Селекция микроорганизмов егэ биология

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям

Выведением
новых и совершенствованием существующих сортов растений, пород животных и
штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами занимается наука селекция.

Селекция
микроорганизмов, в отличие от селекции растений и животных, имеет ряд
особенностей: гаплоидный геном бактерии, позволяет выявить любые мутации уже в
первом поколении. А также высокая интенсивность размножения даёт возможность
найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену.

Селекция
микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном
мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов, генетически идентичных
клеток ― клонов.

После
выделения из дикого штамма микроорганизмов, обладающих полезными свойствами,
проводится отбор наиболее продуктивных штаммов среди них.

Следующий
этап, как правило, — применение искусственного мутагенеза, позволяющего усилить
появление различных мутаций. В качестве мутагенов используются ионизирующие
излучения, некоторые химические вещества, а также ультрафиолетовое излучение,
обладающее хотя и низкой проникающей способностью, но достаточной для появления
мутаций у микроорганизмов.  

Для
получения культуры микроорганизмов-мутантов с нужными качествами
учёными-селекционерами разработаны специальные методы отбора. Отобранный
клон подвергается многократному пересеву на питательную среду с контролем на
образование требуемого продукта. Цель такого многократного клонирования ―
получение наиболее однородной популяции клеток. После получения продуктивных
штаммов приступают к их размножению. 

Использование
данной технологии позволило селекционерам получить штаммы, продуктивность
которых в сотни и тысячи раз выше по сравнению с исходными штаммами
микроорганизмов, взятыми из природы.

Например,
в результате искусственного мутагенеза, а затем отбора по продуктивности был
выделен штамм гриба пеницилла, способный продуцировать в 1000 раз больше
пенициллина.

Селекция
микроорганизмов является важнейшим направлением в биотехнологии.

Биотехнология
— это наука о методах и технологиях производства различных ценных веществ и
продуктов с использованием природных биологических объектов
(микроорганизмов, растительных и животных клеток), частей клеток (клеточных
мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов) и процессов.

Наукой
биотехнология стала благодаря исследованиям и работам французского учёного,
основоположника современной микробиологии и иммунологии Луи Пастера.

В
конце XIX в. благодаря его трудам было установлено, что процессы брожения
осуществляют микроорганизмы.

В
70-е годы появился и активно развивался биоинженеринг, представленный
двумя основными направлениями: генной и клеточной инженерией.
   

Напомним,
что генная инженерия — это целенаправленный перенос нужных генов
(рекомбинантных ДНК) от одного вида живых организмов в другой, часто очень
далёких по своему происхождению.

Приёмы
генной инженерии позволяют выделять необходимый ген и вводить его в новое
генетическое оружие с целью создания организма с новыми, заранее
предопределёнными признаками.

Генная
инженерия направлена на конструирование новых, не существующих в природе
сочетаний генов.

После
проведения определённых манипуляций с этими генами осуществляется их введение в
другие организмы (бактерии и дрожжи, например), которые, получив новый ген
(гены), будут способны синтезировать конечные продукты с изменёнными в нужном
человеку направлении свойствами.

Иными
словами, генная инженерия позволяет получать заданные (желаемые)
качества изменяемых или генетически модифицированных организмов или так
называемых трансгенных (генетически изменённых), растений и животных.

В
наши дни при помощи методов генной-инженерии учёные создают: растения-вакцины,
растения-биореакторы для производства промышленных продуктов, растения —
фабрики лекарств и т. д.

Генно-инженерные
работы в животноводстве имеют другую задачу. Вполне достижимой целью при современном
уровне технологии является создание трансгенных животных с определённым целевым
геном. Что это значит?

Например,
ген какого-нибудь ценного гормона животного (например, гормон инсулин)
искусственно внедряется в бактерию, которая начинает продуцировать его в
больших количествах.

Ранее
инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных. Например, для
получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800─1000 кг
поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200─250 грамм. Это
делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. В 1978
году исследователи из фармацевтической компании «Генентек» впервые
получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки.

Получение
трансгенных животных осуществляется с помощью переноса
клонированных генов (ДНК) в ядра оплодотворённых яйцеклеток (зигот). Затем в
репродуктивные органы реципиентной самки пересаживают модифицированные зиготы
или яйцеклетки, у которых собственное ядро заменено на модифицированное ядро
эмбриональных клеток.

Клеточная
инженерия основана на культивировании отдельных
клеток или тканей на искусственных питательных средах.

Такие
клеточные культуры используются для синтеза ценных веществ, необходимых
человеку, например лекарств, а также для получения клеточных гибридов.

Предпосылкой
к развитию клеточной инженерии стала клеточная технология. Её
методы позволяют выращивать отдельные соматические клетки (то есть не половые
клетки) на питательных средах.

Любой
биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его
культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование полученных
продуктов.

Микроклональное
размножение растений (вегетативное размножение растений) проводится в
стерильных условиях.

Кусочек
растения (стебля, корня, листа) помещают на питательную среду.

Питательная
среда представляет собой субстрат желатиноподобной структуры, который содержит
все вещества, необходимые для удовлетворения пищевых и энергетических
потребностей культивируемых микроорганизмов и других биологических объектов.

Далее
чашки с растительными кусочками помещают в специальные условия с необходимым
световым и температурным режимом. Через несколько дней на месте среза
образуется тканевой наплыв, называемый каллусом.
Кусочек такой ткани можно перенести на свежую питательную среду,
где сформируется растение.

В
основе этого метода лежит уникальная способность растительной клетки путём
деления дать начало любому клеточному типу организма.

Таким
образом, вегетативное размножение на искусственных питательных средах позволяет
почти бесконечно размножать одно растение из маленьких кусочков вегетативных
органов. Такой метод размножения применяется для овощных, плодовых и
декоративных культур.

Также
при помощи этого метода можно получать сорта и виды растений, которые трудно
размножаются обычным способом. В результате сохраняется генофонд и создаётся
коллекция в условиях инвитро (то есть в пробирке).

Несколько
клеток (эксплант) помещают на питательную среду, на которой в результате
митотического деления клеток образуется однородная неспециализированная
клеточная маса. При ее разделении и добавлении необходимых растительных
гормонов обеспечивается дифференцировка клеток и рост, так получают растение
идентичное родительскому.

Затем
культуральный сосуд с растительными эксплантами помещают в термостат, где
созданы определённые температурные условия.

После
выведения растения в стерильных условиях его переносят для адаптации в
нестерильные условия, где растение постепенно привыкает к естественным
природным условиям.

Таким
образом, при помощи клеточной инженерии можно получать безвирусные,
оздоровлённые, генетически идентичные исходному материалу посадочные материалы,
которые не только внешне похожи на исходный материал, но и имеют абсолютно
одинаковую генетическую информацию.

Клеточная
инженерия позволяет в больших количествах выращивать растения, которые растут
только в определённых климатических условиях. Например, женьшень
— многолетнее лекарственное растение, которое растёт очень медленно, причём
только в особых условиях. Прирост корня составляет всего несколько граммов в
год. На фармацевтических заводах в специальных сосудах за 21 день получают до
100 г биомассы женьшеня на литр питательной среды.

Сборщики
женьшеня ежегодно заготавливают около 250 кг корней, а микробиологическая
промышленность вырабатывает свыше 5 т массы клеток.

Биотехнологические
методы применяют также и в экологии. Установлено, что микроорганизмы способны к
биодеградации (разрушению) углеводородов. Тем самым они очищают почву и воду от
загрязнения нефтепродуктами. 

В
колбе слева вы видите слой нефти на поверхности воды. В колбе справа находятся
бактерии, которые уже начали разрушать нефть.

Бактерии
также используют для очистки городских водоёмов и сточных вод.

