Глава 5

Основы селекции растений, животных и микроорганизмов

Изучив главу, вы сумеете:

• дать генетическое обоснование селекции новых организмов;

• объяснить значение неродственного и близкородственного скрещи­вания;

• охарактеризовать механизм создания гибридной ДНК у микроорга­низмов;

• раскрыть основные особенности селекции растений, животных и мик­роорганизмов.

§ 27 Генетические основы селекции организмов

Все основные культурные растения и домашние животные сформирова­лись в доисторический период. Культивирование растений и приручение жи­вотных позволяли обеспечить потребности людей в питании и одежде. Пер­вые попытки одомашнивания животных и выращивания некоторых растений делались более 22 тыс. лет назад. На территории Средней Азии, Закавказья, юга России уже в каменном веке знали пшеницу. Находки археологов в Ираке (горный Курдистан) показывают, что в VII тысячелетии до н. э. здесь возделы­вали пшеницу — дикую однозернянку. X тысячелетие до н. э. считается началом истории культивирования многих растений и одомашнивания животных.

Домашние животные и культурные растения произошли от диких пред­ков. Человек еще на заре своего становления приручал необходимых ему живот­ных, собирал семена полезных растений и высевал их около своего жилища, об­рабатывал землю, а для новых посевов отбирал лучшие семена и коренья. Такое воздействие со стороны человека на условия выращивания вызвало изменения животных и растений, в том числе мутационные. Длительный отбор расти­тельных и животных организмов обусловил появление культурных форм с осо­быми свойствами, нужными человеку. Однако основная роль в эволюции куль­турных растений и домашних животных принадлежит мутациям, отбору и се­лекции — целенаправленному выведению новых сортов растений и пород жи­вотных с заданными человеком свойствами.

В настоящее время, учитывая рост населения Земли, требуется увели­чение производства сельскохозяйственных продуктов. Решающая роль в вы­полнении этой задачи принадлежит селекции растений, животных и микроор­ганизмов.

Селекция — это наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Селекцией называют также отрасль сельскохозяйственного производства, зани­мающуюся (с опорой на законы генетики) практическим выведением новых сор­тов и гибридов культурных растений, пород животных и штаммов микроорганиз­мов с нужными человеку свойствами.

Порода, сорт, штамм — это искусственно полученные популяции живот­ных, растений, грибов, бактерий с нужными для человека признаками.

В настоящее время селекция ценных для человека организмов обогати­лась достижениями генной и клеточной инженерии, а также биотехнологии. Роль селекции в обеспечении человека продуктами сельского хозяйства и мик­робиологического производства показана на рисунке 40.

Свойства живых организмов определяются их генотипом, подвергаются наследственной и модификационной изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости. В селекции на практике воплощаются закономерности передачи наследствен­ности и изменчивости организмов.

Теоретической основой селекции является наука генетика, изучающая закономерности наследственности и изменчивости организмов.

Главными методами селекции выступают искусственный отбор, гибриди­зация, мутагенез и полиплоидия.

Искусственный отбор — это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида, породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Теоретические основы этого метода заложены еще Ч. Дарвином, выделив­шим два направления в этом методе: бессоз­нательный и методический (сознательный) искусственный отбор. Бессознательный отбор осуществляется с давних времен: люди отби­рают по внешним признакам и размножают лучших, с их точки зрения, домашних живот­ных и образцы культурных растений. Методи­ческий искусственный отбор предполагает целенаправленное создание новых форм куль­тивируемых растений и животных с исполь­зованием методов селекции и различных тех­нологий.

Искусственный отбор ведется челове­ком по отдельным, интересующим его признакам.

Благодаря искусственному отбору появи­лись новые формы организмов, существенно отличающиеся от их предков — дикорасту­щих растений и диких животных. Это хорошо видно на примере початков кукурузы при сопоставлении предковых и современных сортов растений с не­обходимыми человеку признаками (рис. 41).

Гибридизация — это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов, размножающихся половым путем. В ре­зультате в ходе полового процесса наследственный материал двух организмов объединяется в одном.

Гибридизация может осуществляться в пределах одного вида между осо­бями разных форм (внутривидовая гибридизация) или между особями разных видов (межвидовая, или отдаленная, гибридизация). Все созданные гибриды характеризуются гетерозиготностью по многим генам. При этом первое поко­ление гибридов (Fj) обычно характеризуется высокой жизнеспособностью, большей плодовитостью и более значительными размерами по сравнению с ро­дительскими формами.

Явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков и свойств над обеими родительскими формами называют гибридной мощью или гетерозисом (греч. heteroiosis — «изменение», «превращение»). Гетерозис часто приводит к значительному повышению продуктивности в животноводстве и урожайности в растениеводстве, поэтому широко используется в практике сельского хозяйства. В дальнейших поколениях при скрещивании гибридов между собой этот эффект мощности ослабевает и исчезает. Гибриды полученные путем отдаленной гибридизации, часто неплодовиты.

Ярким примером гетерозиса является мул — гибрид, полученный скрещиванием ло­шади с ослом. Эти крупные животные значительно сильнее и выносливее лошади. Му­лы обычно используются для перевозки тяжелых грузов в трудных условиях, например в горах, на больших высотах. Своей окраской и формой тела они похожи на осла. Мулы как мужского, так и женского пола бесплодны.

Мутагенез (от лат. mutatio — «изменение» и греч. genesis — «происхожде­ние») — это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием различных физических и химических факторов (мутагенов). По харак­теру возникновения различают мутации естественные (спонтанные) и искус­ственные (индуцированные).

Мутагенез — один из основных методов в селекции.

Большинство мутаций, возникающих под влиянием мутагенов, вредны для организма, но некоторые улучшают его свойства, оказываются интересны­ми для человека и используются в селекции при получении нужных ему форм.

Полиплоидия — наследственное изменение, характеризующееся много­кратным увеличением гаплоидного набора хромосом в клетках организма. Встречается преимущественно у растений и простейших. Большинство культур­ных растений полиплоидны, так как содержат более двух наборов хромосом.

Полиплоидия возникает в результате нарушения расхождения хромосом в митозе или мейозе под действием факторов внешней среды (ионизация, низ­кие температуры, химические вещества), встречается в природе и в экспе­риментах. Наблюдаются случаи умножения всего хромосомного набора в три, четыре и более раз. Организмы, имеющие такой набор хромосом в клетках, называют триплоидными, тетраплоидными, полиплоидными.

Полиплоидные растения можно получить искусственным путем, блокируя расхожде­ние удвоившихся хромосом различными химическими веществами. Наиболее часто с этой целью применяют алкалоид колхицин, получаемый из растения безвремен­ника (Colchicum autumnale).

Полиплоиды, т. е. особи с увеличенным количеством хромосом, часто характеризуются крупными размерами, устойчивостью к неблагоприятным условиям окружающей среды, повышенным содержанием ряда веществ, цен­ных в хозяйственном отношении. Поэтому полиплоидия как способ создания изменчивости организмов широко используется в селекции, особенно растений. В селекции животных этот метод не применяется, потому что полиплоидия обусловливает нарушение пропорций отдельных органов. Это неприемлемо для животных из-за затруднения их движения, нарушения регуляции работы органов и организма в целом.

1. Чем занимается селекция?

2. Охарактеризуйте главные методы селекции.

3*. В каждой строчке три термина определенным образом взаимосвя­заны, имеют общую область применения. Дайте им характеристику и определите четвертый, не имеющий к ним отношения, термин.

а) Генетика, гибридизация, селекция, биотехнология.

б) Полиплоиды, мутации, мутагены, искусственный отбор.

в) Гибрид, штамм, сорт, гетерозис.