Основы генетики и селекции. Основные закономерности наследственности законы Менделя

2. Селекция растений

В селекции растений особое значение имеют развитие научных основ отбора и гибридизации, методы создания исходного материала - полиплоидия, экспериментальный мутагенез, гаплоидия, клеточная селекция, хромосомная и генная инженерия, гибридизация протопластов, культура зародышевых и соматических клеток и тканей растений; изучение генетических и физиолого-биохимических основ иммунитета, наследование важнейших количественных и качественных признаков (белка и его аминокислотного состава, жиров, крахмала, сахаров). В современной селекции растений в качестве исходного материала используют естественные и гибридные популяции, самоопыленные линии, искусственные мутанты и полиплоидные формы. Большинство сортов сельскохозяйственных растений создано методом отбора и внутривидовой гибридизации. Получены мутантные и полиплоидные сорта зерновых, технических и кормовых культур. Успех гибридизации в значительной степени определяется правильным подбором для скрещивания исходных родительский пар, особенно по эколого-географическому принципу. При необходимости объединить в гибридном потомстве признаки нескольких родительских форм используют ступенчатую гибридизацию. Этот метод широко применяется во всем мире. Для усиления в гибридном потомстве желаемых свойств одного из родителей применяют возвратные скрещивания. Для сочетания в одном сорте признаков и свойств разных видов или родов растений применяют отдаленную гибридизацию.

Мичурин и его работа

И.В. Мичурин - выдающийся учёный-селекционер, один из основателей науки о селекции плодовых культур. Он жил и работал  в уездном городе Козлове (Тамбовская губерния), переименованном в 1932 г. в Мичуринск. Работа в саду с юных лет была его любимым делом. Он поставил целью своей жизни обогатить сады России новыми сортами и добился осуществления этой мечты, несмотря на невероятные трудности и лишения.

Им были разработаны оригинальные практические методы получения гибридов с новыми, полезными для человека свойствами, а также сделаны весьма важные теоретические выводы.

Поставив перед собой задачу продвижения южных сортов плодовых деревьев в среднюю полосу России, Мичурин сначала пытался решить ее путем акклиматизации указанных сортов в новых условиях. Но выращенные им южные сорта зимою вымерзали. Одно лишь изменение условий существования организма не может изменить филогенетически выработавшийся стойкий генотип, притом в определенную сторону.

Убедившись в непригодности  метода акклиматизации, Мичурин посвятил свою жизнь селекционной работе, в  которой использовал три основных вида воздействия на природу растения: гибридизацию, воспитание развивающегося гибрида в различных условиях и отбор.

Гибридизация, т. е. получение сорта  с новыми, улучшенными признаками, чаще всего производилась путем  скрещивания местного сорта с  южным, обладавшим более высокими вкусовыми  качествами. При этом наблюдалось  отрицательное явление--доминирование у гибрида признаков местного сорта. Причина этого заключалась в исторической приспособленности местного сорта к определенным условиям существования.

Одним из основных условий, способствующих успеху гибридизации, Мичурин считал подбор родительских пар. В одних случаях он брал для скрещивания родителей, отдаленных по своему географическому месту обитания. Если для родительских форм условия существования не соответствуют их обычным, рассуждал он, то полученные от них гибриды будут иметь возможность легче приспособиться к новым факторам, так как не произойдет одностороннего доминирования. Тогда селекционер сможет управлять развитием гибрида, приспосабливающегося к новым условиям.

Таким методом был выведен сорт груши Бере зимняя Мичурина. В качестве матери была взята уссурийская дикая груша, отличающаяся мелкими плодами, но зимостойкая, в качестве отца -- южный сорт Бере рояль с крупными сочными плодами. Для обоих родителей условия средней полосы России были необычными. У гибрида проявились нужные селекционеру качества родителей: плоды были крупные, лежкие, обладали высокими вкусовыми качествами, а само гибридное растение переносило холод до -- 36°.

В других случаях Мичурин подбирал местные морозостойкие сорта  и скрещивал их с южными теплолюбивыми, но с иными отличными качествами. Тщательно отобранные гибриды Мичурин воспитывал в спартанских условиях, считая, что в противном случае у них появятся черты теплолюбивости. Так был получен сорт яблони Славянка от скрещивания Антоновки с южным сортом Ранетом ананасным.

Кроме скрещивания двух форм, относящихся  к одной систематической категории (яблони с яблоней, груши с грушей), Мичурин применял и гибридизацию отдаленных форм: получал межвидовые и межродовые гибриды.

Им получены гибриды между вишней и черемухой (церападусы), между абрикосом и сливой, сливой и терном, рябиной и сибирским боярышником и др.

В естественных условиях чужеродная пыльца другого вида не воспринимается материнским растением и скрещивания  не происходит. Для преодоления нескрещиваемости при отдаленной гибридизации Мичурин применял несколько методов.

Метод предварительного вегетативного  сближения

Однолетний черенок гибридного сеянца рябины (привой) прививается  в крону растения другого вида или рода, например к груше (подвой). После 5--6-летнего питания за счет веществ, вырабатываемых подвоем, происходит некоторое изменение, сближение физиологических и биохимических свойств привоя.

Во время цветения рябины ее цветки опыляют пыльцой подвоя. При этом осуществляется скрещивание.

Метод посредника

Применялся  Мичуриным при осуществлении  гибридизации культурного персика  с диким монгольским миндалем бобовником (в целях продвижения  персика на север). Поскольку прямое скрещивание указанных форм не удавалось, Мичурин скрестил бобовник с полукультурным персиком Давида. Их гибрид скрещивался с культурным персиком, за- что и был назван посредником.

Метод опыления смесью пыльцы

И.В. Мичурин  применял различные варианты смеси  пыльцы. Смешивалось небольшое количество пыльцы материнского растения с пыльцой  отцовского. В этом случае своя пыльца раздражала рыльце пестика, которое становилось способным воспринять и чужеродную пыльцу. При опылении цветков яблони пыльцой груши к последней добавляли немного пыльцы яблони. Часть семяпочек оплодотворялась своей пыльцой, другая часть -- чужой (грушевой).

Преодолевалась  нескрещиваемость и при опылении цветков материнского растения смесью пыльцы разных видов без добавления пыльцы своего сорта. Эфирные масла  и другие секреты, выделяемые чужой  пыльцой, раздражали рыльце материнского растения и способствовали ее восприятию.

Всей своей  многолетней работой по выведению  новых сортов растений И. В. Мичурин  показал важность последующего за скрещиванием воспитания молодых гибридов.

При воспитании развивающегося гибрида Мичурин  обращал внимание на состав почвы, метод хранения гибридных семян, частую пересадку, характер и степень питания сеянцев и другие факторы.

Метод ментора

Кроме того, Мичурин широко применял разработанный  им метод ментора. Для воспитания в гибридном сеянце желательных качеств сеянец прививается к растению, обладающему этими качествами. Дальнейшее развитие гибрида идет под влиянием веществ, вырабатываемых растением-воспитателем (ментором); у гибрида усиливаются искомые качества. В данном случае в процессе развития гибридов происходит изменение свойств доминантности.

Ментором  может быть как подвой, так и  привой. Таким способом Мичурин вывел  два сорта--Кандиль-китайку и Бельфлёр-китайку.

Кандиль-китайка -- результат скрещивания Китайки  с крымским сортом Кандиль-синап. Поначалу гибрид стал уклоняться в сторону южного родителя, что могло развить в нем недостаточную холодостойкость. Чтобы развить и закрепить признак морозоустойчивости, Мичурин привил гибрид в крону матери Китайки, обладавшей этими качествами. Питание в основном ее веществами воспитало в гибриде нужное качество. Выведение второго сорта Бельфлёр-китайки было сопряжено с некоторым уклонением гибрида в сторону морозоустойчивой и раннеспелой Китайки. Плоды гибрида не могли выдерживать долгого хранения. Чтобы воспитать в гибриде свойство лежкости, Мичурин привил в крону гибридного сеянца Бельфлёр-китайки несколько черенков позднеспелых сортов. Результат оказался хорошим -- плоды Бельфлёр-китайки приобрели желаемые качества -- позднеспелость и лежкость.

Метод ментора удобен тем, что его действие можно регулировать следующими приемами: 1) соотношением возраста ментора и гибрида; 2) продолжительностью действия ментора; 3) количественным соотношением листвы ментора и гибрида.

Например, интенсивность действия ментора  будет тем выше, чем старше его возраст, крона богаче листвой и чем длительнее он действует. В селекционной работе Мичурин придавал существенное значение отбору, который производился многократно и весьма жестко. Гибридные семена отбирались по их крупности и округлости: гибриды -- по конфигурации и толщине листовой пластинки и черешка, форме побега, расположению боковых почек, по зимостойкости и сопротивляемости к грибковым заболеваниям, вредителям и многим другим признакам и, наконец, по качеству плода.

Результаты работы И. В. Мичурина поразительны. Им были созданы сотни новых сортов растений. Ряд сортов яблонь и ягодных культур продвинут далеко на север. Они обладают высокими вкусовыми качествами и в то же время прекрасно приспособлены к местным условиям. Новый сорт Антоновка шестисотграммовая дает урожай с одного дерева до 350 кг. Мичуринский виноград выдерживал зиму без присыпки лоз, что делается даже в Крыму, и вместе с тем не снизил своих товарных показателей. Мичурин своими работами показал, что творческие возможности человека безграничны.

