§ 29. Генетика и селекция

Определения и обозначения

Генетика — наука о наследственности и изменчивости организмов. Она помогает выяснить, как признаки передаются потомкам и почему особи отличаются друг от друга. Эти знания нужны селекционеру, чтобы прогнозировать результаты скрещивания и выбирать подходящие организмы для размножения.

Селекция — наука о создании и улучшении сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Сорт, порода или штамм — это группа организмов с полезными, устойчиво сохраняющимися свойствами. Селекция нужна, например, чтобы получать урожайные растения, продуктивных животных или микроорганизмы, производящие нужные вещества.

Наследственность — способность организмов передавать потомству свои признаки. Благодаря ей выбранные селекционером свойства могут сохраняться у следующих поколений. Если признак не передаётся потомкам, одного удачного результата для создания устойчивого сорта или породы недостаточно.

Изменчивость — способность организмов приобретать различия. В одной группе могут отличаться размер плодов, урожайность или устойчивость к засухе. Такие различия дают материал для отбора: селекционер может выбрать особей с наиболее полезными свойствами.

Как это устроено

Селекция опирается на генетику, потому что для улучшения организмов нужно одновременно учитывать передачу признаков и различия между особями. Наследственность позволяет сохранить полезное свойство у потомков выбранного растения или животного. Изменчивость создаёт среди потомков и других особей варианты признаков, из которых можно выбирать. Без наследования результат отбора не закрепился бы, а без различий отбирать было бы некого.

Селекционер начинает с поиска организмов, у которых выражены нужные признаки, например высокая урожайность или устойчивость к болезни. Затем выбранные особи размножают и наблюдают за потомством, поскольку внешний признак родителя не всегда одинаково проявляется у его потомков. Если полезное свойство передаётся и сохраняется, отбирают подходящих потомков для дальнейшего размножения. Повторение отбора в нескольких поколениях помогает закрепить нужные признаки в группе организмов.

Чтобы объединить свойства разных организмов, применяют гибридизацию — скрещивание особей, различающихся по признакам. Например, у одного сорта могут быть крупные плоды, а у другого — устойчивость к засухе. Потомки получают наследственную информацию от обоих родителей, поэтому среди них могут встретиться растения с сочетанием нужных свойств. Но такой результат не возникает у каждого потомка, поэтому гибридов оценивают и продолжают размножать только подходящих.

Результат отбора зависит от наследуемости признака: если особенность не передаётся потомкам, отбор родителей не обеспечит её устойчивого сохранения. Имеет значение и разнообразие исходного материала: чем больше различий между организмами, тем выше вероятность найти особей с полезной комбинацией свойств. Если все организмы одинаковы по нужному признаку, выбор не поможет получить его более выраженный вариант. Поэтому селекционер учитывает и происхождение различий, и то, как они проявляются в потомстве.

Методы селекции различаются, потому что растения, животные и микроорганизмы размножаются и выращиваются неодинаково. У растений часто можно получить много потомков и сравнить их признаки, а также скрещивать разные сорта. У животных число потомков обычно меньше, а оценка полезных свойств может требовать длительного наблюдения и учёта происхождения. Микроорганизмы быстро размножаются, поэтому можно проверять большое количество вариантов и отбирать культуры с нужными свойствами.

Методы селекции и их применение

При выборе метода учитывают, что именно нужно улучшить и можно ли оценить наследование признака у потомства. Массовый отбор рассматривает группу, а индивидуальный позволяет проследить результат у потомков конкретной особи. Гибридизация помогает объединить признаки, но после скрещивания всё равно требуется отбор.

Разбор задач

Задача 1. У растений одного вида различаются размер плодов и устойчивость к засухе. Нужно указать, какое свойство организмов создаёт основу для выбора растений с нужными признаками. Здесь не требуется объяснять, откуда возник каждый вариант: достаточно определить, что в группе есть различия. Именно возможность таких различий делает отбор возможным.

1. Сравним растения: у одних плоды крупнее, у других выше устойчивость к засухе.
2. Различия организмов по признакам называют изменчивостью.
3. Селекционер может отобрать растения, у которых выражен нужный ему вариант признака.

