СОДЕРЖАНИЕ
Достижения селекции растений
При создании новых форм культурных растений используется все разнообразие методов селекции. Однако основная роль в селекции культурных растений принадлежит мутациям, спонтанной и искусственной гибридизации между разными видами и полиплоидии. Особенно широко используется полиплоидия. Большинство культурных растений на Земле являются полиплоидами.
До XX века человечество использовало главным образом самопроизвольные естественные полиплоиды. Бурное развитие генетики в начале XX века позволило установить сущность полиплоидии и начать создание близких к природным новых типов полиплоидов растений, что обогатило их сортовое и качественное разнообразие. В подавляющем большинстве случаев полиплоидные типы значительно превосходят исходные диплоидные типы растений по многим ценным для человека признакам, так как у них довольно широко представлен гетерозис. В этом легко убедиться, если сравнить, например, массу одинакового количеcтва зерен (семян) у диплоидного и полиплоидного растений.
Зерна ржи: 1 – тетраплоидной; 2 – диплоидной
Показанные на рисунке 1000 семян дикорастущей ржи весят 5–6 г, тогда как тетраплоидной – 40–50 и даже 60 г. Это свидетельствует о том, что не только масса семян, но и их размеры, запас питательных веществ (особенно количество и качество белков), уровень всхожести, а также размеры стебля, степень кущения, облиственности растений изменены человеком для удовлетворения своих потребностей.
Например, диплоидная пшеница малозначима для пищевой промышленности. Только гексаплоидная пшеница (Triticum aestivum) дает лучшие в мире урожаи. Диплоидные культурные сорта картофеля (Solanum stenotomum) с давних пор выращиваются в локальных районах (в Андах местными племенами индейцев), но только тетраплоидные формы (Solanum tuberosum и S. andigena) распространились по всему земному шару из-за их урожайности и высоких вкусовых качеств.
Клубни картофеля (Solanum stenotomum), возделываемого в Андах (Перу и Боливия) на очень больших высотах
Часто в селекции растений используется искусственная гибридизация и сопутствующее ей явление гетерозиса. Имеется много примеров успешного получения продуктивных сортов в результате преодоления бесплодности гибридов отдаленной межвидовой гибридизации. Например, отечественный генетик Г.Д. Карпеченко в 1926 году получил плодоносящий гибрид при скрещивании редьки с капустой. Преодоление бесплодия в этом эксперименте осуществлялось на основе метода полиплоидии (рис. 57).
Стручки и хромосомные наборы исходных форм: 1 – редьки; 2 – капусты; 3 – промежуточного гибрида; 4 – капустно-редечного гибрида
Академику Н.И. Цицину в 50-х годах ХХ века удалось создать межродовой гибрид пшеницы и пырея, что легло в основу формирования нового сорта пшеницы зерно-кормового свойства с большим урожаем зерна и огромной укосной массой кормовой соломы. Сходным образом получен гибрид пшеницы с рожью, названный тритикале (от латинского названия родителей: пшеницы – Triticum и ржи – Secale). С получением тритикале была решена одна из важнейших проблем селекции пшеницы – создание новых сортов с высокой морозостойкостью. Методом ступенчатой гибридизации, при которой повторно скрещиваются ранние поколения гибрида с другими гибридами и сортами, был получен ценнейший сорт яровой пшеницы Саратовская-29. Таким же способом П.П. Лукьяненко, используя для гибридизации географически и экологически отдаленные формы, получил один из лучших по продуктивности сорт озимой мягкой пшеницы Безостая-1.
Замечательные сорта озимой пшеницы создал академик В.Н. Ремесло (Мироновская-808, Юбилейная-50 и др.), а В.П. Пустовойт методами скрещивания и отбора создал на Кубани ценный сорт подсолнечника, семена которого содержат более 50 % масла. До этого семена самых высокомасличных сортов подсолнечника содержали не более 30–32 % масла.
Методами внутривидовой и отдаленной гибридизации и отбора отечественные селекционеры создали много морозостойких сортов плодовых и ягодных культур, чем обеспечили продвижение садоводства далеко на север нашей страны в районы рискованного земледелия.
Достижения селекции животных
С давних пор, не зная законов наследственности, но поняв, что от лучших производителей может быть и лучшее потомство, используя опыт разведения животных, человек стал сознательно осуществлять их отбор с заранее планируемой целью – получить у потомства те признаки и свойства, которые наиболее соответствуют его жизненным запросам. Этот сознательный (методический) искусственный отбор послужил началом селекции животных.
Все традиционные методы селекции и искусственный отбор находят применение в селекции животных. Благодаря своеобразию свойств животного организма селекция животных характеризуется некоторыми особенностями, которые обязательно учитываются селекционерами. Например, не используются самооплодотворение и вегетативное размножение. Селекция животных всегда связана с подбором племенных производителей по нужным человеку признакам. Для скрещивания большое значение имеет изучение генотипа производителей по их родословным, в которых учитываются все признаки их предков, интересующие селекционера. Как правило, число особей в потомстве невелико, поэтому каждый гибрид имеет большое значение для выявления новых признаков и свойств.
Важное значение имеет оценка отдельных частей тела животного – его экстерьера, потому как многие его свойства, например продуктивность (молочность, мясистость), связаны с определенным телосложением. Данное обстоятельство обязывает селекционеров особое внимание уделять корреляционной зависимости между отдельными признаками, то есть учитывать сцепленное наследование признаков.
Изменение тела свиньи в результате одомашнивания и селекции (в процентах показано соотношение массы передней и задней частей тела у типов разной специализации): 1 – дикий тип; 2 – одомашненный тип; 3 – крупный тяжелый (мясо-сальный) тип; 4 – мясной тип; 5 – современный мясной тип
При гибридизации животных особенно широко используются два типа скрещивания: близкородственное (инбридинг) и неродственное (аутбридинг).
Инбридинг увеличивает вероятность присутствия одних и тех же аллелей любых генов, что в селекции важно для сохранения признаков, ценных с хозяйственной точки зрения. Аутбридинг используется для повышения или сохранения определенной степени гетерозиготности особей.
В селекции животных для улучшения пород стали применять искусственное осеменение, играющее важную роль в животноводстве и рыбоводстве. Используется также метод увеличения потомства ценных животных- производителей, основанный на одновременном созревании нескольких яйцеклеток (при гормональной стимуляции – суперовуляции), которые извлекаются из матки самки после оплодотворения и пересаживаются приемным матерям менее ценных пород или менее продуктивным женским особям той же породы.
С помощью мутагенов получают мутации стерильности, используемые далее в селекционных программах. Например, установлено, что самцы тутового шелкопряда дают коконы на 25–30 % более продуктивные, чем коконы самки (большая длина нити, целостность кокона, лучшая уложенность нити в коконе и пр.). Поэтому шелководы стремятся разводить преимущественно самцов. Как известно, у шелкопряда гетерогаметный пол – женский (XY), а гомогаметный – мужской (XX). С помощью индуцированного мутагенеза селекционерами выведена линия, у которой обе половые хромосомы несут летальные мутации. Поэтому самцы при скрещивании с любой здоровой самкой шелкопряда обеспечивают гибель всего женского потомства и сохранность мужского. В целях осуществления биологической борьбы таким же способом обрабатываются самцы некоторых насекомых – вредителей сельскохозяйственных культур и лесных растений.
Современные методы, основанные на знаниях генетики, обогатили практическую селекцию и раздвинули рамки возможностей создания новых домашних животных, обладающих свойствами, удовлетворяющими запросы человека.
Достижения селекции микроорганизмов
Микроорганизмы (или микробы) – это обобщенное название бактерий, микроскопических грибов и простейших. Все они играют важную роль в природе и в жизни человека. Они используются в разных областях промышленности (в производстве кормового белка, молочнокислых продуктов, антибиотиков, витаминов, аминокислот, ферментов, хлебопечении, виноделии и др.), в сельском хозяйстве (производство силоса), для биологической защиты растений и очистки сточных вод. Все это является стимулом развития промышленной микробиологии и интенсивной селекционной работы по созданию новых штаммов микроорганизмов с повышенной продуктивностью веществ, необходимых человеку.
Особенно широко и успешно в этом направлении используются искусственный (индуцированный) мутагенез и генная инженерия. Их применение обеспечило создание целого ряда высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, продуцирующих витамины (например, витамины B2, B12), белки и аминокислоты намного эффективнее, чем их исходные формы. Использование метода обработки плесневых грибов – актиномицетов химическими и физическими мутагенами позволило получить различные антибиотики, широко применяемые в здравоохранении.
В селекции микроорганизмов применяются в основном те же методы, что и в селекции других живых существ. Но микроскопические размеры микроорганизмов обусловливают использование и других, биотехнологических методов селекции: целенаправленное создание новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена, которые человек использует для своих потребностей. Таким путем были получены инсулин, интерферон, гормон роста человека и другие важные биологически активные вещества.
