34. Селекция животных и микроорганизмов

Определения и обозначения

Порода — созданная человеком группа домашних животных одного вида, имеющая общее происхождение и наследственно закреплённые хозяйственно ценные признаки. Порода не означает, что все её представители одинаковы: они могут отличаться по отдельным признакам и условиям развития. Это понятие помогает описывать результат длительной селекционной работы и выбирать животных для разведения.

Инбридинг — скрещивание близкородственных животных. Родственные особи чаще несут сходные наследственные варианты, поэтому их потомство может получить нужные сочетания и устойчиво проявлять отбираемый признак. Однако вместе с ним могут закрепиться или проявиться неблагоприятные наследственные особенности, поэтому такой метод требует контроля.

Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Он может возникать при скрещивании генетически различающихся линий или пород. В следующих поколениях эффект обычно ослабевает, поэтому гетерозис важен для планирования получения гибридов, а не гарантирует постоянное улучшение потомства.

Штамм — генетически однородная группа микроорганизмов одного вида с определёнными наследственными свойствами. Штаммы могут различаться скоростью роста и количеством вещества, которое они производят. Поэтому для промышленности подбирают и сохраняют культуру с нужной продуктивностью.

Как это устроено

Селекция животных опирается на наследственную изменчивость: особи одного вида не полностью одинаковы, и часть различий передаётся потомству. Селекционер выявляет животных с полезными признаками и оставляет их для размножения. Так действует искусственный отбор, при котором направление изменения задаёт человек. Оценка потомства нужна потому, что заметный признак может зависеть не только от генотипа, но и от условий содержания.

Породу нельзя получить за одно поколение, поскольку наследственные признаки должны закрепиться в группе животных. Для этого селекционер длительно отбирает подходящих особей и подбирает пары для скрещивания. Скрещивание разных пород может объединить их полезные качества, а подбор внутри одной породы помогает сохранять и усиливать нужные особенности. После получения потомства проверяют, проявились ли желательные свойства и передаются ли они дальше.

Инбридинг повышает вероятность того, что потомок получит одинаковые варианты генов от обоих родителей, поскольку родители состоят в родстве. Это помогает закрепить признак, если нужные наследственные варианты есть у родственных животных. Но таким же способом могут проявиться вредные рецессивные признаки, обычно скрытые у носителей. Если они влияют на здоровье и размножение, жизнеспособность потомства снижается, поэтому результаты близкородственных скрещиваний оценивают особенно внимательно.

При скрещивании неродственных линий или пород гибриды получают сочетания наследственных вариантов от обеих родительских форм. Некоторые такие сочетания могут поддерживать более высокую жизнеспособность или продуктивность, что и называют гетерозисом. Максимально заметным он обычно бывает в первом поколении, где родительские формы ещё дают сравнительно единообразное потомство. При дальнейшем размножении гибридов наследственные сочетания расщепляются и перестраиваются, поэтому полезный эффект может стать менее выраженным и неодинаковым у разных потомков.

В селекции микроорганизмов сравнивают штаммы и оставляют те, которые эффективнее производят нужное вещество. Микроорганизмы быстро размножаются, поэтому можно за короткое время получить много потомков и оценить результат отбора. Мутации — изменения наследственного материала — создают новые варианты, среди которых иногда встречаются полезные для производства. Однако одной высокой продуктивности недостаточно: культуру проверяют в последующих поколениях, чтобы убедиться, что нужное свойство сохраняется при размножении.

Селекция животных и микроорганизмов

Таблица показывает, что общая цель селекции — получить полезные наследственные свойства, но единицы и условия работы у животных и микроорганизмов различаются. Используйте строки, чтобы сравнить источники изменчивости, способы отбора и скорость смены поколений. Практический результат связывайте с тем, какой именно признак нужен человеку.

Разбор задач

Отбор животных по удою и составу молока

У животных одного стада различаются удои и содержание белка в молоке. Требуется выбрать особей для дальнейшего разведения. Высокое значение признака у одной особи ещё не доказывает, что оно обусловлено наследственностью и передастся потомству.

1. Сначала сравните животных по обоим показателям, а не только по удою. Для разведения подходят особи, которые сочетают высокий удой с желательным содержанием белка. Если показатели противоречат друг другу, выбор зависит от цели хозяйства.
2. Затем оцените происхождение животных и результаты их потомства, если такие данные есть. Это помогает понять, наследуются ли нужные качества, а не только связаны ли они с кормлением или условиями содержания. Сравнение потомков даёт более надёжную основу для отбора.
3. Оставьте для разведения животных, чьи ценные признаки подтверждаются оценкой потомства. Не делайте вывод по одной удачной пробе молока. Условия содержания должны быть сопоставимы, иначе среда исказит сравнение.

Ответ. Следует отбирать животных с высоким удоем и нужным содержанием белка, если эти качества устойчиво проявляются у их потомства. Так искусственный отбор сохраняет наследуемые хозяйственно ценные признаки. Одна лишь высокая продуктивность отдельной особи недостаточна.

Скрещивание двух чистых линий

Две чистые линии животных различаются по полезным признакам. Нужно получить потомство, которое сочетает эти качества, и оценить возможный эффект первого поколения. При этом нельзя обещать, что желательные признаки одинаково сохранятся во всех следующих поколениях.

1. Определите, какой полезный признак несёт каждая линия. Затем подберите пары из разных линий, чтобы объединить наследственные варианты родителей. Такое скрещивание называют межлинейным; при работе с разными породами применяют межпородное.
2. Получите гибридное потомство первого поколения и сравните его с обеими родительскими формами. Если потомки проявляют повышенную жизнеспособность или продуктивность, это может быть гетерозис. Сравнение должно проходить в сходных условиях, иначе результат трудно связать именно с наследственностью.
3. Не считайте результат первого поколения гарантией для дальнейшего разведения. При размножении гибридов наследственные сочетания перестраиваются, поэтому признаки могут проявляться неодинаково. Для стабильного результата потомство нужно оценивать отдельно.

Ответ. Следует скрестить животных двух линий и изучить гибридов первого поколения. Они могут сочетать полезные признаки родителей и проявить гетерозис. При дальнейшем размножении этот эффект обычно ослабевает.

Выбор продуктивного штамма

Для промышленного получения вещества сравнили несколько штаммов микроорганизма. Один даёт высокий выход продукта, но нестабилен при размножении. Нужно выбрать культуру, которая будет не только продуктивной, но и сохранять это свойство в последующих поколениях.

1. Сначала измерьте выход продукта у каждого штамма в одинаковых условиях. Так можно сравнить именно наследственные особенности культур, а не влияние разной среды. Одновременно оцените стабильность роста и размножения.
2. Затем продолжайте размножать наиболее перспективную культуру и проверяйте продуктивность её потомков. Если высокий выход быстро исчезает, этот вариант ненадёжен для постоянного производства. Отбирайте потомков, у которых нужное свойство сохраняется.
3. После повторных проверок сохраните устойчивую продуктивную культуру и контролируйте её свойства при дальнейшем использовании. Быстрое размножение позволяет проводить отбор среди большого числа потомков. При появлении новых вариантов их также оценивают, а не считают полезными заранее.

Ответ. Нельзя выбирать штамм только по максимальному разовому выходу продукта. Нужно отобрать его потомков и подтвердить, что высокая продуктивность наследуется и сохраняется при размножении. Для производства используют культуру, которая сочетает достаточный выход с устойчивостью признака.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любой признак высокопродуктивного животного обязательно передастся потомству. Так думают, потому что внешне заметный результат легко принять за наследственный. Но на него влияют и генотип, и условия среды. Проверяйте себя: есть ли данные о происхождении и потомстве животного, полученные в сопоставимых условиях?

Ошибка — полагать, что инбридинг всегда улучшает породу. Его применяют для закрепления признаков, поэтому может показаться, что близкое родство само по себе полезно. Но одновременно возрастает риск проявления неблагоприятных рецессивных особенностей. Проверка проста: учитывайте не только нужный признак, но и здоровье и жизнеспособность потомства.

Ошибка — считать гетерозис устойчивым улучшением всех последующих поколений. Повышенная продуктивность гибридов первого поколения может создать такое впечатление. При дальнейшем размножении сочетания наследственных вариантов меняются, и эффект часто ослабевает. Уточняйте, о каком поколении идёт речь, и не переносите результат первого поколения на всех потомков.

Ошибка — называть штаммом любой отдельный микроорганизм. Отдельная клетка может принадлежать к культуре, но сама по себе не обозначает группу с проверенными свойствами. Штамм — генетически однородная группа микроорганизмов одного вида. Проверьте себя: указаны ли наследственные характеристики и принадлежность микроорганизма к определённой группе?

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужны знания о наследственной и ненаследственной изменчивости, генотипе и фенотипе. Они помогают различить наследуемые особенности организма и влияние условий среды. Естественный и искусственный отбор показывают, кто или что определяет сохранение признаков: среда или человек.

Тема связана с генетикой, особенно с доминированием и рецессивностью. Эти понятия объясняют, почему вредный вариант может долго не проявляться, а при инбридинге обнаружиться у потомства. Они также помогают рассуждать о результатах скрещивания линий.

Селекция микроорганизмов имеет практическое продолжение в биотехнологии, медицине и пищевой промышленности. Там используют культуры с нужными наследственными свойствами для получения полезных веществ. Поэтому отбор штаммов связан с контролем качества и стабильности производства.

Что запомнить

• Селекция использует наследственную изменчивость и искусственный отбор.
• Порода — результат длительной работы человека с домашними животными.
• Инбридинг помогает закреплять признаки, но может снижать жизнеспособность потомства.
• Гетерозис чаще всего выражен у гибридов первого поколения.
• Штаммы различаются наследственными свойствами и продуктивностью.
• Быстрое размножение микроорганизмов облегчает отбор полезных вариантов.