11.2. Методы селекции растений и животных

Определения и обозначения

Массовый отбор — выбор для размножения группы растений с нужными признаками без оценки генотипа каждого экземпляра. Генотип — наследственная основа организма, а фенотип — наблюдаемые признаки, формирующиеся под её влиянием и влиянием среды. При массовом отборе обычно ориентируются на фенотип группы, поэтому метод сравнительно прост и позволяет быстро сохранить подходящие растения. Его применяют, например, когда выбирают урожайные растения на семена.

Индивидуальный отбор — выбор отдельных организмов для размножения с учётом их признаков и, при необходимости, наследственных свойств потомства. В отличие от массового отбора, здесь прослеживают судьбу каждого выбранного экземпляра. Если внешний вид не позволяет надёжно судить о наследственных качествах, изучают потомство. Это помогает оставить для дальнейшей селекции именно тех особей, которые передают нужные признаки.

Гибридизация — скрещивание организмов с разными наследственными особенностями для получения потомства с нужным сочетанием признаков. Родительские формы могут отличаться, например, урожайностью и устойчивостью к болезням. Потомство получает наследственный материал от обеих форм, поэтому у него могут встретиться полезные качества каждой из них. Однако желаемое сочетание не возникает автоматически: результат зависит от наследования признаков и подбора родителей.

Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Он может проявляться в быстром росте, высокой урожайности или устойчивости. Селекционеры используют это явление, когда получают гибриды для производства. Но преимущество не всегда сохраняется в следующих поколениях, поэтому семена гибридов первого поколения не обязательно дают такой же результат.

Как это устроено

Массовый отбор особенно удобен для растений с самоопылением, то есть способных опыляться собственной пыльцой. У таких растений потомство обычно сохраняет многие особенности родительского экземпляра, поэтому выбор группы по выраженным признакам может быть результативным. При этом наследственность каждого растения отдельно не проверяют, и среди отобранных могут оказаться экземпляры, которые не передадут нужный признак потомству. Индивидуальный отбор позволяет уменьшить эту неопределённость: селекционер прослеживает потомство каждой выбранной особи и сравнивает его.

Внутривидовая гибридизация объединяет родительские формы одного вида, обладающие разными полезными особенностями. При скрещивании потомство получает наследственный материал от обоих родителей, поэтому может унаследовать, например, урожайность одной формы и устойчивость другой. В первом поколении сочетание генов иногда обеспечивает более высокую продуктивность, чем у исходных форм. Но наследование сложных признаков не сводится к простому сложению достоинств: сочетания могут оказаться разными, и нужный результат приходится отбирать.

Отдалённой называют гибридизацию между разными видами или родами. Она расширяет возможности селекции, потому что позволяет объединять особенности организмов, которые не скрещиваются в обычных внутривидовых программах. Однако у их гибридов хромосомы родителей часто различаются и не находят подходящих пар во время мейоза — деления, при котором образуются половые клетки. Поэтому мейоз нарушается, а гибрид нередко оказывается бесплодным.

У некоторых растений бесплодие отдалённого гибрида можно преодолеть, удвоив число хромосом. Тогда у хромосом каждого родительского набора появляются соответствующие пары, которые могут участвовать в мейозе. Образование половых клеток становится возможным, и растение может дать потомство. У животных этот приём обычно не решает проблему: удвоение хромосом нарушает развитие и не обеспечивает такого же восстановления размножения.

В селекции животных подбор пар опирается на признаки особей и сведения об их родословной. Родословная помогает понять, какие качества встречались у предков и могли передаться потомкам. Однако даже хорошая внешняя оценка производителя не всегда показывает его наследственные свойства, поэтому анализируют качество потомства. Близкородственное скрещивание повышает вероятность закрепления сходных наследственных вариантов: это может сохранить полезный признак, но одновременно усилить проявление вредного.

Методы селекции растений и животных

Сравнивайте строки таблицы по тому, как устроен метод и какой результат он даёт. Важно учитывать не только преимущество, но и ограничение: например, гибридизация может дать нужное сочетание признаков, но привести к бесплодию. Различия между растениями и животными особенно заметны при оценке потомства и попытках восстановить плодовитость гибридов.

Разбор задач

Задача 1. В популяции растений выбирают на семена все экземпляры с наиболее крупными плодами, не проверяя их потомство. Определите метод отбора. Чтобы решить задачу, выясним, отбирают ли отдельные растения с проверкой наследственных свойств или выбирают группу по заметному признаку. В условии указано, что потомство не проверяют.

1. Находим признак, по которому ведётся отбор: размер плодов.
2. Определяем масштаб отбора: выбирают все подходящие экземпляры как группу.
3. Проверяем, оценивают ли наследственные свойства каждого растения: нет, сведения о потомстве не собирают.

Ответ: массовый отбор. Ключевая подсказка — выбор группы по фенотипу без проверки потомства каждого растения. Если бы растения оценивали по отдельности и прослеживали наследование признака, речь шла бы об индивидуальном отборе.

Задача 2. Скрестили две линии кукурузы, а гибриды первого поколения оказались более урожайными, чем обе родительские линии. Назовите явление и объясните, почему семена следующего поколения не обязательно сохранят такую урожайность. Сначала сопоставим продуктивность гибридов с родительскими формами, затем вспомним, как меняются сочетания наследственных вариантов в потомстве.

1. Устанавливаем, что речь идёт о гибридах первого поколения.
2. Сравниваем их урожайность с обеими родительскими линиями: она выше.
3. Связываем повышение продуктивности гибридов первого поколения с гетерозисом.
4. Учитываем, что при размножении гибридов признаки могут расщепляться и сочетания генов меняются.

Ответ: это гетерозис. В следующем поколении часть потомков может получить иные сочетания наследственных вариантов, поэтому высокая урожайность не обязательно сохранится у всех. Селекционеры часто заново получают исходное скрещивание, чтобы использовать эффект первого поколения.

Задача 3. Селекционер скрестил растения разных видов. Полученный гибрид оказался бесплодным. Как можно попытаться восстановить его плодовитость и почему этот приём применим к растениям? Нужно связать бесплодие с поведением хромосом при образовании половых клеток. Затем проверим, какое изменение может дать хромосомам возможность образовать пары.

1. Определяем вероятную причину бесплодия: хромосомы разных видов не образуют подходящие пары при мейозе.
2. Рассматриваем удвоение числа хромосом: после него у каждой хромосомы может появиться соответствующая пара.
3. Связываем появление пар с более нормальным прохождением мейоза и образованием половых клеток.
4. Учитываем, что удвоение хромосом используют прежде всего у растений, а у животных этот приём не даёт такого решения.

Ответ: можно попытаться удвоить число хромосом гибрида. Тогда мейоз может проходить правильнее и плодовитость восстановится. Приём применим в селекции растений, но не является универсальным способом преодоления бесплодия у животных.

Типичные ошибки

Ошибка — считать массовый отбор оценкой генотипа каждого растения. Её допускают, потому что выбранные растения действительно имеют нужный внешний признак, и это кажется достаточной проверкой наследственности. Но массово отбирают группу по фенотипу, не проверяя потомство каждого экземпляра. Для самопроверки спросите: прослеживали ли наследование признака у отдельных растений?

Ошибка — ожидать, что любой гибрид обязательно сочетает лучшие признаки родителей. Такое представление возникает из упрощённой идеи, будто потомство получает все достоинства обеих форм без потерь. На деле результат зависит от особенностей наследования и того, какие родительские формы скрещены. Проверьте себя: есть ли в условии данные о результате скрещивания или желаемый признак только предполагается?

Ошибка — считать высокую продуктивность гибрида постоянной и одинаковой во всех поколениях. Гетерозис особенно часто заметен у гибридов первого поколения, а при дальнейшем размножении наследственные варианты могут перераспределиться. Поэтому потомство не обязательно повторит сочетание признаков родителей. Проверьте, о каком именно поколении говорится и сравниваются ли его показатели с родительскими формами.

Ошибка — думать, что удвоение числа хромосом одинаково устраняет бесплодие у растений и животных. Её допускают, перенося удачный приём из одной группы организмов на другую без учёта различий в размножении и развитии. У растений такой подход может помочь восстановить пары хромосом при мейозе, но для животных он не является аналогичным решением. Самопроверка: указано ли, что приём применим прежде всего к растениям?

Связь с другими темами

Чтобы понимать методы селекции, нужно знать, как наследуются признаки и чем генотип отличается от фенотипа. Эти понятия помогают объяснить, почему внешний вид не всегда точно показывает наследственные свойства организма. Для понимания бесплодия гибридов также важно представлять, как при мейозе хромосомы образуют пары.

Селекция опирается на генетику, изучающую наследственность и изменчивость. Генетические закономерности объясняют, почему при скрещивании возникают разные сочетания признаков и почему потомки не всегда похожи на родителей одинаково. Поэтому отбор и гибридизацию используют вместе, а не рассматривают как независимые процессы.

Эти знания пригодятся при изучении биотехнологии и искусственного получения полиплоидов — организмов с увеличенным числом наборов хромосом. Они также помогают понять, как на практике выводят сорта растений и породы животных. При этом методы подбирают с учётом особенностей организма и цели селекции.

Что запомнить

• Отбор сохраняет и усиливает в популяции признаки, нужные человеку.
• При массовом отборе выбирают группу организмов, при индивидуальном — отдельные экземпляры.
• Гибридизация позволяет сочетать наследственные особенности разных родительских форм.
• Отдалённые гибриды растений могут быть бесплодными из-за нарушения мейоза.
• Удвоение числа хромосом может восстановить плодовитость некоторых гибридов растений.
• Гетерозис особенно часто проявляется у гибридов первого поколения.
• В селекции животных важны родословная, подбор пар и оценка потомства.