§ 50. Основные методы селекции. Центры происхождения культурных растений

Определения и обозначения

Селекция — наука и практика создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Сортом называют группу культурных растений с наследуемыми признаками, полезными человеку. Селекция нужна, чтобы получать организмы, лучше приспособленные к условиям выращивания и потребностям людей.

Искусственный отбор — выбор человеком организмов с нужными наследственными признаками для дальнейшего размножения. Например, для посева оставляют семена растений с крупными плодами или устойчивостью к засухе. Отбор позволяет увеличить долю таких признаков в последующих поколениях.

Гибридизация — скрещивание организмов, различающихся по одному или нескольким признакам, чтобы объединить наследственные особенности. Родительскими формами могут быть сорта с разными достоинствами: один даёт высокий урожай, другой устойчив к болезни. Гибридизацию применяют, чтобы получить потомство с полезным сочетанием признаков.

Центр происхождения культурных растений — географический район, где возникло разнообразие форм определённой культуры и происходило её одомашнивание. Одомашнивание — превращение дикорастущих организмов в формы, которые человек выращивает или разводит. Такие районы помогают находить разнообразный исходный материал для селекционной работы.

Как это устроено

Селекционер сначала определяет практическую цель: например, получить сорт пшеницы, устойчивый к засухе, или повысить урожайность. Без ясной цели нельзя решить, какие свойства исходных форм нужно искать и сравнивать. Затем изучают наследственную изменчивость — различия, которые могут передаваться потомству. Именно она предоставляет варианты признаков, а селекционные методы помогают выбрать и сочетать подходящие из них.

При массовом отборе выбирают группу растений, соответствующих заданным требованиям, а их семена используют совместно. Способ удобен, когда нужно сохранить полезный признак у большого числа растений, но он не позволяет точно оценить вклад каждой особи. При индивидуальном отборе каждое выбранное растение учитывают отдельно, а затем проверяют его потомство. Это помогает выяснить, передаётся ли признак наследственно, хотя такая проверка требует больше времени.

Гибридизация объединяет наследственные особенности родительских организмов. Внутривидовая гибридизация проводится между особями или сортами одного вида, а отдалённая — между более далёкими формами, например разными видами. Скрещивание само по себе не гарантирует, что все полезные свойства окажутся у каждого потомка. При образовании половых клеток и их слиянии гены комбинируются заново, поэтому в потомстве могут возникнуть разные сочетания признаков — происходит расщепление.

Иногда гибриды первого поколения превосходят родителей по жизнеспособности, скорости роста или продуктивности. Это явление называют гетерозисом; его связывают с особенностями сочетания наследственного материала родительских форм. В следующих поколениях такие сочетания могут распадаться и перемешиваться, поэтому преимущество часто становится менее выраженным. Следовательно, гибридное потомство нужно оценивать, а не считать, что результат скрещивания автоматически закрепится навсегда.

Н. И. Вавилов выявлял центры происхождения культурных растений, изучая географическое распространение и разнообразие их форм. В местах длительного выращивания и одомашнивания культуры накапливались и сохранялись различные наследственные варианты. Такое разнообразие повышает вероятность найти растения с нужным признаком — например, устойчивостью к засухе или вредителям. Селекционеры используют сведения о центрах, чтобы целенаправленно искать исходные образцы, но учитывают, что культура могла распространиться далеко за пределы района своего возникновения.

Центры происхождения культурных растений и характерные культуры

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала найдите культуру, а затем сопоставьте её с указанным центром и географическим районом. Примеры показывают характерные культуры, связанные с центром, но не означают, что сегодня их выращивают только там. При поиске исходного материала учитывают разнообразие форм и интересующий селекционера признак.

Разбор задач

Отбор устойчивой к засухе пшеницы

Селекционер оставил для посева семена только тех растений пшеницы, которые устойчивы к засухе. Нужно определить использованный метод и его цель. В условии описан выбор человеком растений по полезному признаку перед размножением.

1. Находим действие человека: он сравнивает растения и оставляет только часть из них.
2. Определяем признак, по которому сделан выбор: устойчивость к засухе.
3. Связываем сохранение семян с размножением отобранных растений и передачей признака потомству.

Ответ: применён искусственный отбор. Его цель — сохранить и увеличить в следующих поколениях долю наследственной устойчивости к засухе.

Скрещивание урожайного и устойчивого к болезни сортов

Один сорт отличается высокой урожайностью, другой — устойчивостью к заболеванию. Нужно объяснить, зачем их скрещивают и что учитывать при оценке потомства. Здесь важны не только свойства родителей, но и то, как они наследуются у гибридов.

1. Выделяем желательные признаки обоих родителей: высокая урожайность и устойчивость к заболеванию.
2. Определяем цель гибридизации — получить потомство, в котором сочетаются оба полезных признака.
3. Оцениваем растения и их потомство, поскольку разные сочетания наследственного материала могут привести к расщеплению признаков.

Ответ: скрещивание проводят, чтобы объединить достоинства двух сортов. Нельзя предполагать, что каждый гибрид сохранит оба признака или что их сочетание останется неизменным в следующих поколениях.

Выбор образцов культуры из разных регионов

Селекционеру предложили образцы одной культуры из нескольких регионов и нужно определить, какие из них вероятнее всего ценны. Чтобы ответить, следует учитывать происхождение культуры и разнообразие её форм в разных районах. При этом важен признак, который требуется получить в новом сорте.

1. Уточняем, где расположен центр происхождения данной культуры, используя сведения о центрах и характерных культурах.
2. Сопоставляем регион сбора образцов с этим центром и обращаем внимание на местные формы.
3. Изучаем образцы на наличие нужных наследственных признаков, а не выбираем их только по месту сбора.

Ответ: особое внимание стоит уделить образцам из центра происхождения и соседних районов, где часто представлено большое разнообразие форм. Они ценны как возможный источник признаков, но окончательный выбор делают после изучения самих растений.

Типичные ошибки

Считать отбор источником новых наследственных признаков — ошибка: отбор сохраняет и размножает уже имеющиеся варианты, а материал поставляет наследственная изменчивость. Так путают появление различий с выбором организмов человеком. Проверь себя вопросом: возник ли признак из-за отбора или отбор только сделал его более распространённым?

Массовый и индивидуальный отбор различаются единицей оценки: в первом случае выбирают группу организмов, во втором — отдельную особь и её потомство. Путаница возникает потому, что оба метода предполагают выбор растений с нужными признаками. Проверь себя: объединяют ли семена выбранной группы или отдельно прослеживают потомство каждого растения?

Нельзя считать, что гибриды всегда сохраняют сочетание признаков родителей. В следующих поколениях наследственные сочетания могут измениться, и потомство расщепляется; часто ошибаются, перенося свойства отдельных гибридов на всё потомство. Проверь себя: указано ли, какое поколение оценивают и подтверждено ли наследование признака?

Центр происхождения не обязательно совпадает со всеми современными районами выращивания культуры. Культуру могли перенести и начать выращивать в других местах, поэтому география посевов со временем расширилась. Проверь себя: отличаешь ли район возникновения и разнообразия культуры от территории её распространения сегодня?

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужно знать, чем наследственная изменчивость отличается от ненаследственной, что такое генотип и фенотип, а также как размножаются растения. Эти знания помогают понять, какие различия могут передаваться потомству и как признаки проявляются у организмов. Методы селекции опираются на генетику и связаны с эволюционным учением, которое объясняет изменения популяций. Сведения о центрах происхождения помогают находить генетические ресурсы и сохранять биоразнообразие.

Что запомнить

• Селекция использует наследственную изменчивость для получения организмов с нужными человеку свойствами.
• Искусственный отбор направляет размножение организмов с ценными признаками.
• Гибридизация позволяет объединять наследственные особенности разных родительских форм.
• Гетерозис — проявление повышенной жизнеспособности или продуктивности гибридов первого поколения.
• Центры происхождения культурных растений выделяют по географическому разнообразию их форм.
• Вавилов использовал сведения о центрах происхождения для поиска исходного материала селекции.