Селекционеры ученые егэ

Селекция, ее задачи и практическое значение. Вклад Н. И. Вавилова в развитие
селекции: учение о центрах многообразия и происхождения культурных растений;
закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Методы селекции и их
генетические основы. Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов
микроорганизмов. Значение генетики для селекции. Биологические основы выращивания
культурных растений и домашних животных

Селекция, ее задачи и практическое значение

Селекция (от лат. селектио — отбор) — это наука о методах создания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами.

Под селекцией понимают также и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей. Современные селекционеры придерживаются точки зрения Н. И. Вавилова, согласно которой теоретической основой данной науки являются генетика и эволюционное учение.

Порода (сорт, штамм, чистая линия) — это популяция организмов, искусственно созданная человеком и характеризующаяся специфическим генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.

Задачей современной селекции является повышение продуктивности сортов растений и пород животных. Однако ныне важнейшими факторами интенсификации растениеводства и животноводства становится их перевод на промышленную основу, например, сортов овощей и фруктов, пригодных для машинной уборки, пород животных, предназначенных для содержания в животноводческих хозяйствах.

Достижения селекции растений, связанные с выведением высокопродуктивных сортов пшеницы, позволили осуществить так называемую «зеленую» революцию в середине ХХ века в Мексике, когда традиционные сорта были заменены новыми. Это позволило не только спасти от разорения мелкие фермерские хозяйства, но и решить продовольственную проблему в данном регионе. В целом с селекцией связывают надежды на преодоление дефицита продовольствия в мире, несмотря на глобальный экологический кризис, поразивший даже такие традиционно «хлебные» страны, как Испания и Аргентина.

Вклад Н. И. Вавилова в развитие селекции: учение о центрах многообразия и происхождения культурных
растений; закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Первым этапом селекции было одомашнивание (доместикация), в процессе которого шел отбор по поведению животных и способности размножаться под контролем человека. Оно позволило сохранить огромное разнообразие признаков, в том числе неблагоприятных для вида. Всего человек окультурил около 150 видов растений и около 20 видов животных.

Выдающийся русский генетик и селекционер Н. И. Вавилов в ходе многочисленных экспедиций изучил мировые растительные ресурсы и установил, что наибольшее разнообразие форм определенного вида характерно для тех районов, где этот вид был введен в культуру. В соответствии с этим он определил семь центров происхождения культурных растений.

Центры происхождения культурных растений

Название центра	Географическое положение	Примеры культурных растений
Южноазиатский тропический	Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, о-ва Юго-Восточной Азии	Рис, сахарный тростник, цитрусовые, огурец, баклажан, черный перец и др. (50 % культурных растений)
Восточноазиатский	Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань	Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры: слива, вишня, редька и др. (20 % культурных растений)
Юго-Западноазиатский	Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия	Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, морковь, чеснок, виноград, абрикос, груша и др. (14 % культурных растений)
Средиземноморский	Страны Средиземноморского бассейна	Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер, чечевица, кормовые травы (11 % культурных растений)
Абиссинский	Абиссинское нагорье Африки	Твердая пшеница, ячмень, кофейное дерево, сорго, бананы
Центральноамериканский	Южная Мексика	Кукуруза, длинноволокнистый хлопчатник, какао, тыква, табак
Южноамериканский	Южная Америка вдоль западного побережья	Картофель, ананас, хинное дерево

Дальнейшие исследования позволили выделить уже 12 центров происхождения культурных растений, тесно связанных с центрами одомашнивания животных.

Н. И. Вавилов собрал также хранящуюся и поныне во Всероссийском институте растениеводства (г. Санкт-Петербург) мировую коллекцию культурных растений, которая и сейчас используется для выведения новых сортов и на основании изучения признаков культурных растений и близких к ним диких видов Н. И. Вавилов в 1920 году сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости:

Генетически близкие виды и роды 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 определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство.

Данный закон позволил предположить наличие некоторых форм злаков, которые впоследствии были описаны, и, как позже было установлено, он является универсальным для всех живых организмов.

Генетической основой данного закона является то, что степень исторического родства прямо пропорциональна количеству их общих генов, вследствие чего и мутации этих генов могут быть сходными. В фенотипе это проявляется одинаковым характером изменчивости многих признаков у близких видов, родов и других таксонов.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости организмов объясняет направленность исторического развития родственных групп организмов. Опираясь на него и изучив наследственную изменчивость близких видов, в селекции планируют работу по созданию новых сортов растений и пород животных с определенным набором наследственных признаков. В систематике организмов этот закон позволяет предвидеть существование неизвестных науке систематических групп (видов, родов и т. д.) с подобными сочетаниями признаков, выявленных в близкородственных группах.

Методы селекции и их генетические основы

Основные методы селекции — гибридизация и искусственный отбор.

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

Для достижения результата в процессе гибридизации особое внимание уделяется подбору родительских пар. В селекции растений подбор ведется по определенным признакам с учетом генетической и географической удаленности; в селекции животных — только по хозяйственно ценным признакам, которые определяют по экстерьеру, родословной и потомству.

Выделяют родственную и неродственную гибридизации. Родственное скрещивание, или инбридинг, приводит к появлению чистых линий, но при этом снижается жизнеспособность потомства вследствие перехода различных летальных и полулетальных генов в гомозиготное состояние.

Неродственное скрещивание, или аутбридинг, бывает внутривидовым и межвидовым (в т. ч. отдаленная гибридизация). Аутбридинг в первом поколении дает эффект гетерозиса.

Гетерозис (от греч. гетерозис — изменение, перевоплощение) — явление повышения жизнеспособности и продуктивности у гибридов первого поколения по сравнению с исходными родительскими формами.

Данное явление объясняется благоприятным сочетанием родительских генов, а также переходом сублетальных и летальных аллелей в гетерозиготное состояние. Во втором и последующих поколениях эффект гетерозиса ослабевает вследствие расщепления генов и гомоготизации. У растений его эффект можно закрепить вегетативным или партеногенетическим размножением, удвоением числа хромосом и т. д. Эффект гетерозиса широко применяется в сельском хозяйстве, так как он позволяет существенно повысить урожайность растений (кукурузы, огурцов, томатов) и продуктивность животных (яйценоскость гибридов леггорнов и австралорнов, скорость роста и улучшение качества мяса бройлеров).

Несмотря на то, что с помощью отдаленной гибридизации уже созданы и успешно внедрены в сельскохозяйственное производство высокопродуктивные гибриды растений (пшенично-пырейный, пшеницы и ржи — тритикале, малины и ежевики), у животных (лошади и осла — мул, белуги и стерляди — бестер), основной проблемой данного метода является преодоление бесплодия гибридов. Бесплодие возникает в результате различий размеров, форм и количества хромосом в кариотипе родительских форм, вследствие чего хромосомы утрачивают способность конъюгировать в процессе мейоза. Преодолеть его можно за счет удвоения числа хромосом в кариотипе, и тогда хромосомы каждого из родителей будут конъюгировать с гомологичными им. Первым данный метод апробировал российский селекционер Г. Д. Карпеченко в процессе создания редечнокапустного гибрида с 36 хромосомами, тогда как у каждой из родительских форм их было по 18.

У животных решить проблему данным путем не представляется возможным вследствие увеличения дозы летальных аллелей, поэтому у них только в некоторых случаях один или оба пола плодовиты, как, например, самки гибридов яка с крупным рогатым скотом.

Искусственный отбор — процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений путем систематического сохранения и размножения особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений.

