Массовый индивидуальный

Бессознательный искусственный отбор человек осуществлял уже с началом развития земледелия и одомашнивания животных. При этой форме отбора определенная цель не ставилась, а просто на племя оставлялись более ценные организмы.

С развитием селекции начал производиться методический искусственный отбор (отбор с заранее поставленной целью), благодаря которому создано существующее многообразие сортов культурных растений.

Различают две формы методического отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор основан на отборе по фенотипу. При этом выделяется группа особей, имеющих ценные для селекционера признаки. Однако поскольку один и тот же фенотип может быть при различных генотипах, поэтому при дальнейших скрещиваниях отобранных особей наблюдается расщепление. В связи с этим массовый отбор используется многократно. Он эффективен, когда отбираются особи по качественным, просто наследуемым признакам (красные или белые цветки, желтая или зеленая окраска семян). Но при отборе особей по количественным, сложно наследуемым признакам (содержание крахмала в клубнях картофеля, количество зерен в колосе пшеницы), когда нужна предельно точная оценка генотипа, наиболее эффективен индивидуальный отбор.

Индивидуальный отбор базируется на выделении особей с известным генотипом и получении от них потомства. При этой форме желаемый результат достигается значительно быстрее. Работа селекционера начинается с создания группы растений с одинаковыми генотипами в результате самоопыления. В результате индивидуального отбора получаются сорта, представляющие собой одну чистую линию.

В процессе селекционной работы одновременно с искусственным отбором, который является основой изменения сорта, на организмы действует естественный отбор. Растения подвергаются воздействию факторов окружающей среды: температуры, влажности, освещения; вступают в сложные взаимоотношения с сорняками, вредителями. Следовательно, естественный отбор действует одновременно с искусственным отбором и повышает приспособленность растений к условиям среды. Создаваемые селекционерами сорта всегда являются результатом двух одновременно действующих отборов.

Селекция животных

Селекция животных – раздел селекции, занимающийся выведением новых и улучшением существующих пород домашних животных, используемых человеком. Породами называют искусственно созданные человеком популяции домашних животных с определенными наследственными признаками. Основные методы селекции животных: гибридизация и искусственный отбор.

Гибридизация животных

/ \

внутривидовая отдаленная (межвидовая)

/ \

инбридинг аутбридинг

(близкородственное (скрещивание неродственных организмов)

скрещивание)

- братья + сестры - внутрипородное

- родители + дети - межпородное

Близкородственное скрещивание проводят тогда, когда хотят перевести гены в гомозиготное состояние. При инбридинге у потомков закрепляются хозяйственно ценные признаки, а при последующих скрещиваниях потомков между собой отсутствует расщепление. Получены чистые линии собак, мышей, которые широко используются в биологических экспериментах по трансплантации органов, поскольку у линейных организмов не происходит отторжения трансплантатов. Однако у особей чистых линий снижается жизнеспособность и устойчивость к заболеваниям. Близкородственное скрещивание обычно является первым этапом создания новых пород. За ним следует скрещивание разных чистых линий между собой (межлинейная гибридизация). У гибридов первого поколения наблюдается эффект гетерозиса – гибридной силы (повышение жизнеспособности, плодовитости), что объясняется переходом генов в гетерозиготное состояние. Примером использования гетерозиса в селекции животных является выведение бройлерных цыплят, скороспелых свиней. Эффект гетерозиса ослабевает при последующих скрещиваниях и, в отличие от растений, его нельзя закрепить, поскольку у животных невозможно вегетативное размножение.

Аутбридинг (неродственное скрещивание) позволяет объединить в потомках ценные признаки различных пород. Путем межпородного скрещивания М.Ф.Ивановым была выведена высокопродуктивная порода свиней – белая степная украинская свинья, которая сочетает в себе высокие мясные качества белых английских свиней и выносливость, неприхотливость и хорошую плодовитость местных украинских пород.

