Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов (гибридизация, отбор, полиплоидия, искусственный мутагенез). Мутагенез в селекции растений
Биология для студентов - 04. Значение мутагенеза в селекции с/х животных и растений
Селекция — совокупность методов создания сортов и гибридов растений и с/х животных с нужными человеку свойствами, которые повышают урожайность и качество культур и продуктивность скота.
Селекция растений успешно практикуется человеком на протяжении тысяч лет, с самого начала человеческой цивилизации. Используется по всему миру как отдельными людьми: садоводами, фермерами, так и профессиональными селекционерами в организациях, университетах и исследовательских центрах.
Основные методы селекции растений — массовый и индивидуальный отбор, внутривидовая и отдалённая гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальный мутагенез.
Искусственный мутагенез. Естественные мутации, сопровождающиеся появлением полезных для человека признаков, возникают очень редко. На их поиски приходится затрачивать много сил и времени. Частота мутаций резко повышается при воздействии мутагенов. К ним относятся:
- некоторые химические вещества,
- ультрафиолетовое и рентгеновское излучения.
Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной резкого возрастания частоты мутаций. Наряду с вредными мутациями нередко обнаруживаются и полезные, которые используются учеными в селекционной работе. Путём воздействия мутагенами в растениеводстве получают и полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Радиационным облучением с последующим отбором созданы ценные сорта гороха, фасоли, томатов.
Искусственный мутагенез — новый важный источник создания исходного материала в селекции растений.
Однако значение экспериментального мутагенеза для селекции растений было понято не сразу. А. А. Сапегин и Л. Н. Делоне — первые исследователи, показавшие значение искусственных мутаций для селекции растений. В их опытах, проводившихся в 1928—1932 гг. в Одессе и Харькове, была получена целая серия хозяйственно полезных мутантных форм у пшеницы. Особенно широко работы по экспериментальному мутагенезу в селекции растений развернулись в последние годы. Очень интенсивно они ведутся в СССР, Швеции, Японии, США, Индии, Чехословакии, Франции и некоторых других странах. Большую ценность представляют мутации, обладающие устойчивостью к грибным и другим заболеваниям. Создание иммунных сортов — одна из главных задач селекции, и в ее успешном решении большую роль должны сыграть методы радиационного и химического мутагенеза.
С помощью ионизирующих излучений и химических мутагенов можно ликвидировать отдельные недостатки у сортов сельскохозяйственных культур и создавать формы с хозяйственно полезными признаками: неполегающие, морозостойкие, холодостойкие, скороспелые, с повышенным содержанием белка и клейковины.
Возможны два основных пути селекционного применения искусственных мутаций: прямое использование мутаций, полученных у самых лучших районированных сортов, и в процессе гибридизации.
Для получения хозяйственно ценных мутаций наиболее широко применяются гамма-лучи, лучи Рентгена и нейтроны, а из химических мутагенов — алкилирующие соединения: этиленимин, нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др.
Открытие мутагенного эффекта ионизирующих излучений привело к созданию в селекции нового раздела - радиационной селекции. Первым ионизирующую радиацию для целей селекции применили российский генетик Г. А. Надсон, проводивший эксперименты с микроорганизмами.
Концентрация химических мутагенов и дозы ионизирующих излучений не должны быть очень высокими. Для облучения семян гамма-лучи и лучи Рентгена применяют в дозах от 5 до 10 кР; облучение быстрыми нейтронами проводят при дозах от 100 до 1000 рад. Если облучению подвергается пыльца, дозу уменьшают в 1,5—2 раза.
Химические мутагены обычно используют в виде водных растворов 0,05—0,2 %-ной концентрации при продолжительности намачивания семян от 12 до 24 ч. При этом обеспечивается лучшее выживание растений и сохранение среди них мутаций с хозяйственно полезными признаками.
Селекция животных отличается от таковой у растений: животные дают мало потомков, у них позднее наступает половозрелость, они не размножаются вегетативно и у них отсутствует самооплодотворение. Однако и в селекции животных используют гибридизацию и отбор, как массовый, так и индивидуальный. Учитывают признаки экстерьера родительских пар, родословную производителей, проверяют чистоту породы. Путем близкородственного скрещивания (инбридинга) получают чистые линии, когда все или большинство генов переходят в гомозиготное состояние. Первоисточником наследственной изменчивости является мутационный процесс. Разнообразные мутации (генные, хромосомные, геномные) спонтанно возникают в каждой породе и сорте. В природе мутации подвергаются естественному отбору. При селекции участь мутаций определяется искусственным отбором, который выполняет селекционер. При необходимости селекционер может увеличить частоту и разнообразие мутаций организмов методами искусственного, индуцированного мутагенеза.
Индуцированный мутагенез - это способ повышения генетической изменчивости за счет возникновения мутаций при обработке гамет мутагенами физической (ионизирующее и ультрафиолетовое излучение) или химической (нитрозоэтилмочевина, диметилсульфат и др.) природы.
Разработка методов экспериментального получения мутаций открыла большие возможности для создания исходного селекционного материала. Благодаря этому ускоряются темпы селекции, и расширяются ее качественные возможности.
Для получения новых сортов растений и пород животных были нужны многие поколения только до тех пор, пока генетики не разработали методы получения мутаций, не изучили закономерности мутационного процесса и не научились изменять наследственность организмов методами генетической инженерии.
Примером использования индуцированного мутагенеза может служить работа по селекции краснодарского карпа. Химический мутагенез был также использован в селекции казахстанского карпа, что позволило значительно увеличить селекционный дифференциал и повысить эффективность отбора.
Генные мутации, возникшие спонтанно или индуцированные искусственно, могут быть использованы в селекции животных в тех случаях, если новый вариант мутации представляет хозяйственную ценность.
vseobiology.ru
Использование искусственного мутагенеза в селекции растений
Применение мутагенных факторов позволяет получить многообразные наследственно обусловленные отклонения от нормального состояния растений, что приводит к увеличению числа форм в пределах вида и расширяет в целом базу исходного материала для отбора при селекции. Тот факт, что в подавляющем большинстве мутации ненаправлены и случайны по проявлениям признаков и свойств, приводит к необходимости последующего отбора в полученных поколениях мутировавших особей. Следовательно, основное значение мутагенеза как инструмента практической селекции – это увеличение разнообразия и расширение базы исходного материала для отбора. Мутагенез можно рассматривать как один из этапов селекции.
Искусственный мутагенез не сразу приобрел свое современное значение для селекции растений. Когда в 1928 году Стадлер получил первые искусственные мутации некоторых культурных растений, он считал, что для селекции это не будет иметь никакого практического значения. Такое представление о значении мутаций поддерживалось многими специалистами того времени. Оно основывалось на ограниченном числе мутантов, которые превосходили по своим признакам и свойствам культурные образцы, полученные отбором в природе или путем гибридизации.
Повышенный интерес к искусственно получаемым мутациям был проявлен лишь в пятидесятых годах двадцатого столетия, когда были достигнуты заметные результаты работ в ядерной физике и в химии высокореактивных веществ. Именно это обстоятельство сделало процесс получения мутаций настолько эффективным, что последующий отбор полезных отклонений стал результативным.
Одно из общих направлений в селекции растений методом мутагенеза стало получение мутаций, устойчивых к грибным заболеваниям (ржавчине, мучнистой росе, склеротинии и др.). В такой селекции сельскохозяйственных растений уже достигнуты значительные результаты. Работа по селекционному совершенствованию древесных и кустарниковых растений в направлении усиления устойчивости к фитозаболеваниям еще должна дать свои положительные итоги.
Одно из активно разрабатываемых направлений селекции методом мутагенеза – это получение карликовых сортов растений. Аналогичные работы в лесном хозяйстве могут дать результат, который будет иметь большое значение в декоративном древоводстве.
Не мене важным является получение мутантов с повышенными темпами роста, что позволит существенно сократить оборот рубки на созданных из них промышленных плантациях.
