Методы селекции растений, животных, микроорганизмов

Как вы понимаете утверждение Н. И. Вавилова: «Селекция представляет собой эволюцию, направляемую волей человека»?

Методы селекции растений. Основными методами современной селекции являются искусственный отбор, гибридизация и мутагенез. В последнее время в селекции применяются методы генетики и молекулярной биологии.

В селекции растений наиболее широко используется искусственный отбор – массовый и индивидуальный. Массовый отбор может быть эффективен в том случае, если отбираются качественные, просто наследуемые и легко определяемые признаки. Массовый отбор обычно проводят среди перекрестноопыляемых растений. При этом селекционеры отбирают растения по фенотипу с интересующими их признаками. От этих растений вновь получают потомство, а из этого потомства опять отбирают растения с лучшими признаками. Как правило, такая процедура проводится многократно в целом ряду следующих друг за другом поколений. Недостаток массового отбора заключается в том, что селекционер не всегда может определить лучший генотип по фенотипу.

При отборе особей по количественным, сложно наследуемым признакам более аффективен индивидуальный отбор. Индивидуальный отбор основан на выделении единичных особей с нужными признаками и получении от них потомства. Этот вид отбора позволяет точно оценить генотип благодаря анализу наследования признаков у потомства. Индивидуальный отбор применяют по отношению к самоопыляемым растениям (сорта пшеницы, ячменя, гороха и др.).

В селекции растений часто используют метод гибридизации. Разные ее варианты представляют отдаленную и внутривидовую гибридизацию.

При отдаленной гибридизации скрещиваются растения равных видов или родов, в результате чего получают гибриды. В качестве примеров межродовых гибридов растений можно наавать гибрид пшеницы и ржи (тритикале), пшенично-пырейный гибрид, гибрид смородины и крыжовника (йошта), гибрид брюквы и кормовой капусты (куузика), гибриды озимой ржи и житняка, травянистого и древовидного томатов и др. (рис. 75).

Отдаленная гибридизация - метод получения межродовых и межвидовых гибридов
Рис. 75. Отдаленная гибридизация - метод получения межродовых и межвидовых гибридов

В случае внутривидовой гибридизации скрещиваются разные формы, линии, сорта в пределах вида. В качестве примера межсортового скрещивания можно назвать работы И. В. Мичурина по созданию сортов яблони бельфлер-китайки. При межлинейном скрещивании вначале самоопылением перекрестноопыляемых растений получают гомозиготные (чистые) линии, а затем скрещивают разные линии между собой, при этом большинство генов переводится в гетерозиготное состояние. Скрещивание между собой чистых доминантных и рецессивных гомозиготных линий часто приводит к резкому подъему урожайности растений. Причина этого состоит в так называемом эффекте гетерозиса (от греч. heteroiosis – изменение, превращение), или «гибридной силе»: ускорении роста, повышении жизнестойкости гибридов первого поколения, у которых большинство генов находится в гетерозиготном состоянии. Межлинейная гибридизация, хотя и дорогостоящий, и трудоемкий метод, позволяет создать высокоурожайные сорта растений, полностью окупающие затраты на их получение. В производственных посевах используют только семена гибридов первого поколения, так как в последующих поколениях эффект гетерозиса снижается. По-видимому, это происходит вследствие снижения числа гетерозиготных организмов и повышения доли гомозигот.

В селекции растений широко используется полиплоидия, которая выражается в кратном увеличении набора хромосом. Получение полиплоидов в эксперименте тесно связано с искусственным мутагенезом. Искусственный мутагенез как метод селекции растений основан на применении физических и химических мутагенов для получения форм растений с выраженными мутациями. Такие формы в дальнейшем используются для гибридизации или отбора.

Методы селекции животных. Для животных характерно половое размножение и немногочисленное потомство. Выведение новой породы – процесс длительный, требующий больших материальных затрат. Именно в селекции животных особое значение имеет подбор исходных форм, т. е. подбор производителей (родительских пар). С этой целью определяют качество производителя по потомству, по экстерьеру (совокупности фенотипических признаков) и родословным.

Особенности организма животных не позволяют применять такие методы селекции, как полиплоидия и искусственный мутагенез. Поэтому в селекционной работе с животными используют в основном отдаленную и внутривидовую гибридизацию и индивидуальный отбор.

Отдаленная гибридизация в селекции животных применяется значительно реже, чем в селекции растений. Так же как у растений, межвидовые и межродовые гибриды животных бесплодны. Иногда бесплодны особи только одного пола. Например, у гибридов высокогорного быка яка и рогатого скота бесплодны самцы, а самки плодовиты. Потомство, хотя н бесплодно, в ряде случаев обладает большой хозяйственной ценностью благодаря проявлению у него эффекта гетерозиса. Примером может служить используемый человеком с глубокой древности мул – гибрид осла и кобылицы. Мулы обладают большой физической силой и выносливостью, а продолжительность их жизни значительно выше, чем у родительских видов. Отдаленные гибриды представляют собой также лошак – гибрид ослицы и коня (он меньше мула ростом, строптив); архаромеринос – гибрид архара (горного барана) и мериноса (тонкорунной овцы); бестер – гибрид стерляди и белуги; нар – гибрид одногорбого и двугорбого верблюда; ханарик – гибрид хорька и норки. В природе встречаются гибриды зебры и лошади, бизона и зубра, тетерева и куропатки (межняк), зайца-русака и зайца-беляка (тумак), соболя и лисицы (кидус), а также тигра и льва, волка и собаки.

Методы селекции микроорганизмов. К основным методам селекции микроорганизмов относятся искусственный мутагенез и отбор. Используя мутагены, получают разнообразные мутации, тем самым повышая интенсивность наследственной изменчивости микроорганизмов в десятки и сотни раз, а затем отбирают лучшие штаммы. Высокая скорость размножения и чрезвычайно развитые механизмы адаптации микроорганизмов облегчают селекционную работу. Например, трудами ученых всего за 30 лет продуктивность плесневого гриба пеницилла увеличена в 10 тыс. раз, в то время как содержание сахара в сахарной свекле удалось повысить только в 3 раза (за 150 лет напряженной селекционной работы). Высокопродуктивные штаммы микроорганизмов используют в целях повышения эффективности биотехнологических процессов.

Современные направления развития селекции. В настоящее время в России возделывается более 3 тыс. сортов и гибридов различных полевых культур, ценных по качеству, высокоурожайных и приспособленных к местным почвенно-клнматическим условиям. Главное направление селекции всех сельскохозяйственных культур – выведение сортов и гибридов, отличающихся высокой урожайностью и устойчивостью к болезням и вредителям, способностью противостоять резким колебаниям погодных условий. Интенсивно ведутся работы в направлении повышения продуктивности зерновых культур, создания неполегающих сортов зерновых и бобовых растений.
Актуальна проблема введения в культуру растений, устойчивых к засолению почв, обеспечивающих высокие урожаи при орошении почв соленой водой.

Важнейшая особенность современных программ селекции – создание экологически чистой продукции, употребление которой безвредно для здоровья человека. К сожалению, отмечается недостаточная устойчивость возделываемых культур и сортов ко многим заболеваниям. На основе традиционных методов (гибридизация и отбор), а также современных методов генной инженерии планируется создать сорта овса и пшеницы, устойчивые к грибковым (ржавчина) и вирусным инфекциям; сорта проса, не поражающиеся головней; фитофтороустойчивые, свободные от вирусов сорта картофеля и др.

Селекционеры России располагают ценнейшим исходным материалом для селекционной работы на засухоустойчивость. Всемирно известны уникальные по засухоустойчивости сорта яровой пшеницы Эритроспермум 841 и Саратовская 46, озимой пшеницы Одесская 26, ярового ячменя Южный, проса Саратовский 853.
В нашей стране ученые длительным отбором в условиях суровой зимы создали самые морозоустойчивые в мире сорта озимой пшеницы: Ульяновка, Лютенеценс 329, Алабасская.

Новые высокопродуктивные сорта зерновых культур должны иметь отличные технологические и пищевые качества. Планируется возделывание сортов безалкалоидного люпина, обладающего повышенным содержанием белков, витаминов и минералов, н его использование для детского и лечебного питания.

Внушительные успехи получены учеными и в селекции животных: созданы породы крупного рогатого скота, дающие более 10 тыс. кг молока на корову в год. Выведены породы овец (Асканийская, Казахский архаромеринос и многие другие), характеризующиеся повышенной жизнестойкостью в разнообразных условиях разведения. Созданы породы каракульских овец, норки, отличающихся разнообразной окраской шерсти.

Вопросы и задании

  1. Какие методы применяют в селекции растений?
  2. Сравните индивидуальный и массовый отборы, применяемые в селекции растений
  3. Что такое гибридизация? Какие разновидности гибридизации используют в селекции растений?
  4. В чем проявляется значение искусственного мутагенеза как метода селекции растений и микроорганизмов? Почему, по вашему мнению. искусственный мутагенез неприемлем в селекции животных?
  5. Приведите примеры отдаленной гибридизации животных. Какими свойствами обладают межвидовые или межродовые гибриды?
  6. Оцените верность следующего утверждения: «Породы и сорта, выведенные в одной стране, далеко не всегда пригодны для другой страны, для другой почвенно-климатической зоны».