Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов. Селекция растений и животных и микроорганизмов
Селекция микроорганизмов. Методы и значение селекции в биологии
Бактерии, актиномицеты, микоплазмы, простейшие и одноклеточные эукариоты – это микроорганизмы, которые человек сумел применить в промышленном производстве, сельскохозяйственной деятельности, медицине.
Насчитывается примерно 100 тыс. видов микроорганизмов и около сотни из них активно используются людьми. В конце прошлого столетия особенно активно стали заниматься изучением генома микроорганизмов и разработали ряд методов управления биохимическими процессами.
Селекция микроорганизмовДля эффективного производства необходимы такие качества микроорганизмов как:
- Быстрый рост;
- недорогие условия для размножения и жизнедеятельности бактерий;
- недопустимость заражения людей мутированными микроорганизмами.
Основная задача селекционеров выводить новые штаммы, с точно установленными характеристиками и способствовать их внедрению в производство.
Биотехнология — наука, изучающая применение живых организмов и их биологических свойств, для выработки новых, полезных веществ используемых человеком. Бактерии, простейшие, грибы, клетки растений и животных являются основными объектами изучения биотехнологии.
Чем селекция микроорганизмов отличается от селекции растений и животных?
- Для работы есть обилие исходного материала — за короткий промежуток времени на питательной среде вырастают миллионы колоний бактерий;
- мутационные изменения можно увидеть уже в первом поколении, так как набор хромосом клеток простейших одинарный, что делает селекцию эффективней;
- структура генома бактерий проще, чем у растительных и животных клеток. Поэтому не так трудно отрегулировать действие генов друг на друга.
Учитывая характеристики и особенности селекции микроорганизмов, были разработаны особые методы их исследований. Селекционеры используют такие методы селекции: генетическую инженерию, искусственный мутагенез и отбор.
Методы селекции микроорганизмов
Генетическая инженерия
Генетическая инженерия — метод, который дает возможность внедрять необходимый наследственный материал, полученный из клетки одного организма, в геном другого. Образованные таким путем микроорганизмы называются трансформированными.
В генной инженерии чаще всего используется Escherichia coli, бактерия, обитающая в кишечном тракте человека. Благодаря ей продуцируется гормон роста — соматотропин, инсулин, который прежде можно было получить только из клеток поджелудочных желез домашних животных, интерферон, используемый для лечения вирусных заболеваний.
Процесс получения трансформированных микроорганизмов делится на ряд последовательных стадий.
Генетическая инженерияСтадии получения трансформированных микроорганизмов
Поиск нужных генов и вырезание их из генома. Это возможно благодаря действию специфичных ферментов — рестриктаз.
Образование субстрата — особой конструкции, в ее составе необходимая закодированная характеристика будет встроена в геном другой клетки. Для формирования субстрата используют двухцепочечные кольцевые молекулы (плазмиды).
Ген встраивают в плазмиду под действием ферментов, которые осуществляют лигирование – соединение двух молекул. Генетическая конструкция состоит из определенных частей — это промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор, которые нужны для контроля генов. В структуре новообразованной конструкции находятся также маркерные гены, которые обеспечивают проявление новых характеристик, отличающих ее от первичных клеток.
Трансформация — введение новой генетической информации в геном микроорганизма.
Скрининг — сортировка бактерий, выбор организмов с успешно внедренными характеристиками.
Дальнейшее размножение полученных бактерий.
Искусственный мутагенез
Для получения желаемых мутаций на микроорганизмы воздействуют рентгеновскими лучами, ультрафиолетом, химическими соединениями, что повышает скорость мутирования и его эффективность.
Искусственный отбор
Проводят отбор штаммов с высокой синтезирующей активностью.
Перед отбором производительных штаммов, селекционер длительное время работает с первоначальным геномом клеток. Используются разные методы перестройки генома: конъюгация, трансдукция, трансформация.
Конъюгация – перенос части генетического материала при непосредственном контакте двух бактериальных клеток, дала возможность создать штамм, который может утилизировать углеводороды нефти.
Амплификация — умножение числа копий необходимого гена. Благодаря амплификации многократно удалось повысить синтез антибиотиков.
Стимуляция мутаций — необходимый этап в селекции. Изменения генома микроорганизмов возникают не так часто как в клетках растений и животных. Но возможность выделения этой мутации у бактерий гораздо выше, чем у других организмов, потому что получить миллиарды колоний микроорганизмов можно легко и быстро.
Отбор по производительности (например, бактерий синтезирующих антибиотики) происходит по степени влияния трансформированного штамма бактерии на рост и размножение болезнетворного микроорганизма. Их селят на питательную среду и определяют активность штамма по диаметру очага, где рост патологических бактерий замедлен или отсутствует. Для дальнейшей работы используют самые продуктивные виды бактерий.
Так традиционные методы селекции микроорганизмов (мутагенез и искусственный отбор) дали возможность при селекции грибов Penicillium, ускорить синтез антибиотика пенициллина в тысячи раз соотносительно с первоначальным штаммом.
Значение и роль в биологии селекции микроорганизмов
Широко применяются в медицинской промышленности для изготовления лекарственных средств – антибиотиков, незаменимых при лечении бактериальных заболеваний. Необходимы для синтеза ферментов, витаминов, аминокислот.
Для производства продуктов питания применяются дрожжевые грибки, с помощью селекции выделяют виды, которые наиболее быстро вызывают брожение теста и повышают качество продукции.
Примером селекции микроорганизмов также служит использование новых штаммов для изготовления молочнокислых продуктов, виноделия.
В сельском хозяйстве для получения силоса или для защиты растений также используют трансформированные микроорганизмы.
animals-world.ru
Селекция растений животных и микроорганизмов
Селекция растений
Предметом селекции растений является теоретическая разработка и практическое выведение новых сортов растений, а также усовершенствование старых сортов.
Селекция растений широко использует общие методы селекции, но имеет свои особенности по сравнению с селекцией животных и микроорганизмов.
В селекции растений большую роль играет разнообразие селекционного материала. Вопросам изучения разнообразия исходного материала посвящены труды Н. И. Вавилова и его последователей. Были исследованы центры происхождения современных растений, возделываемых человеком. Н. И. Вавилов выделил восемь таких центров, наиболее важными среди которых являются:
1) Китайский (Восточно-азиатский) — здесь были выведены соя, некоторые сорта ячменя, лука, баклажан, груш, яблонь и других растений;
2) Среднеазиатский — родина пшеницы и зернобобовых культур;
3) Средиземноморский — родина многих овощей (капусты, петрушки, репы, лука репчатого и т. д.), кормовых культур;
4) Южно-американский — родина картофеля, подсолнечника, арахиса, маниоки и других культурных растений.
В этих центрах и в настоящее время произрастают предки современных культурных растений и их можно (и нужно) использовать в селекции растений. Были созданы фонды и коллекции семян исходных форм растений, которые использовались учеными-селекционерами для выведения новых сортов растений.
В селекции растений организмы можно условно разделить на две группы: одно- и двулетние травянистые формы и многолетние древесно-кустарниковые формы. К этим группам растений применимы разные методы селекции. Для первой группы более широко применим массовый отбор и в меньшей степени — индивидуальный, для второй группы более применим индивидуальный отбор.
В выведении новых сортов растений для близкородственного скрещивания используют самоопыление и получают чистые линии (этот метод применим для всех растений).
Получение «чистых линий» практикуют не только для собственно селекционной работы, но и для повышения урожайности растений, используя явление гетерозиса.
Гетерозис — резкое усиление продуктивности организмов первого поколения, полученного при скрещивании особей «чистых линий».
В селекции растений широко применяют явление полиплоидии для преодоления барьера нескрещиваемости при межвидовой гибридизации и повышения урожайности некоторых растений, например сахарной свеклы. Полиплоидия, помимо сахарной свеклы, характерна для пшеницы, ржи, турнепса и др. растений.
Спецификой селекции растений является применение соматических мутаций, так как растения способны к вегетативному размножению. За счет применения таких мутаций был выведен сорт яблок Антоновка полуторафунтовая (шестисотграммовая). Использование соматических мутаций возможно из-за широкого применения метода прививок, специфического метода, возможного для многолетних древесно-кустарниковых форм, к которым относятся многие плодово-ягодные культуры.
Прививки и вегетативная гибридизация являются специфическими методами в селекции плодово-ягодных культур. Ученым-практиком, широко применявшим эти методы в селекции плодово-ягодных культур, был И. В. Мичурин. Он также использовал и метод управления доминированием признаков в форме воздействия на гибриды целенаправленным воспитанием, способствовавшим выработке и закреплению свойства, необходимого селекционеру. Последний метод применяется и в селекции животных.
И в селекции, и в практическом возделывании культурных растений необходимо учитывать то, что сорт только тогда будет проявлять свои положительные свойства, когда растения выращиваются в соответствующих условиях и соблюдаются все требования рациональной агротехники. Нет сортов универсальных для любых территорий, поэтому при районировании того или иного сорта необходимо учитывать условия среды, характерные для данного региона.
Рассмотрим некоторые примеры сортов растений, выведенных учеными-селекционерами.
1. И. В. Мичуриным были получены многие сорта плодово-ягодных культур, например Бельфлер-китайка (яблоки), Бере зимняя Мичурина и Ренет бергамотный (груши), гибрид черемухи и вишни и т.д. В своей селекционной работе он широко использовал все перечисленные методы селекции растений, кроме мутагенеза.
2. Н. В. Цицин (академик) вывел пырейно-пшеничный гибрид.
3. В. С. Пустовойт (академик) получил несколько сортов высокомасличного подсолнечника и т. д.
poisk-ru.ru
Особенности селекции растений, животных и микроорганизмов. — КиберПедия
Тема. Основы селекции.