Весьма перспективным направлением искусственного мутагенеза является получение мутантов с измененными биохимическими показателями, в частности высокотанидных, высоковитаминных, с повышенным выходом живицы и пр.
В растениеводстве возможно два основных пути селекционного использования искусственных мутантов.
1. Прямое использование мутаций, полученных от самых лучших в хозяйственном отношении образцов.
2. Использование мутантов в процессе гибридизации.
В первом случае ставится задача улучшения существующих форм, гибридов и сортов по отдельным хозяйственно-биологическим признакам. Прямое использование мутаций рассчитано на быстрое создание обширного исходного материала, в составе которого можно было бы отобрать особи с наследственно обусловленными изменениями требуемого направления и уровня.
Если в сельскохозяйственном растениеводстве такое направление не всегда признается достаточно эффективным, поскольку количество нужных наследственных изменений невелико, то в лесном хозяйстве оно приобретает иное значение. Большинство сельскохозяйственных растений относится к однолетним культурам, что обеспечивает реальное их дальнейшее селекционное совершенствование путем гибридизации. Дать хозяйственную оценку новому гибриду и получить его семенное поколение можно уже через год после гибридизации Древесные породы являются многолетними растениями, возраст генеративной зрелости которых часто составляет несколько десятков лет. Это крайне осложняет работы по оценке хозяйственной значимости мутантов (возраст рубки 100 и более лет), и тем более по оценке хозяйственной значимости их потомков или потомков их потомков.
Второй путь использования мутантов предусматривает включение их в качестве одного из родителей в различных комбинациях скрещивания с обычными сортами, формами, линиями или другими мутантами. При этом процесс может быть достаточно сложным и многоэтапным. Различные поколения растений, полученных из семян после воздействия мутагенами, в большинстве случаев принято обозначать буквой М с цифровым индексом, соответствующим поколению мутантов. Растения, выросшие непосредственно из обработанных мутагенами семян обозначают М1, их потомство называется вторым поколением и обозначается М2, каждое последующее поколение соответственно обозначается М3, М4 и т.д. Как правило, в М1 отбор не проводят и все поколение выращивают в оптимальных условиях среды. В М2 отбирают мутанты с хорошо выраженными селектируемыми признаками для прямого использования или дальнейшего участия в скрещиваниях.
Однако очевидно, что на современном этапе развития селекции древесных и кустарниковых растений этот путь мало реален, поскольку требует чрезвычайно длительного времени.
Заключение по мутациям
1. Мутации происходят естественно в природных условиях у всех организмов, от бактерий и до человека, включая древесные и кустарниковые виды. Мутационная изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого.
2. Мутации можно получить искусственно, воздействуя на выбранные организмы соответствующими внешними факторами. Частота их при этом увеличивается во много раз по сравнению с частотой естественных мутаций.
3. Мутации являются результатом сложных физиологических и биохимических процессов, происходящих в клетках и имеющих физико-химическую природу.
4. Изменения генетических структур клетки, происходящие в результате мутаций, обусловливают различные фенотипические изменения, касающиеся любых внешних (морфологических) или внутренних (физиологических, биохимических) особенностей организма. Они наследуются и стойко сохраняются в ряду последующих поколений.
5. Мутационный процесс при современных методах воздействия на организмы, кроме получения полиплоидных форм, является ненаправленным, Мутации не адекватны внешним воздействиям. Мутационные изменения могут затрагивать любые признаки и свойства организмов, и отклонения от исходного типа могут происходить во многих возможных направлениях.
6. Наследственная изменчивость организма какого-либо вида или формы не может идти в каком угодно направлении, она материально обусловлена возможностями изменений его генетических структур (из мухи невозможно получить слона).
Вопросы и задания для самопроверки и контроля знаний.
1. В чем состоит эволюционное и селекционное значение мутаций?
2. Сформулируйте определение понятий «мутации», «мутанты», «мутационная изменчивость»?
3. Какие типы мутаций различают в зависимости от того, на каком уровне организации наследственных структур они находятся и какие генетические структуры затрагивают?
4. Какие мутации относят к генным?
5. Какие мутации относят к хромосомным?
6. Как называются состояния структурно измененных в процессе мутации хромосом?
7. Сформулируйте определения понятий «делеция», «дупликация», «инверсия», «транслокация».
8. Сформулируйте определения понятий «геномные мутации», «плазмонные мутации», «пластидные мутации».
9. В чем состоят различия между спонтанными и индуцированными мутациями?
10. Сформулируйте определения понятий «гаметические мутации», «соматические мутации».
11. Сформулируйте определения понятий «морфологические мутации», «физиологические мутации», «биохимические мутации».
12. Сформулируйте определения понятий «вредные мутации», «летальные мутации», «нейтральные мутации», «биологически полезные мутации», «хозяйственно полезные мутации».
13. В чем заключаются основные свойства мутаций?
14. Как представлены основные мутагенные факторы?
15. Что входит в состав физических мутагенных факторов волновой природы?
16. Что входит в состав физических мутагенных факторов корпускулярной природы?
17. Как представлена классификация химических мутагенов?
18. Создайте систему вопросов тестирования остаточных знаний в стиле компьютерной игры «Игры разума», ориентированной на тему настоящей лекции.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
zdamsam.ru
Использование искусственного мутагенеза в селекции растений
Применение мутагенных факторов позволяет получить многообразные наследственно обусловленные отклонения от нормального состояния растений, что приводит к увеличению числа форм в пределах вида и расширяет в целом базу исходного материала для отбора при селекции. Тот факт, что в подавляющем большинстве мутации ненаправлены и случайны по проявлениям признаков и свойств, приводит к необходимости последующего отбора в полученных поколениях мутировавших особей. Следовательно, основное значение мутагенеза как инструмента практической селекции – это увеличение разнообразия и расширение базы исходного материала для отбора. Мутагенез можно рассматривать как один из этапов селекции.
Искусственный мутагенез не сразу приобрел свое современное значение для селекции растений. Когда в 1928 году Стадлер получил первые искусственные мутации некоторых культурных растений, он считал, что для селекции это не будет иметь никакого практического значения. Такое представление о значении мутаций поддерживалось многими специалистами того времени. Оно основывалось на ограниченном числе мутантов, которые превосходили по своим признакам и свойствам культурные образцы, полученные отбором в природе или путем гибридизации.
Повышенный интерес к искусственно получаемым мутациям был проявлен лишь в пятидесятых годах двадцатого столетия, когда были достигнуты заметные результаты работ в ядерной физике и в химии высокореактивных веществ. Именно это обстоятельство сделало процесс получения мутаций настолько эффективным, что последующий отбор полезных отклонений стал результативным.
Одно из общих направлений в селекции растений методом мутагенеза стало получение мутаций, устойчивых к грибным заболеваниям (ржавчине, мучнистой росе, склеротинии и др.). В такой селекции сельскохозяйственных растений уже достигнуты значительные результаты. Работа по селекционному совершенствованию древесных и кустарниковых растений в направлении усиления устойчивости к фитозаболеваниям еще должна дать свои положительные итоги.
Одно из активно разрабатываемых направлений селекции методом мутагенеза – это получение карликовых сортов растений. Аналогичные работы в лесном хозяйстве могут дать результат, который будет иметь большое значение в декоративном древоводстве.
Не мене важным является получение мутантов с повышенными темпами роста, что позволит существенно сократить оборот рубки на созданных из них промышленных плантациях.
Весьма перспективным направлением искусственного мутагенеза является получение мутантов с измененными биохимическими показателями, в частности высокотанидных, высоковитаминных, с повышенным выходом живицы и пр.
В растениеводстве возможно два основных пути селекционного использования искусственных мутантов.
1. Прямое использование мутаций, полученных от самых лучших в хозяйственном отношении образцов.
2. Использование мутантов в процессе гибридизации.
