11.2.1. Отбор и гибридизация

Определения и обозначения

Искусственный отбор — выбор человеком организмов с нужными признаками для размножения. В отличие от естественного отбора, при котором на выживание и размножение влияют условия среды, здесь направление задают потребности человека. Этот метод позволяет сохранять полезные варианты и использовать их в селекции.

Массовый отбор — выбор группы особей по заметным внешним признакам без отдельной проверки наследственных качеств каждой особи. Например, можно оставить растения с крупными плодами и собрать их семена. Метод удобен, когда признак легко увидеть, но по одному внешнему виду нельзя надёжно определить генотип.

Индивидуальный отбор — выбор отдельных особей с последующей оценкой их потомства. Если нужный признак регулярно проявляется у потомков, это служит основанием считать его наследуемым и связывать с наследственными особенностями родителя. Такая проверка помогает выбрать не просто заметно подходящую особь, а особь, способную передать свойство потомству.

Гибридизация — скрещивание организмов, которые различаются по одному или нескольким признакам. Её проводят, чтобы соединить полезные свойства разных родительских форм, например урожайность одной и устойчивость к засухе другой. Полученных потомков оценивают и отбирают среди них наиболее подходящие варианты.

Как это устроено

Селекция отвечает на практические потребности сельского хозяйства и человека: нужны организмы, которые дают больший урожай, устойчивы к неблагоприятным условиям или обладают другими полезными свойствами. Такие качества встречаются не у всех особей и могут отличаться по выраженности. Искусственный отбор помогает сохранить подходящие варианты и увеличить их долю в последующих поколениях. Поэтому цель селекции определяет, какие именно организмы оставляют для размножения.

Массовый отбор проводят по признакам, которые можно наблюдать у группы: например, по размеру плодов или высоте растений. Он экономит время, потому что не требует отдельного изучения каждой линии потомства. Однако одинаковый внешний признак может быть обусловлен разными генотипами, а некоторые качества зависят от условий выращивания. Поэтому группа внешне подходящих особей не обязательно передаст нужный признак потомкам с одинаковой надёжностью.

При индивидуальном отборе отбирают конкретные особи и изучают их потомков. Причина такой проверки в том, что фенотип — наблюдаемые особенности организма — не всегда раскрывает его генотип, то есть набор наследственных вариантов. Если признак повторяется у потомства, значит, у родителя, вероятно, есть наследственная основа, способная передать его. Сравнение потомков позволяет оценить эту наследственную ценность точнее, чем один только осмотр родителя.

При гибридизации скрещивают заранее выбранные родительские формы, чтобы получить потомство с сочетанием их признаков. Например, одна линия растений может давать высокий урожай, а другая — переносить засуху; гибриды проверяют на наличие обоих свойств. Результат зависит от того, какие наследственные варианты несут родители и как они сочетаются у потомков. Поэтому скрещивание само по себе не завершает работу: после него нужно отобрать особей с желательным сочетанием признаков.

Близкородственное скрещивание называют инбридингом. Родственные организмы чаще имеют сходные аллели, поэтому инбридинг помогает закреплять нужные признаки и получать генетически однородные линии. Но вместе с желательными вариантами могут чаще сочетаться одинаковые вредные рецессивные аллели — варианты генов, проявляющиеся в соответствующих сочетаниях. Это способно снизить жизнеспособность потомства, поэтому близкородственное скрещивание требует оценки результатов.

Скрещивание неродственных форм называют аутбридингом; так могут скрещивать разные породы животных или сорта растений. У гибридов первого поколения иногда наблюдается гетерозис — повышение жизнеспособности или продуктивности по сравнению с родительскими формами. Возможная причина эффекта — удачное сочетание наследственных вариантов родителей. В следующих поколениях сочетания меняются, поэтому гетерозис может ослабнуть и не проявиться у всех потомков.

Сравнение методов отбора и гибридизации

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, какую задачу решают: отбирают организмы или скрещивают формы. Затем сравните способ проведения и главное преимущество метода с его ограничениями. Это помогает понять, почему выбор метода зависит от признака и цели селекции.

Разбор задач

Задача 1. В популяции растений выбирают все экземпляры с наиболее крупными плодами и высевают их семена. Нужно определить метод отбора. В условии говорится о группе растений и о признаке, который можно увидеть непосредственно.

1. Найдём, кого выбирают: не одну особь для отдельной проверки, а все растения с крупными плодами.
2. Определим основание выбора: размер плодов наблюдают по внешнему проявлению, потомство каждой особи отдельно не оценивают.
3. Сопоставим признаки условия с определением массового отбора: отбирается группа по заметному признаку.

Ответ: это массовый отбор. Он позволяет быстро выбрать группу растений с крупными плодами. Однако по условию нельзя утверждать, что признак надёжно наследуется у потомства каждого выбранного растения.

Задача 2. Из стада выбирают корову с высокой молочной продуктивностью, получают от неё потомство и сравнивают продуктивность дочерей. Нужно объяснить, зачем оценивают потомство и назвать метод. Важно не остановиться на факте, что была выбрана одна корова.

1. Отмечаем, что выбрана отдельная особь, а не группа животных по внешнему признаку.
2. Учитываем проверку дочерей: она показывает, передаёт ли корова наследственные особенности, связанные с продуктивностью.
3. Связываем индивидуальный выбор и оценку потомства с индивидуальным отбором.

Ответ: применён индивидуальный отбор. Продуктивность дочерей оценивают, чтобы выяснить, насколько высокая молочная продуктивность матери обусловлена наследственностью и проявляется у потомства. Если нужное качество повторяется у дочерей, это поддерживает выбор коровы для дальнейшего размножения.

Задача 3. Скрестили две линии растений: одна отличается высокой урожайностью, другая — устойчивостью к засухе. Гибриды первого поколения оказались более жизнеспособными, но во втором поколении признаки расщепились. Нужно объяснить оба наблюдения, не считая их противоречащими друг другу.

1. Скрещивание линий — это гибридизация; она позволяет получить потомков, в которых могут сочетаться урожайность и устойчивость родителей.
2. Повышенную жизнеспособность гибридов первого поколения связываем с гетерозисом — возможным преимуществом гибридов по сравнению с родительскими формами.
3. Во втором поколении наследственные варианты распределяются иначе, поэтому признаки расщепляются и прежнее сочетание не сохраняется у всех растений.

Ответ: гибридизация объединила наследственные особенности двух линий, а повышенная жизнеспособность первого поколения соответствует гетерозису. Расщепление во втором поколении объясняется генетической неоднородностью гибридов и изменением сочетаний наследственных вариантов. Чтобы сохранить нужное сочетание свойств, среди потомков проводят дальнейший отбор.

Типичные ошибки

Ошибка: считать массовый отбор гарантией наследования нужного признака. Её допускают, потому что заметный признак кажется прямым доказательством нужной наследственности. Но на внешний вид могут влиять условия среды, а одинаковый фенотип не обязательно означает одинаковый генотип. Проверьте себя: оценивали ли потомство каждой особи, или отбирали только по внешнему виду группы?

Ошибка: путать индивидуальный отбор с выбором одной особи без дальнейшей проверки. Так происходит, когда внимание сосредоточено на том, что отбирают отдельный организм. Однако важная часть метода — оценить его потомство и проверить передачу признака. Для самопроверки спросите, изучались ли качества потомков, а не только родителя.

Ошибка: полагать, что любой гибрид обязательно превосходит родителей. Скрещивание действительно может объединить полезные признаки, но итог зависит от наследственности выбранных форм и сочетания их аллелей. Само слово «гибрид» не означает, что потомок лучше по всем свойствам. Проверьте, какие именно качества сравнивали и каковы результаты наблюдений.

Ошибка: ожидать, что гетерозис неизменно сохраняется в следующих поколениях. Его часто связывают с особенно удачным сочетанием наследственных вариантов у гибридов первого поколения. При размножении сочетания меняются, поэтому эффект может ослабнуть. Уточните, о каком поколении идёт речь и наблюдают ли повышение жизнеспособности у всех потомков.

Связь с другими темами

Чтобы понять отбор и гибридизацию, нужно знать, как передаются признаки, чем генотип отличается от фенотипа и как проявляются доминантные и рецессивные аллели. Эти знания помогают объяснить, почему внешне подходящая особь не всегда передаёт признак потомству и чем опасно проявление вредных рецессивных вариантов. Методы применяют в селекции растений, животных и микроорганизмов, создавая сорта, породы и штаммы. Генетика популяций помогает понять последствия родственного скрещивания и расщепление признаков у потомков.

Что запомнить

• Искусственный отбор направляется целями человека.
• Массовый отбор проводят по признакам группы особей.
• При индивидуальном отборе наследственные качества оценивают по потомству.
• Гибридизация позволяет объединять признаки родительских форм.
• Инбридинг может закреплять признаки, но повышает риск проявления вредных рецессивных аллелей.
• Аутбридинг неродственных форм иногда приводит к гетерозису.
• Гетерозис не обязательно сохраняется в следующих поколениях.