СЕЛЕКЦИЯ
План
1. Что такое селекция.
2. Селекция в растениеводстве.
3. Селекция в животноводстве,
4. Селекция микроорганизмов.
1. ЧТО ТАКОЕ СЕЛЕКЦИЯ
Что называют селекцией? Селекция - это наука, кото-
рая разрабатывает методы создания сортов и гибридов сель-
скохозяйственных растений и пород животных с нужными
человеку признаками; она является также отраслью сельско-
хозяйственного производства, занимающейся выведением сор-
тов И гибридов сельскохозяйственных культур, пород живот-
ных.
С помощью селекции разрабатываются способы воздей-
ствия на растения и животных. Это происходит с целью изме-
нения их наследственных качеств в нужном для человека на-
правлении. Селекция стала одной из форм эволюции расти-
тельного и животного мира. Она подчинена тем же законам,
что и эволюция видов в природе, однако естественный отбор
здесь частично заменен искусственным.
Теоретической основой селекции является генетика, ко-
торая разрабатывает закономерности наследственности и из-
менчивости организмов. Используя эволюционную теорию
Чарлза Дарвина, законы Грегора Менделя, учения о чистых
линиях и мутациях, ученые смогли разработать методы ynpaR-
ления наследственностью растительных и животных организ-
мов. В селекционной практике особое место принадлежит гиб-
ридологическому анализу.
Биологами выделяется три отрасли селекции: селекция
в растениеводстве, селекция в животноводстве и селекция мик-
роорганизмов.
2. СЕЛЕКЦИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Считается, что одновременно с земледелием появилась и
примитивная селекция. Человек, начав выраишнать растения,
отбирал, сохранял и пытался прорастить лучшие из них. Изве-
стно, что многие культурные растения начали евпю жизнь ещг
10 тысяч лет до нашей эры. Селекционеры древности сумгли
Общая биология 333
создать прекрасные сорта плодовых растений, винограда, мно-
гие сорта пшеницы, бахчевых культур. Большое влияние на
развитие селекции растений оказали работы западноевропейс-
ких селекционеров-практиков XVIII века. К ним относятся ан-
глийские ученые Галлст, Ширеф, немецкий ученый Римпау, Ими
были созданы несколько новых сортов пшеницы, разработаны
способы выведения новых сортов. Уже и 1774 г. под Парижем
создается селекционная фирма «Вильморен». Ее селекционеры
первыми в мире оценивали отбираемые растения по потомству
Также они обратили внимание на свеклу. Им удалось вывести
такие сорта сахарной свеклы, которые содержали практически
в 3 раза больше сахара, чем уже известные. Этой работой было
доказано огромное влияние селекции на изменение природы
растений в нужную человеку сторону. В Европе и Северной
Америке в конце XVIII - начале XIX веков появляются новые
промышленные семенные фирмы и крупные селекционно-се-
меноводческие предприятия. Капитализм повлиял и на зарож-
дение промышленной селекции растений. Также на ее развитие
оказали влияние достижения ботаники, микроскопической тех-
ники и многое другое.
Россия пытается не отставать от нововведений селек-
ции. И. В. Мичурин начинает селекцию плодовых культур.
Он применяет новые оригинальные методики, с помощью
которых выводит множество новых сортов плодовых и ягод-
ных культур. У Мичурина много работ по гибридизации гео-
графически отдаленных форм. Его работы имели большое
значение для теории и практики селекции растений. В США
одновременно с Мичуриным Л. Бербанк создает целый ряд
новых сортов различных сельскохозяйственных культур пу-
тем тщательного проведения скрещиваний и совершенного
отбора. Среди них были и такие формы, которые ранее не
встречались в природе. К ним относятся бескосточковая сли-
ва, неколючие сорта ежевики.
Для селекции растений большое значение имеет разви-
тие научных основ отбора и гибридизации, а именно изуче-
ние генетических и физиолого-биохимических основ имму-
нитета, наследование важнейших количественных и каче-
ственных признаков (белка и его аминокислотного состава,
жиров, крахмала, Сахаров). Важны также методы создания
исходного материала. К ним относятся полиплоидия, экспе-
риментальный мутагенез, гаплоидия, клеточная селекция,
хромосомная и генная инженерия, гибридизация протоплас-
тов, культура зародышевых и соматических клеток и тканей
растений, Современная селекция несколько отличается от
того, что было ранее. Сейчас в качестве исходного материа-
ла в ней используются естественные и гибридные популяции,
самоопыленные линии, искусственные мутанты и полипло-
идные формы. Большая часть сортов сельскохозяйственных
растений была создана с помощью отбора и внутривидовой
гибридизации. В результате были получены мутантные и по-
липлоидные сорта зерновых, технических н кормовых куль-
тур Для того чтобы гибридизация была успешной, нужно
определиться с правильным подбором для скрещивания ис-
ходных родительских пар, особенно по эколого-географи-
чеекому принципу. Ступенчатая гибридизация используется
для того, чтобы объединить в гибридном потомстве призна-
ки нескольких родительских форм. Во всем мире прибегают
к этому методу. А чтобы усилить желаемые свойства одного
из родителей в гибридном потомстве, применяются возврат-
ные скрещивания. Отдаленная гибридизация применяется,
чтобы сочетать в одном сорте признаки и свойства разных
видов или рпдов растений.
3. СЕЛЕКЦИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Как и в селекции растений, на ранних этапах развития
животноводства породы создавались в результате бессозна-
тельного отбора или под влиянием природно-экономических
условий. Но процесс накопления зоотехнической информа-
ции шел, и вскоре сложились определенные методы создания
пород по заранее намеченной программе отбора и подбора.
Начал использоваться инбридинг, чтобы закрепить определен-
ные качества. Инбридинг - близко-родственное скрещивание
животных. Таким образом были выведены многие из пород
мирового значения (шортгорнская, голландская породы круп-
ного рогатого скота и др.).
В селекции животных широко применяются современ-
ные генетические методы. Среди них большое значение имеют
генетика популяций, а также иммуногенетика. Постоянно раз-
рабатываются методы изучения изменчивости, наследуемости
и генетической корреляции признаков, оценки генотипа жи-
вотных и отбора плюс-вариантов, что и обеспечило более вы-
сокий научно-методический уровень селекционных работ.
У домашних животных, подобно растениям, часто мож-
но наблюдать явление гетерозиса. Он применяется в животно-
водстве и птицеводстве.
С помощью селекции стало возможным повышение бел-
ковости молока у молочного скота, увеличение выхода мяса и
уменьшение содержания жира в туше у мясных пород крупно-
го рогатого скота и свиней, получение шерсти необходимой
длины и тонины у овец и т. д.
4. СЕЛЕКЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Важную роль в жизни человека играют и микроорганиз-
мы. С их помощью можно создавать вещества, которые ис-
пользуются в различных областях медицины и промышлен-
ности (производство некоторых органических кислот, спирта,
хлебопечение, виноделие основаны на деятельности микроор-
ганизмов).
Исключительное значение для здоровья человека име-
ют антибиотики. Их относят к особым веществам. Антиби-
отики являются продуктами жизнедеятельности некоторых
микробов и грибов, убивающими болезнетворные микробы
и вирусы.
Методы селекции широко применяются, чтобы получить
наиболее продуктивные формы микроорганизмов. С помо-
щью методов отбора ученые выделяли штаммы микроорга-
низмов, которые являлись активными синтезаторами того или
иного продукта, используемого человеком. Это могут быть
антибиотики, витамины и другие вещества. Микроорганизмы
могут мутировать, что закреплено наследственно. Ученые
широко используют метод экспериментального получения
мутаций под действием рентгеновских, ультрафиолетовых
лучей и кое-каких химических соединений. С помощью таких
методов наследственная изменчивость микроорганизмои по-
вышается в десятки и даже сотни рал. . _ .
Процесс селекции – непрерывный процесс. К тому же
происходит его постоянное совершенствование. Это вызвано
все возрастающими запросами производства и требованиями
к сортам растений, породам животных И эффективности мик
роорганизмов. _ .. ."„!_.
384 Биология
ЧЕЛОВЕК. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МОЗГА
План
1. Исследования работы мозга.
2. Организация памяти.
3. Человеческая память.
1. ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МОЗГА
Данные о процессах в клетках морского моллюска, а так-
же о том, каким образом происходит синтез белков в челове-
ческом мозгу, помогают распознать природу обучения и памя-
ти у человека. В процессе исследований выяснилось, что ос-
новные биохимические механизмы передачи нервных импуль-
сов одинаковы у всех животных. Ученые пришли к выводу,
что если эволюция решила их сохранить, то кажется логич-
ным, что и клеточные механизмы обучения и памяти, исполь-
зующиеся у низших животных, тоже сохранились. В после-
днее время проводилось несколько экспериментов, среди Ко-
торых был следующий. Исследователи ввели в нейроны го-
ловного мозга многих млекопитающих фосфорилируюшиЙ
фермент, который является ответственным за процесс обуче-
ния у моллюсков. Этот фермент увеличивал возбудимость у
животных, т. е. производил действие, которое сходно с дей-
ствием в мембранах нейронов у моллюсков. До сих пор уче-
ные окончательно не решили, насколько верным был прово-
димый эксперимент и будет ли одна и та же реакция идентич-
ной у собаки и моллюска. Однако знание биохимических ме-
ханизмов научения у низших животных поможет исследова-
телям изучать более сложные нервные системы.
Очень трудно спрогнозировать результаты эксперимен-
тов, которые проводятся на клеточном уровне. И до сегод-
няшнего дня очень трудно объяснить, каким образом наш мозг
может запомнить партитуру симфонии Бетховена или же про-
стые сведения, которые нужны для разгадывания кроссворда.
Для этого необходимо перенестись на уровень мозговых сис-
тем, где у человека собраны десятки миллиардов нейтронов,
соединенных между собой определенным, хотя и запутанным
образом. Теперь и на высших животных ученые проводят эк-
сперименты с обучением и различными воздействиями на мозг.
