ОСНОВЫСЕЛЕКЦИИ
Селекция – наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов, соответствующих потребностям человека.
Сорт, порода и штамм – совокупность особей, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенными наследственными особенностями: продуктивностью, морфологическими и физиологическими признаками.
Теоретической основой селекции является генетика, разрабатывающая проблемы наследственной изменчивости, системы скрещивания и отбора.
Создателем современной генетической основы селекции является Н. И. Вавилов.
Важнейшей задачей селекции является исследование закономерностей эволюции домашних животных и возделываемых растений.
По выражению Н. И. Вавилова, селекция – это эволюция, управляемая человеком.
Перед селекционерами стоит задача создания высокопродуктивных сортов и пород, дающих продукцию высокого качества, пригодных для механизированного возделывания и уборки, способных максимально использовать создаваемые условия внешней среды (свет, тепло, вода, удобрения, СО2 и т.д.) и обладающих другими необходимыми технологическими качествами (при транспортировке, хранении и переработке).
Основные (традиционные) методы селекции – гибридизация и отбор.
Современные генетико-селекционные методы:
- отдаленная и внутривидовая гибридизация,
- экспериментальный (индуцированный) мутагенез,
- полиплоидия,
- гетерозис,
- клеточная и генная инженерия (биотехнология) и т.д. позволяют создать новые формы с исключительно высоким уровнем продуктивности.
Селекционный процесс включает в себя поиск исходного материала и выделения образцов с наибольшей выраженностью признака.
ЦЕНТРЫПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ
Академик Н. И. Вавилов указывал, что для успешной работы по созданию сортов и пород следует изучать и учитывать исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных, их генетическое разнообразие. Обобщив огромный материал, собранный в результате многочисленных экспедиций, Н. Вавилов внес выдающийся вклад в развитие представления о центре происхождения культурных растений, которые совпадают с древними очагами мирового земледелия.
| Название центра | Одомашненные растения |
| 1. Индонезийско-индокитайский (южноазиатский) | Бананы, сахарная пальма, сахарный тростник, огурцы, баклажан. |
| 2. Китайско-японский (восточноазиатский) | Рис, просо, соя, шелковица, слива, вишня, чай. |
| 3. Переднеазиатский (юго-западный) | Пшеница, рожь, ячмень, овес, чечевица. Морковь, лен, миндаль, виноград. |
| 4. Средиземноморский | Оливковое дерево, капуста, брюква, свекла. |
| 5. Африканский | Бананы, арбуз, кофе, твердые сорта пшеницы. |
| 6. Южноамериканский | Фасоль, томат, арахис, ананас, картофель, хинное дерево. |
| 7. Центральноамериканский | Кукуруза, фасоль, тыква, табак, какао, красный перец, длинноволокнистый хлопчатник |
СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ
Методы
 | | |
Выбор исходного Гибридизация (скрещивание) Искусственный отбор
материала
(желательно из центров Межлинейная Массовый Индивидуальный
многообразия) гибридизация (по фенотипу) (по генотипу)
(гетерозис)
Инбридинг Полиплоидия Отдаленная
(получение и индуцированный гибридизация
чистых линий: мутагенез (редька х капуста)
АА; аа)
Инбридинг у растений – это принудительное самоопыление перекрестноопыляемых растений. Проводят 6-7 лет –переводят гены в гомозиготное состояние (АА; аа).
Инбридинг приводит к «депрессии», поскольку рецессивные неблагоприятные гены переходят в гомозиготное состояние:
P Аа х Аа
F1 АА 2Аа аа
Потомство одной самоопыляемой особи называется чистой линией (АА, аа).
В селекции растений часто применяют межлинейную гибридизацию – перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями (т.е. чистыми линиями).
При этом возникает эффект гетерозиса, или гибридной мощи, т.е. гибриды F1 по ряду признаков часто превосходят исходные родительские формы. Отмечается повышенная жизнеспособность F1.
Эффект гетерозиса объясняется переводом рецессивных генов в гетерозиготное состояние, в котором они не оказывают отрицательного влияния на жизнеспособность
организма.
Эффект гетерозиса в последующих поколениях при половом размножении снижается и сохраняется при вегетативном.
Полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом относительно гаплоидного набора. Полиплоиды отличаются повышенной продуктивностью. Многие культурные растения являются полиплоидами.
