Селекция животных и растений. Методы селекции. Работы Н. И. Вавилова

Используя отбор, человек оставляет и допускает к размножению только особей в наибольшей степени наделённых желательными для него признаками. Наследственность закрепляет эти признаки в потомстве.

Так, дикие муфлоны со временем стали родоначальниками домашних овец. Искусственно созданную человеком популяцию организмов (растений, животных и микроорганизмов) называют сортом, породой и штаммом соответственно.

Эти популяции характеризуется определённым генофондом, наследственно закреплённым морфологическими и физиологическими признаками, определённым уровнем и характером продуктивности.

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

Селекция — и наука, и отрасль сельскохозяйственной практики. Её задачи многообразны. Многообразны и методы селекции. Основные методы селекции — это отбор, гибридизация, полиплоидия, искусственный мутагенез.

Отбор, является самым простым, но очень важным методом селекции.

Как вы знаете, в природе действует естественный отбор. Больные, слабые, не приспособленные организмы погибают, а сильные и здоровые размножаются и дают начало новому поколению.

Искусственный отбор совершает не природа, а человек. Он отбирает наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.

Различают два вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

При массовом отборе отбраковывают особей, которые по своему фенотипу не отвечают хозяйственным интересам. При этом свойство генотипа во внимание не принимается.

Для поддержания генетический стабильности многих сортов вполне достаточно массового отбора. При регулярном и тщательном его проведении сорта сохраняют все свои качества в течение десятилетий.

Как правило, массовый отбор — это первый шаг при других, более сложных методах селекции.

При индивидуальном отборе лучших особей отбирают не по фенотипу, а по генотипу.

Прослеживается, как-то или иное качество, например длинношёрстность, проявляется у потомства. Оценка по потомству — основной приём при начальном отборе.

Когда ягнята подрастают, продуктивность их настрига позволит оценить генетические достоинства родителей.

Таким образом, при индивидуальном отборе выделяют единичных особей с ценными качествами и отдельно выращивают их потомство.

При последующем близкородственном скрещивании у животных выводят чистые линии.

Чистая линия — это группа генетически однородных (гомозиготных) организмов, представляющих ценный исходный материал для селекции.

Все организмы, относящиеся к одной чистой линии, являются гомозиготными по одному и тому же аллелю данного гена.

Одним из путей увеличения разнообразия материала для селекции является гибридизация.

Она бывает: близкородственная, неродственная и отдалённая.

Близкородственная гибридизация (инбридинг) позволяет перевести рецессивные гены в гомозиготное состояние.

При инбридинге родители являются родственниками и поэтому имеют много одинаковых аллелей, в результате чего гомозиготность увеличивается с каждым поколением.

Близкородственные скрещивания производят в целях количественного приумножения животных с наилучшими индивидуально отобранными генотипами. Так возникают имбредные линии, или чистые линии.

Животные, составляющие чистую линию, получают одинаковые копии хромосом каждой из гомологичных пар. Чистые линии по большинству генов гомозиготные и не дают расщепления признаков в поколениях. 

Благодаря родственному скрещиванию асканийских овец обеспечивается генетическая стабильность и высокопродуктивность пород.

Чемпионы асканийской породы дают при стрижке до 12 кг шерсти. Этого хватает на 12 шерстяных костюмов.

При создании этой мясо-шёрстной породы использовался и другой метод — неродственное скрещивание (аутбридинг).

Обычно такие особи не имеют ближайших общих предков и происходят из разных популяций.

В отличие от близкородственного скрещивания, где повышается степень гомозиготности организмов, при неродственной гибридизации у потомства уменьшается вероятность присутствия одинаковых аллелей генов, то есть повышается уровень гетерозиготности.

Гетерозиготные особи часто обладают более ценными биологическими признаками, чем гомозиготные.

Черно-пёстрая порода коров славится высокой удойностью, а красная степная — жирностью молока. Произвели межпородное скрещивание. У коров новой гибридной популяции почти в 1,5 раза увеличилась жирность молока — один из важных показателей его качества.

Применяя неродственное скрещивание, получают гетерозисные формы, превосходящие по ряду желаемых признаков родительские организмы. В этом случае проявляется эффект гетерозиса.

Гетерозис — это увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей.

Причиной гетерозиса служит объединение у гибридного поколения доминантных генов и устранение действия рецессивных генов.

Между двумя разными имбредными линиями кукурузы на поле происходит скрещивание, при этом в следующем поколении проявится эффект гетерозиса. Гетерозисная кукуруза больше обычной, и зерна у неё крупнее. 

Первое гибридное поколение обладает повышенной урожайностью и жизнеспособностью. Однако уже начиная со второго поколения эффект гетерозиса обычно снижается.

Эффект гетерозиса широко применяют не только для получения высокоурожайных гибридов кукурузы, но и других культурных растений (сахарной свёклы, например).