Выделяют две формы искусственного отбора: бессознательный, ведущийся без определенного плана, и методический, производимый с определенной целью. Примером искусственного отбора являются породы домашних голубей, выведенные от дикого скалистого голубя. Также он применяется в форме массового и индивидуального отбора. Массовый отбор является эффективным при высокой наследуемости признака. В основном он используется в селекции растений и микроорганизмов. При индивидуальном отборе учитываются не только показатели продуктивности или иные качества организма, но и наследование данного признака в ряду поколений. В комбинации с инбридингом он позволяет получить чистые линии. Индивидуальный отбор характерен для селекции животных и самоопыляющихся растений.

Теорию искусственного отбора создал великий английский ученый Ч. Дарвин. Основные положения своей теории он изложил в труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» и развил в дальнейшем в книге «Изменения домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания».

Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов

В связи с тем, что генетически запрограммированные резервы продуктивности культурных растений и животных уже практически исчерпаны, создание новых сортов и пород этих организмов требует кардинального изменения подхода к процессу селекции. В первую очередь перед началом селекционного процесса создается модель сорта или породы, которая учитывает современные требования к нему, после чего производится подбор методов, при помощи которых может быть достигнут искомый результат. Помимо описанных выше гибридизации и искусственного отбора, на современном этапе развития селекции широко используются также искусственный мутагенез, методы биотехнологии, клеточной и генной инженерии, клонирование.

Искусственным, или экспериментальным мутагенезом называют получение мутаций с помощью физических или химических агентов, например рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Он позволяет получить как новые полезные генные мутации, так и геномные, в том числе добиться полиплоидизации. Однако далеко не все мутации происходят в ядерном геноме и способны передаваться в ряду поколений, поскольку в клетках животных имеются еще геномы митохондрий, а в клетках растений — митохондрий и пластид. Кроме того, мутации могут затронуть только соматические клетки, но не произойти в половых. В связи с этим многие мутантные формы растений размножаются только вегетативно.

В селекции растений широко применяются различные формы гибридизации и искусственного отбора. Однако гибриды довольно часто являются бесплодными, и поэтому их либо каждый раз выводят заново, либо размножают вегетативно. Для преодоления бесплодия гибридов у растений используется искусственный мутагенез, который позволяет получать полиплоидные сорта, отличающиеся более высокой урожайностью. С его помощью был получен ряд сортов сахарной свеклы, гречихи, редечно-капустный гибрид Г. Д. Карпеченко, а также новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы, сорта растений с декоративными листьями.

В плодоводстве и декоративном цветоводстве невозможно в настоящее время обойтись без методов, разработанных и усовершенствованных одним из самых выдающихся российских селекционеров — И. В. Мичуриным, в особенности методов ментора, вегетативного сближения, посредника, смеси пыльцы и др. Например, метод ментора благодаря сочетанию свойств привоя и подвоя позволил ему вывести сорт груши бере зимняя.

Селекция животных использует те же методы, что и селекция растений, однако она учитывает биологические особенности этих организмов. Так, здесь на определенных стадиях селекционного процесса прибегают к инбридингу, однако весьма в ограниченных масштабах, поскольку это может привести к снижению жизнеспособности особей вследствие перевода летальных аллелей в гомозиготное состояние. Более широко распространенный в животноводстве аутбридинг может давать эффект гетерозиса, как в случае бройлеров — гибридов пород кур корниш и белого плимутрока, но при межвидовой гибридизации гибриды в основном бесплодны и их вегетативное размножение невозможно.

Еще одной трудностью селекционной работы в данной области является то, что у особей одного из полов могут не проявляться хозяйственно ценные признаки, например у петухов — яйценоскость, а у быков — молочность и жирность. В связи с этим от производителей получают «пробных » потомков, и только в том случае, если для последних характерны более высокие показатели исследуемого признака, производителей целесообразно использовать в дальнейшей работе. Для получения от них максимально возможного числа потомков применяют технологии искусственного осеменения, которые предусматривают получение и хранение половых клеток в течение длительного времени, а также искусственного оплодотворения «в пробирке» и пересадки в матку менее ценной в хозяйственном отношении самки — суррогатной матери.

Микроорганизмы в последнее время широко применяются в различных отраслях хозяйственной деятельности. Так, дрожжи используют в хлебопечении, виноделии, пивоварении и т. д. Другие грибы синтезируют в промышленных условиях антибиотики, лимонную кислоту и кормовые белки из отходов растениеводства и даже нефти. С помощью бактерий человек получает витамины, аминокислоты, инсулин, а также извлекает металлы из руд и промышленных отходов. Широко используются микроорганизмы в сельском и лесном хозяйстве для борьбы с вредителями.

Особенности организации и жизнедеятельности микроорганизмов не позволяют применять у них метод гибридизации, тогда как искусственный мутагенез с последующим отбором наиболее продуктивных штаммов дает прекрасные результаты. В некоторых случаях проводят искусственное скрещивание штаммов с помощью бактериофагов, способных переносить наследственную информацию из одной клетки бактерий в другую. Это позволило получить, например, высокопродуктивные штаммы грибов — продуцентов антибиотиков и витаминов.

Значение генетики для селекции

Хотя селекция и возникла как наука для удовлетворения практических потребностей человека, издавна применявшего гибридизацию особей с лучшими сочетаниями признаков для получения новых сортов растений и пород животных (именно на основе сравнения гибридов с родительскими формами начали формироваться основные представления о закономерностях наследования признаков), в настоящее время генетика является теоретической основой селекции. Опираясь на частную генетику различных объектов, селекционеры подбирают исходный материал для создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. При этом не только используются уже имеющиеся наследственные признаки, но и создаются новые благодаря применению метода искусственного мутагенеза, а также вносятся новые гены с помощью методов биотехнологии, не утрачивает своего значения и явление гетерозиса.

Окраска и структура меха пушных животных наследуются как качественные признаки, в связи с чем селекционеры используют их для выведения новых пород норки, лисицы, кролика и др. Продуктивность растений и крупного рогатого скота, напротив, являются количественными признаками, что также не может не учитываться в процессе выведения новых сортов и пород.

Значительную роль методы искусственного мутагенеза, клеточной и генной инженерии сыграли в выведении новых штаммов микроорганизмов, продуцирующих антибиотики, гормон роста человека, инсулин и др., а также в создании новых сортов растений и животных с измененными свойствами — генетически модифицированных организмов.

Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных

Для достижения генетически запрограммированной продуктивности сельскохозяйственные растения нуждаются в создании оптимальных условий. В первую очередь им, безусловно, необходима соответствующая интенсивность освещения, которая обеспечивает протекание процессов фотосинтеза, однако если пшеница требует высокой интенсивности света, то кофейные деревья необходимо выращивать в тени. Не менее существенным фактором является и достаточное количество влаги в почве, что можно обеспечить в основном благодаря созданию оросительных систем, хотя в настоящее время все чаще прибегают к капельному поливу. Еще одним важным условием повышения урожайности сельскохозяйственных культур является обеспечение их элементами минерального питания. Эту проблему частично можно решить путем внесения в почву удобрений, что, однако, сопряжено с риском чрезмерного их накопления и смыва в близлежащие водоемы. Поэтому стараются применять многопольные севообороты, в которые включают бобовые, образующие симбиоз с клубеньковыми бактериями, переводящими атмосферный азот в доступную для растений форму.

