§ 29. Основные направления современной селекции

Определения и обозначения

Селекция — наука и практика создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Она использует наследственную изменчивость и отбор, чтобы получить формы с полезными признаками. Для хозяйства это означает более высокий урожай, продуктивность животных и выпуск нужных веществ.

Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Гибриды могут быстрее расти, давать больший урожай или лучше переносить условия среды. В следующих поколениях эффект часто ослабевает, поэтому особенно ценны исходные родительские линии.

Клеточная инженерия — методы получения организмов или клеточных линий с нужными свойствами с помощью отдельных клеток и тканей. В подходящей питательной среде из растительной клетки иногда выращивают целое растение. Это позволяет быстро размножать ценные формы и сохранять полезные признаки.

Генетическая инженерия — целенаправленное изменение наследственного материала организма. Учёные могут перенести нужный ген или изменить работу определённого участка ДНК. Так получают организмы с заранее заданными признаками, но результат и возможные последствия необходимо проверять.

Как это устроено

Современная селекция ориентируется на потребности сельского хозяйства, промышленности и медицины. Растениям нужны урожайность, устойчивость к засухе, холоду и болезням, животным — высокая продуктивность и крепкое здоровье. Микроорганизмы должны эффективно производить лекарства, ферменты или другие полезные вещества, поэтому цель селекционера заранее связывают с конкретной практической задачей.

Сначала специалист подбирает исходный материал: породы, сорта, линии или отдельные организмы с ценными наследственными признаками. Затем он сочетает эти признаки с помощью скрещивания, а среди потомков отбирает подходящие варианты. Такой подход нужен потому, что один родитель редко обладает сразу всеми желательными свойствами, а их объединение требует нескольких поколений проверки.

Гетерозис используют при создании высокопродуктивных гибридов, например у кукурузы и некоторых овощных культур. Для этого получают чистые родительские линии, а затем скрещивают их в определённой комбинации. В первом поколении удачное сочетание генов повышает жизнеспособность, но при дальнейшем размножении комбинации меняются, поэтому эффект может стать слабее.

Клеточная инженерия расширяет возможности селекции, потому что позволяет работать не только с целыми организмами, но и с клетками и тканями. Из небольшой части растения можно получить множество одинаковых экземпляров в стерильных условиях, а иногда — целый организм из одной клетки. Это ускоряет размножение редких или ценных форм и помогает получать посадочный материал, свободный от некоторых инфекций.

Генетическая инженерия действует точнее традиционного скрещивания: в наследственный материал вводят нужный ген или изменяют уже имеющийся. Так можно получить растение с устойчивостью к вредителю или микроорганизм, производящий лекарственное вещество. Однако признак нельзя оценивать изолированно: проверяют стабильность его наследования, пользу, безопасность и возможное влияние на окружающую среду.

Современные направления и методы селекции

Таблицу удобно читать по строкам: сначала определить, с каким объектом работает метод, затем выяснить способ получения признака. Последний столбец показывает, какую практическую задачу решает направление. Если работа ведётся с клеткой или ДНК, это уже современные биотехнологические методы, а не только обычный отбор.

Разбор задач

Задача 1. У двух сортов растения есть разные полезные признаки: один устойчив к засухе, другой даёт высокий урожай. Нужно получить форму, сочетающую оба свойства. Рассуждать следует от исходных признаков к проверке потомства.

1. Выбрать засухоустойчивый сорт как одного родителя, а высокоурожайный — как другого.
2. Провести гибридизацию, чтобы наследственные признаки оказались в одном потомстве.
3. Отобрать растения, у которых одновременно проявляются устойчивость к засухе и высокая урожайность, а затем проверить эти свойства у следующих поколений.

Ответ: нужно провести гибридизацию подходящих исходных форм и отбирать потомство, сочетающее оба признака. Одного скрещивания недостаточно: результат проверяют и закрепляют последующим отбором.

Задача 2. Гибриды первого поколения кукурузы оказались продуктивнее родительских линий. Требуется объяснить причину результата и понять, почему для следующего посева может понадобиться новое скрещивание. Здесь нужно связать наблюдение с особенностями наследования.

1. Сравнить гибриды с родительскими линиями и установить, что их преимущество проявилось именно в первом поколении.
2. Объяснить повышение урожайности гетерозисом — усилением жизнеспособности и продуктивности гибридов.
3. Учесть, что в следующем поколении сочетания генов перераспределяются, поэтому для сохранения результата снова скрещивают исходные линии.

Ответ: высокая продуктивность связана с гетерозисом. Чтобы вновь получить гибриды с таким преимуществом, обычно используют те же родительские линии и проводят новое скрещивание.

Задача 3. Нужно быстро получить много одинаковых экземпляров растения с ценным признаком, а обычное размножение идёт слишком медленно. Следует выбрать метод, который использует небольшой исходный материал и позволяет ускорить образование потомства.

1. Определить, что требуется не новое сочетание признаков, а массовое сохранение уже ценной формы.
2. Выбрать клеточную инженерию и поместить клетки или ткань растения в подходящую питательную среду.
3. Получить из них множество растений, затем перенести экземпляры в обычные условия и проверить их сходство с исходной формой.

Ответ: поможет клеточная инженерия, в частности размножение растений из клеток или тканей. Метод позволяет быстро получить генетически близкие экземпляры с нужным признаком.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Селекцию иногда считают только отбором лучших уже существующих организмов. Так думают, потому что отбор действительно является её основой, но селекция также создаёт новые формы и использует биотехнологии. Проверьте себя: назовите кроме отбора гибридизацию, клеточную или генетическую инженерию.

Ошибка 2. Нельзя считать, что любой гибрид обязательно продуктивнее родителей. Такое преимущество связано с гетерозисом и зависит от конкретного сочетания родительских форм. Проверяйте, идёт ли речь именно о первом поколении и подтверждено ли преимущество сравнением.

Ошибка 3. Клеточную инженерию смешивают с генетической, потому что обе используют современные технологии. Клеточная работает с клетками и тканями, а генетическая целенаправленно изменяет ДНК. Для проверки спросите себя, меняли ли наследственный материал или только выращивали организм из клеточного материала.

Ошибка 4. Полезный признак гибрида не всегда сохраняется при его размножении. В потомстве меняются сочетания наследственных факторов, а гетерозис часто ослабевает. Проверить вывод можно сравнением нескольких поколений, а не наблюдением только за одним гибридом.

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужны знания о наследственности и изменчивости, генах и признаках. Также важно знать, как проводят скрещивание и искусственный отбор, потому что именно на этих процессах строится получение и проверка новых форм.

Тема подготавливает к изучению биотехнологии, генетики и генетически модифицированных организмов. Она показывает, как биологические знания применяют в сельском хозяйстве, промышленности и медицине.

Что запомнить

• Селекция направлена на создание и улучшение сортов, пород и штаммов.
• Для селекционной работы подбирают исходные организмы с полезными наследственными признаками.
• Гибридизация позволяет сочетать признаки разных родительских форм.
• Гетерозис — повышенная жизнеспособность или продуктивность гибридов первого поколения.
• Клеточная инженерия использует клетки и ткани для получения или размножения ценных форм.
• Генетическая инженерия целенаправленно изменяет наследственный материал.
• Метод селекции выбирают с учётом организма и поставленной практической цели.