План:
1. История развития селекции.
2. Основные методы селекции.
3. Особенности селекции растений, животных и микроорганизмов.
История развития селекции.
Термин «селекция» происходит от лат. selectio – отбор.
Селекция - наука о создании новых и улучшении ранее известных пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов.
Порода, сорт или штамм - это совокупность особей одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определёнными наследственными свойствами.
Основная задача селекции – получение живых организмов с необходимыми человеку качествами. Научной основой селекции является генетика, молекулярная биология, экология, экономика.
Большой вклад в развитие селекции внесли такие ученые, как Н.И. Вавилов, И.В. Мичурин, Г.Д. Карпеченко, Д.К. Беляев, Н.В. Цицин и др.
Значение работ Н.И. Вавилова:
- Вавилов создал огромную коллекцию семян разных растений со всего земного шара. Коллекция является генофондом – исходным материалом для селекции.
- Изучая многообразие и географическое распространение культурных растений, Вавилов установил закономерности, показав, что не во всех географических зонах культурные растения обладают одинаковым разнообразием - выделил семь центров происхождения и разнообразия культурных растений. Каждый центр является родиной определенных культурных растений, где сосредоточенно наибольшее число сортов, разновидностей данной культуры. Знание центров происхождения культурных растений дает возможность селекционерам подбирать исходный материал, выявлять пути эволюции, изучать гомологические ряды наследственной изменчивости.
- Вавиловым был сформулирован «закон гомологических рядов» - о генетической близости родственных групп растений. Суть его заключается в том, что генетически близкие виды и роды обладают сходной наследственной изменчивостью. Имеющиеся у одного вида мутации будут непременно выявлены и у родственных видов. Например, гемофилия бывает у мышей, кошек, человека; мутации альбинизма свойственны всем позвоночным.
Значение работ Г.Д. Карпеченко:
- Карпеченко впервые получил плодовитый межродовый гибрид.
Он скрестил редьку (2п = 18 редечных хромосом, следовательно половые клетки (п) несут 9 хромосом) и капусту (2п = 18 капустных хромосом, п = 9 хромосом). У гибрида 2п = 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных. Поскольку хромосомы редьки и капусты разные, они не коньюгируют в ходе мейоза, нормальных гамет у гибрида не образуется и он оказывается бесплодным. Для преодоления бесплодия гибрида, наборы хромосом у обеих родительских пар были удвоены. В результате кариотип стал включать 36 парных хромосом (2п редьки + 2п капусты), при мейозе редечные (9+9) хромосомы коньюгировали с редечными, а капустные (9+9) с капустными. Плодовитость была восстановлена. Таким способом в дальнейшем были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др.
Основные методы селекции.
Основными методами селекции являются гибридизация и отбор.
1. Гибридизация (скрещивание) применяется для получения новых пород животных и сортов растений. Различают два типа гибридизации:
а). Внутривидовая – скрещивание особей одного вида, при этом применяется:
- близкородственное скрещивание - инбридинг - проводится между братьями и сестрами или между родителями и потомством. При этом в потомстве повышается доля гомозиготных организмов, что способствует закреплению наследственных свойств. Однако при этом у поколения могут появиться рецессивные вредные мутации, что приводит к снижению жизнеспособности.
- неродственное скрещивание - аутбридинг – проводится между неродственными особями одного вида. Аутбридинг переводит вредные мутации в гетерозиготное состояние, тем самым оказывая на организм положительное влияние.
б). Межвидовая (отдаленная) – скрещивание особей разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм. С помощью этого метода создан капустно-редичный гибрид, тритикале (гибрид пшеницы и ржи), церапарус (вишня + черемуха) и др. У животных таким образом получают мулов (гибрид осла и лошади), мул более терпелив, устойчив, вынослив и живут дольше, чем лошади, и менее упрямые, более быстрые и умные, чем ослы; гибрид осла и; зубр + американский бизон = зубробизон - порода была создана, чтобы объединить характеристики обоих животных и с целью увеличить производство говядины.
Отдаленные гибриды обычно бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются и процесс коньюгации невозможен, в результате нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у растений удается с помощью полиплоидии – увеличение числа хромосомных наборов. Этот прием впервые применил Г.Д. Карпеченко.
2. Отбор. Отбор, проводимый человеком, называют искусственным. Известны две формы искусственного отбора:
а). Стихийный (бессознательный) – отбор человек производил с древнейших времен, когда он не ставил перед собой цель вывести породу или сорт с наперед заданными качествами.
б). Методический (целенаправленный) – человек заранее ставит перед собой цель и предвидит её результаты. Различают массовый и индивидуальный методический отбор.
- Массовый проводится по фенотипу особей, отбираются группы сходных по фенотипу особей. Чаще применяется в селекции растений. Таким образом был выведен сорт ржи «Вятка», многие сорта клевера.
- Индивидуальный – проводится на основе индивидуальной наследственной изменчивости особи. При этом выделяют одну особь с желаемым признаком и получают от неё потомство. Например, благодаря индивидуальному отбору, от одного вида собаки получено все разнообразие пород; от одного дикого сизого голубя выведено примерно 150 пород домашних голубей.
Тема. Основы селекции.
План:
1. История развития селекции.
2. Основные методы селекции.
3. Особенности селекции растений, животных и микроорганизмов.
История развития селекции.
Термин «селекция» происходит от лат. selectio – отбор.
Селекция - наука о создании новых и улучшении ранее известных пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов.
Порода, сорт или штамм - это совокупность особей одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определёнными наследственными свойствами.
Основная задача селекции – получение живых организмов с необходимыми человеку качествами. Научной основой селекции является генетика, молекулярная биология, экология, экономика.
Большой вклад в развитие селекции внесли такие ученые, как Н.И. Вавилов, И.В. Мичурин, Г.Д. Карпеченко, Д.К. Беляев, Н.В. Цицин и др.
Значение работ Н.И. Вавилова:
- Вавилов создал огромную коллекцию семян разных растений со всего земного шара. Коллекция является генофондом – исходным материалом для селекции.
- Изучая многообразие и географическое распространение культурных растений, Вавилов установил закономерности, показав, что не во всех географических зонах культурные растения обладают одинаковым разнообразием - выделил семь центров происхождения и разнообразия культурных растений. Каждый центр является родиной определенных культурных растений, где сосредоточенно наибольшее число сортов, разновидностей данной культуры. Знание центров происхождения культурных растений дает возможность селекционерам подбирать исходный материал, выявлять пути эволюции, изучать гомологические ряды наследственной изменчивости.
- Вавиловым был сформулирован «закон гомологических рядов» - о генетической близости родственных групп растений. Суть его заключается в том, что генетически близкие виды и роды обладают сходной наследственной изменчивостью. Имеющиеся у одного вида мутации будут непременно выявлены и у родственных видов. Например, гемофилия бывает у мышей, кошек, человека; мутации альбинизма свойственны всем позвоночным.
Значение работ Г.Д. Карпеченко:
- Карпеченко впервые получил плодовитый межродовый гибрид.
Он скрестил редьку (2п = 18 редечных хромосом, следовательно половые клетки (п) несут 9 хромосом) и капусту (2п = 18 капустных хромосом, п = 9 хромосом). У гибрида 2п = 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных. Поскольку хромосомы редьки и капусты разные, они не коньюгируют в ходе мейоза, нормальных гамет у гибрида не образуется и он оказывается бесплодным. Для преодоления бесплодия гибрида, наборы хромосом у обеих родительских пар были удвоены. В результате кариотип стал включать 36 парных хромосом (2п редьки + 2п капусты), при мейозе редечные (9+9) хромосомы коньюгировали с редечными, а капустные (9+9) с капустными. Плодовитость была восстановлена. Таким способом в дальнейшем были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др.
Основные методы селекции.
Основными методами селекции являются гибридизация и отбор.
1. Гибридизация (скрещивание) применяется для получения новых пород животных и сортов растений. Различают два типа гибридизации:
а). Внутривидовая – скрещивание особей одного вида, при этом применяется:
- близкородственное скрещивание - инбридинг - проводится между братьями и сестрами или между родителями и потомством. При этом в потомстве повышается доля гомозиготных организмов, что способствует закреплению наследственных свойств. Однако при этом у поколения могут появиться рецессивные вредные мутации, что приводит к снижению жизнеспособности.
- неродственное скрещивание - аутбридинг – проводится между неродственными особями одного вида. Аутбридинг переводит вредные мутации в гетерозиготное состояние, тем самым оказывая на организм положительное влияние.
б). Межвидовая (отдаленная) – скрещивание особей разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм. С помощью этого метода создан капустно-редичный гибрид, тритикале (гибрид пшеницы и ржи), церапарус (вишня + черемуха) и др. У животных таким образом получают мулов (гибрид осла и лошади), мул более терпелив, устойчив, вынослив и живут дольше, чем лошади, и менее упрямые, более быстрые и умные, чем ослы; гибрид осла и; зубр + американский бизон = зубробизон - порода была создана, чтобы объединить характеристики обоих животных и с целью увеличить производство говядины.
Отдаленные гибриды обычно бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются и процесс коньюгации невозможен, в результате нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у растений удается с помощью полиплоидии – увеличение числа хромосомных наборов. Этот прием впервые применил Г.Д. Карпеченко.
2. Отбор. Отбор, проводимый человеком, называют искусственным. Известны две формы искусственного отбора:
а). Стихийный (бессознательный) – отбор человек производил с древнейших времен, когда он не ставил перед собой цель вывести породу или сорт с наперед заданными качествами.
б). Методический (целенаправленный) – человек заранее ставит перед собой цель и предвидит её результаты. Различают массовый и индивидуальный методический отбор.
- Массовый проводится по фенотипу особей, отбираются группы сходных по фенотипу особей. Чаще применяется в селекции растений. Таким образом был выведен сорт ржи «Вятка», многие сорта клевера.
- Индивидуальный – проводится на основе индивидуальной наследственной изменчивости особи. При этом выделяют одну особь с желаемым признаком и получают от неё потомство. Например, благодаря индивидуальному отбору, от одного вида собаки получено все разнообразие пород; от одного дикого сизого голубя выведено примерно 150 пород домашних голубей.
Особенности селекции растений, животных и микроорганизмов.
cyberpedia.su
Селекция микроорганизмов | Учеба-Легко.РФ - крупнейший портал по учебе
Селекция микроорганизмов
Микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы, простейшие и др.) играют исключительно важную роль в биосфере и хозяйственной деятельности человека (см. гл. 5,6). Из более чем 100 тыс. видов известных в природе микроорганизмов человеком используется несколько сотен, и число это растет. Качественный скачок в их использовании произошел в последние десятилетия, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов в клетках микроорганизмов.
Многие из них продуцируют десятки видов органических веществ — аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липи-дов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, Сахаров и т. п., широко используемых в разных областях промышленности и медицины. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, молочных продуктов, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.
Микробиологическая промышленность предъявляет к продуцентам различных соединений жесткие требования, которые важны для технологии производства; это высокая скорость роста, использование для жизнедеятельности дешевых субстратов и устойчивость к заражению посторонними микроорганизмами. Научная основа этой промышленности — умение создавать микроорганизмы с новыми, заранее определенными генетическими свойствами и умение использовать их в промышленных масштабах.
Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей: 1) у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы: за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных средах можно вырастить миллиарды клеток; 2) более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации уже в первом поколении; 3) простота генетической организации бактерий: значительно меньшее количество генов, их генетическая регуляция более простая, взаимодействия генов просты или отсутствуют.
Эти особенности накладывают свой отпечаток на выбор методов селекции микроорганизмов, которые во многом существенно отличаются от методов селекции растений и животных. Например, в селекции микроорганизмов обычно учитываются их естественные способности синтезировать какие-либо полезные для человека соединения (аминокислоты, витамины, ферменты и др.). В случае использования методов генной инженерии можно заставить бактерии и другие микроорганизмы продуцировать те соединения, синтез которых в естественных природных условиях им никогда не был присущ (например, гормоны человека и животных, биологически активные соединения).
Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью содержащихся в них веществ, которые интересуют селекционера. Для использования же в микробиологической промышленности нужны высокопродуктивные штаммы, которые создаются различными методами селекции, в том числе отбором среди природных микроорганизмов.
Отбору высокопродуктивных штаммов предшествует целенаправленная работа селекционера с генетическим материалом исходных микроорганизмов. В частности, широко используют раз-личные способы рекомбинирования генов: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) позволила создать штамм Pseudomonas putida, способный утилизировать углеводороды нефти.
Часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериофагов), трансформации (перенос ДНК, изолированной из одних клеток, в другие) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена).
Так, у многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков или их регуляторы находятся в плазмиде, а не в хромосоме. Поэтому увеличение числа этих плазмид путем амплификации позволяет существенно повысить выход антибиотиков.
Важнейшим этапом в селекционной работе является индуцирование мутаций. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания высокопродуктивных штаммов. Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов (1x10-10— 1 х 10-6) ниже, чем у всех других организмов (1x10-6—1x10-4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у растений и животных, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто и сделать это можно быстро.
Для выявления мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают родительские клетки дикого типа. Проводится также отбор по окраске и форме колоний, скорости роста мутантов и диких форм и т. д.
Отбор по продуктивности (например, продуцентов антибиотиков) осуществляется по степени антагонизма и угнетения роста чувствительного штамма. Дня этого штамм-продуцент высевается на «газон» чувствительной культуры. По размеру пятна, где отсутствует рост чувствительного штамма вокруг колонии штамма-продуцента, судят о степени его активности (в данном случае антибиотической). Для размножения, естественно, отбираются наиболее продуктивные полонии. В результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни и тысячи раз. Например, путем комбинирования мутагенеза и отбора в работе с грибом Penicillium был увеличен выход антибиотика пенициллина примерно в 10 тыс. раз по сравнению с исходным диким штаммом.
Важным подходом в селекционной работе с микроорганизмами является получение рекомбинантов путем слияния протопластов, или гибридизации, разных штаммов бактерий. Слияние протопластов позволяет объединить генетические материалы и таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются.
Роль микроорганизмов в микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и других областях трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов используют отходы промышленного производства, нефтепродукты и тем самым производят их разрушение, предохраняя окружающую среду от загрязнения.
uclg.ru
Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов
Вопрос 1. Перечислите методы селекционной работы.
Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию, искусственный мутагенез.
Искусственный отбор – отбор человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении особей животных и растений с целью получения от них потомства с желательными признаками. Искусственный отбор является важнейшим методом селекции и основным фактором, обусловившим многообразие пород домашних животных и сортов культурных растений.
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.
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. Очень часто такое скрещивание приводит к образованию бесплодных гибридов, не дающих потомства. Однако благодаря кропотливой работе ученых-селекционеров получены межродовые гибриды, способные размножаться.Искусственный мутагенез – метод селекции, основанный на воздействии на организмы мутагенов, вызывающих различные мутации. На основе этих мутаций часто создаются новые сорта и штаммы. В качестве мутагенов обычно используют ультрафиолетовое и рентгеновское облучения, воздействие нейтронами или химическими веществами. Особенно широко искусственный мутагенез используют при выведении новых штаммов микроорганизмов.
Полиплоидия – получение полиплоидов, т. е. организмов, у которых число хромосом увеличено в два, три и более раз. Этот процесс осуществляется путем воздействия на делящуюся клетку различными факторами, прерывающими расхождение хромосом к полюсам. В результате действия химических веществ, ионизирующего излучения, высокой или низкой температуры деление клетки нарушается, и она становится, например, тетраплоидной. Полиплоиды обладают большей урожайностью, богаче питательными веществами и более устойчивы к неблагоприятным факторам среды.
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 организмов – являются ценным материалом селекции.
Вопрос 3. Что такое гетерозис?
Гетерозис проявляется в повышенной мощности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. При скрещивании родительских форм, принадлежащих к разным породам или сортам, у гибридов первого поколения наблюдается явление, называемое гетерозисом.
Гетерозис проявляется в том, что гибриды обладают выдающимися качествами по сравнению с родительскими формами. Главная причина гетерозиса заключается в том, что у гетерозигот, коими являются гибриды первого поколения, в фенотипе не обнаруживаются вредные рецессивные аллели генов.
home-task.com
Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов
Вопрос 1. Перечислите методы селекционной работы.
Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию, искусственный мутагенез.
Искусственный отбор - отбор человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении особей животных и растений с целью получения от них потомства с желательными признаками. Искусственный отбор является важнейшим методом селекции и основным фактором, обусловившим многообразие пород домашних животных и сортов культурных растений.
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.
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.
Искусственный мутагенез - метод селекции, основанный на воздействии на организмы мутагенов, вызывающих различные мутации. На основе этих мутаций часто создаются новые сорта и штаммы. В качестве мутагенов обычно используют ультрафиолетовое и рентгеновское облучения, воздействие нейтронами или химическими веществами. Особенно широко искусственный мутагенез используют при выведении новых штаммов микроорганизмов.
Полиплоидия - получение полиплоидов, т. е. организмов, у которых число хромосом увеличено в два, три и более раз. Этот процесс осуществляется путем воздействия на делящуюся клетку различными факторами, прерывающими расхождение хромосом к полюсам. В результате действия химических веществ, ионизирующего излучения, высокой или низкой температуры деление клетки нарушается, и она становится, например, тетраплоидной (4п). Полиплоиды обладают большей урожайностью, богаче питательными веществами и более устойчивы к неблагоприятным факторам среды.
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 повышенной мощности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. При скрещивании родительских форм, принадлежащих к разным породам или сортам (к разным чистым линиям), у гибридов первого поколения наблюдается явление, называемое гетерозисом.
Гетерозис проявляется в том, что гибриды обладают выдающимися качествами (большим ростом, весом, устойчивостью к заболеваниям и т. п.) по сравнению с родительскими формами. Главная причина гетерозиса заключается в том, что у гетерозигот, коими являются гибриды первого поколения, в фенотипе не обнаруживаются вредные рецессивные аллели генов.
www.sochuroki.com
Селекция животных, растений и микроорганизмов.
Лекция № 4
Тема: Селекция животных, растений и микроорганизмов.
План.
1. Селекция как наука.
2. Создание пород животных и сортов растений
3. Методы селекции растений и животных
4. Селекция микроорганизмов
5. Достижения и основные направления современной селекции
Полный конспект лекции
1. Селекция как наука
Селекция от лат. Selectio – отбор представляет собой науку о создании новых и улучшении существующих пород домашних и сортов культурных растений. Под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей.
В процессе становления человека как вида ему пришлось не только защищаться от диких зверей, устраивать убежища, но и обеспечивать себя пищей. Поиск съедобных растений и охота – не очень надежные источники пищи, и голод был постоянным спутником первобытных людей. Естественный отбор на интеллект и развитие общественных отношений в первобытном людском стаде создали возможность организации искусственной среды обитания для человека, уменьшающей его зависимость от природных условий. Одним из крупных достижений человека на заре его развития стало создание постоянного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных возделывания растений.
2. Создание пород животных и сортов растений
Вы познакомились с основными закономерностями наследственности и изменчивости, которые свойственны всем организмам. Знание этих закономерностей имеет большое практическое значение для сельского хозяйства. Первобытные люди одомашнивали диких животных и выращивали растения. Затем человек стал сознательно выводить новые породы животных и сорта растений. В основе выведения новых пород и сортов лежит изменение наследственности организмов.
Порода животных или сорт растений - это группа (совокупность) особей одного вида, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенными наследственными особенностями:
- продуктивностью,
- сходством внешнего и внутреннего строения,
- процессов жизнедеятельности.
Большой вклад в развитие селекции внес выдающийся отечественный ученый Н.И.Вавилов. Он считал, что для успешного создания новых пород и сортов нужно изучать сортовое и видовое разнообразие растений и животных, закономерности изменчивости, влияние внешней среды на развитие признаков и свойств организма, формы искусственного отбора, направленные на закрепление определенных признаков.
Н.И.Вавилов высказал мысль о том, что генофонд (совокупность всех генотипов особей вида, популяции) диких видов значительно богаче, чем генофонд выведенных человеком пород и сортов. Поэтому при создании новых пород и сортов следует использовать те полезные признаки, которые имеются у диких предков растений и животных.
С целью изучения и сохранения генофонда предков культурных растений Н.И.Вавилов организовал свыше 180 экспедиций в разные страны мира. В результате была создана коллекция, которая включала около 1700 видов, свыше 250 тыс. различных образцов сельскохозяйственных растений. Коллекция растений, собранных во время этих экспедиций, постоянно обновляется и используется для выведения новых сортов культурных растений.
Изучая разнообразие культурных растений, Н.И.Вавилов открыл ряд закономерностей, выделил семь центров видового многообразия культурных растений на Земле. Каждый центр является родиной определенных культурных растений, где сосредоточено наибольшее число сортов, разновидностей данной культуры. Как правило, эти центры приурочены к горным районам, что объясняется разнообразием климатических условий в этих областях. Большинство центров совпадают с очагами древней цивилизации, развитого земледелия. Центры происхождения культурных растений, как археологические исследования, тесно связаны с районами одомашнивания животных. Такие регионы получили название центров доместикации от лат. Domesticus – домашний.
Изучение закономерностей появления растений с наследственно варьирующими признаками позволило Н.И.Вавилову сформулировать закон гомологических рядов в наследственной изменчивости:
«Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуется определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство»
Суть его заключается в том, что генетически близкие виды и роды обладают сходной наследственной изменчивостью. Имеющиеся у одного вида мутации непременно будут выявлены у родственных видов.
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости по значению в биологии можно сравнить с периодическим законом элементов Д.И.Менделеева в химии. Зная мутации у одного вида, можно предсказать появление сходных мутаций у родственных ему видов. Например, гемофилия бывает у мышей, кошек, человека; мутации альбинизма свойственны всем позвоночным; черная окраска семян может быть у многих злаков - ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и др., шерсть у грызунов может быть белой, серой, черной или желтой.
3. Методы селекции растений и животных
Основные методы селекции - отбор и гибридизация. Отбор, проводимый человеком, называют искусственным. Известны две формы искусственного отбора: стихийный и методический.
Стихийный, или бессознательный, отбор человек производил, не имея научных знаний и целей. Человек сохранял особей с наиболее ценными признаками для получения от них потомства. При этом постепенно происходило улучшение породы или сорта. Однако это был очень длительный процесс. Тем не менее, он привел к появлению почти всех культурных растений и домашних животных.
При методическом, или сознательном, отборе человек заранее ставит перед собой цель и предвидит ее результаты. Например, на одной из сельскохозяйственных выставок демонстрировалась порода петухов со стоячими гребнями. Через 5-6 лет уже многие селекционеры смогли вывести такие же породы.
Различают массовый и индивидуальный методический отбор. Массовый отбор проводится по фенотипу. При этом отбирается группа сходных по фенотипу особей. Например, при отборе кур породы леггорн оставляют несушек с яйценоскостью 150-200 яиц в год и массой 1,8 кг. Всех остальных кур выбраковывают. Генотипы отобранных по фенотипу кур разные, поэтому интересующий человека признак (например, яйценоскость) не всегда сохраняется и передается по наследству.
При индивидуальном отборе выделяют одну особь, а затем исследуют ее потомство, чтобы изучить генотип этой особи. Такой отбор трудоемкий, но более эффективный, чем массовый.
Однако методом отбора человек не может получить принципиально новые признаки у создаваемых сортов и пород, поскольку при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород животных и сортов растений применяют метод гибридизации. Различают два типа гибридизации, или скрещивания: близкородственное скрещивание - инбридинг (от англ. in - внутри и breeding - разведение) и неродственное скрещивание - аутбридинг (от англ. out - вне, вон и breeding).