С момента зарождения земледелия культурные растения страдают от вредителей и возбудителей различных заболеваний, которые снижают их урожайность, а в некоторых случаях и полностью уничтожают посевы. Причиной таких стихийных бедствий является их пониженная устойчивость к факторам среды и занятие больших площадей одним видом растений. Для борьбы с вредителями растений долгое время использовали химические вещества — пестициды, однако со временем выяснилось, что появились новые расы, устойчивые к этим веществам, а сами пестициды обладают токсическим и мутагенным действием. Поэтому в настоящее время во многих странах использование пестицидов существенно ограничено или вовсе запрещено. В связи с этим на передний план выходят биологические методы борьбы с вредителями, которые связаны либо с массовым размножением хищника или паразита данного вредителя, либо с нарушением размножения вредителя путем отлова самцов, а также с искусственной стерилизацией самцов, которые не дают потомков в результате скрещивания с нормальными самками.

Сельскохозяйственные животные, выращиваемые по интенсивным технологиям, также нуждаются в особых условиях. В первую очередь, им требуются сбалансированные корма, в которые ранее добавляли белок, полученный в результате бактериального синтеза, однако затем от него отказались, поскольку он мог вызывать аллергии не только у животных, но и у работников предприятий и жителей близлежащих населенных пунктов. Поэтому в настоящее время корма составляются большей частью на растительной основе.

Перспективы развития растениеводства и животноводства и, в конечном итоге, решение проблемы кризиса продовольствия связаны в основном с прогрессом биотехнологии, клеточной и генной инженерии.

Биотехнология, ее направления. Клеточная и генная инженерия, клонирование. Роль
клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии. Значение биотехнологии для
развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения
генофонда планеты. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии
(клонирование человека, направленные изменения генома)

Биотехнология, ее направления

Биотехнология — это применение биологических процессов и использование живых организмов в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и других отраслях человеческой деятельности.

Несмотря на то, что биологические процессы издавна используются человеком в хлебопечении, сыроварении, виноделии, пивоварении, научный этап развития биотехнологии начался с 70-х годов ХIХ века с открытием Л. Пастером процесса брожения, а столетием позже биотехнология превратилась в бурно развивающуюся отрасль. В настоящее время прогресс в области биотехнологии тесно связан с применением методов генной и клеточной инженерии, а также клонированием.

В качестве основных направлений биотехнологии рассматриваются получение продуктов питания, кормовых добавок и ценных кормовых белков, лекарственных препаратов и средств диагностики, биотоплива, борьба с загрязнением окружающей среды, защита растений от вредителей и болезней, а также создание штаммов микроорганизмов, сортов растений и пород животных с новыми полезными свойствами.

В настоящее время в хлебопекарной и кондитерской промышленностях, пивоварении и виноделии применяются различные штаммы дрожжей. Благодаря способности осуществлять спиртовое брожение для них нашлось место и в технологиях выработки биотоплива, например, биодизеля из растительного сырья, особенно рапса. Другие микроскопические грибы широко используют для получения кефира, сыров, антибиотиков, лимонной кислоты, кормовых белков и т. д.

Без бактерий невозможно получить никакие кисломолочные продукты, в том числе кефир, йогурт и сыры. Брожение, осуществляемое молочнокислыми бактериями, используется и в процессах приготовления квашеных овощей, а также силоса, поскольку накапливающиеся при этом продукты реакции угнетают развитие других микроорганизмов. Не меньшую роль бактерии играют и в фармацевтической промышленности, где они культивируются с целью получения витаминов, гормонов и ферментов. Первой микробиологический синтез гормона инсулина с помощью методов генной инженерии «освоила» кишечная палочка Escherichia coli.

Очистка окружающей среды ведется в основном в двух направлениях: разложение органических остатков и накопление отдельных химических элементов, органических и неорганических веществ некоторыми видами бактерий, водорослей и простейших. С помощью методов селекции и генной инженерии уже выведены штаммы бактерий, способные разлагать соединения, утилизировать которые встречающиеся в природе виды неспособны, например пластмассы и полиэтилен. В процессе расщепления органических остатков бактерии могут выделять и горючие газы, в том числе метан, что легло в основу технологий получения биогаза из отходов растениеводства и животноводства.

В связи с тем, что бактерии, грибы и вирусы способны эффективно бороться с вредителями сельского и лесного хозяйства, а также с возбудителями и переносчиками заболеваний, их штаммы используют для приготовления биопрепаратов. Преимущество этих биологических методов борьбы состоит в том, что они не только снижают численность паразитов, будучи безвредными для других организмов, но и не загрязняют при этом окружающую среду токсичными соединениями.

Клеточная и генная инженерия, клонирование

Клеточная инженерия — метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования на питательной среде, гибридизации и реконструкции. При этом в клетки вводят новые хромосомы, ядра и другие клеточные структуры.

Достижения клеточной инженерии растений, которая позволяет сформировать целое растение, в том числе с измененными свойствами, из отдельной клетки, нашли широкое применение в растениеводстве и селекции. Так, стали возможными соматическая гибридизация, клеточная селекция, гаплоидизация, преодоление нескрещиваемости в культуре и другие приемы.

Технологии искусственного оплодотворения, за разработку которых присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины в 2010 году, также базируются на методах клеточной инженерии.

Генная инженерия — это отрасль молекулярной биологии и генетики, задачей которой является конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Во многих случаях это сводится к переносу необходимых генов от одного вида живых организмов к другому, зачастую очень далекому по происхождению.

Переносу генов предшествует кропотливая работа по выявлению нужного гена в геноме организма- донора (вируса, бактерии, растения, животного, гриба) и его выделению. Это наиболее трудная часть работы, поскольку вместе со структурным геном необходимо перенести и регуляторные. Затем необходимо встроить данный участок молекулы ДНК в генетический вектор (переносчик ДНК). В качестве векторов чаще всего используют вирусы, плазмиды бактерий, хромосомы митохондрий и пластид, а также искусственно сконструированные молекулы ДНК. Процесс введения вектора новой ДНК в клетку-хозяина называется трансформацией. Последний этап работы заключается в размножении организмов-хозяев и отборе тех из них, в которых «прижился» введенный ген. В настоящее время применяют и прямое введение ДНК в клетки эукариот с помощью электрических разрядов, генной пушки и другими способами. Полученные в результате переноса генов организмы называются генетически модифицированными, или трансгенными.

Клонирование — это получение многочисленных копий гена, белка, клетки или организма. Клонирование генов чаще всего осуществляется с помощью бактерий и вирусов, поскольку, например, одна вирусная частица бактериофага, в которой содержится нужный ген, за один день может образовать более 1012 идентичных копий себя и этой молекулы.

Клонирование растений также не представляет значительной трудности, поскольку клетки растений тотипотентны, т. е. из одной клетки можно восстановить целый организм, особенно если культивировать эти клетки на питательной среде со всеми необходимыми веществами.

Массовое размножение генетически идентичных животных долгое время сталкивалось с таким существенным препятствием, как отсутствие способности к бесполому размножению у высших животных. Однако в 1997 году эта проблема была разрешена с получением первого клонированного организма — овцы Долли. Для клонирования были взяты клетки молочной железы ее генетической матери, а также яйцеклетки суррогатной матери. Ядра яйцеклеток удалялись, а на их место вводились ядра клеток молочной железы. После стимуляции развития зиготы электрическим током делящийся зародыш короткий промежуток времени культивировали на питательной среде, а затем вводили в матку суррогатной матери. К сожалению, из пяти пересаженных эмбрионов выжил лишь один.

В настоящее время клонирован уже целый ряд видов животных — мыши, собаки, коровы и др., однако клонирование человека запрещено законодательством многих государств и международными договорами.

Заманчивые перспективы перед человечеством раскрываются в области терапевтического клонирования — воспроизведения отдельных органов. Так, в настоящее время широко используются клонированная кожа, клетки соединительной ткани и другие части организма.

Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии

Создание клеточной теории позволило связать наследственность и изменчивость с их материальной основой — ДНК, а также определить, что клетка является единицей строения, жизнедеятельности и развития живых организмов. Поэтому дальнейшее внимание исследователей в области биотехнологии было сосредоточено именно на клетке как основном объекте. Уже в середине ХХ века были получены первые растения, выращенные из отдельных клеток на питательной среде, а в 1973 году родился первый «ребенок из пробирки». Операции с клетками (генная и клеточная инженерии) позволили клонировать сначала холоднокровных животных, а затем и млекопитающих.

Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической
промышленности, сохранения генофонда планеты

Прогресс биотехнологии позволил совершить прорыв в таких отраслях человеческой деятельности, как селекция, сельское хозяйство, медицина, фармация и др., поскольку появились возможности не только для изменения свойств организмов, но и для ускорения процесса их создания. Так, введение в растения бактериальных генов устойчивости к поеданию насекомыми и поражению вирусами, а также способных расти на бедных или загрязненных почвах способствует решению продовольственной проблемы, особенно в странах с быстро растущим населением. В настоящее время значительная часть посевных площадей занята трансгенными культурами в США, Канаде и Китае.

Кроме того, культивирование клеток растений на фоне высоких концентраций солей и других соединений позволяет сократить сроки выведения новых сортов пшеницы, сои и других важнейших сельскохозяйственных культур до одного-двух лет.

Клонирование животных, особенно с генетически измененными признаками и свойствами, позволяет вывести более продуктивные породы и добиться их быстрого размножения, однако этот процесс пока еще слишком трудоемок и дорог, чтобы применяться в промышленном масштабе.

Трансформация бактерий позволила уже в начале 80-х годов ХХ века получать биологически активные вещества — инсулин, соматотропный гормон, интерферон, которые применяются в медицине, а также создать новые штаммы микроорганизмов, предназначенных для очистки сточных вод, ликвидации нефтяных разливов и т. д. Путем селекции выведены также и формы бактерий, с помощью которых получают антибиотики, извлекают цветные металлы, получают биогаз.

В будущем возможно использование клонирования в сочетании с другими отраслями биотехнологии не только для размножения растений, микроорганизмов и грибов, но и для восстановления исчезнувших видов животных, возобновления природных популяций исчезающих видов. Однако для этого необходимо вначале создать генные банки, поскольку ДНК довольно быстро подвергается разрушению в окружающей среде.

Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека,
направленные изменения генома)

Расширение сферы влияния биотехнологии, с одной стороны, преследует благородные цели, поскольку с ее помощью стало возможным преодоление бесплодия, лечение многих наследственных и приобретенных заболеваний, а также решение продовольственных и экологических проблем современности. С другой стороны, активное вторжение современных технологий в медицину не может не настораживать, поскольку это сопряжено с операциями с клетками и тканями человека. Например, не совсем ясно, почему по американским законам при искусственном оплодотворении берется две донорские яйцеклетки, но пересаживается только одна из них, тогда как вторая замораживается, помещается в специальный банк и не выдается родителям даже по специальному запросу.

Большинство стран законодательно ограничило эксперименты по клонированию человека в основном по этическим соображениям, поскольку они направлены не просто на воспроизведение человека, но и на последующее использование клеток, тканей и органов зародыша для экспериментов, а также в качестве их донора. В связи с этим во всем мире активно обсуждается вопрос о допустимости подобных действий.

Применение генных технологий в создании новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов также вызывает некоторые опасения, поскольку их попадание в окружающую среду может вызвать неконтролируемое распространение, например, раковых генов, и привести к необратимым последствиям для жизни и здоровья человека. Так, опыление пыльцой трансгенных растений генетически немодифицированных сортов и видов может стимулировать появление сверхустойчивых к химическим и биологическим средствам борьбы сорняков.

Особую опасность представляет внесение новых генов в сбалансированный геном, откуда они могут быть исключены в любой момент, что может привести к появлению каких-либо вирусоподобных организмов.

Потребление продуктов, полученных с использованием генетически модифицированных организмов, по некоторым данным, приводит к существенным нарушениям в репродуктивной сфере человека, а в перспективе может угрожать и самой жизни, поскольку мутировавший лишь по одному нуклеотиду ген устойчивости картофеля к поеданию колорадским жуком кодирует белок, смертельно опасный уже и для человека. И хотя это является маловероятным, поскольку ДНК потребляемых нами продуктов должна расщепляться в кишечнике, все же такая вероятность существует, и сбрасывать ее со счетов не приходится.

Сравнительно слабая изученность проблем клонирования и применения генных технологий заставляет многие правительства принимать решения по ограничению сферы их применения и специальной маркировке продуктов питания, полученных таким способом, с целью информирования.

Селекция (лат. selectio — выбирать) — наука и отрасль практической деятельности, направленная на создание новых сортов растений,
пород животных и штаммов микроорганизмов, обладающих полезными для человека свойствами.

Этими полезными свойствами могут быть размер и форма плодов, урожайность, удойность у коров, устойчивость к факторам внешней
среды (к засушливому климату, к морозу).

Основы селекции

В основе селекции лежит способность генотипа живых организмов к изменениям, что происходит главным образом за счет комбинативной и
мутационной изменчивости. В процессе селекции происходит искусственный отбор организмов с полезными для человека свойствами и их размножение.

В результате множества последовательных скрещиваний, в конце концов, селекционерам удается достичь желаемой цели: вывести гибридов
с нужными признаками.

Мутационная изменчивость существует благодаря мутациям — случайным ненаправленным изменениям генотипа. Благодаря мутациям, к примеру, возник безалкалоидный сорт люпина. И.В. Мичуриным на яблоне сорта Антоновка Могилевская были обнаружены необычайно крупные плоды,
ветвь с которым послужила для появления нового сорта — Антоновки шестистограммовой. Эти плоды — результат произошедшей в
естественных условиях мутации соматических клеток.

«Сколько ждать этой естественной мутации?» — спросите вы. Может один день, а может и 100, и 10000 лет — всем властвует случайность.
На наш век может не выпасть удача, а мы такого допустить не можем!

Именно по этой причине в селекции растений часто используются искусственно вызванные мутации — авто- и аллополиплоидию.

Автополиплоидия

Автополиплоидия — кратное (4n,6n,8n) увеличение исходного набора хромосом, который характерен для
особей вида.

Автополиплоидия возникает в результате обработки почек колхицином, который нарушает образование нитей веретена деления, и, соответственно, нарушает расхождение хромосом в мейозе, в результате чего набор хромосом в половых клетках (гаметах) оказывается удвоенным. Таким способом получают полиплоиды — сорта растений, обладающие повышенной
урожайностью.

Существуют различные тетраплоидные сорта свеклы, мака, кукурузы и других сельскохозяйственных культур, которые отличаются большими размерами плодов.

Аллополиплоидия

Аллополиплоидия (греч. állos — другой и polýploos — многократный) — соединение в клетках организма хромосомного набора
от разных видов или родов, в результате которого образуется гибридная зигота.

