УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ

Селекция – это наука о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами Порода, сорт, штамм – это популяция организмов, полученных в результате селекции, которые характеризуются определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками и определенным уровнем продуктивности. Задачи селекции Повышение урожайности сортов и продуктивности животных Повышение устойчивости к заболеваниям Улучшение качества продукции Пригодность для механизированного или промышленного выращивания и разведения Экологическая пластичность сортов и пород

Методы селекции Основными методами селекции являются гибридизация и отбор Основой селекционной работы является искусственный отбор, позволяющий в короткое время и при ограниченном числе особей получить нужный сорт, породу или штамм Методы отбора Массовый отбор: Применяется для получения сортов перекрестноопыляе- мых растений. Все потомки гетерозигот- ны. Результаты неустойчивые из-за случайного пере- крестного опыления Индивидуальный Отбор: Применяется для самоопыляемых расте- ний. Отбираются отдельные растения и от них получают потомство, которое генетически однородно. Получают чистые линии Естественный Отбор: Формируется устойчивость к среде обитания. Получают районированные сорта и породы

Методы гибридизации Инбридинг Гетерозис Полиплоидия Отдаленная гибридизация ЦМС (цитоплазматическая мужская стерильность Искусственный мутагенез Генная инженерия Гибридизация – это получение гибридов от скрещивания генетически разнообразных организмов 1 сорт (порода) 2 сорт (порода) + Новый сорт (порода)

Селекция – это комплексная наука, теоретической основой которой является генетика. Основоположником теоретической селекции является Н.И. Вавилов, который и определил основные задачи этой науки. С 1924 и по 1939 годы Н.И. Вавилов организовал 180 экспедиций с целью изучения многообразия и географичес- кого распространения культурных растений. В ходе экспедиций было собрано более 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 мировые очаги (центры происхождения) культурных растений.

Центры происхождения культурных растений: 1 – Тропический центр; 2 – Восточноазиатский; 3 – Среднеазиатский; 4 – Переднеазиатский; 5 – Средиземноморский; 6 – Абиссинский; 7 – Центральноамериканский; 8 – Южноамериканский.

Тропический центр Включает территорию тропической Индии, Индо-Китая и островов Юго-Восточной Азии. Из этого центра ведет начало около 30% возделываемых в настоящее время растений. Более 1 млрд. человек до сих пор проживает на этой территории. Здесь родина риса, сахарного тростника, большого количества тропических плодовых и овощных культур (цитрусовые, баклажан, огурец и др.)

Рис Огурец

Восточнокитайский центр Включает умеренные и субтропические части Центрального Китая, Корею, Японию и о. Тайвань. Около 20% всей мировой культурной флоры ведет начало из Восточной Азии. Это родина таких растений, как соя, проса, многих овощных и плодовых культур (яблоня, груша, слива, вишня и др.)

Среднеазиатский центр: включает территории Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Это родина: пшеницы, фасоли, гороха, ржи, льна, конопли, лука, чеснока, винограда, дыни, тюльпанов и роз (14%). Переднеазиатский центр: территория Малой Азии и Кавказ. Родина шпината, грецкого ореха, миндаля, пшеницы, ржи, граната, хурмы.

Дыня Роза Чеснок Среднеазиатский центр

Переднеазиатский центр Шпинат Грецкий орех

Средиземноморский центр: включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот центр дал начало 10-11% видов культурных растений. Среди них такие, как маслины, капуста, спаржа, петрушка, свекла и кормовые травы (клевер и др.)

Капуста Клевер Спаржа Петрушка

Абиссинский центр Включает территории Эфиопии, части Судана, Сомали и юга Аравийского полуострова. Здесь много эндемичных растений: нуг, кофейное дерево, особый вид банана, арбуз, твердая пшеница, ячмень, сорго (всего 3-4%)

Арбуз Ячмень

Центральноамериканский центр: охватывает большую территорию Мексики и Центральной Америки. Из этого центра ведет начало около 8% различных культурных растений, таких как кукуруза, подсолнечник, хлопчатник, фасоль, тыква, какао, авокадо, табак.

