б б б б с с с с с б-брат

В процессе становления человека как вида ему пришлось не только защищаться от диких зверей, устраивать убежища и т. п., но и обеспечивать себя пищей. Поиск съедобных растений и охота – не очень надежные источники пищи, и голод был постоянным спутником первобытных людей.

Одним из крупнейших достижений человека на заре его развития явилось создание постоянного, регулируемого в соответствии с потребностями источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений.

Все современные домашние животные и культурные растения произошли от диких предков. Процесс превращения диких животных и растений в культурные формы называют одомашниванием. Начался этот процесс около 10-15 тысяч лет назад в разных местах нашей планеты, там, где жили первобытные люди. Сегодня этот процесс называют «неолитической революцией». Сознательно или стихийно приручал человек животных? Чем отличается одомашненное животное от дикого?

Мы постараемся ответить на эти вопросы. Представьте себе: первобытный человек возвращается с удачной охоты, несет тушу убитой самки тура (предка домашней коровы), а если у нее был детеныш? Где он? По запаху матери он может «увязаться» за людьми или они его поймают. Пока есть пища – его не тронут, он будет играть вместе с детьми, его будут подкармливать. Он привыкает к людям, живет рядом, приносит потомство и т. д. Вполне так и происходил процесс одомашнивания диких животных. Отличие домашнего животного от дикого: отсутствие «страха» перед человеком, способность жить рядом с человеком, размножаться. Окультуривание растений происходило примерно по такому же плану. Женщины собирали съедобные растения (корни, стебли, плоды), приносили на стоянку, съедали, крупные семена выплевывали, мелкие семена вместе с фекалиями попадали в землю, прорастали. Все! Теперь не надо ходить далеко за съедобными плодами – они рядом. А если растения еще и полить, и прополоть, то и урожай будет больше.

В процессе одомашнивания и окультуривания дикие виды животных и растений были не просто приручены, а находясь под властью человека, претерпели существенные изменения. У культурных форм развились отдельные признаки, бесполезные или вредные для самих организмов, но необходимые для человека. Например: способность некоторых пород кур давать 300 яиц в год и более лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не может насиживать, но для человека это хорошо – он имеет постоянно пищу и т. д. Каким образом это произошло?

В природе все животные отличаются друг от друга по каким либо признакам (изменчивость), одни несут чуть меньше яиц, другие чуть больше. Эти признаки передаются по наследству (наследственность). В первую очередь человек съедал тех, кто мало несет яиц, остальных оставлял на потомство, т. е. производил отбор (искусственный отбор). Таким образом появились домашние куры, которые несли много яиц. Таким образом появилось все разнообразие сортов культурных растений и пород домашних животных.

Так, постепенно, формировалась наука СЕЛЕКЦИЯ. Этот термин произошел от лат. «selectio» - выбор, отбор

Таким образом селекция - это наука о выведении новых и улучшении существующих пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов.

Сорт, порода, штамм – это группа растений (животных, микроорганизмов), искусственно созданная человеком, имеющая определенные наследственные особенности.

По Н. И. Вавилову, селекция – это эволюция, направляемая волей человека.

Впервые теоретические основы науки селекции изложены были в книге Ч. Дарвина «Изменение домашних животных и культурных растений» (1886).

Базой для современной науки селекции является генетика, также она связана со многими биологическими науками: ботаникой, зоологией и т. д.

В процессе становления селекции, как науки, можно выделить три этапа:

1. Одомашнивание (окультуривание) диких форм животных и растений

2. Бессознательный отбор ( человек просто оставлял более крупные семена,

более крупных животных и. тд. )

3. Сознательный отбор ( выводил новые породы и сорта методами скрещивания

и отбора, улучшал существующие культурные формы)

Совершенствование существующих форм животных и растений и выведение новых невозможно без изучения их происхождения и эволюции.

Изучение мировых растительных ресурсов дало возможность Н. И. Вавилову выявить мировые очаги (центры происхождения) важнейших культурных растений, связанные с древними очагами цивилизации и местом первичного возделывания и селекции растений (табл. 1).

Табл. 1

Наименование центра Одомашненные растения

1. Индонезийско-Индокитайский Бананы, сахарная пальма, саговая пальма,

хлебное дерево, сахарный тростник

2. Китайско-японский Рис, просо, соя, шелковица

3. Среднеазиатский Горох, лен, морковь, лук, миндаль, грецкий орех,

виноград

4. Переднеазиатский Пшеница, рожь, ячмень, овес, нут, чечевица

5. Среднеземноморский Оливковое дерево, капуста, брюква, люпин

6. Африканский Сорго, кунжут, клещевина, хлопчатник, арбуз,

кофе

7. Южноамериканский Маниок, фасоль, томаты, арахис, ананас,

картофель

8. Среднеамериканский Кукуруза, фасоль, тыква, красный перец, табак,

какао

Открытие Н. И. Вавиловым закономерности распределения сельскохозяйственных растений и расселения их из первичных центров облегчают работу селекционеров, позволяют быстрее подбирать первичный материал для опытов и в какой-то мере предвидеть результаты.

