3.8 Селекция, её задачи и практическое значение. Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции

Видеоурок 1: Генетические основы селекции организмов

Лекция: Селекция, её задачи и практическое значение. Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции

Задачи этой науки обусловлены самой формулировкой ее определения – это изучение способов и методов наиболее эффективного искусственного отбора, а также прикладная ее отрасль - получение новых сортов растений и пород животных.

Искусственно выведенные популяции биологических объектов, обладающую некоторыми необходимыми наследуемыми признаками называют породой, штаммом или сортом. Живые организмы, относящиеся к одной из этих групп обладают наследственно закрепленными устойчивыми признаками.

Селекционеры работают в следующих направлениях:

• Повышение урожайности культурных растений, рост плодовитости и продуктивности животных;

• Культивирование необходимых свойств физиологии – засухоустойчивости, холодостойкости, индифферентности к болезням и вредителям, скороспелость и прочие;

• Изменение метаболитических особенностей – интенсификация развития, повышение отзывчивости растений на полив, снижение затрат на кормление при увеличении привеса у животных;

• Повышение качества сельскохозяйственной продукции – удлинение сроков хранения плодов, улучшение вкуса, внешнего вида, химического состава.

Практические возможности селекции обуславливаются уровнем развития зоо и агротехники, повышением технологичности сельского хозяйства. На данный момент, например, уже существуют новые сорта ячменя для районов, страдающих от дефицита воды, способные давать урожаи при поливе морской водой. Были созданы новые породы кур для содержания на птицефабриках, показывающие высокую продуктивность даже в условиях скученности.

Методы селекции

Методы, применяемые селекционерами – это различные виды отбора и гибридизации. При селекции перекрестноопыляемых растений используется массовый отбор, так получают генетически неоднородные популяции. Индивидуальный отбор используется в случае необходимости создания генетически однородных групп самоопыляемых растений, для этого берется потомство от какой-либо одной особи. Этим методом выводятся новые сорта капусты, пшеницы и других сельхозрастений. Чтобы новые полезные свойства в сорте закрепились генетически требуется повышение степени гомозиготности у представителей нового сорта и тогда может применяться метод самоопыления перекрестноопыляемых растений.

Постоянно применяется знание о явлении гетерозиса – взрывном повышении выживаемости, урожайности и устойчивости к негативному влиянию внешних условий в первом поколении потомков различных чистых линий и сортов. Этот эффект свойственен только гибридам первого поколения, у потомков заметно снижается. Гетерозисный эффект обуславливается исчезновением у потомков чистых линий негативного влияния рецессивных генов, а также объединением в них доминантных генов родителей, приводящее к взаимному усилению положительных свойств.

Еще одна широко применяемая методика – искусственная полиплоидия. Полиплоидные растения быстрее растут, они высокоурожайны и имеют крупные размеры плодов. Так, давно культивируется триплоидная сахарная свекла, четрехплоидная пшеница и рожь, шестиплоидная пшеница.

Используется и искусственный мутагенез. Для создания отличающихся высокой урожайностью полиплоидных форм применяется именно этот метод. С его же помощью получены более 2 тыс сортов различных растений и грибов за последние 70 лет. В качестве мутагенов используется гамма-излучение – около 70% случаев и рентгеновские лучи – в 30%. Большинство мутантов имеет негативные изменения, но в редких случаях полученные положительные признаки сохраняют и на их основе создают новые сорта.

Также, современная генетика позволила преодолеть биологические барьерные механизмы защиты вида, например -- бесплодие межвидовых гибридов. Результатом такой отдаленной гибридизации становится получение плодоносящих потомков разных видов -- ржи с пшеницей, картофеля с томатом, различных плодовых деревьев.

Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции

В создание теоретической базы генетики растений и изучение практической селекции огромный вклад внес советский ботаник Н.И. Вавилов. Он ввел понятие гомологичности форм в наследственной изменчивости.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости:

Занимаясь изучением наследственных форм, он обнаружил подтверждение этого закона на практике – были найдены генетические формы, повторяющиеся у различных, генетически сходных видов. Это, например, красноватая окраска узлов стеблей у злаковых и ее отсутствие, наличие ости у колосьев. Для селекционной работы это открытие было очень важным. Впоследствии оказалось, что этот закон в полной мере можно отнести и к животному миру.

Это позволяло обнаружить необходимые аллельные гены и даваемые ими признаки экспедициями, отправленными в предполагаемые центры происхождения культурных растений.

Идеи существования регионов происхождения – географических областей, где растения были одомашнены и где сохраняется их генетическое разнообразие в диком виде – были выдвинуты еще Ч. Дарвином. Вавилов планомерно занимался изучением этой темы, по итогам многолетних исследований ему удалось выделить 7 таких центров:

• Южноазиатский – из которого распространились рис, помело, черный перец, кардамон;

• Восточноазиатский – подарил миру овес, огурец, гречиху, хурму, редьку, мандарин, малину, грецкий орех;

• Юго-западноазиатский – стал прародиной пшеницы, ячменя, гороха, сливы, груши, винограда;

• Средиземноморский – из него произошли олива, виноград, кочанная капуста, морковь, укроп, петрушка, свекла;

• Эфиопский – там были одомашнены хлопчатник, сорго, кофе, арбуз, просо, твердая пшеница;

• Центральноамериканский – прародина перца, табака, кукурузы, фасоли, тыквы. какао, подсолнечника, авокадо;

• Андийский – из него распространились картофель, томат, арахис, ананас, фейхоа, маракуйя.
  
  

Ему удалось доказать, что абсолютное большинство растений было окультурено в горных районах, расположенных в тропиках, субтропиках и умеренной зоне в регионах существования древнейших цивилизаций.

Селекция в животноводстве

Селекция животных имеет свои трудности и специфические черты, поскольку многоклеточные животные отличаются:

• длительным периодом смены поколений;

• исключительно половым размножением;

• небольшим количеством особей в потомстве.

В связи с этими особенностями более важное значение при их селективном отборе придается проведению всесторонних анализов признаков в их совокупности. Большинство одомашненных форм животных не способны выжить в естественных для вида-предка условиях, так как утратили необходимые для этого качества, но приобрели многие другие, которые, являясь полезными для человека, оказывают очень негативное влияние на выживаемость. Например, это большая мышечная масса скота – в естественных условиях она ограничивает подвижность, или яйценоскость кур – они физически не смогут высидеть более 300 яиц в год, а яйцекладка истощает их организм. Также, одомашенные породы оказались выведены из-под действия естественного стабилизирующего отбора. Это привело к значительному повышению уровня их изменчивости и существенно расширило ее границы.

В животноводстве всегда производится учет статистики и родословных, что позволяет делать суждения о генотипе в течение многих поколений.

Основными методиками скрещивания являются:

• Аутбридинг – это скрещивание генетически далеких форм в рамках породы или вида. Животные при этом не являются родственниками.

• Инбридинг – это скрещивание близкородственных форм, очень близких генетически. При этом очень сильно повышается уровень гомозиготности, приводящий в к ослаблению выживаемости, выявлению генетических нарушений в рецессивных аллелях, отражающихся на фенотипе.
  
  

Также, часто используется для практических целей животноводства явление гетерозиса. У гибридов в первом поколении проявляется в очень высокой выживаемости, приспособленности, быстром развитии. Это явление постоянно используется в свиновостве и птицеводстве.

Отдаленная гибридизация у животных возможна реже, чем в растительном мире, и дает меньший эффект. Гибриды разных видов зачастую бесплодны. Иногда, однако, она позволяет улучшить породы. Таким образом была получена в Казахстане порода тонкорунных архаромериносов, способных переносить условия высокогорья, ставшая результатом скрещивания архара (горного барана) и тонкорунной овцы.