Генетические основы селекции. Генетика – теоретическая основа селекции

Генетика является теоретической основой селекции. Все современные методы селекции опираются на использование генетических принципов. Положения генетики о дискретной природе наследственности, учение о мутационной и модификационной изменчивости, установление закономерностей расщепления признаков, понятия доминантности и рецессивности, гомо - и гетерозиготности и другие составляют основу селекционной работы в настоящее время.

Уже в первый период своего развития генетика внесла важный вклад в теорию селекции. Выдающееся значение для разработки генетических методов селекции растений имели работы Н. И. Вавилова и И. В. Мичурина.

Н. И. Вавилов открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, создал учение о мировых центрах происхождения культурных растений и заложил генетико-селекционные основы учения об иммунитете растений к болезням и вредителям.

И. В. Мичурин первым среди биологов выдвинул положение о возможности управления процессом создания форм и сортов с нужными человеку признаками и свойствами. Обосновав теоретически это положение, он вывел большое количество сортов плодово-ягодных растений. И. В. Мичурин разработал теорию отдаленной гибридизации и учение об управлении доминированием для формирования признаков и свойств многолетних растений в процессе онтогенеза.

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.

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.

Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто применяют у перекрестноопыляемых растений для получения гомозиготных («чистых») линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Эффект гетерозиготной (или гибридной) мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина - объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.

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 искусственногомутагенеза, 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.

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.

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 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.

Задачи современной селекции

Создание новых и совершенствование старых сортов, пород и штаммов с хозяйственно-полезными признаками.

Создание технологичных высокопродуктивных биологических систем, максимально использующих сырьевые и энергетические ресурсы планеты.

Повышение продуктивности пород, сортов и штаммов с единицы площади за единицу времени.

Повышение потребительских качеств продукции.

Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная переработка.

Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.

Учение Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений

Учение об исходном материале является основой современной селекции. Исходный материал служит источником наследственной изменчивости – основы для искусственного отбора. Н.И. Вавилов установил, что на Земле существуют районы с особенно высоким уровнем генетического разнообразия культурных растений, и выделил основные центры происхождения культурных растений (первоначально Н.И. Вавилов выделил 8 центров, но затем сократил их число до 7). Для каждого центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные культуры.

1. Тропический центр – включает территории тропической Индии, Индокитая, Южного Китая и островов Юго-Восточной Азии. Не менее одной четверти населе­ния земного шара до сих пор живет в тропичес­кой Азии. В прошлом относительная населен­ность этой территории была еще более значи­тельной. Из этого центра ведет начало около одной трети возделываемых в настоящее время растений. Это родина таких растений, как рис, сахарный тростник, чай, лимон, апельсин, банан, баклажан, а также большого количества тропических плодовых и овощных культур.

2. Восточноазиатский центр – включает умеренные и субтропические части Центрального и Восточного Китая, Корею, Япо­нию и большую часть о. Тайвань. На этой терри­тории живет примерно также около одной четверти населения Земли. Около 20% всей мировой культурной флоры ведет начало из Восточной Азии. Это родина таких растений, как соя, просо, хурма, многих других овощных и плодовых культур.

3. Юго-западноазиатский центр – включает территории внутренней нагорной Малой Азии (Анатолии), Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Сюда же примыкает Кавказ, культурная флора кото­рого, как показали исследования, генетически связана с Передней Азией. Родина мягкихпшениц, ржи, овса, ячменя, гороха, дыни.

Этот центр может быть подразделен на следующие очаги:

а) Кавказский со множеством оригинальных видов пшеницы, ржи и плодовых. По пшенице и ржи, как выяснено сравнительными исследова­ниями, это наиболее важный мировой очаг их видового происхождения;

б) Переднеазиатский, включающий Малую Азию, Внутреннюю Сирию и Палестину, Транс­иорданию, Иран, Северный Афганистан и Среднюю Азию вместе с Китайским Туркеста­ном;

в) Северо-западноиндийский, включающий помимо Пенджаба и примыкающих провинций Северной Индии и Кашмира также Белуджистан и Южный Афганистан.

Около 15% всей мировой культурной флоры ведет начало с этой территории. В исключительном видовом разно­образии здесь сосредоточены дикие родичи пше­ницы, ржи и различных европейских плодовых. До сих пор здесь можно проследить для многих видов непрерывный ряд от культурных до диких форм, т. е. установить сохранившиеся связи диких форм с культурными.