Ответ: основа для выбора — изменчивость организмов.

Задача 2. Нужно получить растения с крупными плодами одного сорта и устойчивостью к засухе другого. Следует выбрать метод и указать, что делать с потомством. Одного скрещивания недостаточно: среди гибридов признаки могут сочетаться по-разному. Поэтому после получения потомства его необходимо проверить и отобрать подходящие растения.

1. Определим, что нужные признаки есть у разных сортов: крупные плоды — у одного, устойчивость к засухе — у другого.
2. Чтобы объединить свойства родителей, применим гибридизацию, то есть скрестим растения этих сортов.
3. Оценим потомство и выберем растения, у которых проявились оба нужных признака.
4. Проверим, передаются ли признаки потомкам отобранных растений, и продолжим размножать подходящие линии.

Ответ: нужно провести гибридизацию, а затем отбирать потомков с крупными плодами и устойчивостью к засухе, проверяя наследование этих свойств.

Задача 3. У высокорослого растения доминантный аллель A определяет высокий рост, а рецессивный a — низкий. Скрестили два растения Aa. Найдём генотипы потомства и вероятность низкорослых растений. Генотип — сочетание аллелей организма, а доминантный аллель проявляется и при наличии только одной его копии. Низкий рост проявится лишь у растения с двумя рецессивными аллелями.

1. Запишем скрещивание: Aa × Aa. Каждый родитель может передать потомку аллель A или аллель a.
2. Составим сочетания: от первого родителя A и от второго A дают AA; A и a — Aa; a и A — Aa; a и a — aa.
3. Получаем генотипы AA, Aa, Aa и aa, то есть соотношение 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
4. Низкорослый фенотип соответствует генотипу aa. Такой вариант один из четырёх, поэтому его вероятность равна ¼, или 25%.

Ответ: возможны генотипы AA, Aa и aa в соотношении 1 : 2 : 1; вероятность низкорослого потомка — 25%.

Типичные ошибки

• Ошибка: считать, что селекция создаёт полезный признак точно по заказу. Так думают, потому что селекционная работа действительно приводит к появлению организмов с улучшенными свойствами. Но отбор действует на наследуемые различия, уже имеющиеся или возникающие в популяции. Проверь себя: спроси, какое различие селекционер отбирает и может ли оно передаться потомкам.
• Ошибка: путать наследственность и изменчивость. Их смешивают, потому что оба понятия описывают признаки организмов и их потомков. Наследственность обеспечивает передачу признаков, а изменчивость — появление различий между особями. Проверь себя: выясни, идёт ли речь о сохранении свойства или о различиях.
• Ошибка: считать, что любое приобретённое организмом изменение наследуется. Причина — внешне заметное изменение легко принять за изменение наследственной информации. Однако свойства, возникшие только под влиянием среды, например результат тренировки, обычно потомкам не передаются. Проверь себя: уточни, связано ли изменение с наследственной информацией и проявляется ли оно у потомства.
• Ошибка: полагать, что одного скрещивания достаточно для нужного результата. При скрещивании потомки наследуют разные сочетания признаков, поэтому желательная комбинация появляется не у всех. После гибридизации нужно оценить потомство, выбрать подходящих особей и проверить наследование свойств. Проверь себя: назвал ли ты этап отбора потомков после скрещивания.

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужно знать, что признаки связаны с генами и могут передаваться при размножении. Также понадобятся знания о доминантных и рецессивных признаках и о том, как записывать результаты скрещивания. Эти представления помогают объяснить, какие сочетания признаков могут появиться у потомков и почему их приходится отбирать. Позже тема пригодится при изучении эволюции, генетики человека и биотехнологий.

Что запомнить

• Генетика изучает наследственность и изменчивость.
• Селекция использует знания о наследовании признаков.
• Наследуемая изменчивость служит материалом для отбора.
• Отбор помогает сохранять и размножать организмы с полезными признаками.
• Гибридизация позволяет сочетать признаки разных организмов.
• Результат селекции зависит от отбора потомства и закрепления нужных признаков.