Народна Освіта » Біологія » Завдання та методи счасної селекції

НАРОДНА ОСВІТА

Завдання та методи счасної селекції

Селекція (від лат. селекціо - вибір, добір) - наука про теоретичні основи і методи створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин, порід тва­рин і штамів мікроорганізмів, пристосованих до сучасних вимог сільського господарства і промисловості.

Теоретичними основами селекції слугують результати генетичних до­сліджень і вчення про штучний добір. Для досягнення ефективних резуль­татів селекціонер повинен бути добре обізнаним також з особливостями розмноження, індивідуального розвитку та процесів життєдіяльності ви­дів, з якими він працює.

Які завдання селекції?

Селекція відіграє значну роль у вирішенні основного завдання сіль­ського господарства - забезпеченні максимального обсягу виробництва високоякісних харчових продуктів за мінімальних вкладених коштів і ви­трат енергоносіїв.

У нашій країні селекційна робота зосереджена в науково-дослідних ін­ститутах, племінних господарствах, на сортовипробувальних станціях тощо.

Запам’ятайте: для успіху селекційної роботи дуже важливе генетич­не різноманіття вихідного матеріалу. Генофонд існуючих порід свій­ських тварин і сортів культурних рослин значно обмежений порівняно з вихідними природними популяціями. Тому для його урізноманіт­нення вчені постійно шукають ознаки, що їх цікавлять, серед диких видів, Ці види слугують резервом спадкового матеріалу для проведення селекційної роботи. Тож генофонд диких видів потребує охорони.

Що таке сорт рослин, порода тварин та штам мікроорганізмів?

Породою тварин або сортом рослин називають сукупність особин од­ного виду з певними спадковими ознаками (особливостями будови, проце­сів життєдіяльності, продуктивності тощо), створену людиною внаслідок штучного добору.

Штам (від нім. штам - стовбур, родина) - це чиста культура (тобто на­щадки однієї клітини) мікроорганізмів. Від однієї материнської клітини внаслідок селекції можливо отримати різні штами, які відрізняються за продуктивністю, чутливістю до антибіотиків тощо.

Запам’ятайте: породи тварин, сорти рослин чи штами мікроорганіз­мів є своєрідними штучними популяціями, створеними людиною. На відміну від природних популяцій, породи, сорти або штами не здатні існувати поза певними штучними угрупованнями (поля, пасовища, ферми тощо). Без підтримки людини сорти рослин і породи тварин мо­жуть вироджуватись - втрачати притаманні їм властивості.

Вчені всебічно досліджують властивості нових порід і сортів і перевіря­ють їх придатність для використання в певній кліматичній зоні, тобто здійснюють районування.

Районування - комплекс заходів, спрямованих на перевірку відповід­ності властивостей тих чи інших порід або сортів умовам певної кліматич­ної зони. Це необхідна умова раціонального використання порід і сортів у межах будь-якої країни.

Які основні методи застосовують у селекції?

Рис. 17.2. Вільгельм Людвіг Іогансен (1857-1927)- датський І учений, який 1909 року у своїй праці «Елементи точного вчення спадковості» ввів терміни «ген», «генотип»,«фенотип»Групи порід собакКласичні методи селекції - це штучний добір і гібридизація.

Штучний добір - це відбір людиною найбільш цінних у господарсь­кому відношенні тварин, рослин, мікроорганізмів для отримання від них нащадків з бажаними ознаками.

Формування порід і сортів почалося з приручен­ня людиною диких видів тварин і вирощування ди­ких видів рослин. Основу різноманіття порід і сор- тів складає один або кілька видів диких предків.

Наприклад, предком усіх порід свійського собаки, яких нараховують близько 450, вважають вовка (мал. 17.1), а свійського голуба (понад 150) - скель­ного голуба.

Штучний добір здійснюють за кілька послідов­них етапів. Серед багатьох тварин або рослин певного виду людина підмічає особин, які відрізняються від інших цікавими для неї варіантами ознак, і відбирає їх для подальшого розмноження.

З покоління в покоління бажаний варіант ознаки проявляється все більше, оскільки як плідників відбирають особин, у яких він виражений краще. Такий добір, зазвичай, приводить і до змін деяких інших ознак, а з часом - і до помітної перебудови самого організму, тобто до створення нового сорту або породи.

Штучний добір серед самозапильних рослин і самозаплідних тварин закінчується виділенням з неоднорідної за генним складом вихідної гру­пи чистих (гомозиготних) ліній. У таких особин єдиним джерелом спад­кових змін слугують лише мутації. Так, свого часу датський генетик В. Л. Іогансен (мал. 17.2) від різних самозапильних рослин квасолі віді­брав дві групи насіння з найбільшою і найменшою масами. В межах кож­ної з них він проводив добір відповідно на збільшення або зменшення маси насіння. В обох випадках протягом поколінь добір не дав помітних результатів.

Які існують форми штучного добору?

Мал. 17.3. Гібридизація соматичних клітин: 1 - батьківські кліти­ни; 2 - початкові етапи злиття цитоплазми; 3 - утворення єдиної клітини з двома ядрами; 4 - злиття ядер гібридної клітиниЗастосовують масову та індивідуальну форми штучного добору. При масовому доборі з вихідного матеріалу відбирають особин з певними фе- нотипними особливостями. Хоча масовий добір простий у застосуванні і дає непогані результати, проте має низку недоліків. Групи ззовні подібних особин можуть виявитися генетично різнорідними (наприклад, гомози­готними за домінантними алелями або гетерозиготними), що обов’язково вплине на ефективність добору. Так, при схрещуванні між собою гетеро­зиготних організмів у гібридів перших поколінь частка особин з бажаними для селекціонера варіантами ознак буде значною. Але в міру накопичення гомозиготних нащадків ефективність добору в подальшому буде знижу­ватися.

При індивідуальному доборі кожного плідника обирають на підставі детального вивчення як його фенотипу, так і генотипу. Інформацію про ге­нотип цих організмів можна отримати, вивчаючи родоводи, за допомогою системи аналізуючих схрещувань тощо.

Ефективність селекції залежить не лише від форми штучного добору, а й від правильного вибору батьківських пар плідників і застосування від­повідної системи схрещування організмів - гібридизації.

Гібриди виникають унаслідок статевого процесу або шляхом об’єднання нестатевих клітин. Ядра гібридних клітин можуть зливатися (мал. 17.3) або ж залишаються відокремленими. Шляхом гібридазації у фенотипі нащадків поєднують бажані для практичного застосування стани ознак батьків і за. побігають проявам негативних наслідків спорідне­них схрещувань.

Які існують системи гібридизації?

Міжвидові гібридиГібридизація можлива між особинами одного (івнутрішньовидова) та різних видів з одного чи двох Щ родів (,міжвидова, або віддалена) організмів. Вну­трішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим.

Найтісніші форми спорідненого схрещування спостерігають серед са­мозапильних рослин і гермафродитних самозаплідних тварин. В організ­мів з перехресним заплідненням найбільш тісні форми спорідненого схре­щування відбуваються при паруванні нащадків спільних батьків і батьків із власними нащадками.

Ви знаєте, що внаслідок послідовних споріднених схрещувань з кож­ним наступним поколінням підвищується гомозиготність. У самозапиль­них рослин майже повну гомозиготність спостерігають в 10-му поколінні (до 99,9 %), а у тварин подібний результат відмічений після 20-го поколін­ня. Проте 100 %-ї гомозиготності за всіма генами досягти не вдається, бо її порушують мутації.

Споріднене схрещування, як ви вже знаєте, може призводити до ослаб­лення, виродження або загибелі нащадків внаслідок переходу до гомози­готного стану рецесивних летальних чи сублетальних алелів. У селекції його використовують для отримання чистих ліній.

Неспорідиеие схрещування - гібридизація представників різних ліній, сортів чи порід одного виду. За неспорідненого схрещування гетерозигот­ність нащадків зростає з кожним наступним поколінням, тобто за гене­тичними наслідками воно протилежне спорідненому. У нащадків, отрима­них унаслідок неспорідненого схрещування, часто спостерігають явище гібридної сили, або гетерозису.

Гетерозис (від грец. гетероіозис - зміна, перевтілення) - явище, коли перше покоління гібридів, отриманих унаслідок неспорідненого схрещуван­ня, має підвищену життєздатність і продуктивність порівняно з батьками. У гетерозисних особин сублетальні і летальні рецесивні алелі переходять у гетерозиготний стан, завдяки чому їхній несприятливий вплив не проявля­ється в фенотипі. До того ж у генотипі гібридних особин можуть поєднувати­ся сприятливі домінантні алелі обох батьків. Це, в свою чергу, може зумовлю­вати взаємодію домінантних алелів неалельних генів (наведіть приклади). Також деякі стани ознак повніте проявляються у гетерозигот, ніж у гомози­гот. Як показали біохімічні дослідження гетерозисних істот, у них, порівня­но з батьками, ширший набір і підвищена активність ферментів.

Гетерозис найчіткіше проявляється в першому поколінні гібридів, а в наступних поколіннях унаслідок розщеплення ознак і переходу частини генів у гомозиготний стан, ефект гібридної сили слабшає і до восьмого по­коління сходить нанівець. У рослин гетерозисні зміни фенотипу переда­ються нащадкам при вегетативному та партеиогеиетичному розмножен­ні. Гетерозис може більше проявитись у певних ознаках, не зачіпаючи інших.

Явище гетерозису широко застосовують у сільському господарстві, оскільки воно дає змогу значно підвищити продуктивність кукурудзи (до 20-25 %), цибулі, помідорів, огірків, баклажанів, цукрового буряку тощо. У тваринництві схрещування представників різних порід пришвидшує ріст і статеве дозрівання, поліпшує якість м’яса (мал. 17.4), молока та ін.

Віддалену гібридизацію здійснюють з метою отримання високопродук­тивних гібридів (мал. 17.5). Різноманітні міжвидові гібриди отримані у рослинництві та тваринництві. Гібриди кобили і осла (мули) чи одногорбо­го і двогорбого верблюдів вирізняються значними силою, витривалістю і довголіттям. Гібрид білуги і стерляді (бістер) характеризується швидким ростом і високими смаковими якостями.

Як можна подолати безпліддя міжвидових гібридів?

Мал. 17.6. Гібрид капусти та редьки - видів з різних родів родини Капустяні: 1 ~ редька та її хромосомний набір (2п= 18); 2-капус­та та її хромосомний набір (2 п = /#>. 3 - диплоїдний (2 п) стерильний гібрид- 4 - здатний до розмноження тетраплоїдний гібрид (4 п = 36)

Селекціонери часто стикаються з проблемою безпліддя міжвидових гі­бридів, гамети яких зазвичай не дозрівають. Навіть за однакового числа хромосом в обох батьківських каріотипах вони можуть розрізнятися за розмірами та особливостями будови і тому нездатні до кон’югації під час мейозу. Так, мули нездатні до розмноження; у гібрида яка і великої рогатої худоби самці безплідні, а самки - плодючі.

Методику подолання безпліддя міжвидових гібридів у рослин впер­ше розробив 1924 року російський учений Георгій Дмитрович Карпе- ченко (1899-1942) на прикладі гі­брида капусти з редькою (мал. 17.6). Створений гібрид виявився без­плідним, оскільки під час мейозу «капустяні» і «редькові» хромосоми між собою не кон’югували. Тоді вче­ний подвоїв число хромосом, тобто в тертаплоїдних ядрах нестатевих клітин гібридів опинилося по два повних набори хромосом кожного з батьківських видів. Завдяки цьому процес мейозу відбувався нормально: «капустяні» хромосоми кожної пари кон’югували з «капустяними», а «редькові» І з «редьковими». Таким чином, у кожну з гамет завжди потра­пляло по гаплоїдному набору хромосом редьки та капусти.

Які € центри походження І різноманітності культурних рослин та СВІЙ­СЬКИХ тварин?

Археологічні та палеонтологічні дослідження дали змогу з’ясувати, що перші вдалі спроби введення в культуру рослин і приручення тварин були 20-30 тис. років тому, а більшість з них проведено за останні 4-6 тис. років.

Центри походження і різноманітності культурних рослин дослідив М. І. Вавилов. Під його керівництвом у 20-30-х роках XX сторіччя були організовані численні експедиції в різні куточки нашої планети. Вони встановили, що для кожного з видів культурних рослин існує свій центр різноманітності, де виявлено найбільшу кількість їхніх сортів і форм. Центри походження одомашнених видів - частина ареалу диких предків, де ймовірно їх вводили в культуру. Вчений зробив висновок: центри різно­манітності культурних рослин є водночас районами їхнього похо­дження (табл. 17.1).

Виявлення таких центрів підказало вченим, де саме потрібно шукати генетично різноманітний вихідний матеріал для селекційної роботи. За­вдяки експедиціям М.І. Вавилова було створено унікальну колекцію на­сіння приблизно 1600 видів рослин, яку використовували для селекційної роботи. Родинні зв’язки культурних рослин і диких видів встановлюють на підставі порівняльно-морфологічного аналізу особливостей каріотипів та інших ознак, молекулярно-біологічних, біохімічних та фізіологічних досліджень тощо.

