Конспект урока: Селекция. Этапы развития селекции

Деятельность человека по постоянному улучшению растений и животных длится порядка 10 тысяч лет. Первым, кто наиболее полно и осознанно обобщил огромный материал по одомашниванию растений и животных, был Ч. Дарвин. Он сделал это в своей книге «Изменение животных и растений в домашнем состоянии». Именно материалы по одомашниванию человеком животных и растений убедили Ч. Дарвина в огромной роли отбора в эволюции и в ее сходстве с селекционным процессом.

Задачи селекции

• Получение высокоурожайных сортов растений, увеличение плодовитости и продуктивности пород животных.
• Улучшение качества продукции (например, вкуса, внешнего вида, лежкости плодов и овощей, содержания белка, клейковины и незаменимых аминокислот в зерне).
• Улучшение физиологических свойств (скороспелость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям).

Закон гомологических рядов Вавилова Н. И.

Рис. 1. Вавилов Н. И.

Теоретической основой селекции является генетика. Для успешной селекционной работы в первую очередь необходим разнообразный исходный материал. Благодаря работам выдающегося русского ученого, генетика и ботаника Н. И. Вавилова поиск исходного материала облегчается. 

 

Он предположил, что место на земном шаре, где наблюдается большое число сортов каких-либо культурных растений, является и родиной диких предков этих растений. Н.И. Вавилов и его сотрудники были настоящими охотниками за растениями. В 20-30-х годах ХХ века они осуществили более 60 экспедиций на всех континентах, кроме Австралии. Цель этих экспедиций - обнаружить места на земном шаре, где сосредоточено наибольшее генетическое разнообразие основных культивируемых видов растений и их диких сородичей, собрать коллекции этих растений с целью их использования в качестве исходного материала для селекции. Собирая коллекцию культурных растений, им было выделено 8 центров древнего земледелия, которые являются центрами происхождения культурных растений. В ходе своей работы Вавилов Н. И. сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости.

По словам Н.И. Вавилова, селекция - это "эволюция, направляемая волей человека".

Центры происхождения культурных растений

Основные методы селекции 

Основными методами селекции являются гибридизация и отбор. 

В качестве исходного материала для данных методов можно использовать генетически разнообразные организмы из природных популяций. Можно создавать генетическое разнообразие экспериментально, например, получая гибридные организмы, сочетающие в себе признаки разных родителей. Примитивная селекция, которую вели древние земледельцы и скотоводы, состояла в стихийном (бессознательном) отборе для размножения лучших особей растений и животных. 

С развитием сельского хозяйства и успехами в изучении наследственности и изменчивости организмов примитивную селекцию сменила комбинационная селекция, основанная на методическом (сознательном) отборе особей и их дальнейшего скрещивания для получения желаемых сочетаний признаков у гибридов.

Этапы комбинационной селекции:

1. Подбор и скрещивание родительских пар
2. Получение гибридов от F1 до F8 поколений для перевода генов, отвечающих за хозяйственно ценные признаки, в гомозиготное состояние
3. Отбор лучших гибридов среди потомков, оценка их качеств (испытание на продуктивность, урожайность)
4. Стандартизация сорта или породы, присвоение им названий, регистрация, использование лучших потомков как родоначальников породы, сорта для разведения их в массовой практике.

Все этапы селекционного процесса занимают более 10 лет. Для создания новой породы животных требуется на порядок больше времени, т.к. у животных поздно наступает половая зрелость, нет быстрой смены поколений (как у растений или микроорганизмов). В отличие от животных для растений возможно вегетативное размножение, что позволяет быстро получить большое количество генетически одинаковых особей.

Методы гибридизации:

1. Аутбридинг
2. Инбридинг
3. Отдаленная гибридизация
4. Получение полиплоидов

Скрещивание особей одного и того же вида (сорта, породы) называют внутривидовой гибридизацией, а особей разных видов – отдаленная гибридизация. 

В основе внутривидовой гибридизации лежит скрещивание как близкородственных организмов, так и неродственных особей. 