Трудами Н. И. Вавилова и его сотрудников во Всесоюзном институте растениеводства (ВИРе) была собрана богатейшая коллекция культурных растений и их диких сородичей, которая все время пополняется и является ценнейшим исходным материалом для селекционеров.

Подобные очаги одомашнивания (центра происхождения) можно выявить и у домашних животных (Табл. 2). Называются они доместикациями. Доместикации совпадают с центрами происхождения культурных растений.

Табл. 2

Индонезийско-индокитайский Собака, свинья, куры, гуси, утки

Передняя Азия Овцы

Малая Азия Козы

Евразия Тур (корова)

Причерноморье Лошадь

Американские центры Лама, альпака, индейка

Познакомимся с различными методами, применяемыми в селекции.

1. Гибридизация

2. Отбор

3. Мутагенез

4. Полиплоидия

Отбор и гибридизация используются уже давно. Это «старые» методы. Мутагенез и полиплоидия более современные методы селекции. При выведении новых сортов (пород, штаммов) обычно используется не один из методов, а чаще всего несколько.

Подробно познакомимся со всеми методами селекции. И в первую очередь с методом гибридизации – скрещивания двух особей и получения потомков (гибридов). Гибридизация имеет несколько разновидностей.

ГИБРИДИЗАЦИЯ

Родственная Неродственная

(инбридинг- у животных, (аутбридинг)

инцухт- у растений)

внутрипородная межпородная отдаленная

гибридизация

Родственное скрещивание (инбридинг) – скрещивание особей имеющих близкую степень родства (брат-сестра, отец-дочь, мать-сын, двоюродные братья и сестры).

У растений наиболее тесная форма инбридинга осуществляется при самоопылении. Цель инбридинга: перевести рецессивные (но полезные, нужные) гены в гомозиготное состояние.

Р Аа х Аа

Гаметы: А а А а

Г АА Аа Аа аа!

Положительные стороны: гомозиготность по ценным признакам позволяет выделить чистые линии. Чистые линии можно скрестить и получить мощные межлинейные гибриды – явление гетерозиса – гибридной мощи(См. приложение)

Отрицательные стороны: гомозиготность по нежелательным генам ведет к депрессии – снижению жизнеспособности, урожайности, устойчивости к заболеваниям.

Неродственное скрещивание (аутбридинг) используют для объединения в одном организме ценных признаков разных пород, видов, родов или для получения интенсивных привесов на основе гетерозиса, поэтому оно подразделяется на внутрипородное, межпородное и отдаленную гибридизацию.

Внутрипородное скрещивание – скрещивание организмов одной породы, сорта, штамма. Например: надо вывести новую породу овец с более длинной шерстью.

В стаде овец одной породы выбираются животные с максимальной длинной шерсти и скрещиваются между собой. Из потомков отбирают самых длинношерстных и опять скрещивают между собой и т. д. Результат – выведение породы животных, обладающих длинной шерстью.

Межпородное скрещивание – скрещивание организмов разных пород, сортов, штаммов. Например: куры породы леггорн обладают высокой яйценоскостью, но имеют небольшой вес. Желательно увеличить вес кур породы леггорн. Можно скрестить кур породы леггорн с другой породой, характеризующихся большим весом – белым плимутроком. Гибриды будут занимать промежуточное положение, они легче плимутроков, но тяжелее леггорнов.

Леггорны х Белый плимутрок

(масса-1, 6 кг; до 200 яиц в год) (масса-4 кг; до 130 яиц в год)

(масса-2-2, 5 кг; до 150 яиц в год)

Отдаленная гибридизация – скрещивание форм, относящихся к разным видам, родам или географически удаленных друг от друга форм. Осуществляется с большим трудом! Причины: несовпадение циклов развития, неспособность одного вида животных вызвать половой рефлекс у другого вида, несовпадение строения полового аппарата, несовместимость пыльцевых трубок и тканей у растений и т. д.

А) Груша (Бере рояль) х Уссурийская груша

Франция Дальний восток

Груша Бере зимняя Мичурина

Б) Черемуха х Вишня

Церападус (гибрид)

Для преодоления барьеров нескрещиваемости при отдаленной гибридизации у растений советский ученый И. В. Мичурин разработал несколько способов.

Предварительные прививки с целью вегетативного сближения тканей.

