Меню

Экология селекция растений и животных

СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ, ЖИВОТНЫХ

И МИКРООРГАНИЗМОВ

Говоря о селекции, следует иметь в виду два значения этого слова:

1) процесс создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, полезных для человека;

2) наука, разрабатывающая теорию и методы создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, полезных для человека.

Теоретическая база селекции – генетика. Итогом селекционного процесса является новый сорт, порода или штамм. Сортом, породой, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри сорта, породы и штамма имеют сходные наследственные свойства и однотипную реакцию на факторы внешней среды. Как наука, селекция окончательно оформилась благодаря трудам Ч.Дарвина, который проанализировал огромный фактический материал по одомашниванию животных и введению в культуру растений и на этой основе создал учение об искусственном отборе.

Селекция как процесс представляет собой специфическую форму эволюции. Главная отличительная ее черта в том, что естественный отбор заменен на искусственный, проводимый человеком. Вавилов Н.И. писал, что селекция представляет собой «эволюцию, направляемую волей человека». Таким образом, селекция – есть важнейший род деятельности человека, итогом которой стали все имеющиеся сегодня сорта культурных растений, породы домашних животных и штаммы полезных микроорганизмов.

Основные разделы селекции как науки: 1) учение об исходном материале; 2) учение о типах и источниках наследственной изменчивости; 3) учение о роли среды в развитии признаков и свойств; 4) теория искусственного отбора.

Задачи селекции: 1) улучшение продуктивности пород животных, повышение урожайности сортов растений, имеющихся у человека; 2) выведение новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, полезных для человека. Для выполнения этих задач у нас существует широкая сеть научных и научно-практических учреждений: институтов, селекционных станций, племенных хозяйств.

Культурные растения произошли от диких предков. Этот процесс называют введением в культуру. Движущей и направляющей силой этого процесса служит искусственный отбор. Сначала бессознательный, случайный – отбор на способность размножаться в условиях искусственного возделывания. На этом этапе еще не ставится цель улучшить урожайность. Наиболее полно этот этап проанализировал Ч. Дарвин в своих работах «Происхождение видов» и «Изменение животных и растений в домашнем состоянии». Из 250 тысяч видов растений человек использует 3 тысячи видов, и только 150 видов он ввел в культуру. Первыми были введены в культуру хлебные злаки: рожь, просо, пшеница.

Следующим этапом введения в культуру растений было применение сознательных форм искусственного отбора с целью улучшения урожайности; качества продукции; устойчивости к экстремальным условиям среды, болезням и т. д.

В селекции выделяют два вида сознательного искусственного отбоpа: 1) массовый отбор; 2) индивидуальный отбор.

Массовый отбор проводится по внешним (фенотипическим) признакам в популяции. Например, в поле ржи из 1000 растений выбирают 50 с более полным колосом и крупными зернами, смешивают все зерна и высевают, ожидая более высокого урожая, но он будет выше не всегда, т. к. по внешним признакам не всегда можно определить лучший генотип (недостаток этой формы отбора).

Индивидуальный отбор ввел французский селекционер Ж. Вильморен. Суть его в том, что берутся семена от каждого растения и отдельно высеваются. Таким образом, оценивается индивидуально не только внешний вид, но и генотип. Индивидуальный отбор можно продолжить в последующих поколениях, добиваясь поставленной цели. Введение индивидуального отбора открыло эру комбинативной селекции, где основным элементом является скрещивание форм, отличающихся по отдельным признакам или их комплексам. Вслед за этим в расщепляющейся гибридной популяции в течение ряда поколений ведется отбор рекомбинативных гомозиготных форм с новыми сочетаниями генов.

Классические методы селекции: 1) гибридизация (близкородственная и отдаленная); 2) гетерозис; 3) полиплоидия; 4) искусственный мутагенез.

Близкородственная гибридизация основана у растений на самоопылении перекрестноопыляющихся сортов. При этом повышается гомозиготность особей по изучаемым признакам, что закрепляется в последующих поколениях. Потомство, полученное от самоопыляемой особи, называется чистой линией. При скрещивании чистых линий между собой (межлинейная гибридизация) в первом поколении наблюдается гетерозис (гибридная сила). Гетерозис повышает на 20-30% урожайность многих сортов растений (кукурузы, сахарной свеклы, огурцов, томатов). Эффект гетерозиса можно закрепить при вегетативном размножении либо за счет полиплоидии.

Отдаленная гибридизация позволяет сочетать в одном организме ценные признаки разных видов или даже родов. Как правило, она осуществляется с трудом, и уже первое поколение бесплодно.

Полиплоидия – увеличение набора хромосом, кратное гаплоидному. Играет большую роль при создании новых сортов растений: пшеницы, овса, картофеля, гречихи и др. Полиплоиды выгодны растению, так как более устойчивы к неблагоприятным условиям среды (на севере, в горах). Они более урожайны, что весьма выгодно человеку. Для их получения растения облучают или воздействуют различными химическими веществами (колхицином и дp).

Важнейший раздел селекции как науки – учение об исходном материале. Оно разработано выдающимся генетиком и селекционером Н. И. Вавиловым и подробно изложено в его работе «Центры происхождения культурных растений». Любая селекционная программа начинается с подбора селекционного матариала. Решая эту проблему, Н. И. Вавилов обследовал земной шар и выявил территории с наибольшим генетическим разнообразием растений. Их 8, и они являются центрами происхождения этих видов растений:

Читайте также:  Живая ограда из растений вьющаяся

1) южно-азиатский (юг Индии, Китая, Индокитай) – родина риса, банана;

2) восточно-азиатский (южно-китайский) – родина проса, гречихи, яблони:

3) юго-западноазиатский (среднеазиатский) – родина гороха, винограда;

4) переднеазиатский – родина хлопчатника, тыквы;

5) средиземноморский – родина маслин, свеклы, капусты;

6) абиссинский – родина кофе, арбузов, твердой пшеницы;

7) центральноамериканский – родина кукурузы, фасоли, перца;

8) южноамериканский – родина картофеля, табака, арахиса и др.

Большой вклад в селекцию растений внес И. В. Мичурин. Для преодоления барьера нескрещиваемости и усиления доминантности он разработал несколько методов: метод ментора, метод вегетативного сближения тканей, метод посредника, метод опыления смесью пыльцы разных видов.

Достижения селекции: выведено много новых сортов растений, устойчивых к низким температурам, высокоурожайных, устойчивых к возбудителям болезней и т. д. У нас на Алтае в НИИ растениеводства и садоводства им. М. А. Лисавенко выведены многочисленные сорта яблони, сливы, облепихи, смородины и других плодовых и ягодных культур.

Домашние животные произошли от диких предков. Этот процесс называют одомашниванием (приручением). Давно приручены коза, собака, овца, лошадь, свинья, а совсем недавно – лисицы, норки, соболи.

Общие принципы селекции животных те же, что и при селекции растений. И здесь движущей и направляющей силой служит искусственный отбор, т. е. в основе получения улучшенных и новых пород лежат отбор и наследственная изменчивость, протекающие на фоне условий среды, наиболее благоприятных фенотипическому проявлению желательных признаков. Однако селекция животных имеет отличия: 1) у домашних животных существует только половое размножение; 2) у животных невозможно провести массовый отбор; 3) важное значение имеет учет экстерьерных признаков (телосложение, соотношение частей тела, форма и др.), так как развитие многих хозяйственно важных признаков (молочной продуктивности, яйценосности у птиц) связано с этими признаками.

Первый этап селекции животных – приручение. Это ослабило действие стабилизирующего отбора и привело к резкому повышению изменчивости, а это на втоpом этапе использовал человек для искусственного отбора нужных (полезных) ему признаков.

Исследования показали, что географические области приручения животных в значительной мере совпадают с центрами многообразия и происхождения культурных растений.

В последние годы в селекцию животных введены новые методы: 1) искусственное осеменение; 2) гормональная суперовуляция и трансплантация (совокупность методов забора десятков зигот от лучших коров и выращивание их в организмах коров с более низкой племенной ценностью); 3) полиэмбриония (деление одной зиготы на ранних стадиях дробления на несколько частей и выращивание из каждой части целого организма).

Получены внушительные успехи в селекции животных: выведены высокопродуктивные степная белая украинская свинья, мясо-шерстной породы бараны, высокоудойные коровы, пушные звери с разной окраской меха (норки) и др.

