Основы селекции. Работы Н.И.Вавилова

Определения и обозначения

Селекция — наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Иными словами, она помогает человеку целенаправленно получать организмы с полезными свойствами. Чтобы отличать селекцию от обычного выращивания, нужно помнить о её цели: изменить или сохранить наследственные признаки.

Сорт — группа культурных растений одного вида с наследственно закреплёнными признаками, созданная человеком. Такие растения могут, например, давать крупные плоды или переносить засуху, а их потомство наследует эти свойства. Понятие «сорт» применяют именно к культурным растениям, поэтому оно помогает правильно называть результат селекционной работы с растениями.

Порода — группа домашних животных одного вида с наследственно закреплёнными признаками, созданная человеком. К таким признакам могут относиться особенности телосложения, продуктивности или поведения. Термин нужен, чтобы обозначать устойчивую группу животных, а не отдельное животное с необычной внешностью.

Штамм — культура микроорганизмов с определёнными наследственными свойствами, используемая в хозяйстве или науке. Разные штаммы могут отличаться, например, тем, какие вещества они производят или как быстро размножаются. Это понятие позволяет обозначить наследственно различающиеся культуры микроорганизмов, полезные в производстве и исследованиях.

Как это устроено

Селекция опирается на наследственную изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству. Если бы все особи были совершенно одинаковы и не давали наследственных вариантов, выбирать было бы не из чего. Поэтому селекционер сначала ищет разнообразие, а затем выясняет, какие различия полезны и сохраняются в следующих поколениях. Так природные варианты становятся исходным материалом для получения нужных человеку организмов.

Искусственный отбор означает, что человек оставляет для размножения особей с выбранными признаками. При массовом отборе выбирают сразу группу организмов, например растения с крупными плодами; при индивидуальном — отдельные особи и проверяют их потомство. Проверка нужна потому, что внешний признак не всегда надёжно показывает, передастся ли он детям. Отбор постепенно увеличивает долю нужного свойства среди потомков.

При гибридизации скрещивают организмы, у которых различаются наследственные признаки. Это делают, чтобы получить потомство, способное сочетать, например, устойчивость одного родителя и высокую урожайность другого; затем потомков оценивают и отбирают. Результат зависит от того, насколько близки организмы и как наследуются свойства: близкородственное скрещивание и отдалённая гибридизация могут приводить к разным последствиям. Поэтому само скрещивание ещё не гарантирует получения подходящего сорта — важен последующий отбор.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости сформулировал Н. И. Вавилов. Он установил, что у родственных видов и родов повторяются сходные варианты наследственных изменений. Это связано с их родством: общие особенности наследственного устройства делают возможными похожие варианты признаков. Если у одного вида обнаружен полезный признак, селекционер может предположить, что сходный вариант найдётся и у близкого вида, и направить туда поиск.

Вавилов изучал разнообразие культурных растений и их диких родственников, чтобы выяснить, где возникали культуры и где особенно велико их разнообразие. Так он выделил центры происхождения культурных растений. Поиски и экспедиции помогли собрать мировую коллекцию семян: в ней сохранялись образцы с разными наследственными признаками. Коллекция дала селекционерам возможность изучать разнообразие и находить растения, которые могли стать источником полезных свойств.

Основы селекции и открытия Н. И. Вавилова

Таблица показывает, что селекция объединяет способы получения и сохранения нужных признаков, а также знания о разнообразии растений. Чтобы решить задачу, сначала определите, какой приём или открытие в ней описаны. Затем проследите, как оно помогает получить либо найти материал с полезным наследственным свойством.

Разбор задач

В группе растений выбирают несколько особей с наиболее крупными плодами и высевают собранные с них семена. Определите применённый метод. Слова «несколько особей» указывают, что выбор делают не по одному растению с отдельной проверкой потомства, а по группе. Также важно, что семена выбранных растений используют для размножения: признак хотят сохранить в следующем поколении.

1. Найдите признак, по которому выбирают растения: в условии это крупные плоды.
2. Определите, сколько особей отбирают: выбирают несколько растений, то есть группу.
3. Проверьте, что выбранные растения дают семена для дальнейшего размножения.
4. Сопоставьте признаки задачи с видами отбора: выбор группы особей соответствует массовому отбору.

Ответ: применён массовый искусственный отбор. Его цель — получить потомство от растений, обладающих нужным признаком. В условии не говорится, что каждое растение проверяют отдельно по потомству, поэтому называть этот метод индивидуальным отбором оснований нет.

Селекционер скрестил два сорта пшеницы: один устойчив к засухе, другой даёт высокий урожай. Нужно объяснить цель скрещивания и дальнейшего отбора. У каждого родительского сорта есть полезное свойство, но в задаче не сказано, что один сорт уже сочетает оба признака. Поэтому скрещивание нужно, чтобы получить потомство с возможным сочетанием устойчивости и высокой урожайности.

1. Выделите признаки родителей: засухоустойчивость у одного сорта и высокая урожайность у другого.
2. Определите метод: скрещивание сортов с различными наследственными признаками — это гибридизация.
3. Сформулируйте цель: получить потомков, у которых проявятся оба желательных свойства.
4. Объясните отбор: среди полученных растений выбирают и размножают те, которые действительно сочетают нужные признаки.

Ответ: гибридизация создаёт потомство с новыми сочетаниями наследственных признаков, а последующий отбор помогает найти и закрепить растения, одновременно устойчивые к засухе и урожайные. Нельзя считать, что все гибриды обязательно получат оба свойства: их нужно оценить. Отобранные растения размножают, чтобы нужное сочетание сохранялось в дальнейших поколениях.

У родственного культурному растению вида нашли устойчивость к болезни. Нужно объяснить, как закон гомологических рядов и коллекция Вавилова помогут селекционеру искать и использовать этот признак. Родство видов даёт основание предполагать, что сходные наследственные варианты могут встречаться и у других близких растений. Коллекция позволяет искать и изучать разнообразные образцы культурных растений и их родственников.

1. Зафиксируйте полезный признак — устойчивость к болезни — и вид, у которого он обнаружен.
2. Используйте закон Вавилова как подсказку: у родственных видов могут быть сходные наследственные изменения.
3. Ищите подходящие образцы среди родственных растений, в том числе в мировой коллекции, и проверяйте наличие устойчивости.
4. Если признак найден у пригодного для скрещивания растения, проведите гибридизацию с культурным растением, а затем отбирайте потомков с нужными свойствами.

Ответ: закон гомологических рядов помогает предсказать, у каких родственных видов стоит искать устойчивость, а коллекция даёт образцы для такого поиска. Найденный источник можно использовать в селекции, если удастся передать признак потомству. Затем потребуется отбор растений, которые сохраняют устойчивость и обладают нужными свойствами культурного сорта.

Типичные ошибки

Ошибка — считать селекцию только отбором. Так думают, потому что отбор легко представить как выбор лучших растений или животных, но он не объясняет, откуда берутся новые сочетания наследственных признаков. Их можно получить, в частности, при скрещивании, а затем отбирать нужные варианты. Проверьте себя: если в ответе назван только отбор, спросите, как могли появиться новые сочетания признаков.

Ошибка — путать сорт, породу и штамм. Все три слова называют созданные человеком группы с наследственными особенностями, поэтому их легко смешать. Но сорт относится к культурным растениям, порода — к домашним животным, а штамм — к микроорганизмам. Чтобы проверить ответ, назовите организм, о котором идёт речь, и подберите соответствующий термин.

Ошибка — понимать закон гомологических рядов как утверждение, что родственные виды полностью одинаковы. Вероятно, к этому приводит слово «сходные», которое принимают за «одинаковые». Закон говорит о повторении похожих наследственных изменений, а не о полном совпадении видов. Проверьте себя: формулируйте вывод как предположение о возможных сходных признаках, а не как утверждение об их тождестве.

Ошибка — считать центром происхождения место, где культуру сегодня выращивают больше всего. Современное распространение может отличаться от исторического происхождения растения. Вавилов связывал центры с происхождением и разнообразием культур, а не только с объёмом нынешнего выращивания. Проверяя ответ, уточните, идёт ли речь об истории культуры и разнообразии её форм.

Связь с другими темами

Чтобы понять селекцию, нужно знать, что такое наследственность и изменчивость и как признаки передаются потомству. Наследственность объясняет сохранение свойств в поколениях, а изменчивость — появление различий между организмами. Вместе эти понятия показывают, почему селекционер может выбирать признаки и работать с ними.

Знание клеточного деления и размножения помогает понять, как организм образует потомство и передаёт ему наследственную информацию. Это связывает отбор и скрещивание с закреплением признаков в новых поколениях. Без такого понимания трудно объяснить, почему результат селекции нужно проверять у потомков.

Основы селекции пригодятся при изучении генетики, биотехнологии и сельского хозяйства. Генетика помогает разбираться в наследовании признаков, а биотехнология использует организмы и их свойства на практике. Поиск разнообразия и сохранение ценных образцов также важны для сохранения биоразнообразия.

Что запомнить

• Селекция создаёт и улучшает сорта, породы и штаммы.
• Наследственная изменчивость даёт материал для селекции.
• Искусственный отбор сохраняет организмы с нужными человеку признаками.
• Гибридизация помогает объединять наследственные признаки разных организмов.
• Закон гомологических рядов сформулировал Н. И. Вавилов.
• Вавилов выделил центры происхождения культурных растений.
• Мировая коллекция Вавилова стала важным источником материала для селекции.