

Селекция животных

Основные подходы к селекции животных не отличаются от принципов селекции растений. Новые породы животных получают на основе наследственной изменчивости путем искусственного отбора. Однако селекция животных имеет и некоторые особенности, вытекающие из природы организма животного:

• животные, имеющие хозяйственное значение, размножаются только половым способом;
• половая зрелость у них наступает относительно поздно;
• самки приносят немногочисленное потомство, что затрудняет и замедляет процесс селекции.

При селекционной работе с животными важное значение имеет учет экстерьерных признаков. Экстерьер – это совокупность наружных форм животных, их телосложение и соотношение частей тела. Разные породы животных неодинаково реагируют на изменения внешних условий.

Так, у мясных пород крупного рогатого скота улучшение питания прежде всего сказывается на увеличении массы тела, а у молочных – на повышении удоев. Началом селекционной работы является подбор родительских пар исходя из поставленной задачи.

В подборе производителей важно учитывать их родословные, в которых должны быть отмечены экстерьерные особенности и продуктивность, в течение ряда поколений.

Скрещивание при работе с животными является основным способом получения разнообразия исходного материала. Как и при селекции растений, применяют два типа скрещивания: неродственное (аутбридинг) и родственное (инбридинг).

Аутбридинг – скрещивание между особями одной или разных пород – при строгом отборе приводит к поддержанию свойств или улучшению их в ряду поколений гибридов.

Инбридинг – скрещивание особей одного поколения или родителей и потомков – применяется для перевода большинства генов в гомозиготное состояние.

Происходит закрепление хозяйственно ценных признаков, однако при этом часто наблюдается ослабление животных, уменьшение их устойчивости к воздействию факторов среды. Чтобы этого избежать, проводят строгий отбор особей. При селекционной работе инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения пореды.

За ним следует скрещивание разных линий, что переводит большинство генов в гетерозиготное состояние, при котором проявляется гетерозис (бройлерные цыплята).

В селекции домашних животных для определения наследственных свойств самцов по признакам, которые у них не проявляются, например по количеству молока и жирномолочности у быков или яйценоскости у петухов, используется метод определения качества производителей по потомству.

От производителя получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей выше, чем матерей, то это говорит о большой ценности производителя и его используют для дальнейшего улучшения породы.

От хорошего самца можно получить большое потомство с помощью искусственного осеменения. В последнее время эмбрионы ценных пород крупного рогатого скота получают в пробирке или проводят клонирование, а затем полученные эмбрионы вводят в матку беспородных животных для дальнейшего развития.

Эти методы позволяют значительно ускорить селекционную работу.

Ценные породы домашних животных получены академиком М.Ф. Ивановым, например белая украинская свинья и асканийский рамбулье. Высокой молочной продуктивностью характеризуется костромская порода крупного рогатого скота.

Наряду с внутривидовой гибридизацией в животноводстве применяется и отдаленная гибридизация. С глубокой древности человек использует мула (гибрид кобылы с ослом). В Казахстане в результате гибридизации тонкорунных овец с диким горным бараном архаром выведена новая порода тонкорунных овец – архаромеринос. Ведутся работы по гибридизации яка с крупным рогатым скотом.

Селекция микроорганизмов

Микроорганизмы способны производить жизненно важные продукты, но природные штаммы их в основном низкопродуктивны.

Поэтому в микробиологической промышленности применяют селекционные методы: индуцированный‚ мутагенез и искусственный отбор. Для получения мутаций используют ионизирующие излучения и химические мутагены.

Применение мутагенных факторов и целенаправленного отбора позволило повысить продуктивность штаммов в сотни и тысячи раз.

Микроорганизмы отличаются характерными особенностями, важными для производства и селекции:

• содержат значительно меньше генов, чем клетки высокоорганизованных видов;
• имеют простую регуляцию генной активности;
• очень быстро размножаются;
• их гаплоидный геном позволяет проявляться фенотипически любой мутации уже в первом ппоколении.

Использование человеком живых организмов и биологических процессов для промышленного получения продуктов называется биотехнологией. Биотехнологические процессы используются человеком с древних времен: молочнокислые бактерии – для получения молочнокислых продуктов, различные штаммы дрожжей – в виноделии, пивоварении, хлебопечении.

Особенно интенсивно начала развиваться микробиологическая промышленность с семидесятых годов ХХ века. В качестве питательной среды для бактерий начали использоваться непищевые продукты: жидкие парафины нефти, синтетические спирты, отходы деревообрабатывающей промышленности и др.

Получаемые таким путем белково-витаминные препараты позволяют решить проблему нехватки кормового белка и повысить продуктивность животноводства.

Кроме того, микробиологическая промышленность производит ферменты, антибиотики, гормоны, аминокислоты и другие лечебные препараты, необходимые человеку.

Для создания новых штаммов микроорганизмов в последнее время применяют генную инженерию конструирование новых генетических структур по заранее намеченному плану. Генная инженерия развивается на базе молекулярной биологии, генетики, биохимии и микробиологии. Генная инженерия включает четыре основных этапа:

1. получение нужного гена (выделение природного или искусственный его синтез);
2. включение этого гена в молекулу ДНК-переносчик – получение рекомбинантной молекулы ДНК;
3. введение рекомбинантной ДНК в клетку, где она встраивается в генетический аппарат;
4. отбор трансформированных клеток.

На основе генной инженерии в настоящее время уже освоено промышленное производство белка инсулина (гормона поджелудочной железы для лечения диабета) и интерферонов – белков, подавляющих размножение вирусов.

Генная инженерия позволяет конструировать и эукариотические клетки с новой генетической программой. В последнее время получают гибриды соматических клеток разных видов и даже животных и растений.

Получены гибриды лимфоцитов с опухолевыми клетками (гибридомы), способные к длительному синтезу антител определенного типа.

Созданы растения, способные усваивать атмосферный азот, что в будущем не только обогатит растительную пищу белками, но сделает ненужным применение азотных удобрений.

Биотехнология – одно из ведущих направлений современной биологии. В ближайшем будущем методы генной инженерии позволят человечеству избавиться от ряда наследственных болезней.

1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.