4. Средиземноморский центр – включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот замечательный гео­графический центр, характеризующийся в прош­лом величайшими древнейшими цивилизациями, дал начало приблизительно около 10% видов куль­турных растений. Среди них такие, как твердые пшеницы, капуста, свекла, морковь, лен, виноград, маслина, множество других овощных и кормовых культур.

5. Абиссинский центр. Общее число видов культурных растений, связанных по своему происхождению с Абисси­нией, не превышает 4% мировой культурной флоры. Абиссиния харак­теризуется рядом эндемичных видов и даже родов культурных растений. Среди них такие, как кофейное дерево, арбуз, хлебный злак тэфф(Eragrostis abyssinica), своеобразное масличное растение нуг (Guizolia ahyssinica), особый вид банана.

В пределах Нового Света установлена порази­тельно строгая локализация двух центров видо­образования главнейших культурных растений.

6. Центральноамериканский центр, охватывающий обширную территорию Северной Америки, включая Южную Мексику. В этом центре можно выделить три очага:

а) Горный южномексиканский,

б) Центральноамериканский,

в) Вест-Индский островной.

Из Центральноамериканского центра ведет начало около 8% различных возделываемых рас­тений, таких, как кукуруза, подсолнечник, американские длинноволокнистые хлопчатники, какао (шоколадное дерево), ряд видов фасоли, тыквенных, многих плодовых (гвайява, аноны и авокадо).

7. Андийский центр, в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это родина картофеля, томата. Отсюда ведут начало хинное дерево и кокаиновый куст.

Закон гомологических рядов

Систематизируя учение об исходном материале, Н.И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов (1920 г.):

1. Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

2. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство.

ЧТО ТАКОЕ СЕЛЕКЦИЯ.

Слово "селекция" произошло от лат. "selectio", что в переводе обозначает "выбор, отбор". Селекция - это наука, которая разрабатывает новые пути и методы получения сортов растений и их гибридов, пород животных. Это также и отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и пород с нужными для человека свойствами: высокой продуктивностью, определенными качествами продукции, невосприимчивых к болезням, хорошо приспособленных к тем или иным условиям роста.

ГЕНЕТИКА, КАК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ.

Теоретической основой селекции является генетика -наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она изучает закономерности наследования признаков и свойств родительских форм, разрабатывает методы и приемы управления наследственностью. Применяя их на практике при выведении новых сортов растений и пород животных, человек получает нужные формы организмов, а также управляет их индивидуальным развитие монтогенезом. Основы современной генетики заложил чешский ученый Г. Мендель, который в 1865 году установил принцип дискретности, или прерывности, наследовании признаков и свойств организмов. В опытах с горохом исследователь показал, что признаки родительских растений при скрещивании не уничтожаются и не смешиваются, а передаются потомству либо в форме, характерной для одного из родителей, либо в промежуточной форме, вновь проявляясь в последующих поколениях в определенных количественных соотношениях. Его опыты доказали также, что существуют материальные носители наследственности, в последствии названные генами. Они особые для каждого организма. В начале двадцатого века американский биолог Т. Х. Морган обосновал хромосомную теорию наследственности, согласно которой наследственные признаки определяются хромосомами - органоидами ядра всех клеток организма. Ученый доказал, что гены расположены среди хромосом линейно и что гены одной хромосомы сцеплены между собой. Признак обычно определяется парой хромосом. При образовании половых клеток парные хромосомы расходятся. Полный их набор восстанавливается в оплодотворенной клетке. Таким образом новый организм получает хромосомы от обоих родителей, а с ними наследует те или иные признаки. В двадцатых годах возникли и стали развиваться мутационная и популяционная генетики. Популяционная генетика это область генетики, которая изучает основные факторы эволюции ¦ наследственность, изменчивость и отбор - в конкретных условиях внешней среды, популяции. Основателем этого направления был советский ученый С. С. Четвериков. Мутационную генетику мы рассмотрим параллельно с мутагенезом. В 30-е годы генетик Н. К. Кольцов предположил, что хромосомы - это гигантские молекулы, предвосхитив тем самым появление нового направления в науке ¦ молекулярной генетики. Позднее было доказано, что хромосомы состоят из белка и молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В молекулах ДНК и заложена наследственная информация, программа синтеза белков, являющихся основой жизни на Земле. Современная генетика развивается всесторонне. В ней много направлений. Выделяют генетику микроорганизмов, растений, животных и человека. Генетика тесно связана с другими биологическими науками - эволюционным учением, молекулярной биологией, биохимией. Она является теоретической основой селекции. На основе генетических исследований были разработаны методы получения гибридов кукурузы, подсолнечника, сахарной свеклы, огурца, а также гибридов и помесей животных, обладающих вследствие гетерозиса (гетерозис- это ускорение роста, увеличение размеров, повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими организмами)повышенной продуктивностью.

