Получение высокоурожайных сортов растений

Обновлено: 19.09.2024

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

Методы и направления селекции

Теоретической основой селекции является генетика. Породой, сортом, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и характеризующуюся определенными наследственными особенностями. Все особи внутри сорта, породы, штаммы имеют сходную наследственную организацию, внешние признаки и однотипную реакцию на влияние факторов внешней среды. Например, молочные породы крупного рогатого скота отличаются величиной удоя, процентом жирности и содержанием белка в молоке.

Основными задачами современной селекции являются:

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

Для успешной селекционной работы необходимо:

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

Успех селекционной работы во многом зависит от генетического разнообразия исходной группы растений и животных. Генофонд существующих пород животных и сортов растений ограничен по сравнению с генофондом исходного дикого вида. С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н.И. Вавилов провел многочисленные экспедиции в разные уголки земного шара. В результате работы этих экспедиций был собран огромный семенной материал, используемый в селекционной работе, и выделены центры происхождения культурных растений. Их семь:

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

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

Селекция растений

Основными методами селекции растений являются гибридизация и искусственный отбор.

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

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

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

Если скрестить разные чистые линии между собой (межлинейная гибридизация)‚ то наблюдается явление гетерозиса – повышенная жизнеспособность и плодовитость в первом поколении гибридов, которая постепенно снижается. Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. Межлинейная гибридизация позволяет повысить урожайность семян кукурузы на 20 — 30%. Явление гетерозиса у растений можно закрепить при вегетативном размножении (клубнями, черенками, луковицами и т.д.).

После получения гибридов производится искусственный отбор. Отбор заключается в сохранении для размножения растений с желаемой комбинацией признаков. При массовом отборе выделяют группу особей с нужными признаками и получают потомство. При повторных посевах отбор приходится повторять, так как особи могут в дальнейшем давать расщепление. Индивидуальный отбор проводят путем выращивания потомков одной особи. При таком отборе результат достигается быстрее, но потомков получается значительно меньше. Индивидуальный отбор чаще проводят среди самоопыляющихся растений и получают чистые линии, которые дают ценный исходный материал для дальнейшей селекции.

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

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

Выведение новых высокоурожайных сортов растений позволяет резко интенсифицировать сельскохозяйственное производство и обеспечить население продовольствием. Творческое использование всех методов селекционной работы приводит к большим успехам. Озимая пшеница Безостая 1, созданная академиком П.П. Лукьяненко, имеет высокую урожайность и отличные мукомольные качества. Урожайность новых сортов пшениц (Аврора, Кавказ) достигают 100 ц/га. Академиком Н.В. Цициным получен ценный гибрид пшеницы и ржи – тритикале, который сочетает качества пшеницы (высокие мукомольные качества) и ржи (способность расти на бедных почвах). Коллектив селекционеров, возглавляемый академиком В.С. Пустовойтом, добился увеличения содержания масла в семенах подсолнечника на 20%. За последние годы благодаря созданию новых полиплоидных сортов (А.Н. Лутков, В.П. Зосимович) резко повысилась сахаристость и урожайность сахарной свеклы.

Селекция животных

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

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

При селекционной работе с животными важное значение имеет учет экстерьерных признаков. Экстерьер – это совокупность наружных форм животных, их телосложение и соотношение частей тела. Разные породы животных неодинаково реагируют на изменения внешних условий. Так, у мясных пород крупного рогатого скота улучшение питания прежде всего сказывается на увеличении массы тела, а у молочных – на повышении удоев. Началом селекционной работы является подбор родительских пар исходя из поставленной задачи. В подборе производителей важно учитывать их родословные, в которых должны быть отмечены экстерьерные особенности и продуктивность, в течение ряда поколений.

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

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

Инбридинг – скрещивание особей одного поколения или родителей и потомков – применяется для перевода большинства генов в гомозиготное состояние. Происходит закрепление хозяйственно ценных признаков, однако при этом часто наблюдается ослабление животных, уменьшение их устойчивости к воздействию факторов среды. Чтобы этого избежать, проводят строгий отбор особей. При селекционной работе инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения пореды. За ним следует скрещивание разных линий, что переводит большинство генов в гетерозиготное состояние, при котором проявляется гетерозис (бройлерные цыплята).

В селекции домашних животных для определения наследственных свойств самцов по признакам, которые у них не проявляются, например по количеству молока и жирномолочности у быков или яйценоскости у петухов, используется метод определения качества производителей по потомству. От производителя получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей выше, чем матерей, то это говорит о большой ценности производителя и его используют для дальнейшего улучшения породы. От хорошего самца можно получить большое потомство с помощью искусственного осеменения. В последнее время эмбрионы ценных пород крупного рогатого скота получают в пробирке или проводят клонирование, а затем полученные эмбрионы вводят в матку беспородных животных для дальнейшего развития. Эти методы позволяют значительно ускорить селекционную работу.

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

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

Селекция микроорганизмов

Микроорганизмы способны производить жизненно важные продукты, но природные штаммы их в основном низкопродуктивны. Поэтому в микробиологической промышленности применяют селекционные методы: индуцированный‚ мутагенез и искусственный отбор. Для получения мутаций используют ионизирующие излучения и химические мутагены. Применение мутагенных факторов и целенаправленного отбора позволило повысить продуктивность штаммов в сотни и тысячи раз.

Микроорганизмы отличаются характерными особенностями, важными для производства и селекции:

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

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

Особенно интенсивно начала развиваться микробиологическая промышленность с семидесятых годов ХХ века. В качестве питательной среды для бактерий начали использоваться непищевые продукты: жидкие парафины нефти, синтетические спирты, отходы деревообрабатывающей промышленности и др. Получаемые таким путем белково-витаминные препараты позволяют решить проблему нехватки кормового белка и повысить продуктивность животноводства. Кроме того, микробиологическая промышленность производит ферменты, антибиотики, гормоны, аминокислоты и другие лечебные препараты, необходимые человеку.

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

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

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

Генная инженерия позволяет конструировать и эукариотические клетки с новой генетической программой. В последнее время получают гибриды соматических клеток разных видов и даже животных и растений. Получены гибриды лимфоцитов с опухолевыми клетками (гибридомы), способные к длительному синтезу антител определенного типа. Созданы растения, способные усваивать атмосферный азот, что в будущем не только обогатит растительную пищу белками, но сделает ненужным применение азотных удобрений.

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

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

Это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика.

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.

Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала. Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры.

Центры происхождения культурных растений, выявленные Н.И. Вавиловым

Центры происхождения Местоположение Культивируемые растения
1. Южноазиатский тропический Тропическая Индия, Индокитай, о-ва Юго-Восточной Азии Рис, сахарный тростник, цитрусовые, баклажаны и др. (50% культурных растений)
2. Восточноазиатский Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня и др. (20% культурных растений)
3. Юго-Западноазиатский Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, чеснок, виноград и др. (14% культурных растений)
4. Средиземноморский Страны по берегам Средиземного моря Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер (11% культурных растений)
5. Абиссинский Абиссинское нагорье Африки Твердая пшеница, ячмень, бананы, кофейное дерево, сорго
6. Центральноамериканский Южная Мексика Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник
7. Южноамериканский Западное побережье Южной Америки Картофель, ананас, хинное дерево

Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор

Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

Индивидуальный отбор

Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.

Естественный отбор

Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

Инбридинг (инцухт)

В центре гете­розис­ная куку­руза, слева и справа роди­тель­ские особи.

Р ♀ AAbbCCdd × ♂ aaBBccDD
F1 AaBbCcDd

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Растения диплоид­ной (2n = 16) и тетра­плоидной (2n = 32) гре­чихи.

Аа × Аа
АА 2 Аа аа

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.

Отдаленная гибридизация

Восстановление плодови­тости капустно-­редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-­редечный гибрид.

Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.

Использование соматических мутаций

Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

Экспериментальный мутагенез

Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Селекция, её задачи и основные направления. Методы достижения селекции

Селекция – это наука о создании новых и улучшении уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами.

Сорта, породы и штаммы представляют собой созданные человеком совокупности организмов одного вида, имеющих определённые наследственно закреплённые признаки и свойства, а также однотипную реакцию на действие факторов окружающей среды. Понятие "сорт" применяется к растениям, "порода" – к животным, "штамм" – к микроорганизмам.

Основными направлениями современной селекции являются :

● получение высокоурожайных сортов растений, высокопродуктивных пород животных и штаммов микроорганизмов;

● повышение качества продукции (например, вкуса, внешнего вида, способности к длительному хранению, содержания белков, углеводов, витаминов и др.);

● совершенствование физиологических свойств растений, животных и микроорганизмов (например, скороспелости, устойчивости к болезням, вредителям, неблагоприятным условиям среды и т.д.);

Отбор исходного материала играет важную роль в селекции. Успех работы селекционера во многом зависит от правильности выбора исходных видов, сортов, пород или штаммов. Поиск нужных форм ведётся в определённой последовательности, с учётом всего мирового генофонда. Прежде всего используются местные формы с нужными признаками и свойствами, затем при необходимости привлекаются и адаптируются формы, обитающие в других странах или климатических зонах и, наконец, идут в дело самые современные методы селекционной работы.

Для использования в селекции различного исходного материала (редких диких форм, сортов, изъятых из производства, и т.д.) создаются специализированные генетические банки данных. Примером такого банка является коллекция Всероссийского института растениеводства имени Н.И. Вавилова. В настоящее время она насчитывает более 213 000 образцов культурных растений и их диких сородичей, которые широко используются селекционерами разных стран в качестве исходного материала для создания новых сортов зерновых, плодовых, овощных, технических, лекарственных и других культур. Определяющая роль в решении практически всех задач селекции принадлежит генетике. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, микробиологии, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Широкое использование методов биотехнологии позволило значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу.

Известно, что у растений с увеличением набора хромосом возрастают размеры и урожайность. Например, урожай тетраплоидной твёрдой пшеницы значительно превосходит урожай диплоидной пшеницы-однозернянки. Почему же в последнее время триплоидные арбузы и виноград пользуются бóльшим спросом, чем тетраплоидные, в то время как с 3n и 4n формами подсолнечника и фасоли ситуация полностью противоположная?

У организмов с нечётными наборами хромосом (3n, 5n, 7n и т.д.) в результате мейоза, как правило, образуются гаметы, не способные к оплодотворению. Например, диплоидный набор арбуза представлен 22 хромосомами. У триплоидного арбуза (3n = 33) в первом делении мейоза образуются не биваленты, а триваленты, при расхождении которых в анафазе две хромосомы могут отойти к одному полюсу, а третья – к противоположному. В результате образуются гаметы с числом хромосом от 11 до 22, из них фертильными являются только два типа гамет – с 11 и с 22 хромосомами. Вероятность образования таких гамет составляет менее 0,1%. Все остальные гаметы (с промежуточным числом хромосом) являются стерильными.

Таким образом, триплоидные растения в большинстве случаев являются стерильными, а поэтому бессемянными. Плоды у таких растений могут развиваться партенокарпически, в силу стимуляции веществами, привносимыми пыльцой, попадающей на рыльце пестика. У тетраплоидных растений, напротив, семена очень крупные.

Триплоидные арбузы и виноград пользуются большим спросом, т.к. их плоды не содержат семян. Подсолнечник и фасоль, наоборот, выращивают с целью получения семян, поэтому выгодно использовать тетраплоидные формы этих растений.

Создание новых сортов и пород животных основывается на отборе.

Искусственный отбор – это выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении животных, растений и микроорганизмов для дальнейшего получения от них потомства с желаемыми признаками и свойствами. Различают два основных вида отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор – это выделение группы особей, сходных по одному или нескольким желаемым признакам (т.е. отбор по фенотипу), без проверки их генотипа. Например, из тысяч растений пшеницы того или иного сорта для дальнейшего размножения оставляют только те растения, которые отличаются устойчивостью к полеганию и имеют крупный колос. В последующих поколениях снова отбирают растения с нужными качествами. Основными достоинствами данного метода являются его простота, экономичность и возможность сравнительно быстрого улучшения местных сортов и пород. Недостаток состоит в невозможности индивидуальной оценки потомства, в силу чего результаты отбора неустойчивы (в потомстве может наблюдаться расщепление, а значит, не все особи унаследуют ценные признаки).

При индивидуальном отборе (по генотипу) получают и оценивают потомство каждого отдельного организма в ряду поколений при обязательном контроле наследования интересующих селекционера признаков. На последующих этапах отбора используют только те особи, которые дали наибольшее число потомков с высокими показателями. Данная форма отбора характеризуется устойчивыми результатами (итоги последующих скрещиваний в большей степени предсказуемы, в потомстве, как правило, не наблюдается расщепления по хозяйственно ценным признакам). Однако, в отличие от массового отбора, индивидуальный требует бóльших затрат времени и средств.

В каких отраслях селекции широко используется мутагенез?

Индуцированный мутагенез широко используется в селекции микроорганизмов, а также применяется в селекции растений.

3. С чем связана инбредная депрессия? Чем обусловлен эффект гетерозиса?

Инбредная депрессия – это снижение жизнеспособности и продуктивности потомства при инбридинге. Причиной инбредной депрессии является переход вредных рецессивных мутаций в гомозиготное состояние.

Гетерозис (гибридная мощность) – это повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов по сравнению с родительскими формами. Гетерозис наблюдается при аутбридинге и отдалённой гибридизации. Этот эффект обусловлен возрастанием степени гетерозиготности потомков в сравнении с родительскими формами, из-за чего вредные рецессивные мутации не проявляются фенотипически.

4. В чём заключается принципиальное отличие метода отдалённой гибридизации и аутбридинга?

Отдалённая гибридизация – это скрещивание организмов, принадлежащих к разным видам (и даже родам). Аутбридинг – это скрещивание организмов, принадлежащих к одному виду, но к разным породам или сортам. Таким образом, отдалённая гибридизация представляет собой межвидовое скрещивание, а аутбридинг является разновидностью внутривидового скрещивания.

5. Что такое автополиплоидия? Что такое аллоплоидия? Почему использование метода аллоплоидии позволяет преодолеть бесплодие межвидовых гибридов?

Автополиплоидия – кратное увеличение набора хромосом у определённого вида живых организмов. Этот метод широко применяется в селекции растений и позволяет получать полиплоидные формы (4n, 6n, 8n и т.п.).

Аллоплоидия – кратное увеличение набора хромосом у межвидовых и межродовых гибридов. Стерильность межвидовых гибридов обусловлена тем, что их хромосомный набор представлен различными хромосомами, которые в мейозе не образуют пары (не конъюгируют). В результате аллоплоидии все хромосомы межвидовых гибридов становятся парными и могут конъюгировать в мейозе, что в итоге приводит к образованию гамет.

6. В чём заключаются особенности селекционной работы с микроорганизмами?

Селекция микроорганизмов имеет ряд специфических особенностей. У микроорганизмов, как правило, меньше генов, чем у животных и растений, более простыми являются механизмы регуляции генной активности. Кроме того, у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы: за считанные дни на питательных средах можно вырастить миллиарды клеток. В селекции микроорганизмов широко применяется мутагенез, а поскольку большинство микроорганизмов гаплоидны, мутантные формы можно выявить уже в первом поколении. Кроме того, используется комбинирование генов путём конъюгации – обмена генетическим материалом между бактериальными клетками.

7. Приведите примеры наиболее значимых достижений белорусских селекционеров.

Начиная с 20-х гг. ХХ века белорусскими селекционерами создано более 100 сортов картофеля. Развивая разработки академика П. И. Альсмика, основоположника научной селекции картофеля в Беларуси, наши учёные успешно создают новые высокопродуктивные сорта (Блакит, Зорачка, Магнат и др.). Многие сорта картофеля белорусской селекции внесены в государственные реестры России, Армении, Молдовы, Китая и других стран.

Широкую популярность в республике и соседних странах получили белорусские сорта ягодных и плодовых культур. Среди них сорта чёрной смородины (Белорусская сладкая, Кантата, Памяти Вавилова и др.) и яблонь (Антей, Белорусская малиновая и др.).

Достигнуты значительные успехи в создании новых и улучшении уже существующих пород животных. В результате длительной и целенаправленной работы отечественными селекционерами выведена белорусская чёрно-пестрая порода крупного рогатого скота, обеспечивающая в хороших условиях кормления и содержания высокие удои молока с заданной жирностью и содержанием белка.

Специалистами селекционного центра БелНИИ животноводства созданы белорусская чёрно-пестрая и белорусская мясная породы свиней. Эти породы отличаются тем, что животные достигают массы 100 кг за короткий период, а приплод составляет по 10–12 поросят за опорос.

Это семена, полученные в результате аутбридинга. Следовательно, из них будут развиваться гибриды первого поколения, обладающие выраженным эффектом гетерозиса. Как известно, в последующих поколениях (F 2 , F 3 и т.д.) эффект гетерозиса ослабевает и исчезает.

Ударный объём крови у человека равен 70 мл, а длительность сердечного цикла составляет 0,75 с. Рассчитайте величину минутного объёма крови (в мл). Ответ запишите в виде числа, единицы измерения не указывайте.

Извините, не могу понять.

Длительность сердечного цикла составляет 0,75 с.

Следовательно, частота сердечных сокращений (ЧСС) = 60 с : 0,75 с = 80 сокращений в минуту.

Успешность селекционной работы во многом зависит от генетического разнообразия исходного материала. На эту особенность указывал еще выдающийся генетик и селекционер Николай Иванович Вавилов. Благодаря Вавилову была собрана коллекция из более чем 160 тысяч образцов разных видов и сортов растений, которая сейчас хранится во Всесоюзном институте растениеводства. Эта коллекция постоянно пополняется и в настоящее время насчитывает более 320 тысяч образцов.

Текст «Николай Иванович Вавилов


Проанализировав образцы культурных растений и их диких предков и сородичей, которые были собраны в ходе экспедиций, Вавилов смог установить закономерности географического распределения разновидностей и форм культурных растений, открыл центры древнего земледелия – места окультуривания диких видов растений. Вавиловым были выделены следующие центры происхождения культурных растений: Восточноазиатский – родина сои, гречихи, проса, многих овощных и плодовых культур; Южноазиатский тропический – родина цитрусовых, сахарного тростника, риса, а также многих овощных культур; Юго-Западноазиатский – родина бобовых, пшеницы, ржи, моркови, винограда; Переднеазиатский – родина многих злаковых (пшеница, ячмень, овес); Среднеземноморский – родина капусты, маслин, свеклы; Абиссинский – родина твердой пшеницы, бананов, кофе, сорго; Центральноамериканский – родина кукурузы, какао, табака, хлопчатника, тыквы; Южноамериканский – родина картофеля, ананаса. В дальнейшем были установлены еще четыре центра: Австралийский, Африканский, Европейско-Сибирский, Североамериканский.


К основным методам, используемым в селекции растений, относятся инбридинг, полиплоидия, искусственный мутагенез, отдаленная гибридизация и другие методы.


В селекции растений применяют как массовый, так и индивидуальный отборы, которые позволяют выделить из имеющейся популяции растения с необходимыми признаками. В таком случае не создают ничего нового, а используют то, что уже есть.

Для создания чего-то нового с определенными характеристиками в селекции растений используют гибридизацию с последующим отбором. Таким образом были получены некоторые сорта пшеницы, ржи, подсолнечника, многих овощных и плодовых культур.

Методом гибридизации географически отдаленных форм растений ученым-селекционером Иваном Владимировичем Мичуриным было выведено более 300 новых сортов плодовых растений. Методики Мичурина успешно используются и в наше время.

Рисунок «Иван Владимирович Мичурин

Эффект гетерозиса также активно применяется в селекционной практике. Для этого выводят несколько отличных друг от друга чистых линий с последующим межлинейным скрещиванием, по результатам проявления эффекта гетерозиса производят отбор линий для получения гибридных семян. Таким образом получают высокоурожайные гибриды кукурузы, томатов, огурцов и некоторых других культур.

Естественный мутагенез, выливающийся в полиплоидию – кратное увеличение числа хромосом, давно использовался в выведении сортов овса, картофеля, пшеницы, плодовых, декоративных и других культур. Сейчас полиплоиды выводят искусственным мутагенезом, действуя на растения различными мутагенами, которые способствуют разрушению веретена деления клетки. Зачастую полученные полиплоиды бесполезны, однако выходят и растения с ценными качествами. Этим методом были получены некоторые сорта ржи, гречихи, сахарной свеклы, фасоли.

С помощью отдаленной гибридизации можно получать растения, сочетающие в себе признаки разных видов или даже родов. Но это довольно проблемный метод ввиду нескрещиваемости родителей и бесплодия гибридов. Бесплодие потомков обусловлено различием в хромосомах, которые в ходе мейоза не могут конъюгировать между собой.

Генетиком Георгием Дмитриевичем Карпеченко был найден выход из данной ситуации, он предложил использовать метод полиплоидии для устранения бесплодия гибридов. Сочетанием отдаленной гибридизации с последующей полиплоидией академиком Николаем Васильевичем Цициным и его сотрудниками были получены многолетние пшенично- пырейные гибриды, в том числе сорт тритикале, который сочетает в себе ценные качества пшеницы и ржи. Также таким образом были выведены новые сорта картофеля, табака и многие другие культуры.

С помощью отдаленной гибридизации с последующим радиационным мутагенезом были получены новые сорта хлопчатника. Химическим мутагенезом получили большое количество перспективных сортов кукурузы, пшеницы, овса, риса, подсолнечника.

Текст «С помощью отдаленной гибридизации с последующим радиационным мутагенезом были получены новые сорта хлопчатника.

В последнее время в селекции набирают обороты методы клеточной инженерии. Ее методами уже выведено много сортов овощных, плодовых и декоративных культур.

Для быстрого размножения новых сортов используют метод вегетативного размножения - культуру тканей.

Разработка и усовершенствование методов селекции растений играет важную роль в жизни человечества, так как от этого зависит продовольственное обеспечение населения.

Читайте также: