Создание высокопродуктивным пород животных. Селекция микроорганизмов. Биотехнология

Породы, полученные на основе межпородного скрещивания. Советский ученый, академик М. Ф. Иванов создал высокопродуктивную породу свиней – белую степную украинскую свинью. Работы эти проводились на юге Украины – в Аскании-Нова, в Институте акклиматизации и гибридизации животных.

Завезенные на Украину высокопродуктивные белые английские свиньи в условиях юга УССР оказались малоприспособленными к климату. Местная беспородная украинская свинья отличалась выносливостью, хорошей плодовитостью, неприхотливостью, но обладала плохими мясными качествами.

Как исходный материал М. Ф. Иванов взял маток местной породы, которых скрестил с хряками белой английской породы. Из числа полученных гибридов несколько маток вновь были скрещены с чистопородным хряком английской породы. Среди полученных животных был выделен один хряк – Асканий-1. особо отличавшийся положительными качествами. В его потомстве было применено близкородственное скрещивание, которое привело к выравниванию и закреплению признаков создаваемой породы (быстрый рост, большая масса, высокие качества мяса и др.). По ходу этих близкородственных скрещиваний все время применялся самый строгий отбор. Наряду с линией, бравшей начало от Аскания-1, аналогичным методом были созданы другие линии. В дальнейшем была проведена гибридизация между линиями, также сопровождавшаяся жестким отбором. Этим путем была создана высокопродуктивная, хорошо приспособленная к местным условиям группа животных, которая положила начало новой породе.

М. Ф. Иванов создал и другие высокопродуктивные породы домашних животных, например асканийский рамбулье – порода овец с очень высоким настригом первоклассной шерсти.

Высокой молочной продуктивностью характеризуется костромская порода крупного рогатого скота„ которая создана на основе местного поголовья путем строгого отбора и подбора производителей. Молочная продуктивность этой породы достигает 15-16 тыс. л молока в год.

Отдаленная гибридизация домашних животных. Отдаленную гибридизацию применяют не только в растениеводстве, но и в животноводстве. Так же как и у растений, межвидовые гибриды животных часто бывают бесплодными. Восстановление плодовитости представляет здесь более сложную задачу, так как получение полиплоидов на основе удвоения числа хромосом у животных невозможно. В некоторых межвидовых скрещиваниях оба или один пол оказывается плодовитым, и в этих случаях гибриды могут быть использованы для получения новых форм домашних животных. Однако и в тех случаях, когда потомство, полученное в результате отдаленной гибридизации, оказывается бесплодным, оно может иметь очень важное значение для практики. С глубокой древности человек использует мула (гибрид кобылицы с ослом). Мулы обнаруживают гетерозис: они выносливы, обладают большой физической силой, по продолжительности жизни значительно превосходят родительские виды. Мулы бесплодны. Гетерозис проявляется также при скрещивании двугорбого и одногорбого верблюдов.

В Советском Союзе проводится большая работа по межвидовой гибридизации животных. Успешно завершилось создание Я. Я. Лусисом и Н. С. Бутариным породы овец в Казахстане на основе гибридизации тонкорунных овец с диким горным бараном архаром создана новая порода тонкорунных овец в архаромеринос [125]. Стада их круглогодично пасутся на высокогорных пастбищах в таких условиях, при которых не могут существовать тонкорунные овцы мериносы.

Як и архамеринос
Рис. 125. Як (слева) и архамеринос (справа)

Большая работа ведется по гибридизации яка с крупным рогатым скотом. Як – это домашнее животное высокогорных районов Средней Азии. Он используется как рабочий скот в высокогорных условиях дает небольшое количество молока очень высокой жирности. Мясо его грубое. У гибридов яка и рогатого скота проявляется гетерозис, и их уже давно используют в практике. Их мясные и молочные качества выше, чем у яка. У гибридов яка с рогатым скотом бесплодны самцы, самки же плодовиты. Это дает возможность путем скрещивания с исходными видами вести работы по созданию новой породы скота, приспособленной к горным условиям Средней Азии.