Издавна человечество занимается отбором подходящих для удовлетворения потребностей населения растительных культур и животных. Эти знания объединены в науку - селекцию. Генетика, в свою очередь, дает основу для проведения более тщательного отбора и выведения новых сортов и пород, которым присущи особенные качества. В статье рассмотрим описание этих двух наук и особенности их применения.

Что такое генетика?

Наукой о генах называется дисциплина, которая изучает процесс передачи наследственной информации и изменчивость организмов сквозь поколения. Генетика - теоретическая основа селекции, понятие которой описано ниже.

К задачам науки относятся:

• Исследование механизма хранения и передачи информации от предков к потомкам.
• Изучение реализации такой информации в процессе индивидуального развития организма с учетом влияния окружающей среды.
• Изучение причин и механизмов изменчивости живых организмов.
• Определение взаимосвязи отбора, вариативности и наследственности как факторов развития органического мира.

Наука также участвует в решении практических задач, в чем проявляется значение генетики для селекции:

• Определение эффективности отбора и выбор наиболее приемлемых типов гибридизации.
• Контроль развития наследственных факторов с целью усовершенствования объекта до получения более значимых качеств.
• Получение наследственно измененных форм искусственным путем.
• Разработка мер, направленных на защиту окружающей среды, например от влияния мутагенов, вредителей.
• Борьба с наследственными патологиями.
• Достижение прогресса в создании новых способов селекции.
• Поиск иных методов генной инженерии.

Объектами науки являются: бактерии, вирусы, человек, животные, растения и грибы.

Основные понятия, применяемые в науке:

• Наследственность - свойство сохранения и передачи потомкам присущее всем живым организмам, которое нельзя отнять.
• Ген - часть молекулы ДНК, которая отвечает за определенное качество организма.
• Изменчивость - способность живого организма приобретать новые качества и терять старые в процессе онтогенеза.
• Генотип - совокупность генов, наследственная основа организма.
• Фенотип - совокупность качеств, которые приобретает организм в процессе индивидуального развития.

Этапы развития генетики

Развитие генетики и селекции прошло в несколько этапов. Рассмотрим периоды становления науки о генах:

Методы генетической науки

Генетика, как теоретическая основа селекции, пользуется в своих исследованиях определенными методами.

К ним относятся:

• Метод гибридизации. Основывается на скрещивании видов с чистой линией, которые отличаются по одному (максимум нескольким) признакам. Цель - получение гибридных поколений, что позволяет анализировать характер наследования признаков и рассчитывать на получение потомства с необходимыми качествами.
• Метод генеалогии. Основывается на анализе генеалогического древа, что позволяет проследить передачу генетической информации сквозь поколения, приспособленность к заболеваниям, а также составить характеристику ценности особи.
• Близнецовый метод. Основывается на сравнении монозиготных особей, применяется при необходимости установления степени воздействия паратипических факторов при игнорировании различий в генетике.
• Цитогенетический метод основывается на проведении анализа ядра и внутриклеточных компонентов, сравнении полученных результатов с нормой по таким параметрам: число хромосом, число их плеч и особенности строения.
• основывается на изучении функций и строения определенных молекул. Например, применение различных ферментов используется в биотехнологии и генной инженерии.
• Биофизический метод основывается на исследовании полиморфизма белков плазмы, например молока или крови, что дает информацию о разнообразии популяций.
• Моносомый метод в качестве основы использует гибридизацию соматических клеток.
• Феногенетический метод основывается на изучении влияния генетических и паратипических факторов на развитие качеств организма.
• Популяционно-статистический метод основывается на применении математического анализа в биологии, что позволяет проанализировать количественные признаки: расчет средних величин, показателей изменчивости, статистических ошибок, корреляцию и другие. Использование закона Харди-Вайнберга помогает в анализе генетической структуры популяции, уровня распространения аномалий, а также проследить изменчивость популяции при применении различных вариантов отбора.

