Методы селекции растений. Что изучает селекция растений
Селекция | Наука | FANDOM powered by Wikia
Селекция животных Править
Так же, как и при селекции новых сортов растений, при селекции новых пород животных используются отбор и гибридизация. Однако селекция животных осложняется тем, что у них существует только половое размножение, потомство у большинства немногочисленно и развивается медленно. Получить массовый материал для отбора от малого числа животных, имеющих нужные человеку признаки, очень трудно. Поэтому широко применяется искусственное осеменение, позволяющее получить от одного самца большое количество потомков.
Первым этапом селекции животных было приручение их диких предков, что произошло 5-9 тыс. лет назад. Географические области приручения животных в основном совпадают с центрами многообразия и происхождения культурных растений.
Из-за трудностей в получении массоового потомства от пары родителей с нужным человеку признаком при селекции животных применяют близкородственное скрещивание, или инбридинг, при котором скрещиваются между собой особи из одного помета, или родительские особи скрещиваются с собственным потомством. Однако при инбридинге велика вероятность перевода каких-либо неблагоприятных рецессивных аллелей в гомозиготное состояние. Как известно, мутации, в частности неблагоприятные, обычно рецессивны и редко проявляются в фенотипе, но при близкородственном скрещивании такие мутантные гены перейдут в гомозиготное состояние, и неблагоприятный признак проявится. Для устранения неблагоприятных последствий инбридинга используют аутбридинг — скрещивание неродственных форм одного вида. При этом не должно быть общих предков в ближайших 4-6-ти поколениях.
Во всех случаях гибридизации проводят тщательный индивидуальный отбор производителей для следующих этапов селекции. Для учета характера наследования признаков в селекционных хозяйствах ведут специальные племенные книги. Процесс получения новых пород животных медленный. Считается, что для получения новой породы, например, коров, требуется не менее 30-40 лет.
При селекции домашних животных важно заранее определить наследственные качества животных-производителей — самцов по тем признакам, которые фенотипически у них не проявляются. С этой целью применяют метод определения данного качества животного-производителя по потомству: сначала получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность с материнской и со средней продуктивностью данной породы животных. Если продуктивность самок в потомстве окажется повышенной по сравнению с этими показателями, то делают вывод о большой ценности производителя. Такой метод применяют в племенной селекционной работе.
При отдаленной гибридизации животных, относящихся к различным видам, получают межвидовые гибриды с нужными для человека свойствами. Чаще всего межвидовые гибриды бесплодны, так как в их клетках содержатся родительские наборы, отличающиеся как по числу, так и по форме хромосом. Различные хромосомы не могут правильно конъюгировать в профазе I мейоза, а потому половые клетки межвидовых гибридов имеют искаженный хромосомный набор и не могут дать начало следующему поколению. Однако такие гибриды могут иметь ценные для человека свойства. Много веков люди разводят мулов — гибридов кобылицы и осла. Это сильные, умные, очень спокойные животные. Созданы также гибриды карпа и карася, белуги и стерляди (бестер), коровы и яка, овец и архара и т.д. Все эти факты свидетельствуют о крупных достижениях в области селекции животных.
ru.science.wikia.com
Основы селекции как науки | Биология
Какое значение генетические знания могут иметь для растениеводства и животноводства?
История развития селекции. Общее знакомство с селекцией начнем с ее определения. Селекция (от лат. selectio – отбор, выбор) – наука, разрабатывающая теорию и методы создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. В то же время термин «селекция» означает и сам процесс выведения новых сортов, пород, штаммов.
Селекционная работа началась 10 – 15 тыс. лет назад, когда человек перешел к оседлому образу жизни, стал осваивать новые территории. Это поставило благополучие человека в зависимость от ограниченного выбора растений и животных, имеющих для него практическое значение. В результате возникла необходимость постоянно улучшать качество выращиваемых растений и одомашненных животных. Постепенно появились многочисленные породы домашних животных и сорта культурных растений.
Все сорта культурных растений и породы домашних животных произошли от диких предков. Другими словами, селекция началась с одомашнивания. На самых ранних этапах одомашнивания животных человек осуществлял бессознательный отбор (вплоть до XVI – XVII вв.). Этот отбор прежде всего был направлен на закрепление способности размножаться в условиях искусственного содержания. На потомство оставляли только тех животных, которые могли размножаться в неволе и контактировать с человеком. Таким образом происходил отбор по поведению. Считается, что первыми были одомашнены собака, овца и коза. Немного позднее человек одомашнил тура, лошадь, свинью, ламу, индейку.
Из растений первыми в культуру были введены хлебные злаки: ячмень, просо, рис, пшеница. Среди злаков человек отбирал те, которые могли сохранять семена в колосе, не осыпаясь, в отличие от дикорастущих растений.
Затем отбор стал носить сознательный характер. Это было связано с выявлением того факта, что многие признаки организмов передаются из поколения в поколение. Человек, отбирая тех особей, которые обладали какими-либо желательными для него признаками, сохранял и усиливал их путем искусственного разведения через избирательное размножение или опыление. Как свидетельствуют археологические данные, люди еще в глубокой древности проявляли большое искусство в разведении крупного рогатого скота, свиней, домашней птицы, в выращивании зерновых и овощных культур.
Селекционная практика значительно развилась с середины XIX в. благодаря созданию селекционных станций и племенных хозяйств, а также проведению селекционных выставок. Селекция постепенно превратилась в отрасль производства.
Селекция как наука сформировалась в начале XX в. Теоретическими основами селекции служат эволюционная теория, генетика, молекулярная биология, экология, экономика, география сельского хозяйства.
Задачи селекции заключаются в создании высокопродуктивных сортов, пород и штаммов, обладающих устойчивостью к болезням и воздействию неблагоприятных условий среды, в разработке новых методов генетической селекции.
Основу селекции как науки составляют учения об исходном материале, типах и источниках наследственной изменчивости, роли среды; теория искусственного отбора.Учение об исходном материале – важнейший раздел селекции как науки. Это учение разработал выдающийся русский ученый Н. И. Вавилов.
Любая селекционная работа начинается с подбора исходного материала: сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов, так как от этого зависит эффективность результатов селекции. Следует отметить, однако, что любое искусственно полученное многообразие сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов значительно уступает по генетическому разнообразию диким предкам.
Занимаясь поиском полезных для человека сортов растений, т. е. решением проблемы исходного материала, Н. И. Вавилов вместе со своими коллегами в 20 – 30-х годах XX в. совершил более 60 экспедиций в разные страны мира. Во время экспедиций было изучено огромное число видов растений, собраны тысячи образцов семян культурных растений и их диких предков. Впоследствии была создана самая крупная в мире коллекция сортов растений, которая до сих пор хранится в Институте растениеводства в С.-Петербурге, созданном по инициативе Н. И. Вавилова. Коллекцией широко пользуются отечественные и зарубежные селекционеры.
Изучение мирового разнообразия культурных растений позволило Н. И. Вавилову определить районы земного шара с наибольшим разнообразием генетических форм растений. Это в основном горные районы, характеризующиеся значительным разнообразием условий среды.
Н. И. Вавилов считал, что районы, где обнаруживается наибольшее генетическое разнообразие той или другой культуры, и есть центры их происхождения. Большинство центров совпадает с древними очагами земледелия. Н. И. Вавилов выделил семь основных центров происхождения культурных растений (рис. 74).
Рис. 74. Основные центры происхождения культурных растений (по Н. И. Вавилову)Южно-Азиатский (Индийский) центр. Включает в себя территории Индии, Индокитая, Южной Кореи, острова Юго-Восточной Азии. Из этого центра происходит около 40% всех известных культурных растений, в том числе рис, сахарный тростник, цитрусовые, огурец, баклажан, манго.
Восточно-Азиатский центр. К нему относятся Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, остров Тайвань, откуда произошли 20% видов культурных растений. Этот центр – родина сои, гречихи, проса, шелковицы, множества плодовых и овощных культур.
Юго-Западно-Азиатский центр. Это территория Северо-Западной Индии, Ирана, Афганистана, Средней и Малой Азии. В данном центре возникло 14% мировой культурной флоры: мягкая пшеница, рожь, многие бобовые и плодовые культуры (яблоня, груша, абрикос, персик, миндаль, грецкий орех), виноград, а также конопля.
Средиземноморский центр. Он включает в себя часть Северной Африки и Южной Европы. Это побережье Средиземного моря, где существовали величайшие древние цивилизации. Средиземноморский центр – родина 11% видов культурных растений, в их числе оливковое дерево, капуста, горох, свекла, петрушка и многие другие овощные и кормовые культуры.
Абиссинский центр. Это небольшой район – юг Аравийского полуострова, территория нынешней Эфиопии. Он представляет собой центр происхождения около 4% культурных растений. Отсюда родом твердая пшеница, ячмень, кофейное дерево.
Центрально-Американский центр. Названный центр включает территорию Южной Мексики, которую считают родиной 6-7% культурной флоры. Отсюда произошли кукуруза, фасоль, перец, подсолнечник, длинноволокнистый хлопчатник.
Южно-Американский (Андийский) центр. К нему относится территория, расположенная вдоль западного побережья Южной Америки. Отсюда произошли клубненосные растении, в том числе картофель.