Благодаря аллополиплоидии получают новые сорта растений. Наиболее известным примером является гибрид ржи и пшеницы — тритикале. Некоторые межвидовые гибриды табака обладают повышенной устойчивостью к возбудителям заболеваний мучнистой росы, табачной мозаики.

В рамках биотехнологии разработаны методы, с помощью которых стало возможным создание бактерий, синтезирующих полезные для
человека белки, многие из которых используются как лекарства: аминокислоты, антибиотики, инсулин.

Скрещивание особей в селекции

Каждое скрещивание как сдача новых карт: может повезет, а может и нет. Вполне возможно, что особь унаследует полезные признаки от родителей и сможет передать их своим потомкам, всегда есть и шанс того, что появятся новые полезные для человека признаки, равно как и шанс, что ничего полезного из проводимого скрещивания не выйдет.

Возможны несколько вариантов скрещивания:

• Близкородственное скрещивание (инбридинг — от англ. in — внутри + breeding — разведение)

Близкородственное скрещивание в течение нескольких поколений приводит к переходу генов в гомозиготное состояние, вследствие чего
потомство ослабевает и становится более подвержено наследственным заболеваниям.

Замечу, что под инбридингом подразумевают близкородственное скрещивание животных. Для самоопыления у растений существует иной
термин — инцухт.

В селекции инбридинг применяют для выведения чистых линий (гомозиготных особей — aa, AA, bb, BB), которые используются, например, для
анализирующего скрещивания. Инбридинг использовался при выведении абсолютно всех пород животных, и в настоящее время активно используется
в питомниках для выведения нужных пород животных (кошек, собак и т.д.)



• Неродственное скрещивание (аутбридинг — от англ. out — вне + breeding — разведение)

Аутбридинг заключается в скрещивании неродственных особей, которые могут принадлежать к одному сорту, породе, виду или роду. Аутбридинг ведет к явлению гетерозиса — получения гетерозисных форм, которые превосходят родительских
особей по ряду признаков.

Гетерозис — явление увеличения жизнеспособности особей у гибридов, которые получены при скрещивании двух чистых линий. Такой эффект
связан с переходом генов в гетерозиготное состояние, что повышает выживаемость организмов, плодовитость, и множество других полезных свойств.



• Отдаленная гибридизация

Применение отдаленной гибридизации заключается в скрещивании особей, принадлежащих к разным родам и видам. Такие особи обладают крайне
полезными для человека свойствами, но часто бесплодны (стерильны).

Известным примером отдаленной гибридизации является мул — гибрид осла (самца) и лошади (самки). Отличаются большой выносливостью и
работоспособностью, живут до 40 лет, обладают хорошим иммунитетом к заболеваниям, не требовательны в корме и уходе.

Обратный пример: гибрид ослицы (самки) и жеребца (самца) — лошак. Встречаются гораздо реже по сравнению с мулом, так как обладают меньшей
выносливостью и работоспособностью. В большинстве случаев бесплодны.

Отбор в селекции

Отбор в селекции осуществляет человек с единственной целью: размножить особей с нужными и полезными признаками, свойствами. Очевидно, что такой
отбор называется искусственным, в противовес естественному отбору, главный критерий которого — приспособленность.

Отбор может осуществляться двумя способами:

• Массовый отбор

Отбор организмов исключительно на основе внешних данных (фенотипа). Основным критерием для человека служит проявление признака:
размер плодов, цвет лепестков, цвет листьев и т.д. Этот вид отбора характеризуется массовостью и быстротой.

В результате массового отбора формируется группа особей, которые обладают нужными и полезными для человека признаками. В дальнейшем
они подвергаются размножению.



• Индивидуальный отбор

Выборочный отбор и сохранение особей с ценными для человека признаками. В ходе индивидуального отбора оценивается не только фенотип,
но и генотип, вследствие чего данный вид отбора занимает большее время, но оказывается более эффективен.

Индивидуальный отбор требует оценки потомства от выбранной особи в ряду поколений. Иногда подобный отбор применяют у самоопыляемых
растений: пшеницы, ячменя — с целью получения чистых линий. Как было сказано ранее, чистые линии характеризуются гомозиготностью и являются исходным материалом для селекции.

ФИО

портрет

заслуги

Георгий

Дмитриевич Карпеченко

Работы с капустно-редечными гибридами:  амфидиплоидный
гибрид капусты и редьки, получивший название Raphanobrassica, оказался
репродуктивно изолированным от своих родителей, способным размножаться только
«в себе». Он представлял собой четкую модель впервые созданного человеком в
эксперименте нового таксона — даже не видового, а родового ранга, занимался
гибридизацией географически отдаленных разновидностей ячменя. Им впервые
была показана возможность возникновения под влиянием колхицина клеток с
удвоенным числом хромосом. Победил бесплодие у растений.

Шехурдин Алексей Павлович

На основе материала, полученного от
скрещивания T. aestivum с T. durum была создана целая плеяда перспективных
форм безостой твердой пшеницы — от Кандиканс 76/10 до Саратовской 34. Важным
достижением ученого стал разработка им нового, оригинального метода селекции,
получивший название сложной ступенчатой гибридизации.

Цицин

Николай Васильевич

Советский ботаник и селекционер. Заинтересовала
проблема создания более продуктивных сортов главной продовольственной
культуры — пшеницы — на основе отдаленной гибридизации. Он скрестил
пшеницу с пыреем и впервые получил пшенично-пырейный гибрид. Он широко
вовлекал в скрещивание дикорастущие и культурные растения, прошедшие самостоятельные
эволюционные пути. Удалось создать разновидности озимой мягкой
ветвистой пшеницы, то есть формы, которых раньше в природе вообще не
было.

Лукьяненко Павел Пантелеймо-нович

В середине 50-х годов им был создан
всемирно известный сорт озимой мягкой пшеницы Безостая 1. Внедрение этого
сорта в производство позволило увеличить урожаи зерна пшеницы в
полтора-два раза повсеместно. Нет в мире другого селекционера, который бы
подарил человечеству столько прекрасных сортов пшеницы — создано 43 сорта.

Пустовойт

Василий Степанович

заведующий отделом селекции и семеноводства и лабораторией
селекции подсолнечника Всесоюзного научно-исследовательского института
масличных культур. Проводил опыты с подсолнечником, озимой пшеницей,
рожью, просом, кукурузой и клещевиной. С 1924 года руководил селекционной
станцией масличных культур в Краснодаре.

Михаил

Федорович

Иванов

Вывел высокопродуктивные породы свиней и овец. Завезенные
на Украину высокопродуктивные белые английские свиньи оказались
неприспособленными к местным условиям. Местная беспородная свинья обладала
хорошей приспособленностью к степным условиям, хорошей плодовитостью,
неприхотливостью, но относительно низким качеством мяса. Селекционер провел
скрещивание хряка белой английской породы с местными свиньями. Гибридные
самки первого поколения снова были скрещены с чистопородным хряком белой
английской породы. Из потомков были отобраны производители с наиболее ценными
признаками. В результате скрещивания вывели новую породу свиней —украинскую
степную белую. Пользуясь тем же методом, вывел новую породу овец — асканийскую
тонкорунную или асканийскую рамбулье.

Иван

Владимирович

Мичурин

«Мы не можем ждать милостей от природы, взять
их у неё — наша задача»

русский биолог и селекционер, автор многих
сортов плодово-ягодных культур, занимался гибридизацией яблонь.
Благодаря этому, он вывел новый сорт Антоновка шестиграммовая. А его
гибриды яблок нередко называют «Мичуринскими яблоками». Вывел 300 сортов
плодово-ягодных культур.

