Системы скрещивания. Искусственный отбор и селекция Достижения российских и белорусских селекционеров-животноводов

Наличие наследственной изменчивости позволяет путем различных систем скрещивания сочетать определенные наследственные признаки в одном организме, а также избавляться от нежелательных свойств.

Основным методом управления комбинативной изменчивостью в селекции является подбор форм по хозяйственно ценным свойствам для скрещивания.

Классификация типов скрещивания и методов разведения

При разведении применяют различные системы скрещиваний, которые понято делить на родственное скрещивание, часто называемое инбридингом , или инцухтом, и неродственное, иногда называемое аутбридингом .

Разновидностью аутбридинга является межпородное скрещивание (кроссбридинг ). Инбридинг - английский термин, в русской литературе чаще употребляется для обозначения близкородственного разведения у животных, инцухт - немецкий термин, употребляется для обозначения принудительного самоопыления у перекрестноопыляющихся растений. Однако во избежание путаницы можно пользоваться одним термином - инбридинг.

В животноводстве скрещивания делят на два типа в соответствии с задачей разведения животных: племенное (заводское) и промышленное (товарное). Для собственно селекционных целей и племенного разведения, т. е выведения новых пород и улучшения породных свойств, применяется как инбридинг, так и аутбридинг. Для увеличения продуктивности животноводства используют промышленное скрещивание на основе существующих пород. Подобные же типы скрещиваний применяются и в современной селекции растений для выведения или поддержания сорта и для получения товарного продукта. Например, скрещивания, применяемые у сахарной свеклы или арбуза для получения триплоидных семян, являются типично промышленными.

Применение той или иной системы скрещиваний в селекции зависит от того, какой тип изменчивости используется для селекционных целей и какие задачи при этом решаются. Например, если скрещивание подобранных форм (комбинативная изменчивость) не дает эффекта, то прибегают к использованию мутационной изменчивости или к полиплоидии. При этом изменяют и систему скрещиваний.

Подбор для скрещивания исходных форм производят из популяций. Для правильного выбора исходных форм необходимо сначала оценить генетический состав (потенциал) популяции, из которой они происходят. Так, очевидно, что для получения жирномолочных коров необходимо скрещивать животных, происходящих из популяции, имеющей высокую концентрацию генов жирномолочности, а для получения овец с мериносовой шерстью необходимо скрещивать животных из популяции тонкорунных, а не грубошерстных овец.

Изучение генетического состава исходных популяций и их происхождения облегчает создание соответствующих генотипов. Таким образом, оценка исходных популяций животных является первейшей задачей селекции, которая должна осуществляться селекционными и генетическими методами на основе анализа различных показателей продуктивности.

Родственное скрещивание

Генетический состав популяции оценивается путем разложения ее на генетически различные линии.

Для автогамных организмов, как показал В. Иоганнсен, это достигается просто - путем выделения потомства отдельных самоопыляющихся растений, а для аллогамных организмов необходимо проводить инбридинг.

Родственным называют скрещивание особей, имеющих близкую степень родства: брат - сестра, отец - дочь, мать - сын, двоюродные братья и сестры и т. д. Разную степень родства скрещиваемых животных, т. е. большее или меньшее сходство их генотипов, определяют с помощью коэффициента генетического родства. У растений наиболее тесная форма инбридинга осуществляется при принудительном самоопылении.

Генетическая сущность инбридинга сводится к процессу разложения популяции на линии с различными генотипами. При этом гены, находящиеся в гетерозиготном состоянии, переходят в гомозиготное состояние. Например, при скрещивании самца и самки, гетерозиготных по одному гену (Аа), в потомстве будет расщепление 1АА: 2Аа: 1аа, или в процентном отношении 25АА: 50Аа и 25аа. Если в ряду последующих поколений каждый из генотипов будет скрещиваться внутри себя, т. е. будет осуществляться инбридинг, то в последующих поколениях число гомозиготных форм увеличится, а гетерозиготных - сократится.

Представим теперь, что аллель а имеет летальное действие, т. е. резко снижает жизнеспособность. Очевидно, что в каждом поколении инбридинга 25% особей (аа) будут либо отмирать, либо проявят пониженную жизнеспособность. В результате инбридинг в ряду поколений приведет к депрессии.

В связи с тем, что каждый перекрестноопыляющийся сорт, как мы можем убедиться на примере разных сортов кукурузы, насыщен различными вредными рецессивными мутациями, то естественно, что при инбридинге часто проявляется понижение жизнеспособности, урожайности, устойчивости к заболеваниям и т. п. Доказательством этого могут служить данные Д. Джонса по влиянию инбридинга в течение 15 поколений на урожайность зерна и высоту растений в четырех линиях кукурузы А, В, С и D. Приведенные данные показывают, что исходные формы фенотипически были одинаковы. Применение принудительного самоопыления во всех линиях привело к снижению урожайности и высоты растений. При этом в одних линиях депрессия наступила скорее, чем в других. Это может указывать на то, что гомозиготность по рецессивным генам наступает в разных линиях с разной скоростью. Последняя зависит от многих факторов: от числа генов, по которым имелась гетерозиготность, от степени родства скрещиваемых форм и др.

На рисунке выше показано сокращение процента гетерозиготных особей в различных поколениях инбридинга в зависимости от числа генов, по которым имелась гетерозиготность. Чем большее число разных генов определяет какой-то признак или свойство, тем медленнее наступает гомозиготное состояние по всем рецессивным аллелям, тем медленнее идет стабилизация признака. Уменьшение процента гетерозиготных особей в последовательных поколениях инбридинга в зависимости от степени родства скрещиваемых особей показано на рисунке ниже.

Гомозиготность наступает наиболее быстро при самооплодотворении. При системе скрещивания «брат X сестра» процент гетерозиготных особей в ряду поколений снижается медленнее, но все же быстрее, чем при скрещивании двоюродных братьев и сестер или при еще более дальнем родстве скрещиваемых организмов.

Все эти расчеты справедливы лишь для случаев, когда гены находятся в разных негомологичных хромосомах. На самом деле гены, определяющие одни и те же свойства, могут находиться в одной группе сцепления на разном расстоянии друг от друга и претерпевать различную частоту перекреста. Кроме того, в этих расчетах не учитывается мутационная изменчивость генов, взаимодействие генов в системе генотипа и, самое главное, действие искусственного и естественного отбора, зачастую благоприятствующего сохранению гетерозиготных форм. Но, несмотря на формальный характер подобных расчетов, они дают возможность правильно выбрать систему скрещивания для наследственного закрепления свойств в выводимой породе или сорте.

Относительно полезности и вредности применения инбридинга в селекции существуют различные суждения. Действительно, при применении инбридинга у животных и аллогамных растений (кукуруза, рожь и другие) очень быстро наступает депрессия по жизнеспособности, плодовитости и другим свойствам. Если в стаде кур ежегодно получать потомство путем спаривания «брат х сестра», то в течение нескольких поколений заметно снижается яйценоскость и жизнеспособность кур, чаще появляются различные уродства. Такое же явление наблюдается при инбридинге у свиней и многих других животных. На этом же основании существует запрещение родственных браков в человеческом обществе.

Однако известно, что в природе существуют виды растений и животных, для которых автогамное размножение является нормой, и при этом они не только не вымирают, а, наоборот, процветают. К таким растениям относятся ячмень, пшеница, горох, фасоль и др. Оказывается, самоопыление и самооплодотворение не приводят к депрессии те виды, у которых этот процесс приобрел приспособительное значение для наиболее надежного обеспечения размножения.

Каким же образом объяснить тот факт, что инбридинг может быть и полезным, и вредным?

В процессе инбридинга депрессию вызывают мутантные аллели, понижающие жизнеспособность организмов. В гетерозиготном состоянии их действие подавляется доминантными, нормальными, аллелями. Поэтому при свободном скрещивании в популяции они не выявляются с такой частотой, как при инбридинге. Но среди мутаций могут быть не только вредные, понижающие жизнеспособность, но и повышающие ее, особенно при благоприятном сочетании генов. Отсюда следует, что не всегда при близкородственном размножении животных или растений может наступать депрессия. Напротив, могут выделиться линии с повышенной жизнеспособностью и продуктивностью. Но это происходит в чрезвычайно редких случаях, так как число вредных рецессивных мутаций значительно превышает число полезных. Этим можно объяснить приспособительное значение гетерозиготности у перекрестнооплодотворяющихся организмов и самого перекрестного опыления и скрещивания. Следовательно, вреден не сам по себе инбридинг, а последствия гомозиготизации вредных мутаций и снижение оптимального уровня гетерозиготности популяции. При умелом применении инбридинга удается выделить ценные генотипы.

Подобно тому как луч света, прошедший через призму, разлагается на целый спектр хроматических линий, так и популяция гетерозиготных организмов с помощью инбридинга может быть разложена на отдельные, генетически различающиеся линии. Инбридинг позволяет выделить из популяции группы организмов с отдельными необходимыми для селекции свойствами. В «кровной линии», в которой родственные по происхождению организмы скрещиваются между собой, повышается концентрация отдельных генов, вследствие чего внутри линии увеличивается число гомозиготных особей. Поэтому особи внутри каждой линии оказываются менее изменчивы, более однородны и надежнее передают свои свойства потомству. Линия, которую часто называют инбридированной , или инбредной , в меньшей степени расщепляется на разные генотипы.

Встает вопрос: можно ли при длительном инбридинге получить абсолютно гомозиготные формы? Опираясь на знания генетики, на этот вопрос следует ответить отрицательно. Во-первых, естественный отбор, как правило, поддерживает оптимальный уровень гетерозиготности; во-вторых, наличие сцепления и перекреста хромосом в значительной степени задерживает гомозиготизацию в ряду многих поколений инбридинга и также может давать новые комбинации генов в генотипах потомков; в-третьих, непрерывно возникает множество различных мутаций, которые будут нарушать гомозиготность линий; мутация даже одного гена может привести к изменению генотипической нормы реакции всего организма.

В силу указанных причин линии, полученные при длительном инбридинге, имеют лишь относительную гомозиготность. Благодаря этому и в таких линиях отбор может давать некоторый эффект. Очевидно, что на первых этапах инбридинга отбор может давать гораздо более значительный сдвиг в желаемую сторону, чем в последующих поколениях. Отбор при высоких степенях инбридинга менее эффективен, но зато повышается гарантия наследственного закрепления отбираемых свойств.

Неродственное скрещивание (разведение)

Прямой противоположностью инбридингу служит скрещивание неродственных по происхождению организмов, или аутбридинг .

Конечно, все организмы, относящиеся к одному виду или роду, имеют общее происхождение. Но когда мы говорим о неродственном скрещивании, то имеется в виду отсутствие у скрещиваемых особей ближайших общих предков в 4-6 поколениях их родословных (прадеда, деда, прабабушки, бабушки и т. п.). Чаще неродственным скрещиванием организмов называют такое, при котором родительские формы происходят из разных генетических популяций.

При скрещивании неродственных особей вредные рецессивные мутанты, находящиеся в гомозиготном состоянии, перейдут в гетерозиготное состояние и не будут оказывать влияния на жизнеспособность гибридного организма. Действительно, весь опыт практики сельского хозяйства показывает, что скрещивание неродственных организмов внутри одного и того же вида чаще ведет к тому, что помеси первого поколения оказываются более жизнеспособными, более устойчивыми к заболеваниям, имеют повышенную плодовитость, т. е. проявляют гетерозис.

Неродственное скрещивание служит важным методом селекции и разведения. Путем этого скрещивания производят объединение разных наследственных свойств в одном гибридном организме. С его помощью комбинируют различные ценные признаки для создания новой породы или сорта. Так, например, для того чтобы повысить живой вес кур породы леггорн, их можно скрестить с петухом другой породы, характеризующейся большим живым весом, например с белым плимутроком. Гибридные куры первого поколения по весу будут занимать промежуточное положение и окажутся в среднем большего веса, чем леггорны. Но если их скрестить с такими же гибридными петухами, то во втором поколении произойдет расщепление на различные по весу особи. Породы еще не будет, но зато в этом поколении могут встретиться нужные нам сочетания признаков. Дело селекционера - отобрать наиболее ценные генотипы. При этом отбор, как мы увидим дальше, должен производиться только по фенотипу, но и по генотипу.

Из сказанного следует твердо усвоить, что при аутбридинге первое поколение по сложным наследственным признакам, как правило, будет промежуточным и более единообразным, чем второе поколение, так как в последнем происходит расщепление. И если в последующем не будут применены определенная система разведения и строгий отбор, то новой породы создать не удастся, а исходные утратят свою породность. То же самое относится к скрещиваниям разных пород крупного и мелкого рогатого скота и свиней, а также к сортам растений.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

"Введение в общую биологию и экологию. 9 класс". А.А. Каменский (гдз)

Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов (гибридизация, отбор, полиплоидия, искусственный мутагенез)

Вопрос 1. Перечислите методы селекционной работы.
Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию, искусственный мутагенез.
В основе селекции растений лежит искусственный отбор, когда человек отбирает растения с интересующими его признаками. До ХVI-ХVП вв. 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 последние столетия человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно и целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени. Также отбор используют в селекции животных.
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 стеблем и устойчив к полеганию, а другой сорт с тонкой соломиной не заражается стеблевой ржавчиной. При скрещивании растений этих 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. Гибридизация - естественное или искусственное скрещивание особей, отличающихся по своим признакам и относящихся к разным сортам, породам, штаммам, видам. В результате гибридизации получают гибриды. Гибриды образуются путем объединения наследственного материала генотипически разных организмов и характеризуются новыми признаками или новыми их сочетаниями. Из-за трудностей в получении массового потомства от пары родителей с нужным человеку признаком в селекции животных применяют близкородственное скрещивание, или инбридинг (англ, in - в, внутри; brееding - разведение), при котором между собой скрещиваются особи из одного помета или родительские особи - с собственным потомством. Однако при инбридинге велика вероятность перевода каких-либо неблагоприятных рецессивных аллелей в гомозиготное состояние. Как известно, мутации, в частности, неблагоприятные, обычно рецессивны и редко проявляются в фенотипе, но при близкородственном скрещивании такие мутантные гены перейдут в гомозиготное состояние, и неблагоприятный признак проявится. Для устранения неблагоприятных последствий инбридинга используют аутбридинг (англ. out - вне; brееding - разведение) - скрещивание неродственных форм одного вида. При этом не должно быть общих предков в ближайших 4-6 поколениях.
Во всех случаях гибридизации проводят тщательный индивидуальный отбор производителей для следующих этапов селекции. Для учета характера наследования признаков в селекционных хозяйствах ведут специальные племенные книги. Процесс получения новых пород животных медленный; считается, что для получения новой породы, например, коров, требуется не менее 30- 40 лет. При селекции домашних животных важно заранее определить наследственные качества животных-производителей - самцов по тем признакам, которые фенотипически у них не проявляются. Такими признаками может быть молочность и жирномолочность у быков или яйценоскость у петухов. С этой целью применяют метод определения данного качества животного-производителя по потомству: сначала получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность с материнской и со средней продуктивностью данной породы животных. Если продуктивность самок в потомстве окажется повышенной по сравнению с этими показателями у породы, то делают вывод о большой ценности производителя. Такой метод применяют в племенной селекционной работе. В селекции проводят и скрещивание организмов, относящихся к разным видам или даже родам. В этих случаях имеет место отдаленная гибридизация - довольно сложный процесс, так как у организмов, относящихся к разным видам и тем более к разным родам, различный генетический материал (число и строение хромосом). Очень часто такое скрещивание приводит к образованию бесплодных (стерильных) гибридов, не дающих потомства. Однако благодаря кропотливой работе ученых-селекционеров получены межродовые гибриды, способные размножаться. 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 (лат. Triticum пшеница и Secale - рожь). Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве. Имеются отдалённые гибриды и среди животных.
Полиплоидия - получение полиплоидов, т. е. организмов, у которых число хромосом увеличено в два, три и более раз. В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В основе явления полиплоидии лежат следующие причины: каждому виду живых организмов присущ строго определенный набор хромосом. В половых клетках все хромосомы различны. Такой набор называется гаплоидным и обозначается буквой п. Клетки тела (соматические) обычно содержат двойной набор хромосом, называемый диплоидным (2n). Если хромосомы, удвоившиеся в процессе деления, не разойдутся в дочерние клетки, а останутся в одном ядре, то возникает явление кратного увеличения числа хромосом, называемое полиплоидией. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидные 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 искусственного мутагенеза, применяемого в селекции растений.
Искусственный мутагенез - метод селекции, основанный на воздействии на организмы мутагенов, вызываю¬щих различные мутации. 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 десятки 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.
Технологию получения необходимых человеку веществ из живых клеток или с их помощью называют биотехнологией. Чаще всего для биотехнологии используют бактерии, грибы, водоросли. Эти организмы относительно неприхотливы, очень быстро размножаются и способны выделять вещества, применяемые человеком в различных областях хозяйства. Биотехнология применяется в пищевой промышленности, медицине, охране природы и др. С помощью бактерий и грибов получают витамины, гормоны, антибиотики и т.п. К настоящему времени получены новые формы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, загрязняющие окружающую среду. Основные методы биотехнологии: клеточная инженерия и генная инженерия. Клеточная инженерия - это выращивание клеток какого-либо организма на искусственных питательных средах, где эти клетки размножаются, растут и выделяют необходимые человеку вещества. Так, например, делаются попытки выращивания культуры клеток желез внутренней секреции для получения гормонов. Сущность генной инженерии состоит в том, что в организм (чаще прокариотный) встраивается ген или группа генов другого организма. В результате можно заставить клетку микроорганизма синтезировать те белки, которые она раньше вырабатывать не могла. Делаются попытки переноса генов, отвечающих за фиксацию азота у азотфиксирующих бактерий, в другие почвенные микроорганизмы. При этом в почву из воздуха будут поступать большие количества азота, что сделает ненужными азотистые удобрения. Получены искусственные мутанты кишечных микробов, в которые встроен ген инсулина - гормона поджелудочной железы, жизненно необходимого людям, больным сахарным диабетом.

Вопрос 2. Чем массовый отбор отличается от индивидуального?
Массовый отбор характеризуется тем, что его проводят только по фенотипу, т.е. с учетом лишь совокупности признаков организма. Из потомства берут особей с нужными признаками и снова скрещивают их между собой. Массовый отбор обычно применяют для перекрестно опыляемых растений и для животных. Направлен этот отбор на поддержание данной породы или определенного сорта на заданном хозяйственном уровне.
При индивидуальном отборе выбирают отдельную особь и при последующих самоопылении у растений или близко¬родственных скрещиваниях у животных выводят чистые линии. Чистые линии - группы генетически однородных (гомозиготных) организмов - являются ценным материалом селекции.

Вопрос 3. Что такое гетерозис?
Гетерозис проявляется в том, что гибриды обладают выдающимися качествами (большим ростом, весом, устойчивостью к заболеваниям и т. п.) по сравнению с родительскими формами. Если провести перекрестное опыление между разными «чистыми» линиями растений, то в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации часто приводит к эффекту 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. К сожалению, эффект гетерозисной 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.

И искусственного отбора лежит наследственная изменчивость организмов. В результате естественного отбора создаются новые формы живых существ – виды, и при искусственном отборе – новые сорта растений и породы животных.

Искусственный отбор – метод селекции, осуществляемый человеком с целью создания пород животных и сортов растений. Селекционер отбирает особей с выгодными признаками и отбраковывает остальных. Породы и сорта, созданные путем искусственного отбора, могут существовать только благодаря заботам человека, в дикой природе они гибнут. Искусственный отбор возник совсем недавно – с тех времен, когда человек стал разводить домашних животных и заниматься земледелием. Отбор особей с нужными человеку наследственными изменениями приводит к созданию совершенно новых, никогда ранее не существовавших в природе организмов. Эти формы обладают признаками и свойствами, к интересам человека.

Искусственный отбор может быть как стихийным (бессознательным), так и методическим (массовым или индивидуальным). В об искусственном отборе обобщена тысячелетняя практика человека, и это учение стало теоретической основой современной селекции.

Дарвин считал, что практикам хорошо известно, как получать новые породы домашних животных и сорта культурных растений, поэтому он рассмотрел сначала причины , пород и сортов, а потом видов в естественном состоянии, полагая, что при таком подходе его идеи будут более показательными. К 40-м годам прошлого столетия было известно большое число пород крупного рогатого скота (молочных, мясных, мясо-молочных), лошадей (тяжеловозов, скаковых) свиней, собак, а также кур. Число сортов пшеницы превышало 300, винограда – 1000. Породы и сорта, принадлежащие к одним и тем же видам, часто настолько отличаются друг от друга, что их можно принять за разные виды. Каждая порода или каждый сорт по своим признакам всегда отвечает интересам человека, ради которых он их разводит. Многие сторонники учения о постоянстве и неизменяемости видов считали, каждая порода, каждый сорт произошли от отдельного дикого вида. Дарвин обстоятельно пришел к заключению, что человек сам создавал все их многообразие, как и сортов культурных растений, изменяя в разных направлениях один или несколько родоначальных диких видов.

Селекция – наука, разрабатывающая теорию и методы выведения и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Селекция – это , направляемая волей человека. Теоретическими основами селекции служат теория, генетика, молекулярная биология, экономика, география сельского хозяйства.

Методы селекции , их суть:

1. Массовый отбор – выделение группы особей, обладаемых желаемыми признаками (как правило применяется многократно в ряду поколений).
2. Индивидуальный отбор – выделение отдельных особей с желаемыми признаками. Наиболее применим для животных и самоопыляющихся растений.
3. Межлинейная – скрещивание двух чистых линий для получения гетерозиса (гетерозис – явление очень высокой и жизнестойкости в первом гибридном поколении)
4. Отдаленная гибридизация – скрещивание неблизкородственных форм и даже разных видов. Применяют для получения необычных комбинаций генов для последующего отбора.
5. Полиплоидия – увеличение числа хромосомных наборов. Используют в селекции растений для повышения урожайности и преодоления бесплодия при межвидовом скрещивании.
6. Клеточная инженерия – выращивание клеток вне организма (в культуре ткани). Позволяет проводить соматических (неполовых) клеток.
7. инженерия (искусственная перестройка генома. Позволяет встраивать в организма одного вида гены другого вида.

Селекция-это наука о совершенствовании существующих и выведения новых пород животных,сортов растений,а так же практическая деятельность человека в этих направлениях.

Современная селекция использует различные методы. Главные из них:

Изучение существующего в природе многообразия видов, пород и сортов для использования их в качестве исходного материала для селекции;

Искусственный отбор особей, обладающих важными для селекционера признаками;

Одним из основных методов селекции является искусственный отбор, предполагающий сохранение и размножение организмов с признаками, ценными и полезными для человека. Обычно используют два вида искусственного отбора. Массовый отбор проводят без учета генотипа организмов, только по внешним признакам, т.е. на основании фенотипа, поэтому отобранные организмы генетически неоднородны. Метод массового отбора всегда требует повторного отбора и действует медленно. Индивидуальный отбор предполагает изучение генотипа родительских организмов, анализ потомков, проведение близкородственных скрещиваний и получение чистых линий, характеризующихся генетической однородностью.

Искусственное получение мутаций путем воздействия мутагенными факторами;

Факторы, воздействие которых на организм приводит к появлению мутаций, называются мутагенами. Обычно мутагены подразделяют на три группы. Для искусственного получения мутаций используются физические и химические мутагены.

Название группы мутагенов:

А)Физические Рентгеновские лучи, гамма-лучи, ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры и др.

Б)Химические Соли тяжелых металлов, алкалоиды, чужеродные ДНК и РНК, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, многие алкилирующие соединения и др.

В)Биологические Вирусы, бактерии

Индуцированный мутагенез имеет большое значение, поскольку дает возможность создания ценного исходного материала для селекции, а также раскрывает пути создания средств защиты человека от действия мутагенных факторов.

Гибридизация;

В современной селекции широко используется гибридизация (от греч. hybris – помесь) – естественное или искусственное скрещивание особей, отличающихся по своим признакам и относящихся к разным сортам, породам, штаммам, видам. Применяют несколько видов скрещивания, в том числе родственное и неродственное:

1. Близкородственное скрещивание, или инбридинг (у перекрестноопыляемых растений – принудительное самоопыление). Инбридинг приводит к тому, что потомки становятся гомозиготными, т.е. повышается степень гомозиготных организмов. Так выводят чистые линии организмов, широко применяемые в селекции. При дальнейшем скрещивании особей двух чистых линий, одна из которых гомозиготна по доминантным генам, а другая по рецессивным, гибриды первого поколения F1 по ряду признаков часто превосходят исходные родительские организмы – может резко повыситься урожайность и жизнеспособность. В селекции растений и животных это явление занимает особое место и называется гибридной мощностью, или гетерозисом. Однако в последующих поколениях гетерозис снижается, наблюдается вырождение потомков, поэтому в практике обычно используют только гибриды F1. Связано это с тем, что у потомков всё в большей степени начинают накапливаться и проявляться рецессивные мутации.

2. Неродственное скрещивание, или аутбридинг. Скрещивают организмы, относящиеся к разным линиям внутри сорта (или породы), к разным сортам (или породам), к разным видам или даже родам. В двух последних случаях речь идёт об отдаленной гибридизации. Скрещивание организмов, относящихся к разным видам и тем более родам, крайне сложно, т.к. родительские организмы отличаются по генетическому материалу, физиологическим или морфологическим признакам. Очень часто такое скрещивание приводит к образованию бесплодных (т.е. не дающих потомство) гибридов. Связано это с тем, что в гибридном организме встречаются родительские хромосомы, столь несхожие между собой морфологически, а часто и по числу, что они не способны к конъюгации, это ведет к нарушениям процесса мейоза, а, следовательно, и не формируются нормальные половые клетки (гаметы). Однако способность растений к вегетативному размножению, а также разработка специальных методов преодоления бесплодия у отдаленных гибридов в ряде случаев делает возможным формирование новых форм, обладающих определенными ценными качествами, характерными для разных видов. Бурное развитие новых методов исследований в генетике, расширение и углубление наших представлений о структуре и законах организации наследственного аппарата клетки обусловили создание и разработку принципиально новых методов. Родились новые понятия и направления современной генетики: клеточная, хромосомная инженерия и генная инженерия. При этом принципиальное отличие данных методов от традиционно используемых в селекции, состоит в целенаправленном, а не случайном расширении границ изменчивости генотипа, в планируемом разнообразии исходного материала для селекции. Эти современные методы большее применение пока получили в селекции растений. Клеточная инженерия связана с культивированием отдельных клеток или тканей на специальных искусственных средах. Показано, что если взять кусочки ткани или отдельные клетки из разных органов, допустим, растений, хотя это возможно и у животных, и пересадить их на специальные среды, содержащие минеральные соли, аминокислоты, гормоны и другие питательные компоненты, то они способны расти. Это значит, что в таких изолированных от организма тканях и клетках продолжаются клеточные деления. Но самым важным и интересным оказалось то, что отдельные растительные клетки (в отличие от клеток животных) в таких искусственных условиях обладают тотипотентностью, т.е. способны к регенерации (формированию) полноценных растений. Эта их способность и была использована для селекции в разных направлениях.

Вторым новейшим методом клеточной селекции у растений, уже давшим огромный эффект, является метод гаплоидов (организмы с уменьшенным вдвое числом хромосом, у которых в ядрах клеток из каждой пары гомологичных хромосом, характерных для диплоидов присутствует только одна хромосома.) Например, если у кукурузы диплоидные растения имеют 10 пар хромосом (всего 20), то гаплоидные – всего 10 хромосом. Гаметы, в том числе мужские (пыльцевые зерна), имеют гаплоидный набор хромосом. Этот факт и был использован для получения гаплоидных растений.

Сейчас разработан метод проращивания пыльцевых зерен на искусственных питательных средах в пробирках и получения из них полноценных гаплоидных растений. В основе ее лежит гибридизация, в результате которой получаются гетерозиготные организмы, а затем длительная гомозиготизация до восьмого поколения, т.е. получение стабильных нерасщепляющихся форм. На создание сорта таким методом уходит более 10 лет. С помощью гаплоидов этот срок можно сократить в 2 раза. Для этого получают гибриды, берут из них пыльцу, на питательных средах в пробирках регенерируют из нее гаплоидные растения, а затем удваивают у них число хромосом и сразу получают полностью гомозиготные диплоидные растения. Вся эта процедура вместо 6-8 лет занимает 2-3 года. Так как мы берем пыльцу из гибридных растений и получаем через гаплоидные растения сразу гомозиготные диплоидные, то остается только оценить их и затем размножить лучше.

Хромосомная инженерия. В настоящий момент связывается прежде всего с возможностями замещения (замены) отдельных хромосом у растений или добавления новых. Известно, что в клетках каждого диплоидного организма имеются пары гомологичных хромосом. Такой организм называют дисомиком. Если в какой-либо паре хромосом остается одна гомологичная хромосома, то получается моносомик. При добавлении третьей гомологичной хромосомы возникает трисомик, а при отсутствии в геноме одной пары гомологичных хромосом возникает нуллисомик. Такие манипуляции с хромосомами дают возможность заменять одну или обе гомологичные хромосомы, допустим, одного сорта пшеницы на ту же пару хромосом, но из другого сорта. Тем самым он может один признак, который ему кажется слабым у данного сорта, заменить на этот же, но более сильный признак из другого сорта. Таким образом, он приближается к созданию « идеального» сорта, у которого все полезные признаки будут выражены в максимальной степени. Эту же цель преследует и методика замены отдельных хромосом одного вида на хромосомы другого вида, близкого по своему происхождению.

Генная инженерия. Под генной инженерией обычно понимают искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов (бактерий, животных, растений) в другой вид, часто очень далекий во своему происхождению. Чтобы осуществить перенос генов (или трансгенез), необходимо выполнить следующие сложные операции:

выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которые намечены для переноса. Иногда эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов, если таковой оказывается возможным;

создание специальных генетических конструкций (векторов), в составе которых намеченные гены будут внедряться в геном другого вида. Такие конструкции кроме самого гена должны содержать все необходимое для управления его работой (промоторы,терминаторы) и гены-«репортеры», которые будут сообщать, что перенос успешно осуществлен;внедрение генетических векторов сначала в клетку, а затем в геном другого вида и выращивание измененных клеток в целые организмы (регенерация). Растения и животные, геном которых изменен в результате таких генно-инженерных операций, получили название трансгенных растений или животных.

Тема 3.3. Генетика и селекция.

Задание 13. Генетика – теоретическая основа селекции. Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Основные методы селекции.

Цель: сформировать первоначальные знания о селекции как науки, определить ее цели и задачи.

? 13.1 Составить опорный конспект «Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений»

Методические указания по выполнению задания:

При составлении опорного конспекта, воспользуйтесь рекомендациями по выполнению самостоятельной работы (п.4.6. Составление опорного конспекта. Свободный конспект).

? 13.2 Закончите предложения, вписав вместо точек необходимые термины и понятия.

1. Совокупность методов создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с признаками, нужными человеку…

2. Совокупность культурных растений одного вида, искусственно-созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными признаками, -…..

3. Скрещивание близкородственных особей растений и животных с обычно наступающим после этого снижением жизнеспособности полученного потомства, -….

4. Генотипически однородное потомство, получаемое от самоопыляющейся особи с помощью отбора, -…

5. Мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании чистых линий, -….

6. Скрещивание особей одного вида, не состоящих в непосредственном родстве,-…

7. Естественное или искусственное скрещивание особей, относящиеся к различным сортам, породам, видам, родам растений или животных,-….

Учебник Сивоглазов В.И. Биология: общая биология. Базовый ур.: учеб. для 10-11 кл. / В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Захарова Е.Т. -5-е изд., - М.: Дрофа, 2009. - §3.18 , стр.176-180.

Общая биология: учебник для 10 – 11 кл. общ. уч. / под ред. Д. К. Беляева,Г. Дымшиц – 6 –е изд. ­­- М: Просвещение, 2014. §34-37, стр.129-142

Раздел 4. Эволюционное учение.

Тема 4.1. Теория эволюции.

Задание 14. История развития эволюционных идей. Значение работ К. Линнея, Ж.Б. Ламарка в развитии эволюционных идей в биологии. Эволюционное учение Ч. Дарвина.-1 ч.

Цель: cформировать понятие об основных положениях эволюционной теории Ч. Дарвина; показать вклад выдающихся ученых в развитие биологической науки.

Задание для самостоятельной внеаудиторной работы:

? 14.1 Выберите верные утверждения:

1. Ламарк создал лучшую искусственную систему.

2. Линней считал, что виды существуют и не изменяются.

3. Ламарк создал первую эволюционную теорию.

4. Ламарк считал, что организмы изменяются от простого к сложному.

5. Линней разделил всех животных на 5 классов.

6. Ламарк отрицал изменчивость видов.

7. Ламарк считал, что признаки, приобретенные видами в течении жизни, наследуются потомками.

8. Линней закрепил использование бинарной (двойной) номенклатуры для вида.

? 14.2 Заполните таблицу «Формы естественного отбора»

? 14.3 Заполните таблицу «Сравнение естественного и искусственного отбора»