Учебник MAXIMUM Education

Интернет-энциклопедия по школьным предметам от Maximum Education. Учебник поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.

11 класс
Биология

Селекция растений

Селекция – наука о методах создания новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Задачи селекции:

  • разработка научно обоснованных методов создания и совершенствования сортов культурных растений и пород домашних животных;

  • применение этих методов в растениеводстве (селекция растений) и животноводстве (селекция животных);

  • создание сортов растений и пород животных с нужными биологическими свойствами и хозяйственными качествами.

История селекции исчисляется тысячелетиями. Селекционеры древности, «бессознательно» используя искусственный отбор, создавали сорта винограда, плодовых культур, пшеницы, хорошо приспособленные к местным условиям и дающие устойчивые урожаи.

Основоположником теоретической селекции является Н. И. Вавилов, который и определил основные задачи этой науки.

С 1924 по 1939 годы Николай Вавилов организовывал и участвовал в экспедициях с целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений. В ходе экспедиций было собрано более 250 тыс. образцов растений из различных регионов земного шара, которые до сих пор используются в качестве исходного материала для выведения новых сортов растений. Экспедиции позволили Вавилову выявить центры происхождения культурных растений.

Центры происхождения Местоположение Культурные растения
Южно-азиатский тропический Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай Рис, сахарный тростник, цитрусовые, огурец, баклажан и др. (50% культурных растений)
Восточно-азиатский Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня и др. (20% культурных растений)
Юго-Западно-азиатский Малая и Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, морковь, виноград, чеснок, груша, абрикос и др. (14% культурных растений)
Средиземноморский

Страны по берегам

Средиземного

моря

Капуста, сахарная свекла, маслины, кормовые травы (11% культурных растений)
Абиссинский Абиссинское нагорье Африки Твердая пшеница, ячмень, сорго, кофейное дерево, банан
Центральноамериканский Южная Мексика Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник
Южноамериканский Западное побережье Южной Америки Картофель, ананас

Научная селекция стала развиваться с начала XX в., одновременно с развитием генетики (теоретическая основа селекции). Открытие законов наследственности и изменчивости, научно обосновавших искусственный отбор, дало возможность сознательно управлять наследственностью растительных и животных организмов.

Доместикация – это процесс одомашнивания диких животных и растений при их содержании в условиях, создаваемых и контролируемых человеком.

Методы селекции и селекция растений

1. Отбор

Современная селекция базируется на методическом отборе, который ведётся в двух направлениях:

● массовый — отбор по фенотипу;

● индивидуальный — отбор по генотипу.

Массовый отбор — это выделение группы особей, сходных по одному или комплексу желаемых признаков, без проверки их генотипа.

Например, из всей популяции злаков того или иного сорта для дальнейшего размножения оставляют только те растения, которые отличаются устойчивостью к возбудителям болезней и полеганию, имеют крупный колос с большим числом колосков и т. д. При их повторном посеве снова отбирают растения с нужными качествами. Сорт, полученный таким способом, генетически однороден, и отбор периодически повторяют.

Основным достоинством данного метода является то, что он технически прост, экономичен и позволяет сравнительно быстро улучшать местные сорта, а его недостаток состоит в невозможности индивидуальной оценки по потомству, в силу чего результаты отбора неустойчивы. Массовый отбор чаще используется в селекции растений.

Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с известным генотипом и интересующими человека признаками с целью получения от них потомства.

При индивидуальном отборе получают и оценивают потомство каждой отдельной особи или растения в ряду поколений при обязательном контроле наследования интересующих селекционера признаков. В результате индивидуального отбора увеличивается число гомозигот, т. е. полученное поколение становится генетически однородным. Подобный отбор обычно применяют в селекции животных и среди самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя и др.) для получения чистых линий.

Чистая линия — это группа организмов, являющихся генетически однородными по некоторым признакам, гомозиготными по аллелям генов, отвечающих за эти признаки.

Они обладают максимальной степенью гомозиготности и представляют очень ценный исходный материал для селекции.

Отбор в селекции отличается наибольшей эффективностью в том случае, если сочетается с определенными типами скрещиваний.

2. Гибридизация

Гибридизация — процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке (скрещивание особей).

Для внесения в генофонд ценных генов и получения оптимальных комбинаций признаков (например, сочетание высокой урожайности с засухоустойчивостью) применяют гибридизацию с последующим отбором.

Инбридинг — это близкородственное (внутрисортовое) с увеличением гомозиготности потомков.

Родственное скрещивание применяют в тех случаях, когда желают перевести большинство генов сорта в гомозиготное состояние и, как следствие, закрепить хозяйственно ценные признаки, сохраняющиеся у потомков.

Вместе с тем, чистые линии, полученные в результате инбридинга, отличаются не только различными признаками, но и степенью снижения жизнеспособности (часто наблюдается ослабление организмов, их постепенное вырождение), обусловленной переходом в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые преимущественно являются вредными – это приводит к депрессии (снижению жизнеспособности) гибридов.

Аутбридинг — межсортовое скрещивание с повышением гетерозиготности потомков.

При скрещивании между собой двух разных чистых линий происходит увеличение гетерозиготности гибридов, с чем связан эффект гетерозиса.

Гетерозис, или гибридная мощность — это явление повышенной жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения по сравнению с обеими родительскими формами.

В дальнейших поколениях его эффект ослабляется и исчезает.

Пример гетерозиса

Отдельно стоит выделить отдалённую гибридизацию.

Отдалённая гибридизация - скрещивание организмов, относящихся к разным видам и родам.

Отдалённая гибридизация — более сложный и трудоёмкий метод получения гибридов. Основное препятствие получения отдалённых гибридов — несовместимость половых клеток скрещиваемых пар и стерильность гибридов первого и последующих поколений.

Разработаны способы преодоления бесплодия межвидовых гибридов, благодаря чему были получены гибриды пшеницы с рожью (тритикале) и с пыреем (пшенично-пырейные гибриды), удачно сочетающие лучшие качества исходных форм (высокую урожайность зерна и зелёной массы с холодостойкостью).

Тритикале

3. Мутагенез

Внимание! Мутагенез не применяется в селекции животных

Для восстановления плодовитости у межвидовых гибридов в 1924 г. советский генетик Г. Д. Карпеченко предложил использовать у отдаленных гибридов удвоение числа хромосом, которое приводит к образованию амфидиплоидов.

Г. Д. Карпеченко проводил скрещивание редьки и капусты. Число хромосом у этих растений одинаково (2n = 18). Соответственно, их гаметы несут по 9 хромосом. Гибрид капусты и редьки имеет 18 хромосом, но он бесплоден, так как хромосомы этих растений в мейозе не конъюгируют, поэтому процесс образования гамет не может протекать нормально. В результате удвоения числа хромосом в бесплодном гибриде оказалось 36 хромосом, слагающихся из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты. Это создало нормальные возможности для мейоза: хромосомы капусты и хромосомы редьки конъюгировали между собой. Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18). В зиготе вновь оказалось 36 хромосом; межвидовой гибрид стал плодовитым. По фенотипу новый растительный организм совмещал признаки редьки и капусты, например, в строении стручка.

Полиплоидные цветки капусты: А – 2n, Б – 4n, В – 8n

Спонтанный и индуцированный мутагенез. Спонтанные мутанты используются преимущественно в селекции растений. Так, на основе мутанта желтого безалколоидного люпина получено несколько сортов сладкого люпина, которые выращивают на корм скоту. Люпин, содержащий алкалоиды (азотосодержащие органические соединения), для этой цели непригоден, поскольку животные его не едят.

Люпин кормовой