Трофим

Денисович

Лысенко

В 1939 году он разработал новую
агротехнику проса, позволившую увеличить урожайность. 

1. Яровизация
зерновых культур. Этот метод обеспечил значительную прибавку урожая и
позволил высевать сорта яровой пшеницы в более северных, чем ранее, районах.
2. Чеканка хлопчатника-удаление
верхушек побегов (1936). Этот агротехнический приём обеспечил
увеличение доморозного сбора хлопчатника на 10-20%.

3. Выведен
сорт озимой пшеницы Одесская 3, морозостойкий и засухоустойчивый,
 сорт ярового ячменя Одесский 9; сорт хлопчатника Одесский 1, ставший
основным сортом хлопководства
4. Были предложены методы посева верхушек клубней картофеля,
позволившие увеличить сбор урожая в условиях дефицита посевного материала;
мероприятия по борьбе со свекловичным долгоносиком; предложены
биологические способы борьбы с вредителями растений. 

Николай

Иванович

Вавилов

Советский ученый установил, что у
родственных растений возникают сходные мутационные изменения. Эта
закономерность объясняется сходным составом генов в хромосомах родственных
видов. Открытие Вавилова получило название закона гомологических рядов.
На основании его можно предвидеть появление тех или иных изменений у
культурных растений. Открыл центры происхождения культурных растений
(1926).

В 1939 он подверг резкой критике антинаучные взгляды Лысенко на
заседании Ленинградского областного бюро секции научных работников. В конце
своего выступления Вавилов сказал: «Пойдем на костер, будем гореть, но от
своих убеждений не откажемся»

Николай

Владимирович Тимофеев-Ресовский

Биолог, натуралист, генетик. Стоял у истоков радиационной
генетики, радиационной биогеоценологии. Участник первых экспериментов,
связанных с исследованием мутаций в диких популяциях. Создатель
учения о микроэволюции, феногенетики, биофизики. Описал систему координат
осуществления генов, сформулировал понятие наследственной конституции,
выдвинул представление об идиосоматических группах изменчивости, выработал
общую схему проявления гена и др.

Николай

Константино-вич

Кольцов

30-е годы учёный-генетик предположил, что хромосомы — это
гигантские молекулы, предвосхитив тем самым появление нового направления в
науке – молекулярной генетики, основоположник экспериментальной биологии

Ян

Вильмут

В последнее десятилетие активно
изучается возможность искусственного массового клонирования уникальных
животных, ценных для сельского хозяйства. Основной подход заключается в
переносе ядра из диплоидной соматической клетки в яйцеклетку, из которой
предварительно удалено собственное ядро. Яйцеклетку с подмененным ядром
стимулируют к дроблению (часто электрошоком) и помещают животным для
вынашивания. Таким путем в 1997 г. в Шотландии от ядра диплоидной клетки
из молочной железы овцы-донора появилась овечка Долли. Она стала
первым клоном, искусственно полученным у млекопитающих. Именно этот
случай был достижением Вильмута и его сотрудников.

Сергей

Сергеевич Четвериков

В двадцатых годах 20в возникли и стали
развиваться мутационная и популяционная генетики. Популяционная генетика это
область генетики, которая изучает основные факторы эволюции —
наследственность, изменчивость и отбор — в конкретных условиях внешней среды,
популяции. Основателем этого направления.

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

Ключевые слова: селекция (примитивная, комбинационная; доместикация), задачи селекции, Н.И. Вавилов, развитие селекции, центры многообразия и происхождения культурных растений, центры происхождения домашних животных, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.
Раздел ЕГЭ: 3.8. Селекция, ее задачи и практическое значение. Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции: учение о центрах многообразия и происхождения культурных растений, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости…

---

---

Селекция (от лат. selectio — выбор, отбор) — наука о методах выведения новых и улучшения существующих сортов сельскохозяйственных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов. Иногда селекцию образно называют «эволюцией, направляемой волей человека», т. е. процессом создания культурных форм организмов. Научной основой для селекции служит генетика.

Сорт, порода, штамм — популяция организмов, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными особенностями.

Задачи селекции:

• повышение урожайности сортов культурных растений;
• повышение продуктивности штаммов микроорганизмов;
• увеличение продуктивности пород домашних животных.

Для успешной селекционной работы необходимо: исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных; исследование закономерностей наследования при гибридизации; изучение мутаций и их роли в проявлении и развитии исследуемых признаков; применение различных форм искусственного отбора.

Практические значение современной селекции: обеспечивать продовольственную безопасность будущего человечества, численность которого из года в год неуклонно растёт. Например, созданные во второй половине XX в. селекционерами новые сорта зерновых культур совершили так называемую зелёную революцию в земледелии ряда стран: Индии, Мексики, Аргентины и др. Достижения селекционеров заключались в том, что ими были выведены низкорослые, карликовые сорта злаков (риса и пшеницы), у которых все образующиеся в процессе фотосинтеза питательные вещества расходуются в основном на рост колоса, а не на развитие стеблей и листьев. Урожайность таких низкорослых сортов злаков возросла в 7—8 раз, и они оказались более устойчивыми к полеганию, так как стебли-соломины у них стали толще и крепче, чем у высокорослых сортов растений.

Примеры полезных свойств: рост, размер и форма плодов, урожайность, удойность у коров, устойчивость к факторам внешней среды (к засушливому климату, к морозу).

Зарождение селекции

С давних пор человек для своих нужд вёл промысел диких животных и собирал дикорастущие растения. С ростом народонаселения земного шара и расширением его оседлости природа была уже не в состоянии удовлетворить возросшие потребности людей в пище, одежде и других ресурсах. Человек оказался перед необходимостью целенаправленного выращивания и разведения необходимых ему организмов.

Начальным этапом селекции стала доместикация (от лат. domesticus — домашний) — превращение диких организмов в культурные. Одними из первых культурных растений стали зерновые злаки. Так, возделывание пшеницы и ячменя на Ближнем Востоке и в Древнем Египте началось 10 тыс. лет назад. С давних времён в земледельческой культуре известны рис, кукуруза, виноград, маслина и др. К числу сравнительно недавно окультуренных растений принадлежит сахарная свёкла, которую стали выращивать в последние двести лет с целью снижения зависимости зон умеренного климата от тропических областей, где возделывается сахарный тростник. За всю свою историю человечество окультурило свыше 150 видов растений, из которых сейчас наиболее широко выращивается около 20 видов.

Центры многообразия и происхождения
культурных растений и домашних животных

Большой вклад в изучение центров доместикации культурных растений внёс Н. И. Вавилов. В 1920—1940 гг. в результате многочисленных экспедиций он изучил географическое распространение около 1600 сортов культурных растений всего земного шара и установил их центры многообразия и происхождения. Рассмотрим их по порядку.

1. Тропический, или Индомалайский, центр охватывает территории Индии, Индокитая и островов Юго-Восточной Азии. Из этого центра происходит около 30 % возделываемых в настоящее время культурных растений, например сахарный тростник, рис, огурец, банан, манго.