Груша Рябина

Груша

пыльца перенос пыльцы

Ветка рябины

(привитая)

Если перенести пыльцу с цветков рябины на цветки груши опыления не произойдет! Но если предварительно привить в крону груши ветку рябины, а только после этого опылить цветки груши пыльцой рябины (с привитой веточки), то опыление произойдет.

Метод ментора (посредника).

Персик х Монгольский

Миндаль

Бобовник

(холодоуст. )

отрицательный результат

Монгольский х Полукультурный

Миндаль персик Давида

Бобовник

(холодоуст. )

F х Персик

(посредник)

Персик,

Устойчивый к холодным

Условиям

Для выведения холодоустойчивого персика ученые попробовали скрестить его с далеким родственником – Монгольским Миндалем бобовником, который обладает этим свойством, но опыления не происходит. Тогда ученые используют «посредника» - полукультурную форму Персика Давида. Полученный гибрид и есть посредник – ментор. Его и скрещивают с персиком.

Опыление происходит. Полученный гибрид обладает устойчивостью к холодным условиям.

Смесь пыльцы разных разновидностей и видов растений может способствовать скрещиваемости видов, поскольку пыльцевые трубки с разными генотипами могут взаимно стимулировать друг друга, создавая в пестике условия, благоприятные росту пыльцевых трубок.

Основным препятствием применения отдаленной гибридизации в селекции является обычная для гибридов стерильность (! ).

Причины: – несовместимость ядра и цитоплазмы, нарушается митоз,

Нарушение в мейозе конъюгации хромосом, что приводит

К образованию гамет с несбалансированным набором

Хромосом;

Иногда у отдаленных гибридов животных один пол плодовит, другой бесплоден.

Пример: гибрид яка с крупным рогатым скотом. Самки – плодовиты, самцы – бесплодны. Цель селекционеров – преодоление стерильности гибридов при отдаленной гибридизации.

В селекции растений и животных особое место занимает явление гибридной мощи или гетерозис. При скрещивании разных видов, рас, пород, а также гибриды, полученные при близкородственном скрещивании (чистые линии) иногда обладают свойствами, превосходящими обоих родителей. Примеры: Кобылица х Осел = Мул, обладает повышенной работоспособностью и неприхотливостью ( кстати, если скрестить жеребца и ослицу, то получится гибрид – лошак, плохо работает, прихотлив). Если скрестить гибридов, обладающих гибридной мощью между собой, то происходит затухание этого эффекта.

Следующий метод селекции – отбор, известен очень давно.

ОТБОР

Массовый Индивидуальный

Массовый отбор – отбор особей по фенотипическим признакам, без проверки генотипа. Пример: Массовый отбор проводят в популяции кур породы леггорн. Для размножения оставляют птиц с яйценоскостью 150-200 яиц, весом 1, 6 кг., белых по окраске, не проявляющих инстинкта насиживания. Все курицы не отвечающие этим требованиям выбраковываются. При этом потомство каждой курицы или петуха индивидуально не оценивается, оценка производится исключительно по фенотипу. Фенотип сильно зависит от внешней среды. В силу этого массовый отбор по фенотипу недостаточно эффективен.

Массовый отбор является медленно действующим средством улучшения популяции животных и растений, но он необходим и используется в определенных звеньях селекционной работы.

Индивидуальный отбор – отбор по генотипу, оценивается прежде всего потомство отдельного растения или животного в ряду поколений. Отбираются такие особи, которые дают потомство с желательными свойствами и качествами, а остальные выбраковываются. Индивидуальный отбор можно осуществить двумя способами:

а) проверка по потомству. Пример: взяты две курицы породы леггорн (родные сестры). Одна снесла 208 яиц в год (А), а другая всего 176 яиц (Б). Скрестили этих куриц с одним и тем же петухом. В результате потомки курицы А в среднем несли 158 яиц в год, а потомки курицы Б – 230 яиц в год. Какую из этих куриц ( А или Б )

вы бы оставили на потомство? Конечно же курицу Б! Сама она несет немного яиц, но в генотипе у нее высокая яйценоскость. Этот признак и передается потомству.

Вы можете задать вопрос: «Почему же тогда она сама несет так мало яиц? ». Ответов может быть несколько: плохие условия в которых она содержалась, плохой корм, перенесенные ею заболевания и т. д. Все это повлияло на яйценоскость фенотипически, но не затронуло генотип.

Курица А х Курица Б

( 208 яиц ) ( 176 яиц )

Петух

Потомки А Потомки Б

(в среднем 158 яиц) (в среднем 230

б) сиб-селекция – отбор по боковым родственникам (братьям и сестрам). В переводе с английского языка Sibling – «брат-сестра». Пример: отбираются свинки по откормочным качествам хрячков из того же помета. Если откормочные качества хрясков (братьев) хорошие (быстро набирают вес), то свинок (сестер) – оставляют на потомство. В Дании принято оставлять из каждого помета по два поросенка ( свинку и хрячка). Если контрольный откорм хороший, то весь помет оставляют, если нет – выбраковывают. За 10 лет датским селекционерам удалось снизить затрату кормов на 1 кг привеса с 6, 48 до 5, 52 кормовых единиц, что дало огромную экономию средств.