Что такое селекция?

Селекцией называется наука, изучающая методы создания новых сортов и гибридов растений, а также пород животных. селекции является генетика.

Цель науки - усовершенствование качеств организма или получение в нем свойств, необходимых человеку, путем влияния на наследственность. С помощью селекции не могут быть созданы новые виды организмов. Селекцию можно считать одной из форм эволюции, в которой присутствует искусственный отбор. Благодаря ней человечество обеспечено продовольствием.

Основные задачи науки:

• качественное улучшение особенностей организма;
• повышение продуктивности и урожайности;
• повышение устойчивости организмов к заболеваниям, вредителям, изменениям климатических условий.

Особенностью является комплексность науки. Она тесно связана с анатомией, физиологией, морфологией, систематикой, экологией, иммунологией, биохимией, фитопатологией, растениеводством, животноводством и множеством других наук. Значимыми являются знания об оплодотворении, опылении, гистологии, эмбриологии и молекулярной биологии.

Достижения современной селекции позволяют управлять наследственностью и изменчивостью живых организмов. Значение генетики для селекции и медицины отражается в целенаправленном контроле преемственности качеств и возможностях получения гибридов растений и животных для удовлетворения потребностей человека.

Этапы развития селекции

Издавна человек занимался разведением и отбором растений и животных сельскохозяйственного назначения. Но такая работа основывалась на наблюдении и интуиции. Развитие селекции и генетики проходило практически одновременно. Рассмотрим этапы становления селекции:

1. В период развития растениеводства и животноводства селекция стала носить массовый характер, а становление капитализма привело к селективным работам на уровне промышленности.
2. В конце 19-го века немецкий ученый Ф. Ахард провел исследование и привил сахарной свекле качество по увеличению урожайности. Английские селекционеры П. Ширеф и Ф. Галлета занимались изучением сортов пшеницы. В России было создано «Полтавское опытное поле», где проходили исследования сортового состава пшеницы.
3. Селекция как наука начала развиваться с 1903 года, когда была организована селекционная станция при Московском сельскохозяйственном институте.
4. К середине 20-го века были совершены такие открытия: закон наследственной изменчивости, теория центров происхождения растений культурного назначения, эколого-географические принципы селекции, получены знания об исходном материале растений и их иммунитете. Создан Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых культур под руководством Н. И. Вавилова.
5. Исследования с конца 20-го века и до наших дней носят комплексный характер, селекция тесно взаимодействует с другими науками, особенно с генетикой. Были созданы гибриды с высокой агроэкологической адаптацией. Современные исследования уделяют внимание получению у гибридов высокой продуктивности и противостояния биотическим и абиотическим стрессорам.

Методы селекции

Генетика рассматривает закономерности передачи наследственной информации и способы управления таким процессом. В селекции используются знания, полученные от генетики, и применяются иные методы для оценки организмов.

Основными из них являются:

• Метод отбора. В селекции применяется естественный и искусственный (бессознательный или методический) отбор. Также отбираться может конкретный организм (индивидуальный отбор) или их группа Определение вида отбора основывается на особенностях размножения животных и растений.
• Гибридизация позволяет получить новые генотипы. В методе выделяют внутривидовую (скрещивание происходит внутри одного вида) и межвидовую гибридизацию (скрещивание разных видов). Проведение инбридинга позволяет закрепить наследственные свойства при снижении жизнеспособности организма. Если во втором или последующих поколениях проводится аутбридинг, то селекционер получает высокоурожайные и стойкие гибриды. Установлено, что при отдаленном скрещивании потомство бесплодно. Здесь значение генетики для селекции выражается в возможности исследования генов и влияния на плодовитость организмов.
• Полиплоидия - процесс увеличения хромосомных наборов, который позволяет добиться рождаемости у бесплодных гибридов. Замечено, что некоторые культурные растения после полиплоидии имеют более высокую рождаемость, чем их родственные виды.
• Индуцированный мутагенез - искусственно вызванный процесс мутаций организма после обработки его мутагеном. После окончания мутации селекционер получает информацию о влиянии фактора на организм и приобретение им новых качеств.
• Клеточная инженерия предназначена для конструирования клеток нового типа с помощью культивирования, реконструкции и гибридизации.
• Генная инженерия позволяет выделять и исследовать гены, проводить с ними манипуляции с целью усовершенствования качеств организмов и выведения новых видов.