1. Восточноазиатский центр включает Китай, Корею, Японию и Тайвань. Отсюда произошло более 20 % всей мировой культурной флоры, в том числе соя, просо, яблоня, апельсин, слива, чайный куст.
2. Юго-Западноазиатский центр расположен на территории Аравийского полуострова, Малой и Средней Азии, Кавказа. С этим центром связано происхождение около 15 % культурных растений, наиболее важные из которых — зерновые злаки (мягкая пшеница, рожь), а также бобовые культуры (горох и чечевица). Из этого же центра происходят абрикос, груша, виноград.
3. Средиземноморский центр охватывает страны Средиземноморья, в том числе юга Европы и севера Африки. Этот центр совпадает с очагами древних цивилизаций. Отсюда произошло около 10 % всей мировой культурной флоры, среди которой овощные растения, например капуста и свёкла, а также масличные культуры, например маслина.
4. Абиссинский центр, находящийся в Африке (в Эфиопии), характеризуется рядом уникальных видов и даже родов культурных растений, таких как кофейное дерево, твёрдая пшеница и ячмень.
5. Центральноамериканский центр включает территорию юга Мексики и некоторых стран Карибского бассейна. Отсюда ведут начало такие культуры, как кукуруза, тыква, перец, фасоль, хлопчатник, какао.
6. Андийский центр расположен в пределах Южной Америки и включает часть районов Андийского горного хребта вдоль её западного побережья. Это родина ананаса, клубненосных культур, в том числе картофеля, и лекарственных растений, например кокаинового куста.

Начатая Н. И. Вавиловым работа была продолжена другими учёными. В 1970 г. отечественный учёный П. М. Жуковский установил ещё четыре центра происхождения культурных растений: Африканский, Австралийский, Европейско-Сибирский и Североамериканский.

В 1926 г. Н. И. Вавиловым была заложена коллекция семян культурных растений, которая постоянно пополняется и используется селекционерами для работ по созданию новых сортов. В настоящее время коллекция, хранящаяся в Санкт-Петербурге, насчитывает свыше 320 тыс. образцов семян культурных растений, происходящих из разных уголков земного шара.

С распространением земледелия важную роль в хозяйственной деятельности человека стали играть домашние животные. Процесс одомашнивания животных был более сложным и длительным, чем окультуривание растений. Человек одомашнил лишь 0,004% фауны планеты: около 60 видов млекопитающих, 12 видов птиц, семь видов рыб и пять видов насекомых. Центры происхождения домашних животных, так же как и центры происхождения культурных растений, совпадают с очагами древнейших цивилизаций. Эти области определены ареалами обитания диких предков домашних животных.

Число культурных растений и домашних животных, возникших вне вышеперечисленных центров доместикации, невелико.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости был сформулирован выдающимся русским ученым Н.И. Вавиловым в 1920 г.

Сущность закона заключается в следующем: виды и роды, генетически близкие, связанные друг с другом единством происхождения, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Зная, какие формы изменчивости встречаются у одного вида, можно предвидеть нахождение аналогичных форм у родственного ему вида. Фактами, подтверждающими этот закон, являются случаи альбинизма у позвоночных, гемофилия у человека и других млекопитающих.

В основе закона гомологических рядов фенотипической изменчивости у родственных видов лежит представление о единстве их происхождения от одного предка в процессе естественного отбора.

У родственных видов, имеющих общее происхождение, возникают и сходные мутации. Это означает, что у представителей разных семейств и классов растений и животных со сходным набором генов можно встретить параллелизм — гомологические ряды мутаций по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам и свойствам. Так, у разных классов позвоночных встречаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие перьев у птиц, альбинизм и бесшерстность у млекопитающих, гемофилия у многих млекопитающих и человека. У растений наследственная изменчивость отмечена по таким признакам, как пленчатое или голое зерно, остистый или безостый колос и др.

Знание характера изменчивости нескольких родственных видов дает возможность поиска признака, который отсутствует у одного из них, но характерен для других. Таким путем были собраны и изучены голозерные формы злаков, односемянные сорта сахарной свеклы, не нуждающиеся в прорывке, что особенно важно при механизированной обработке почв.

---

Это конспект по биологии для 10-11 классов по теме «Селекция: её задачи и значение. Вклад Н.И.Вавилова в развитие селекции». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по Биологии.
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по биологии

• Взрослым: Skillbox, Хекслет, Eduson, XYZ, GB, Яндекс, Otus, SkillFactory.
• 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
• До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
• Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.

Достижения мировой и отечественной селекции

Видовое разнообразие организмов, а значит генетического материала – основа успеха селекции. Именно Н. И. Вавилов, выдающийся учёный в области генетики и селекции, указал на важность задействования всего многообразия растительного мира. Он принимал участие во многих экспедициях, целью которых являлся отбор диких и культурных растений в качестве образцового материала.

Уникальная коллекция академика, привезённая из экспедиций и насчитывающая свыше 300 тысяч образцов различных видов и сортов растений, хранится во Всероссийском институте растениеводства имени Н. И. Вавилова. Селекционеры активно пользуются этой коллекцией. Например, известный в мире озимый сорт пшеницы «Безостая-1» – гибрид коллекционной аргентинской пшеницы с отечественными сортами.

Ещё одна заслуга выдающегося учёного – определение центров происхождения культурных растений. Так, были выделены восточноазиатский, южноазиатсткий, юго-западноазиатский, переднеазиатский, среднеземноморский, абиссинский, центральноамериканский, южноамериканский центры.

Традиционными методами селекции считаются искусственный отбор и гибридизация. В результате массового и индивидуального отбора учёные не выводят новые сорта и виды, а лишь выделяют наиболее подходящие по признакам и качествам растения и животные, уже имеющиеся в популяции.

По итогам использования такого метода выделено много сортов растений, в том числе сортов народной селекции. Ярким примером такой селекции стал сорт яблок «Антоновка». Кроме этого, селекционерам удалось получить ценные высокоурожайные сорта пшеницы, подсолнечника, ржи, овощных и плодовых культур.

Огромный вклад в развитие селекции внёс И. В. Мичурин. Его достижениями стали более 300 новых сортов плодовых растений. Помимо практики, учёный-селекционер разработал теоретические основы селекции. В его научных трудах рассматриваются вопросы скрещивания географически отдалённых видов.

Теоретические исследования Мичурина нашли применение на практике. Таким образом, этот учёный вывел сорт груши «Бере зимняя». Он скрестил сорт груши «Бере рояль» из Франции и дикую уссурийскую грушу. Саженцы выращивались в средней полосе России. Итогом селекции стали зимостойкие и вкусные плоды. В настоящее время методы И. В. Мичурина активно применяются на практике.

Селекция животных и методы, применимые к этому направлению, не отличаются от селекционных методов у растений. Однако учёным необходимо учитывать особенности, свойственные животным.

Животные размножаются только половым путём, при этом потомство численно невелико. Селекционерам необходимо выявлять наследственные признаки, которые у самцов-производителей могут не проявиться. К таким наследственным признакам у самцов относят жирномолочность и яйценоскость. Поэтому в первую очередь животные оцениваются по родословной, качеству потомства, внешним признакам.

Гетерозис – ещё одно явление в селекции. В ходе этого метода у растений сначала выводятся отличающиеся друг от друга чистые линии. После чего происходит скрещивание образцов между этими линиями. От линий, в которых гетерозис проявился ярче всего, отбирают образцы для получения гибридных семян. Такой метод широко используется в выведении высокоурожайных сортов кукурузы, огурцов и томатов. Явление гетерозиса также хорошо проявляет себя в селекции животных. Его используют в птицеводстве, а именно для выведения цыплят-бройлеров.

В выведении новых пород животных используется комплексный метод, в котором сочетается близкородственное скрещивание с неродственным. Селекционер М. Ф. Иванов вывел высокопродуктивные породы свиней «Белая степная украинская» и овец «Асканийская рамбулье» благодаря такому методу.