Исследование психологии здоровых людей помогает узнать
больше о процессах переработки и хранения информации. Что-
бы понять организацию функций памяти, ученые пытаются
исследовать больных с различными видами амнезии, которые
развиваются после повреждения мозга.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
Около сорока лет тому назад Карл Лэшли, являющийся
пионером в области экспериментального исследования мозга
и поведения, попытался решить вопрос о пространственной
организации памяти в мозгу. Ученый натаскивал животных
решать определенные задачи, а затем удалял один за другим
различные участки коры головного мозга в поисках мест хра-
нения следов памяти. Однако Лэшли, несмотря на вес попыт-
ки, так и не удалось Найти то место, где, по его мнению, долж-
ны были находиться следы памяти-энграммы. В дальнейшем
ученые нашли причину неудачи Лэшли. Они пришли к выво-
ду, что для научения и памяти важными ял.iлютея не только
кора мозга, но и многие области и структуры мозга помимо
нее. Также выяснилось, что следы памяти в коре широко раз-
бросаны и неоднократно дублируются. Один кз учеников Лэш-
ли, Дональд Хебб, продолжил дело своего учителя и предло-
жил теорию происходящих в памяти процессов, которая опре-
делила ход дальнейших исследований более чем на три деся-
тилетия вперед. Именно Хсбб ввел понятия долговременной и
кратковременной памяти. Он пришел к вывп.гу, что кратков-
ременная память - это активный процесс ограниченной дли-
тельности, не сохраняющий никаких следов, а долговре-
менная память определена структурными изменениями в нерв-
ной системе. Хебб считал, что эти структурны- изменения мог-
ли быть порождены повторной активацией замкнутых нейт-
ронных цепей, например путей от коры к таламусу или гиппо-
кампу и обратно к коре. Повторное возбуждение образующих
такую цепь нейтронов ведет к тому, что связь Бающие их си-
напсы становятся функционально эффективными.
После определения таких связей эти нейтроны создают
клеточный ансамбль, и любое возбуждение относящихся к нему
нейтронов будет активировать весь ансамбль Таким образом
может осуществляться хранение информации И ее повторное
извлечение под влиянием каких-либо ощущеыгл,-мыслей или
эмоций, возбуждающих некоторые из нейтронов клеточного
ансамбля. Структурные изменения, по мнению Хебба, по-ви-
димому, проистекают в синапсах в результате каких-либо про-
цессов роста или метаболических изменений, которые увели-
чивают воздействие каждого нейтрона на следующий нейт-
рон.
Особое внимание в теории клеточных ансамблей уделя-
лось тому факту, что след памяти - это статическая «запись»,
а не просто продукт видоизменений в строении одной нервной
клетки или молекулы мозга. Психологи сделали вывод, что
память - это особенный процесс, который включает в себя
взаимодействие многих нейтронов.
3. ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ
Человек может успешно пользоваться своей памятью. Но
для этого необходимо знать существование трех процессов.
Он должен усвоить информацию, сохранить ev в своем мозгу,
а затем при необходимости воспроизвести. Таким образом,
если человеку не удается вспомнить что-либо, то причина одна:
нарушен один из трех процессов. Однако не стоит думать, что
память настолько проста. Человек может усваивать и запоми-
нать не просто отдельные элементы информаци г." Он модели-
рует собственную систему знаний, которая способна помочь
ему накапливать, хранить и использовать огромный запас не-
обходимых сведений. К тому же память является активным
Общая биология 385
процессом, в результате котордго полученные знания посто-
янно реконструируются, анализируются и переосмысливают-
ся нашим мозгом; по этой причине обнаружить свойства памя-
ти очень трудно. По всей вероятности, существует несколько
фаз памяти. Одна из них, названная непосредственной памя-
тью, длится совсем немного времени. Во время этой фазы
информация сохраняется всего несколько секунд. Когда че-
ловек проезжает на машине мимо привлекших его внимание
пейзажей, то в памяти он сохраняет полученное впечатление
всего лишь в течение одной-двух секунд. Но если ему очень
понравились некоторые объекты, которым было уделено боль-
ше внимания, то из непосредственной памяти информация пе-
реводится в кратковременную. Уже в кратковременной памя-
ти информация сохраняется в течение нескольких минут. Сто-
ит представить, что может происходить в тот период, когда
необходимо запомнить только что названный помер телефо-
на. Чтобы запомнить номер, человек пытается повторить его
мысленно несколько раз, если у него нет с собой ручки или
карандаша. Но если в этот момент его отвлечь какой-либо
фразой или действием, то он обязательно либо забудет номер,
либо перепутает цифры. По всей видимости, человек может
удерживать в своей кратковременной памяти от 5 до 9 отдель-
ных единиц запоминаемого материала. Случается, что такие
единицы группируются, и тогда люди уверены, что способны
запомнить гораздо больше.