Все перечисленные очаги представляют собой территории древних цивилизаций. Так, в Индонезийско-Индокитайском центре впервые были одомашнены собаки, свиньи, утки, гуси, куры. Степи Причерноморья – родина домашней лошади. Здесь обитали ее древние предки – тарпаны, исчезнувшие как вид с лика Земли. Еще один исчезнувший вид – тур был одомашнен, вероятнее всего, в нескольких областях Евразии. В результате одомашнивания и дальнейшей селекции возникли многочисленные породы крупного рогатого скота.
В настоящее время селекция переживает подъем, обусловленный двумя причинами: необходимостью увеличения продуктов питания для растущего населения планеты и развитием самой науки – разработкой высокоэффективных селекционно-генетических методов.
Вопросы и задания
- Что такое селекция? Докажите, что селекция – наука.
- Можно ли считать, что порода – это вид; сорт – популяция? Ответ обоснуйте.
- Почему исходный материал имеет особое значение для селекции?
- Как вы думаете, почему большая часть центров происхождения и многообразия культурных растений расположена в горных районах?
Методы селекции растений
Развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости. Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы. Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами.
Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач. Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака. Достижения генетики, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, применение тестов для ранней диагностики селекционной перспективности исходного материала, разработка методов экспериментального мутагенеза и отдаленной гибридизации в сочетании с полиплои-дизацией, поиск методов управления процессами рекомбинации и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с нужным комплексом признаком и свойств дали возможность расширить источники исходного материала для селекции. Кроме того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики.
Успех работы селекционера в значительной мере зависит от правильности выбора исходного материала (видов, сортов, пород) для селекции, изучения его происхождения и эволюции, использования в селекционном процессе организмов с ценными признаками и свойствами. Поиск нужных форм ведется с учетом всего мирового генофонда в определенной последовательности. Прежде всего используются местные формы с нужными признаками и свойствами, затем применяются методы интродукции и акклиматизации (т. е. привлекаются формы, провзрастающие в других странах или в других климатических зонах) и, наконец, методы экспериментального мутагенеза и генетической инженерии.
Центры происхождения культурных растений.
Н.И. Вавилов собрал коллекцию семян различных сортов культурных растений со всего мира и установил 7 центров происхождения и многообразия культурных растений. Эти центры совпадают с очагами древних цивилизаций.
1. Южноазиатский (Индия) — рис, сахарный тростник, баклажан, огурец, манго, цитрусы.
2. Восточноазиатский (Китай) — просо, соя, гречиха, ячмень, лук, груша, яблоня, слива, хурма, чай, опийный мак, редька, горчица, олива, шелковица и т. д.
3. Юго-Западноазиатский (Средняя и Малая Азия) — пшеница, рожь, бобовые, виноград, морковь, репа, лук, чеснок, хлопчатник, конопля, абрикос, персик, груша, яблоня, миндаль, грецкий орех и др.
4. Средиземноморский — чечевица, маслины, капуста, свекла, репа, кормовые культуры, пшеница, овес, горох, люпин, брюква, редька, спаржа, сельдерей, укроп, щавель и т. д.
5. Абиссинский (Африка) — твердая пшеница, ячмень, кофе, сорго, банан, кунжут, кориандр, лук и др.
6. Центральноамериканский (Мексика) — кукуруза, хлопчатник, какао, тыква, табак, перец, подсолнечник, томат и др.
7. Андийский (Южная Америка) — картофель, ананас, кокаиновый куст, табак, арахис, подсолнечник, какао, каучук, хинное дерево и др.
Этапы селекции растений.
1. Массовый и индивидуальный отбор растений с необходимыми признаками.
2. Создание чистых линий — гомозиготных особей с одинаковым генотипом, полученных в результате самоопыления. Самоопыление повышает число гомозигот, позволяет выявить неблагоприятные мутации. Для самоопыляемых растений применяют многократный индивидуальный отбор и выводят несколько чистых линий по определенным признакам. Для перекрестноопыляемых растений проводят искусственное самоопыление и выявляют мутации. У полученных гомозиготных линий урожайность снижается.
3. Получение межлинейных гибридов — перекрестное опыление двух чистых линий — приводит к появлению высокоурожайного поколения. У гибридов наблюдается гетерозис, урожайность и жизнеспособность повышаются в 1,5— 2 раза. Дальнейшее размножение межлинейных гибридов уменьшает эффект гетерозиса. Лучшие комбинации чистых линий выявляются опытным путем.
У самоопыляемых растений выводят несколько сортов, которые могут размножаться семенами. Перекрестноопыляемые растения размножают вегетативно. Это дает однотипную гетерозиготную популяцию. Для однолетних растений применяют искусственное опыление. В целях повышения урожайности используют полиплоидию. Многие культурные растения (пшеница, овес, картофель, свекла, земляника) являются полиплоидами. Полиплоиды более урожайны, устойчивы к климатическим изменениям, содержат больше питательных веществ.
