Скрещивание разных сортов растений кто открыл

Обновлено: 02.07.2024

Чтобы улучшить проверяемость статьи, а также ее энциклопедический интерес , просьба цитировать первоисточники посредством анализа вторичных источников, указанных в сносках ( редактировать статью ).

Селекции растений или растения селекции или селекция растений, это процесс , посредством которого человек изменяет видовое растение . Этот отбор может иметь разные цели, включая адаптацию для использования в сельском хозяйстве или создание декоративных сортов для садоводства . Целевые критерии разнообразны и зависят от конечного использования целевых видов; с агрономической точки зрения, это обычно вопрос повышения урожайности , изменения вкуса , питательных качеств, внешнего вида или даже устойчивости к болезням и вредителям .

Резюме

История селекции растений

Чтобы улучшить его, добавьте проверяемые ссылки [ как это сделать? ] или шаблон > для отрывков, требующих источника.

Первая выборка датируется 10 000 лет назад приручением . Человек всегда использовал массовый отбор, даже не осознавая этого. Впоследствии различные работы значительно продвинули дела:

1676: открытие роли репродуктивных органов
1845: первая работа по гибридизации с кукурузой по Анри Lecoq
1863: первые гибридизации между видами Шарля Нодена
1865: начало генеалогической селекции благодаря Луи л'Эвеку ( Луи де Вильморен ), продемонстрировавшему интерес селекции к потомкам свеклы.
1866: Законы Менделя
1902 открытие тотипотентности из клеток путем Gottlieb Haberlandt
1908: основа селекции гибридов кукурузы Шуллем
1912: первая селекция пшеницы по Нильссону Навальным методом.
1933: первые сорта гибридной кукурузы выращиваются в США.
1935 г .: первая генетическая карта определенных генов кукурузы Эмерсоном
1939: новый метод SSD ( односемянный спуск ), примененный к пшенице Golden
1950: Техника культивирования in vitro (вегетативное размножение картофеля Морелем и Мартином)
1953: Уотсону и Крику удается описать структуру ДНК.
1975: первый гибрид подсолнечника, полученный методом генетической мужской стерильности.
1977: открытие Шеллом переноса генов на бактерии
1983: разработка Карри Муллиса ПЦР, первых трансгенных растений, полученных из табака благодаря бельгийским и американским командам.
1985: первый сорт пшеницы, полученный методом гаплодиплоидирования.
2000: секвенирование генома капустных ( arabidopsis thaliana )
2002: секвенирование генома риса

Одомашнивание

Одомашнивание растений представляет собой процесс искусственного отбора осуществляется человеком, чтобы подчеркнуть некоторые интересные черты и уменьшить другие, нежелательные и присутствующие в дикорастущих растений. Было подсчитано, что эта практика датируется периодом от 9000 до 11000 лет назад. Многие растения, выращиваемые сегодня, являются результатом одомашнивания 5000 лет назад в Старом Свете и 3000 лет назад в Новом Свете . Сегодня большая часть нашей еды производится из домашних сортов.

Культурный сорт растения, который произошел от диких популяций из-за селективного давления традиционных культиваторов, называется культурным сортом . Сорта, которые могут быть результатом естественных условий ( экотипов ) или одомашнивания, - это растения, которые особенно подходят для данного региона или среды: например, среди различных сортов риса подвид Oryza sativa indica был выведен в Южной Азии. , в то время как подвид Oryza sativa japonica был выведен в Китае .
Культурные виды, у которых нет диких аналогов, называются культигенами .

Понятия, близкие к сорту, для животных относятся к подвидам, разновидностям и расам.

Выбор

Селекция растений может осуществляться очень структурированно, но существовала или все еще существует неофициально.

Методическая и обоснованная программа селекции, как правило, направлена на улучшение сорта для определенных целей. Это позволяет охарактеризовать идеальный сорт, идеотип , который хотят создать селекционеры. Таким образом, определение целей является решающим моментом в селекционных программах. После определения целей программа рассчитана на несколько лет, от 7 до 25 лет, в течение которых команда, выполняющая эту программу, должна преследовать те же цели.

Схема выбора

Селекционер исходит из существующих сортов и своих знаний об их характеристиках. Существует два основных типа растений: самоопыляющиеся растения с самоопылением и аллогамные растения с перекрестным опылением. Многие виды (например, рапс) имеют промежуточные или так называемые смешанные режимы воспроизводства (коэффициент ауткроссинга от 10 до 90%), а так называемые самоопыляющиеся виды обычно имеют ненулевой коэффициент ауткроссинга (0,5% Биоразнообразие - важная концепция селекции растений

Биоразнообразия имеет важное значение для тренера и снижение разнообразия видов сельскохозяйственных культур , в настоящее время является проблема. Сохранение старых видов позволяет, например, использовать черту, которая когда-то считалась неинтересной, но которая становится желательной после развития сельского хозяйства. Кроме того, скрещивание чистой линии (генетически обедненной) со старым сортом позволяет вернуть растению жизненную силу (это эффект гетерозиса ). Чтобы ограничить явление обнищания, связанное с отбором растений, необходимо сохранить максимальное количество разновидностей. Возможны два решения:

Сохранения в Ситу (в поле, в заповедниках , чтобы сохранить растения в естественной среде). Но с помощью этого метода популяции растений могут быстро меняться, особенно если они являются перекрестно опыляемыми видами.
Ex - situ (генбанков коллекции с семенами, культуры тканей . ). Хранящиеся сорта необходимо регулярно обновлять, чтобы растения оставались жизнеспособными. Этот метод позволяет получить лучшую стабильность консервативных популяций по сравнению с исходным типом.

Правовая охрана сортов

Чтобы защитить права селекционера и дать ему возможность финансировать новые исследования, выведение нового сорта может быть защищено от копирования без оплаты прав с помощью сертификата сорта растения .

Методы

В зависимости от поставленных целей существуют разные типы отбора. Они часто дополняют друг друга

Массовый отбор

Это самый старый. Это простой и недорогой метод: мы выбираем растения, которые кажутся наиболее интересными в популяции (лучшие початки, лучшие плоды и т. Д.), А затем используем их семена в качестве семян для следующего урожая. Это делается из поколения в поколение, что дает возможность увеличивать среднюю стоимость населения. Массовый отбор не может применяться во всех ситуациях (например, эксперимент Йоханнсена в 1903 году). Другие ограничения более очевидны: если желаемый признак не проявляется в растении или признак не очень наследуется, этот отбор не работает. Между двумя стадиями отбора генетические рекомбинации происходят естественным образом, без какого-либо контроля со стороны человека. Таким образом, отобранные растения демонстрируют определенную неоднородность: они не являются ни строго идентичными растениям предыдущего поколения, ни строго идентичными друг другу. Они не представляют собой различные по смыслу этого определения в UPOV .

Повторяющийся выбор

До Луи де Вильморена отбор осуществлялся в основном между популяциями, единицей отбора была популяция; лучшие популяции продавались или продавались между фермерами; действительно был отбор внутри популяций (в случае кукурузы с ярмарками самых красивых початков в США), но он не мог быть очень эффективным [ исх. желаемый] .

В 1859 году Луи де Вильморен ввел отбор на индивидуальном уровне (внутрипопуляционный) с концепцией теста потомства, который в автогамных зерновых очень быстро привел к очищению популяций путем создания чистых линейных сортов (четкая демонстрация, сделанная позже Йоханссеном, 1903 г., в бобах). Следовательно, было необходимо скрещивать лучшие линии, чтобы восстановить генетическую изменчивость и собрать воедино одинаковые генотипические признаки, присутствующие в разных генотипах, отсюда и генеалогический отбор от скрещиваний (введенный Генри де Вильмореном , сыном Людовика). Комплементарные линии скрещиваются друг с другом, и посредством отбора во время поколений самооплодотворения можно надеяться выделить новые трансгрессивные линии, то есть объединив более благоприятные гены, чем лучшие из двух родителей. Большое количество благоприятных генов, которые необходимо объединить, означает, что это можно делать только постепенно, отсюда наблюдаемая непрерывность генетического прогресса для сложных (полигенных) признаков.

Генеалогический отбор

Породный отбор, также называемый самооплодотворением при потомстве, характеризуется тем, что отбор линий происходит во время их фиксации в гомозиготном состоянии . Этот тип отбора начинается со скрещивания двух растений (родителей), признаки которых считаются интересными и дополняющими друг друга. Растения, полученные в результате этого скрещивания, гетерозиготны по большому количеству генов и демонстрируют высокую вариабельность фенотипа. Они самоопыляются, чтобы получить растения с более низким уровнем гетерозиготности, в пределах которого селекционер выбирает лучших особей. Цикл самоопыления-селекции повторяется от 4 до 5 поколений. Затем растения, полученные в результате этого процесса, самоопыляются и тестируются в течение 4 поколений для получения фиксированных линий.

После скрещивания двух чистокровных родителей и получения гибрида F1. Выбор родословной сводится к отбору и стабилизации сорта на протяжении многих лет путем самоопыления . Отбор считается генеалогическим, потому что семена каждого растения, выбранного в одном поколении, собираются отдельно для повторного посева в следующем году индивидуализированными потомками. На этом этапе и для каждого нового поколения семена или растения, не проявляющие групповых характеристик родительских сортов, удаляются. Этот метод очищения у каждого поколения самооплодотворения объединяет более благоприятные гены, чем лучшие из обоих родителей.

Этот метод неточен, потому что отбор проводится на растениях, которые демонстрируют высокий уровень гетерозиготности, и это приводит к быстрой утрате генетической изменчивости. Вот почему он очень эффективен для очень наследуемых персонажей, то есть мало подвержен влиянию окружающей среды, но не очень эффективен для персонажей с небольшим наследованием.

Массовый метод

Массовый метод также называется отложенным генеалогическим отбором, потому что в этом методе отбор происходит после фиксации линий.

Что касается генеалогического отбора, мы скрещиваем двух дополнительных родителей, которые затем самооплодотворяются, но на этом уровне отбор не производится. Самооплодотворение без отбора повторяется в общей сложности от 4 до 5 поколений, что позволяет получить фиксированные линии. Отбор происходит только потом, в соответствии с процессом, аналогичным тому, который используется при генеалогическом отборе, за исключением того, что он применяется к фиксированным линиям.

Этот метод недорогой, позволяет изучать большое количество скрещиваний, более эффективен, чем генеалогический отбор по признакам, которые не очень наследуются, потому что генетическая изменчивость уменьшается менее быстро, но не исключено, что потенциально интересные растения исчезнут естественным путем с годами. y этапы самооплодотворения без отбора, что может внести искажения в процесс отбора. Возможно совмещение массового метода и генеалогического метода.

Этот метод похож на объемный тем, что выделение линий происходит после их фиксации. Отличие от насыпного метода заключается в том, что здесь мы изучаем потомство семян, взятых индивидуально на каждой стадии самоопыления:

Улучшение существующих линий

Обратное скрещивание

Интересные черты, такие как устойчивость к болезням, стрессоустойчивость, стерильность, улучшенные критерии качества, могут присутствовать в растении, но не в элитных линиях на основе коммерческих сортов. Заводчик будет стремиться создать линию, идентичную элитной, но также обладающую этим характером. Чтобы получить этот результат, заводчик продолжает обратное скрещивание (по-английски - обратное скрещивание ).

Для этого он проводит серию гибридизаций между линией получателя или элиты и линией донора персонажа. Потомки затем скрещиваются в течение нескольких поколений реципиентом или повторяющейся линией. Это позволяет увеличить долю элитной линии в генетическом фоне потомков, заботясь при этом о сохранении интересного характера за счет исключения особей, не имеющих желаемого характера. Результатом обратного скрещивания является преобразованная линия, то есть почти идентичная линии элитного получателя, но дополнительно содержащая желаемый признак.

Генетика обратного скрещивания

Потомки от первого скрещивания обладают 50% генетического наследия элитной линии и 50% наследства донора. Во время следующих обратных скрещиваний доля элитного генотипа увеличивается, особи, полученные при втором обратном скрещивании , на 75% являются элитными и на 25% являются донорами. В конце 6- го бэк-кросса от элитной линии составляет 98,44%, в то время как, по оценкам, полученная линия достаточно близка к элитной линии. Имеется тенденция к получению изогенной линии , отличающейся от элитной только одним геном.

Генетические манипуляции

Гибридизация первого поколения

Гибридизация в первом поколении или гибриде F1 - очень распространенный метод получения семян и растений с высокими характеристиками. Таким образом, мы получаем выгоду от гибридной силы или гетерозиса , а также от других характеристик, возможно, таких как стерильность продуктов [см. необходимо] . Полученные растения в этом случае не предназначены для повторного использования для производства следующего поколения. Строго говоря, это не вопрос селективного выращивания.

Селе́кция (лат. selectio - выбирать) — наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных.

Содержание

История

Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками. До XVI—XVII веков отбор происходил бессознательно: то есть человек, например, отбирал для посева лучшие, самые крупные семена пшеницы, не задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении.

Только в последнее столетие человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени.

Однако методом отбора человек не может получить принципиально новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками и в дальнейшем отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно. Например, один сорт пшеницы отличается прочным стволом и устойчив к полеганию, а сорт с тонкой соломиной не заражается стеблевой ржавчиной. При скрещивании растений из двух сортов в потомстве возникают различные комбинации признаков. Но отбирают именно те растения, которые одновременно имеют прочную соломину и не болеют стеблевой ржавчиной. Так создается новый сорт.

Селекция и генетика

В связи с развитием генетики, селекция получила новый импульс к развитию. Генная инженерия позволяет подвергать организмы целенаправленной модификации. Окончательно производится уже отбор лучших, но среди искусственно созданных генотипов.

Селекция как наука оформилась лишь в последние десятилетия. В прошлом она была больше искусством, чем наукой. Навыки, знания и конкретный опыт, нередко засекреченный, были достоянием отдельных хозяйств, переходя от поколения к поколению. Только гению Дарвина удалось обобщить весь этот огромный и разрозненный опыт прошлого, выдвинув идею естественного и искусственного отбора как основного фактора эволюции наряду с наследственностью и изменчивостью.
Н. И. Вавилов Как строить курс генетики, селекции и семеноводства // Яровизация. — 1939. — № 1. — С. 131-135. [1]

Общие сведения

Теоретической основой селекции является генетика, так как именно знание законов генетики позволяет целенаправленно управлять появлением мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить отбор гибридов. В результате применения знаний по генетике удалось создать более 10000 сортов пшеницы на основе нескольких исходных диких сортов, получить новые штаммы микроорганизмов, выделяющих пищевые белки, лекарственные вещества, витамины и т. п.

К задачам современной селекции относится создание новых и улучшение уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Многолетняя селекционная работа позволила вывести много десятков пород домашних кур, отличающихся высокой яйценоскостью, большим весом, яркой окраской и т. п. А их единый предок — банкивская кура из Юго-Восточной Азии. На территории России не растут дикие представители рода крыжовник. Однако на основе вида крыжовник отклоненный, встречающийся на Западной Украине и Кавказе, получено более 300 сортов, многие из которых прекрасно плодоносят в России.

Выдающийся генетик и селекционер академик Н. И. Вавилов писал, что селекционеры должны изучать и учитывать в своей работе следующие основные факторы: исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных; наследственную изменчивость; роль среды в развитии и проявлении нужных селекционеру признаков; закономерности наследования при гибридизации; формы искусственного отбора, направленные на выделение и закрепление необходимых признаков.

Селекция растений

Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности — отбор и гибридизация. Для перекрестноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными. Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты, и т. п.

Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.

В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидный клевер, рожь и твердая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений.

Путем искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в 20 раз больше антибиотиков, чем исходные формы. Сейчас в мире культивируют более 250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза. Это сорта кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, декоративных растений.

При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон гомологических рядов Н. И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.

К одному из достижений современной генетики и селекции относится преодоление бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось сделать Г. Д. Карпеченко при получении капустно-редечного гибрида. В результате отдаленной гибридизации было получено новое культурное растение — тритикале — гибрид пшеницы с рожью. Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве.

