§ 30. Селекция животных и микроорганизмов. Биотехнология

Определения и обозначения

Порода — устойчивая группа домашних животных одного вида с общими наследственными признаками. Например, животные одной породы могут отличаться высокой молочной продуктивностью или быстрым ростом. Для селекции порода служит группой, внутри которой отбирают и скрещивают особей, чтобы получить потомство с нужным сочетанием наследственных качеств.

Штамм микроорганизмов — генетически однородная группа микроорганизмов с определёнными наследственными свойствами. Штаммы одного вида могут различаться тем, сколько полезного вещества они производят, как быстро растут или насколько устойчивы к неблагоприятным условиям. Поэтому подбор штамма позволяет направить производство на получение нужного продукта.

Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Такое преимущество может проявляться, например, в более быстром росте или большей устойчивости. Селекционерам гетерозис полезен для получения продуктивных гибридов, но он не означает, что свойство обязательно закрепится во всех следующих поколениях.

Биотехнология — использование организмов, клеток или биологических процессов для получения нужных человеку продуктов. В производстве могут работать целые микроорганизмы или отдельные клетки, выполняющие определённые реакции. Это понятие помогает отличать практическое применение биологических систем от селекции, которая подбирает или создаёт организмы с подходящими свойствами.

Как это устроено

Селекция животных использует наследственную изменчивость: особи отличаются, и часть различий передаётся потомству. Селекционер выбирает животных с ценными хозяйственными признаками и скрещивает их, чтобы объединить подходящие наследственные особенности. Затем он оценивает потомков и оставляет для дальнейшего размножения тех, у кого нужные качества выражены и наследуются. Отбор и повторные скрещивания постепенно меняют состав породы, потому что чаще размножаются выбранные особи.

При инбридинге скрещивают близкородственных животных. У родственников чаще встречаются одинаковые варианты генов, поэтому потомство с большей вероятностью получает два одинаковых варианта и нужный признак может закрепиться. Но такой способ не различает полезные и вредные наследственные особенности: вместе с желательным признаком могут проявиться скрытые вредные варианты. Поэтому инбридинг применяют осторожно и проверяют здоровье и продуктивность потомства.

При отдалённой гибридизации скрещивают животных разных пород, а иногда и разных видов, чтобы объединить их признаки. Чем сильнее различаются родительские формы, тем вероятнее, что их хромосомы будут плохо взаимодействовать при образовании половых клеток гибрида. Из-за этого гибрид может быть бесплодным, хотя сам он способен нормально развиваться. Бесплодие ограничивает использование таких животных: их нельзя разводить обычным способом, чтобы получить следующее поколение с нужными качествами.

Микроорганизмы быстро размножаются, поэтому селекционер за короткое время получает множество поколений и вариантов. Наследственную изменчивость можно увеличить, например, мутагенезом — воздействием факторов, повышающих вероятность мутаций. Затем микроорганизмы выращивают и отбирают те варианты, которые лучше проявляют нужное свойство, например производят больше полезного вещества. Проверка потомства или повторное выращивание помогают убедиться, что результат связан с наследуемым свойством, а не случайными условиями.

Биотехнология использует микроорганизмы, клетки и биологические процессы как средство получения полезных продуктов. Чтобы производство было эффективным, выбирают систему, которая стабильно образует нужное вещество, а затем создают подходящие условия для её работы. В медицине биотехнологические методы применяют для получения лекарств и диагностических препаратов, в сельском хозяйстве — для создания полезных продуктов и средств, в промышленности — для производства пищевых и других веществ. Результаты селекции здесь важны потому, что свойства используемого организма влияют на качество и количество продукта.

Особенности селекции животных и микроорганизмов

Сравнивайте столбцы по одной строке: так видно, как особенности организма влияют на методы селекции. Например, быстрая смена поколений у микроорганизмов позволяет быстрее проверять множество вариантов. Таблица показывает общие различия, а конкретные методы зависят от вида и поставленной задачи.

Разбор задач

Задача 1. Почему при выведении породы отбирают особей с нужными наследственными признаками и проверяют их потомство? Решение: одного подходящего внешнего проявления недостаточно, потому что оно может зависеть от условий жизни и не передаваться детям. Нужно установить, связан ли признак с наследственностью. Для этого рассматривают потомство и продолжают размножать животных, у которых нужное качество повторяется.

1. Определяем цель: получить группу животных с нужным признаком.
2. Отбираем подходящих родителей, поскольку они с большей вероятностью передадут признак потомству.
3. Проверяем потомство: повторение признака у потомков служит подтверждением его наследуемости.
4. Оставляем для дальнейшего размножения тех животных, которые сочетают нужный признак и способность передавать его.