Селекция в рыбоводстве. В народном хозяйстве Советского Союза немалую роль играет искусственное разведение рыбы во внутренних водоемах. Продовольственная программа, принятая майским (1982 г.) Пленумом ПК КПСС, предусматривает увеличение производства товарной рыбы в рыбоводных хозяйствах примерно в 3 раза. Одним из путей осуществления этой важной задачи является создание на основе селекции высокопродуктивных, быстрорастущих, обладающих высокими вкусовыми качествами пород рыб. Эта работа ведется в нашей стране в широких масштабах. При этом применяются внутривидовые межпородные, а также межвидовые и даже межродовые скрещивания с последующим отбором. В качестве примера укажем на высокопродуктивного ропшинского карпа (от названия поселка Ропша под Ленинградом), обладающего высокой продуктивностью и зимостойкостью (выведен В. С. Кирпичниковым), украинские породы карпа (А. И. Кузема и др.). Весьма перспективны межродовые гибриды стерляди и белуги (называемые «бестер»), которые обладают высоким темпом роста (гетерозис) и прекрасными вкусовыми качествами.

Селекция микроорганизмов. Микроорганизмы играют важную роль в жизни человека. Многие из них создают вещества, используемые в разных областях промышленности и медицины. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, некоторых органических кислот, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.

Исключительно большое значение для здоровья человека имеют антибиотики. Это особые вещества – продукты жизнедеятельности некоторых микробов и грибов, убивающие болезнетворные микробы и вирусы. Благодаря антибиотикам многие болезни излечиваются относительно легко, тогда как ранее они давали большой процент смертности. Витамины, столь необходимые для человека, вырабатываются растениями и некоторыми микроорганизмами.

Для получения наиболее продуктивных форм микроорганизмов широко применяют методы селекции. Путем отбора выделяют расы микроорганизмов, наиболее активно синтезирующие тот или иной используемый человеком продукт (антибиотик, витамин и др.).

Микроорганизмам свойственна наследственная изменчивость (мутации). Путем отбора их получают наиболее активные расы.

Для получения высокопродуктивных форм микроорганизмов особенно широко используют метод экспериментального получения мутаций действием лучей Рентгена, ультрафиолетовых лучей и некоторых химических соединений. Таким путем удастся повысить наследственную изменчивость микроорганизмов в десятки и сотни раз, что облегчает и ускоряет процесс отбора высокопродуктивных рас. Особенно велики успехи в промышленности антибиотиков. Советские ученые (С. И. Алиханян и др.) получили мутации микроорганизмов, обладающих в десятки раз более высоким выходом антибиотиков, чем исходные культуры.

Селекция находит широкое применение и в отношении микроорганизмов, используемых в пищевой промышленности. Например, дрожжевые грибки, вызывающие брожение теста, обладают разными свойствами. Путем селекции выделяют наиболее продуктивные формы, повышающие качество хлеба.

Мутации происходят и у болезнетворных микроорганизмов н вирусов, вызывающих заболевания человека Иногда они приводят к повышению вредоносного действия микроба, что может иметь тяжелые последствия для человека.

Биотехнология. Биотехнологией называют основанное на самом совершенном биологическом процессе производство необходимых для человека веществ. Здесь комплексно используют высшие достижения микробиологии, биохимии, инженерных наук.

В биотехнологических процессах широко применяют микроорганизмы (бактерии, нитчатые грибы, актиномицеты, дрожжи). В огромных биореакторах (ферментерах) на специально подобранных питательных средах они нарабатывают белок, лекарственные препараты, ферменты и др.

Большую роль играют микроорганизмы в обеспечении животноводства полноценными кормовыми белками. На отходах нефтяной промышленности, а также на метаноле, этаноле, метане растут бактерии и дрожжи. Они создают большую массу белка, используемого как полноценные кормовые добавки. Этот белок богат незаменимой аминокислотой лизином, которого часто не хватает в растительной пище, вследствие чего задерживается рост животных.

Большое значение в биотехнологии приобретают методы, получившие название клеточной инженерии. Предварительно клетки искусственно выделяют из организма и переносят на специально созданные питательные среды, где они в стерильных условиях продолжают жить и размножаться. Такие клеточные культуры (или культура тканей) могут служить для продукции ценных веществ [126]. Например, культура клеток растения женьшень продуцирует лекарственное вещество, как и целое растение.

Получение растения методом культуры тканей
Рис. 126. Получение растения методом культуры тканей

Клеточные культуры используют и для гибридизации клеток. Применяя некоторые специальные приемы, можно объединить клетки разного происхождения от организмов, обычная гибридизация которых половым путем невозможна. Метод клеточной инженерии открывает принципиально новый способ создания гибридов на основе соединения в единую систему не половых, а соматических клеток. Уже получены гибридные клетки и организмы картофеля и томатов, яблони и вишни и некоторые другие. Открываются огромные перспективы для создания человеком новых форм культурных растений.

У животных получение гибридных клеток также открывает новые перспективы, главным образом для медицины. Например, в культуре получены гибриды между раковыми клетками (обладающими способностью к неограниченному росту) и некоторыми клетками крови – лимфоцитами. Последние вырабатывают вещества, обусловливающие иммунитет (невосприимчивость) к инфекционным, в том числе вирусным, заболеваниям. Используя такие гибридные клетки, можно получать ценные лекарственные вещества, повышающие устойчивость организма к инфекциям.

В биотехнологии широко применяют метод генной (генетической) инженерии, Успехи молекулярной биологии и генетики открывают широкие перспективы управления основными жизненными процессами путем перестройки генотипа. Исследованиями по перестройке генотипа занимается генная инженерия. Методы ее очень сложны. Сущность некоторых их них сводится к тому, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. Такие эксперименты проводятся преимущественно на прокариотных организмах (бактериях) и вирусах, но имеются уже некоторые данные, показывающие возможность применения методов генетической инженерии и на эукариотных организмах.

В результате встраивания в генотип ранее отсутствовавшего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые она раньше не синтезировала. Например, в генотип бактерии кишечной палочки удалось ввести ген из генотипа человека, контролирующий синтез инсулина – гормона в углеводном обмене. Инсулин широко используется в медицине при лечении нарушений функции поджелудочной железы (диабет). В настоящее время промышленный синтез инсулина будет осуществляться при посредстве кишечной палочки с встроенным геном инсулина.

Хорошо известно, какое огромное значение для урожайности сельскохозяйственных культур имеют неорганические соединения азота. Существуют некоторые виды бактерий, обладающих замечательной способностью фиксировать атмосферный азот, переводя его в связанный азот почвы. Поставлена задача – гены, контролирующие фиксацию атмосферного азота, ввести в генотип почвенных бактерий, которые не имеют этих генов. Решение задачи будет иметь первостепенное значение для растениеводства, совершенно по-новому встанет вопрос об удобрении почв.

Значение биотехнологии огромно, поскольку с ее помощью решаются серьезные проблемы. На базе микробиологии родилась и быстро развивается целая отрасль – микробиологическая промышленность. Активно участвуя в решении Продовольственной программы СССР, она выпускает средства интенсификации сельского хозяйства: высокоэффективные кормовые добавки и препараты (кормовые дрожжи, незаменимые аминокислоты, витамины, ферменты, кормовые и ветеринарные антибиотики). Налажен выпуск микробиологических средств защиты растений от вредителей и болезней, бактериальных удобрений, а также препаратов для нужд пищевой, текстильной, химической и других отраслей промышленности и для научных целей.

1. Как используют родственное скрещивание в селекция животных? 2. Приводите примеры отдаленных гибридов у животных. 3. Какую роль играет селекция микроорганизмов? 4. Какие перспективы для практической деятельности человека открывают методы биотехнологии?