Скрещивание растений чистых линий между собой и учет

Обновлено: 08.07.2024

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.

Задания Д8 № 8216

Какое явление наблюдается при скрещивании двух чистых линий между собой и получения в результате высокоурожайного гибрида?

Гетерозис - превосходство детей над родителями по продуктивности, плодовитости, жизнеспособности. Проявляется только в F₁. Гетерозис получается при спаривании гомозиготных (чистых линий), разных по генотипу родителей, чтобы у детей возросла гетерозиготность. В основе гетерозиса лежит резкое повышение гетерозиготности у гибридов первого поколения и превосходство гетерозигот по определённым генам над соответствующими гомозиготами.

как отличить в этом вопросе правильный ответ 2 от ответа 4?

Отдаленная гибридизация — это процесс, а гетерозис — один из вариантов результата экого процесса.

Селекция — это наука о методах создания новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

повышение продуктивности организмов;
улучшение качества продукции (вкуса, внешнего вида, химического состава);
улучшение хозяйственно важных физиологических свойств (устойчивости к болезням и вредителям, отзывчивости на удобрения или корм).

Сорт , порода , штамм — это искусственно созданная устойчивая группа (популяция) живых организмов, имеющая определённые наследственные особенности. 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.

Все особи такой группы имеют сходные морфологические и физиологические признаки, однотипную реакцию на изменение факторов внешней среды, определённый уровень продуктивности.

1 . Искусственный отбор используется для сохранения и размножения особей с желаемой комбинацией признаков. Различают массовый и индивидуальный отбор.

При массовом отборе одновременно отбирают большое число особей с нужным признаком, остальные выбраковывают. Это отбор по фенотипу, он не даёт генетически однородного материала. Повторяется многократно.

При индивидуальном отборе (по генотипу) выделяют одну особь с необходимыми признаками и получают от неё потомство.

2. В селекционной работе используют следующие методы гибридизации : инбридинг, аутбридинг и отдалённую гибридизацию.

При инбридинге скрещиваются потомки с родительскими формами или потомки одних и тех же родителей. Этот тип скрещивания применяют для получения чистых линий , т. е. перевода большинства генов в гомозиготное состояние и закрепления ценных признаков. Нежелательным последствием близкородственного скрещивания является инбредная депрессия — снижение продуктивности и жизнеспособности потомства из-за проявления рецессивных мутаций.

При неродственном скрещивании может наблюдаться эффект гетерозиса ( гибридной силы ) — повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов по сравнению с родительскими формами. Гетерозис проявляется у гибридов первого поколения и обусловлен переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. При этом нежелательные рецессивные мутации становятся скрытыми. При половом размножении в следующих поколениях степень гетерозиготности уменьшается и эффект гибридной силы исчезает. Он может сохраняться только при вегетативном размножении.

Осуществляется с трудом, а полученные гибриды бесплодны из-за затруднения конъюгации хромосом разных видов в профазе I мейоза. Разработаны методы преодоления бесплодия.

3. Искусственный ( индуцированный ) мутагенез используют для увеличения разнообразия исходного материала. Мутагенез вызывают действием мутагенных факторов, например, рентгеновского облучения. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер отбирает организмы с новыми полезными свойствами.

Геномной мутацией является полиплоидия , т. е. кратное увеличение числа хромосомных наборов. Используется в селекции растений. Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные формы культурных растений (пшеницы, картофеля, овощных культур) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды.

Искусственно полиплоидию вызывают обработкой растений колхицином . Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Массовый отбор

Индивидуальный отбор

Естественный отбор

Инбридинг (инцухт)

В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа родительские особи.

Р	♀ AAbbCCdd	×	♂ aaBBccDD
F₁	AaBbCcDd

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

Аа × Аа
АА 2 Аа аа

Отдаленная гибридизация

Использование соматических мутаций

Экспериментальный мутагенез

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

Поиск исходного материала облегчает закон гомологических рядов наследственной изменчивости , открытый Н. И. Вавиловым .

Родственные роды и виды живых организмов характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.

Если известны формы изменчивости одного вида, то можно предположить, что подобные формы будут существовать и у других близкородственных видов.