Биотехнология
позволяет получать экологически чистые виды топлива путём биопереработки
отходов промышленного и сельскохозяйственного производств. Например, созданы
установки, в которых используются бактерии для переработки навоза и других
органических отходов в биогаз. Из 1 т навоза получают до 500 м3 биогаза, что
эквивалентно 350 л бензина, при этом качество навоза как удобрения улучшается.

Учёные
обнаружили, что бактерии, помещённые в специальные условия, во время очистки
ила начинают генерировать электричество.

В
колбе объёмом 10 миллилитров бактерии генерируют 0,7 вольт. То есть бактерии
способны не только к очищению, но и к выделению электричества.

Главным
объектом биотехнологического процесса является клетка. В ней ежеминутно
синтезируются сотни сложнейших соединений. Основа современного
биотехнологического производства — это синтез различных веществ с помощью
клеток микроорганизмов (бактерий, водорослей, дрожжей). Однако
клетки высших растений и животных ещё не нашли широкого применения ввиду их
высокой требовательности к условиям культивирования.

В
производстве кормового белка используются особые штаммы грибов-дрожжей.
В специальных аппаратах-биореакторах — они сбраживают растительное сырье,
главным образом солому, являющуюся отходом растениеводства.

С
1 кубометра биореактора за сутки получают 30 кг белка, что эквивалентно
суточному приросту биомассы стада из 100 коров.

Этот
белок затем используется как ценная питательная добавка в корма с/х животных.

Так,
1 т кормовых дрожжей позволяет сэкономить 5─7 т зерна. Это имеет большое
значение, поскольку 80 % площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводится
для производства корма скоту и птице.

Биотехнология
изучает возможность использования живых организмов, их систем или продуктов их
жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности
создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

В последние десятилетия удалось выявить целый ряд генетических механизмов, которые регулируют процессы, идущие в клетках микроорганизмов. Эти знания позволяют человеку подчинять бактерии, простейших, грибы, использовать их для своих нужд, выводить виды с необходимыми качествами.  

Микроорганизмы продуцируют белки, витамины, антибиотики, липиды, ферменты, сахара и другие вещества, необходимые пищевой промышленности (хлебопечении, виноделии, производстве молочных продуктов), медицине, экологических технологиях и других сферах. Очевидно, что умение выводить микроорганизмы с определенными генетическими свойствами крайне важно.

Ученые, занимающиеся селекцией микроорганизмов, учитывают их следующие биологические особенности:

1.      Очень большую скорость размножения — у исследователя есть практически неограниченный рабочий материал!

2.      Способность существовать на дешевых в производстве субстратах.

3.      Высокую частоту возникновения мутаций. Микроорганизмам присущ гаплоидный набор хромосом, мутации проявляются в первом же поколении.  

4.      Неоднородность штамма (чистой культуры микроорганизма, выделенного из какого-то источника или возникшего после мутации) и эффективность отбора.

5.      Простоту генетической организации, относительно небольшое число генов.

Ключевые методы селекции микроорганизмов

1.      Искусственный отбор (как массовый, так и индивидуальный).

2.      Искусственно проводимый мутагенез.

3.      Генная инженерия.

4.      Клеточная инженерия.

5.      Отметим, что метод гибридизации мало используется в селекции микроорганизмов.

Искусственный отбор

1.      С помощью тщательного искусственного отбора ученые выделяют расы микроорганизмов, которые способны к наиболее продуктивному синтезу какого-либо продукта, нужного человеку (витамина, антибиотика и пр.).

2.      Как мы уже сказали, микроорганизмы очень часто подвергаются изменчивости (мутациям).

3.      Отбор мутантов позволяет получить самые активные расы микроорганизмов. На специальных селективных средах мутанты благополучно растут, а вот родительские клетки, не мутировавшие (то есть дикие формы), гибнут. Ведется отбор по скорости роста мутантов и диких форм, по форме колоний, их окраске и пр.

Искусственный мутагенез

1.      Если в животноводстве этот метод почти не применяется, то в селекции микроорганизмов для него открыто широкое поле. Наиболее часто используется метод вызывания искусственных мутаций от воздействия радиации, рентгеновских и уф-лучей, а также ряда химических соединений.

2.      Этим способом, в частности, скорость мутаций у микроорганизмов была повышена в сотни раз! Экспериментальное получение мутаций открыло широчайшие перспективы для выведения высокопродуктивных штаммов.

3.      Огромных результатов удалось добиться в производстве антибиотиков, продуцируемых грибами. Например, российские ученые (генетик Алиханян и другие) вывели мутантные штаммы, которые производили антибиотики со скоростью, в десятки раз превышающую ту, с которой «работали» их «дикие родители».

4.      В пищевой промышленности путем селекции были созданы высокопродуктивные формы дрожжей, которые повышают качество хлеба.

Генная инженерия

1.      Использование клеток и различных биологических процессов в целях создания нужных человеку веществ, называют биотехнологией. Два ее главных направления: генная и клеточная инженерия.

2.      Первое направление подразумевает целенаправленно производимые манипуляции с генетическим материалом в клетках микроорганизмов. Особое воздействие на ДНК дает возможность перенести из одного организма в другой наследственную информацию.

3.      Значение данного метода в том, что он позволил внедрять человеческие гены в ДНК бактерий, и это дает возможность бактериям синтезировать человеческие белки (инсулин, соматотропин и пр.). Так, кишечная палочка после пересадки человеческого гена, начала производить инсулин.

Клеточная инженерия

1.      Метод, позволяющий в одной клетке слить наследственные материалы разных, иногда очень далеких, видов. Она заключается в создании новых типов клеток через гибридизацию их содержимого. Искусственным образом объединяют целые клетки различных организмов, формируя гибридный геном.

2.      Удается «сотворить» жизнеспособную клетку, словно из деталей «Лего», из разных кусочков других клеток (ядра, хромосом, цитоплазмы и пр.); также практикуют пересадку ядер, соединение разноклеточных протопластов (содержимого клетки за исключением внешней стенки и ядра).

Значение микроорганизмов

1.      Микробиология как отрасль промышленности сформировалась в середине XX века. Она использует микроорганизмы для создания органических веществ.

2.      На бурной деятельности микроорганизмов основаны, в частности, такие направления пищевой промышленности, как производство витаминов, некоторых органических кислот, спирта, виноделие, хлебопечение и пр.

3.      Специалисты микробиологической промышленности научились получать аминокислоты, белки, антибиотики, гормоны, ферменты и т. д.

4.      Антибиотики, спасшие со времени своего открытия миллионы жизней на планете, являются продуктами жизнедеятельности ряда грибов и бактерий. Микробиологам с помощью искусственного мутагенеза и отбора более чем в тысячу раз удалось поднять продуктивность штаммов гриба пеницилла.

5.      Микроорганизмы широко применяются для очистки сточных вод и повышения полезных качеств почвы.

6.      В последние десятилетия разработаны способы получения с помощью бактерий меди, марганца, хрома из отработанной породы на старых рудниках, там, где традиционные методы добычи полезных ископаемых перестали быть экономически выгодными.

Селекция

Селекция — отбор и создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами.

Породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов — это совокупности особей, созданные человеком и обладающие какими-либо ценными для него качествами. Теоретической основой селекции является генетика.

Основные методы селекции

Отбор

В селекции действует естественный и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательным и методическим.
Бессознательный отбор заключается в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенную породу или сорт.
Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.
В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор, который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.

Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора

Показатели	Естественный отбор	Искусственный отбор
Исходный материал для отбора	Индивидуальные признаки организмов	Индивидуальные признаки организмов
Отбирающий фактор	Условия среды (живая и неживая природа)	Человек
Путь благоприятных изменений	Остаются, накапливаются, передаются по наследству	Отбираются, становятся производительными
Путь неблагоприятных изменений	Уничтожаются в борьбе за существание	Отбираются, бракуются, уничтожаются
Направленность действия	Отбор признаков, полезных особи, популяции, виду	Отбор признаков, полезных человеку
Результат отбора	Новые виды	Новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов
Формы отбора	Движущий, стабилизирующий, дизруптивный	Массовый, индивидуальный, бессознательный (стихийный), методический (сознательный)

Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства.
Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства.

Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию. Различают внутривидовую и межвидовую (отдалённую) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведёт к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, но с другой — ведёт к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.
Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные линии, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом. Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдалённая) гибридизация — скрещивание разных видов.

Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы с ослом, лошак — гибрид коня с ослицей). Обычно отдалённые гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у отдалённых гибридов растений удаётся с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Полиплоидия

Полиплоидия — увеличение числа хромосомных наборов.

Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды. В основе явления полиплоидии лежат три причины: удвоение хромосом в неделящихся клетках, слияние соматических клеток или их ядер, нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом. Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Индуцированный мутагенез

В естественных условиях частота возникновения мутаций сравнительно невелика. Поэтому в селекции используется индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез — воздействие на организм в условиях эксперимента каким-либо мутагенным фактором для возникновения мутации с целью изучения влияния фактора на живой организм или получения нового признака. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер сам отбирает организмы с новыми полезными свойствами.

Клеточная и генная инженерия

Биотехнология — методы и приёмы получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов (бактерий, дрожжей и др.). Биотехнология открывает новые возможности для селекции. Её основные направления: микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.
Микробиологический синтез — использование микроорганизмов для получения белков, ферментов, органических кислот, лекарственных препаратов и других веществ. Благодаря селекции удалось вывести микроорганизмы, которые вырабатывают нужные человеку вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих микроорганизмов. С помощью микроорганизмов получают лизин (аминокислоту, не образующуюся в организме животных; её добавляют в растительную пищу), органические кислоты (уксусную, лимонную, молочную и др.), витамины, антибиотики и т. д.
Клеточная инженерия — выращивание клеток вне организма на специальных питательных средах, где они растут и размножаются, образуя культуру ткани. Из клеток животных нельзя вырастить организм, а из растительных клеток можно. Так получают и размножают ценные сорта растений. Клеточная инженерия позволяет проводить гибридизацию (слияние) как половых, так и соматических клеток. Гибридизация половых клеток позволяет проводить оплодотворение «в пробирке» и имплантацию оплодотворённой яйцеклетки в материнский организм. Гибридизация соматических клеток делает возможным создание новых сортов растений, обладающих полезными признаками и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды.
Генная инженерия — искусственная перестройка генома. Позволяет встраивать в геном организма одного вида гены другого вида. Так, введя в генотип кишечной палочки соответствующий ген человека, получают гормон инсулин. В настоящее время человечество вступило в эпоху конструирования генотипов клеток.

Селекция растений, животных и микроорганизмов

Селекция растений Для селекционера очень важно знать свойства исходного материала, используемого в селекции. В этом плане очень важны два достижения отечественного селекционера Н. И. Вавилова: закон гомологических рядов в наследственной изменчивости и учение о центрах происхождения культурных растений.
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости: виды и роды, генетически близкие (связанные друг с другом единством происхождения), характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. Так, например, у мягкой и твёрдой пшеницы и ячменя существуют остистые, короткоостые и безостые колосья. Зная наследственные изменения у одного вида, можно предвидеть нахождение сходных изменений у родственных видов и родов, что используется в селекции. Чем ближе между собой виды и роды, тем больше сходство в изменчивости их признаков. Н. И. Вавиловым закон был сформулирован применительно к растениям, а позднее подтверждён для животных и микроорганизмов.
В селекции растений наиболее широко используются такие методы, как массовый отбор, внутривидовая гибридизация, отдалённая гибридизация, полиплоидия.
Большой вклад в селекцию плодовых растений внёс отечественный селекционер И. В. Мичурин. На основе методов межсортовой и межвидовой гибридизации, отбора и воздействия условиями среды им были созданы многие сорта плодовых культур. Благодаря его работам многие южные сорта плодовых культур удалось распространить в средней полосе нашей страны.
Многие сорта культурных растений являются полиплоидными. Таковы некоторые сорта пшеницы, ржи, клевера, картофеля, свёклы и т. д. Сочетание отдалённой гибридизации с последующим получением полиплоидных форм позволило преодолеть бесплодие отдалённых гибридов. В результате многолетних работ Н. В. Цицина и его сотрудников были получены гибриды пырея и пшеницы, пшеницы и ржи (тритикале).
К наиболее важным достижениям селекции растений следует отнести создание большого количества высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Селекция животных

