Селекции организмов. Селекция растений животных и микроорганизмов. Селекция растений и животных: основные направления

Селекция (от лат. - выбор, отбор) - это наука о путях и методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами.

Задачи селекции вытекают из ее определения - это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Сортом, породой и штаммом называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды. Основными направлениями селекции являются:

1.высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных;

2. качество продукции (например, вкус, внешний вид, лежкость плодов и овощей, химический состав зерна - содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.);

3. физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям);

4. интенсивный путь развития (у растений - отзывчивость на удобрения, полив, а у животных - «оплата» корма и т. п.).

В последние годы особое значение приобретает селекция ряда насекомых и микроорганизмов, используемых с целью биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений.

Селекция должна учитывать также и потребности рынка сбыта сельскохозяйственной продукции, удовлетворения конкретных отраслей промышленного производства. Например, для выпечки высококачественного хлеба с эластичным мякишем и хрустящей корочкой необходимы сильные (стекловидные) сорта мягкой пшеницы, с большим содержанием белка и упругой клейковины. Для изготовления высших сортов печенья нужны хорошие мучнистые сорта мягкой пшеницы, а макаронные изделия, рожки, вермишель, лапша, вырабатываются из твердой пшеницы.

Ярким примером селекции с учетом потребностей рынка служит пушное звероводство. При выращивании таких ценных зверьков, как норка, выдра, лиса, отбираются животные с генотипом, соответствующим постоянно меняющейся моде в отношении окраски и оттенков меха.

В целом развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости.

Теоретической основой селекции является генетика. Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы. Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами.

Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач. Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака. Достижения генетики, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, применение тестов для ранней диагностики селекционной перспективности исходного материала, разработка разнообразных методов экспериментального мутагенеза и отдаленной гибридизации в сочетании с полиплоидизацией, поиск методов управления процессами рекомбинации и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с нужным комплексом признаков и свойств дали возможность расширить источники исходного материала для селекции. Кроме того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики.

Успех работы селекционера в значительной мере зависит от правильности выбора исходного материала (видов, сортов, пород) для селекции, изучения его происхождения и эволюции, использования в селекционном процессе организмов с ценными признаками и свойствами. Поиск нужных форм ведется с учетом всего мирового генофонда в определенной последовательности. Прежде всего, используются местные формы с нужными признаками и свойствами, затем применяются методы интродукции и акклиматизации, т. е. привлекаются формы, произрастающие в других странах или в других климатических зонах и, наконец, методы экспериментального мутагенеза и генетической инженерии.

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н. И. Вавилов с 1924 г. и до конца 30-х гг. организовал 180 экспедиций по самым труднодоступным и зачастую опасным районам земного шара. В результате этих экспедиций Н. И. Вавилов изучил мировые растительные ресурсы и установил, что наибольшее разнообразие форм вида сосредоточено в тех районах, где этот вид возник. Кроме того, была собрана уникальная, самая крупная в мире коллекция культурных растений (к 1940 г. коллекция включала 300 тыс. образцов), которые ежегодно размножаются в кол лекциях Всероссийского института растениеводства имени Н. И. Вавилова (ВИР) и широко используются селекционерами как исходный материал для создания новых сортов зерновых, плодовых, овощных, технических, лекарственных и других культур.

На основании изучения собранного материала Вавилов выделил 7 центров происхождения культурных растений (Приложение 1). Центры происхождения важнейших культурных растений связаны с древними очагами цивилизации и местом первичного возделывания и селекции растений. Подобные очаги одомашнивания (центры происхождения) выявлены и у домашних животных.

Значение селекции

Цели и задачи селекции как науки обусловлены уровнем агротехники и зоотехники, уровнем индустриализации растениеводства и животноводства. Например, в условиях дефицита пресной воды уже выведены сорта ячменя, которые дают удовлетворительные урожаи при орошении морской водой. Выведены породы кур, не снижающие продуктивности в условиях большой скученности животных на птицефабриках. Для России очень важно создание сортов, продуктивных в условиях мороза без снега при ясной погоде, поздних заморозков и т. д.

