"Общая биология. Среднее профессиональное образование", В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О.Фадеева; под ред. В.М.Константинова
Селекция — наука о создании и улучшении сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Она использует наследственную изменчивость и искусственный отбор: селекционер выбирает организмы с полезными признаками и добивается их передачи потомству. Для этого применяют разные способы скрещивания, искусственный мутагенез, полиплоидию и методы работы с клетками и генами. Выбор метода зависит от задачи и особенностей организма.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Индивидуальный отбор — выбор для размножения отдельных организмов с нужными признаками. В отличие от массового отбора, при котором оставляют группу подходящих особей, здесь можно отдельно проверить потомство каждого выбранного организма. Это помогает точнее выяснить, передаётся ли признак по наследству.
Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Он может проявляться, например, в более быстром росте или высокой урожайности. Селекционеры используют это преимущество, скрещивая генетически различающиеся линии.
Полиплоидия — кратное увеличение числа наборов хромосом в клетке. У растений такое изменение может повлиять на размеры клеток и органов, а значит, и на хозяйственно важные свойства. Полиплоидию применяют для получения новых форм и в отдельных случаях — для восстановления плодовитости гибридов.
Клеточная инженерия — методы получения клеточных линий и организмов с нужными свойствами с помощью работы с клетками и тканями. Клетки можно выращивать вне организма или объединять так, чтобы получить сочетание свойств, недоступное при обычном скрещивании. Это расширяет возможности селекционера.
Искусственный отбор направляет наследственную изменчивость, потому что человек решает, какие организмы оставят потомство. Сначала среди растений или животных находят особей с полезными признаками, затем размножают их и проверяют потомков. Если признак наследуется, он чаще встречается в последующих поколениях. Сам отбор не создаёт новое изменение: он сохраняет и распространяет уже возникшее.
Близкородственное скрещивание — спаривание или скрещивание родственных организмов — помогает закреплять признаки, так как увеличивает вероятность получения одинаковых вариантов генов от обоих родителей. Благодаря этому потомство становится более однородным по некоторым признакам. Однако у родственных организмов могут совпадать и вредные рецессивные аллели: если они оказываются в паре, признак проявляется. Поэтому близкородственное скрещивание способно снизить жизнеспособность и требует проверки потомства.
При скрещивании генетически различающихся линий потомки получают разные сочетания наследственных вариантов. Иногда такое сочетание повышает жизнеспособность и продуктивность гибрида — возникает гетерозис. Особенно часто его заметно в первом поколении, потому что все гибриды получают сходное сочетание генов от исходных линий. В следующих поколениях сочетания меняются и расщепляются, поэтому преимущество может стать менее выраженным.
Отдалённая гибридизация — скрещивание организмов разных видов или далёких групп — позволяет попытаться соединить полезный признак дикого родственника с ценными свойствами культурного растения. Но родительские организмы могут быть несовместимы, а получившиеся гибриды часто стерильны: их хромосомы не образуют подходящих пар при мейозе. У растений иногда используют полиплоидизацию — увеличение числа наборов хромосом, которое может помочь хромосомам образовать пары и восстановить плодовитость. Результат не гарантирован, поэтому новые формы проверяют.
Искусственный мутагенез вызывают воздействием факторов, повышающих частоту мутаций, а затем отбирают организмы с полезными изменениями. Поскольку большинство случайных мутаций не даёт нужного результата, приходится проверять большое число потомков. Клеточная инженерия позволяет выращивать и объединять клетки или ткани, а генная инженерия — целенаправленно работать с генетическим материалом. Эти подходы расширяют наследственную изменчивость и помогают получать формы, которые трудно создать одним лишь отбором и скрещиванием.
В таблице сопоставлены методы по их действию, результату и ограничениям. Сначала определите, какой признак или результат нужен селекционеру, затем найдите методы, которые могут его обеспечить. Учитывайте особенности организма: один и тот же приём не всегда одинаково эффективен у разных видов.
| Метод | В чём состоит | Основной результат | Особенность или ограничение |
|---|---|---|---|
| Индивидуальный и массовый отбор | Выбор отдельных организмов или группы с нужными признаками для размножения. | Увеличение частоты полезных наследственных признаков. | Индивидуальный отбор требует оценки потомства; при массовом точность ниже. |
| Близкородственное скрещивание | Скрещивание родственных организмов. | Закрепление признаков и получение более однородного потомства. | Могут проявиться вредные рецессивные аллели и снизиться жизнеспособность. |
| Скрещивание неродственных линий и гетерозис | Скрещивание генетически различающихся линий. | Возможное повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов. | Эффект часто сильнее в первом поколении и может ослабевать дальше. |
| Отдалённая гибридизация | Скрещивание представителей разных видов или далёких групп. | Объединение полезных признаков разных организмов. | Скрещивание может быть несовместимым, гибриды — стерильными. |
| Искусственный мутагенез | Получение мутаций с помощью воздействующих факторов и отбор изменённых организмов. | Расширение наследственной изменчивости. | Большинство мутаций не обязательно полезно; требуется массовая проверка. |
| Полиплоидия | Кратное увеличение числа наборов хромосом. | Получение растений с изменёнными свойствами; иногда восстановление плодовитости гибридов. | Изменения не всегда дают желаемый результат, формы нужно проверять. |
| Клеточная и генная инженерия | Работа с клетками и тканями либо целенаправленное изменение генетического материала. | Получение клеточных линий и организмов с заданными свойствами. | Методы требуют специальных условий и точной оценки результата. |
Задача 1. В популяции растений нужно отобрать экземпляры с наиболее крупными плодами и использовать их семена для дальнейшего размножения. Определите подходящий метод.
