Теоретические основы и значение селекции. Методы селекции растений Селекция определение

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.

Селекция - наука об улучшении отдельных качеств животных и растений, необходимых человеку, а также о выведении новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Для создания культурных сортов используют методы селекции растений.

Селекция

Большинство растений, которые современное человечество употребляет в пищу, является продуктом селекции (картофель, томат, кукуруза, пшеница). На протяжении нескольких веков люди культивировали дикие растения, переходя от собирательства к земледелию.

Направлениями селекции являются:

• высокая урожайность;
• питательность растений (например, содержание белка в пшенице);
• улучшенный вкус;
• устойчивость культур к погодным условиям;
• скороспелость плодов;
• интенсивность развития (например, «отзывчивость» на удобрения или полив).

Рис. 1. Сравнение дикой и сельскохозяйственной кукурузы.

Селекция решила проблемы с нехваткой пищи и продолжает развиваться, внедряя методы генной инженерии. Селекционеры не только улучшают вкус и повышают питательность растений, но и делают их полезными, насыщенными витаминами и химическими элементами, важными для метаболизма.

Для успешной селекции необходимо понимать закономерности наследования признаков, особенности влияния среды, морфологическое строение и способы размножения культивируемых растений.

Методы

Основными методами селекции являются:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

• искусственный отбор - выбор человеком наиболее ценных культур для селекции;
• гибридизация - процесс получения потомства от скрещивания разных генетических форм;
• искусственный мутагенез - внесение изменений в ДНК.

Искусственный отбор включает в себя два вида - индивидуальный (по генотипу) и массовый (по фенотипу). В первом случае важны конкретные качества растений, во втором - отбирают наиболее приспособленные особи.

Гибридизация бывает двух видов:

• внутривидовая или близкородственная - инбридинг ;
• отдалённая (межвидовая) - аутбридинг .

Классические методы селекции растений описаны в таблице.

Метод	Суть	Примеры
Индивидуальный отбор	Проводят по отношению к самоопыляемым растениям. Выведение единичных особей с нужными качествами и получение от них улучшенного потомства	Пшеница, ячмень, горох
Массовый отбор	Проводят по отношению к перекрестноопыляемым растениям. Растения скрещиваются массово. Из полученного потомства отбирают лучшие экземпляры и снова проводят скрещивание. Может повторяться до тех пор, пока не будут выведены нужные качества растений	Подсолнечник
Инбридинг	Происходит при самоопылении перекрёстноопыляемых растений. В результате получают чистые (гомозиготные) линии, чтобы закрепить полученный признак. Наблюдается снижение жизнеспособности (инбредная депрессия), т.к. потомки постепенно переходят в гомозиготное рецессивное состояние	Сорта груш, яблонь
Аутбридинг	Скрещиваются разные виды, потомки обычно стерильны, т.к. при скрещивании нарушается мейоз, не образуются гаметы. В первом поколении наблюдается эффект гетерозиса - превосходство потомков над родительскими формами за счёт образования гетерозиготных генов. Чем отдалённее в родстве родители, тем ярче проявляется гетерозис	Гибриды пшеницы и ржи (тритикале), смородины и крыжовника (йошта)
Мутагенез	Подвергают растения ионизирующему, лазерному излучению, химическому или биологическому воздействию, в результате чего возникают мутации. Чаще всего таким способом вырабатывают устойчивость к заболеваниям и вредителям. Метод усовершенствовала генная инженерия - нужный ген можно «включить» или «выключить» вручную без потери других полезных признаков	Сорта пшеницы

Рис. 2. Примеры гибридов.

Неудачный опыт селекции - борщевик Сосновского. Растение культивировалось в качестве корма для скота. Однако впоследствии выяснилось, что новый борщевик легко проникает в экосистемы, вытесняя естественные растения, а также содержит вещества, повышающие чувствительность к ультрафиолету. Попав на кожу, сок вызывает ожог на солнце.

ПЛАН

1) Что такое селекция.

2) Основные методы применимые в селекции.

б) Гибридизация

в) Полиплоидия

г) Мутагенез.

3) Применение селекции.

а) В сельском хозяйстве.

б) В животноводстве.

4) Биотехнология.

1.ЧТО ТАКОЕ СЕЛЕКЦИЯ.

Слово "селекция" произошло от лат. "selectio",4ro в переводе обозначает "выбор, отбор". Селекция это наука, которая разрабатывает новые пути и методы получения сортов растений и их гибридов,пород животных. Это также и отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и пород с нужными для человека свойствами: высокой продуктивностью, определенными качествами продукции, невосприимчивых к болезням, хорошо приспособленных к тем или иным условиям роста.

2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПРИМЕНИМЫЕ В СЕЛЕКЦИИ.

2. а. ОТБОР.

Основа любого сорта растений или породы животных – родоначальник. Его ценность в накоплении в генотипе.

многих генов, обусловливающих высокую продуктивность или другие нужные качества. Потомство от выдающегося родоначальника, сходное с ним по фенотипу и генотипу составляет линии животных или растений. Они поддерживаются целенаправленным отбором. Особенно отбор применяется в животноводстве, где отбор производителей играет первостепенную роль в племенном деле. В народе говорят: "Производитель - половина стада".

2.6. ГИБРИДИЗАЦИЯ.

Гибридизацией называют скрещивание организмов с различной наследственностью. В результате получают новый организм, сочетающий наследственные задатки родителей. Для первого поколения гибридов часто характерен гетерозис. При гетерозисе при скрещивании организмов с разной наследственностью происходит биохимическое обогащение гибрида у него усиливается обмен веществ. В последующих поколениях эффект гетерозиса постепенно затухает. У вегетативно размножаемых растений (картофель, плодовые и ягодные культуры) возможно закрепление гетерозиса в потомстве. Гибридизацию применяют для получения ценных форм растений и животных. Скрещивание особей, принадлежащих к разным видам, называют отдаленной гибридизацией, а скрещивание подвидов, сортов растений или пород животных -внутривидовой. В зоотехнии(наука о разведении, кормлении, содержании и правильном использовании сельскохозяйственных животных, теоретическая основа животноводства) различают собственно гибридизацию и межпородное скрещивание животных, потомство от которых называется помесным, помесями. Помеси легко скрещиваются между собой и дают потомство.

Процесс гибридизации, преимущественно естественной наблюдали очень давно. Гибриды от скрещивания лошади с ослом (мул, лошак) существовали уже за 2000 лет до н.э. Искусственные гибриды (при скрещивании гвоздик) впервые получил английский садовод Т. Фэрчайлд в 1717 году. Большое число опытов по гибридизации провел Чарльз Дарвин.

Гибридизацию, особенно форм и сортов в пределах одного вида широко используют в селекции растений, с помощью метода гибридизации создано большинство современных сортов сельскохозяйственных культур.

2.в.ПОЛИПЛОИДИЯ.

В 1892 году русский ботаник И.И. Герасимов исследовал влияние температуры на клетки зеленой водоросли спирогиры и обнаружил удивительное явление - изменение числа ядер в клетке. После воздействия низкой температурой или снотворным (хлороформом и хлоралгидратом) он наблюдал появление клеток без ядер, а также с двумя ядрами. Первые вскоре погибали, а клетки с двумя ядрами успешно делились. При подсчете хромосом оказалось, что их вдвое больше, чем в обычных клетках. Так было открыто наследственное изменение, связанное с мутацией генотипа, т.е. всего набора хромосом в клетке. Оно получило название полиплоидии, а организмы с увеличенным числом хромосом - полииплоидов.

В природе хорошо отлажены механизмы, обеспечивающие сохранение постоянства генетического материала. Каждая материнская клетка при делении на две дочерний строго распределяет наследственное вещество поровну. При половом размножении новый организм образуется в результате слияния мужской и женской гаметы. Чтоб сохранилось постоянство хромосом у родителей и потомства, каждая гамета должна содержать половину числа хромосом обычной клетки. И в самом деле, происходит уменьшение в два раза числа хромосом, или, ка назвали ученые редукционное деление клетки, при котором в каждую гамету попадает только одна из двух гомологичных хромосом. Итак, гамета содержит гаплоидный набор хромосом - т.е. по одной от каждой гомологичной пары. Все соматические клетки дипловдны. У них два набора хромосом, из которых один поступил от материнского организма, а другой от отцовского. Полиплоидия успешно используется в селекции.

2.г. МУТАГЕНЕЗ.

В 20-х годах стало развиваться мутационная генетика - учение о возникновении мутаций, т.е. таких изменений признаков организмов, которые передаются по наследству. Мутации возникают в половых клетках.

Советский ученый Н.И. Вавилов установил, что у родственных растений возникают сходные мутационные изменения, например у пшеницы в окраске колоса, остистости. Эта закономерность объясняется сходным составом генов в хромосомах родственных видов. Открытие Н.И. Вавилова получило название закона гомологических рядов. На основании его можно предвидеть появление тех или иных изменений у культурных растений.

Изменчивость организмов - одно из важнейших проявлений жизни. В природе не существует двух совершенно сходных особей.Различия обусловлены наследственными и внешними факторами. Поэтому изменчивость организмов выражается в двух формах: наследственной и модификационной.

Внешний вид окружающих нас организмов - это результат сложного взаимодействия их наследственной основы и факторов окружающей среды. Каждое растение в разных условиях выглядит по-разному. Например, во влажный год у растений крупные, мясистые листья, а в засушливый - мелкие, тонкие. Если бы листья в сухих условиях оставались такими же крупными, избыточное испарение влаги привело бы к их гибели. Свойство организмов реагировать на изменение окружающей среды названо нормой реакции.

Модификационная изменчивость играет огромную роль в сохранении и распространении вида. Эволюция происходит за счет наследственных изменений, мутаций и рекомбинаций наследственных факторов.

У одного и того же организма стабильность генов различна: один ген может мутировать в несколько раз чаще другого. Различия в мутабельности отмечены не только между разными генами,но и разными формами вида. Склонность к мутированию не одинакова и у разных видов.На частоту мутирования оказывают влияние физиологические и биохимические изменения, происходящие в клетке под влиянием внешних условий. Под действием некоторых внешних факторов количество мутаций увеличивается в сотни раз.

Мутации появляются в клетках любых тканей многоклетоточного организма. Если они возникли в половых клетках, их называют генеративными, в клетках других тканей теласоматическими. Ценность мутации различна, она обусловлена типом размножения организма. Генеративные мутации проявляются у зародышей следующего поколения, а соматические - только у той особи, у которой они возникли, и по наследству другому поколению не передаются.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Введение

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:

Высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных; качество продукции (например, вкус, внешний вид, лежкость плодов и овощей, химический состав зерна -- содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.);

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

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

1.Теоретические 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.

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.

2 .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.

культурный растени е селекция

3.Селекция растений, методы

В отличие от селекции микроорганизмов селекция растений не оперирует миллионами и миллиардами особей и скорость их размножения измеряется не минутами и часами, а месяцами и годами. Однако по сравнению с селекцией животных, где число потомков единично, селекция растений находится в более выгодном положении. Кроме того, различаются и методические подходы к селекции само- и перекрестноопыляющихся растений, размножающихся вегетативным и половым путем, одно- и многолетних растений и т.д.

Основными методами селекции растений являются отбор и гибридизация. Для отбора необходимо наличие гетерогенности, т. е. различий, разнообразия в используемой группе особей. В противном случае отбор не имеет смысла, он будет неэффективен, Поэтому сначала осуществляется гибридизация, а затем после появления расщепления -- отбор.

В случае, если селекционеру не хватает естественного разнообразия признаков, существующего генофонда, он использует искусственный мутагенез (получает генные, хромосомные или геномные мутации -- полиплоиды), для манипуляций с отдельными генами -- генетическую инженерию, а для ускорения селекционного процесса -- клеточную. Однако классическими методами селекции были и остаются гибридизация и отбор.

Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор -- это выделение целой группы особей, обладающих ценными признаками. Чаще он используется при работе с перекрестноопыляемыми растениями. В этом случае сорт не является гомозиготным. Это сорт-популяция, обладающий сложной гетерозиготностью по многим генам, что обеспечивает ему пластичность в сложных условиях среды и возможность проявления гетерозисного эффекта. Основным достоинством метода является то, что он позволяет сравнительно быстро и без больших затрат сил улучшать местные сорта, а недостатком -- то, что не может контролироваться наследственная обусловленность отбираемых признаков, в силу чего часто неустойчивы результаты отбора.

Скрещивание, при котором родительские формы отличаются только по одной паре альтернативных признаков, называется моногибридным. Мендель до скрещивания разных форм гороха проводил их самоопыление. При скрещивании белоцветковых горохов с такими же белоцветковыми он получал во всех последующих поколениях только белоцветковые. Аналогичная ситуация наблюдалась и в случае пурпурноцветковых. При скрещивании же Горохов, имеющих пурпурные цветки, с белоцветковыми растениями все гибриды первого поколения Р1 имели пурпурные цветки, но при их самоопылении среди гибридов второго поколения Р2 кроме пурпурноцветковых растений (три части) появлялись и белоцветковые (одна часть).

Скрещивание, при котором родительские формы отличаются по двум парам альтернативных признаков (по двум парам аллелей), называется дигибридным.

Проводя скрещивание гомозиготных родительских форм, имеющих желтые семена с гладкой поверхностью и зеленые семена с морщинистой, Мендель получил все растения с желтыми гладкими семенами и сделал вывод, что эти признаки являются доминантными. Во втором поколении после самоопыления гибридов Р1 он наблюдал следующее расщепление: 315 желтых гладких, 101 желтых морщинистых, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых. Используя другие гомозиготные родительские формы (желтые морщинистые и зеленые гладкие), Мендель получил аналогичные результаты и в первом, и во втором поколениях гибридов, т. е. расщепление во втором поколении в отношении 9: 3: 3: 1.

При индивидуальном отборе получают потомство от каждого растения отдельно при обязательном контроле наследования интересующих признаков. Он применяется у самоопылителей (пшеница, ячмень). Результатом индивидуального отбора является увеличение числа гомозигот. Это связано с тем, что при самоопылении гомозигот будут образовываться только гомозиготы, а половина потомков самоопыленных гетерозигот также будут гомозиготами. При индивидуальном отборе формируются чистые линии. Чистые линии -- это группа особей, являющаяся потомками одной гомозиготной самоопыленной особи. Они обладают максимальной степенью гомозиготности. Однако абсолютно гомозиготных особей практически не бывает, так как непрерывно происходит мутационный процесс, нарушающий гомозиготность. Кроме того, даже самые строгие самоопылители иногда могут переопыляться перекрестно. Это повышает их приспособленность к условиям и выживаемость, поскольку народу с искусственным отбором на все органические формы действует и естественный.