Кукуруза Белая акация Подсолнечник Земляника

Южноамериканский центр: территория западного побережья Южной Америки – Колумбии, Перу и Чили. Это родина картофеля, томата, арахиса, ананаса, хинного дерева и кокаинового куста.

Арахис Картофель Томат

Большой вклад в развитие селекции растений внесли работы И.В. Мичурина. Мичурин скрещивал местные морозостойкие сорта с южными, а полученные сеянцы подвергал строгому отбору и содержанию в суровых условиях. Так были получены сорта яблонь Антоновка, Славянка. Он предложил метод ментора, при котором признаки гибрида изменяются под влиянием привоя или подвоя. Таким путем был получен сорт яблони Бельфлер- китайка. Для преодоления нескрещива- емости видов он преложил: 1. Метод предварительных прививок; 2. Метод посредника; 3. Опыление смесью пыльцы.

1. Метод предварительных прививок: изменение химического состава привоя (рябина на груше опыление гибрид) 2. Метод посредника: культурный персик + монгольский миндаль гибрид (посредник) + культурный персик морозостойкий персик. 3. Опыление смесью пыльцы: пыльцевые трубки с различным генотипом стимулируют друг друга для прорастания и оплодотворения. Полученные Мичуриным сорта культурных растений являются гетерозиготными, поэтому для сохранения сортовых качеств, применяют вегетативное размножение – прививками, отводками и черенками. Применяя метод гибридизации, И.В. Мичурин получил гибриды малины и ежевики, рябины и боярышника, терна и сливы.

Антоновка полуторафунтовая. Получен в виде почковой вариации на одной из ветвей старого сорта Антоновки могилевской белой.

Актинидия ананасная Мичуринская. Прекрасный сорт получен путем селекции от третьей генерации Актинидии коломикты Макс. Вишня Краса севера. Получена от опыления вишни Владимирской пыльцой черешни Винклера белая.

Груша Бере зимняя Мичурина. Получена от скрещивания Уссурийской дикой груши ( слева вверху) и иностранной груши Бере рояль. Бельфлер – китайка. Получена от скрещивания китайской яблони (слева внизу) и Бельфлера желтого американского (слева вверху).

Кандиль- китайка. Получена от скрещивания китайки (слева вверху) и Крымского сорта Кандиль-синап. Северный бужбон. Получен путем опыления сорта Бужбона смесью пыльцы сортов Эдельротер и Эдельбемер.

Слива Ренклод реформа (справа). Получена путем гибридизации Ренклода зеленого (слева вверху) и тернослива (внизу) Чернослив Козловский. Получен путем гибридизации терносливы и венгерки Анна Шпет

Рябина Мичуринская десертная. Лучший сорт по вкусовым качествам. Получен от скрещивания рябины Ликерной с мушмулой. Шафран – китайка. Сорт получен путем опыления Ренета орлеанского пыльцой китайской садовой яблони.

Малина техас. Ягоды до 4 см длины и весом до 10 г. Получена путем отбора из сеянцев американской ежевики Логан Абрикос лучший Мичуринский. Сорт произошел от отборного сеянца монгольского абрикоса.

В селекции растений очень широко используется отдаленная гибридизация. Впервые в 1760 г. И.Г. Кёльрёйтер вывел межвидовой гибрид табака. В 1888 г. немецкий селекционер Ришпау получил гибрид пшеницы и ржи, названный тритикале. Сейчас много сортов тритикале: Житница 1, Ставропольская 1, ВОСЕ 1. Научную методику получения плодовитых межвидовых гибридов предложил в 1924 г. Г.Д. Карпеченко. Для скрещивания редьки и капусты он с помощью колхицина удвоил набор хромосом и плодовитость восстановилась. Был получен гибрид Рафанобрассика. Использование полиплоидии для преодоления стерильности гибридов очень широко используется в селекции растений. Н.В. Цицин таким путем скрестил пшеницу с пыреем ползучим и получил многолетнюю пшеницу. Размеры зерна у диплоидной ржи (слева) и тетраплоидной ржи (справа)