Отдаленная гибридизация животных позволяет сочетать в одном организме признаки разных видов. Межвидовые гибриды обычно бесплодны. Но они могут иметь ценные для человека признаки, поэтому широко используются в практике. Например, гибрид лошади с ослом – мул, – благодаря своей неприхотливости, выносливости, большой физической силе используется человеком с глубокой древности. Получены межвидовые гибриды двугорбого и одногорбого верблюдов, тонкорунных овец и дикого горного барана архара – архаромериносы, яка и крупного рогатого скота и др.

После появления разнообразных организмов в результате гибридизации проводят массовый и индивидуальный искусственный отбор – выбор человеком особей животных, обладающих ценными хозяйственными признаками, для последующего разведения.

Селекционеры при выведении новых пород сталкиваются с определенными трудностями, которые вытекают из природы организмов животных: у хозяйственно ценных животных только половое размножение, малое число потомков, относительно позднее наступление половой зрелости. Для преодоления этих трудностей разрабатываются новые современные методы разведения животных:

1. Искусственное осеменение – сперму высокоценных самцов производителей вводят непосредственно с помощью специальных инструментов в половые пути самки.

2. Полиэмбриония – получение нескольких зародышей после разделения одного эмбриона. От высокопродуктивной коровы получают дробящийся эмбрион на стадии 16–32 бластомеров, разделяют на части, которые вводят в матки беспородных самок для дальнейшего развития.

3. Клонирование – получение дочерних организмов из соматических клеток материнского.

Применение искусственного осеменения в животноводстве позволяет получать от одного самца несколько тысяч потомков. Поэтому особое внимание должно быть уделено подбору животных-производителей. Обязательно учитывается экстерьер, т.е. внешние признаки животного. Учет экстерьера важен потому, что организм составляет единое целое, и продуктивность организма связана со строением тела. Так, например, крупный рогатый скот молочного и мясного направления значительно отличается по телосложению.

Однако при оценке по экстерьеру невозможно оценить наследственные качества самцов по признакам, которые непосредственно у них не проявляются, например, молочность у быков, яйценоскость у петухов. Для этого используют метод анализа наследственных признаков у животных-производителей по потомству. Получив небольшое потомство от самцов, сравнивают продуктивность дочерних организмов с материнскими. В случае повышенной продуктивности дочерей самцов используют как производителей для дальнейшего улучшения породы. Метод анализа наследственных признаков у животных-производителей по потомству широко применяют в селекционной работе.

Селекция микроорганизмов. Биотехнология

Микроорганизмы – мельчайшие организмы, различимые только под микроскопом. Среди них представители различных царств органического мира, относящихся как к прокариотам (бактерии и сине-зеленые водоросли), так и эукариотам (микроскопические грибы, микроскопические формы водорослей и протистов). Микроорганизмы – одноклеточные организмы. Они характеризуются высокой скоростью роста и размножения. В отличие от клеток многоклеточных животных и растений, клетки микроорганизмов содержат меньше генов, поэтому они являются удобными объектами исследований для решения многих проблем биологии. Разнообразно практическое значение микроорганизмов. Они используются в разных отраслях промышленности, сельском хозяйстве. В пищевой промышленности с деятельностью микроорганизмов связано хлебопечение, виноделие, пивоварение, получение молочнокислых продуктов и спирта. Микроорганизмы используются для очистки сточных вод, образования метана, для выделения меди и урана из бедных руд. В сельском хозяйстве они незаменимы при производстве силоса, производстве кормового белка, в качестве азотфиксаторов. Многие лекарственные препараты – антибиотики, витамины, гормоны, ферменты, аминокислоты – также получают с помощью микроорганизмов. Так, грибы и бактерии синтезируют антибиотики (пенициллин, стрептомицин, эритромицин и др.); кишечная палочка – аминокислоты; пивные дрожжи – витамины группы В.

Природные популяции микроорганизмов низкопродуктивны. Для повышения их продуктивности используются методы селекции: индуцированный мутагенез и искусственный отбор, что позволяет повысить продуктивность природных популяций микроорганизмов в сотни и тысячи раз.

