"Биология. Базовый уровень", Андреева Н.Д.
Селекция — наука о создании и улучшении сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Она использует наследственную изменчивость: селекционер находит организмы с полезными особенностями, размножает их и проверяет, передаются ли эти особенности потомству. Для этого применяют отбор и гибридизацию, а у растений — также полиплоидию. При работе с микроорганизмами полезные варианты часто получают с помощью мутагенов, а затем отбирают и проверяют.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Массовый отбор — выбор группы растений с желательными признаками и получение потомства от их семян. Потомство не проверяют по отдельным растениям: семена смешивают или рассматривают вместе, поэтому происхождение каждого нового растения не отслеживают. Метод удобен, когда нужно быстро сохранить полезный признак в популяции, но он не показывает, какое именно растение передаёт его особенно надёжно.
Индивидуальный отбор — выбор отдельных организмов с нужными признаками и раздельная оценка их потомства. Селекционер знает, от какого родителя получено каждое потомство, и может сравнить его с потомством других выбранных организмов. Такой способ точнее массового, потому что помогает выявить наследственную ценность конкретного производителя, а не только наличие у него заметного признака.
Гибридизация — скрещивание организмов, различающихся наследственными признаками. Потомок может получить сочетания вариантов генов от обоих родителей, поэтому селекционер рассчитывает совместить полезные свойства разных форм. Однако нужное сочетание не возникает у каждого потомка автоматически: результат скрещивания нужно оценивать и отбирать.
Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Он может проявляться сразу по нескольким показателям, например в более быстром росте и большем урожае. Это не название отдельного признака вроде окраски или размера, а общее превосходство гибридов по ряду свойств.
Селекция опирается на наследственную изменчивость — различия между организмами, часть которых может передаваться потомству. Сначала селекционер находит особей с нужными свойствами, потому что без исходного разнообразия выбирать было бы не из чего. Затем выбранные организмы размножают и проверяют потомство: только так можно понять, сохранился ли признак в следующем поколении. Если полезное свойство не наследуется, один удачный внешний результат ещё не создаёт основу для нового сорта, породы или штамма.
У растений применяют массовый и индивидуальный отбор, поскольку растения можно размножать семенами и сравнивать их признаки в большом количестве. Массовый способ позволяет быстро отбирать группу по заметному признаку, но не связывает каждое новое растение с отдельным родителем. Индивидуальный отбор требует раздельно выращивать и оценивать потомство, зато помогает точнее находить растения, устойчиво передающие нужные свойства. Гибридизация дополняет отбор: скрещивая формы с разными наследственными особенностями, получают потомство с новыми сочетаниями признаков.
При скрещивании удалённых форм могут объединиться полезные свойства, которые прежде встречались у разных родителей. Это расширяет возможности отбора, но одновременно делает результат менее предсказуемым: в потомстве появляются разные сочетания признаков. Поэтому селекционер не считает само скрещивание готовым результатом, а выбирает подходящих потомков. В первом поколении гибридов иногда проявляется гетерозис — превосходство по жизнеспособности или продуктивности, возникающее благодаря сочетанию наследственных особенностей родителей.
У растений можно искусственно вызвать полиплоидию, то есть увеличить число наборов хромосом в клетках. Для этого используют специальные воздействия, нарушающие нормальное распределение хромосом при делении клеток. Изменение числа наборов может повлиять на развитие растения и привести к полезным для человека признакам, например увеличению размеров плодов. Но полиплоидия не гарантирует нужного результата сама по себе: полученные растения оценивают и отбирают.
В селекции животных важно оценивать не только внешний вид и продуктивность особи, но и качество её потомства, потому что признаки могут передаваться неодинаково. Для получения нужных сочетаний свойств селекционер подбирает пары и учитывает происхождение животных. Близкородственное скрещивание используют, чтобы закреплять желательные признаки, однако оно может также усиливать нежелательные наследственные особенности. Неродственное скрещивание помогает получать гибридов и сочетать наследственные различия родителей, после чего потомство тоже проверяют.
Микроорганизмы быстро размножаются и дают многочисленное потомство, поэтому можно за короткое время получить и сравнить много вариантов. Для повышения наследственной изменчивости культуру обрабатывают мутагенами — факторами, увеличивающими частоту мутаций. Изменения возникают случайно, а не по заранее заданному заказу селекционера, поэтому после обработки нужно выявить варианты с полезным свойством. Затем перспективный штамм проверяют в следующих поколениях и сохраняют, если нужный признак остаётся устойчивым.
Таблица сопоставляет методы по группам организмов и показывает, на что обращают внимание при отборе и проверке результата. В ячейках указаны общие направления работы, а не обязательные правила для каждого отдельного вида. Сравнивая столбцы, можно увидеть, что цель селекции общая, но способы размножения и оценки потомства различаются.
| Метод | Растения | Животные | Микроорганизмы |
|---|---|---|---|
| Отбор: кого выбирают и как оценивают результат | Выбирают растения с нужными признаками; применяют массовый или индивидуальный отбор, при индивидуальном проверяют потомство отдельно. | Выбирают производителей по признакам и оценивают качество их потомства. | Отбирают варианты с полезными свойствами и проверяют, сохраняются ли они при размножении. |
| Гибридизация: какие формы скрещивают и что получают | Скрещивают формы с различными наследственными признаками, чтобы получить новые сочетания; у гибридов первого поколения возможен гетерозис. | Подбирают пары с нужными особенностями; неродственное скрещивание помогает получать гибридов. | Скрещивание не является основным способом, сопоставимым с отбором и мутагенезом; перспективные варианты выявляют и проверяют. |
| Искусственное повышение наследственной изменчивости | Можно искусственно вызвать полиплоидию — увеличение числа наборов хромосом. | Важны подбор пар и оценка потомства; искусственное изменение наследственной изменчивости не является описанным здесь основным приёмом. | Используют мутагены, повышающие частоту мутаций; полезные изменения затем выявляют отбором. |
| Особенности размножения и проверки потомства | Растения размножают семенами; при массовом отборе потомство группы не разделяют по отдельным родителям. | Потомство каждого производителя оценивают, чтобы выявить наследование нужных признаков. | Быстрое размножение даёт многочисленные варианты; устойчивость выбранного признака проверяют в следующих поколениях. |
Задача 1. Селекционер оставил семена от нескольких растений пшеницы с наиболее крупными колосьями и не разделил потомство по отдельным растениям. Нужно определить применённый метод. Ключевая подсказка здесь — семена взяты от группы, а происхождение потомства каждого растения отдельно не отслеживается.
Ответ: применён массовый отбор. Если бы семена каждого растения выращивали и проверяли отдельно, это указывало бы на индивидуальный отбор.
Задача 2. Нужно получить гибрид кукурузы, сочетающий полезные признаки двух родительских линий. Требуется назвать метод и объяснить, почему потомство оценивают отдельно от родителей. Здесь важно отличать цель скрещивания от проверки результата: родители имеют исходные признаки, а нужное сочетание должно проявиться у потомков.
Ответ: используют гибридизацию. Потомство оценивают отдельно, чтобы выяснить, проявились ли у него нужные свойства и какие гибриды стоит оставить для дальнейшей селекции.
Задача 3. Культуру микроорганизмов обработали мутагеном, выделили варианты с повышенным синтезом нужного вещества и проверили устойчивость признака в следующих поколениях. Нужно объяснить последовательность действий. В условии описаны не только получение изменчивости, но и отбор с проверкой, которые необходимы для выбора надёжного штамма.
Ответ: сначала мутагенез повышает наследственную изменчивость, затем отбор выявляет варианты с нужным свойством, а проверка следующих поколений подтверждает его устойчивость. Подходящий вариант сохраняют как перспективный штамм.
Считать массовый и индивидуальный отбор одинаковыми — значит не замечать, как именно оценивают потомство. Эту ошибку допускают, потому что в обоих случаях сначала выбирают организмы с полезными признаками. Проверка простая: если потомство группы не разделяют по родителям, отбор массовый; если потомство каждого организма оценивают отдельно, индивидуальный.
Полагать, что любое скрещивание сразу даёт организм с нужным набором признаков, неверно: потомки могут различаться, а нужное сочетание нужно найти. Такая ошибка возникает, когда цель селекционера принимают за гарантированный результат гибридизации. Чтобы проверить себя, спросите, указано ли в решении, как отбирают и проверяют потомство после скрещивания.
Путать гетерозис с наследованием одного конкретного признака — значит слишком узко понимать термин. Гетерозисом называют общее превосходство гибридов первого поколения по ряду показателей, а не передачу, например, только крупного плода или высокой урожайности. Проверьте формулировку: в ней должны быть названы гибриды первого поколения и их повышенная жизнеспособность или продуктивность относительно родителей.
Считать, что мутаген направленно создаёт именно полезное изменение, ошибочно: он повышает частоту мутаций, а их результат заранее не задаётся. Это заблуждение появляется из-за того, что обработку проводят ради конкретной цели селекции. Самопроверка состоит в том, чтобы разделить два этапа: мутагенез создаёт разнообразие, а отбор выявляет среди вариантов полезные.
Для понимания селекции нужны знания о наследственной изменчивости, генотипе и фенотипе. Генотип — наследственная основа организма, а фенотип — наблюдаемые особенности, складывающиеся под влиянием генотипа и условий среды. Представления о доминантных и рецессивных аллелях помогают объяснять, почему признак может проявляться у потомства не так, как у родителей, и зачем проверять несколько поколений.
Методы селекции связаны с генетикой: понимание наследования помогает выбирать родителей и оценивать полученные сочетания признаков. Эти знания применяют и в биотехнологии, где работают с микроорганизмами и получают штаммы с нужными свойствами. Селекционные достижения важны для сельского хозяйства и промышленности, поскольку помогают получать более продуктивные растения и животных, а также полезные микроорганизмы.
Чем массовый отбор отличается от индивидуального?
При массовом отборе оставляют группу организмов с нужными признаками и получают общее потомство от этой группы. При индивидуальном каждый выбранный организм оценивают отдельно, в том числе по его потомству, поэтому можно точнее установить, передаёт ли он признак.
Зачем при селекции проверяют потомство?
Внешний признак не всегда показывает, что полезное свойство обусловлено наследственностью. Проверка потомства помогает выяснить, передаётся ли признак следующим поколениям, и выбрать надёжных производителей или линии.
Почему гибриды первого поколения могут превосходить родителей?
У гибридов могут сочетаться полезные наследственные особенности родительских форм, а взаимодействие генов иногда повышает жизнеспособность и продуктивность. Такое превосходство по ряду показателей называют гетерозисом; оно не означает, что каждый гибрид обязательно будет лучше родителей.
Для чего в селекции растений вызывают полиплоидию?
Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом в клетках. Её вызывают искусственно, чтобы получить растения с полезными изменениями, например с более крупными плодами или другими хозяйственно ценными признаками.
Как получают штаммы микроорганизмов с полезными свойствами?
Сначала наследственную изменчивость могут повысить обработкой культуры мутагеном, который увеличивает частоту мутаций, но не создаёт заранее заданное полезное изменение. Затем среди полученных вариантов отбирают подходящие, проверяют устойчивость признака в следующих поколениях и сохраняют перспективный штамм.
§ 51. Методы селекции растений, животных, микроорганизмов