3. Селекция животных

Задача  селекции животных - создание новых  и улучшение существующих пород  животных. Порода - это животных одного которая отличается генетически  устойчивыми морфофизиологическими  полезными человеку. Подобно культурным растениям, породные домашних животных проявляются только в определенных условиях содержания, но при изменении условий порода их теряет, и к дикому типу. Исключением являются собаки, которые, оставшись без внимания человека, не восстанавливают фенотип предков, а в полиморфную группу (их объединяют под «дворовые собаки» просто «дворняги»).

Особенностью  селекции животных то, что них свойственно  только размножение. Основными так  же являются различные формы отбора и гибридизации, но при пар учитывать хозяйственные которые у самцов не проявляются в фенотипе, но влияют на продуктивность породы (например, яйценоскость, жирность молока, продолжительность лактации и т.д.). При этом оценка производителей производится по внешним признакам (экстерьер), родословным и по качеству потомства. Очень рациональное использование генеративного материала. Широкое применение искусственного осеменения позволяет использовать половые клетки особо выдающихся по своим качествам самцов-производителей даже спустя много лет после их смерти (глубокозамороженную хранят в особых хранилищах). Для получения максимального приплода от наиболее ценных самок разработаны методы стимуляции одновременного созревания нескольких яйцеклеток путем введения определенных гормонов. После оплодотворения эти клетки (ранние эмбрионы) пересаживают менее продуктивным самкам, которые и вынашивают генетически ценный плод.

Первым  этапом селекции является приручение выбранного животного. Это называют одомашниванием. Географические области, где произошло одомашнивание того или иного виды, называются центрами доместикации. Обычно они территориально совпадают с основными центрами древних цивилизаций (там же находятся и центры происхождения культурных растений).

На культурные формы стабилизирующая форма  естественного отбора действует в значительно меньшей степени, поэтому признаки, которые в дикой природе для вредными, не элиминируются, если они оказываются полезными человеку. Это создает дополнительные условия для генетического разнообразия.

Типы скрещивания. Эффективность отбора усиливается правильно проведенными скрещиваниями. Используя различные системы скрещивания, можно добиться сочетания в потомстве нужных или избавиться от ненужных. Все скрещиваний делят на два типа: близкородственное и неродственное.

Близкородственные скрещивание, или инбридинг, приводит к гомозиготации популяции и позволяет при необходимости разложить популяцию на гомозиготные линии. Родственными называются родительские пары, находящиеся между собой в родстве: брат - сестра; отец - дочь; мать - сын; двоюродные братья и сестры и т.д. При этом скорость гомозиготизации тем выше, чем более близкими родственниками оказываются подобранные родительские пары. В тех случаях, признак контролируется несколькими генами, гомозиготизация идет В большинстве случаев аллели, которые в обычных условиях находятся в популяции в гетерозиготном состоянии, отрицательно воздействуют на организм. Поэтому инбридинг постепенно приводит к снижению устойчивости к факторам и вырождению - инбредной депрессии. Начинают проявляться многие генные заболевания, одновременно происходит выравнивание линий по большинству признаков. Однако инбридинг не позволяет получить абсолютно гомозиготные линии, потому что будут гетерозиготы по половым хромосомам (XX и XV), кроме того, есть вероятность возникновения мутаций. Отбор на первых этапах инбридинга дает значительный эффект в нужную сторону, отбор на последующих близкородственных скрещиваниях эффективен, но при этом возрастает гарантия закрепления нужных свойств в генотипе потомства.

Инбридинг одинаково широко используется в  как селекции растений, так и животных. Инбредная депрессия часто используется для получения гетерозиса. При  этом следует помнить, что для  многих (пшеница, горох, фасоль и др.) автогамное размножение - обычное явление и не ведет к депрессии и вырождению. Для них самоопыление и самооплодотворение собой адаптацию, повышающую вероятность размножения.

Неродственное скрещивание, или аутбридинг, приводит к противоположному эффекту, т.е. повышению  гетерозиготности группы. Чаще при этом скрещиваются особи разных популяций, не имеющих общих предков в 4 - б поколениях. Такое очень распространено в практике сельского хозяйства, поскольку потомство первого поколения наиболее жизнеспособно и продуктивно, проявляя гетерозис. Однако если в гибридном организме объединяют несколько нужных наследственных свойств или стараются определенное одно, то следует учитывать, что гибриды первого поколения проявляют фенотипическое однообразие, а в последующих поколениях происходит расщепление. Поэтому необходимо тщательно продумывать систему дальнейших скрещиваний и отбора, Разновидность аутбридинга является межпородное скрещивание, или кроссбридинг. В селекции животных также широко применяют отдаленную гибридизацию. Выбор типа скрещивания зависит от поставленной задачи. Для племенного (заводского) сельскохозяйственных животных и растений, а также собственно селекционной работы (выведения новых пород и улучшения существующих) применяют как инбридинг, так и аутбридинг. Если же ставится увеличения продуктивности имеющихся и сортов, используют их промышленное скрещивание. При этом не ведется, работа по улучшению культурных свойств этой группы, а лишь достигаются сиюминутные результаты.