Одним из важнейших достижений человека на заре его становления и развития было создание постоянного и достаточно надежного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. У культурных форм растений и животных сильно развиты отдельные признаки, часто бесполезные или даже вредные для их существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность некоторых пород кур давать более 300 яиц в год лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не сможет высиживать. Продуктивность всех культурных растения также значительно выше, чем у родственных диких видов, но вместе с тем они хуже адаптируются к постоянно меняющимся условиям среды и не имеют средств защиты от поедания (горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек и т. п.). Поэтому в естественных условиях культурные, т. е. одомашненные формы существовать не могут.

Одомашнивание привело к ослаблению действия стабилизирующего отбора, что резко повысило уровень изменчивости: и расширяло его спектр. При этом одомашнивание сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более смирный нрав, обладали другими ценными для человека качествами), затем осознанным, или методическим. Широкое использование методического отбора направлено на формирование у растений и животных определенных качеств, удовлетворяющих человека. Опыт многих поколений людей позволил создать методы и правила отбора и сформировать селекцию как науку.

Процесс одомашнивания новых видов растений и животных для удовлетворения потребностей человека продолжается и в наше время. Например, для получения модной и высококачественной пушнины в нынешнем столетии создана новая отрасль животноводства - пушное звероводство.

Водный режим растений

2.1 Значение транспирации

Количество воды, испаряемой растением, во много раз превосходит объем содержащейся в нем воды.

Теоретические основы селекции

Экономный расход воды составляет одну из важнейших проблем сельскохозяйственной практики. К. А. Тимирязев назвал транспирацию, в том объеме…

Генетические маркеры функционального долголетия крупного рогатого скота

3. Использование полиморфизмов гена лептина в качестве генетических маркеров функционального долголетия в селекции крупного рогатого скота

В связи с растущими потребностями в продукции мясного и молочного скотоводства ДНК-технологии занимают все более важное место в ряду перспективных методик, используемых в животноводстве.

К ним относится и маркер-зависимая селекция…

1. Основы маркерной селекции

Идея маркеров в том, считает Джулия ван де Веф, что существуют гены со значительным влиянием на признаки, информацию о которых можно использовать в селекции…

Маркерная селекция в животноводстве

3.

Значение маркерной селекции в животноводстве

Использование в возвратном скрещивании Маркерная селекция после каждого возвратного скрещивания позволяет вести наблюдение за дальнейшим распространением желательного генотипа и на основании этого вести селекцию…

Методы и условия культивирования изолированных клеток и тканей растений

1. Вспомогательное использование методов in vitro в селекции растений

В отдаленной гибридизации находят применение такие методы культуры изолированных тканей, как оплодотворение in vitro, эмбриокультура (выращивание изолированных зародышей на искусственных питательных средах)…

Методы селекции

Определение селекции, основные методы

Селекция — это эволюция, управляемая человеком Н.

И. Вавилов Селекция — наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов с целью увеличения их продуктивности, повышения устойчивости к болезням…

Методы селекции

Методы селекции растений

Основные методы селекции растений в частности — отбор и гибридизация.

Для перекрестно-опыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания…

Методы селекции

Методы селекции животных

Основные принципы селекции животных не отличаются от принципов селекции растений…

Методы селекции

История селекции

Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками.

До XVI—XVII вв. отбор происходил бессознательно, то есть человек, например, отбирал для посева лучшие…

Методы селекции

Учёные, которые внесли вклад в развитие селекции и генетики

1) Г. Мендель Этот немецкий учёный заложил основы современной генетики, установив в 1865 году принцип дискретности (прерывности), наследовании признаков и свойств организмов…

Методы селекции

Примеры селекции живых организмов

В пушном деле большое значение имеет отбор естественных мутаций, отличающихся новой красивой окраской.

Такой отбор очень быстро дает положительные результаты. Это можно показать на новых породах лисиц: серебристо-черной, платиновой и белой…

Морфология внутреннего строения рыб

4.

Промысловое значение

Основы селекции

В последние годы особое значение приобретает селекция ряда насекомых и микроорганизмов, используемых с целью биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений…

Род Мускари

Значение

Использование в дизайне. Мускари — цветок любимый многими цветоводами. Его размещают в любом уголке сада, выращивают в альпинариях, в декоративных вазах…

Транспирация растений

1.1 Значение воды

Растительные ткани содержат большое количество воды (в среднем 75-90% массы растения).

Особенно богаты водой сочные плоды, молодые корни и молодые листья. Активное проявление жизнедеятельности без воды вообще невозможно…

В получении высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур большая роль принадлежит использованию лучших сортов, наиболее приспособленных к возделыванию в местных условиях.

Главная задача селекции - создание высокоурожайных сортов и гибридов с высоким качеством продукции, устойчивых к болезням, засухе и другим неблагоприятным условиям.

Наука о выведении новых сортов сельскохозяйственных растений называется селекцией (selectio - в переводе с латинского означает отбор, или выбор).

Отбор лучших форм из имевшихся в природе или возделываемых растений был единственным методом селекции в прошлом, поэтому первоначально понятие отбор полностью соответствовало содержанию работы по выведению новых сортов. С течением времени оно стало более широким. Современная селекция применяет отбор, используя методы искусственного создания исходного материала (гибридизацию, мутагенез и др.), различные способы выращивания отбираемых растений и целый ряд специальных технических приемов.

Однако отбор остается единственным способом выведения новых сортов.

Селекция - учение об отборе в широком смысле этого слова. Она включает подбор исходного материала, процесс изменчивости и наследственности, выделение и создание новых форм.

Селекция растений неразрывно связана с семеноводством.

Семеноводство - специальная отрасль сельскохозяйственного производства, задача которой - обеспечить колхозы и совхозы высококачественными сортовыми семенами всех возделываемых культур.

В основе селекции и семеноводства лежит учение о наследственности и изменчивости организмов - генетика .

Академик Н. И.

1. Теоретические основы селекции

Вавилов писал, что селекцию можно рассматривать как науку, как искусство и как определенную отрасль сельскохозяйственного производства.

Селекция растений относится к агрономическим дисциплинам, цель которых - разработка способов получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Но в отличие от земледелия, агрохимии, растениеводства, изучающих приемы воздействия на условия выращивания растений, селекция разрабатывает способы воздействия на растения, чтобы изменить в нужном направлении их природу.

Основная задача селекции - создание сортов и гетерозисных гибридов, соединяющих высокий потенциал урожайности, качества продукции, устойчивость к болезням и вредителям, резким изменениям погодных условий, приспособленность к механизированному возделыванию, уборке урожая и переработке получаемой продукции.

Сейчас это главное направление в селекции всех сельскохозяйственных культур.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вконтакте

Одноклассники

Генетика – теоретическая основа селекции. Селекция и ее методы

Селекция – наука о выведении новых и совершенствовании уже существующих старых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами.

Теоретические основы и значение селекции

Сорт – популяция растений, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.

Порода – популяция животных, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
Штамм – популяция микроорганизмов, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.

2. Каковы основные задачи селекции как науки?
Повышение продуктивности сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов;
Изучение разнообразия сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов;
Анализ закономерностей наследственной изменчивости при гибридизации и мутационном процессе;
Исследование роли среды в развитии признаков и свойств организмов;
Разработка систем искусственного отбора, способствующих усилению и закреплению полезных для человека признаков у организмов с разными типами размножения;
Создание устойчивых к заболеваниям и климатическим условиям сортов и пород;
Получение сортов, пород и штаммов, пригодных для механизированного промышленного выращивания и разведения.

Что является теоретической базой селекции?
Теоретической базой селекции является генетика. Она также использует достижения теории эволюции, молекулярной биологии, биохимии и других биологических наук.

4. Заполните таблицу.

Методы селекции

5. Какое значение имеет селекция в хозяйственной деятельности человека?
Селекция позволяет повышать продуктивность сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов; разрабатывать системы искусственного отбора, способствующие усилению и закреплению полезных для человека признаков у различных организмов; создавать устойчивые к заболеваниям и климатическим условиям сорта и породы; получать сорта, породы и штаммы, пригодные для механизированного промышленного выращивания и разведения.

Учение Н.

И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений

1. Дайте определения понятий.
Центр многообразия и происхождения – территория (географическая область), в пределах которой формировался вид или другая систематическая категория сельскохозяйственных культур и откуда они распространились.
Гомологический ряд – сходный ряд наследственной изменчивости у генетически близких видов и родов.

Сформулируйте закон гомологических рядов наследственной изменчивости.
Виды и роды, генетически 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 характеризуется определенным циклом изменчивости, проходящий через все роды и виды, составляющие семейство.

3. Заполните таблицу.

Центры происхождения и многообразия культурных растений

Биотехнология, ее достижения и перспективы развития

1. Дайте определения понятий.
Биотехнология – дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.
Клеточная инженерия – это создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования.

В узком смысле слова под этим термином понимают гибридизацию протопластов или животных клеток, в широком – различные манипуляции с ними, направленные на решение научных и практических задач.
Генная инженерия – совокупность приемов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма, осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Какова роль биотехнологии в практической деятельности человека?
Процессы биотехнологии используются в хлебопечении, виноделии, пивоварении, приготовлении кисломолочных продуктов; микробиологические процессы – для получения ацетона, бутанола, антибиотиков, витаминов, кормового белка; биотехнология также включает в себя использование живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, возможность создания живых организмов с необходимыми свойствами.

Каковы перспективы развития биотехнологии?
Дальнейшее развитие биотехнологии поможет решить ряд важнейших задач:
Решить проблему нехватки продовольствия.
Повысить урожайность культурных растений, создавать более устойчивые к неблагоприятным воздействиям сорта, а также находить новые способы защиты растений.
Создавать новые биологические удобрения, биогумус.
Находить альтернативные источники животного белка.
Размножать растения вегетативно при помощи метода культуры тканей.
Создавать новые лекарства и БАДы.
Проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований.
Получать экологически чистые виды топлива путем переработки отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.
Перерабатывать полезные ископаемые новыми способами.
Использовать методы биотехнологии в большинстве отраслей деятельности во благо человечества.

В чем вы видите возможные негативные последствия неконтролируемых исследований в области биотехнологии?
Трансгенные продукты могут принести вред здоровью, вызывать злокачественные опухоли клонирование человека негуманно и противоречит мировоззрениям многих наций. Новейшие разработки биотехнологии могут привести к неконтролируемым последствиям: созданию новых вирусов и микроорганизмов, чрезвычайно опасных для человека, а также к контролируемым: созданию биологического оружия.

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

Что такое селекция

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

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

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

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

Исторические факты

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

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

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

Что такое селекция растений

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

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

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

Особенности селекции животных

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

Одомашнивание

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

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

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

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

Скрещивание и отбор

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

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

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

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

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

Селекция микроорганизмов

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

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

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

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

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

Как ведутся селекционные работы

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

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

Что такое селекция

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

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

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

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

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

Одомашнивание как первый этап селекции

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

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

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

Центры происхождения культурных растений

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

2. Южнокитайский;

3. Среднеазиатский;

4. Переднеазиатский;

5. Средиземноморский;

6. Абиссинский;

7. Центральноамериканский;

8. Южноамериканский.

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

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

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

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

Происхождение домашних животных и центры их одомашнивания

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

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

Применение цитоплазматической мужской стерильности

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

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

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

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

СЕЛЕКЦИЯ
План
1. Что такое селекция.
2. Селекция в растениеводстве.
3. Селекция в животноводстве,
4. Селекция микроорганизмов.
1. ЧТО ТАКОЕ СЕЛЕКЦИЯ
Что называют селекцией? Селекция - это наука, кото-
рая разрабатывает методы создания сортов и гибридов сель-
скохозяйственных растений и пород животных с нужными
человеку признаками; она является также отраслью сельско-
хозяйственного производства, занимающейся выведением сор-
тов И гибридов сельскохозяйственных культур, пород живот-
ных.
С помощью селекции разрабатываются способы воздей-
ствия на растения и животных. Это происходит с целью изме-
нения их наследственных качеств в нужном для человека на-
правлении. Селекция стала одной из форм эволюции расти-
тельного и животного мира. Она подчинена тем же законам,
что и эволюция видов в природе, однако естественный отбор
здесь частично заменен искусственным.
Теоретической основой селекции является генетика, ко-
торая разрабатывает закономерности наследственности и из-
менчивости организмов. Используя эволюционную теорию
Чарлза Дарвина, законы Грегора Менделя, учения о чистых
линиях и мутациях, ученые смогли разработать методы ynpaR-
ления наследственностью растительных и животных организ-
мов. В селекционной практике особое место принадлежит гиб-
ридологическому анализу.
Биологами выделяется три отрасли селекции: селекция
в растениеводстве, селекция в животноводстве и селекция мик-
роорганизмов.
2. СЕЛЕКЦИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Считается, что одновременно с земледелием появилась и
примитивная селекция. Человек, начав выраишнать растения,
отбирал, сохранял и пытался прорастить лучшие из них. Изве-
стно, что многие культурные растения начали евпю жизнь ещг
10 тысяч лет до нашей эры. Селекционеры древности сумгли
Общая биология 333
создать прекрасные сорта плодовых растений, винограда, мно-
гие сорта пшеницы, бахчевых культур. Большое влияние на
развитие селекции растений оказали работы западноевропейс-
ких селекционеров-практиков XVIII века. К ним относятся ан-
глийские ученые Галлст, Ширеф, немецкий ученый Римпау, Ими
были созданы несколько новых сортов пшеницы, разработаны
способы выведения новых сортов. Уже и 1774 г. под Парижем
создается селекционная фирма «Вильморен». Ее селекционеры
первыми в мире оценивали отбираемые растения по потомству
Также они обратили внимание на свеклу. Им удалось вывести
такие сорта сахарной свеклы, которые содержали практически
в 3 раза больше сахара, чем уже известные. Этой работой было
доказано огромное влияние селекции на изменение природы
растений в нужную человеку сторону. В Европе и Северной
Америке в конце XVIII - начале XIX веков появляются новые
промышленные семенные фирмы и крупные селекционно-се-
меноводческие предприятия. Капитализм повлиял и на зарож-
дение промышленной селекции растений. Также на ее развитие
оказали влияние достижения ботаники, микроскопической тех-
ники и многое другое.
Россия пытается не отставать от нововведений селек-
ции. И. В. Мичурин начинает селекцию плодовых культур.
Он применяет новые оригинальные методики, с помощью
которых выводит множество новых сортов плодовых и ягод-
ных культур. У Мичурина много работ по гибридизации гео-
графически отдаленных форм. Его работы имели большое
значение для теории и практики селекции растений. В США
одновременно с Мичуриным Л. Бербанк создает целый ряд
новых сортов различных сельскохозяйственных культур пу-
тем тщательного проведения скрещиваний и совершенного
отбора. Среди них были и такие формы, которые ранее не
встречались в природе. К ним относятся бескосточковая сли-
ва, неколючие сорта ежевики.
Для селекции растений большое значение имеет разви-
тие научных основ отбора и гибридизации, а именно изуче-
ние генетических и физиолого-биохимических основ имму-
нитета, наследование важнейших количественных и каче-
ственных признаков (белка и его аминокислотного состава,
жиров, крахмала, Сахаров). Важны также методы создания
исходного материала. К ним относятся полиплоидия, экспе-
риментальный мутагенез, гаплоидия, клеточная селекция,
хромосомная и генная инженерия, гибридизация протоплас-
тов, культура зародышевых и соматических клеток и тканей
растений, Современная селекция несколько отличается от
того, что было ранее. Сейчас в качестве исходного материа-
ла в ней используются естественные и гибридные популяции,
самоопыленные линии, искусственные мутанты и полипло-
идные формы. Большая часть сортов сельскохозяйственных
растений была создана с помощью отбора и внутривидовой
гибридизации. В результате были получены мутантные и по-
липлоидные сорта зерновых, технических н кормовых куль-
тур Для того чтобы гибридизация была успешной, нужно
определиться с правильным подбором для скрещивания ис-
ходных родительских пар, особенно по эколого-географи-
чеекому принципу. Ступенчатая гибридизация используется
для того, чтобы объединить в гибридном потомстве призна-
ки нескольких родительских форм. Во всем мире прибегают
к этому методу. А чтобы усилить желаемые свойства одного
из родителей в гибридном потомстве, применяются возврат-
ные скрещивания. Отдаленная гибридизация применяется,
чтобы сочетать в одном сорте признаки и свойства разных
видов или рпдов растений.
3. СЕЛЕКЦИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Как и в селекции растений, на ранних этапах развития
животноводства породы создавались в результате бессозна-
тельного отбора или под влиянием природно-экономических
условий. Но процесс накопления зоотехнической информа-
ции шел, и вскоре сложились определенные методы создания
пород по заранее намеченной программе отбора и подбора.
Начал использоваться инбридинг, чтобы закрепить определен-
ные качества. Инбридинг - близко-родственное скрещивание
животных. Таким образом были выведены многие из пород
мирового значения (шортгорнская, голландская породы круп-
ного рогатого скота и др.).
В селекции животных широко применяются современ-
ные генетические методы. Среди них большое значение имеют
генетика популяций, а также иммуногенетика. Постоянно раз-
рабатываются методы изучения изменчивости, наследуемости
и генетической корреляции признаков, оценки генотипа жи-
вотных и отбора плюс-вариантов, что и обеспечило более вы-
сокий научно-методический уровень селекционных работ.
У домашних животных, подобно растениям, часто мож-
но наблюдать явление гетерозиса. Он применяется в животно-
водстве и птицеводстве.
С помощью селекции стало возможным повышение бел-
ковости молока у молочного скота, увеличение выхода мяса и
уменьшение содержания жира в туше у мясных пород крупно-
го рогатого скота и свиней, получение шерсти необходимой
длины и тонины у овец и т. д.
4. СЕЛЕКЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Важную роль в жизни человека играют и микроорганиз-
мы. С их помощью можно создавать вещества, которые ис-
пользуются в различных областях медицины и промышлен-
ности (производство некоторых органических кислот, спирта,
хлебопечение, виноделие основаны на деятельности микроор-
ганизмов).
Исключительное значение для здоровья человека име-
ют антибиотики. Их относят к особым веществам. Антиби-
отики являются продуктами жизнедеятельности некоторых
микробов и грибов, убивающими болезнетворные микробы
и вирусы.
Методы селекции широко применяются, чтобы получить
наиболее продуктивные формы микроорганизмов. С помо-
щью методов отбора ученые выделяли штаммы микроорга-
низмов, которые являлись активными синтезаторами того или
иного продукта, используемого человеком. Это могут быть
антибиотики, витамины и другие вещества. Микроорганизмы
могут мутировать, что закреплено наследственно. Ученые
широко используют метод экспериментального получения
мутаций под действием рентгеновских, ультрафиолетовых
лучей и кое-каких химических соединений. С помощью таких
методов наследственная изменчивость микроорганизмои по-
вышается в десятки и даже сотни рал. . _ .
Процесс селекции – непрерывный процесс. К тому же
происходит его постоянное совершенствование. Это вызвано
все возрастающими запросами производства и требованиями
к сортам растений, породам животных И эффективности мик
роорганизмов. _ .. ."„!_.
384 Биология
ЧЕЛОВЕК. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МОЗГА
План
1. Исследования работы мозга.
2. Организация памяти.
3. Человеческая память.
1. ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МОЗГА
Данные о процессах в клетках морского моллюска, а так-
же о том, каким образом происходит синтез белков в челове-
ческом мозгу, помогают распознать природу обучения и памя-
ти у человека. В процессе исследований выяснилось, что ос-
новные биохимические механизмы передачи нервных импуль-
сов одинаковы у всех животных. Ученые пришли к выводу,
что если эволюция решила их сохранить, то кажется логич-
ным, что и клеточные механизмы обучения и памяти, исполь-
зующиеся у низших животных, тоже сохранились. В после-
днее время проводилось несколько экспериментов, среди Ко-
торых был следующий. Исследователи ввели в нейроны го-
ловного мозга многих млекопитающих фосфорилируюшиЙ
фермент, который является ответственным за процесс обуче-
ния у моллюсков. Этот фермент увеличивал возбудимость у
животных, т. е. производил действие, которое сходно с дей-
ствием в мембранах нейронов у моллюсков. До сих пор уче-