Селекция животных

Особенности

Основные принципы селекции животных не отличаются от принципов селекции растений. Однако селекция животных имеет некоторые особенности: для них характерно только половое размножение; в основном очень редкая смена поколений (у большинства животных через несколько лет); количество особей в потомстве невелико. Поэтому в селекционной работе с животными важное значение приобретает анализ совокупности внешних признаков, или экстерьера, характерного для той или иной породы.

Одомашнивание

Одним из важнейших достижений человека на заре его становления и развития (10—12 тыс. лет назад) было создание постоянного и достаточно надежного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. У домашних животных весьма 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. Поэтому в естественных условиях одомашненные формы существовать не могут.

Одомашнивание привело к ослаблению действия стабилизирующего отбора, что резко повысило уровень изменчивости и расширило его спектр. При этом одомашнивание сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более спокойный нрав, обладали другими ценными для человека качествами), затем осознанным, или методическим. Широкое использование методического отбора направлено на формирование у животных определенных качеств, удовлетворяющих человека.

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

Отбор и типы скрещивания

Отбор родительских форм и типы скрещивания животных проводятся с учетом цели, поставленной селекционером. Это может быть целенаправленное получение определенного экстерьера, повышение молочности, жирности молока, качества мяса и т. д. Разводимые животные оцениваются не только по внешним признакам, но и по происхождению и качеству потомства. Поэтому необходимо хорошо знать их родословную. В племенных хозяйствах при подборе производителей всегда ведется учет родословных, в которых оцениваются экстерьерные особенности и продуктивность родительских форм в течение ряда поколений. По признакам предков, особенно по материнской линии, можно судить с известной вероятностью о генотипе производителей.

В селекционной работе с животными применяют в основном два способа скрещивания: аутбридинг и инбридинг.

Аутбридинг, или неродственное скрещивание между особями одной породы или разных пород животных, при дальнейшем строгом отборе приводит к поддержанию полезных качеств и к усилению их в ряду следующих поколений.

При инбридинге в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство (отец—дочь, мать—сын, двоюродные братья—сестры и т. д.). Такое скрещивание в определенной степени аналогично самоопылению у растений, которое также приводит к повышению гомозиготности и, как следствие, к закреплению хозяйственно ценных признаков у потомков. При этом гомозиготизация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем быстрее, чем более близкородственное скрещивание используют при инбридинге. Однако гомозиготизация при инбридинге, как и в случае растений, ведет к ослаблению животных, снижает их устойчивость к воздействию среды, повышает заболеваемость. Во избежание этого необходимо проводить строгий отбор особей, обладающих ценными хозяйственными признаками.

В селекции инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения породы. За ним следует скрещивание разных межлинейных гибридов, в результате которого нежелательные рецессивные аллели переводятся в гетерозиготное состояние и вредные последствия близкородственного скрещивания заметно снижаются.

У домашних животных, как и у растений, наблюдается явление гетерозиса: при межпородных или межвидовых скрещиваниях у гибридов первого поколения происходит особенно мощное развитие и повышение жизнеспособности. Классическим примером проявления гетерозиса является мул — гибрид кобылы и осла. Это сильное, выносливое животное, которое может использоваться в значительно более трудных условиях, чем родительские формы.

Гетерозис широко применяют в промышленном птицеводстве (пример — бройлерные цыплята) и свиноводстве, так как первое поколение гибридов непосредственно используют в хозяйственных целях.

Отдаленная гибридизация. Отдаленная гибридизация домашних животных менее эффективна, чем растений. Межвидовые гибриды животных часто бывают бесплодными. При этом восстановление плодовитости у животных представляет более сложную задачу, поскольку получение полиплоидов на основе умножения числа хромосом у них невозможно. Правда, в некоторых случаях отдаленная гибридизация сопровождается нормальным слиянием гамет, обычным мейозом и дальнейшим развитием зародыша, что позволило получить некоторые породы, сочетающие ценные признаки обоих использованных в гибридизации видов. Например, в Казахстане на основе гибридизации тонкорунных овец с диким горным бараном архаром создана новая порода тонкорунных архаромериносов, которые, как и архары, пасутся на высокогорных пастбищах, недоступных для тонкорунных мериносов. Улучшены породы местного крупного рогатого скота.

Достижения российских и белорусских селекционеров-животноводов

Селекционерами России достигнуты значимые успехи в создании новых и улучшении существующих пород животных. Так, костромская порода крупного рогатого скота отличается высокой молочной продуктивностью — более 10 тыс. кг молока в год. Сибирский тип российской мясо-шерстной породы овец характеризуется высокой мясной и шерстной продуктивностью. Средняя масса племенных баранов составляет 110—130 кг, а средний настриг шерсти в чистом волокне — 6—8 кг. Большие достижения имеются также в селекции свиней, лошадей, кур и многих других животных.

В результате длительной и целенаправленной селекционно-племенной работы учеными и практиками Беларуси выведен черно-пестрый тип крупного рогатого скота. Коровы этой породы в хороших условиях кормления и содержания обеспечивают удои по 4—5 тыс. кг молока жирностью 3,6— 3,8 % в год. Генетический же потенциал молочной продуктивности черно-пестрой породы составляет 6,0—7,5 тыс. кг молока за лактацию. В хозяйствах Беларуси насчитывается около 300 тыс. голов скота такого типа.

Породы белорусских черно-пестрых и крупных белых свиней созданы специалистами селекционного центра БслНИИ животноводства. Такие породы свиней отличаются тем, что животные достигают живой массы 100 кг за 178—182 дня на контрольном откорме при среднесуточном приросте свыше 700 г, а приплод составляет 9—12 поросят за опорос.

Различные кроссы кур (например, Беларусь-9) характеризуются высокой яйценоскостью: за 72 недели жизни — 239—269 яиц при средней массе каждого 60 г, что соответствует показателям высокопродуктивных кроссов на международных конкурсах.

Продолжается селекционная работа по укрупнению, повышению скороспелости и работоспособности лошадей белорусской упряжной группы, улучшению продуктивного потенциала овец по настригу шерсти, живой массе и плодовитости, по созданию линий и кроссов мясных уток, гусей, высокопродуктивной породы карпа и др.

Селекция — это наука, разрабатывающая методы получения новых и совершенствования 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.

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. Большинство современных сортов сельскохозяйственных растений полиплоидны. Их урожайность может быть в несколько раз выше, чем у исходных диплоидных форм. Кроме того, полиплоидия даёт возможность преодолеть бесплодие гибридов, полученных при межвидовой гибридизации.

Искусственно полиплоидию вызывают обработкой растений с помощью колхицина . Это вещество нарушает ход мейоза — оно препятствует формированию нитей веретена деления, из-за чего не происходит расхождения гомологичных хромосом.

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.

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.

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.

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

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

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.

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.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

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

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.

Селекция – наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений и пород животных. Она возникла на основе практической деятельности человека в области сельского хозяйства. Существующие ныне культурные растения и домашние животные – результат одомашнивания их диких предков человеком. Культуры выводятся с определенной целью получить необходимое хозяйственное качество, важное для человека.

Самым древнейшим методом селекции следует считать бессознательный отбор. Человек, желая культивировать растения или размножить животных в качестве семенного материала выберет наиболее плодовитых и жизнеспособных особей, с наиболее важными для него хозяйственными качествами (например, среди яйценосных кур он для размножения отберет самых плодовитых здоровых родителей; при выборе растения для получения от него семян он выберет самое крупное растение, с обильным урожаем и т. д.).

Попытки выведения новых пород животных и сортов растений предпринимались еще в древности. В Египте и Месопотамии задолго до новой эры выводили мулов путем искусственного скрещивания осла и лошади, переопыляли финиковую пальму и получали первые гибриды, которые давали большие урожаи по сравнению с их дикими предками.

Селекция приобрела статус науки в 19 веке. Предпосылки этому послужили работы Ч. Дарвина о движущих силах эволюции.

Глубокий анализ мировых растительных ресурсов в свое время был проведен советским генетиком Н.И. Вавиловым. Многочисленные экспедиции дали основания определить центры происхождения многих культурных растений. Вавилов установил 8 таких центров:

Индийский – родина риса, сахарного тростника, цитрусовых;

Среднеазиатский – родина мягкой пшеницы, гороха, бобовых;

Китайский – родина хлебных злаков, проса, гречихи, сои;

Переднеазиатский – родина пшеницы, ржи, многих видов фруктовых деревьев;

Средиземноморский – родоначальник многих овощей;

Абиссинский (Африка) – родина твердых пшениц, ячменя, кофе;

Южноамериканский – дает начало расселению кукурузы, хлопчатника, какао;

Южномексиканский – дал миру картофель и табак.

В этих центрах сосредоточено наибольшее количество сортов, разновидностей, мутаций. Трудами экспедиций Н.И. Вавилова была собрана коллекция, насчитывающая несколько сотен тысяч мировой коллекции растений, что послужило прекрасной базой для выведения новых сортов.

Новые породы домашних животных также выводились с древнейших времен от диких предков. Человек вывел многочисленные виды животных из небольшого числа их предков:

Волки и шакалы – родоначальники собак;

Европейский тур – дал начало крупному рогатому скоту;

Европейский муфлон – предок овец;

Дикий кабан – предок свиней;

Дикая лошадь – предок современных пород лошадей

Индийский петух – родоначальник современных пород кур;

От дикой утки произошли все существующие домашние виды уток и т. д.

В настоящее время селекция животных проводится по тем же принципам, что и селекция растений.

Большой вклад в селекцию растений внес выдающийся селекционеров И.В. Мичурин. В своих работах он использовал три основных форм воздействия на растительные организмы: гибридизацию, воспитание гибрида и отбор.

Гибридизация – метод скрещивания двух сортов растений, с целью получения гибрида, обладающего ценными хозяйственными качествами обоих родителей. Естественно, что в природных условиях возникновение гибрида невозможно (разные виды в природе не скрещиваются между собой), поэтому приходилось преодолевать нескрещиваемость различными методами (например, опыление рыльца пестика смесью пыльцы). И.В. Мичурин скрещивал подобным образом уссурийскую дикую грушу (мелкие плоды, но зимостойкая) и южный сорт (плоды крупные, сочные, но растение теплолюбивое). У гибрида появились нужные селекционеру качества: полученный сорт Бере зимняя выдерживает температуру атмосферы до – 36 °С, давая в осенний период времени хороший урожай крупных плодов. Кроме скрещивания близкородственных форм И.В. Мичурин применял метод отдаленной гибридизации – т. е. скрещивание разных видов и родов растений. Таким образом были получены церападусы (гибриды вишни и черемухи), тернослива (гибрид сливы и терновника) и др. интересные разновидности гибридов.

При воспитании гибридов растительных культур И.В. Мичурин адаптировал молодые саженцы растений к изменениям условий окружающей среды (например воспитание теплолюбивых растений к условиям низких температур). Чаще всего в воспитании использовался метод прививки: сеянец воспитуемого растения прививался к растению-ментору (ментор – растение-воспитатель заданных качеств). Таким образом удалось получить некоторые сорта южных растений, адаптированных к условиям северных регионов.

Отбор – это древнейший метод, который применялся человеком бессознательно и давал хорошие результаты. И.В. Мичурин применял этот метод к семенам гибридов (отбирались семена самые крупные и правильной формы) от самых жизнеспособных и плодовитых растений.

Таким образом, применяя методы гибридизации, воспитания и отбора, Мичурин вывел сотни новых сортов растений, приспособленных к различным климатическим зонам и обладающих поразительной урожайностью, устойчивостью к заболеваниям и высокими вкусовыми качествами плодов.

Методы гибридизации, воспитания и отбора существуют также и в селекции животных. Пример соблюдения этих принципов в селекции животных – работы М.Ф. Иванова по выведению и адаптации новых пород свиней. Применение искусственного осеменения при отдаленной гибридизации позволили получить сильных и выносливых мулов (гибрид кобылицы и осла), архаромериносов (гибрид тонкорунных овец и горных архаров), гибридов яка и крупного рогатого скота, гибридов кур, обладающих поразительной яйценоскостью и т. д., а воспитание способности противостоять местным неблагоприятным факторам окружающей среды дало возможность расселять таких гибридов повсеместно.

Открытия генетики и молекулярной биологии широко применяются для получения новых форм растений, животных, микроорганизмов. В настоящее время применяют 4 основных метода: метод гетерозиса, метод полиплоидии, мутагенез, генная инженерия.

1. Метод гетерозиса

Под гетерозисом подразумевают усиление жизнеспособности за счет скрещивания разных пород животных (или разных сортов растений). В первом поколении гибридов наблюдается мощное развитие. Оно объясняется взаимодействием благоприятных доминантных генов. Подобным образом получено множество сортов растений, обладающих рядом ценных свойств. Метод гетерозиса широко применяется и в селекции животных. Межпородное скрещивание приводит к резкому подъему продуктивности гибридов.

Полиплоидией называют увеличение гаплоидного набора хромосом. На клетки растений, подготовленные к делению, воздействуют специальными веществами. Клетки перестают делиться, однако число хромосом в них увеличивается вдвое, вчетверо и т. д. Такие крупные клетки дают начало полиплоидным растениям: тетраплоиды (4n), гексаплоиды (6n) и т. д. В результате были получены полиплоидные яблони, груши, гречиха, рожь, пшеница, томат и многие другие сорта, приносящие удивительно крупные плоды. Урожайность с одного растения-полиплоида во много раз превышала урожайность его дикого предка.

Метод полиплоидии используется только в селекции растений.

Мутагенез – это метод воздействия на клетки растений различными мутагенами: химические вещества, облучение радиацией и т. д. Эти воздействия изменяют структуру ДНК, и, соответственно, свойства организма. Вредные изменения выбраковываются, а полезные закрепляются и используются в селекции.

В селекции микроорганизмов в основе своей применяют метод мутагенеза. Мутагены изменяют структуру ДНК прокариот, появляются мутантные бактерии с новым характером белков, а значит и признаков.

4. Генная инженерия

Генная инженерия – это совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии.

Биотехнология – использование живых организмов и биохимических процессов в производстве.

С древних времен человек использовал микроорганизмы в таких видах производств, как: хлебопечение, пивоварение, сыроварение, виноделие и др.

В настоящее время, помимо пищевой промышленности, достижения биотехнологии с успехом применяются в сельском хозяйстве – как экологически безопасное средство борьбы с вредителями выращиваемых культур, сорняками, болезнями растений. Разработаны промышленные методы получения аминокислот и белков, используемые в качестве кормовых добавок в животноводстве. Кроме того, специфические штаммы[41] используются для очистки сточных вод: благодаря особому виду бактерий полностью очищаются сточные воды городских канализаций. Возможна очистка вод и от синтетических неразлагающихся отходов за счет специальных искусственных штаммов микроорганизмов, полученных в результате мутагенеза.

В медицине благодаря биотехнологии получены многие разновидности антибиотиков (производятся бактериями и грибами), гормонов, ферментов и других биоактивных веществ. Получение вакцин и антител позволяют предупредить и излечить многие опасные заболевания.

Развитие биотехнологии и генной инженерии позволяют получать ранее недоступные препараты, как например: инсулин, гормон роста человека, интерферон и др. Широкое распространение получили так называемые гибридомы (гибридные клетки) и продуцируемые ими антитела, используемые в качестве уникальных реагентов. Их применение позволяет получать новые данные о функционировании генетического аппарата клеток.

Биотехнология и генная инженерия – науки, которые в современном мире продолжают активно развиваться, постоянно создавая новые открытия и достижения во благо человечеству.

1. Что такое селекция и что она изучает?

2. Приведите примеров центров возникновения современных культурных сортов растений и пород животных.

3. Какими методами селекции (сознательными и бессознательными) пользовались люди в прошлые времена?

4. Какие методы селекции используются в современное время?

5. Какие методы селекции являются новейшими? Какие методы, на ваш взгляд, являются наиболее перспективными в селекции будущего?

6. Что такое биотехнология и генная инженерия? Какие вещества получают при помощи достижений этих наук?

Читайте также: