Основы селекции

Практическое воплощение законов наследственности и изменчивости нашло отражение в селекции животных, растений и микроорганизмов как способа выведения полезных для человека пород и сортов организмов

Селекция представляет собой науку о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных и сортов культурных растений. Но также под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей

Одним из крупнейших достижений человека на заре его развития стало создание постоянного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Научной базой селекции является генетика

Создание пород животных и сортов растений

Возникновение новых пород домашних животных и сортов культурных растений стало возможно вследствие существования у диких видов комбинативной наследственной изменчивости как результата полового размножения и отбора, применяемого человеком.

Животные и растения, выведенные человеком, имеют общие черты, резко отличающие их от диких видов. У культурных форм сильно развиты отдельные признаки, бесполезные или вредные для существования в естественных условиях, но полезные для человека.

Все современные домашние животные и возделываемые человеком растительные культуры произошли от диких предков.

Процесс превращения диких животных и растений в культурные формы называют одомашниванием или доместикацией

Этот процесс широко известен уже с VIII — VI тыс. до н.э. Именно в это время человек вовлек в культуру большинство животных и растений, используемых и до настоящего времени.

Размеры и продуктивность культурных растений выше, чем у родственных диких видов, но вместе с тем они лишены средств защиты от поедания: горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек. Для более полного удовлетворения пищевых и технических потребностей человека создаются все новые сорта растений и породы животных с заранее заданными свойствами.

Разработка теории и методов создания и совершенствования пород животных и сортов растений представляет предмет селекции

Селекционеры исследуют специфические закономерности эволюции домашних животных и возделываемых растений, происходящей под направляющим влиянием человека.

Центры многообразия и происхождения культурных растений

Успех селекционной работы зависит главным образом от генетического разнообразия исходной группы растений или животных. Генофонд существующих пород животных или сортов растений менее разнообразен по сравнению с генофондом исходного дикого вида. Поэтому при выведении новых сортов растений и пород животных очень важны поиски и выявление полезных признаков у диких предков.

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н.И.Вавилов организовал многочисленные экспедиции как в пределах территории нашей страны, так и во многие зарубежные страны. В результате экспедиций был собран огромный семенной материал, который был использован для селекционной работы.

Н.И.ВАвилов выделил 7 центров происхождения культурных растений.

Начатая Н.И.Вавиловым работа была продолжена другими ботаниками; после ряда уточнений в настоящее время насчитывают 12 первичных центров происхождения культурных растений. В наше время семенная коллекция сортов культурных растений и их диких предков, созданная Николаем Ивановичем Вавиловым, продолжает пополняться. В России коллекция находится в городе Санкт-Петербурге и включает более 320 тысяч образцов, относящихся к 1041 виду.

Центры происхождения культурных растений, как показывают археологические исследования, тесны связаны с районами одомашнивания животных. Многочисленные зоологические исследования подтвердили, что для каждого вида домашних животных, несмотря на обилие пород, существует, как правило, один дикий предок.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Изучая и анализируя богатейший коллекционный материал, собранный Н.И.Вавиловым  в разных экспедициях по всему земному шару, он сделал важные обобщения,  послужившие крупным вкладом в теорию генетики и селекции. Также изучение наследственной изменчивости у культурных растений и их предков, позволило Н.И.Вавилову сформулировать закон гомологических рядов наследственной изменчивости:

Виды и роды, генетические близкие, 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. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство

На примере семейства злаковых Н.И.Вавилов показал, что сходные мутации обнаруживаются у целого ряда видов этого семейства. Например, черная окраска семян встречается у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и ряда других за исключением овса, проса и пырея, удлиненная форма зерна — у всех изученных видов.

У животных также наблюдаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, альбинизм и отсутствие перьев у птиц, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц. Некоторые наследственные заболевания и уродства, встречающиеся у человека, отмечены и у некоторых животных.

Сходные, наследственно обусловленные нарушения жизнедеятельности встречаются у представителей разных видов одного и того же класса, что убедительно подтверждает закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Появление сходных мутаций объясняется общностью происхождения генотипов. Многие гены у видов, имеющих общее происхождение остаются неизменными и при мутациях дают сходные признаки. Это значит, что обнаружение спонтанных или индуцированных мутаций у одного вида дает основание для поиска сходных мутаций у родственных видов растений или животных.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости успешно используется в селекционной практике.

Методы селекции растений и животных

Основная задача селекции — создание высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов, удовлетворяющих пищевые и технические потребности человека

Породой и  сортом(чистой линией) называют популяцию организмов, искусственно созданных человеком, которая характеризуется специфическим генофондом, наследственно закрепленных морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности. Каждой породе или сорту свойственна присущая ему норма реакции

Основными методами современной селекции являются искусственный отбор, гибридизация, полиплоидия и мутагенез.

Этапы селекции

• Подбор родительских пар по хозяйственно-ценным признакам, месту их происхождения.
• Гибридизация
• Отбор массовый или индивидуальный по хозяйственным признакам
• Метод испытания производителей по потомству

Искусственный отбор

Основы теории искусственного отбора были заложены Ч. Дарвиным. Дарвин считал, что у каждого сорта культурного растения или породы домашнего животного существует дикий предок. Изучая большое разнообразие сортов растений и пород домашних животных,  Дарвин показал, что основным фактором, ведущим к их возникновению является искусственный отбор.

Искусственный отбор — выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном и декоративном отношении  отношении особей животных и растений данного вида, породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами

На первых этапах одомашнивания отбор происходил бессознательно, без определенных целей — бессознательный отбор . Со второй половины XVIII в. осуществляется уже методический отбор .  

Известны две основные формы проведения искусственного отбора: массовый и индивидуальный. При массовом искусственном отборе осуществляется выбраковка всех особей, фенотип которых не отвечает требованиям породы или сортовым стандартам. При таком отборе сохраняется постоянство свойств пород и сортов. Другая форма отбора — индивидуальный отбор, который подразумевает отбор отдельных особей, отличающихся стойкой наследственностью по интересующим человека признакам. С помощью индивидуального искусственного отбора человек совершенствует породные и сортовые качества.

Гибридизация

Гибридизация — получение гибридов путем внутривидового скрещивания (гибриды будут гетерозиготны по многим гена), близкородственного скрещивания (инбридинг) или отдаленной гибридизации (аутбридинг). В основе этого метода лежит объединение генетического материала разных клеток в одной. В результате гибридизации может наблюдаться эффект гетерозиса, когда гибридное поколение обладает более высокой плодовитостью и жизнеспособностью. Эффект гетерозиса отмечается только у гибридов 1-го поколения, полученного при скрещивании двух высокопродуктивных чистых линий. В следующих поколениях эффект пропадает, так ка имеет место расщепление признаков по законам Менделя.

В 1960-е годы получила развитие гибридизация соматических клеток с формированием общего ядра.  Гибридизацию соматических клеток осуществляют in vitro (в пробирке) Установлено, что соматическая гибридизация может иметь место между клетками отдаленных видов, гибридизация которых половым путем невозможна. Это перспективное  направление биотехнологии называется клеточной инженерией.

Полиплоидия

Полиплоидия — наследственные изменения, связанные с кратным увеличением числа хромосом. Полиплоидия играет важную роль  в эволюции форм культурных и дикорастущих растений. Предполагается, что более 30% всех видов культурных и дикорастущих растений возникло в результате полиплоидизации. Полиплоидными являются растения, полученные методом отдаленной гибридизации. Полиплоиды отличаются крупными размерами, высокой устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям. Этот метод широко используется в селекции растений для создания высокоурожайных, устойчивых к болезням сортов.

Искусственный мутагенез

Искусственный мутагенез — процесс провоцирования мутаций, контролируемый человеком. Мутации получают с помощью химических (колхицин, алкилирующие соединения, чужеродные ДНК или РНК и др.) или физических мутагенов (рентгеновские лучи, гамма-излучение, протоны, тепловые и быстрые нейтроны). Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной резкого возрастания частоты мутаций. Наряду с вредными мутациями нередко обнаруживаются и полезные, которые используются учеными в селекционной работе для получения новых форм животных, растений, штаммов микроорганизмов.

Селекция растений

Этапы селекции растений

• Массовый и индивидуальный отбор с необходимыми признаками.
• Создание чистых линий — гомозиготных особей с одинаковым генотипом, полученных в результате самоопыления. Для самоопыляемых растений применяют многократный индивидуальный отбор и выводят несколько чистых линий по определенным признакам. Для перекрестноопыляемых растений проводят искусственное самоопыление и выявляют мутации. У полученных гомозиготных линий урожайность снижается.
• Получение межлинейных гибридов — перекрестное опыление двух чистых линий — приводит к появлению высокоурожайного поколения. У гибридов наблюдается гетерозис, урожайность и жизнеспособность повышаются в 1,5 — 2 раза. Дальнейшее размножение межлинейных гибридов уменьшает эффект гетерозиса. Лучшие комбинации чистых линий выявляются опытным путем

У самоопыляемых растений выводят несколько сортов, которые могут размножаться семенами. Перекрестноопыляемые растения размножают вегетативно. Это дает однотипную гетерозиготную популяцию. Для однолетних растений применяют искусственное опыление. В целях повышения урожайности используют полиплоидию. Многие культурные растения (пшеница, овес, картофель, свекла, земляника и другие) являются полиплоидами. Полиплоиды более урожайны, устойчивы к климатическим изменениям, содержат больше питательных веществ.

Работы И.В.Мичурина

Иван Васильевич Мичурин создал новые сорта культурных плодово-ягодных растений путем гибридизации, прививки растений и строгого отбора.. Привой — черенок прививаемого растения. Подвой — взрослое растение на которое прививается привой.

При скрещивании применялся метод ментора — воспитание в гибридном сеянце желательных признаков путем прививки его на растение-воспитатель. Чем старше ментор, тем сильнее его влияние на привой. И.В. Мичурин работал над созданием морозоустойчивых, крупноплодных сортов с хорошим вкусом.

листать влево

Отечественные достижения в селекции растений

• П.П.Лукьяненко создал сорта озимой и безостой пшеницы
• А.П.Шехурдин и В.Н.Мамонтова вывели сорта яровой пшеницы с высокими хлебопекарными качествами
• В.С.Пустовойт путем отбора получил высокомасличный сорт подсолнечника
• А.Н.Лутов увеличил сахаристость свеклы за счет создания полиплоидов
• Н.И.Цицин создал гибрид пшеницы с пыреем на основе которого был выведен новый сорт пшеницы зернокормовой, дающей высокие урожаи.
• Методами отдаленной гибридизации получена новая зерновая и кормовая культура — гибрид пшеницы с рожью. Этот гибрид, названный тритикате, удачно сочетает ценные признаки пшеницы и ржи, давая высокие урожаи зерна и зеленой массы с высокими питательными качествами.

Селекция животных

У животных возможно только половое размножение, отсутствует массовость в потомстве от одной пары. В селекции животных необходимо учитывать экстерьер и продуктивность. На продуктивность большое влияние оказывают условия содержания, корма, уход.

Человек приручил и одомашнил почти 10 тыс. видов животных. В селекции животных используют два метода скрещивания: родственное (инбридинг) и неродственное (аутбридинг). При подборе пары учитывают родословную и характерные признаки. Родственное скрещивание проводится внутри породы и используется для получения чистых линий. При этом могут иметь место снижение жизнеспособности и появление мутаций, поэтому необходим строгий отбор по нужным признакам.

После инбридинга следует межлинейная гибридизация и получение гетерозиготных гибридов. У гибридов увеличивается жизнестойкость и продуктивность (эффект гетерозиса). У самок проверяют следующие (количественные) признаки: яйценоскость у кур, молочность у коров, а у самцов — производительность. Выведены различные породы крупного рогатого скота (молочные, мясные, мясо-молочные), свиней, овец (меринос, асканийский рамбуйе), кур (яйценосные, бройлерные).

При отдаленной гибридизации получены межвидовые гибриды: мул (гибрид лошади и осла), архаромеринос (гибрид овцы меринос и горного барана архара), рыба бестер (гибрид белуги и стерляди). Много межвидовых гибридов получено среди пушных зверей — норок, хорьков, колонков. Б.В.Астауровым впервые выведены полиплоидные формы тутового шелкопряда. Межвидовые гибриды, как правило, бесплодны.

листать влево

Селекция микроорганизмов

Микроорганизмы используются в медицине и пищевой промышленности. С их помощью получают антибиотики, витаминные препараты, кормовые белки. Колонии микроорганизмов выращивают из одной особи, которая быстро размножаются бесполым путем, образуя штамм.

Биотехнология — использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых для человека веществ. В биотехнологии применяют бактерии, грибы, клетки растительных тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах.

В культуре тканей проводят гибридизацию клеток, изучают раковые клетки и особенности их размножения, проверяют устойчивость к различным вирусам. Методами генной инженерии удается перестроить генотип клетки для получения специальных белков, например, инсулина, интерферона и т.д.

Селекция микроорганизмов имеет широкие перспективы в различных областях. Например, в медицине, она может привести к созданию новых видов антибиотиков и вакцин, более эффективных в борьбе с инфекционными заболеваниями. В сельском хозяйстве, новые штаммы микроорганизмов могут использоваться для повышения урожайности и защиты растений от болезней. В пищевой промышленности, они могут применяться для производства новых видов пищевых добавок и консервантов.

Селекция микроорганизмов имеет широкие перспективы в различных областях. Например, в медицине, она может привести к созданию новых видов антибиотиков и вакцин, более эффективных в борьбе с инфекционными заболеваниями. В сельском хозяйстве, новые штаммы микроорганизмов могут использоваться для повышения урожайности и защиты растений от болезней. В пищевой промышленности, они могут применяться для производства новых видов пищевых добавок и консервантов.

листать влево