Ответ: искусственный отбор увеличивает долю животных с нужным качеством, а проверка потомства показывает, наследуется ли оно. Это помогает не строить селекцию на случайном или приобретённом изменении.

Задача 2. Одна линия животных продуктивна, другая устойчива к заболеваниям. Как объединить признаки и какое ограничение возможно? Решение: скрестить животных из двух линий и оценить потомство по обоим признакам. Скрещивание создаёт новые сочетания наследственных вариантов, но не гарантирует, что каждый потомок получит и выразит оба желательных качества. Поэтому лучших животных отбирают, а их потомство проверяют.

1. Уточняем цель: получить животных, сочетающих продуктивность первой линии и устойчивость второй.
2. Проводим скрещивание представителей линий, чтобы объединить их наследственные особенности.
3. Сравниваем потомков по продуктивности и устойчивости, не предполагая заранее, что признаки проявятся у всех.
4. Отбираем подходящих особей и проверяем, передают ли они оба качества следующим поколениям.

Ответ: нужно скрестить линии, а затем проводить отбор и проверку потомства. Ограничение в том, что желательные признаки могут сочетаться не у всех потомков и могут передаваться неодинаково.

Задача 3. Нужно получить штамм микроорганизмов, производящий больше полезного вещества. Решение: сначала создают или используют наследственную изменчивость, чтобы среди вариантов появились различия по продуктивности. Например, применяют мутагенез, а затем выращивают полученные микроорганизмы в сопоставимых условиях. После этого измеряют выход вещества и оставляют наиболее продуктивные варианты.

1. Получаем разнообразие наследственных вариантов, например с помощью мутагенеза.
2. Выращиваем варианты при одинаковых условиях, чтобы сравнение было честным.
3. Измеряем количество полезного вещества и отбираем штаммы с высоким результатом.
4. Повторно проверяем отобранный штамм, чтобы убедиться в устойчивости и наследуемости его продуктивности.

Ответ: последовательность включает получение изменчивости, выращивание вариантов, измерение продуктивности, отбор и повторную проверку. Только проверенный наследуемый результат подходит для дальнейшего использования.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что инбридинг всегда улучшает породу. Близкое родство повышает вероятность закрепления одинаковых наследственных вариантов, но не делает их обязательно полезными. Такую ошибку допускают, если замечают только желательный признак и не учитывают скрытые вредные особенности. Проверка здоровья и потомства помогает оценить последствия инбридинга.

Ошибка: путать гетерозис с устойчивым улучшением породы. Повышенная продуктивность часто особенно заметна у гибридов первого поколения, но сочетания наследственных вариантов могут измениться при дальнейшем размножении. Гетерозис не означает, что все потомки будут такими же продуктивными. Чтобы проверить себя, спросите: речь идёт о преимуществе гибрида или о закреплённом признаке породы?

Ошибка: считать любой гибрид плодовитым. У гибридов разных видов могут возникнуть трудности при образовании половых клеток, поэтому потомство иногда оказывается бесплодным. Это ограничивает разведение, даже если гибрид обладает полезными признаками. Проверяйте, способны ли гибриды давать потомство, прежде чем делать вывод о возможности закрепить их качества.

Ошибка: смешивать селекцию микроорганизмов и биотехнологию. Селекция создаёт или отбирает штамм с нужным свойством, тогда как биотехнология использует его для производства продукта. Эти процессы связаны, поэтому их легко объединить в одно понятие. Для самопроверки определите, о чём говорится: о подборе организма или о его применении.

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужно знать, что такое наследственность и изменчивость, генотип и фенотип. Генотип — наследственная основа организма, а фенотип — совокупность проявляющихся признаков, зависящих от генотипа и условий среды. Искусственный отбор и скрещивание показывают, как человек направляет наследственные изменения в нужную сторону. Эти понятия связывают тему с генетикой и эволюционным учением.

Тема также помогает понять, как получают лекарства, пищевые продукты и другие вещества биотехнологическими методами. Селекция позволяет выбрать подходящий организм или штамм, а биотехнология — использовать его в производстве. Поэтому знания о наследственности и свойствах организмов важны не только для биологии, но и для медицины, сельского хозяйства и промышленности.

Что запомнить

• Селекция животных направлена на получение пород с нужными наследственными признаками.
• Селекционная работа опирается на наследственную изменчивость, отбор и скрещивание.
• Инбридинг помогает закрепить признаки, но может привести к проявлению вредных мутаций.
• Гетерозис — преимущество гибридов первого поколения.
• У микроорганизмов из-за быстрого размножения можно быстро получать и проверять множество вариантов.
• Биотехнология использует организмы и биологические процессы для практических целей.