Часть информации может переводиться Из кратковремен-
ной памяти в долговременную, где сохраняется в течение про-
должительного времени или даже всей жизни. Известно, что
ситшокамп является одной Из систем мозга, которая отвечает
:ia осуществление такого переноса информации. Удалось выя-
нить такую особенность гиппокампа в результате операции на
мозге у одного больного. Б литературе, где есть описания пос-
леоперационного состояния этого больного, он назван иници-
алами Н. М. Выяснилось, что в каждой Из височных долей
мозга имеется по одному гиппокампу. Чтобы облегчить гнету-
щие эпилептические припадки, доктора решили удалить оба
гиппокампа. Впоследствии, после выяснения неблагоприят-
ных последствий такой операции, этот метод не применялся.
Когда операция завершилась, Н, М. мог существовать исклю-
чительно в настоящем времени. Он был в состоянии запоми-
нать все события, явления и предметы лишь на то время, пока
они могли удержаться в его мозгу. Если медсестрам приходи-
лось выйти на несколько минут из палаты, по возвращении
они встречались с абсолютно не помнящим их человеком.
Однако Н. М. прекрасно помнил те события, которые были до
операции. Его память не утратила ту информацию, которая
сохранилась в мозгу за три года до операции. Однако И здесь
пыли пробелы. Часто амнезия распространялась на события,
которые произошли с больным за 1 - 2 года до операции, но не
более. Все это лишний раз подтверждает тот факт, что следы
памяти претерпевают изменения спустя определенный проме-
жуток времени.
Гиппокамп расположен в височной доле мозга. Согласно
некоторым данным, гиппокамп и медиальная часть височной
доЛи играют определенную роль в процессе закрепления, или
консолидации следов памяти. Имеются в виду те изменения,
физические и психологические, которые должны проистечь в
мозгу для того, чтобы полученная им информация могла пе-
рейти в постоянную память. Даже после того, как информация
уже поступила в долговременную память, некоторые ее части
могут подвергаться преобразованию и даже забываться, и толь-
ко после этого реорганизованный материал отправляется на
постоянное хранение. Известно, что наш мозг сохраняет на-
много больше информации, чем мы в этом нуждаемся. Самая
же главная трудность состоит в том, чтобы извлечь нужную
информацию из памяти. В связи с этим люди, привычные к
чтению, никогда не читают по буквам и даже не прочитывают
отдельные слова; им удобнее читать группами слов. По всей
вероятности, гиппокамп и медиальная височная область уча-
ствуют в формировании и организации следов памяти. Поэто-
му они не могут являться местом постоянного хранения ин-
формации. Больной Н. М., который лишился этой области
мозга, прекрасно мог воспроизвести события, произошедшие
с ним более чем за 3 года до операции. Это подтвердило, что
височная область не является местом длительного храпения
следов. Но в то же время она помогает в их формировании,
что подтверждает потеря у Н. М. памяти на те события, кото-
рые происходили Е последние 3 года до операции.
Те же данные были получены, когда исследовали боль-
ных, подвергшихся электрошоковой терапии. Доказано, что
электрошок оказывает разрушительное действие, и особенно
иа гиппокамп. После этой процедуры больные, за небольшим
исключением, не могут вспомнить те события, которые пред-
шествовали их лечению. Зато память о гораздо более ранних
событиях полностью сохраняется. Лэрри Сквайр высказал
гипотезу, что в процессе усвоения каких-либо знаний височ-
ная область устанавливает связь с местами хранения следов
памяти в других частях мозга, прежде всего в коре. Надоб-
ность л таких взаимодействиях может сохраняться довольно
долго - в течение нескольких лет, пока идет процесс реорга-
низации материала памяти. Сквайр предполагал, что эта реор-
ганизация непосредственно зависит от физической перестрой-
ки нервных сетей. В тот момент, когда перестройка и реорга-
низация закончены, а информация стабильно сохраняется в
коре мозга, участие височной области в ее закреплении и из-
влечении становится ненужной.
Что такое селекция
Термин «селекция» происходит от латинского слова selection – отбор. Говоря о селекции, имеют в виду два значения:
1. процесс создания сортов растений, пород животных, штаммов полезных микроорганизмов;
2. науку, разрабатывающую теорию и методы создания сортов растений, пород животных, штаммов полезных микроорганизмов.
Теоретическая база селекции – генетика. Итогом селекционного процесса являются сорт, порода, штамм. Сорт растений, порода животных, штамм микроорганизмов – это совокупность организмов, созданных человеком в процессе селекции и имеющих определенные наследственные свойства. Все организмы, составляющие эту совокупность, имеют сходные наследственно закрепленные особенности, однотипную реакцию на условия среды. Как наука селекция окончательно оформилась благодаря трудам Ч. Дарвина. Он проанализировал огромный материал по одомашниванию животных и введению в культуру растений и на этой основе создал учение об искусственном отборе.
Селекция как процесс представляет собой специфическую форму эволюции, подчиняющуюся общим закономерностям. Главная отличительная особенность селекции как процесса состоит в том, что естественный отбор заменен на искусственный, проводимый человеком. Это и позволило Н.И. Вавилову дать емкое и образное определение селекции как процесса. Он писал, что селекция представляет собой «эволюцию, направляемую волей человека». Следовательно, селекция есть важнейший род практической деятельности человека, итогом которой и стали все имеющиеся сегодня сорта культурных растений, породы домашних животных и штаммы полезных микроорганизмов.
Одомашнивание как первый этап селекции
Культурные растения и домашние животные произошли от диких предков. Этот процесс называют одомашниванием или доместикацией. Важнейшей движущей и направляющей силой одомашнивания служит искусственный отбор. На самых ранних этапах одомашнивания, уходящих на тысячелетие в глубь истории, искусственный отбор был бессознательным. Первые попытки одомашнивания начинались, вероятно, со случайного выращивания диких животных. Только те из них, которые оказались способными контактировать с человеком и существовать в условиях неволи, выживали. Следовательно, на первых этапах одомашнивания особую роль могла сыграть селекция животных по поведению.
Отечественный генетик и эволюционист Д.К. Беляев предположил, а затем со своими коллегами экспериментально показал, что отбор по поведению был одним из важнейших факторов резкого повышения изменчивости на начальных этапах одомашнивания животных. Выяснилось, что селекция по поведению не ограничивается изменением самого поведения. Параллельно изменяются многие жизненно важные функции и процессы. Происходит перестройка такой строго стабилизированной системы организма, как репродуктивная. Например, у селекционируемых по поведению лисиц наблюдается переход от однократного размножения в году к двукратному, изменяется характер линьки, меняется фотопериодическая реакция, появляется большое количество морфологических признаков, очень похожих на те, что известны для других одомашненных животных (окраска тела, форма ушей, хвоста и т.д.). Громадное разнообразие, закономерно возникающее на первом этапе одомашнивания животных, послужило основой для создания пород животных, резко отличающихся как от диких предков, так и друг от друга.
Итак, на первых этапах введения в культуру растений и одомашнивания животных основным направлением селекции был отбор на способность размножаться в условиях искусственного содержания, т.е. под контролем человека. Среди животных оставлялись на потомство только те, которые могли размножаться в неволе и контактировать с человеком. Среди злаковых растений человек отбирал только те, которые были способны сохранить семена в колосе, т.е. не осыпались, как это характерно для «дикарей».
Центры происхождения культурных растений
Важнейший радел селекции как науки – учение об исходном материале. Фактически он разработан выдающимся советским генетиком и селекционером Н.И. Вавиловым и подробно изложен в его работе «Центры происхождения культурных растений». Любая селекционная программа начинается с подбора исходного материала. Решая проблему исходного материала, Н.И. Вавилов обследовал земной шар и выяснил территории с наибольшим генетическим разнообразием культивируемых растений и их диких сородичей. Вместе с сотрудниками Н.И. Вавилов осуществил в 20–30-е годы более 60 экспедиций по всем обитаемым континентам, кроме Австрии. Участники этих экспедиций – ботаники, генетики, селекционеры – были нестоящими охотниками за растениями. В результате огромной и самоотверженной работы они установили и отельные районы мира, обладающие наибольшим разнообразием генетических форм растений. Таких районов Н.И. Вавилов выделил восемь: 1. Индийский центр;
2. Южнокитайский;
3. Среднеазиатский;
4. Переднеазиатский;
5. Средиземноморский;
6. Абиссинский;
7. Центральноамериканский;
8. Южноамериканский.
Н.И. Вавилов считал, что районы, где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие по тому или другому виду растений, и являются центрами их происхождения. У картофеля максимум генетического разнообразия связан с Южной Америкой, у кукурузы – с Мексикой, у риса – с Китаем и Японией, у хлебных злаков пшеницы, ржи – со Средней Азией и Закавказьем, у ячменя – с Африкой. Эти районы и были отмечены как центры происхождения перечисленных видов. То же самое было сделано и по многим другим видам.
Наряду с открытием мировых центров происхождения культурных растений Н.И. Вавилов и его экспедиции собрали самую крупную в мире коллекцию растений, которая была сосредоточена во вновь созданном в С.-Петербурге Всесоюзном институте растениеводства, ныне носящем имя Н.И. Вавилова. Эта коллекция в виде семенных образцов постоянно пополняется, воспроизводится на полях опытных станций института и насчитывает в настоящее время более 300 тыс. номеров. Она-то и является тем кладезем исходного материала, которым пользуются все генетики и селекционеры страны, работающие с растениями. Прежде чем начать создание нового сорта растений, селекционер подбираем из мировой коллекции все необходимые для работы образцы, обладающие интересующими его признаками.
Например, селекционер задумал создать для Сибири холодостойкий сорт пшеницы или ржи. Прежде всего, он будет изучать в мировой коллекции все холодостойкие сорта, собранные в северных районах Азии, Европы, Америки. После этого он сможет выбрать сорт, наиболее соответствующий его селекционной программе.
Мировая коллекция растений – наше крупнейшее национальное достояние, требующее к себе бережного отношения и постоянного пополнения.
Происхождение домашних животных и центры их одомашнивания
Как свидетельствуют современные данные, центры происхождения животных и районы их одомашнивания связаны – это места древних цивилизаций. В индонезийско-индокитайском центре впервые, по-видимому, были одомашнены собака, большинство пород которой происходит от волка, – одно из наиболее древних домашних животных.
В Передней Азии, как полагают, были одомашнены овцы, их предок – дикие бараны муфлоны. В Малой Азии одомашнены козы. Одомашнивание тура, ныне исчезнувшего вида, произошло, вероятно, в нескольких областях Евразии. В результате возникли многочисленные породы крупного рогатого скота. Предки домашней лошади – тарпаны, также исчезнувшие, были одомашнены в степях Причерноморья. Таким образом, для большинства видов домашних животных и культурных растений, несмотря на их огромное разнообразие, обычно удается указать на исходного дикого предка.
Применение цитоплазматической мужской стерильности
Возникает вопрос, как получить гибридные семена, например, у кукурузы, сахарной свеклы, риса, томатов, если в пределах одного растения или даже одного цветка расположены женские и мужские элементы системы размножения и всегда присутствует возможность самоопыления. В этих случаях избежать процесс самоопыления возможно только двумя путями: на материнских формах удалить вручную мужские элементы цветка, продуцирующие пыльцу; сделать мужские соцветия стерильными. Первый путь очень трудоёмок, поэтому генетики начали поиск систем, определяющих мужскую стерильность растений.
В 1929 г. Ученик Н.И. Вавилова, отечественный селекционер и генетик М.И. Хаджинов нашёл в посевах кукурузы растения с мужской стерильностью, которые ничем не отличались от нормальных, полностью стерильных, т.е. не продуцирующих пыльцу. Эта система затем была детально изучена генетически, выявлены разные типы мужской стерильности. Один из них – цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) – был предложен и широко использован для получения гибридных семян у кукурузы, а затем и у многих других видов.
Схема использования ЦМС в селекции разработана в 30-х годах Родсом. Этот тип мужской стерильности характеризуется тем, что только взаимодействие особого типа цитоплазмы (S) и рецессивных генов ядра (rf) обусловливает мужскую стерильность.
В практике используют лишь гибридные семена первого поколения от скрещивания двух линий, простого гибрида и линии или двух простых гибридов. Второе и последующие поколения в производственных посевах не используются, так как гибриды расщепляются на исходные формы и эффект гетерозиса исчезает. В связи с этим при использовании гетерозиса у растений организовано семеноводство в специальных хозяйствах, фермах, где получают только семена первого поколения и продают их хозяйствам, фермерам и т.д. Так как урожайность гетерозисных гибридов значительно (на 20–30%) выше сортов, то затраты на семеноводство гибридных семян с лихвой окупаются. В растениеводстве гетерозис широко используется у кукурузы, сорго, сахарной свеклы, риса томатов и других видов.
Открытие явления гетерозиса было крупнейшим событием в генетике и селекционной практике.
Полиплоидия и отдалённая гибридизация в селекции растений
Виды, у которых число хромосом умножено кратно основному числу (n), называются полиплоидами. Многие виды растений, введенные в культуру, – полиплоиды. Среди покрытосеменных растений доля полиплоидов составляет 30–35%, причём у злаковых трав она равна почти 70%. Из культурных злаков к полиплоидам относятся пшеница и овёс. Основное число хромосом для пшеницы n=7.
Твёрдая пшеница имеет 28 хромосом, т.е. является тетраплоидом: мягкая пшеница, наша основная продовольственная культура, имеет 42 хромосомы, т.е. является гексаплоидом. К полиплоидам относятся и многие другие культурные виды растений: хлопчатник, люцерна, табак и др.
Полиплоидные формы растений делятся на два типа. Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются аутополиплоидами. Например, у обычной диплоидной ржи набор хромосом равен 14. Разработаны методы умножения числа хромосом. Довольно легко можно получить формы ржи с 28 хромосомами, они и представляют собой типичные аутополиплоиды.
Гибридизация бывает внутривидовая, когда скрещиваются разные формы, линии, сорта, породы между собой в пределах вида, и отдалённая, когда скрещиваются разные виды и даже роды, в результате получаются межвидовые или межродовые гибриды.
Если в результате отдалённой межвидовой или межродовой гибридизации в одном организме объединяются разные геномы, а потом кратно умножаются, то такие полиплоиды называются аллополиплоидами.
Кількість продуктивних стебел на 1м2 урожайность озимої пшениці буде збільшуватись або зменшуватись. 6.2 Підбір батьківських пар для матеріалізації моделі сорту В таблиці 8 складена схема схрещувань для селекції озимої пшениці на урожайність. Таблиця 8 Схема схрещувань для селекції озимої пшениці на урожайність № п/п Схема схрещувань Комбінація Урожайність, ц/га Ж м х...
Співробітниками проблемної НД лабораторії сорго Південного філіалу НУБіП України "Кримський агротехнологічний університет". Щорічно на селекційній ділянці дослідного поля університету проводиться створення нового вихідного матеріалу сорго різного напряму використання. Ця робота проводиться слідуючими методами: гібридизації на основі ЦЧС, індивідуального, індивідуально-сімейного, індивідуально...
Того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики. Успех работы селекционера в значительной мере...
Не виявлялася будь-яка чітко виражена кореляція. Причому, як і щодо інших ознак, на їхній зв"язок не впливає ні середня величина врожаю, ні величина варіаційних коефіцієнтів. Враховуючи те, що в селекції картоплі велике значення має знання залежності між успадкуванням скоростиглості рослин та їхньою врожайністю, вивченню саме цього питання було приділено значну увагу, тобто характеру успадкування...
Сам термин «селекция» произошел от латинского слова «отбор». Эта наука изучает пути и методы создания новых и совершенствования уже существующих групп (популяций) организмов, используемых для жизнеобеспечения человечества. Речь идет о сортах культурных растений, породах домашних животных и штаммах микроорганизмов. Главным критерием при этом является ценность и устойчивость новых признаков и свойств в практической деятельности.
Селекция растений и животных: основные направления
- Высокие показатели урожайности сортов растений, плодовитости и продуктивности пород животных.
- Качественные характеристики продукции. В случае растений это могут быть вкусовые качества, внешний вид плодов, ягод и овощей.
- Физиологические признаки. У растений чаще всего селекционеры обращают внимание на наличие скороспелости, засухоустойчивости, зимостойкости, устойчивости к болезням, вредителям и неблагоприятному воздействию климатических условий.
- Интенсивный путь развития. У растений это положительная динамика роста и развития при внесении удобрений, поливе, а у животных — «оплата» корма и т. д.
Селекция на современном этапе
Современная селекция животных, растений и микроорганизмов в целях повышения эффективности в обязательном порядке учитывает потребности рынка сбыта с/х продукции, что особенно актуально для развития конкретной отрасли того или иного производства. Например, выпечка хлеба высокого качества, с хорошим вкусом, эластичным мякишем и хрустящей рассыпчатой корочкой должна осуществляться из сильных (стекловидных) сортов мягкой пшеницы, в которых содержится большое количество белка и упругой клейковины. Высшие сорта печенья изготавливают из мучнистых сортов мягкой пшеницы, а для производства макаронных изделий лучше всего подходят твердые сорта пшеницы.
Как ни странно, селекция животных и микроорганизмов связаны между собой. Дело в том, что результаты последней используются в биологической борьбе с возбудителями болезней животных, а также различных сортов культурных растений.
Яркий пример селекции, основанной на учете потребностей рынка, - это пушное звероводство. Выращивание пушных зверьков, отличающихся различным генотипом, отвечающим за цвет и оттенок меха, зависит от веяний моды.
Теоретические основы
В целом селекция должна развиваться на основе законов генетики. Именно эта наука, изучающая механизмы наследственности и изменчивости, позволяет с помощью различных воздействий влиять на генотип, от которого, в свою очередь, зависит набор свойств и признаков организма.
Также методология в селекции использует достижения и других наук. Это систематика, цитология, эмбриология, физиология, биохимия, молекулярная биология и биология индивидуального развития. Благодаря высоким темпам развития вышеперечисленных направлений естествознания открываются новые перспективы в селекции. Уже сегодня исследования в области генетики выходят на новый уровень, где возможно целенаправленное моделирование необходимых признаков и свойств пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
Генетика играет определяющую роль в процессе решения селекционных задач. Она позволяет, используя законы наследственности и изменчивости, осуществлять планирование селекционного процесса таким образом, учитывать особенности наследования конкретных признаков.
Отбор исходного генетического материала
Селекция животных, растений и микроорганизмов может быть результативной только при условии тщательного отбора исходного материала. То есть правильность выбора исходных пород, сортов, видов обусловлена изучением их происхождения и эволюции в контексте тех свойств и признаков, которыми нужно наделить предполагаемый гибрид. В поиске нужных форм в строгой последовательности учитывается весь мировой генофонд. Так, первоочередным является использование местных форм с необходимыми признаками и свойствами. Далее осуществляется привлечение форм, произрастающих в других географических или климатических зонах, то есть используются методы интродукции и акклиматизации. В последнюю очередь прибегают к методам экспериментального мутагенеза и генетической инженерии.
Селекция животных: методы
В этой области науки разрабатываются и изучаются наиболее результативные способы, позволяющие выводить новые породы домашних животных и улучшать уже существующие.
Селекция животных имеет свою специфику, которая связана с тем, что, у животных отсутствует способность размножаться вегетативным и бесполым путем. Для них характерно только половое размножение. Из данного обстоятельства вытекает и то, что для выведения потомства особь должна достигнуть половой зрелости, а это влияет на сроки исследований. Также возможности селекции ограничиваются и тем, что, как правило, потомство особей является немногочисленным.
Основными методами выведения новых пород животных, как и сортов растений, можно назвать отбор и гибридизацию.
Селекция животных, направленная на выведение новых пород, чаще всего использует не массовый, а индивидуальный отбор. Это обусловлено тем, что уход за ними более индивидуализирован по сравнению с уходом за растениями. В частности, за поголовьем скота численностью 100 особей ухаживает порядка 10 человек. Тогда как на площади, где произрастают сотни и тысячи растительных организмов, работают от 5 до 8 селекционеров.
Гибридизация
Одним из ведущих методов является гибридизация. При этом селекция животных осуществляется путем инбридинга, неродственного скрещивания и отдаленной гибридизации.
Под неродственным скрещиванием понимают гибридизацию особей, которые принадлежат к различным породам одного и того же вида. Данный метод позволяет получить организмы, имеющие новые признаки, которые затем можно использовать в процессе выведения новых пород или совершенствования старых.
Термин "инбри́динг" происходит от английских слов, означающих «внутри» и «разведение». То есть осуществляется скрещивание особей, относящихся к близкородственным формам одной популяции. В случае с животными речь идет об осеменении близкородственных организмов (мать, сестра, дочь и т. д.). Целесообразность проведения инбридинга основана на том, что происходит разложение исходной формы того или иного признака на ряд чистых линий. Они, как правило, обладают пониженной жизнеспособностью. Но если эти чистые линии в дальнейшем скрестить между собой, то будет наблюдаться гетерозис. Это явление, которое характеризуется появлением у гибридных организмов первого поколения усиления определенных признаков. Это, в частности, жизнеспособность, урожайность и плодовитость.
Селекция животных, методы которой имеют достаточно широкие границы, использует и отдаленную гибридизацию, являющуюся процессом, прямо противоположным инбридингу. В этом случае скрещиваются особи разных видов. Целью отдаленной гибридизации можно назвать получение животных, у которых будут развиты ценные эксплуатационные свойства.
Примерами могут быть скрещивания осла и лошади, яка и тура. Следует отметить, что гибриды зачастую потомства не дают.
Исследования М. Ф. Иванова
Известного русского ученого М. Ф. Иванова с детства интересовала биология.
Селекция животных стала объектом его исследований, когда он изучал особенности механизмов изменчивости и наследственности. Всерьез заинтересовавшись этой темой, М.Ф. Иванов впоследствии вывел новую породу свиней (белая украинская). Для нее характерны высокая продуктивность и хорошая приспособленность к климатическим условиям. Для скрещивания использовалась местная украинская порода, хорошо приспособленная к условиям существования в степи, но обладавшая низкой продуктивностью и невысоким качеством мяса, и английская белая порода, имеющая высокую продуктивность, но не приспособленная к существованию в местных условиях. Использовались методологические приемы инбридинга, неродственного скрещивания, индивидуально-массового отбора, воспитания условиями содержания. В результате длительной кропотливой работы был достигнут положительный результат.
Перспективы развития селекции
На каждом этапе развития перечень целей и задач селекции как науки обусловлен особенностями требований агротехники и зоотехники, этапом индустриализации растениеводства и животноводства. Для Российской Федерации весьма важным является создание сортов растений и пород животных, сохраняющих свою продуктивность в различных климатических условиях.
Селекция — создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов — это совокупности особей, созданные человеком и обладающие какими-либо ценными для него качествами. Теоретической основой селекции служит генетика.
Основные методы селекции — отбор, гибридизация, полиплоидия, мутагенез, а также клеточная и генная инженерия.
Отбор
В селекции действует естественный и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательный и методический. Бессознательный отбор проявляется в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенный сорт или породу. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.
В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор , который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.
| Признак | Естественный отбор | Искусственный отбор |
|---|---|---|
| Исходный материал для отбора | Индивидуальные признаки организмов | |
| Отбирающий фактор | Условия среды (живая и неживая природа) | Человек |
| Путь благоприятных изменений | Остаются, накапливаются, передаются по наследству | Отбираются, становятся производительными |
| Путь неблагоприятных изменений | Уничтожаются в борьбе за существование | Отбираются, бракуются, уничтожаются |
| Направленность действия | Отбор признаков, полезных особи, популяции, виду | Отбор признаков, полезных человеку |
| Результат отбора | Новые виды | Новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов |
| Формы отбора | Движущий, стабилизирующий, дизруптивный | Массовый, индивидуальный, бессознательный (стихийный), методический (сознательный) |
Отбор бывает массовый и индивидуальный. Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства. Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства. Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.
Гибридизация
Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию. Различают внутривидовую и межвидовую (отдаленную) гибридизацию.
Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.
Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведет к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, а с другой приводит к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.
Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные линии, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом . Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.
Межвидовая (отдаленная) гибридизация — скрещивание разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы и осла, лошак — гибрид коня и ослицы). Обычно отдаленные гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у отдаленных гибридов растений удается с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.
Полиплоидия — увеличение числа хромосомных наборов. Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды. В основе явления полиплоидии лежат три причины:
- удвоение хромосом в неделящихся клетках,
- слияние соматических клеток или их ядер,
- нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом.
Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.
Мутагенез
В естественных условиях частота возникновения мутаций сравнительно невелика. Поэтому в селекции используют индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез — воздействие на организм в условиях эксперимента каким-либо мутагенным фактором для возникновения мутации. Делают это с целью изучения влияния фактора на живой организм или получения нового признака. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер сам отбирает организмы с новыми полезными свойствами.