В первом случае ставится задача улучшения существующих форм, гибридов и сортов по отдельным хозяйственно-биологическим признакам. Прямое использование мутаций рассчитано на быстрое создание обширного исходного материала, в составе которого можно было бы отобрать особи с наследственно обусловленными изменениями требуемого направления и уровня.
Если в сельскохозяйственном растениеводстве такое направление не всегда признается достаточно эффективным, поскольку количество нужных наследственных изменений невелико, то в лесном хозяйстве оно приобретает иное значение. Большинство сельскохозяйственных растений относится к однолетним культурам, что обеспечивает реальное их дальнейшее селекционное совершенствование путем гибридизации. Дать хозяйственную оценку новому гибриду и получить его семенное поколение можно уже через год после гибридизации Древесные породы являются многолетними растениями, возраст генеративной зрелости которых часто составляет несколько десятков лет. Это крайне осложняет работы по оценке хозяйственной значимости мутантов (возраст рубки 100 и более лет), и тем более по оценке хозяйственной значимости их потомков или потомков их потомков.
Второй путь использования мутантов предусматривает включение их в качестве одного из родителей в различных комбинациях скрещивания с обычными сортами, формами, линиями или другими мутантами. При этом процесс может быть достаточно сложным и многоэтапным. Различные поколения растений, полученных из семян после воздействия мутагенами, в большинстве случаев принято обозначать буквой М с цифровым индексом, соответствующим поколению мутантов. Растения, выросшие непосредственно из обработанных мутагенами семян обозначают М1, их потомство называется вторым поколением и обозначается М2, каждое последующее поколение соответственно обозначается М3, М4 и т.д. Как правило, в М1 отбор не проводят и все поколение выращивают в оптимальных условиях среды. В М2 отбирают мутанты с хорошо выраженными селектируемыми признаками для прямого использования или дальнейшего участия в скрещиваниях.
Однако очевидно, что на современном этапе развития селекции древесных и кустарниковых растений этот путь мало реален, поскольку требует чрезвычайно длительного времени.
Заключение по мутациям
1. Мутации происходят естественно в природных условиях у всех организмов, от бактерий и до человека, включая древесные и кустарниковые виды. Мутационная изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого.
2. Мутации можно получить искусственно, воздействуя на выбранные организмы соответствующими внешними факторами. Частота их при этом увеличивается во много раз по сравнению с частотой естественных мутаций.
3. Мутации являются результатом сложных физиологических и биохимических процессов, происходящих в клетках и имеющих физико-химическую природу.
4. Изменения генетических структур клетки, происходящие в результате мутаций, обусловливают различные фенотипические изменения, касающиеся любых внешних (морфологических) или внутренних (физиологических, биохимических) особенностей организма. Они наследуются и стойко сохраняются в ряду последующих поколений.
5. Мутационный процесс при современных методах воздействия на организмы, кроме получения полиплоидных форм, является ненаправленным, Мутации не адекватны внешним воздействиям. Мутационные изменения могут затрагивать любые признаки и свойства организмов, и отклонения от исходного типа могут происходить во многих возможных направлениях.
6. Наследственная изменчивость организма какого-либо вида или формы не может идти в каком угодно направлении, она материально обусловлена возможностями изменений его генетических структур (из мухи невозможно получить слона).
Вопросы и задания для самопроверки и контроля знаний.
1. В чем состоит эволюционное и селекционное значение мутаций?
2. Сформулируйте определение понятий «мутации», «мутанты», «мутационная изменчивость»?
3. Какие типы мутаций различают в зависимости от того, на каком уровне организации наследственных структур они находятся и какие генетические структуры затрагивают?
4. Какие мутации относят к генным?
5. Какие мутации относят к хромосомным?
6. Как называются состояния структурно измененных в процессе мутации хромосом?
7. Сформулируйте определения понятий «делеция», «дупликация», «инверсия», «транслокация».
8. Сформулируйте определения понятий «геномные мутации», «плазмонные мутации», «пластидные мутации».
9. В чем состоят различия между спонтанными и индуцированными мутациями?
10. Сформулируйте определения понятий «гаметические мутации», «соматические мутации».
11. Сформулируйте определения понятий «морфологические мутации», «физиологические мутации», «биохимические мутации».
12. Сформулируйте определения понятий «вредные мутации», «летальные мутации», «нейтральные мутации», «биологически полезные мутации», «хозяйственно полезные мутации».
13. В чем заключаются основные свойства мутаций?
14. Как представлены основные мутагенные факторы?
15. Что входит в состав физических мутагенных факторов волновой природы?
16. Что входит в состав физических мутагенных факторов корпускулярной природы?
17. Как представлена классификация химических мутагенов?
studopedya.ru
Методы мутагенеза успешно применяют в селекции растений. Сейчас в мире создано более 1
В селекции растений находит широкое применение и метод получения полиплоидных форм. Кратное увеличение числа хромосом сопровождается возрастанием массы семян и плодов, что ведет к повышению урожайности сельскохозяйственных растений.
Индуцированный мутагенез, полиплоидия и их использование в селекции растений
Индуцированный мутагенез основан на воздействии различных излучений и химических мутагенов на организм для получения мутаций.
Полиплоидия является разновидностью геномной мутации и заключается в кратном по сравнению с гаплоидным увеличении набора хромосом.
Полиплоидные формы можно получить, обрабатывая колхицином семена в период их прорастания.
Исходный сорт Новосибирская 7 (слева), мутантный сорт Новосибирская 67 (справа)
Особенности биологии животных, учитываемые в селекции
При селекции животных необходимо учитывать следующие их особенности:
–малочисленность потомства у пары родителей;
–большая продолжительность жизни;
–невозможность вегетативного размножения высокоорганизованных животных и наличие у них только полового способа размножения;
–раздельнополость;
–часто поздняя половая зрелость;
–более сложные, чем у растений, взаимоотношения с внешней средой благодаря наличию нервной системы;
–трудность изучения генотипа, т.к. он содержит большое количество гетерозигот, а гены находятся в сложном взаимодействии (продуктивность по мясу, молоку, шерсти, плодовитость, густота меха у пушных зверей и другие хозяйственноценные признаки наследуются очень сложно).
Типы скрещиваний и методы разведения, применяемые в животноводстве
Неродственное скрещивание, или аутбридинг
осуществляется между особями одной породы или между особями разных пород животных.
При строгом отборе приводит к поддержанию свойств или улучшению их в ряду следующих поколений гибридов, т.к. в потомстве может получиться удачная комбинация генов, обеспечивающая формирование целого ряда хозяйственноважных признаков.
Близкородственное скрещивание, или инбридинг,
проводится между братьями и сестрами или родителями и потомством.
Этот тип скрещивания применяют в тех случаях, когда желают перевести большинство генов породы в гомозиготное состояние, т.е. для получения чистых линий, сохранения хозяйственно-важныхпризнаков, повышения стабильности этих признаков для последующего скрещивания и получения эффекта гетерозиса.
Межлинейное скрещивание проводится между представителями чистых гомозиготных линий для того, чтобы избежать неблагоприятного действия рецессивных генов, перевести их в гетерозиготное состояние и вызвать эффект гетерозиса. Обычно для скрещивания используются представители нескольких линий.
Отдаленная гибридизация, т.е. межвидовое скрещивание известно у животных с древнейших времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны, т.к. у них нарушается мейоз, что приводит к нарушению гаметогенеза.
В животноводстве используют два основных метода разведения:
внутрипородное и межпородное.
Внутрипородное разведение, или разведение «в себе», направлено на сохранение и улучшение породы. Практически оно выражается в отборе лучших производителей, выбраковке особей, не отвечающих требованиям породы.
Межпородное разведение используют для создания новой породы. При этом часто проводят близкородственное скрещивание, что помогает получить большое количество особей, обладающих нужными свойствами
Так же как и у растений, у домашних животных наблюдается явление гибридной силы, или гетерозис.