Как и культурные растения, домашние животные имеют диких предков. Процесс превращения диких животных в домашних называют одомашниванием (доместикацией). Почти все домашние животные относятся к высшим позвоночным животным — птицам и млекопитающим.
В селекции животных наиболее широко используются такие методы, как индивидуальный отбор, внутривидовая гибридизация (родственное и неродственное скрещивание) и отдалённая (межвидовая) гибридизация.
Использование индивидуального отбора связано с половым размножением животных, когда получить сразу много потомков затруднительно. В связи с этим селекционеру важно определить наследственные признаки самцов, которые непосредственно у них не проявляются (жирномолочность, яйценоскость). Поэтому оценка животных может быть осуществлена по их родословной и по качеству их потомства. Имеет определённое значение также учёт экстерьера, то есть совокупности внешних признаков животного. Подбор производителей в животноводстве особенно актуален в связи с применением в настоящее время искусственного осеменения, позволяющего получить от одного организма значительное число потомков. Родственное скрещивание ведёт к гомозиготности и чаще всего сопровождается уменьшением устойчивости животных к неблагоприятным факторам среды, снижением плодовитости и т. п. Для устранения неблагоприятных последствий используют неродственное скрещивание разных линий и пород. На основе межпородного скрещивания были созданы высокопродуктивные сельскохозяйственные животные (в частности М. Ф. Иванов создал высокопродуктивную породу свиней Белая украинская, породу овец Асканийская рамбулье). Неродственное скрещивание сопровождается гетерозисом, сущность которого состоит в том, что гибриды первого поколения имеют повышенную жизнеспособность и усиленное развитие. Примером эффективного использования гетерозиса служит выведение гибридных цыплят (бройлерное производство).
Отдалённая (межвидовая) гибридизация животных приводит к бесплодию гибридов. Но благодаря проявлению гетерозиса широко используется человеком. Среди достижений по отдалённой гибридизации животных следует отметить мула — гибрида кобылы с ослом, бестера — гибрида белуги и стерляди, продуктивного гибрида карпа и карася, гибридов крупного рогатого скота с яками и зебу, отдалённых гибридов свиней и т. д.

Селекция микроорганизмов

К микроорганизмам относятся прокариоты — бактерии, сине-зелёные водоросли; эукариоты — грибы, микроскопические водоросли, простейшие.
В селекции микроорганизмов наиболее широко используются индуцированный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток (клонов), методы клеточной и генной инженерии.
Деятельность микроорганизмов используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Ферментативную активность микроорганизмов (грибов и бактерий) используют в производстве молочных продуктов, хлебопечении, виноделии и др. С помощью микроорганизмов получают аминокислоты, белки, ферменты, спирты, полисахариды, антибиотики, витамины, гормоны, интерферон и пр.
Выведены штаммы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, что позволит использовать их для очистки окружающей среды. Ведутся работы по перенесению генетического материала азотфиксирующих микроорганизмов в геном почвенных бактерий, которые этими генами не обладают, а также непосредственно в геном растений. Это позволит избавиться от необходимости производить огромное количество азотных удобрений.

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.