Близкородственное скрещивание или инбридинг – скрещивание особей имеющих близкую степень родства (брат – сестра, отец – дочь, мать- сын). Данный метод используется для перевода рецессивных генов и гомозиготное состояние для закрепления признаков сорта или породы. При длительном инбридинге снижается жизнеспособность потомства, т.к. в гомозиготное состояние переходят и рецессивные гены, отвечающие за развитие аномалий и уродств, а также летальные гены, что может приводить к гибели части потомства. 

Неродственное скрещивание или аутбридинг – скрещивание особей одного вида не имеющих общих предков в ближайших 4-6 поколениях. Аутбридинг используют для повышения и сохранения определенной степени гетерозиготности особей. Вредные рецессивные мутации в этом случае переходят в гетерозиготное состояние и не проявляются фенотипически. Следовательно, у гибридов повышается жизнеспособность и устойчивость к условиям среды. Превосходство гибридов F1 по сравнению с родительскими формами называется гетерозис.

Все гетерозисные растения обладают повышенной урожайностью. В животноводстве гетерозис наибольший эффект дает в птицеводстве. Например, эффект гетерозиса используют для получения бройлеров – мясных цыплят. Бройлерных цыплят получают путем скрещивания мясных линий кур породы Корниш (отцовская линия) и Белый плимутрок (материнская линия). 

У растений и некоторых животных возможна отдаленная гибридизация, т.е. получение гибридов между представителями разных видов. Такие гибриды являются стерильными, т.к. у них во время мейоза хромосомы не находят своего гомолога и не могут образовать биваленты. В результате нарушается процесс точного разделения хромосом на два гаплоидных набора, и образующиеся гаметы оказываются неполноценными. 

Стерильными гибридами являются, например, мулы – гибриды между ослом и лошадью. Однако у многих растений стерильность можно преодолеть, если вызвать удвоение числа хромосом, полиплоидизацию. Такая возможность преодоления стерильности была впервые продемонстрирована в работах известного генетика Георгия Дмитриевича Карпеченко. Он получил межродовой гибрид, скрестив капусту (Brassica) с редькой (Raphanus) (рис. 2). Гибрид оказался стерильным. После того, как у него было удвоено число хромосом, т.е. восстановлена парность гомологов для нормальной конъюгации в мейозе, появилась нормальная семенная фертильность. Этой работой Г.Д. Карпеченко впервые экспериментально воспроизвел очень важное звено эволюционного процесса - становление новых видов растений через отдаленную гибридизацию и полиплоидию.

Рис. 2. Преодоление стерильности гибридов F1 путем искусственного мутагенеза

Естественно, что этой работой были открыты и новые возможности для селекции - получение новых форм растений.
Методы экспериментального получения мутаций начали успешно разрабатываться с начала ХХ века.

Отбор в селекции 

Выделяют два основных типа искусственного отбора - массовый и индивидуальный. Массовый отбор является более примитивным. У массового отбора есть крупный недостаток - отбирая лучшие экземпляры по внешним признакам, мы не всегда отбираем лучшие генотипы. Лучшие экземпляры могут быть результатом воздействия более благоприятных условий возделывания растений или содержания животных, а не результатом реализации генотипа. Поэтому был разработан метод индивидуального отбора, который позволяет оценивать роль генотипа в развитии признаков и свойств. При этом типе отбора оценка отбираемых особей производится по показателям у их потомства.

Сравнительная характеристика отбора

***В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор, который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды. 

Биотехнология 

Биотехнология — использование живых организмов (бактерий, дрожжей и др.) и биологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве; производство необходимых для человека веществ с использованием достижений микробиологии и биохимии. 

Биотехнология открывает новые возможности для селекции. Её основные направления: микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.

Задачи биотехнологии: 

• Синтез кормовых белков, витаминов, антибиотиков, лекарственных препаратов
• Решение экологических проблем, борьба с загрязнением окружающей среды (мусор бактерии СН4)
• Решение энергетической проблемы (использование биогаза)
• Получение сырья для пищевой, химической и текстильной промышленности