Микроорганизмы играют важную роль в жизни человека. Многие из них создают вещества, необходимые для его жизнедеятельности. С древних времен человек использует уксуснокислые бактерии в производстве уксуса, молочнокислые бактерии для приготовления молочнокислых продуктов питания, пропионовокислые бактерии – в сыроделии и для получения витаминов. Актиномицеты используются как продуценты антибиотиков, дрожжи незаменимы в виноделии, пивоварении, хлебопечении; нитчатые грибы нужны для получения лимонной, глюконовой и итаковой кислот, а также в производстве пластмасс и т. д.

Использование микроорганизмов и их селекция стали возможны после разработки специальных микробиологических методов. Огромный вклад внес Луи Пастер. Он разработал научные методы селекции бактерий, базирующиеся на применении методического искусственного отбора и использовании естественного отбора, путем создания условий, в которых естественный отбор действует в желательном для человека направлении. Природные штаммы обычно низкопродуктивны. Поэтому основная задача селекции микроорганизмов – получение высокопродуктивных штаммов с помощью отбора и индуцированного мутагенеза. В качестве мутагенов применяют ультрафиолетовые и рентгеновы лучи, химические вещества. Например, удалось повысить в 10000 раз выход пенициллина из плесневого грибка; в 20000 раз – рибофлавина (витамина В2) из дрожжевого грибка; в 5000 pаз – витамина В12из бактерий.

Основные направления биотехнологии. Использование человеком биохимических и генетических свойств живых организмов в практических целях обусловило появление нового направления в биологии – биотехнологии. Биотехнология –совокупность промышленных методов, основанных на использовании живых организмов и биологических процессов для производства различных продуктов в целях улучшения свойств экономически ценных видов растений, животных и микроорганизмов. Согласно определению Европейской федерации по биотехнологии «биотехнология –интегрированное использование биохимии, микробиологии и инженерных наук в целях достижения технологического (промышленного) применения способностей микроорганизмов, культуры клеток тканей и их частей».

Читайте также:  Типы растений в российской федерации

Выделяют три раздела биотехнологии: 1) микробиологическая промышленность; 2) генная инженерия; 3) клеточная инженерия.

Микробиологическая промышленность появилась в 60-е годы ХХ столетия и решает следующие задачи: обеспечивает животноводство полноценным кормовым белком; получает ферменты (амилазы, протеазы, целлюлазы), антибиотики, незаменимые аминокислоты, источники энергии в виде биогаза, этанола, водорода.

Генная инженерия – это конструирование функционально активных генетических структур и наследственно измененных микроорганизмов. Успехи этого направления базируются на работах Уотсона и Крика. Основной задачей генной инженерии является выделение генов, их клонирование и создание рекомбинативных ДНК (искусственных ДНК с новыми комбинациями генов, а следовательно, новыми признаками организма). На основе генной инженерии можно создать сверхпродуценты – микроорганизмы, с помощью которых наладить производство витаминов, антибиотиков, аминокислот быстрее, больше и дешевле, чем методами обычной селекции и генетики. Для медицины – производство инсулина, интерферона, ферментов, ряда противовирусных вакцин, гормона роста и др.

Клеточная инженерия – метод конструирования клеток нового типа путем культивирования, гибридизации и реконструкции. Значение клеточной инженерии: с ее помощью удалось соединить геномы весьма далеких видов и получить новые клетки с новыми признаками и свойствами. Изучая гибридные клетки, можно выяснить механизмы размножения и дифференцировки на молекулярном уровне. Клеточная инженерия применяется для получения узконаправленного действия антител, для создания новых форм растений с заданными свойствами.

Дата добавления: 2016-02-20 ; просмотров: 8242 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Селекция растений животных и микроорганизмов

Селекция растений

Предметом селекции растений является теоретическая разработка и практическое выведение новых сортов растений, а также усовершенствование старых сортов.

Селекция растений широко использует общие методы селекции, но имеет свои особенности по сравнению с селекцией животных и микроорганизмов.