Естественный отбор играет важную роль в селекции, так как при проведении искусственного отбора селекционер не может избежать того, чтобы селекционный материал не подвергался воздействию условий внешней среды. Более того, селекционерами часто привлекается и естественный отбор для отбора форм, наиболее приспособленных к условиям произрастания -- влажности, температуры, устойчивости к естественным вредителям и болезням.

Так как одним из методов селекции является гибридизация, то большую роль играет выбор типа скрещиваний, т.е. система скрещиваний.

Системы скрещивания могут быть разделены на два основных типа: близкородственное (инбридинг -- разведение в себе) и скрещивание между неродственными формами (аутбридинг -- неродственное разведение). Если принудительное самоопыление приводит к гомозиготизации, то неродственные скрещивания -- к гетерозиготизации потомков от этих скрещиваний.

Инбридинг, т.е. принудительное самоопыление перекрестноопыляющихся форм, кроме прогрессирующей с каждым поколением степени гомозиготности, приводит и к распадению, разложению исходной формы на ряд чистых линий. Такие чистые линии будут обладать пониженной жизнеспособностью, что, по-видимому, связано с переходом из генетического груза в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые в. основном являются вредными.

Чистые линии, полученные в результате инбридинга, имеют различные свойства. У них различные признаки проявляются по-разному. Кроме того, различна и степень снижения жизнеспособности. Если эти чистые линии скрещивать между собой, то, как правило, наблюдается эффект гетерозиса.

Гетерозис -- явление повышенной жизнеспособности, урожайности, плодовитости гибридов первого поколения, превышающих по этим параметрам обоих родителей. Уже со второго поколения гетерозисный эффект угасает. Генетические основы гетерозиса не имеют однозначного толкования, но предполагается, что гетерозис связан с высоким уровнем гетерозиготности у гибридов чистых линий (межлинейные гибриды). Производство чистолинейного материала кукурузы с использованием так называемой цитоплазматической мужской стерильности было широко изучено и поставлено на промышленную основу в США. Ее использование исключало необходимость кастрировать цветки, удалять пыльники, так как мужские цветки растений, используемые в качестве женских, были стерильны.

Разные чистые линии обладают разной комбинационной способностью, т. е. дают неодинаковый уровень гетерозиса при скрещиваниях друг с другом. Поэтому, создав большое количество чистых линий, экспериментально определяют наилучшие комбинации скрещиваний, которые затем используются в производстве.

Отдаленная гибридизация -- это скрещивание растений, относящихся к различным видам. Отдаленные гибриды, как правило, стерильны, что связано с содержанием в геноме различных хромосом, которые в мейозе не конъюгируют. В результате этого формируются стерильные гаметы. Для устранения данной причины в 1924 г. советским ученым Г. Д. Карпеченко было предложено использовать удвоение числа хромосом у отдаленных гибридов, которое приводит к образованию амфидиплоидов.

Таким методом кроме тритикале были получены многие ценные отдаленные гибриды, в частности многолетние пшенично-пырейные гибриды и др. У таких гибридов в клетках содержится полный диплоидный набор хромосом одного и другого родителя, поэтому хромосомы каждого родителя конъюгируют друг с другом и мейоз проходит нормально. Путем скрещивания с последующим удвоением числа хромосом терна и алычи удалось повторить эволюцию -- произвести ресинтез вида сливы домашней.

Подобная гибридизация позволяет полностью совместить в одном виде не только хромосомы, но и свойства исходных видов. Например, тритикале сочетает многие качества пшеницы (высокие хлебопекарные качества) и ржи (высокое содержание незаменимой аминокислоты лизина, а также способность расти на бедных песчаных почвах).

Это один из примеров использования в селекции полиплоидии, точнее аллоплоидии. Еще более широко используется автополиплоидия. Например, в Беларуси возделывается тетраплоидная рожь, выведены сорта полиплоидных овощных культур, гречихи, сахарной свеклы. Все эти формы обладают более высокой урожайностью по сравнению с исходными формами, сахаристостью (свекла), содержанием витаминов и других питательных веществ. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды (пшеница, картофель и д.р.).

Выведение новых высокопродуктивных сортов растений играет важнейшую роль в повышении урожайности и обеспечении населения продовольствием. Во многих странах мира идет «зеленая революция» -- резкая интенсификация сельскохозяйственного производства за счет выведения новых сортов растений интенсивного типа. В нашей стране также получены ценные сорта многих сельскохозяйственных культур.

При использовании новых методов селекции получены новые сорта растений. Так, академиком Н. В. Цициным путем отдаленной гибридизации пшеницы с пыреем и последующей полиплоидизации выведены многолетние пшеницы. Такими же методами получены перспективные сорта новой зерновой культуры тритикале. Для селекции вегетативно размножаемых растений используются соматические мутации (они использовались и И.В. Мичуриным, но он называл их почковыми вариациями). Широкое применение получили многие методы И. В. Мичурина после их генетического осмысления, хотя некоторые из них теоретически так и не разработаны. Большие успехи достигнуты в использовании результатов мутационной селекции в выведении новых сортов зерновых, хлопчатника и кормовых культур. Однако наибольший вклад во все возделываемые сорта внесли образцы коллекции мирового генофонда культурных растений, собранные Н. И. Вавиловым и его учениками.

