Глава IV. «Основы селекции и биотехнологии».

Селекция (от лат. selectio — выбор, отбор)

• наука, разрабатывающая методы создания сортов и гибридов сельскохозяйственных растений и пород животных с нужными человеку признаками.

• отрасль сельскохозяйственного производства, занимающаяся выведением сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, пород животных. Основные направления селекции: растений на урожайность или животных на продуктивность; на качество продукции; растений — на зимостойкость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням и вредителям, приспособленность к высоким дозам удобрений и др. приемам интенсивных технологий; животных — на плодовитость и др. Методы селекции: отбор, гибридизация, мутагенез, клеточная и генная инженерия.

• наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов.

Задачи селекции:

• повышение урожайности сортов и продуктивности пород, штаммов;

• повышение устойчивости к заболеваниям и климатическим условиям;

• создание пород и сортов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения;

• исследование роли среды в развитии признаков и свойств организмов.

Порода, сорт, штамм – это совокупность особей одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными свойствами.

Методы селекции:

Гибридизация - скрещивание разнородных в наследственном отношении организмов. Один из важнейших факторов эволюции биологических форм в природе. Применяют для получения хозяйственно ценных форм животных и растений. Скрещивание особей одного и того же вида (различных подвидов, сортов, пород или линий) называется внутривидовой гибридизацией, а различных видов или родов — отдаленной гибридизацией.

Инбридинг - скрещивание близкородственных организмов, при этом получаются чистые линии. У самоопыляющихся растений (пшеница, ячмень, цитрусовые и др.) инбридинг — нормальное явление. У животных и перекрестноопыляемых растений при длительном инбридинге возможно возникновение уродств, снижение продуктивности, жизнеспособности или гибель особей. При скрещивании чистых линий у гибридов первого поколения часто проявляется явление гетерозиса – гибридной силы.

Расщепление при инбридинге

Аутбридинг - скрещивание неродственных организмов разных пород, сортов и видов. Используют в животноводстве и растениеводстве для предотвращения вредных последствий близкородственного скрещивания (инбридинга) и др.

Неродственная гибридизация может быть: внутривидовой и отдаленной

( лошадь + осел = мул, белуга + стерлядь = бестер, тритикале = пшеница + рожь).

Способ преодоления бесплодия при отдаленной гибридизации путем получения полиплоидов предложил Г.Д. Карпеченко.

Массовый отбор (по внешним фенотипическим признакам) – применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений, у животных не применяется.

Индивидуальный отбор – применяется у самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии – потомство одной самоопыляющейся особи. У животных применяется жесткий индивидуальный отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру.

Биотехнология - биологическое использование биологических процессов и систем на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

Биотехнология - использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве. Развивается микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т. п. Перспективно промышленное получение других биологически активных веществ (гормональных препаратов; соединений, стимулирующих иммунитет, и т. п.) с помощью методов генетической инженерии и культуры животных и растительных клеток.

Клеточная инженерия - создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. В узком смысле слова под этим термином понимают гибридизацию протопластов или животных клеток, в широком - различные манипуляции с ними, направленные на решение научных и практических задач. Является одним из основных методов биотехнологии.

Протопласт - все содержимое клетки, за исключением клеточной оболочки. При плазмолизе растительной клетки протопласт отделяется от жесткой пекто - целлюлозной клеточной оболочки.

Протопласт - клетки, полностью лишённые клеточной стенки и имеющие только клеточную мембрану, которая ограничивает цитоплазму с различными органоидами.

Культура ткани - метод длительного сохранения и выращивания в специальных питательных средах клеток, тканей, небольших органов или их частей, выделенных из организма человека, животных и растений. Основан на методах выращивания культуры микроорганизмов, обеспечивающих питание, газообмен и удаление продуктов обмена культивируемых объектов. Одно из преимуществ метода тканевых культур — возможность наблюдения за жизнедеятельностью клеток с помощью микроскопа.

Генная инженерия - методы молекулярной биологии и генетики, связанные с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов, на соединении их со специальными молекулами ДНК (т.н. векторами), способными проникать в клетки другого организма (главным образом микроорганизмов) и размножаться в них. Наряду с клеточной инженерией лежит в основе современной биотехнологии. Открывает новые пути решения некоторых проблем генетики, медицины, сельского хозяйства. С помощью генетической инженерии был получен ряд биологически активных соединений — инсулин, интерферон и др.

Биогумус – естественное высокоэффективное органическое удобрение.

Вавилов Н.И. – селекционер, выделил 7 центров происхождения культурных растений:

1. Восточноазиатский (Китай, Япония, Корея) – родина сои, проса, гречихи, многих плодовых и овощных культур.

2. Южноазиатский тропический (Индия, Индокитай, Южный Китай) – родина риса, сахарного тростника, цитрусовых, многих овощных культур.

3. Юго – Западноазиатский (Средняя Азия, Малая Азия, Афганистан, Ю–З Индия) – родина пшеницы, ржи, бобовых культур, льна, конопли, моркови, винограда и др.

4. Средиземноморский – родина капусты, свёклы, маслин.

5. Абиссинский (Африка) – родина твёрдой пшеницы, сорго, бананов, кофе.

6. Центральноамериканский (Мексика) – родина кукурузы, какао, тыквы, табака, хлопчатника.

7. Южноамериканский (Южная Америка) – родина картофеля, ананаса, хинного дерева.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости (сформулировал Н.И.Вавилов): 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. Целые семейства растений, в общем, характеризуются определённым циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство.

Гетерозис - свойство гибридов первого поколения превосходить по жизнестойкости, плодовитости и другим признакам лучшую из родительских форм. Во втором и последующих поколениях гетерозис обычно затухает. Гетерозис растений и животных используют как важный прием повышения урожайности и продуктивности.

Явление гетерозиса.

Клон - популяция клеток или организмов, происшедших от общего предка путем бесполого размножения. Клон - основная единица учета в генетике микроорганизмов. Клонирование клеток применяют в онкологии, генетике соматических клеток и др. Новый метод получения клона растений — выращивание их из одной клетки с применением клеточной культуры.

К лонирование - искусственное получение генетически идентичных организмов с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro и in vivo, подобно тому, как в природе появляются однояйцовые близнецы.

С хема генетического клонирования овцы.

Мичурин И.В. – учёный – селекционер:

1. Вывел около 300 новых сортов плодовых растений.

2. Разработал множество селекционных методов.

Метод ментора:

• гибридный сеянец – привой + взрослое растение – подвой (в его сторону получают изменения)

• гибридный сеянец – подвой + черенок (с нужными свойствами) – привой.

Мутагенез - процесс возникновения в организме наследственных изменений - мутаций. Основа мутагенеза - изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию.

Одомашнивание - приручение диких животных и превращение их в домашних, специально разводимых человеком. Большинство домашних животных (собака, овца, крупный рогатый скот и др.) было одомашнено в период между палеолитом и неолитом (10-5 тыс. лет назад). Продолжается доместикация новых видов (антилопы, лось, норки и др.).

Полиэмбриония – искусственное образование нескольких зародышей из одной зиготы ценных пород с последующим их введением в матку беспородных животных.