Полиплоидия – метод, при котором происходит кратное увеличение набора хромосом. Такой метод используется уже давно. С его помощью выведены сорта пшеницы, ржи, овса, картофеля, хлопчатника, некоторые плодовые и декоративные растительные культуры. Такие растения получаются из-за естественных мутационных процессов.

Современные селекционеры используют искусственный метод получения полиплоидных образцов, т. е. воздействуют на образцы мутагенами, в основном колхицином. В итоге из большого числа растений, на которые воздействовали мутагенами, всё же можно отобрать материал для дальнейшей гибридизации.

Основными отличиями полиплоидных растений от обычных диплоидных считаются более крупный размер, повышенная урожайность, более активный фотосинтез. Благодаря методу полиплоидии селекционеры вывели высокоурожайные сорта сахарной свёклы, ржи, гречихи, фасоли.

В селекции животных метод полиплоидии применялся единожды. Генетик Б. Л. Астауров получил полиплоидные гибриды тутового шелкопряда, потомство которых развивается из неоплодотворённой яйцеклетки, т. е. партеногенезом. Такой метод не распространён в селекции животных, поскольку они в большей массе размножаются половым путём.

Совместить в одном организме признаки, которые являются отличительными особенностями разных видов и родов, возможно благодаря отдалённой гибридизации. Этот метод не такой результативный, поскольку полученные формы от родительских нескрещиваемых образцов чаще всего стерильны, т. е. бесплодны, что сводит к минимуму дальнейшую гибридизацию.

Генетик Г. Д. Карпеченко предложил использовать метод полиплоидии для возобновления плодовитости у отдалённых гибридов растений. Это предположение он подкрепил практически, получив гибрид капусты и редьки. В результате гибридизации оказалось, что полученная форма имеет стерильность. Далее из этого гибрида он получил полиплоидную форму, удвоив набор хромосом. Такая форма оказалась плодовитой.

Успешно развивающиеся клеточная и генная инженерии дают новые возможности в селекционной работе. Благодаря научным достижениям в этих областях селекционеры смогли получить гибрид культурного и дикого картофеля. У такого гибрида форма листа и величина клубней имела усреднённый показатель от родительских образцов, однако куст был гораздо мощнее родительских.

Селекция — наука непростая.
Учёным пришлось потрудиться, а теперь придётся потрудиться тебе, чтоб запомнить их открытия!

Н.И. Вавилов

Центры происхождения культурных растений

1. Тропический: сахарный тростник, рис, огурец

2. Восточноазиатский: соя, просо, яблоня

3. Юго-Западноазиатский: зерновые злаки, бобовые культуры

4. Средиземноморский: капуста, свёкла, маслина

5. Абиссинский: кофейное дерево

6. Центральноамериканский: кукуруза, тыква

7. Андийский: ананас, картофель

8. Африканский

9. Австралийский

10. Европейско-Сибирский

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Роды и виды, генетически близкие между собой, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Значение: зная мутации одного вида, можно прогнозировать мутации другого вида, pодственного ему.

Г.Д. Карпеченко

Редечно-капустный гибрид

• Карпеченко преодолел бесплодие межвидовых гибридов
• Карпеченко разрушил веретено деления в клетках растения, поэтому гомологичные пары хромосом оказались в одной гамете

И.В. Мичурин

Метод ментора

Используется, если получившийся гибрид имеет признаки, отклоняющиеся от желаемых:

• к гибриду подсаживают черенок сорта с нужными нам признаками
• под влиянием черенка получается гибрид с полезными нам признаками

Российские ученые селекционеры и их открытия.

Что такое селекция?

Селекция — наука изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

или

наука о методах создания новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.  Селекция  разрабатывает способы воздействия на растения и животных с целью изменения их наследственных качеств в нужном для человека.

МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ:

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР и ГИБРИДИЗАЦИЯ

Искусственный   отбор  —  отбор  , производимый человеком, с целью выделения и сохранения особей с наиболее полезными для человека признаками.

Гибридизация  — процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке. Может осуществляться в пределах одного вида (внутривидовая  гибридизация ) и между разными систематическими группами (отдалённая  гибридизация , при которой происходит объединение разных геномов).

Николай Иванович Вавилов. 1887-1943гг.

В 1920 году Вавиловым был сформулирован закон гомологических рядов — наследственной изменчивости у семейств, близких родов и видов. Данный закон показал одну из самых важных закономерностей эволюции, суть которой состояла в том, что близкие виды и рода имеют наследственные сходные изменения. Пользование этим законом, дает возможность предвидеть наличие соответствующих форм, свойств и признаков одного вида, рода у других. Закон Вавилова облегчил селекционерам задачу поиска исходных новых форм для отбора и скрещивания.

Иван Владимирович Мичурин.1855-1935гг.

Неоценимый вклад в развитие селекции растений внес отечественный селекционер Иван Владимирович Мичурин. Объектом селекции служили разнообразные плодово-ягодные культуры: семечковые, косточковые; всего И.В. Мичуриным было создано свыше 300 сортов культурных растений, часть которых эксплуатируется до сих пор. В своих работах широко применял скрещивание географически отдаленных форм.

михаил федорович иванов. 1871-1935гг.

Внес значительный вклад в разработку теории племенного дела и выведения новых высокопродуктивных пород животных. Он подчеркивал решающую роль содержания и кормления животных для их продуктивности. Свою научную деятельность он сочетал с практикой. «Нельзя, — говорил Иванов, — быть хорошим зоотехником, только теоретически зная животное, надо одновременно быть и хорошим практиком своего дела». Создал высокопродуктивную породу свиней Белая степная украинская, породу Асканийскиая рамбулье и др.

борис львович астауров. 1904- 1974гг.

Академик Борис Львович Астауров внес огромный вклад в развитие цитогенетики и экспериментальной биологии. В юности он одинаково увлекался музыкой и биологией. Все же интерес к биологии пересилил, и после окончания средней школы Борис Львович поступил на биологическое отделение физико-математического факультета Московского университета, которое окончил в 1927 г. Еще студентом Астауров начал заниматься генетикой, изучением мутаций у мухи дрозофилы. Использовал метод полиплоидии.

георгий дмитриевич карпеченко. 1899-1941гг.

Наиболее значимый вклад в науку Карпеченко внес своими работами по отдаленной гибридизации. Карпеченко работал с капустно-редечным гибридом (Raphanobrassica), полученным в результате скрещивания растений из разных родов семейства крестоцветных. Карпеченко искусственно вызвал полиплоидию, удвоив хромосомный набор капустно-редечного гибрида. Предложил использовать метд полиплоидии для восстановления плодовитости у отдаленных гибридов растений.

Вывод.

• Ученые – селекционеры скрещивают самые лучшие сорта растений или виды животных для получения нужных свойств в «потомстве».
• Мичурин внес большой вклад в развитие генетики и ягодных культур, проводил опыты по искусственной полиплоидии, изучая наследственность в связи с закономерностями онтогенеза и внешними условиями, создал учение о доминантности, обосновал возможность изменения генотипа под влиянием внешних условий; создал теорию подбора исходных форм для скрещивания.
• Иванов вскрыл ряд факторов образования и развития различных признаков, а также свойств каракульского смушка и разработал научную классификацию смушков, положенную в основу бонитировки (оценки) и современной системы племенной работы по разведению каракульских овец.

Спасибо за внимание!