Близкородственное скрещивание проводится между братьями и сестрами или между родителями и потомством. При этом в потомстве увеличивается доля гомозиготных организмов. Например, при скрещивании двух гетерозиготных организмов с генотипами Аа у потомства наблюдается расщепление в соотношении 1АА : 2Аа : 1aa, то есть половина потомков гомозиготна. В последующих поколениях число гомозигот увеличивается в связи с переходом генов в гомозиготное состояние. Однако при этом у потомков могут проявляться рецессивные вредные мутации, что приводит к снижению жизнеспособности (кстати, именно поэтому у людей запрещены браки между близкими родственниками).
Неродственное скрещивание может проводиться между особями одного вида (внутривидовая гибридизация), а также между особями разных видов и родов (отдаленная гибридизация).
За счет отдаленной гибридизации получены, например, гибриды пшеницы и ржи, белуги и стерляди. Путем отбора сохраняют потомство с ценными признаками, полученными от обоих родителей. Основная трудность, с которой сталкиваются селекционеры при выведении отдаленных гибридов, заключается в их бесплодии. Объясняется это тем, что у гибридов хромосомы, полученные от родителей, принадлежащих к разным видам, настолько различаются, что они не конъюгируют, и процесс мейоза нарушается.
Один из способов преодоления бесплодия у межвидовых гибридов был разработан отечественным генетиком Г.Д. Карпеченко, который скрещивал редьку и капусту. Оба эти вида имеют по 18 хромосом, следовательно, их половые клетки несут по 9 хромосом. У гибрида в генотипе оказывается 18 хромосом: половина хромосом получена от капусты, а половина - от редьки.
Поскольку хромосомы редьки и капусты разные, они не конъюгируют в ходе мейоза, нормальных половых клеток у гибрида не образуется, и он оказывается бесплодным. Для преодоления бесплодия ученый экспериментальным путем удвоил число хромосом у капустно-редечного гибрида (2n = 36). В результате удалось обеспечить нормальный ход мейоза, так как «капустные» хромосомы конъюгировали с «капустными», а «редечные» - с «редечными».
В селекции разработаны методы получения растений полиплоидов. Эти растения дают высокий урожай и устойчивы к неблагоприятным условиям. Для получения искусственного полиплоида на делящуюся клетку воздействуют химическими веществами, которые разрушают веретено деления (например, колхицином). Удвоившиеся хромосомы при этом не расходятся к полюсам клетки и остаются в одном ядре. Таким образом, получают клетки с двойным, тройным и более набором хромосом.
В селекции и сельском хозяйстве широко используют гетерозис - явление повышения жизнестойкости, увеличения размеров гибридов. Для получения гетерозиса отбирают особей с интересующими человека признаками, проводят в ряде поколений самоопыление (или близкородственное скрещивание) и выводят чистые гомозиготные линии. Затем особи из чистых линий скрещивают между собой и опытным путем определяют, при скрещивании каких именно линий возникает гетерозис. Средняя урожайность различных культур при гетерозисе увеличивается на 15-30%. Однако в последующих поколениях гетерозис затухает. При скрещивании чистых гомозиготных линий (АА x аа) образуются гибриды, гетерозиготные по многим генам (Аа). Вредные рецессивные мутации при этом не проявляются, и возникает гетерозис. В дальнейшем при скрещивании гибридов между собой (Аа x Аа) в потомстве вновь появляются гомозиготы, и гетерозис затухает.
В селекции используют также мутагенез - искусственное получение мутаций путем воздействия на растения, животных и микроорганизмы ионизирующей радиацией или некоторыми химическими веществами.
4. Селекция микроорганизмов
Микроорганизмы интенсивно используются в самых разнообразных технологических процессах. Технологию получения необходимых человеку продуктов из живых клеток или с их помощью называют биотехнологией.
Контрольные вопросы для закрепления:
1. Что изучает селекция?
2. Охарактеризуйте интересные Вам центры происхождения культурных растений?
3. Как связано действие гомологичных рядов в мутационной изменчивости с общностью биохимических процессов у родственных систематических групп?
Рекомендуемая литература
Основная:
1. Захаров В.Б., С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. Общая биология. Базовый уровень: учеб. для 11 кл. общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2009
Дополнительная:
1. Каменская А. А. Биология. Общая биология. 10-11 классы : учеб. Для общеобразоват. Учреждений – 4-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2008. – 367, [1] с. : ил.
2. Биология в таблицах и схемах. Сост. Онищенко А.В. – Санкт-Петербург, ООО «Виктория-плюс», 2004
2. Вахненко Д. В. Сборник задач по биологии для абитуриентов, участников олимпиад и школьников. – Ростов н/Д: Феникс, 2005.- 128 с.
3. Иванова Т.В. Сборник заданий по общей биологии: Пособие для учащихся общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2002
4. Шишкинская Н.А. генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы. – Саратов: Лицей, 2005. – 240 с.
Интернет-ресурсы:
1. http://www.gnpbu.ru/web_resurs/Estestv_nauki_2.htm. Подборка интернет-материалов для учителей биологии по разным биологическим дисциплинам.
http://school-collection.edu.ru Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.
mybiblioteka.su