Центри різноманітності і походження культурних рослин (за М.І. Вавиловим)

Назва центру

Де розташований

Які види походять

Південно-

азійський

тропічний

Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно- Східної Азії

Огірки, кілька видів цитрусових і бананів, рис. цукрова тростина

Східноазійський

Центральний і Східний Китай, Японія, Корея, Тайвань

Соя, гречка, редька, яблуня, груша, слива, шовковиця, кілька видів проса

Південно-

західноазійський

Мала і Середня Азія, Кавказ, Іран, Афганістан, Північно-Західна Індія

Горох посівний, сочевиця, морква цибуля ріпчаста, бавовник, льон, виноград, абрикос, мигдаль, волоський горіх, кілька видів м'якої пшениці, жита, ячменю та вівса |

Середземно­

морський

Узбережжя Середземного моря

Цукровий буряк, капуста, олива, конюшина, люпин

Абіссінський

Абіссінське нагір’я, південь Аравійського півострова

Тверда пшениця, зернове сорго, особливий вид бананів

Центрально­

американський

Південна Мексика та острови Карибського моря

Кукурудза, червоний перець, гарбуз, тютюн, какао, довговолокнистий бавовник, соняшник

Південно­

американський

(Андійський)

Частина Анд уздовж узбережжя Південної Америки

Картопля, помідори, арахіс, ананас, хінне дерево

 

Мал. 17.7. Цвітіння тюльпанів Шренка в українському степуКультурні рослини належать до більш ніж 25 тисяч видів. Учені вва­жають, що одними з перших ввели в культуру кукурудзу, гарбуз, кокосо­ву пальму, цибулю, горох посівний, ячмінь, пшеницю, рис. Дикі предки одних культурних рослин у природі не знайдені (наприклад, цибулі ріп­частої), інших - дотепер поширені в природних екосистемах (наприклад, дикі капуста та морква). Деякі культурні рослини було виведено за допо­могою віддаленої гібридизації (наприклад, ріпак - гібрид капусти і свирі­пи). Залежно від мети вирощування розрізняють харчові (зернові, зерно­бобові, овочеві, плодово-ягідні та ін.), кормові, лікарські, технічні (олійні, ефіроолійні, прядильні тощо), декоративні та інші культурні рослини. Завдяки селекційній роботі виведена велика кількість сортів цих рослин (наприклад, пшениці понад 4000, тюльпанів - 8000 сортів).

Хоча землеробство на території України розвивається понад 5 тися­чоліть, практично всі культурні рослини, які вирощують у нас, походять з інших країн. Єдиний вид із сучасних меж України, окультурений

татарами за часів Кримського ханства, це характерний для степової зони тюльпан Шренка (мал. 17.7). Через Туреччину він по­трапив до Європи, і починаючи з кінця XVI сторіччя лідером із селекції декоратив­них сортів тюльпана поступово стали Нідерланди.

Які відомі райони одомашнювання і походження порід свійських тварин?

Райони одомашнювання і походження порід свійських тварин (табл. 17.2) пов’язані з давніми центрами землеробства, точно встановити ці місця значно складніше, ніж культурних рослин. Це пояснюють здатністю тва­рин до активного пересування та зміною ареалів протягом історичного розвитку. Одомашнювання могло відбуватись у будь-якому місці первин­ного ареалу, а подальше поширення порід пов’язане не з природним се­редовищем існування, а з діяльністю людини. Предки свійських тварин, зазвичай, вели гуртовий спосіб життя, що сприяло одомашненню. У свій­ських тварин відбулися значні зміни в будові, життєвих функціях, індиві­дуальному розвитку, поведінці.

Свійські тварини

їхні предки

Собака свійський

Вовк

Кішка свійська

Степова або лівійська кішка

Вівця

Муфлон та архар

Кінь

Тарпан

Велика рогата худоба

Дикий бик - тур

Свиня свійська

Дикий кабан

Кури свійські

Дикі банківські кури

Качка свійська

Дика качка-крижень

Гуси свійські

Гуска сіра

Індичка свійська

Дика американська індичка

Короп

1 Сазан

 

Одного з перших, 10-15 тис. років тому, в декількох районах Євразії одомашнено собаку свійського, якого спочатку використовували для захисту і як помічника в полюванні. Приблизно 6 тис. років тому на те­риторії Давнього Єгипту для захисту запасів зерна від гризунів при­ручено кішку свійську. Понад 5 тис. років тому в Китаї виникла нова галузь виробництва - шовківництво, а в тропічних і субтропічних ре­
гіонах Євразії бджільництво. Шовковичний шовкопряд і медоносна бджола в дикому стані нині невідомі, однак бджоли часто дичавіють. Введення в культуру диких видів рослнн та одомашнення тварин триває дотепер.

Нові терміни та поняття: селекція, штучний добір, резонування.

Категорія: Біологія

Автор: admin от 11-04-2013, 17:37, Переглядів: 17190