§ 11. Генетические основы селекции. Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции

Определения и обозначения

Селекция — наука и практика создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Её задача — получать организмы с признаками, полезными человеку. Для этого селекционеры используют наследственные различия и подбирают подходящие способы скрещивания и отбора.

Сорт, порода и штамм — группы организмов одного вида с наследственно закреплёнными хозяйственно ценными признаками. Сортом называют такую группу у растений, породой — у животных, а штаммом — у микроорганизмов. Эти понятия помогают обозначать результаты селекционной работы, которые сохраняют характерные свойства при размножении.

Гибридизация — скрещивание генетически различающихся организмов для объединения нужных признаков у потомства. Родительские формы подбирают так, чтобы у каждой были полезные свойства, которых не хватает другой. Гибридизация создаёт новые сочетания признаков, но не гарантирует, что каждый потомок окажется нужным.

Искусственный отбор — выбор человеком организмов с желательными наследственными признаками для размножения. Он направляет изменение популяции в сторону, важную для селекционера. Отбор нужен, чтобы из разнообразного потомства оставить формы, которые лучше соответствуют поставленной цели.

Как это устроено

Селекция опирается на наследственную изменчивость: организмы различаются, и часть этих различий передаётся потомству. Если наследственных различий нет, отбирать организмы по признакам и получать новые сочетания не из чего. Поэтому селекционер сначала ищет исходные формы с разнообразными свойствами, а затем оценивает, какие из этих свойств могут быть унаследованы.

Генетические закономерности позволяют предсказывать, как признаки родителей могут проявиться у потомства. Это важно потому, что внешне заметное свойство не всегда передаётся одинаково: результат зависит от наследственных факторов и их сочетаний. Зная закономерности наследования, селекционер может планировать скрещивания, оценивать потомство и не полагаться только на случай.

При гибридизации соединяют ценные признаки разных родительских форм. Например, одна форма может быть устойчивой к неблагоприятным условиям, а другая — давать высокий урожай. Однако потомки наследуют разные сочетания признаков, поэтому после скрещивания их сравнивают и оставляют те организмы, где нужные свойства проявились вместе. Последующее размножение и отбор помогают закрепить это сочетание.

Самоопыление растений и близкородственное скрещивание помогают получить линии с более устойчивым набором наследственных признаков. Повторное самоопыление постепенно делает потомство генетически более однородным; такие группы называют чистыми линиями. Когда две линии скрещивают, гибриды первого поколения могут превзойти родителей по продуктивности или жизнеспособности. Это явление называют гетерозисом, и его используют, чтобы получать урожайные гибриды.

Н. И. Вавилов показал, насколько важна наследственная изменчивость для селекции, и сформулировал закон гомологических рядов. Согласно этому закону, у родственных видов и родов обнаруживаются сходные ряды наследственных вариантов признаков. Значит, если определённая форма признака известна у одного вида, похожий вариант стоит искать и у близкородственных организмов. Вавилов также организовал сбор и изучение мирового разнообразия культурных растений, предоставив селекционерам богатый исходный материал.

Генетические методы селекции и их значение

Сначала определите цель селекции, затем найдите в таблице подходящий метод или явление. Отбор помогает выбрать нужных потомков, а гибридизация — получить новые сочетания признаков. Закон Вавилова не заменяет поиск организмов, но подсказывает, где искать полезные варианты.

Разбор задач

Задача 1. У двух сортов растения разные ценные признаки: один устойчив к засухе, другой даёт крупные плоды. Нужно предложить общий план получения формы с обоими признаками. Здесь важно не считать, что скрещивание сразу даст одинаковых потомков с нужными свойствами: сначала требуется создать разнообразие, затем его изучить.

1. Обозначим исходные формы по их признакам: засухоустойчивый сорт и сорт с крупными плодами.
2. Скрестим эти формы, чтобы объединить их наследственные особенности у потомства.
3. Вырастим потомков и проверим, какие из них устойчивы к засухе и одновременно дают крупные плоды.
4. Оставим такие растения для размножения и повторно проверим сохранение нужного сочетания у потомства.