Достижения селекции растений Академик П.П. Лукьяненко создал ряд высокоурожайных сортов озимой пшеницы: Безостая 1 (50 ц/га), Аврора и Кавказ (100 ц/га) Академик В.В. Ремесло создал сорта яровой пшеницы: Мироновская 264 и 808 (60-70 ц/га) и Ильичевка (100 ц/га). В.Н. Мамонтов и А.П. Шехурдин создали яровой сорт пшеницы Саратовская 29 (до ц/га) Академик В.С. Пустовойта вывел сорт подсолнечника, содержащего до 50% масла в семенах. Яровая пшеница Новосибирская 67 (до 45 ц/га в Западной Сибири) была получена путем искусственного мутагенеза. Получен сорт картофеля дающий урожай почти в 1000 ц/га, что в 4 раза выше среднего урожая по стране.

Районы одомашнивания животных Селекция животных происходила в тех же центрах, что и растений и началась видимо случайно. Пойманные детеныши содержались в неволе, и те, которые смогли выжить и не вели себя агрессивно по отношению к человеку оставлялись, т.е. отбор был по поведению и способности жить в неволе. Выделяют 8 районов одомашнивания животных: 1. Передняя Азия тыс. лет назад из дикого барана Муфлона была одомашнена овца.

2. Индонезийско-Индокитайский. Были одомашнены собака (от волка 10 тыс. лет), свинья (камышовый кабан 8 тыс. лет), куры (красные куры Фиджи), утки и гуси ( от диких уток и гусей). 3. Малая Азия. Из диких горных коз примерно 7-8 тыс. лет назад одомашнены козы. 4. Евразия. Были одомашнены крупный рогатый скот (от дикого быка Тура 5-6 тыс. лет) и свиньи (от дикого лесного кабана 8 тыс. лет). 5. Степи Причерноморья. Из дикого тарпана примерно 5-6 тыс. лет назад была одомашнена лошадь. 6. Североафриканский. Около 3,5 тыс. лет назад из дикой камышовой кошки была одомашнена кошка.

7. Южноамериканский. Около 1 тыс. лет назад была одомашнена лама из диких лам и морская свинка из обитающих до сих пор в этом районе диких морских свинок. 8. Центральноамериканский. Здесь около 2 тыс. лет назад была одомашнена индейка из диких индеек.

ИНБРИДИНГ – близкородственное скрещивание, которое приводит к повышению гомозиготности. Применяется для получения чистых линий. Часто приводит к снижению общей жизнестойкости из-за накопления вредных рецессивных аллелей. Единственный метод, используемый для сохранения сорта или породы в чистом виде. Буденовская порода лошадей Сорт яблок «Бужбон»

ГЕТЕРОЗИС – (греч. «изменение») гибридная мощь, явление повышенной урожайности, жизнеспособности, высокой плодовитости гибридов первого поколения от скрещивания разных чистых линий. Потомки превышают по этим показателям обоих родителей. У гибридов второго поколения гетерозисный эффект почти исчезает. Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние, взаимодействием генов. Очень широко применяется для получения с/х продукции в растениеводстве и животноводстве. Для его продления используют у растений вегетативное размножение, а у животных скрещивание гибридов первого поколения с новой чистой линией, а их потомков с исходными породами.

ПОЛИПЛОИДИЯ – наследственные изменения, связанные с кратным увеличение основного числа хромосом в клетках растений, приводящее к мощному развитию вегетативных органов, плодов, семян и вкусовых качеств. Иногда встречается в естественных условиях (картофель, табак, томаты). Большинство культурных растений – полиплоиды. Типы полиплоидии Аутополиплоидия: Внутривидовая; кратное увеличение набора хромосом (генома) 2n – 4n – 8n – 16n – 32n Аллополиплоидия: Межвидовая; суммирование геномов разных видов, а затем их кратное увеличение 1n (14) + 1n (7) = 2n (21) – 4n (42)

ОТДАЛЕННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ – скрещивание растений и животных разных видов, а иногда и родов. Полученные таким образом гибриды бесплодны, т.к. хромосомы разных видов негомологичны и не могут конъюгировать при мейозе (не происходит образования гамет). В 1924 г. Г.Д. Карпеченко нашел способ преодоления бесплодия у таких гибридов растений – путем удвоения числа хромосом и получения полиплоида. В результате у каждой хромосомы появляется свой гомолог. У животных это достигается путем сложных заводских скрещиваний, т.к. все полиплоиды у них гибнут в эмбриональном состоянии. Применяется для получения высоких и стабильных урожаев растений и продуктивности животных.