В селекции растений большую роль играет разнообразие селекционного материала. Вопросам изучения разнообразия исходного материала посвящены труды Н. И. Вавилова и его последователей. Были исследованы центры происхождения современных растений, возделываемых человеком. Н. И. Вавилов выделил восемь таких центров, наиболее важными среди которых являются:

1) Китайский (Восточно-азиатский) — здесь были выведены соя, некоторые сорта ячменя, лука, баклажан, груш, яблонь и других растений;

2) Среднеазиатский — родина пшеницы и зернобобовых культур;

3) Средиземноморский — родина многих овощей (капусты, петрушки, репы, лука репчатого и т. д.), кормовых культур;

4) Южно-американский — родина картофеля, подсолнечника, арахиса, маниоки и других культурных растений.

В этих центрах и в настоящее время произрастают предки современных культурных растений и их можно (и нужно) использовать в селекции растений. Были созданы фонды и коллекции семян исходных форм растений, которые использовались учеными-селекционерами для выведения новых сортов растений.

В селекции растений организмы можно условно разделить на две группы: одно- и двулетние травянистые формы и многолетние древесно-кустарниковые формы. К этим группам растений применимы разные методы селекции. Для первой группы более широко применим массовый отбор и в меньшей степени — индивидуальный, для второй группы более применим индивидуальный отбор.

В выведении новых сортов растений для близкородственного скрещивания используют самоопыление и получают чистые линии (этот метод применим для всех растений).

Получение «чистых линий» практикуют не только для собственно селекционной работы, но и для повышения урожайности растений, используя явление гетерозиса.

Гетерозис — резкое усиление продуктивности организмов первого поколения, полученного при скрещивании особей «чистых линий».

В селекции растений широко применяют явление полиплоидии для преодоления барьера нескрещиваемости при межвидовой гибридизации и повышения урожайности некоторых растений, например сахарной свеклы. Полиплоидия, помимо сахарной свеклы, характерна для пшеницы, ржи, турнепса и др. растений.

Спецификой селекции растений является применение соматических мутаций, так как растения способны к вегетативному размножению. За счет применения таких мутаций был выведен сорт яблок Антоновка полуторафунтовая (шестисотграммовая). Использование соматических мутаций возможно из-за широкого применения метода прививок, специфического метода, возможного для многолетних древесно-кустарниковых форм, к которым относятся многие плодово-ягодные культуры.

Прививки и вегетативная гибридизация являются специфическими методами в селекции плодово-ягодных культур. Ученым-практиком, широко применявшим эти методы в селекции плодово-ягодных культур, был И. В. Мичурин. Он также использовал и метод управления доминированием признаков в форме воздействия на гибриды целенаправленным воспитанием, способствовавшим выработке и закреплению свойства, необходимого селекционеру. Последний метод применяется и в селекции животных.

И в селекции, и в практическом возделывании культурных растений необходимо учитывать то, что сорт только тогда будет проявлять свои положительные свойства, когда растения выращиваются в соответствующих условиях и соблюдаются все требования рациональной агротехники. Нет сортов универсальных для любых территорий, поэтому при районировании того или иного сорта необходимо учитывать условия среды, характерные для данного региона.

Рассмотрим некоторые примеры сортов растений, выведенных учеными-селекционерами.

Читайте также:  Тесты по ботанике систематика растений с ответами

1. И. В. Мичуриным были получены многие сорта плодово-ягодных культур, например Бельфлер-китайка (яблоки), Бере зимняя Мичурина и Ренет бергамотный (груши), гибрид черемухи и вишни и т.д. В своей селекционной работе он широко использовал все перечисленные методы селекции растений, кроме мутагенеза.

2. Н. В. Цицин (академик) вывел пырейно-пшеничный гибрид.

3. В. С. Пустовойт (академик) получил несколько сортов высокомасличного подсолнечника и т. д.

Особенности селекции животных

Селекция животных — это область науки, изучающая наиболее оптимальные способы выведения пород домашних животных и улучшения существующих пород.

В селекции животных используют все методы селекции, но эти методы имеют свою специфику, связанную с отсутствием у домашних животных способности к бесполому и вегетативному размножению, а также с особенностями получения потомства — у домашних животных достаточно поздно наступает период половой зрелости и потомство относительно немногочисленно.

При выведении новых пород животных большее применение имеет индивидуальный отбор, так как за животными осуществляется более индивидуальный уход, чем за растениями (например, за стадом в 100 голов ухаживает до 10 человек, в то время как поле, на котором произрастают сотни тысяч растений, обслуживает бригада в 5-8 человек).

Важное значение в селекции животных имеет применение гибридизации, при этом используют инбридинг, неродственное скрещивание и отдаленную гибридизацию.

Неродственное скрещивание представляет собой гибридизацию животных, принадлежащих к разным породам одного вида.

Такое скрещивание приводит к «расшатыванию» наследственности и получению организмов с новыми признаками, которые можно в дальнейшем использовать для выведения новой породы или улучшения старой.

Инбридинг у животных применяется в целях, аналогичных инбридингу у растений, только в отличие от самоопыления растений здесь используют осеменение близкородственных организмов (матери, сестры, дочери и т. д.).

Отдаленная гибридизация проводится для получения животных с ценными эксплуатационными свойствами (так скрещивают осла с лошадью, яка с туром). Полученные гибриды, как правило, потомства не дают.

Важную роль играет направленное воспитание, позволяющее развить и закрепить полезное для хозяйственной деятельности свойство животного.

Классическим примером селекции животных является выведение М. Ф. Ивановым белой украинской породы свиней. Эта порода характеризуется высокой продуктивностью и хорошей приспособленностью к местным условиям. Для выведения этой породы использовали местную украинскую породу, хорошо приспособленную к условиям существования в степях, но обладавшую малой продуктивностью и невысоким качеством мяса. Другой породой была английская белая порода, характеризующаяся высокой продуктивностью, но отсутствием приспособленности к существованию в условиях Украины. Были использованы инбридинг, неродственное скрещивание, индивидуально-массовый отбор, воспитание условиями содержания. Длительная и кропотливая работа дала положительный результат — была выведена новая порода свиней — украинская белая свинья, сочетающая в себе качества обоих родительских пород в положительном для хозяйственной деятельности контексте — высокая продуктивность и хорошая приспособленность к местным условиям.

М.Ф.Ивановым с коллегами была проведена большая работа по отдаленной гибридизации, в результате которой выведены архаромериносы (гибрид горного барана — архара и овцы-мериноса), зубробизоны и т. д.

Краткая характеристика особенностей селекции микроорганизмов

Предметом селекции микроорганизмов является выведение новых штаммов микроорганизмов.

Микроорганизмы значительно отличаются от других организмов, применяемых в хозяйственной деятельности человека, поэтому и селекция этих организмов имеет свои отличительные особенности.

1. Малые размеры микроорганизмов обусловливают применение только массового отбора (исключая индивидуальный).

2. Широкое применение находит мутагенез, так как микроорганизмы легко изменяются в результате различных воздействий (химических соединений, излучений).

3. Важнейшим методом селекции микроорганизмов является применение генной инженерии — с помощью специальных методов изменяют структуры генов, либо проводят работы по перекомбинации хромосом; выделяют ДНК, из которой получают рекомбинативную ДНК (полученную из двух разных молекул).

Важно помнить, что работы по генной инженерии очень ответственны с этической точки зрения, ее результаты часто непредсказуемы, их необходимо проводить с предельной тщательностью и осторожностью и не допускать попадания продуктов деятельности генной инженерии в окружающую среду. Для ряда организмов (человека и высших животных) работы по генной инженерии недопустимы.

4. В селекции микроорганизмов, как правило, нельзя использовать скрещивание, так как осуществление этого приема с микроорганизмами вызывает сложности, а целый ряд этих организмов размножается бесполым способом.

Примером работ в области селекции микроорганизмов являются труды С. И. Алиханяна с коллегами по выведению штаммов грибов, вырабатывающих пенициллин.

Важность работ в области селекции микроорганизмов связана с тем, что микроорганизмы являются основой для реализации многих биотехнологических производств.

Биотехнологическими называются производства, в которых получаются сложные органические соединения в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

Биотехнология лежит в основе производства гормонов, антибиотиков, энзимов (активных составных частей ферментов), витаминов, чистых белков, природных аминокислот и целого ряда продуктов питания (молочнокислая промышленность, получение глюкозы, этанола, хлебопекарная промышленность, производство пива, уксуса и т. д.).

Источник