Н. И. Вавилов установил также семь центров происхождения культурных растений и основал мировую коллекцию семян культурных растений и их диких сородичей.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА: БИОЛОГИЯ
Тема: Основы селекции растений, животных и микроорганизмов.

Ознакомиться с лекционным материалом по теме

Решить задачи:

Задача 1. Гибрид тритикале был получен путем скрещивания тетраплоидной пшеницы (4n) с диплоидной рожью (2n). Определите количество хромосом в генотипе тритикале, если у пшеницы 2n=14 и у ржи 2n=14.

Задача 2 . Определите количество хромосом в клетках аллополиплоида, полученного от скрещивания двух видов табака (2n=48) и (2n=24).

Задача 3. При скрещивании терна (2n=32) с алычой (2n=16) получен межвидовой плодовитый гибрид – домашняя слива. Составьте схему получения культурной сливы и определите количество хромосом в генотипе гибрида.

Амфидиплоид культурной сливы получен путем объединения диплоидного набора хромосом от терна (2n=32) и диплоидного набора хромосом от алычи (2n=16). Необходимо удвоение числа хромосом в обоих наборах для образования жизнеспособных гамет. В результате мейоза сформировались диплоидные гаметы 2n=32 и 2n=16, после слияния которых, получена культурная форма.

Задача 4. В результате многократного скрещивания 42-хромосомной (6n) пшеницы с многолетним сорняком – 14-хромосомным (2n) пыреем селекционеры получали стерильные гибриды. Генетик-селекционер Н.В. Цицин в результате отдаленной гибридизации создал многолетний высокоурожайный (до 70 ц/га), устойчивый к полеганию – пшенично-пырейный гибрид. Объясните стерильность первых гибридов, которые получены после слияния гамет пшеницы и пырея. Объясните также плодовитость пшенично-пырейного гибрида после удвоения хромосом первых гибридов. Сколько пшеничных и пырейных хромосом содержали его гаметы.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

Селекция – наука о методах создания сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. В ее основе лежит правильный выбор материала для селекции, исходных особей, их генетическое разнообразие, гибридизация этих особей.

Академик Н.И. Вавилов выделил 7 центров многообразия и происхождения культурных растений, которые являются материалом для селекции.

Центры происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову:

Южно-азиатский (Индия, Индокитай, Индонезия) – родина риса, манго, баклажан, цитрусовых и др.

Восточно-азиатский (Центральный Китай, Япония, Корея) – просо, соя, гречиха, лук, яблоня, груша, чай и др.

Югозападно-азиатский – (Средняя Азия, Закавказье) — рожь, бобы, горох, морковь и др.

Средиземноморский – маслины, капуста, свекла, овес, укроп, петрушка, тмин и др.

Эфиопский – сорго, твердая пшеница, ячмень, бананы, лен и др.

Центральноамериканский – (Мексика и острова Мексиканского залива) – кукуруза, фасоль, какао, тыква, перец, томат, подсолнечник и др.

Южноамериканский – картофель, табак, арахис, ананас, каучук и др.

Методы селекции

Классические

искусственный отбор – сохранение необходимых человеку организмов и устранение организмов, не отвечающих целям селекции. Искусственный отбор подразделяют на массовый и индивидуальный. Массовый отбор – выделение группы особей. Применяется в ряду поколений. Индивидуальный отбор – выделение отдельных особей. Применяется для животных и самоопыляющихся растений

гибридизация – процесс получение новых генетических комбинаций у потомства для получения новых сочетаний ценных родительских признаков. Гибридизация делится на следующие виды:

б) межлинейная гибридизация

в) отдаленная гибридизация

Инбридинг – близкородственное скрещивание сельскохозяйственных животных, или принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся растений. Применяется в селекции как скрещивание особей одного поколения, родителей и потомков.

Инбридинг у растений – близкородственная гибридизация, которая применяется для получения чистых линий. Например, самоопыление у растений служит для выделения чистых линий:

АА х АА; или аа х аа

Инбридинг у животных – близкородственное скрещивание между братьями, сестрами, родителями и потомством.

Депрессия – ухудшение признаков потомства при инбридинге. Животные и растения при инбридинге несут в гетерозиготном состоянии вредные рецессивные мутации, поэтому при инбридинге, вызывающем появление гомозигот, часто происходит понижение жизнеспособности, урожайности, устойчивости к заболеваниям и т.д.