4.Селекция животных, методы

Хотя основные принципы селекции животных существенно не отличаются от принципов селекции растений, все-таки они имеют ряд характерных особенностей. Так, у животных существует только половое размножение, смена поколений происходит редко (через несколько лет), количество особей в потомстве невелико. У них особенно сильно выражено модифицирующее влияние факторов внешней среды и затруднен анализ генотипа. Поэтому большую роль приобретает анализ совокупности внешних признаков, характерных для породы.

Одомашнивание животных началось, вероятно, 10-- 12 тыс. лет назад. Оно происходило в основном в тех же районах, где расположены и центры многообразия и происхождения культурных растений. Одомашнивание привело к ослаблению действия стабилизирующего отбора, что резко повысило уровень изменчивости и расширило ее спектр. Поэтому одомашнивание сразу же сопровождалось и отбором. По-видимому, сначала это был бессознательный отбор, т. е. отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более смирный нрав и т. д. Однако постепенно начал использоваться отбор методический, осознанный и направленный на формирование у животных определенных качеств, удовлетворяющих те или иные потребности человека в данных конкретных природных и экономических условиях. Опыт многих поколений позволил создать методы и правила племенного отбора и подбора и сформировать селекцию животных как науку.

Типы скрещивания и методы разведения внедрялись в селекцию животных часто путем экстраполяции из селекции растений. Это было связано с тем, что внедрение генетических знаний в селекцию растений началось гораздо раньше, чем в селекцию животных из-за дороговизны животных объектов, меньшего количества их в семье и т. д. Такая экстраполяция, проводившаяся без учета специфики объекта, часто давала отрицательные результаты. Так, в частности, метод инбридинга был внедрен из селекции растений-самоопылителей в селекцию животных как основной метод, хотя позже была установлена необоснованность его широкого использования, так как породы животных скорее соответствуют сортам-популяциям перекрестноопылителей. Породы являются сложными полигетерозиготными комплексами, генотипы внутри которых приведены в определенную систему. Поэтому основной тип скрещиваний -- аутбридинг, хотя в селекции используется и инбридинг -- родственное скрещивание между братьями и сестрами или между родителями и потомством. Так как инбридинг ведет к гомозиготности, то он ослабляет животных, снижает их устойчивость к условиям среды, повышает заболеваемость. Тем не менее, при выведении новых пород зачастую возникает необходимость в инбридинге с целью закрепления в породе характерных хозяйственно ценных признаков, предотвращения их «растворения», сглаживания в неродственных скрещиваниях. Иногда его практикуют даже в течение нескольких поколений с целью получения в чистом виде какого-то важного признака, а затем обязательно используют аутбридинг и выводят гетерозисное потомство. Неродственное скрещивание в пределах породы и даже между породами ведет к поддержанию и усилению ценных качеств породы, если такое скрещивание сопровождается отбором характерных признаков.

Хорошим примером межпородного скрещивания может служить выведенная академиком М. Ф. Ивановым высокопродуктивная порода свиней белая степная украинская от скрещивания местных беспородных украинских свиней с высокопродуктивными белыми английскими (на первом этапе). Затем применялось повторное межпородное скрещивание, несколько поколений инбридинга, давшего начало нескольким отобранным чистым линиям, которые были скрещены между собой. Таким образом, уделяя должное внимание подбору исходных производителей, их качеству, комбинируя аутбридинг, инбридинг и используя жесткий отбор потомства по необходимым признакам, селекционер реализует свою идею, свои планы, свое представление о породе.

Основными методами анализа наследственных хозяйственно ценных признаков у животных производителей являются анализ экстерьера и оценка по потомству. Для выведения новой породы животных, обладающей комплексом ценных признаков в соответствии с планом селекционера и требованиями производства, большое значение имеют правильный подбор и оценка качества исходных производителей. Оценку производят в первую очередь по экстерьеру, т. е. фенотипу. Под экстерьером понимают всю совокупность наружных форм и признаков животных, включая их телосложение, соотношение частей тела животного и даже масти и наличия для каждой породы своей экстерьерной «метки». При этом для опытного селекционера несущественные признаки интереса не представляют, им выбираются главные. Но в то же время, исследовав коррелятивные связи между признаками, можно по чисто внешним несущественным фенотипическим проявлениям проследить за наследованием трудно контролируемых, связанных с ними хозяйственно ценных признаков.

Так как подбор производителей в некотором смысле является решающим фактором, то во избежание ошибок селекционерами часто используется как бы «пристрелочный» предварительный эксперимент, суть которого состоит в оценке производителей по потомству, что особенно важно при оценке признаков, не проявляющихся у самцов. Для оценки проводится скрещивание производителей-самцов с несколькими самками, определяются продуктивность и другие качества потомства. Чтобы оценить качество наследственности, например быков-производителей по жирномолочности, петухов по яйценоскости и т. д., признаки полученного потомства сравниваются со средне-породными и материнскими признаками.

Отдаленная гибридизация домашних животных менее продуктивна, чем у растений, так как преодолеть стерильность отдаленных гибридов невозможно, если она проявляется. Правда, в некоторых случаях отдаленная гибридизация видов с родственными хромосомными наборами не приводит к нарушению мейоза, а ведет к нормальному слиянию гамет и развитию зародыша у отдаленных гибридов, что позволило получить некоторые ценные породы, сочетающие полезные признаки обоих использованных в гибридизации видов. Например, получены породы тонкорунных архаромериносов, которые, как и архары, могут использовать высокогорные пастбища, недоступные для тонкорунных мериносов. Успешно завершились попытки улучшить породы местного крупного рогатого скота скрещиванием его с зебу и яками.

Следует отметить, что не всегда необходимо добиваться плодовитого потомства от отдаленной гибридизации. Иногда полезны и стерильные гибриды, как, например, веками использующиеся мулы -- стерильные гибриды лошади и осла, отличающиеся выносливостью и долговечностью.

Селекция микроорганизмов, методы

К микроорганизмам относятся, прежде всего, прокариоты (бактерии, актиномицеты, микоплазмы и др.) и одноклеточные эукариоты -- простейшие, дрожжи и др. Из более 100 тыс. видов, известных в природе микроорганизмов, в хозяйственной деятельности человека используется уже несколько сотен, и число это растет. Качественный скачок в их использовании произошел в последние 20-30 лет, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов, происходящих в клетках микроорганизмов.

Микроорганизмы играют исключительно важную роль в биосфере и в жизни человека. Многие из них продуцируют десятки видов органических веществ -- аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, Сахаров и т. п., широко используемых в разных областях промышленности и медицины. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, некоторых органических кислот, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.

Микробиологическая промышленность предъявляет к продуцентам различных соединений жесткие требования, которые важны для технологии производства: ускоренный рост, использование для жизнедеятельности дешевых субстратов и устойчивость к заражению микроорганизмами. Научная основа этой промышленности -- умение создавать микроорганизмы с новыми, заранее определенными генетическими свойствами и умение использовать их в промышленных масштабах.

Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей:

у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы -- за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных средах можно вырастить миллиарды клеток;

более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации уже в первом поколении;

организация генома бактерий более проста: меньше генов в геноме, менее сложна и генетическая регуляция взаимодействия генов.

Эти особенности накладывают свой отпечаток на методы селекции микроорганизмов, которые во многом существенно отличаются от методов селекции растений и животных. Например, в селекции микроорганизмов обычно используются их естественные способности синтезировать какие-либо полезные для человека соединения (аминокислоты, витамины, ферменты и др.). В случае использования методов генной инженерии можно заставить бактерии и другие микроорганизмы продуцировать те соединения, синтез которых в естественных природных условиях им никогда не был присущ (например, гормоны человека и животных, биологически активные соединения).

Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью тех веществ, которые интересуют селекционера. Для использования в микробиологической промышленности нужны высокопродуктивные штаммы, которые создают различными методами селекции, в том числе отбором среди природных микроорганизмов.

Отбору высокопродуктивных штаммов предшествует целенаправленная работа селекционера с генетическим материалом исходных микроорганизмов. В частности, широко используют различные способы рекомбинирования генов: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) позволила создать штамм, способный утилизировать углеводороды нефти. Часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую, посредством бактериофагов), трансформации (перенос ДНК, изолированной из одних клеток, в другие) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена).

Так, у многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков или их регуляторы находятся в плазмиде, а не в основной хромосоме. Поэтому увеличение путем амплификации числа этих плазмид позволяет существенно повысить производства антибиотиков.

Важнейшим этапом в селекционной работе является индуцирование мутаций. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания исходного материала в селекции. Вероятность (частота) возникновения мутаций у микроорганизмов (10-10 -- 10-6) ниже, чем у всех других организмов (10-6 --10-4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у растений и животных, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто и быстро.

Для выделения мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают исходные родительские особи дикого типа. Проводится так же отбор по окраске и форме колоний, скорости роста мутантов и диких форм и т.д.

Отбор по продуктивности (например, продуцентов антибиотиков) осуществляется по степени антагонизма и угнетения роста чувствительного штамма. Для этого штамм-продуцент высевается на «газон» чувствительной культуры. По размеру пятна, где отсутствует рост чувствительного штамма вокруг колонии штамма-продуцента, судят о степени активности (в данном случае антибиотической). Для размножения, естественно, отбираются наиболее продуктивные колонии. В результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни -- тысячи раз. Например, комбинируя мутагенез и отбор в работе с грибом Penicillium, выход антибиотика пенициллина увеличили примерно в 10 тыс. раз по сравнению с исходным диким штаммом.

Роль микроорганизмов в микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и других областях трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов используют отходы промышленного производства, нефтепродукты и тем самым производят их разрушение, предохраняя от загрязнения окружающую среду.

5.Биотехнология, генетическая и клеточная инженерия

Биотехнология -- это сознательное производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов и биологических процессов.

С незапамятных времен биотехнология применялась преимущественно в пищевой и легкой промышленности: в виноделии, хлебопечении, сбраживании молочных продуктов, при обработке льна и кож, основанных на применении микроорганизмов. В последние десятилетия возможности биотехнологии необычайно расширились. Это связано с тем, что ее методы выгоднее Обычных по той простой причине, что в живых организмах биохимические реакции, катализируемые ферментами, идут при оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны, экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду.

Объектами биотехнологии являются многочисленные представители групп живых организмов -- микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие, дрожжевые грибы), растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные компоненты (органеллы) и даже ферменты. Биотехнология базируется на протекающих в живых системах физиолого-биохимических процессах, в результате которых осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки.

Главным направлением биотехнологии является производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эукариотических клеток биологически активных соединений (ферменты, витамины, гормоны), лекарственных препаратов (антибиотики, вакцины, сыворотки, высокоспецифичные антитела и др.), а также ценных соединений (кормовые добавки, например, незаменимые аминокислоты, кормовые белки и т. д.). Методы генетической инженерии позволили осуществить синтез в промышленных количествах таких гормонов, как инсулин и соматотропин (гормон роста), которые необходимы для лечения генетических болезней человека.

Одним из важнейших направлений современной биотехнологии является также использование биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязненной почвы и т. п.).

Так, для извлечения металлов из сточных вод могут широко использоваться штаммы бактерий, способные накапливать уран, медь, кобальт. Другие бактерии родов Rhodococcus и Nocardia с успехом применяют для эмульгирования и сорбции углеводородов нефти из водной среды. Они способны разделять водную и нефтяную фазы, концентрировать нефть, очищать сточные воды от примесей нефти. Ассимилируя углеводороды нефти, такие микроорганизмы преобразуют их в белки, витамины из группы В и каротины.

Некоторые из штаммов галобактерий с успехом применяют для удаления мазута с песчаных пляжей. Получены также генно-инженерные штаммы, способные расщеплять октан, камфару, нафталин, ксилол, эффективно утилизировать сырую нефть.

Большое значение имеет использование методов биотехнологии для защиты растений от вредителей и болезней.

Биотехнология проникает в тяжелую промышленность, где микроорганизмы используются для добычи, превращения и переработки природных ископаемых. Уже в древности первые металлурги получали железо из болотных руд, производимых железобактериями, которые способны концентрировать железо. Теперь разработаны способы бактериальной концентрации ряда других денных металлов: марганца, цинка, меди, хрома и др. Эти методы используются для разработки отвалов старых рудников и бедных месторождений, где традиционные методы добычи экономически невыгодны.

Генетическая инженерия -- один из важнейших методов биотехнологии. Она предполагает целенаправленное искусственное создание определенных комбинаций генетического материала, способных нормально функционировать в клетке, т. е. размножаться и контролировать синтез конечных продуктов. Можно выделить несколько разновидностей метода генетической инженерии в зависимости от уровня и особенностей его использования.

Генетическая инженерия используется в основном на прокариотах и микроорганизмах, хотя в последнее время начала применяться и на высших эукариотах (например, на растениях). Этот метод включает выделение из клеток отдельных генов или синтез генов вне клеток (например, на основе матричной РНК, синтезированной данным геном), направленную перестройку, копирование и размножение выделенных или синтезированных генов (клонирование генов), а также их перенос и включение в подлежащий изменению геном. Таким путем можно добиться включения в клетки бактерий «чужих» генов и синтеза бактериями важных для человека соединений. Благодаря этому в геном кишечной палочки удалось ввести ген синтеза инсулина из генома человека. Инсулин, синтезированный бактериями, используется для лечения больных сахарным диабетом.

Развитие генетической инженерии стало возможным благодаря открытию двух ферментов -- рестриктаз, разрезающих молекулу ДНК в строго определенных участках, и лигаз, сшивающих кусочки различных молекул ДНК друг с другом. Кроме того, в основе генетической инженерии лежит открытие векторов, которые представляют собой короткие, самостоятельно размножающиеся в клетках бактерий кольцевые молекулы ДНК. С помощью рестриктаз и лигаз в векторы и встраивают необходимый ген, добиваясь впоследствии его включения в геном клетки-хозяина.

Клеточная инженерия -- это метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. Она базируется на использовании методов культуры клеток и тканей. Выделяются два направления клеточной инженерии: 1) использование клеток, переведенных в культуру, для синтеза различных полезных для человека соединений; 2) применение культивируемых клеток для получения из них растений-регенерантов.

Растительные клетки в культуре -- это важный источник ценнейших природных веществ, так как они сохраняют способность синтезировать свойственные им вещества: алкалоиды, эфирные масла, смолы, биологически активные соединения. Так, переведенные в культуру клетки женьшеня продолжают синтезировать, как и в составе целостного растения, ценное лекарственное сырье. Причем, в культуре с клетками и их геномами можно проводить любые манипуляции. Используя индуцированный мутагенез, можно повышать продуктивность штаммов культивируемых клеток и проводить их гибридизацию (в том числе и отдаленную) гораздо легче и проще, чем на уровне целостного организма. Кроме этого, с ними, как и с прокариотическими клетками, можно проводить генно-инженерные работы.