Помет одной свинки

с-сестра

б б б б с с с с с б-брат

Контрольный откорм

Сестер

оставили

на

потомство

Хорошие откормочные качества

Подобная методика применяется и в селекции растений, где получила название МЕТОДА ПОЛОВИНОК.

Пример: для того, чтобы повысить масличность подсолнечника, соцветие (корзинку) делят пополам. Семена одной половины проверяют на масличность. Если процент масла высокий, то от второй половинки семена высевают (оставляют на потомство). В следующем поколении повторяют ту же процедуру. В результате формируется подсолнечник с высоким содержанием масла в семени.

Индивидуальный отбор является наиболее верным средством оценки и создания определенных генотипов в процессе селекции.

Значение условий внешней среды для эффективности отбора велико. Это понимал советский ученый И. В. Мичурин. УПРАВЛЕНИЕ ДОМИНИРОВАНИЕМ – сложная система агротехнических мероприятий в определенный период развития гибридных сеянцев. В результате этой работы создавались определенные условия для доминирования признаков одного из родителей и подавления признаков другого.

Мутагенез – искусственное получение мутаций с целью увеличения продуктивности сорта. Материалом для мутагенеза является мутационная изменчивость.

В каждом организме спонтанно возникают разнообразные мутации (в среднем 1 мутация на 10000-1000000 генов). Мичурин назвал поиск спонтанных мутаций «кладоискательством». В природе на мутации действует естественный отбор. В селекции судьбу мутации определяет селекционер.

В настоящее время доказано: влияние ультрафиолетовых, рентгеновских лучей, химических веществ, ионизирующего излучения на частоту появления мутаций. Скорость появления мутаций увеличивается в сотни раз!!!

Мутагены – различные факторы влияющие на наследственную изменчивость, в результате чего появляются мутации (См. приложение).

В нашей стране Надсоном и Филипповым в 1925 году было впервые показано влияние лучей радия на наследственную изменчивость у грибов. Однако наиболее убедительное доказательство влияния рентгеновских лучей на наследственную изменчивость было получено в 1927 году Меллером (США) благодаря созданию специального метода учета числа возникающих мутаций у дрозофилы. Было доказано, что облучение увеличивает частоту возникновения мутаций в сотни раз по сравнению со спонтанной частотой. Позднее рядом исследователей (Делоне, Сапегиным, Стадлером и др. ) было установлено влияние радиации на возникновение мутаций у высших растений – кукурузы, табака, ячменя, пшеницы.

Возникает новый раздел генетики – радиационная генетика. Ее основной метод – искусственное получение мутаций.

В настоящее время существуют специальные участки – гамма-поля, с источниками – гамма-лучами. Вокруг источника излучения высаживают различные растения, которые подвергаются воздействию гамма-лучей, вызывающих получение мутаций (См. приложение).

Изучение мутагенного эффекта химических веществ было начато давно. Первые экспериментальные работы, в которых был получен мутационный эффект под действием химических мутагенов, были проведены в 1934 году в Советском Союзе В. В. Сахаровым и М. Е. Лобашевским.

И. А. Раппопортом (СССР) и Ш. Ауэрбах (Англия) были найдены мощные химические мутагены: формалин, иприт, уретан и др. Был начат список мутагенов, который пополняется до сих пор.

ПОЛИПЛОИДИЯ – процесс кратного увеличения числа хромосом (3n, 4n и т. д. ). Достигается воздействием химического мутагена – колхицина. Он подавляет образование веретена деления, поэтому удвоившиеся хромосомы не расходятся к полюсам, а затем в дочерние клетки. Они остаются в одной, что приводит к кратному увеличению набора хромосом.

колхицин 2n вместо n

0n - такая

клетка

погибает

Если соединить гаметы (например) 2n и n то получим зиготу с набором

хромосом 3 n (триплоидный), а если 2 n и 2n, то получается 4 n и т. д. до 7n.

А результат – повышение урожайности.

Используемая литература:

1. Лобашев М. Е., Ватти К. В., Тихомирова М. М. Генетика с основами селекции. Учебник для пед. ин-тов. М., »Просвещение», 1970.

2. Воронцов Н. Н., Сухорукова Л. Н. Эволюция органического мира. Фокультативный курс: Учебное пособие для 9-10 кл. сред. Шк. -М., Просвещение., 1991.

3. Мамонтов С. Г. Биология для поступающих в вузы: Учебное пособие. -М.: Дрофа. 1994.