ные окончательно не решили, насколько верным был прово-
димый эксперимент и будет ли одна и та же реакция идентич-
ной у собаки и моллюска. Однако знание биохимических ме-
ханизмов научения у низших животных поможет исследова-
телям изучать более сложные нервные системы.
Очень трудно спрогнозировать результаты эксперимен-
тов, которые проводятся на клеточном уровне. И до сегод-
няшнего дня очень трудно объяснить, каким образом наш мозг
может запомнить партитуру симфонии Бетховена или же про-
стые сведения, которые нужны для разгадывания кроссворда.
Для этого необходимо перенестись на уровень мозговых сис-
тем, где у человека собраны десятки миллиардов нейтронов,
соединенных между собой определенным, хотя и запутанным
образом. Теперь и на высших животных ученые проводят эк-
сперименты с обучением и различными воздействиями на мозг.
Исследование психологии здоровых людей помогает узнать
больше о процессах переработки и хранения информации. Что-
бы понять организацию функций памяти, ученые пытаются
исследовать больных с различными видами амнезии, которые
развиваются после повреждения мозга.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
Около сорока лет тому назад Карл Лэшли, являющийся
пионером в области экспериментального исследования мозга
и поведения, попытался решить вопрос о пространственной
организации памяти в мозгу. Ученый натаскивал животных
решать определенные задачи, а затем удалял один за другим
различные участки коры головного мозга в поисках мест хра-
нения следов памяти. Однако Лэшли, несмотря на вес попыт-
ки, так и не удалось Найти то место, где, по его мнению, долж-
ны были находиться следы памяти-энграммы. В дальнейшем
ученые нашли причину неудачи Лэшли. Они пришли к выво-
ду, что для научения и памяти важными ял.iлютея не только
кора мозга, но и многие области и структуры мозга помимо
нее. Также выяснилось, что следы памяти в коре широко раз-
бросаны и неоднократно дублируются. Один кз учеников Лэш-
ли, Дональд Хебб, продолжил дело своего учителя и предло-
жил теорию происходящих в памяти процессов, которая опре-
делила ход дальнейших исследований более чем на три деся-
тилетия вперед. Именно Хсбб ввел понятия долговременной и
кратковременной памяти. Он пришел к вывп.гу, что кратков-
ременная память - это активный процесс ограниченной дли-
тельности, не сохраняющий никаких следов, а долговре-
менная память определена структурными изменениями в нерв-
ной системе. Хебб считал, что эти структурны- изменения мог-
ли быть порождены повторной активацией замкнутых нейт-
ронных цепей, например путей от коры к таламусу или гиппо-
кампу и обратно к коре. Повторное возбуждение образующих
такую цепь нейтронов ведет к тому, что связь Бающие их си-
напсы становятся функционально эффективными.
После определения таких связей эти нейтроны создают
клеточный ансамбль, и любое возбуждение относящихся к нему
нейтронов будет активировать весь ансамбль Таким образом
может осуществляться хранение информации И ее повторное
извлечение под влиянием каких-либо ощущеыгл,-мыслей или
эмоций, возбуждающих некоторые из нейтронов клеточного
ансамбля. Структурные изменения, по мнению Хебба, по-ви-
димому, проистекают в синапсах в результате каких-либо про-
цессов роста или метаболических изменений, которые увели-
чивают воздействие каждого нейтрона на следующий нейт-
рон.
Особое внимание в теории клеточных ансамблей уделя-
лось тому факту, что след памяти - это статическая «запись»,
а не просто продукт видоизменений в строении одной нервной
клетки или молекулы мозга. Психологи сделали вывод, что
память - это особенный процесс, который включает в себя
взаимодействие многих нейтронов.
3. ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ
Человек может успешно пользоваться своей памятью. Но
для этого необходимо знать существование трех процессов.
Он должен усвоить информацию, сохранить ev в своем мозгу,
а затем при необходимости воспроизвести. Таким образом,
если человеку не удается вспомнить что-либо, то причина одна:
нарушен один из трех процессов. Однако не стоит думать, что
память настолько проста. Человек может усваивать и запоми-
нать не просто отдельные элементы информаци г." Он модели-
рует собственную систему знаний, которая способна помочь
ему накапливать, хранить и использовать огромный запас не-
обходимых сведений. К тому же память является активным
Общая биология 385
процессом, в результате котордго полученные знания посто-
янно реконструируются, анализируются и переосмысливают-
ся нашим мозгом; по этой причине обнаружить свойства памя-
ти очень трудно. По всей вероятности, существует несколько
фаз памяти. Одна из них, названная непосредственной памя-
тью, длится совсем немного времени. Во время этой фазы
информация сохраняется всего несколько секунд. Когда че-
ловек проезжает на машине мимо привлекших его внимание
пейзажей, то в памяти он сохраняет полученное впечатление
всего лишь в течение одной-двух секунд. Но если ему очень