Оно заключается в том, что при скрещивании разных пород (а также при межвидовых скрещиваниях) иногда наблюдается особенно мощное развитие и повышение жизнеспособности в первом поколении гибридов.
Гетерозис широко применяют в животноводстве и птицеводстве – первое поколение гибридов, обнаруживающее явление гибридной силы, непосредственно используют в хозяйственных целях.
В селекции животных искусственный отбор также проводится в двух формах.
Массовый отбор – выбраковка особей, по фенотипу не соответствующих породным стандартам. Его назначение заключается в сохранении постоянства породных качеств.
Индивидуальный отбор – отбор отдельных особей с учетом наследственной стойкости признаков, обеспечивающих совершенствование породных качеств.
В селекции животных чаще применяется индивидуальный отбор. Причем отбор идет с учетом экстерьерных признаков.
Методы | Селекция растений |
Подбор родительских пар | Географически удаленные или генетически |
| отдаленные (неродственные) формы |
Скрещивание | Внутривидовое, межвидовое, межродовое, |
неродственное | ведущее к гетерозису и высокой |
(аутбридинг) | продуктивности |
Скрещивание | Самоопыление перекрестноопыляющихся |
близкородственное | растений путем искусственного воздействия с |
(инбридинг) | получением чистых линий |
Отбор массовый | Применяется в отношении |
| перекрестноопыляемых растений |
Отбор индивидуальный | Применяется в отношении |
| самоопыляющихся растений и при |
| искусственном самоопылении |
| перекрестноопыляемых растений с целью |
| выделения чистых линий – потомков одной |
| самоопыляющейся особи |
Селекция животных
По хозяйственно-ценнымпризнакам и экстерьеру
Скрещивание отдаленных пород, отличающихся контрастными признаками, для получения гетерозиготных популяций и проявления у их представителей гетерозиса
Скрещивание между близкими родственниками для получения чистых линий с желательными признаками
Применяется с целью выбраковки особей, по фенотипу не соответствующих породным стандартам
Применяется жесткий отбор по хозяйственноценным признакам, выносливости, экстерьеру и др.
Метод испытания | Не применяется |
производителей по |
|
потомству |
|
Экспериментальное | Применяется для получения более |
получение полиплоидов | урожайных форм |
Индуцированный | Применяется с целью получения исходного |
мутагенез | материала |
Используется метод искусственного осеменения от лучших самцов-производителей,качества которых проверяют по дочерям
Практически не применяется
Практически не применяется
Биологические особенности микроорганизмов и методы селекционной работы с ними
Биологические особенности микроорганизмов, учитываемые в селекции:
–высокую скорость размножения;
–большую частоту появления мутаций;
–неоднородность штамма и эффективность отбора.
Штамм (от нем. Stamm – ствол, основа; семья, племя) – чистая культура микроорганизма, выделенного из определенного источника или полученного в результате мутаций.
studfiles.net
Мутагенез в селекции древесных и кустарниковых пород
Тема: Мутагенез в селекции древесных и кустарниковых пород
Вопросы:
1. Эволюционное и селекционное значение мутаций.
Свойства мутаций.
Индуцированные мутации.
Использование искусственного мутагенеза в селекции растений.
Ключевые слова:
Мутации, мутанты, мутагенез, спонтанные мутации, индуцированные мутации, мутагены, физические мутагены, химические мутагены, генные мутации, хромосомные мутации, геномные мутации, плазмонные мутации, пластидные мутации, делеции, инверсии, транслокации, дупликации, морфологические мутации, физиологические мутации, биохимические мутации, полезные мутации, вредные мутации, летальные мутации, хозяйственно полезные мутации, гаметические мутации, соматические мутации.
Форма проведения занятий – аудиторные занятия, лекция.
Бюджет времени – 4 часа.
Количество двухчасовых занятий – 2.
Распределение бюджета времени:
- 2 час: рассмотрение теоретических основ мутагенеза в лесной селекции;
- 2 час: рассмотрение существующих мутагенных факторов и их классификация.
Литература:
Гуляев Г.В. Генетика. М.: Колос, 1971. – 344 с.
Мюнтцинг А. Генетика. Общая и прикладная. М.: Мир, 1967. – 611 с.
Веселовский И.А. Введение в генетику. М.: Колос, 1969. – 208 с.
Эллиот Ф. Селекция растений и цитогенетика. Изд-во. Иностранной литературы, 1961 – 448 с.
Уильямс У. Генетические основы и селекция растений. М.: Колос, 1968. – 448 с.
Ромедер Э, Шёнбах Г. Генетика и селекция лесных пород. М.: Изд-во с-х. литературы, журналов и плакатов,1962. – 268 с.
Эволюционное и селекционное значение мутаций
Мы рассмотрели с вами вопросы, касающиеся осуществления селекции методом гибридизации, и отметили, что в результате естественного или направляемого человеком скрещивания различных идиотипов возникают совершенно новые по своим признакам и свойствам организмы – гибриды. Они существенно расширяют общее разнообразие признаков и многообразие форм, воспроизводимых как естественным, так и искусственным путем, что в конечном итоге увеличивает базу отбора при селекции. Однако новый (в абсолютном (узком) смысле) наследственный материал при этом не образуется, поскольку эти действия не приводят к изменениям генофонда вида: новые аллели не образуются. Несмотря на необозримое количество комбинационных возможностей, реализуемых при гибридизации, наследственная изменчивость могла бы иметь границы, если бы сама наследственность оставалась неизменяемой (точнее, если бы неизменными оставались все гены, хромосомы и другие носители наследственной информации вида, притом, что рекомбинация и кроссинговер лишь создают новое сочетание). Вместе с тем в природе постоянно удается обнаруживать всё новые и новые признаки, возникновение которых невозможно объяснить только причинами комбинационных возможностей, возникающих при гибридизации. Изменения наследственно обусловленных признаков и свойств организмов вызываются иными причинами. Первые сведения о подобных явлениях датированы 1590 годом: в одном из садов Гейдельберга было зафиксировано появление нетипичной ланцетной формы растения Чистотел большой (Chelidonium majus L.).
Ч. Дарвин описал достаточно распространенное явление возникновения «спортов», представляющих собой почковые мутации, у ряда плодовых деревьев и кустарников. В частности были отмечены разноокрашенные плоды на ветках крыжовника, ветви с красными плодами на дереве желтоплодной сливы, образование плодов, похожих на плоды персика, на дереве миндаля и др. (рис. разноокрашенные цветки шиповника на слайдах М.В. Бессчетновой). Примеры мутаций у деревьев и кустарников достаточно многочисленны. В начале 19 века во Франции был отмечен факт возникновения среди типичных сеянцев барбариса обыкновенного формы с красными листьями, нетипичными для данного вида. Эта форма получила название Berberis vulgaris var. atropurpura. Эти изменения оказались наследственными, и форма дала начало потомству с совершенно красными листьями. В данном случае мы имеем дело с мутацией. Мутации дали начало многим культурным сортам роз и других декоративных растений. Мутации, приводящие к пестролистности, отмечены у кленов, бересклетов и других деревьев и кустарников (рис. 2; пестролистный бересклет японский - сфотографировать).
Основные понятия, термины и определения
Мутации – это внезапно появляющиеся и передающиеся по наследству изменения идиотипа (Э. Ромедер, Г. Шёнбах, 1962, стр. 82).
Мутации – это наследственные изменения, которые составляют генетическую основу изменчивости и служат сырым материалом для отбора и эволюции (У. Уильямс, 1968, стр. 137).