Скрещивание двух мясных пород домашних кур (Корниш и белый плимутрок) даёт гибридное потомство цыплят-бройлеров, отличающихся от родительских форм интенсивным ростом, низкими затратами корма на выращивание и питательным мясом.

Отдалённая гибридизация — это скрещивание особей, принадлежащих к разным видам, а иногда и разным родам.

При этом потомки скрещиваемых видов в большинстве случаев оказываются бесплодными из-за нарушения процессов гаметогенеза.

Так, например, при скрещивании лошади с ослом получается выносливый, сильный и долгоживущий гибрид — мул.

Отличаются большой силой и выносливостью нары — гибриды одногорбого и двугорбого верблюдов.

Один из основоположников русской селекции, Иван Владимирович Мичурин, разработал методы отдалённой гибридизации для вегетативно размножаемых растений. Он получил гибриды очень отдалённых форм.

Иван Владимирович Мичурин, скрещивая французский сорт груши Бере- рояль с дикой уссурийской и выращивая сеянцы в условиях средней полосы России, создал сорт Бере-зимняя, сочетающий высокие вкусовые качества плодов с зимостойкостью. Методы, разработанные Мичуриным, успешно используются селекционерами и в настоящее время.

Полиплоидия — ещё один метод селекции. Полиплоидами называют формы с кратно увеличенным числом хромосом исходного вида.

В зависимости от того, во сколько раз у полиплоидных форм увеличено число хромосом, их называют тетраплоидами (четырёхкратный набор хромосом), гексаплоидами (шестикратный) или октоплоидами (восьмикратный).

Например, у картофеля исходное число хромосом равно 12, но в результате полиплоидизации возникли виды с хромосомными наборами, равными 24, 48 и 72.

Полиплоидами также являются 42-хромосомные виды пшеницы, хлопчатника, люцерны, овса. Полиплоиды у растений, по сравнению с диплоидами, часто характеризуются более мощным ростом, большим размером, массой семян и плодов и т. п.

Следующий метод селекции — искусственный мутагенез.

Данный метод применяют в селекции с целью повышения доли наследственной изменчивости у организмов.

Мутации вызывают действием различных физических и химических факторов. Так, гамма-лучи и некоторые химические вещества (иприт, например) в десятки раз увеличивают частоту мутационной изменчивости у организмов.

Огромный вклад в развитие генетики и селекции внёс советский учёный генетик и селекционер Николай Иванович Вавилов.

При изучении близких групп культурных растений он обнаружил сходные варианты развития одного и того же признака, которые повторялись у разных видов растений.

Сходство структур организмов называется гомологией.

Вавилов сформулировал закон гомологичных рядов наследственной изменчивости. И установил, что растения, предлежащие к эволюционно родственным группам, содержат одинаковые гены и потому претерпевают одинаковые мутации, приобретая при этом одинаковые признаки. 

Так, например, у двурядного ячменя колосья бываю белые и черные, и у многорядного — белые и черные. Как у того, так и у другого колосья встречаются и без остей. А также с остистыми придатками, с короткими остями и с длинными остями.

Доказательством закона служит материал, представленный в таблице, демонстрирующий гомологию, то есть сходство наследственной изменчивости по некоторым признакам и свойствам в пределах ряда культурных растений семейства злаковых.

Зная характер изменчивости одного или нескольких близких видов, можно целенаправленно искать формы, ещё не известные у данного организма, но уже открытые у его филогенетических родственников.

Гомологические ряды наследственной изменчивости служат источником поиска генетического разнообразия в потомстве каждой особи и способствуют отбору лучших форм в селекционной практике.

Говоря словами Вавилова, закон гомологических рядов показывает исследователю и селекционеру, что следует искать.

Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности — отбор и гибридизация.

Прежде чем создать новый сорт, необходимо найти нужные растения с нужными свойствами. Чем разнообразнее исходный материал для селекции, тем больших результатов можно достичь.

Для того чтобы решить проблему поиска, необходимо было изучить распространение различных видов и сортов растений. С этой целью Николай Иванович Вавилов совершил немало экспедиций по земному шару. 

В своих исследованиях он заметил, что разнообразие сортов определённых видов культурных растений по станциям отличается. И предположил, что район наибольшего генетического разнообразия какого-либо вида культурного растения является центром его происхождения.

На основании материалов о мировых растительных ресурсах Вавилов выделял 8 основных географических центров происхождения культурных растений.

Первый центр — Индийский (Южноазиатский).

Второй центр происхождения культурных растений называется Китайский (Восточноазиатский).

Третий центр называется Среднеазиатский.

Следующий центр происхождения культурных растений называется Переднеазиатский центр.

Средиземноморский центр охватывает африканские страны.

Шестой центр — Абиссинский — является самым древним из всех центров, выделенных Вавиловым.

Центральноамериканский центр — седьмой центр происхождения культурных растений.

И последний центр, который выделил Вавилов в своих работах, называется Южноамериканский.