ЦМС (ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МУЖСКАЯ СТЕРИЛЬНОСТЬ) В 1929 г. генетик М.И. Хаджинов нашел в посевах кукурузы растения с мужской стерильностью и предложил использовать это явление для получения гибридных семян у обоеполых и самоопыляемых растений. Стерильность обусловлена взаимодействием особого типа цитоплазмы S и генов rf. В практике используются лишь семена гибридных растений первого поколения от скрещивания двух чистых линий, дающее урожайность на 20-30% выше. S rf Rf rf Стерильно Фертильно Схема наследования ЦМС Внедрение гетерозисных гибридов растений приносит значительный чистый доход производителям продукции с/х Гены ядрарезультат

ИСКУССТВЕННЫЙ МУТАГЕНЕЗ ИМ – искусственное получение мутаций путем воздействия радиационного излучения и химических веществ на семена растений, приводящее к изменению генов. Таким методом создаются новые сорта томатов, картофеля, кукурузы, хлопчатника, пшеницы. Пшеница Новосибирская 7 Пшеница Новосибирская 67 Низкорослая, устойчивая к полеганию Урожайность ц/га R Очень широко искусственный мутагенез используется в селекции микроорганизмов

ГЕННАЯ И КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ Клеточная инженерия – метод получения новых клеток и тканей на искусственных питательных средах. В основе метода лежит высокая способность растительных клеток к регенерации и из одной клетки вырастает целое растение. Генная инженерия основана на пересадке генов из одних организмов в другие. Этапы генной инженерии: С помощью ферментов рестриктаз выделяют гены из клеток бактерий, растений и животных С помощью ферментов лигаз соединяют отдельные фрагменты ДНК в единую молекулу в составе плазмиды Полученную конструк- цию вводят в клетку хозяина, где она репрецируется и передается потомству Растения и животные, геном которых изменен таким путем, называются трансгенными. Около 40% культурных растений, выращиваемых на Западе являются трансгенными.

Технология рекомбинантных ДНК ( молекулярное клонирование) 1. Из организма донора извлекают нужную ДНК, подвергают ее ферментативному гидролизу и извлекают нужный ген. 2. У бактерий или других клеточных структур извлекают вектор (плазмиду) и его разрезают. 3. Вставляют в вектор фрагмент ДНК. 4. Полученную конструкцию вводят в клетку хозяина, где она передается потомкам. 5. Получают специфический белковый продукт, синтезируемый клетками хозяина.

Направления генной инженерии 1. Производство пищи: Трансгенные растения содержат все необходимые аминокислоты, микроорганизмы производят все необходимые ферменты, витамины и дешевый белок, а продуктивность животных увеличилась в 3-5 раз. Стало возможным производство пищи минуя животноводство и растениеводство, только из микроорганизмов. Пока остается главным - генная селекция растений, животных и бактерий с целью повышения продуктивности, устойчивости к болезням и абиотическим факторам и внедрения генов животных в гены растений. –Новые растения: Соккура (соя + кукуруза), сотаба (соя + табак), картомидор (картофель + помидор). 2. Производство источников энергии и новых материалов: бензин заменяют этиловым спиртом, полученный бактериями из растительного сырья. Использование «биогаза», искусственной нефти, солярки из бытовых отходов. Производство искусственных тканей с помощью микроорганизмов. Получение пластмасс путем синтеза окиси пропилена. 3. Генная инженерия в медицине: производство лекарств (инсулин, интерферон, соматотропин, антибиотики, вакцины, витамины), генная терапия: выделение поврежденного гена и переноса нормального в клетку (генные болезни обмена веществ)