понравились некоторые объекты, которым было уделено боль-
ше внимания, то из непосредственной памяти информация пе-
реводится в кратковременную. Уже в кратковременной памя-
ти информация сохраняется в течение нескольких минут. Сто-
ит представить, что может происходить в тот период, когда
необходимо запомнить только что названный помер телефо-
на. Чтобы запомнить номер, человек пытается повторить его
мысленно несколько раз, если у него нет с собой ручки или
карандаша. Но если в этот момент его отвлечь какой-либо
фразой или действием, то он обязательно либо забудет номер,
либо перепутает цифры. По всей видимости, человек может
удерживать в своей кратковременной памяти от 5 до 9 отдель-
ных единиц запоминаемого материала. Случается, что такие
единицы группируются, и тогда люди уверены, что способны
запомнить гораздо больше.
Часть информации может переводиться Из кратковремен-
ной памяти в долговременную, где сохраняется в течение про-
должительного времени или даже всей жизни. Известно, что
ситшокамп является одной Из систем мозга, которая отвечает
:ia осуществление такого переноса информации. Удалось выя-
нить такую особенность гиппокампа в результате операции на
мозге у одного больного. Б литературе, где есть описания пос-
леоперационного состояния этого больного, он назван иници-
алами Н. М. Выяснилось, что в каждой Из височных долей
мозга имеется по одному гиппокампу. Чтобы облегчить гнету-
щие эпилептические припадки, доктора решили удалить оба
гиппокампа. Впоследствии, после выяснения неблагоприят-
ных последствий такой операции, этот метод не применялся.
Когда операция завершилась, Н, М. мог существовать исклю-
чительно в настоящем времени. Он был в состоянии запоми-
нать все события, явления и предметы лишь на то время, пока
они могли удержаться в его мозгу. Если медсестрам приходи-
лось выйти на несколько минут из палаты, по возвращении
они встречались с абсолютно не помнящим их человеком.
Однако Н. М. прекрасно помнил те события, которые были до
операции. Его память не утратила ту информацию, которая
сохранилась в мозгу за три года до операции. Однако И здесь
пыли пробелы. Часто амнезия распространялась на события,
которые произошли с больным за 1 - 2 года до операции, но не
более. Все это лишний раз подтверждает тот факт, что следы
памяти претерпевают изменения спустя определенный проме-
жуток времени.
Гиппокамп расположен в височной доле мозга. Согласно
некоторым данным, гиппокамп и медиальная часть височной
доЛи играют определенную роль в процессе закрепления, или
консолидации следов памяти. Имеются в виду те изменения,
физические и психологические, которые должны проистечь в
мозгу для того, чтобы полученная им информация могла пе-
рейти в постоянную память. Даже после того, как информация
уже поступила в долговременную память, некоторые ее части
могут подвергаться преобразованию и даже забываться, и толь-
ко после этого реорганизованный материал отправляется на
постоянное хранение. Известно, что наш мозг сохраняет на-
много больше информации, чем мы в этом нуждаемся. Самая
же главная трудность состоит в том, чтобы извлечь нужную
информацию из памяти. В связи с этим люди, привычные к
чтению, никогда не читают по буквам и даже не прочитывают
отдельные слова; им удобнее читать группами слов. По всей
вероятности, гиппокамп и медиальная височная область уча-
ствуют в формировании и организации следов памяти. Поэто-
му они не могут являться местом постоянного хранения ин-
формации. Больной Н. М., который лишился этой области
мозга, прекрасно мог воспроизвести события, произошедшие
с ним более чем за 3 года до операции. Это подтвердило, что
височная область не является местом длительного храпения
следов. Но в то же время она помогает в их формировании,
что подтверждает потеря у Н. М. памяти на те события, кото-
рые происходили Е последние 3 года до операции.
Те же данные были получены, когда исследовали боль-
ных, подвергшихся электрошоковой терапии. Доказано, что
электрошок оказывает разрушительное действие, и особенно
иа гиппокамп. После этой процедуры больные, за небольшим
исключением, не могут вспомнить те события, которые пред-
шествовали их лечению. Зато память о гораздо более ранних
событиях полностью сохраняется. Лэрри Сквайр высказал
гипотезу, что в процессе усвоения каких-либо знаний височ-
ная область устанавливает связь с местами хранения следов
памяти в других частях мозга, прежде всего в коре. Надоб-
ность л таких взаимодействиях может сохраняться довольно
долго - в течение нескольких лет, пока идет процесс реорга-
низации материала памяти. Сквайр предполагал, что эта реор-
ганизация непосредственно зависит от физической перестрой-
ки нервных сетей. В тот момент, когда перестройка и реорга-
низация закончены, а информация стабильно сохраняется в
коре мозга, участие височной области в ее закреплении и из-
влечении становится ненужной.

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).