Ответ: нужно скрестить исходные сорта, отобрать потомство с обоими признаками и размножать выбранные растения. Проверка потомства нужна, чтобы убедиться, что признаки наследуются, а не проявились только у отдельных растений.

Задача 2. При скрещивании двух чистых линий гибриды первого поколения оказались продуктивнее обеих родительских форм. Требуется определить явление и объяснить его значение. Сравнение именно с обеими родительскими формами помогает распознать эффект, важный для практического использования гибридов.

1. Установим, что сравниваются гибриды первого поколения и обе родительские линии.
2. Если гибриды превосходят родителей по продуктивности, это проявление гетерозиса.
3. Селекционер может использовать такие гибриды для получения более высокой продуктивности.

Ответ: наблюдается гетерозис. Его селекционное значение состоит в возможности использовать продуктивные гибриды первого поколения, полученные при скрещивании линий.

Задача 3. У культурного растения есть формы с красными плодами и колючим стеблем. По закону гомологических рядов нужно предположить, какие признаки искать у близкородственного вида и объяснить пользу таких сведений. Закон позволяет выдвинуть предположение о возможных вариантах, но наличие конкретной формы необходимо подтвердить поиском и изучением растений.

1. Выделим известные варианты признаков: красная окраска плодов и колючий стебель.
2. Сопоставим культурное растение с близкородственным видом, поскольку у родственных организмов возможны сходные ряды наследственных изменений.
3. Будем искать у этого вида формы с красными плодами, колючим стеблем или сочетанием таких признаков.
4. Оценим найденные формы как возможный исходный материал для скрещивания и отбора.

Ответ: у близкородственного вида следует искать сходные варианты окраски плодов и строения стебля. Это расширит выбор исходного материала и поможет найти наследственные признаки, полезные для селекции.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что само скрещивание гарантирует получение сорта с нужными признаками. Так думают, потому что при гибридизации действительно соединяют наследственные особенности родителей, но потомки получают разные сочетания. Проверьте себя вопросом: указаны ли отбор подходящих потомков и проверка наследования признаков? Если нет, план неполный.

Ошибка — путать искусственный отбор с естественным. В обоих случаях одни организмы оставляют больше потомства, поэтому их легко смешать. Проверьте, кто определяет направление размножения: при искусственном отборе нужные признаки выбирает человек, а естественный отбор связан с условиями среды.

Ошибка — считать гетерозис постоянным свойством всех поколений гибрида. Его часто изучают на примере гибридов первого поколения, поэтому можно ошибочно перенести это преимущество на потомков. Проверьте, о каком поколении идёт речь: выраженный гетерозис обычно особенно используют у гибридов первого поколения.

Ошибка — приписывать Вавилову создание всех сортов, собранных в его коллекции. Такой вывод возникает из смешения сбора исходного материала с непосредственным выведением каждого сорта. Проверьте формулировку его вклада: Вавилов развивал теорию селекции, изучал разнообразие культурных растений и собирал материал для дальнейшей работы селекционеров.

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужны знания о наследственности и изменчивости: они объясняют, какие различия могут перейти к потомству. Понятия генотипа и фенотипа помогают различать наследственную основу признака и его проявление. Закономерности скрещивания нужны, чтобы анализировать потомство и планировать отбор.

Генетические методы применяют при выведении сортов и пород, а также при сохранении разнообразия организмов. Разнообразие важно не только как источник полезных признаков, но и как ресурс для дальнейшей селекционной работы. Поэтому результаты генетики помогают решать практические задачи сельского хозяйства.

Что запомнить

• Наследственная изменчивость служит материалом для селекции.
• Гибридизация объединяет наследственные признаки разных родительских форм.
• Искусственный отбор направляет размножение организмов с ценными признаками.
• Чистые линии получают, в частности, повторным самоопылением.
• Гетерозис — повышенная продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами.
• Закон гомологических рядов позволяет прогнозировать сходные варианты наследственной изменчивости у родственных видов.
• Вавилов изучал разнообразие культурных растений и создал крупную коллекцию их исходного материала для селекции.