Этапы селекции микроорганизмов:

1. Выделение природных популяций микроорганизмов, способных синтезировать интересующие селекционера соединения.

2. Индуцирование мутаций (мутации вызывают воздействием мутагенных факторов).

3. Отбор по продуктивности (отбираются наиболее продуктивные штаммы).

Так, сочетая мутагенез и отбор, селекционерам удалось повысить продуктивность штаммов гриба пеницилла, синтезирующего антибиотик пенициллин, более чем в 100 раз.

Биотехнология – это производство продуктов и материалов, необходимых для человека, с помощью живых организмов.

Термин «биотехнология» получил распространение в середине 70-х годов XX в., хотя отдельные отрасли биотехнологии (хлебопечение, пивоварение, сыроварение) используются человеком с древних времен. Главные направления биотехнологии:

1. Производство микроорганизмами незаменимых аминокислот, гормонов, ферментов, витаминов, антибиотиков, противовирусного белка – интерферона.

2. Расширение использования микроорганизмов в пищевой промышленности.

3. Использование биологических методов для борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязненной почвы и т.д.).

4. Биологическая защита растений от болезней (создание трансгенных растений).

5. Промышленный синтез кормовых белков (белок, синтезируемый одноклеточными организмами, можно использовать на корм скоту вместо зерна и семян бобовых).

6. Использование микроорганизмов для добычи ценных металлов из бедных месторождений, где традиционные методы добычи экономически невыгодны.

Для достижения этих целей в биотехнологии используются следующие современные методы генной и клеточной инженерии.

Генная (генетическая) инженерия — это искусственный перенос нужных человеку генов от одного вида живых организмов в клетки другого вида, т.е. создание организмов с новыми свойствами. Для этого необходимо:

- выделить ген из какого-либо организма;

- клонировать (размножить) данный ген;

- создать специальные генетические структуры (векторы), в составе которых гены будут внедряться в геном другого вида;

- перенести и включить генетические векторы в геном другого организма.

С помощью генной инженерии созданы штаммы кишечных палочек, в которые встроены гены человеческого инсулина (необходимого для лечения сахарного диабета), интерферона (противовирусного белка), соматотропина (гормона роста).

Генная инженерия используется в основном на прокариотах, хотя в последнее время начала применяться и на высших эукариотах. Так, во многих странах выращиваются трансгенные растения, устойчивые к насекомым-вредителям (например, созданы сорта трансгенного картофеля, содержащего в своих клетках бактериальный ген, который предотвращает поражение растений личинками колорадского жука).

Первоочередной задачей генной инженерии у человека является поиск путей генотерапии, то есть замены мутантных генов человека нормальными.

Клеточная инженерия – это метод образования клеток новых типов на основе их культивирования вне организма, гибридизации и клеточной реконструкции.

1. Культура тканей. В настоящее время использование культур растительных клеток и тканей позволяет получать необходимые человеку природные вещества в промышленных количествах. Так, как и целое растение, культура клеток женьшеня синтезирует ценные лекарственные препараты. В хирургии при лечении обширных ожогов широко используется для трансплантации эпидермис, выращенный вне организма.

2. Гибридизация клеток. При гибридизации искусственно объединяются различные целые клетки (иногда далеких видов) с образованием гибридных клеток. Полученные гибриды лимфоцитов с опухолевыми клетками способны к синтезу специфичных антител и обладают способностью к длительному выращиванию на искусственных средах. Гибридизация клеток широко используется в селекции растений. Получены гибриды картофеля и томата, яблони и вишни, выращенные из гибридных клеток.

3. Клеточная реконструкция. При реконструкции создаются жизнеспособные клетки из фрагментов (ядра, цитоплазмы, хромосом и др.) различных клеток. Прежде всего, используется замена отдельных пар хромосом у растений или добавление новых, что позволяет создавать сорта растений, сочетающие в себе признаки разных сортов или видов.

Биотехнология активно развивается в последние годы и является одним из ведущих направлений современной биологии.