Для получения полиплоидов воздействуют на половые клетки растений мутагенами, разрушающими веретено деления (например, колхицин) при этом образуются три-,
тетраплоидные и т.д. формы.
Отдаленная гибридизация позволяет в одном организме совместить признаки разных родов и видов. Гибриды F1 обычно бесплодны. Советский ученный Г. Карпеченко разработал способ преодоления бесплодия:
Схема:
1. Удвоил число хромосом гибрида F1, т.е. гаметы растений были диплоидны
2n (18) х 2n (18) = 4n (36) – капустно-редечный гибрид, состоял из диплоидных
наборов редьки и капусты;
1. Это обеспечило нормальное протекание мейоза;
2. Гаметы, которые при этом образовывались, несли по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18)
3. Зигота после оплодотворения вновь несла 36 хромосом (18редичных и 18 капустных).
Искусственный отбор – основа селекционного процесса.
Отбор может быть массовым и индивидуальным.
1. Массовый отбор представляет собой выделение ряда экземпляров по внешним признакам (по фенотипу) без проверки их генотипа. Такой сорт генетически неоднороден, отбор время от времени повторяют.
Массовый отбор для перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник).
2. Индивидуальный отбор (по генотипу) оценивают потомство каждого отдельно взятого растения в ряду нескольких поколений – для самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя, гороха).
СЕЛЕКЦИЯ ЖИВОТНЫХ
В селекции животных, по сравнению с селекцией растений, есть ряд особенностей:
- во-первых, для животных характерно половое размножение, поэтому любая порода является сложной гетерозиготной системой;
- во-вторых, у них позднее наступает половозрелость;
- в-третьих – немногочисленное потомство;
- они не размножаются вегетативно.
Однако и в селекции животных используют гибридизацию и отбор, как массовый, так и индивидуальный.
Методы селекции животных
Селекционная работа Гибридизация Отбор
начинается с подбора (скрещивание)
родительских пар Массовый Индивидуальный
Близкородственная Неродственная
(инбридинг) (аутбридинг)
Переводят гены в Межвидовое
гомозиготное состояние Внутривидовое (скрещиваются
(скрещиваются разные разные виды)
породы одного вида) кобыла + осёл = мул
пример о белой украинской свинье потомство бесплодно
Инбридинг – скрещивание между родственными особями.
У перекрестно оплодотворяющихся организмов инбридинг – скрещивание братьев с сестрами или родителей с детьми (возвратное скрещивание).
Генетическое следствие инбридинга – повышение гомозиготности потомков по различным признакам.
Инбридинг часто ведет к ослаблению и даже вырождению потомков у животных. И тем не менее инбридинг часто используется в селекции животных, т.к. дает возможность выявить и закрепить ряд наследственных признаков в потомстве за счет перевода их в гомозиготное состояние.
Отдаленная гибридизация (аутбридинг) – скрещивание форм, относящихся к разным видам, родам и т.д. При межпородных скрещиваниях рецессивные гены переходят в гетерозиготное состояние и не оказывают отрицательного действия на развитие тех или иных признаков у потомков.
Отдаленная гибридизация имеет ряд особенностей (трудность получения гибридов, а зачастую полная стерильность потомков). Основная причина полной стерильности FI связана с нарушением хода мейоза.
Пример внутривидового скрещивания:
М. Иванов (советский селекционер), создавая белую степную украинскую породу свиней, для скрещивания взял высокопродуктивного английского хряка и неприхотливую к условиям содержания плодовитую украинскую свинью.
Гибридное потомство вновь было скрещено с английскими хряками. В результате был выведен хряк Асканий I превосходного телосложения, которого он скрещивал с сестрами, дочерями, внучками и, таким образом, большинство генов было переведено в гомозиготное состояние – были получены различные чистые линии.
Отдаленная гибридизация. Межвидовое скрещивание. С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом – мула, который отличается выносливостью и долгожительством, но, чаще всего, межвидовые гибриды стерильны, у них нарушается мейоз, что приводит к бесплодию.
СЕЛЕКЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении.
С помощью микробиологической промышленности получают антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, различные ферменты, витамины и многое другое.
Микроорганизмы используют для биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы.
Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная, хромосомная и генная инженерия.
Генная инженерия — совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из генома одного организма и вводить его в геном другого организма. Растения и животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными, бактерии и грибы — трансформированными. Традиционным объектом генной инженерии является кишечная палочка.