Растения

В процессе изучения роста, развития и выделения полезных свойств растений генетика и селекция тесно взаимосвязаны. Генетика в сфере анализа жизнедеятельности растений занимается вопросами изучения особенностей их развития и генов, которые обеспечивают нормальное формирование, а также функционирование организма.

Наука изучает такие направления:

• Развитие одного конкретного организма.
• Контроль сигнальных систем растения.
• Экспрессия генов.
• Механизмы взаимодействия клеток и тканей растения.

Селекция, в свою очередь, обеспечивает создание новых или улучшение качеств уже существующих видов растений на основании знаний, полученных с помощью генетики. Наука изучается и успешно используется не только фермерами и садоводами, но и селекционерами в исследовательских организациях.

Применение достижений генетики в селекции и семеноводстве дает возможность привить растениям новые качества, которые могут быть полезны в разных сферах человеческой жизни, например в медицине или кулинарии. Также знания о генетических особенностях позволяют получить новые сорта культур, которые могут произрастать в иных климатических условиях.

Благодаря генетике в селекции применяется метод скрещивания и индивидуального отбора. Развитие науки о генах позволяет применять в селекции такие методы, как полиплоидия, гетерозис, экспериментальный мутагенез, хромосомная и генная инженерия.

Мир животных

Селекция и генетика животных - разделы наук, которые занимаются изучением особенностей развития представителей животного мира. Благодаря генетике человек получает знания о наследственности, генетических особенностях и изменчивости организма. А селекция позволяет отобрать для использования только тех животных, качества которых необходимы человеку.

Издавна люди проводят отбор животных, которые, например, более подходят для использования в сельском хозяйстве или охоты. Большое значение для селекции имеют хозяйственные признаки и экстерьер. Так, животные хозяйственного назначения оцениваются по внешнему виду и качеству их потомства.

Применение знаний генетики в селекции позволяет контролировать потомство животных и их необходимые качества:

• устойчивость к вирусам;
• увеличение удоя;
• размер особи и телосложение;
• терпимость к климату;
• плодовитость;
• пол приплода;
• устранение наследственных нарушений у потомков.

Селекция животных получила распространение не только в целях удовлетворения первоочередных потребностей человека в питании. Сегодня можно наблюдать множество домашних пород животных, выведенных искусственно, а также грызунов и рыб, например гуппи. Селекция и генетика в животноводстве используют такие методы: гибридизация, искусственное осеменение, экспериментальный мутагенез.

Селекционеры и генетики часто сталкиваются с проблемой нескрещиваемости видов среди первого поколения гибридов и значительным снижением плодовитости потомков. Современные ученые активно решают такие вопросы. Основной задачей научных работ является изучение закономерностей совместимости гамет, плода и организма матери на генетическом уровне.

Микроорганизмы

Современные знания о селекции и генетике позволяют обеспечить потребности человека в ценных продуктах питания, которые в основном получают от животноводства. Но внимание ученых привлекают и другие объекты природы - микроорганизмы. Наука долгое время считала, что ДНК является индивидуальной особенностью и не может быть передана другому организму. Но исследования показали, что ДНК бактерии могут быть успешно введены в хромосомы растений. Благодаря такому процессу качества, присущие бактерии или вирусу, приживаются в другом организме. Также давно известно влияние генетической информации вирусов на клетки человека.

Изучение генетики и селекция микроорганизмов проводятся в более короткие сроки, по сравнению с растениеводством и животноводством. Это объясняется быстрым размножением и сменой поколений микроорганизмов. Современные методы селекции и генетики - использование мутагенов и гибридизации - позволили создать микроорганизмы с новыми свойствами:

• мутанты микроорганизмов способны к сверхсинтезу аминокислот и повышенному образованию витаминов и провитаминов;
• мутанты азотфиксирующих бактерий способны значительно ускорить рост растения;
• выведены дрожжевые организмы - одноклеточные грибы и многие другие.

Селекционеры и генетики используют такие мутагены:

• ультрафиолет;
• ионизирующая радиация;
• этиленимин;
• нитрозометилмочевина;
• применение нитратов;
• акридиновые краски.

Для эффективности мутации используются частые обработки микроорганизма малыми дозами мутагена.

Медицина и биотехнологии

Общим в значении генетики для селекции и медицины является то, что в обоих случаях наука позволяет изучить наследственность организмов, проявляющийся у них иммунитет. Такие знания важны для борьбы с возбудителями болезней.

Изучение генетики в области медицины позволяет:

• предотвратить рождение детей с генетическими отклонениями;
• провести профилактику и лечение наследственных патологий;
• изучить влияние окружающей среды на наследственность.

Для этого применяются такие методы:

• генеалогический - изучение семейного древа;
• близнецовый - сопоставление близнецовой пары;
• цитогенетический - исследование хромосом;
• биохимический - позволяет выявить мутантные аллеи в ДНК;
• дерматоглифический - анализ кожного рисунка;
• моделирование и другие.

Современные исследования выявили примерно 2 тысячи болезней, передающихся по наследству. В основном это психические расстройства. Изучение генетики и проведение селекции микроорганизмов позволяют снизить уровень заболеваемости среди населения.

Достижения генетики и селекции в биотехнологии позволяют использовать биологические системы (прокариоты, грибы и водоросли) в науке, промышленном производстве, медицине, сельском хозяйстве. Знания о генетике дают новые возможности для развития таких технологий: энерго и ресурсосберегающие, безотходные, наукоемкие, безопасные. В биотехнологии применяются такие методы: клеточная и хромосомная селекция, генная инженерия.

Генетика и селекция - науки, которые неразрывно связаны. Селекционная работа во многом зависит от генетического разнообразия исходного числа организмов. Именно эти науки предоставляют знания для развития сельского хозяйства, медицины, промышленности и других сфер человеческой жизни.

Генетика - наука, которая изучает два свойства живых организмов, - наследственность и изменчивость. Достижения генетики имеют большое значение для медицины, сельского хозяйства и биологии.

Наследственность

Под наследственностью понимают свойство организмов передавать потомству свои признаки и свойства. Именно благодаря наследственности во многих поколениях сохраняется та или иная порода и вид животных, и сорт растений.

Изменчивость

Изменчивость - свойство организмов приобретать новые признаки, отличные от родительских. Если эти признаки закрепляются в последующих поколениях, то говорят о наследственной изменчивости.

Рис. 1. Модификационная изменчивость.

Изменчивость определяет разнообразие свойств и внешних данных в пределах одного вида.

Материальным носителем информации о свойствах клетки является ДНК. Она входит в состав хромосом - структур клеточного ядра, хранящих наследственную информацию.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Согласно современным взглядам на наследственность, различия между видами и организмами внутри вида определяются различиями белков, из которых построены организмы.

Информация о структуре конкретного белка содержится в гене. Ген представляет собой участок молекулы ДНК.

Рис. 2. Ген.

С генов считывается информация, которая затем реализуется при создании белковых молекул.

Генотип

Для каждого вида организмов характерно определённое количество и форма хромосом - его генотип. Например, у человека в генотипе 23 пары хромосом. Половина хромосом получена от отца, а половина от матери.

Рис. 3. Хромосомные наборы.

Половые клетки содержат половинчатый, или гаплоидный набор хромосом (n), а соматические - диплоидный (2n), или двойной.

Фенотип

Признак, закодированный в гене, может проявиться или не проявиться, что зависит от взаимодействия генов и особенностей условий внешней среды. Наиболее распространённым типом взаимодействия между генами является подавление действия одного гена другим. Все проявившиеся признаки образуют фенотип организма.

Селекция

Тесно связана с генетикой селекция. Она занимается созданием новых и целенаправленным изменением уже имеющихся сортов растений и пород животных.

Основами генетики и селекции являются знания о закономерностях наследования признаков и их проявлении в фенотипе.

Многие высокоурожайные сорта культурных растений, созданы селекционерами путём кратного увеличения числа хромосом (3n, 4n и т. д.). Такие культуры называют полиплоидами.

Что мы узнали?

Генетика изучает два важных свойства живых организмов: способность передавать свойства из поколения в поколение; способность приобретать новые качества. Отдельный признак организма - это белок, информация о строении которого зашифрована в гене - участке молекулы ДНК. Генетические основы генетики являются теоретической базой для разносторонних биологических и медицинских исследований и повышения продуктивности сельского хозяйства.

Урок в 9 классе «Генетические основы селекции организмов. Задачи современной селекции»

Цель: дать понятие о селекции, ее методах, целях и результатах, показать, что теоретической основой селекции является генетика.

Оборудование и материал: таблицы с изображением пород животных и сортов растений.

Базовые понятия и термины: селекция, искусственный отбор, порода, сорт, штамм, районирование, гибридизация, бессознательный отбор, методический отбор, массовый отбор, индивидуальный отбор.

Структура и содержание урока

1. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности

Вопросы к учащимся.
1)Какие сорта растений и породы животных вы знаете?
2)Каким образом селекционеры получали эти сорта и породы?
3)благодаря чему селекционеры получают такое многообразие сортов?
4)Могут ли знания о генетических особенностях организмов способствовать процессам селекции?

2. Изучение нового материала

Рассказ учителя.
Задачи и методы современной селекции.
Селекция – наука о методах создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Наиболее значительных успехов она достигла при активном использовании достижений генетики, которая явилась теоретической основой селекции. В селекционном процессе, как правило, выделяют, несколько этапов:
Обоснование цели и задач селекции;
Создание и подбор исходного материала;
Разработка схемы селекции, селекционный процесс (включая разнообразные методы селекции);
Сортоиспытание.
Возникновение научной селекции связано с эволюционным учением Ч. Дарвина, экспериментальными исследованиями Г. Менделя, В. Иогансена, селекционеров И. В. Мичурина, Л. Бербанка, работы которых послужили основой для разработки теории селекции. В свою очередь, открытие в генетике способствовали разработке методов селекционного процесса и повышению эффективности искусственного отбора. Так, например, открытия законов Менделя позволило целенаправленно вести подбор пар для скрещивания, а установление Н. И. Вавиловым центров происхождения культурных растений и обоснование закона гомологических рядов наследственной изменчивости дали возможность селекционерам разрабатывать методы эффективного поиска исходного материала. Изучение характера наследования хозяйственно ценных признаков способствовало созданию целой системы скрещиваний и позволили комбинировать различные свойства растений.
Н. И. Вавилов много сделал для разработки теоретических основ селекции и уточнения определения селекции как самостоятельной науки. Давая общее определение селекции как науки, Н. И. Вавилов писал: «Селекция по существу есть вмешательство человека в формообразование животных и растений; другими словами, селекция представляет собой эволюцию, направляемую волей человека» Н. И. Вавилов подчеркивал высокую степень комплексности селекции как научной дисциплины и считал, что она слагается из:
Учения об исходном материале;
Учения о наследственной изменчивости;
Учения о роли среды в выявлении сортовых признаков;
Теории гибридизации;
Теории селекционного процесса;
Учение об основных направлениях в селекционной работе (например, селекция – не иммунитет);
Частной селекции.
Использование различных методов в селекционном процессе привело к созданию нового направления - синтетической селекции. Она основана на применении исходного материала, создаваемого путём гибридизации различных сортов и форм. Основа синтетической селекции – перекомбинация и трансгрессия. При комбинационной синтетической селекции в одном гибридном растении сочетаются признаки и свойства двух или более родительских форм. Задача селекционера – отобрать и генетически стабилизировать гибридные растения, сочетающие эти признаки и свойства наиболее удачно. Трансгрессивная синтетическая селекция основана на отборе в расщепляющихся после гибридизации поколения особей с трансгрессиями, т. Е. с положительными признаками, выраженными в большей степени, чем у родителей. Успех трансгрессивной синтетической селекции зависит от правильного определения родительских пар, способных при скрещивании давать трансгрессии.
Изложение материала о сортах растений, породах животных, штаммах микроорганизмов.
Рассказ о формах искусственного отбора.

3. Обобщение, систематизация и контроль знания и умений учащихся

Беседа.
1) Назовите отрасли практического применения генетики.
2) Перечислите основные задачи современной селекции.
3) Какую роль для селекции играет разнообразие исходного селекционного материала?
4) Дайте определение: что такое сорт?

4. Самостоятельная работа учащихся

Дать ответы на вопросы.
1) Каков механизм искусственного отбора?
2) Что называют штаммами?
3) Как называется комплекс мероприятий, направленных на проверку соответствия свойств тех или иных пород или сортов условиям определенной природной зоны?
5) Почему сорта и породы нельзя назвать видами?

5. Домашнее задание