В растениеводстве используется отдаленная гибридизация — получение межвидовых и межродовых гибридов. Такие гибриды бесплодны, поскольку нарушены мейоз и образование половых клеток. Г.Д. Карпеченко получил капустно-редечный полиплоидный плодовитый гибрид. Он не скрещивался с редькой и капустой, не давал расщепления признаков на капусту и редьку, т. е. был получен новый вид.
Работы И.В. Мичурина. И.В. Мичурин создал новые сорта культурных плодово-ягодных растений путем гибридизации, прививки растений и строгого отбора. Привой — черенок прививаемого растения. Подвой — взрослое растение, на которое прививается привой.
При скрещивании применяли метод ментора — воспитание в гибридном сеянце желательных признаков путем прививки его на растение-воспитатель. Чем старше ментор, тем сильнее его влияние на привой. И.В. Мичурин работал над созданием морозоустойчивых, крупноплодных сортов с хорошим вкусом.
Отечественные достижения в селекции растений. П.П. Лукьяненко создал сорта озимой и безостой пшеницы. А.П. Шехурдин и В.Н. Мамонтова вывели сорта яровой пшеницы с высокими хлебопекарными качествами. В.С. Пустовойт путем отбора получил высокомасличный сорт подсолнечника. А.Н. Лутов увеличил сахаристость свеклы за счет создания полиплоидов.
biofile.ru
Селекция как наука
Селекция разрабатывает теорию и методы создания и совершенствования существующих пород животных и сортов растений, соответствующие уровню производительных сил общества.
Хотя селекция в переводе на русский язык и означает «отбор», содержание селекции как научной дисциплины не ограничивается только отбором. Дело в том, что эволюция домашних животных и возделываемых растений отличается от эволюции животных и растений в природе, где действуют законы естественного отбора. Домашние животные сами не добывают пищи — ее им предоставляет человек, они не обороняются от хищников и не страдают от неблагоприятных условий, так как их защищает человек. Размножение, численность и генетический состав популяции домашних животных и растений регулируются человеком. Так как темп и направление эволюции видов домашних животных и возделываемых растений в значительной мере определяются волей человека, то влияние естественного отбора на них сказывается в меньшей степени, чем в природе, и взаимосвязь факторов их эволюции — наследственности, изменчивости и отбора — несколько иная.
У селекции как науки есть свой предмет и методы исследования. Предметом ее изучения является исследование специфических закономерностей эволюции домашних животных и возделываемых растений, направляемой человеком. Главная цель и задача селекции состоят в создании высокопродуктивных пород животных и сортов растении, которые наилучшим образом повышают производительность труда в животноводстве и растениеводстве. Порода и сорт входят в средства сельскохозяйственного производства.
Селекционер должен иметь такой арсенал биологических знаний, который позволил бы ему использовать для синтеза новых форм не только методы отбора и подбора, но и генетические методы, обеспечивающие управление явлениями наследственности и изменчивости.
В 1935 г. акад. Н. И. Вавилов писал: «Плановая государственная селекционная работа, проводимая в нашем Союзе, требует, как никогда, создания в кратчайшее время сильной селекционной теории, построенной на материалистическом мировоззрении», «тогда как в капиталистических странах доминирует роль частной селекции со всеми присущими ей атрибутами: рекламой, отсутствием государственного контроля, секретами, — которая естественно препятствовала и препятствует выработке селекции как научной дисциплины». Селекция должна включать в себя итоговые знания всех биологических дисциплин.
В понимании Н. И. Вавилова селекция как наука, например, в применении к растениям слагается из следующих основных разделов:
«1. Из учения об исходном сортовом, видовом и родовом потенциале (ботанико-географические основы селекции)
2. Из учения о наследственной изменчивости (закономерности в изменчивости, учение о мутациях).
3. Из учения о роли среды в выявлении сортовых признаков (сорт и среда, влияние отдельных факторов среды, учение о стадиях в развитии растений применительно к селекции)
4. Из теории гибридизации как в пределах близких форм, так и отдаленных видов.
5. Из теории селекционного процесса (самоопылители, перекрестноопылители, вегетативно и апогамно размножающиеся растения).
6. Из учения об основных направлениях в селекционной работе как селекции на иммунитет к заболеваниям, на физиологические свойства (холодостойкость, засухоустойчивость, фотопериодизм), селекция на технические качества, на химический состав.
7. Частная селекция — учение о селекции отдельных видов растений».
Соответствующие разделы имеются и в селекции животных.
В нашу задачу не входит изложение всех основ селекции. Мы рассмотрим лишь те разделы, которые наиболее тесно связаны с генетическими основами, а именно: 1) наследственную изменчивость, 2) системы скрещивания, 3) теорию и методы отбора.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