Межлинейная гибридизация – скрещивание 2 чистых линий и получение явления гетерозиса: АА х аа

Гетерозис – мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании чистых линий, одна из которых гомозиготна по доминантным генам, а вторая – по рецессивным генам. Гетерозис в селекции растений и животных заключается в следующем. При скрещивании пород животных, сортов растений, а также чистых линий между собой гибриды F₁ по ряду признаков и свойств нередко превосходят исходные родительские особи.

Межлинейные гибриды первого поколения оценивают по результату гетерозиса. При этом отбирают линии, имеющие лучшие комбинации, а затем их размножают для получения гибридных семян. Широко используются в практической селекции двойные межлинейные гибриды. Их получают путем скрещивания двух простых гибридов, которые проявляют гетерозис. Хорошие результаты дает скрещивание линий, происходящих из различных сортов.

Пример . Один простой гибрид получен от скрещивания чистых линий двух сортов A х B, а другой – от скрещивания чистых линий других сортов – C х D. Двойной гибрид можно представить, как: (A x B) x (C x D). Для него характерен гетерозис. Такие двойные межлинейные гибриды получены у кукурузы, свеклы, томатов и др. Аналогичным путем получают двойные межлинейные гибриды и у животных. В настоящее время в птицеводстве и свиноводстве широко используются получение чистых линий, происходящих из одной или разных пород. Показателем гетерозиса является то, что полученный межлинейный гибрид превосходит исходные чистые линии, а также сорта или породы, от которых произошли эти чистые линии.

Различают три типа гетерозиса: 1) репродукционный – гибриды отличаются от родительских форм большей плодовитостью; 2) соматический – у гибридов больше масса тела, чем у родителей; 3) адаптационный – гибриды лучше приспособлены к условиям внешней среды, чем родительские формы.

Схематически гетерозис можно представить в следующем виде. Имеются две чистые линии – ааBB и ААbb. При скрещивании этих чистых линий ааВВ х ААbb у гибрида объединяются доминантные аллели обоих генов (АаВb). Все гибриды в F₁ (100 %) проявляют по доминантным генам гетерозис. В F₂ число особей с двумя доминантными генами в гетерозиготном состоянии (АаBb) будет составлять только лишь 4/16 (25%). В последующих поколениях число гетерозигот еще больше сократиться, а число гомозигот увеличится. Поэтому, в последующих поколениях гетерозис затухает.

Отдаленная (межвидовая) гибридизация – скрещивание форм, относящихся к разным видам и родам. При отдаленной гибридизации имеют место комбинации генов и хромосом разных видов, и комбинации даже целых геномов (при получении аллополиплоидов). Отдаленная гибридизация позволяет совмещать у гибридов свойства далеких в систематическом и биологическом отношениях видов. Отдаленная гибридизация протекает с трудом. Ее применяют для получения необычных комбинаций генов. При скрещивании пшеницы и ржи В.Е. Писарев получил гибрид тритикале, а

Н.В. Цицин (1940 г.) получил пшенично-пырейный гибрид на основе отдаленной гибридизации.

При скрещивании лошади и осла (♀ лошадь х ♂ осел) получен высокогетерозисный гибрид – мул (выносливое и сильное животное).

Аутбридинг – неродственное скрещивание между породами, или между сортами. При аутбридинге скрещиваются особи одного вида, не состоящие в непосредственном родстве, или скрещиваются неродственные формы одного вида, не имеющие общих предков. Аутбридинг имеет место у животных и у растений. Аутбридинг у животных делится на следующие виды:

а) внутрипородное скрещивание – скрещиваются чужие особи, самец и самка, из разных семей;

б) межпородное скрещивание – скрещивание между породами, например, при скрещивании разных пород у собак (колли с овчаркой).

Аутбридинг у растений делится на :

а) внутрисортовое скрещивание;

б) межсортовое скрещивание;

в) отдаленная гибридизация.

На основе аутбридинга получают гетерозисные организмы.