Из приведенного определения следует, что мутации являются одним из важнейших источников генетического разнообразия и, что особенно важно, внутривидового генетического разнообразия. Это имеет чрезвычайно большое значение для эволюции и селекции. В подавляющем большинстве случаев селекционная работа с растениями состоит в обнаружении и использовании мутаций, выразившихся в усилении ценных признаков, имеющих хозяйственное значение. В природе мутации представляют собой достаточно редкие явления, но они возникают непрерывно, накапливаются в генофонде популяций и становятся частью нормального спектра изменчивости диких и культивируемых видов. В подавляющем большинстве случаев новые мутации приводят к изменениям в худшую сторону, поскольку многие из наиболее «полезных» мутаций уже вошли в геномы растений в процессе длительной эволюции и селекции. При этом нередко полезные свойства мутаций сопряжены с наличием побочных отрицательных свойств, таких как стерильность, пониженная резистентность, меньшая продуктивность и т.п. Кроме того, новые мутации будут иметь положительное значение для организма только в том случае, когда они смогут их проявить. Например: повышенная устойчивость к грибным или иным заболеваниям будет иметь положительное значение только в случае, когда существует реальная опасность такого поражения растений, и организмы с повышенной устойчивостью получат преимущества в сохранении самих себя и своих потомков, т.е. эволюционно. Поскольку мутации возникают случайно и не направлено, а механизм их возникновения недостаточно изучен и понятен, то не может быть и целенаправленных гарантирующих положительный результат методов их искусственного получения. Мутационный процесс может быть ускорен, частота возникновения отдельных мутаций может быть увеличена путем искусственного применения мутагенов, но «полезные» мутации при современном уровне применяемых для этого технологий не могут быть получены по заказу, в то время как вредные мутации, как правило, возникаю в изобилии (У. Уильямс, 1968, стр. 137). Тем не менее, увеличение частоты мутаций обеспечивает большие возможности отбора: больше шансов найти «нужный» вариант наследственных изменений в особях при их большем количестве.
Любое самовоспроизводящееся (наследственно закрепленное) изменение в генах, хромосомах или цитоплазме может дать мутационный фенотип. С этих позиций изменения в численном наборе хромосом, такие как добавление или утрата целых отдельных хромосом или геномов (полиплоидия и анеуплоидия) может рассматриваться как мутации в самом широком смысле этого термина. Не исключена вероятность существования целого класса мутаций, связанных с изменениями во внутренней структуре самих генов, т.е. с изменениями гена на молекулярном уровне. Их принято относить к «истинным» генным мутациям. Сведений о них к настоящему времени накоплено много, но поскольку молекулярная природа мутантных и немутантных аллелей до конца не понятна, все эти мутации относят к косвенным или случайным.
Доминантные жизнеспособные мутации почти всегда обусловлены структурными перестройками хромосом.
Мутации – это прерывистые скачкообразные изменения наследственных структур, возникающие под влиянием факторов среды (Котов, 1997, стр. 153).
Мутационная изменчивость – это изменчивость, обусловленная возникновением мутаций. (Котов, 1997, стр. 153).
Мутанты – это организмы с мутировавшими клетками. (Котов, 1997, стр. 153).
Мутанты – это особи, обладающие мутациями (Э. Рмедер, Г. Шёнбах, 1962, стр. 82).
Мутации классифицируют по различным признакам (привести таблицу по Котову, 1997) в зависимости от того, на каком уровне организации наследственных структур они находятся и какие гентические структуры затрагивают. При этом различают мутации генные, хромосомные, геномные, пластидные, плазмонные.
Генные мутации – это наследственные изменения, связанные с появлением новых аллелей.
Они возникают на уровне нуклеотидов в результате их потери или удвоения, изменения порядка чередования или вставки одного или нескольких нуклеотидов в молекулах ДНК. Поскольку фиксированных границ между триплетами нуклеотидов не существует, все перечисленные изменения в молекулах ДНК приводят и к изменению общего порядка считывания наследственной информации, заключенной в этих молекулах.
Хромосомные мутации – это мутации, возникающие вследствие разрывов хромосом.
Существенным моментом при этом является возможность присоединения оторванной части хромосомы к той же или к любой другой хромосоме либо её элиминация (деструкция, исчезновение, уничтожение) в процессе деления клетки.
Состояния структурно измененных в процессе мутации хромосом получили свои определения: делеции, дупликации, инверсии, транслокации.
Делеция – это потеря части хромосомы. Возникает, когда от хромосомы отделяется какой-либо её участок. Такие изменения иногда называют нехватками.
Геномные мутации – это мутации, связанные с изменением числа хромосом в клетке. Такие изменения в генетической структуре организмов относятся к полиплоидии, что в дальнейшем будет рассмотрено более детально.
Спонтанные мутации – это мутации, естественно возникающие в природе. Спонтанные мутации могут происходить как в естественных популяциях, так и в искусственно созданных насаждениях, при культивировании растений.
Индуцированные мутации – это мутации, вызванные искусственным и целенаправленным воздействием на растения.
Следует иметь в виду, что по своей природе спонтанные и индуцированные мутации одинаковы.
Принципиально мутации могут возникнуть в любой части растительного организма, в любых клетках, как в клетках собственно тела (соматических клетках), так и в половых клетках (гаметах) с редуцированным числом хромосом.
Гаметические мутации – это мутации, возникшие гаметах. Если мутировавшая гамета участвует в процессе оплодотворения и образования зиготы, то все клетки развившегося из такой зиготы организма будут мутировавшими. Само растение будет являться мутантом.
Мутации соматических клеток передаются только тем клеткам организма, которые смогут образоваться от мутировавших соматических клеток. Вследствие этого в организме могут одновременно присутствовать и развиваться клетки с разным генотипом (нормальным и мутантным). Такие растения называются химерами или химерными организмами. Ткани или части растений с нормальными и мутантными клетками могут заметно различаться в морфологическом отношении и физиологически. Выражение соматических мутантов у двудольных растений можно понять, лишь учитывая наличие трех гистогенных слоев различимых в примордиях. Эти сведения вы получили, осваивая курс ботаники. Наружный слой дает начало эпидермису. Второй, или гиподермальный слой, дает начало ряду тканей, включая палисадную паренхиму листьев, а также материнские клетки мегаспор и микроспор. Третий слой клеток образует при своем делении все внутренние корковые ткани. Если мутация возникнет в примордии, то большая часть ткани, развившейся из слоя, в котором локализована мутантная клетка или клетки, будет мутантной, и организм будет развивать смесь из клеток, имеющих разные генотипы.
Следствием мутаций могут оказаться различные изменения внешних признаков и физиологических или биохимических свойств деревьев и кустарников. В соответствие с этим их относят к морфологическим, физиологическим или биохимическим мутациям. В конечно итоге все изменения морфологических характеристик или физиологии растений являются следствием изменения биохимических процессов.
Свойства мутаций
Мутации возникают в наследственных структурах клеток, в силу чего могут наследоваться. Характер наследования зависит от природы мутаций, хотя в основе лежат общие закономерности их наследования. Эти закономерности можно свести к следующим основным положениям.
1. Частота мутирования характерна для каждого локуса и зависит от особенностей самого гена, генотипа организма, его физиологического состояния и проявления факторов среды. Было отмечено, что разные гены растений могут проявлять неодинаковое число мутаций даже при воздействии одного и того же фактора. По древесным и кустарниковым растениям эти сведения крайне ограничены, но по культурным сельскохозяйственным растениям имеются. Например: у кукурузы частота возникновения мутаций в разных генах колеблется от 1 до 492 мутаций на 1 миллион гамет. Ген, обуславливающий морщинистость зерна мутирует с частотой 1 раз на миллион гамет, ген пурпурной окраски – 11 раз на миллион, ген желтой окраски эндосперма – 492 раза на миллион. На этом основании выделяют гены стабильные и лабильные. Известны случаи, когда разные факторы вызывали неодинаковое количество мутаций даже у одного и того же вида. Результативность факторов воздействия изменяется в неодинаковых условиях среды (при насыщении воздуха кислородом, при резких перепадах температуры), зависит от сроков хранения семян и возраста организма.
2. Ген может мутировать как в прямом, так и в обратном направлениях. В соответствие с этим их называю прямыми и обратными. Сказанное справедливо лишь в отношении генных мутаций. Большинство исследователей считают, что хромосомные мутации необратимы. Ряд специалистов высказывает мнение о том, что генные мутации также необратимы и явление обратимости генных мутаций объясняется возможностью таких изменений в генах при мутациях, при которых измененный первоначально ген, вновь может мутировать в состояние, соответствующее его первоначальному состоянию.
Прямые мутации – это мутации гена из доминантного (дикого) состояния в рецессивное.
Индуцированные мутации
Известно, что на частоту возникновения мутаций заметное воздействие оказывают влияния достаточно широкого перечня факторов. В соответствие с природой возникновения их принято относить к одной из следующих классификационных групп: ионизирующее излучение электромагнитноволновой и корпускулярной природы, химические соединения.
Ультрафиолетовый свет
Ультрафиолетовый свет является единственным из известных на сегодняшний день неионизирующих излучений, способным вызывать значительное повышение частоты возникновения мутаций. Ультрафиолетовые лучи относятся к электромагнитным колебаниям с длиной волны менее, чем в пределах спектра видимого света, но не являются ионизирующим облучением. Их действие связано со способностью вызывать при проникновении в клетки тканей возбуждение молекул и атомов, что в конечном итоге может привести к образованию мутаций. Длина волны ультрафиолетового света во много раз больше, чем у рентгеновских и гамма-лучей и составляет 2000 – 4000 Ао. Это обусловливает и их меньшую проникающую способность: они практически полностью задерживаются поверхностными тканями организмов. Следует учитывать, что при воздействии на биологические объекты ультрафиолетовым светом крупные хромосомные перестройки возникают значительно реже, чем в результате воздействия ионизирующего излучения. Кроме того, использование ультрафиолетового света для получения мутаций у высших растений, в частности у деревьев и кустарников, затруднено вследствие его неспособности проникать через ткани, окружающие половые органы. Ультрафиолетовое облучение семян, покоящихся почек, листьев, побегов, как правило, неэффективно. Вместе с тем, обработка пыльцы оказывается результативной и приводит к образованию мутаций.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Если бы ультрафиолетовый свет легко проникал через ткани высших растений и вызывал бы большое число мутаций, то общий естественный уровень возникновения мутаций организмов на земле был бы чрезвычайно высок, поскольку ультрафиолетовые лучи в значительной степени достигают поверхности Земли. Это привело бы к снижению стабильности (устойчивости во времени) форм, видов, всей филогенетической системы в целом и дало бы иную картину эволюционной адаптированности растений к существующим параметрам среды. Очевидно, сложилось бы иное равновесное состояние в процессе эволюционной адаптации видов к условиям среды, которое позволило бы им на ином уровне обеспечить достаточную генетическую стабильность в конкретных условиях.
Вместе с тем как фактор, способный вызывать индуцированные мутации у многих организмов, ультрафиолетовый свет может быть использован в ряде случаев при работе с высшими растениями (обработка пыльцевых зерен, точек роста корней и побегов и др.).
Рентгеновские лучи
Впервые мутагенное действие рентгеновских лучей было показано Т.А. Надсоном и Т.С. Филипповым на дрожжах в 1925 году.
На протяжении длительного времени и до настоящего момента рентгеновские лучи выступают одним из широко применяемых средств индукции мутаций. Это обусловлено рядом причин.
1. Рентгеновские аппараты доступны многим организациям и учреждениям, и управление им не представляет большой сложности.
2. Рентгеновскими лучами сравнительно просто обрабатывать семена, пыльцу и другие части растений.
3. При работе с рентгеновскими лучами легко осуществлять измерения дозы облучения.
4. Рентгеновский аппарат легко выключить, моментально прервав процесс облучения, в то время как источники радиоактивного излучения функционируют непрерывно.
5. Использование рентгеновских лучей не порождает проблем контроля, загрязнения, удаления, которые возникают в случае применения быстрых или тепловых нейтронов, изотопов и биологически активных химических веществ.
Вместе с тем работа с рентгеновскими аппаратами требует соблюдения определенных правил безопасности персонала и людей, находящихся в непосредственной близости.
Дозы облучения, необходимые для возникновения мутаций, будут неодинаковыми для различных растений, их различных частей и разных состояний обрабатываемого объекта. Опытным путем установлено, что обрабатывать покоящиеся семена следует более высокими дозами, чем прорастающие семена или вегетирующие части растений. В каждом конкретном случае необходимо экспериментально определить критическую дозу. Чаще всего она может быть от нескольких тысяч (5000 – 7000) рентген до нескольких десятков тысяч рентген (40000 – 60000).
Гамма-лучи
Источником гамма-лучей, применяемых в работах с биологическими объектами, служат радиоактивные элементы, такие как радий, радон, радиоактивный кобальт-60 и радиоактивный цезий-137. Гамма-лучи являются электромагнитным излучением, подобным рентгеновским лучам, но с более короткой длиной волны. Они обладают большей, по сравнению с рентгеновскими лучами, проникающей способностью. Поскольку природа гамма-лучей близка природе рентгеновских лучей, их дозу принято также измерять в рентгенах.
При больших объемах работ создают гамма-поля (рис. по Гужов, Фукс, Валичек). Это участки, как правило, в форме круга. В центре участка устанавливается специальный металлический цилиндр, в котором размещают источник гамма-лучей – радиоктивный изотоп кобальта-60 или цезия-137. Такие устройства получили название «кобальтовая пушка». При включении установки источник облучения поднимается вверх, после отключения – опускается глубоко под землю. Интенсивность излучения чаще всего регулируется изменением расстояния от источника до обрабатываемого растения. Растения размещаются по окружностям заданного радиуса. Подобные установки можно размещать на специальных питомниках древесных и кустарниковых пород.
Корпускулярные излучения
Поток нейтронов
Одним из эффективных средств получения мутаций служат потоки нейтронов. В соответствие с энергией, которой они обладают и скоростью их движения различают быстрые и тепловые или замедленные нейтроны. Источником потока быстрых нейтронов, обладающих особенно высокой проникающей способностью, являются ядерные реакторы и циклотроны. Вполне объяснимо, что работы по облучению биологических объектов потоками нейтронов стали возможны только после того, как было создано достаточное число ядерных реакторов (на атомных электростанциях и пр.) и циклотронов. Быстрые нейтроны можно замедлять графитовыми экранами до такой степени, что их скорость становится равной скорости теплового движения. Такие замедленные нейтроны называют тепловыми нейтронами. Для индуцирования мутаций применяют как потоки быстрых нейтронов, так и потоки тепловых нейтронов.
Определение дозы нейтронного облучения достаточно сложно. Чаще всего дозу нейтронного облучения измеряют в физических эквивалентах рентгена. В этом случае энергию, затрачиваемую на ионизацию, считают эквивалентной энергии, поглощенной 1 г воды при облучении рентгеновскими лучами в дозе 1 рентген.
Химические мутагены
Действие химических мутагенов зависит от дозы мутагена. По результатам многочисленных опытов было установлено, что частота возникновения мутаций и их характер зависят от концентрации действующего вещества. При низких концентрациях возникают, как правило, малые мутации, касающиеся преимущественно количественных признаков. Увеличение концентрации приводит к возрастанию числа резких мутационных изменений, связанных с перестройкой хромосом. Считается (Гуляев, 1971, стр. 196), что химические мутагены вызывают преимущественно точковые мутации, относимые к генным мутациям. Они, как правило, затрагивают физиологические и количественные признаки. Использование химических мутагенов в высоких концентрациях приводит к возникновению перестроек в хромосомах, аналогичных тем, которые возникают при воздействии ионизирующих облучений.
Количественный перечень химических мутагенов достаточно развернут, поэтому его принято подразделять на определенные группы (Гуляев, 1971, Уильямс, 1968, стр. 166).
1. Ингибиторы азотистых оснований, входящих с состав нуклеиновых кислот. К этой категории веществ относятся: кофеин, этилуретан, теобромин, 5-аминоурацил и др. Эти мутагены подавляют синтез гуанина и тимина, вследствие чего образуются нетипичные основания, которые способны включаться в ДНК, вызывая при этом мутации.
2. Аналоги азотистых оснований, включающиеся в нуклеиновые кислоты. В эту группу веществ входят кофеин, 5-бромурацил и другие галогеносодержащие аналоги тимина. Перечисленные соединения включаются в состав ДНК на место тимина, чем меняют химический состав нуклеиновых кислот, вызывая мутации.
3. Алкирующие соединения. В эту категорию веществ входит большинство всех известных химических мутагенов. Наиболее активны и широко применяются: диметилсульфат (ДМС), диэтилсульфат (ДЭС), этиленимин (ЭИ), нитрозоэтилмочевина (НЭМ), этилметансульфонат, иприт (горчичный газ) и его аналоги. Некоторые исследователи (У. Уильямс, 1968, стр. 166) выделяют иприт и его аналоги в отдельную группу химических мутагенов. Алкирующие соединения отличаются тем, что имеют в своем составе различные радикалы, в которых водород может заменяться через азот, кислород или серу отрицательно заряженными частями ДНК, РНК, белков и некоторых других компонентов клетки. В ДНК наиболее активно алкируются фосфатные группы и азотистые основания, особенно гуанин. В результате реакции алкирования происходит разрушение сахарно-фосфатной связи и нить ДНК разрывается. При алкировании азотистых оснований в ДНК нарушается точность авторепродукции и вместо пары Г – Ц может образоваться аномальная пара Г – Т.
4. Окислители, восстановители и свободные радикалы. К данной группе веществ относятся: азотистая кислота, перекиси, альдегиды, соли тяжелых металлов, кислород и др. Чаще всего их действие проявляется в дезаминировании компонентов ДНК, что в конечном итоге приводит к образованию аномальных пар: под действием азотистой кислоты аденин соединяется не с тимином, а с цитозином; дезаминированный цитозин превращается в урацил, который затем соединяется с аденином, и пара Ц – Г заменяется на У – А.
5. Акридиновые красители. Мутагенный эффект акридиновых красителей (или акридинов), основан на их способности, реагируя с ДНК, образовывать комплекс, препятствующий нормальной репликации её молекулы. В результате такого воздействия во вновь синтезированной молекуле ДНК выпадает или оказывается лишней одна или несколько пар азотистых оснований, следствием чего являются различные мутации.
Заключение по мутациям
1. Мутации происходят естественно в природных условиях у всех организмов, от бактерий и до человека, включая древесные и кустарниковые виды. Мутационная изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого.
2. Мутации можно получить искусственно, воздействуя на выбранные организмы соответствующими внешними факторами. Частота их при этом увеличивается во много раз по сравнению с частотой естественных мутаций.
3. Мутации являются результатом сложных физиологических и биохимических процессов, происходящих в клетках и имеющих физико-химическую природу.
4. Изменения генетических структур клетки, происходящие в результате мутаций, обусловливают различные фенотипические изменения, касающиеся любых внешних (морфологических) или внутренних (физиологических, биохимических) особенностей организма. Они наследуются и стойко сохраняются в ряду последующих поколений.
5. Мутационный процесс при современных методах воздействия на организмы, кроме получения полиплоидных форм, является ненаправленным, Мутации не адекватны внешним воздействиям. Мутационные изменения могут затрагивать любые признаки и свойства организмов, и отклонения от исходного типа могут происходить во многих возможных направлениях.
6. Наследственная изменчивость организма какого-либо вида или формы не может идти в каком угодно направлении, она материально обусловлена возможностями изменений его генетических структур (из мухи невозможно получить слона).
Вопросы и задания для самопроверки и контроля знаний.
1. В чем состоит эволюционное и селекционное значение мутаций?
2. Сформулируйте определение понятий «мутации», «мутанты», «мутационная изменчивость»?
3. Какие типы мутаций различают в зависимости от того, на каком уровне организации наследственных структур они находятся и какие генетические структуры затрагивают?
4. Какие мутации относят к генным?
5. Какие мутации относят к хромосомным?
6. Как называются состояния структурно измененных в процессе мутации хромосом?
7. Сформулируйте определения понятий «делеция», «дупликация», «инверсия», «транслокация».
8. Сформулируйте определения понятий «геномные мутации», «плазмонные мутации», «пластидные мутации».
9. В чем состоят различия между спонтанными и индуцированными мутациями?
10. Сформулируйте определения понятий «гаметические мутации», «соматические мутации».
11. Сформулируйте определения понятий «морфологические мутации», «физиологические мутации», «биохимические мутации».
12. Сформулируйте определения понятий «вредные мутации», «летальные мутации», «нейтральные мутации», «биологически полезные мутации», «хозяйственно полезные мутации».
13. В чем заключаются основные свойства мутаций?
14. Как представлены основные мутагенные факторы?
15. Что входит в состав физических мутагенных факторов волновой природы?
16. Что входит в состав физических мутагенных факторов корпускулярной природы?
17. Как представлена классификация химических мутагенов?
18. Создайте систему вопросов тестирования остаточных знаний в стиле компьютерной игры «Игры разума», ориентированной на тему настоящей лекции.
Тема: Мутагенез в селекции древесных и кустарниковых пород
Вопросы:
1. Эволюционное и селекционное значение мутаций.
Свойства мутаций.
Индуцированные мутации.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
zdamsam.ru
Методы селекции - гибридизация, отбор, полиплоидия, искусственный мутагенез
"Введение в общую биологию и экологию. 9 класс". А.А. Каменский (гдз)
Вопрос 1. Перечислите методы селекционной работы.Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию, искусственный мутагенез.В основе селекции растений лежит искусственный отбор, когда человек отбирает растения с интересующими его признаками. До ХVI-ХVП вв. отбор происходил бессознательно, то есть человек, например, отбирал для посева лучшие, самые крупные, семена пшеницы, не задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении. Только в последние столетия человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно и целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени. Также отбор используют в селекции животных.Для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками и в дальнейшем, отбирая из потомства, те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно. Например, один сорт пшеницы отличается прочным стеблем и устойчив к полеганию, а другой сорт с тонкой соломиной не заражается стеблевой ржавчиной. При скрещивании растений этих двух сортов в потомстве возникают различные комбинации признаков. Но отбирают именно те растения, которые одновременно имеют прочную соломину и не болеют стеблевой ржавчиной. Так создается новый сорт. Гибридизация — естественное или искусственное скрещивание особей, отличающихся по своим признакам и относящихся к разным сортам, породам, штаммам, видам. В результате гибридизации получают гибриды. Гибриды образуются путем объединения наследственного материала генотипически разных организмов и характеризуются новыми признаками или новыми их сочетаниями. Из-за трудностей в получении массового потомства от пары родителей с нужным человеку признаком в селекции животных применяют близкородственное скрещивание, или инбридинг (англ, in — в, внутри; brееding - разведение), при котором между собой скрещиваются особи из одного помета или родительские особи — 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 (англ. out - вне; brееding - разведение) — скрещивание неродственных форм одного вида. При этом не должно быть общих предков в ближайших 4—6 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. Такими признаками может быть молочность и жирномолочность у быков или яйценоскость у петухов. 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 у породы, то делают вывод о большой ценности производителя. Такой метод применяют в племенной селекционной работе. В селекции проводят и скрещивание организмов, относящихся к разным видам или даже родам. В этих случаях имеет место отдаленная гибридизация — довольно сложный процесс, так как у организмов, относящихся к разным видам и тем более к разным родам, различный генетический материал (число и строение хромосом). Очень часто такое скрещивание приводит к образованию бесплодных (стерильных) гибридов, не дающих потомства. Однако благодаря кропотливой работе ученых-селекционеров получены межродовые гибриды, способные размножаться. Впервые это удалось сделать Г.Д. Карпеченко при получении капустно-редечного гибрида. В результате отдаленной гибридизации было получено новое культурное растение - тритикале - гибрид пшеницы с рожью (лат. Triticum пшеница и Secale - рожь). Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве. Имеются отдалённые гибриды и среди животных.Полиплоидия — получение полиплоидов, т. е. организмов, у которых число хромосом увеличено в два, три и более раз. В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В основе явления полиплоидии лежат следующие причины: каждому виду живых организмов присущ строго определенный набор хромосом. В половых клетках все хромосомы различны. Такой набор называется гаплоидным и обозначается буквой п. Клетки тела (соматические) обычно содержат двойной набор хромосом, называемый диплоидным (2n). Если хромосомы, удвоившиеся в процессе деления, не разойдутся в дочерние клетки, а останутся в одном ядре, то возникает явление кратного увеличения числа хромосом, называемое полиплоидией. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидные клевер, рожь и твердая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого в селекции растений.Искусственный мутагенез — метод селекции, основанный на воздействии на организмы мутагенов, вызываю¬щих различные мутации. Путем искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в десятки раз больше антибиотиков, чем исходные формы. Сейчас в мире культивируют более 250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза. Это сорта кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, декоративных растений.Технологию получения необходимых человеку веществ из живых клеток или с их помощью называют биотехнологией. Чаще всего для биотехнологии используют бактерии, грибы, водоросли. Эти организмы относительно неприхотливы, очень быстро размножаются и способны выделять вещества, применяемые человеком в различных областях хозяйства. Биотехнология применяется в пищевой промышленности, медицине, охране природы и др. С помощью бактерий и грибов получают витамины, гормоны, антибиотики и т.п. К настоящему времени получены новые формы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, загрязняющие окружающую среду. Основные методы биотехнологии: клеточная инженерия и генная инженерия. Клеточная инженерия — это выращивание клеток какого-либо организма на искусственных питательных средах, где эти клетки размножаются, растут и выделяют необходимые человеку вещества. Так, например, делаются попытки выращивания культуры клеток желез внутренней секреции для получения гормонов. Сущность генной инженерии состоит в том, что в организм (чаще прокариотный) встраивается ген или группа генов другого организма. В результате можно заставить клетку микроорганизма синтезировать те белки, которые она раньше вырабатывать не могла. Делаются попытки переноса генов, отвечающих за фиксацию азота у азотфиксирующих бактерий, в другие почвенные микроорганизмы. При этом в почву из воздуха будут поступать большие количества азота, что сделает ненужными азотистые удобрения. Получены искусственные мутанты кишечных микробов, в которые встроен ген инсулина — гормона поджелудочной железы, жизненно необходимого людям, больным сахарным диабетом.
Вопрос 2. Чем массовый отбор отличается от индивидуального?Массовый отбор характеризуется тем, что его проводят только по фенотипу, т.е. с учетом лишь совокупности признаков организма. Из потомства берут особей с нужными признаками и снова скрещивают их между собой. Массовый отбор обычно применяют для перекрестно опыляемых растений и для животных. Направлен этот отбор на поддержание данной породы или определенного сорта на заданном хозяйственном уровне.При индивидуальном отборе выбирают отдельную особь и при последующих самоопылении у растений или близко¬родственных скрещиваниях у животных выводят чистые линии. Чистые линии — группы генетически однородных (гомозиготных) организмов — являются ценным материалом селекции.
Вопрос 3. Что такое гетерозис?Гетерозис проявляется в том, что гибриды обладают выдающимися качествами (большим ростом, весом, устойчивостью к заболеваниям и т. п.) по сравнению с родительскими формами. Если провести перекрестное опыление между разными «чистыми» линиями растений, то в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации часто приводит к эффекту гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. К сожалению, эффект гетерозисной мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается.Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина — объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.
buzani.ru
Применение индуцированного мутагенеза в селекция
Наследственные изменения какого-либо признака — мутации — возникают в результате структурных изменений генов или хромосомных перестроек. Организмы, несущие измененные признаки, называются мутантами, а факторы, вызывающие мутацию, — мутагенами. Большинство возникающих изменений относится к вредным или бесполезным. Но какая-то часть мутаций оказывается полезной для селекционера: появляются формы неполегающие, иммунные, с цитоплазматической стерильностью, скороспелые и т. д.
Одно из преимуществ метода мутагенеза перед методом гибридизации — возможность получения форм с совершенно новыми ценными признаками, отсутствовавшими ранее у данной культуры, например с резко измененным химическим составом (сорт подсолнечника Первенец).
Мутации вызываются многими радиационными и химическими мутагенами. К радиационным мутагенам относятся различные виды излучения: нейтроны, альфа-частицы, гамма-лучи, рентгеновские лучи, лазер и т. д. Наиболее простой метод получения мутаций — обработка радиационными мутагенами семян или пыльцы растений, которая затем используется для опыления. Для хронического облучения вегетирующих растений их выращивают на специальных площадках, в центре которых помещен источник облучения. Наибольший процент мутаций имеет место при дозах облучения, близких к критическим, когда более половины обработанных растений погибает. Но выход полезных мутаций при больших дозах, как правило, невысок, поэтому дозы применяют в 1,5—2 раза ниже критических. При облучении семян пшеницы, ячменя, гороха применяется доза 50— 100 гр (1 гр=100 рад), а при облучении пыльцы дозы уменьшаются до нескольких грей.
Радиационные мутагены обычно вызывают широкий спектр мутаций, но обладают меньшей направленностью действия, чем различные химические мутагены, у которых доля полезных мутаций значительно выше (30—60% и более). Среди мутантов, полученных при помощи химических веществ, чаще обнаруживаются формы с полезными изменениями нескольких признаков или свойств.
В закрытом эксикаторе создается атмосфера, насыщенная парами мутагена, который легко проникает в семена. Химическими мутагенами обрабатывают также черенки, клубни, вводят их в стебель растения и т. д.
Количество и ценность возникающих мутаций зависят от вида облучения или химического мутагена, от дозы облучения и концентрации мутагенов, от состояния объекта обработки и от условий облучения (температуры, влажности и т. д.). На знании этих особенностей основана разработка приемов снижения повреждающего эффекта мутагенов.
Мутабильность зависит и от генотипа растения. Разные сорта дают неодинаковый процент мутантов при обработке одним и тем же мутагеном.
Для выявления мутантов обработанные семена высевают и в первом поколении (M1) отбирают доминантные мутации, но они редки. Рецессивные мутации выявляют в М2 и М3. Растения с ценными отклонениями отбирают и проверяют по потомству обычными методами. Менее трудоемок метод пересева. При этом семена без отборов пересевают несколько раз, а после прекращения расщепления отбирают растения, которые затем проверяют по потомству. Перекрестное опыление создает дополнительные затруднения при выявлении мутаций.
Пути использования индуцированных мутантов различны. Возможен отбор ценных мутантов с изменениями, как по отдельным признакам, так и по их комплексу. Мутанты широко используются для гибридизации, их скрещивают друг с другом и с сортами, в том числе и с исходными. Скрещивание ряда мутантов, устойчивых к отдельным расам болезни, позволяет создавать формы, устойчивые ко многим ее расам. Индуцированный мутагенез позволяет решать и специфические селекционные задачи — разрывать сцепление генов, получать транслокации (перемещения хромосомных сегментов) и т. д.
В нашей стране получены хозяйственно ценные мутанты многих культур — устойчивые к мучнистой росе, стеблевой и желтой ржавчине, пыльной и твердой головне, с повышенной продуктивностью, очень скороспелые. Особенно часты мутанты с прочной соломиной. При гибридизации широко используют мутанты в качестве доноров этих ценных признаков. Многие мутантные формы проходят государственное сортоиспытание. Число районированных мутантных сортов постоянно увеличивается.
| Следующая > |
ogorodstvo.com