Путем гибридизации лимфоцитов (клеток, синтезирующих антитела, но неохотно и недолго растущих в культуре) с опухолевыми клетками, обладающими потенциальным бессмертием и способными к неограниченному росту в искусственной среде, решена одна из важнейших задач биотехнологии на современном этапе -- получены клетки гибридомы, способные к бесконечному синтезу высокоспецифических антител определенного типа.

Таким образом, клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса, гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты разных клеток (ядра, митохондрии, пластиды, цитоплазму, хромосомы и т. д.), клетки различных видов, относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Это облегчает решение многих теоретических проблем и имеет практическое значение.

Клеточная инженерия широко используется в селекции растений. Выведены гибриды томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта, обладающие полезными свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям среды и болезням. Этот метод широко используется и для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями. Из их ростков в культуре выделяют несколько верхушечных клеток, еще не пораженных вирусом, и добиваются регенерации из них здоровых растений сначала в пробирке, а затем пересаживают в почву и размножают.

Заключение

Для того чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической катастрофе, человечеству необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов. Поэтому не случайно главной задачей селекционеров в наше время стало решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и клеточной инженерии.

Биотехнология решает не только конкретные задачи науки и производства. У нее есть более глобальная методологическая задача -- она расширяет и ускоряет масштабы воздействия человека на живую природу и способствует адаптации живых систем к условиям существования человека, т. е. к ноосфере. Биотехнология, таким образом, выступает в роли мощного фактора антропогенной адаптивной эволюции.

У биотехнологии, генетической и клеточной инженерии многообещающие перспективы. При появлении все новых и новых векторов человек с их помощью будет внедрять нужные гены в клетки растений, животных и человека. Это позволит постепенно избавиться от многих наследственных болезней человека, заставить клетки синтезировать необходимые лекарства и биологически активные соединения, а затем -- непосредственно белки и незаменимые аминокислоты, употребляемые в пищу.

Список литературы

1.Биология. / Н.П.Соколова, И.И.Андреева и др. - М.: Высшая школа, 1987. 304с.

2.Колесников С.И. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. - 384с.

3.Лемеза Н.А., Камлюк Л.В., Лисов Н.Д. Биология.- М.: Айрис-пресс, 2005. 512с.

4.Петров Б.Ю. Общая биология. - СПб.: Химия, 1999. - 420с

5.Петров К.М. Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. -- СПб: Химия, 1998. - 408с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Селекция как наука о методах создания новых пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Особенности селекции животных на современном этапе, используемые методы и принципы, подходы, инструментарий и назначение.

презентация , добавлен 25.01.2012


Общие сведения и история селекции - науки о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов, с полезными для человека свойствами. Основные принципы селекции животных, ее некоторые особенности.

презентация , добавлен 06.09.2016


Создания и совершенствования сортов культурных растений и пород домашних животных, применение этих методов в растениеводстве (селекция растений) и животноводстве (селекция животных). Сорта растений и породы животных с нужными биологическими свойствами.

презентация , добавлен 25.10.2011


Виды селекции и ее значение. Методы селекции микроорганизмов и животных. Биотехнология, генетическая и клеточная инженерия. Цели и задачи селекции как науки. Процесс одомашнивания новых видов растений и животных для удовлетворения потребностей человека.

курсовая работа , добавлен 10.09.2010


Селекция как наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Центры происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов. Индуцированный мутагенез. Полиплоидия и гибридизация в селекции.

презентация , добавлен 09.12.2011


Наука о выведении новых форм живых организмов и задачи селекции по улучшению качества продукции, сортов и пород. Генетическое разнообразие растений, животных и их географическое распространение, гетерозис и инбридинг, их значение в природе и отборе.

презентация , добавлен 17.09.2012


Селекция как наука об улучшении уже существующих и о выведении новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами, ее цели и задачи, направления развития на сегодня. Сферы использования методов селекции.

презентация , добавлен 18.04.2013


Селекция как наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов, ее цели и задачи, используемые методы и приемы, современные достижения. Понятие и принципы гибридизации. Типы отбора и значение мутогенеза.

презентация , добавлен 15.12.2015


Понятие селекции как эволюции, управляемой человеком. Выведение новых сортов растений и пород животных для человека свойствами как основная задача селекционеров. Методы селекции: отбор, гибридизация, мутагенез. Центры происхождения культурных растений.

презентация , добавлен 23.02.2013


Закономерности наследственности и мутационной изменчивости как основа теории селекции, ее задачи и методы. Выведение новых пород животных, сортов растений, микроорганизмов с учетом законов эволюции, роль внешней среды в развитии и формировании признаков.

Что такое селекция

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

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

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

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

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

Метод вегетативного сближения путем прививок черенков одних сортов на другие;

Использование смеси пыльцы разных форм растений;

Межвидовое скрещивание диких и культурных форм.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Э. Феофилов , заслуженный агроном России

(Из еженедельной газеты "Садовод")