Основные методы селекционной работы И.В. Мичурина

Отдаленная гибридизация – скрещивание представителей разных видов, или родов с целью получения сортов с желательными качествами. Например, для выведения межродового гибрида – церападуса пыльца дикого вида, черемухи японской, наносилась на рыльца пестиков культурного вида, вишни идеал (вишня идеал х черемуха японская = церападус). Благодаря гибридизации географически отдаленных диких и культурных форм, получены лежкие, с хорошими вкусовыми качествами сорта, например, культурный межродовой гибрид – яблоня Бере зимняя Мичурина (груша дикая уссурийская х Бере рояль = Бере зимняя Мичурина).

Метод ментора – управление доминированием с помощью прививки, использования подвоя и привоя, передающего свои качества новому сорту.

Подвоем служит культурное растение, а привоем – черенок, или глазок дикого растения. Черенок, или глазок прививается на подвой – растение-воспитатель, обладающее полезными качествами. Например, для выведения сорта яблони Бельфлер-китайка использовались географически отдаленные формы: культурная яблоня Бельфлер желтый, родиной которой является восток Северной Америки и дикий вид – Китайка уссурийская, родиной которой является Дальний Восток. Бельфлер желтый (подвой) х Китайка уссурийская (привой) = Бельфлер-китайка – лежкий, позднеспелый сорт.

Полиплоидия – увеличение числа хромосом в клетке, кратное гаплоидному набору. При полиплоидии возникают триплоидные (3n), тетраплоидные (4n) и т. д. клетки. Использование колхицина позволило получить значительное количество полиплоидов. При этом могут возникать клетки, в которых каждая хромосома представлена трижды (3n – триплоиды), четырежды (4n - тетраплоиды), пять раз (5n – пентаплоиды), 6 раз (6n – гексаплоиды) и т. д. Полиплоидия сопровождается увеличением размера растения, его органов, величины и веса семян, их биохимического состава и т.д. При полиплоидии наблюдаются отклонения от диплодиного числа хромосом в соматических клетках и от гаплоидного – в половых. Полиплоидизация изменяет физиологические процессы, и обусловливает повышенное содержание ценных химических веществ в растениях. Полиплоиды устойчивы к заболеваниям.

Выделяют два типа полиплоидии: автополиплоидию и аллополиплоидию.

Автополиплоидия – кратное увеличение числа наборов хромосом одного вида. Например, автополиплоидный ряд пшеницы:

Селекция — наука о методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами.

Сорт, порода, штамм — устойчивая группа (популяция) живых организмов одного вида, искусственно созданная человеком и имеющая определенные наследственные особенности.

■ Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют идентичные, наследственно закрепленные морфологические, физиологобиологические и хозяйственные свойства и признаки и однотипную реакцию на действие факторов внешней среды.

❖ Основные задачи селекции:

■ достижение высокой урожайности сортов культурных растений, плодовитости и продуктивности пород животных;

■ достижение необходимого качества и химических свойств продукции: вкуса, внешнего вида и лежкости плодов и овощей, содержания белка, клейковины, нужных аминокислот в зерне, жирности и содержания белков в молоке и т.д.;

■достижение необходимых физиологических свойств: скороспелости, засухоустойчивости, морозостойкости, устойчивости к болезням и вредителям и т.д.;

■ получение пород, сортов и штаммов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения.

Теоретическая база селекции:
■ законы и методы генетики как науки о наследственности и изменчивости;
■ учение о структуре гена, молекулярные основы наследственности;
■ теория мутаций;
■ учение о роли среды в фенотипических проявлениях генотипа;
■ учение о формах искусственного отбора, направленного на выявление и закрепление нужных признаков у селектируемых организмов.

❖ Общие методы селекции:

■ направленный подбор исходного материала для селекции из имеющегося разнообразия растений и животных;
■ близкородственная и неродственная гибридизация;
■ массовый и индивидуальный искусственный отбор;
■ индуцированный мутагенез’,
■ искусственное получение полиплоидов и др.

❖ Основа успеха селекционной работы — генетическое разнообразие исходного материала.

Гибридизация — получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.

Инбридинг — это близкородственное скрещивание (близкородственная гибридизация) организмов.

Аутбридинг — неродственное (внутри- или межвидовое) скрещивание (при внутривидовом аутбридинге скрещиваемые особи не должны иметь общих предков в ближайших 4-6 поколениях).

Искусственный отбор — отбор, производимый человеком с целью сохранения для дальнейшего размножения особей, имеющих желаемую комбинацию признаков.

Массовый искусственный отбор — отбор по фенотипу целой группы особей с нужными признаками, от которой получают потомство. В нескольких поколениях потомков отбор приходится повторять, так как у них возможно появление расщепления.

Индивидуальный искусственный отбор — отбор одной особи с нужными признаками и выращивание ее потомков с обязательным контролем наследования данных признаков.

■ Индивидуальный отбор бывает однократным (отбор только родительской особи) или повторяющимся (и родительской особи, и потомков).

■ В результате индивидуального отбора увеличивается число гомозигот, т.е. полученное поколение становится генетически однородным.

Линия — группа родственных организмов, воспроизводящих в ряду поколений устойчивые наследственные признаки. Линия происходит от одного предка или от одной пары общих предков.

Чистая линия — группа организмов, гомозиготных по большинству генов, воспроизводящих в ряду поколений устойчивые наследственные признаки и являющихся потомками одной гомозиготной самоопыляемой особи (у растений) или пары близко-родственных особей (у животных).

■ Чистые линии нередко имеют сниженную жизнеспособность, что связано с переходом в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые преимущественно являются вредными.

■ Чистые линии имеют максимальную степень гомозиготности и представляют очень ценный материал для селекции.

Селекция растений

Селекция растений — наука о выведении новых сортов сельскохозяйственных культур, характеризующихся высокой продуктивностью и качеством урожая, устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды.

■ Сорт фенотипически проявляет свои признаки лишь в тех условиях, для которых он был создан.

Исторические этапы селекции растений:
■ начальный этап — окультуривание диких предковых видов растений путем простейшего (бессознательного) искусственного отбора;
■ следующие этапы: направленный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.

❖ Методы селекции растений:
■ подбор подходящих родительских пар по месту их происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных);
■ индуцированный мутагенез используют при невозможности найти нужный исходный материал; мутации получают с помощью ионизирующих излучений, среди них иногда удается найти полезные, пригодные для дальнейшей селекционной работы;
■ гибридизация (скрещивание);
■ экспериментальная полиплоидия — авто- и аллополиплоидия;
■ искусственный отбор — массовый и индивидуальный;
■ воздействие условиями среды.

Близкородственная гибридизация (инбридинг) у растений основана на искусственном опылении своей пыльцой перекрестно опыляемых (в естественных условиях) растений. Самоопыление ведет к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств.
■ Посредством инбридинга получают чистые линии особей.

Межлинейная гибридизация — гибридизация путем скрещивания разных чистых линий между собой.
■ Пример: межлинейная гибридизация позволяет повысить урожайность семян кукурузы на 20-30%.
■ При межлинейной гибридизации обычно наблюдается гетерозис.

Гетерозис (или гибридная мощность) — явление повышенной жизнеспособности и плодовитости гибридов первого поколения по сравнению с обеими родительскими формами.
■ Гетерозис объясняется высоким уровнем гетерозиготности межлинейных генов.
■ Гетерозис у растений можно закрепить их вегетативным размножением (клубнями, черенками, луковицами и т.д.).
■ У второго и последующих поколений эффект гетерозиса постепенно снижается и исчезает, так как нарастает количество гомозигот, снижающих жизнеспособность организмов.

Отдаленная гибридизация (аутбридинг) — внутривидовое, межвидовое или межродовое (т.е. межсортовое) скрещивание, ведущее к гетерозиготизации и позволяющее сочетать в одном организме ценные признаки разных видов и даже родов.

■ Межвидовые гибриды обычно бесплодны. Это объясняется содержанием в их геноме различных хромосом, полученных от родительских особей разных видов, которые (хромосомы) при мейозе не конъюгируют.

Экспериментальная полиплоидия — искусственно вызванное (действием повышенной температуры, ионизирующего излучения или некоторых химических соединений) нарушение нормального расхождения хромосом в мейозе или митозе, приводящее к полиплоидии — увеличению числа хромосом в клетке, кратному гаплоидному.
■ Примеры культур-полиплоидов: тритикале — гибрид пшеницы и ржи, клубника, сахарная свекла.
■ Различают автополиплоидию и аллополиплоидию.

Автополиплоидия — кратное увеличение хромосом одного вида. Автополиплоиды часто имеют крупные размеры клеток и всего растения, повышенное содержание ряда хозяйственно ценных веществ, другие желаемые признаки и свойства, обладают повышенной жизнеспособностью, устойчивостью к патогенным организмам (вирусам, бактериям, грибам) и неблагоприятным факторам среды.

■ Автополиплоиды обычно стерильны и размножаются только вегетативно.

Аллополиплоидия — изменение (обычно удвоение) числа наборов хромосом при межвидовой и межродовой гибридизации.

■ Аллополиплоидия используется для восстановления способности к размножению межвидовых диплоидных гибридов. Она приводит к удвоению числа хромосом такого гибрида, что создает возможность конъюгации гомологичных хромосом, и гибрид становится плодовитым.

■ Пример: с помощью аллополиплоидии Г.Д. Карпеченко впервые (в 1924 г.) получил способный к размножению межвидовый гибрид редьки и капусты.

Искусственный отбор производится после получения гибридов.

■ Массовый отбор применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений.

■Индивидуальный отбор применяется в отношении самоопыляющихся растений с последующим выделением чистых линий, являющихся исходным материалом для дальнейшей селекции. При индивидуальном отборе результат достигается быстрее, но потомков получается значительно меньше.

Другие методы преодоления межвидовой нескрещиваемости:

■ предварительное вегетативное сближение — одно растение прививается на другое, а затем их цветки переопыляются;

■ смешение пыльцы материнского растения с пыльцой отцовского (своя пыльца раздражает рыльце, и оно воспринимает чужую пыльцу).

Селекция животных

Селекция животных — наука о выведении новых пород домашних и сельскохозяйственных животных, обладающих высокой продуктивностью, жизнеспособностью, устойчивостью к болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды.

❖ Особенности животных, вытекающие из природы их организма и затрудняющие и замедляющие процесс их селекции:
■ животные, имеющие хозяйственное значение, размножаются только половым способом (отсутствует вегетативное размножение и самооплодотворение);
■ половая зрелость у них наступает относительно поздно, и поэтому смена поколений происходит очень редко;
■ самки приносят немногочисленное потомство.

❖ Исторические этапы селекции животных:
■ начальный этап — одомашнивание диких предковых видов животных путем бессознательного искусственного отбора;
■ следующие этапы: направленный, осознанный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.

В селекции животных важен учет экстерьера и технологических признаков.

Экстерьер — совокупность фенотипических признаков, характеризующих наружные формы животных, их телосложение и соотношение частей тела (примеры: телосложение скаковой лошади, форма вымени коровы и др.).

Примеры технологических признаков: скорость отдачи молока, характер поведения в группе и др.).

❖ Методы селекции животных:

■ подбор подходящих родительских пар с учетом их родословных, в которых должны быть отмечены экстерьерные особенности и продуктивность в течение ряда поколений;

■ гибридизация (скрещивание) — инбридинг и последующая межлинейная гибридизация, приводящая к гетерозису (примеры: бройлерные цыплята, белая украинская степная свинья); а также внутривидовый аутбридинг (скрещивание домашних животных с дикими предками, дающее плодовитое потомство; пример: тонкорунные овцы меринос + дикий баран архар = архаромеринос) и межвидовый аутбридинг (дающий бесплодное, но представляющее хозяйственную ценность — из-за ярко выраженного гетерозиса — потомство; примеры: лошадь + осел = мул; дромадер + бактриан = нары; белуга + стерлядь = бестер и др.);

■ индивидуальный искусственный отбор по хозяйственным признакам и экстерьеру;

■ испытание производителя по потомству: от производителя получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей выше, чем матерей, то это свидетельствует о ценности производителя, и его используют для дальнейшего улучшения породы;

■ искусственное осеменение (трансплантация): оплодотворенные яйцеклетки или полученные в пробирке эмбрионы ценных пород животных (крупного рогатого скота, овец и др.) вводят в матку беспородных или низкопродуктивных животных для дальнейшего развития. Это позволяет значительно ускорить селекционную работу, интенсивно использовать высокоценных племенных животных;

■ экспериментальное получение полиплоидов (применяется в селекции тутового шелкопряда): нагреванием или воздействием рентгеновских лучей добиваются слияния ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород; полиплоиды в дальнейшем размножаются партеногенезом;

■ клеточное клонирование: методом клеточной инженерии в яйцеклетках, полученных от ценных племенных животных, гаплоидные ядра замещаются диплоидными из соматических клеток. Развивающиеся зиготы имплантируются в матку жи-вотных-реципиентов; в результате получается клон особей, которые по генотипу полностью повторяют друг друга.

Селекция микроорганизмов

Роль микроорганизмов в хозяйственной деятельности человека: продуцирование десятков видов органических веществ — аминокислот, нуклеиновых кислот, белков, липидов, сахаров, ферментов, пигментов, антибиотиков, витаминов и др.

❖ Особенности селекции микроорганизмов:
■ селекционер для работы имеет неограниченное количество особей микроорганизмов, выращиваемых на питательных средах;
■микроорганизмы содержат значительно меньше генов, чем клетки высокоорганизованных видов;
■ они имеют простую регуляцию генной активности;
■ они очень быстро размножаются;
■ их гаплоидный геном позволяет проявляться фенотипически любой мутации уже в первом поколении.

♦ Основные методы селекции микроорганизмов:
■ индуцированный мутагенез (для получения мутаций используются ионизирующие излучения и химические мутагены); при этом вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов в —100—10000 раз меньше, чем у других организмов, но вероятность выделения мутаций по любому конкретному гену выше в сотни тысяч и более раз; для выявления мутаций используются селективные среды, на которых мутанты растут, а немутировавшие (дикие) клетки погибают;
■ рекомбинирование генов: конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями), трансдукция (перенос гена из одной бактерии в другую с помощью бактериофагов), трансформация (перенос ДНК из одних изолированных клеток в другие), амплификация (увеличение числа копий нужного гена);
■ гибридизация разных штаммов бактерий путем слияния их протопластов;
■ искусственный отбор по продуктивности и технологическим свойствам.

Биотехнология

Биотехнология — производство (как наука и процесс) необходимых человеку продуктов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.

Объекты биотехнологии: микроорганизмы (вирусы, бактерии, протесты, грибы и др.), растения, животные, изолированные из них клетки и субклеточные структуры (органеллы).

❖ Основные направления биотехнологии (как правило, с применением микроорганизмов и/или культивируемых клеток):
■ производство биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормонов и др.) и лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток и др.);
■ производство аминокислот и кормовых белков из углеводородов нефти и газа;
■ охрана окружающей среды (разрушение загрязняющих веществ);
■ извлечение ценных металлов из руд и промышленных отходов;
■ создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т.д.

Генная инженерия — создание новых организмов путем целенаправленного изменения существующих или создания новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и детерминировать необходимые биологические процессы.

❖ Этапы генной инженерии:
■ получение нужного гена (искусственный синтез или выделение природного гена из ДНК);
■ получение рекомбинантной молекулы ДНК (включение полученного гена в молекулу ДНК-переносчик или соединение отдельных фрагментов ДНК в единую молекулу);
■ введение рекомбинантной ДНК в клетку-реципиент, где она встраивается в генетический аппарат;
■ копирование (клонирование) этого гена путем отбора трансформированных клеток;
■ введение клонированных генов в яйцеклетки млекопитающих или протопласты растений и выращивание организмов с измененным геномом.

Трансгенные организмы — организмы, геном которых изменен путем генноинженерных операций.

■ Примеры достижений генной инженерии: освоение промышленного производства белка инсулина и интерферонов (белков, подавляющих размножение вирусов); получение гибридов соматических клеток разных видов; создание гибридов лимфоцитов с опухолевыми клетками, способных к длительному синтезу антител определенного типа; создание растений, способных усваивать атмосферный азот и др.

Клеточная инженерия — создание новых организмов путем соматической гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции и др. и культивирования изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях.

■ Для культивирования клеток растений их клеточные стенки разрушают с помощью особых ферментов и получают изолированный протопласт, который культивируют так же, как и клетки животных.

Соматическая гибридизация — слияние двух различных соматических клеток (разных видов клеток одного организма или клеток разных, даже очень далеких, видов организмов) в культуре тканей.

Читайте также: