2.3. Основы селекции

Определения и обозначения

Селекция — наука и практическая деятельность по созданию и улучшению сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Она помогает получать организмы с полезными для человека свойствами и сохранять эти свойства в потомстве. Поэтому селекция связана и с изучением наследственности, и с практической работой по размножению организмов.

Сорт — созданная человеком группа культурных растений с наследственно закреплёнными полезными признаками. Это означает, что выбранные особенности передаются потомству, а не проявляются только у отдельного растения под влиянием условий. Понятие сорта нужно, чтобы обозначать результат селекционной работы с растениями и отличать его от породы животных.

Порода — созданная человеком группа домашних животных с общим происхождением и наследственно закреплёнными особенностями. К таким особенностям могут относиться продуктивность, внешний вид или приспособленность к определённым условиям содержания. Понятие породы позволяет говорить о группе животных с устойчивым набором наследуемых признаков.

Штамм — культура микроорганизмов с определёнными наследственными свойствами. Разные штаммы одного вида могут отличаться, например, способностью производить нужные человеку вещества. Это понятие используют, когда описывают и сравнивают культуры микроорганизмов, применяемые в практических целях.

Как это устроено

Цели селекции определяются тем, какие свойства нужны человеку в конкретной ситуации. Для сельского хозяйства важны урожайность растений, продуктивность животных и качество получаемой продукции. Устойчивость к заболеваниям, засухе или холоду тоже ценна: она помогает организмам сохранять продуктивность при неблагоприятных условиях. Поэтому селекционер оценивает не отдельный признак сам по себе, а его пользу и наследуемость.

Исходным материалом селекции служит наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству. Если все особи одинаковы по нужному признаку, выбирать не из чего: потомки не получат нового сочетания только потому, что человек этого хочет. Различия дают возможность найти организмы с более высокой урожайностью, устойчивостью или иным ценным свойством. Отбор может изменить состав потомства, но не создаёт наследственные варианты сам по себе.

При искусственном отборе человек оставляет для размножения организмы, у которых выражены желательные признаки. Их потомки получают наследственные особенности родителей, поэтому при повторном отборе признаки могут становиться более обычными и закрепляться в группе. Такой способ работает, если выбранное различие наследуется. Селекционер также учитывает, что один удачный результат может зависеть от условий среды, а не только от генов.

Гибридизация — скрещивание организмов, различающихся по наследственным признакам. Благодаря ей потомки могут получить сочетания свойств от обоих родителей: например, высокую урожайность одной формы и устойчивость к болезни другой. Однако каждый потомок наследует свой вариант сочетания, поэтому нужные признаки не обязательно одновременно проявятся у всех гибридов. После скрещивания потомство оценивают и отбирают особей, у которых требуемые свойства сочетаются и передаются дальше.

При близкородственном скрещивании скрещивают организмы, имеющие близкое происхождение; это может помочь закрепить признаки, общие для их наследственности. Одновременно возрастает вероятность того, что у потомства проявятся вредные наследственные варианты, поэтому такой метод применяют осторожно. Неродственное скрещивание объединяет более различающиеся формы и может повысить жизнеспособность гибридов. Особенно заметное преимущество иногда наблюдается у гибридов первого поколения; при их дальнейшем размножении наследственные сочетания расщепляются, и эффект может ослабеть.

Основные способы и результаты селекции

Сначала определите, какой процесс описан: выбор организмов, скрещивание или результат скрещивания. Затем сопоставьте его с целью и возможным результатом, не смешивая причину и итог. Например, гибридизация создаёт сочетания признаков, а отбор помогает найти среди потомков нужное сочетание.

Разбор задач

Среди растений одного сорта есть особи с разной устойчивостью к засухе. Цель — повысить засухоустойчивость будущего поколения. Нужно понять, какие растения оставить для получения семян, и не спутать отбор с появлением нового признака.

1. Сравним растения по устойчивости к засухе и выделим те, которые лучше переносят недостаток воды. Различие между ними уже имеется, поэтому создавать его специально для отбора не требуется. Но для результата важно, чтобы устойчивость была наследуемой, а не объяснялась только случайными условиями выращивания.

2. Оставим наиболее устойчивые растения для получения семян, а семена отберём именно от них. Так мы применим искусственный отбор: человек выбирает родителей по нужному признаку. Если признак передаётся потомству, в следующем поколении может увеличиться доля устойчивых растений.

Ответ: для получения семян следует оставить растения с наибольшей наследуемой устойчивостью к засухе и использовать их семена для дальнейшего размножения.