Ответ: искусственный индивидуальный отбор. Если бы семена собирали от всей группы подходящих растений без отдельной оценки каждого потомства, это был бы массовый отбор.
Задача 2. Две чистые линии кукурузы дают потомство, которое превосходит родительские формы по урожайности. Назовите явление и укажите, для какого поколения оно наиболее характерно.
Ответ: это гетерозис, наиболее характерный для гибридов первого поколения.
Задача 3. Селекционеры хотят получить растение, сочетающее полезный признак дикого родственника с хозяйственно ценными свойствами культурного вида. Предложите метод, объясните возможное препятствие и назовите способ его преодоления.
Ответ: применить отдалённую гибридизацию; возможное препятствие — несовместимость видов или стерильность гибрида; один из способов преодоления стерильности — полиплоидизация.
Ошибка: считать, что отбор сам создаёт новые наследственные признаки. Её допускают, смешивая появление изменчивости с выбором организмов. Изменения возникают независимо от намерений селекционера, а отбор сохраняет подходящие варианты. Проверьте себя вопросом: возник ли признак благодаря выбору или выбор только помог ему чаще передаваться потомкам?
Ошибка: смешивать гетерозис с появлением нового наследственного признака. Преимущество гибридов принимают за отдельный признак, которого прежде не существовало. Однако гетерозис описывает повышенную жизнеспособность или продуктивность, часто особенно заметную в первом поколении. Для самопроверки уточните, говорится ли о новом признаке или о превосходстве гибрида над родительскими формами.
Ошибка: считать, что близкородственное скрещивание всегда улучшает потомство. Этот вывод возникает потому, что скрещивание действительно помогает закреплять нужные признаки. Но оно может также привести к проявлению вредных рецессивных аллелей и снижению жизнеспособности. Проверьте себя: учтены ли возможные отрицательные последствия и оценено ли потомство?
Ошибка: полагать, что любой гибрид отдалённо скрещённых видов плодовит. Сам факт получения гибрида ещё не означает, что он сможет размножаться. При мейозе хромосомы разных видов могут не найти пар, поэтому гибрид часто стерилен. Чтобы проверить себя, разделяйте два вопроса: удалось ли получить гибрид и образует ли он жизнеспособные половые клетки?
Для понимания селекции нужны знания о наследственности и изменчивости, генотипе и фенотипе, а также о доминантных и рецессивных аллелях. Законы Менделя и мейоз помогают объяснить, почему при скрещивании признаки наследуются и расщепляются, а сочетания генов в потомстве меняются. Позже эти знания пригодятся при изучении биотехнологии и генной инженерии. Они также важны для понимания того, как получают новые сорта и породы и почему при этом необходимо сохранять биоразнообразие.
Чем индивидуальный отбор отличается от массового?
При индивидуальном отборе выбирают конкретные организмы и оценивают признаки каждого из них, а затем отдельно используют их потомство. При массовом отборе оставляют группу организмов с нужными признаками, не проверяя потомство каждого по отдельности.
Почему близкородственное скрещивание может быть полезным и одновременно опасным?
Оно повышает вероятность того, что потомство унаследует одинаковые варианты генов от обоих родителей, поэтому нужный признак легче закрепить. Но так же могут проявиться вредные рецессивные аллели, что снижает жизнеспособность потомства.
Почему эффект гетерозиса чаще всего заметен у гибридов первого поколения?
У гибридов первого поколения сочетаются генетически различающиеся родительские линии, и это может повысить жизнеспособность и продуктивность. В следующих поколениях признаки расщепляются, сочетания генов меняются, поэтому преимущество часто ослабевает.
Почему гибриды разных видов могут оказаться стерильными?
У родительских видов могут различаться число и строение хромосом. В мейозе хромосомы гибрида не всегда находят подходящие пары, поэтому нормальные половые клетки не образуются и гибрид оказывается бесплодным.
Чем клеточная инженерия отличается от генной?
Клеточная инженерия работает с клетками и тканями: их выращивают, объединяют или используют для получения целого организма. Генная инженерия целенаправленно изменяет наследственный материал, например вводит или редактирует определённые гены.
Методы современной селекции