Скрещивают два сорта растения: один отличается высокой урожайностью, другой — устойчивостью к заболеванию. Требуется получить потомство, в котором сочетаются оба свойства. Одного факта скрещивания недостаточно: после него нужно оценить потомков и продолжить размножение подходящих растений.

1. Сначала скрестим растения двух сортов, выбрав родителей с выраженными нужными признаками. Это гибридизация, которая создаёт потомство с разными сочетаниями наследственных особенностей. Нельзя заранее считать, что каждый гибрид будет и урожайным, и устойчивым к заболеванию.

2. Сравним потомков по урожайности и устойчивости, а для проверки устойчивости оценим их реакцию на заболевание. Оставим те растения, у которых оба признака выражены достаточно хорошо. Затем проверим, передаются ли они потомству при размножении, и продолжим отбор подходящих форм.

Ответ: скрестить два сорта, отобрать среди потомков растения с высокой урожайностью и устойчивостью, затем проверить наследование обоих признаков и размножать подходящие формы.

Гибриды первого поколения, полученные от двух линий, урожайнее родительских форм. Нужно объяснить это преимущество и понять, почему для его сохранения может понадобиться снова получать гибриды. В условии говорится о повышении показателя именно у гибридов, поэтому следует проверить, не описан ли гетерозис.

1. Сравним урожайность гибридов первого поколения с урожайностью обеих родительских форм. Если гибриды превосходят их по продуктивности, это проявление гетерозиса. Он может возникать благодаря удачному сочетанию наследственных особенностей родителей.

2. При размножении гибридов их наследственные сочетания могут расщепляться, поэтому потомки не обязательно сохранят тот же набор свойств. Из-за этого преимущество следующего поколения часто становится менее выраженным. Для повторного получения сильного эффекта скрещивают исходные линии и заново получают гибриды первого поколения.

Ответ: описано явление гетерозиса. Его эффект часто заметнее у гибридов первого поколения, а для его повторения может потребоваться снова скрестить исходные линии.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что искусственный отбор сам создаёт наследственные изменения. Так думают, потому что после отбора состав группы действительно меняется, но причина этого — размножение выбранных организмов, а не возникновение признака по воле селекционера. Новые наследственные варианты появляются благодаря изменчивости, а отбор выбирает среди имеющихся различий. Проверьте себя: можете ли вы указать, какое различие уже было у организмов до отбора?

Ошибка — называть гибридизацию и отбор одним и тем же процессом. Их часто путают, потому что оба применяют для получения организмов с нужными свойствами, но задачи у них разные. Скрещивание создаёт новые сочетания признаков, а отбор помогает выбрать подходящих потомков. Проверка простая: если описано скрещивание родителей, это гибридизация; если выбор организмов для размножения — отбор.

Ошибка — ожидать, что любой гибрид обязательно окажется лучше родителей. Это предположение кажется логичным, когда скрещивают формы с полезными свойствами, однако потомки получают разные сочетания наследственных признаков. Итог зависит от особенностей родителей и условий среды. Проверьте себя: не приписываете ли вы гибриду преимущество до того, как оценили его свойства?

Ошибка — считать, что гетерозис неизменно сохраняется во всех следующих поколениях. Преимущество первого поколения часто связано с определённым сочетанием наследственных особенностей, которое при дальнейшем размножении может измениться. Поэтому эффект нередко ослабевает. Проверяя ответ, уточните, о каком поколении гибридов идёт речь и сохраняется ли нужное сочетание признаков.

Связь с другими темами

Чтобы понять селекцию, нужно знать наследственность и изменчивость: первая объясняет передачу признаков, а вторая — различия, среди которых возможен отбор. Генотип — наследственная основа организма, а фенотип — наблюдаемые признаки, возникающие при взаимодействии наследственности и условий среды. Основы размножения помогают понять, как отобранные организмы дают потомство и как признаки могут передаваться дальше. Представления об отборе и гибридизации пригодятся при изучении генетики, эволюции и практического применения биотехнологий.

Что запомнить

• Селекция использует наследственную изменчивость организмов.
• Сорт, порода и штамм — результаты селекционной работы с разными группами организмов.
• Искусственный отбор проводится человеком для получения организмов с нужными признаками.
• Гибридизация позволяет сочетать наследственные особенности родительских форм.
• Близкородственное скрещивание может закреплять признаки, но повышать вероятность проявления вредных наследственных вариантов.
• Гетерозис — повышенная жизнеспособность или продуктивность гибридов первого поколения.
• Результат селекции оценивают по наследуемости признаков и их значению для человека.