Завдання сучасної селекції
- 27-09-2021, 21:42
- 541
9 Клас , Біологія 9 клас Остапченко, Балан, Поліщук
§ 54. Завдання сучасної селекції
Пригадайте внесок Ч. Дарвіна в розвиток біології. Що таке чисті лінії, генофонд, гібридизація? Що таке аналізуюче схрещування? Для чого його застосовують? Яке схрещування називають спорідненим і неспорідненим? Що таке летальні та сублетальні алельні гени?
Селекція - наука про теоретичні основи та методи створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів, пристосованих до сучасних вимог сільського господарства та промисловості. Теоретичними основами селекції слугують результати генетичних досліджень і вчення про штучний добір. Для досягнення ефективних результатів селекціонер має бути добре обізнаним також з особливостями розмноження, індивідуального розвитку та процесів життєдіяльності видів, з якими він працює.
Пригадаємо: породою тварин або сортом рослин називають сукупність особин одного виду з певними спадковими ознаками (особливостями будови, процесів життєдіяльності, продуктивності тощо), створену людиною внаслідок штучного добору (мал. 303). Штам - це чиста культура (тобто нащадки однієї клітини) мікроорганізмів (мал. 304). Від однієї материнської клітини за допомогою селекції можна отримати різні штами, які відрізняються за продуктивністю, чутливістю до антибіотиків тощо.
Породи тварин, сорти рослин чи штами мікроорганізмів є своєрідними штучними популяціями. Без підтримки людини вони можуть вироджуватись - втрачати притаманні їм властивості.
Селекція відіграє значну роль у вирішенні основного завдання сільського господарства - забезпеченні максимального обсягу виробництва високоякісних харчових продуктів за мінімальних вкладених коштів і витрат енергоносіїв. У нашій країні селекційна робота зосереджена в науково-дослідних інститутах, племінних господарствах, на сортовипробувальних станціях тощо.
Завдання: з допомогою вчителя назвіть провідні наукові селекційні установи в Україні та охарактеризуйте основні напрями їхніх досліджень.
Мал. 303. Групи порід собак: знайдіть на малюнку вихідну форму - вовка, а також представників службових, мисливських і декоративних порід
Мал. 304. Штами мікроорганізмів вирощують на поживних середовищах, наприклад на агарі, який отримують із червоних водоростей; від складу поживного середовища часто залежить продуктивність того чи іншого штаму
Запам’ятаємо: районування - комплекс заходів, спрямованих на перевірку відповідності властивостей тих чи інших порід або сортів умовам певної кліматичної зони. Це необхідна умова раціонального використання порід і сортів у межах будь-якої країни.
Цікаво знати
Формування порід і сортів почалося з приручення людиною диких видів тварин і вирощування диких видів рослин. Основою різноманіття певних порід і сортів є один або кілька видів диких предків. Наприклад, предком усіх порід свійської собаки (яких нараховують близько 500) вважають вовка (див. мал. 303), а свійського голуба (понад 750) - сизого голуба (припускають, що в утворенні деяких порід брав участь і скельний голуб; таким чином, у формуванні порід тих чи інших тварин могли брати участь різні види диких предків) (мал. 305).
Для успіху селекційної роботи дуже важливе генетичне різноманіття вихідного матеріалу. Тому вчені постійно шукають ознаки, що їх цікавлять, серед диких видів. Збільшенню різноманіття вихідного матеріалу сприяють використання для селекційної роботи плідників різного географічного походження, вплив різних факторів, зокрема мутагенних (у селекції рослин і мікроорганізмів).
Породи тварин і сорти рослин, які мають високу продуктивність в одних географічних зонах, не завжди придатні для використання в інших. Тому вчені всебічно досліджують властивості нових порід і сортів та перевіряють їх придатність для використання в певній кліматичній зоні, тобто здійснюють районування.
Методи селекції. Класичні методи селекції - це штучний добір і гібридизація.
Цікаво знати
На початкових етапах створення культурних форм діяв несвідомий добір: надаючи переваги під час розмноження певним особинам, людина не ставила свідомо перед собою завдань вивести нові породи та сорти і не застосовувала різних систем схрещувань та типів штучного добору. Згодом починаючи з другої половини XVIII ст. несвідомий штучний добір було замінено плановим (методичним). Він ґрунтується на підборі батьківських пар, застосуванні різних варіантів схрещування та плановому доборі серед отриманих нащадків за певними ознаками, що дає змогу створювати породи або сорти із заздалегідь запланованими властивостями.
Штучний добір - це відбір людиною найбільш цінних щодо господарських цілей тварин, рослин, мікроорганізмів для отримання від них нащадків з бажаними ознаками. Це найважливіший елемент будь-якої селекційної роботи, потрібний для збереження та подальшого вдосконалення досягнутих результатів.
Штучний добір здійснюють за кілька послідовних етапів. Серед багатьох тварин або рослин певного виду людина підмічає особин, які відрізняються від інших цікавими для неї варіантами ознак, і відбирає їх для подальшого розмноження. З покоління в покоління бажаний варіант ознаки проявляється дедалі більше, оскільки як плідників відбирають особин, у яких він виражений краще. Одночасно за допомогою гібридизації людина може поєднувати в нащадках різні корисні для неї ознаки батьківських форм. Штучний добір, зазвичай, приводить і до змін деяких інших ознак, а із часом - до помітної перебудови самого організму, тобто до створення нового сорту або породи (див. мал. 303).
Ознаки, які відбирає людина, не завжди виявляються корисними для самих організмів: створені породи чи сорти часто не здатні до самостійного існування і потребують постійної турботи з боку людини. Наприклад, важко собі уявити, як можуть врятуватися від хижаків у дикій природі півні певних порід з довгим хвостом (мал. 306) або особини м’ясних порід великої рогатої худоби, що мають масивне тіло та коротенькі ноги.
Мал. 305. Приклади порід свійського голуба: 1 - кучерявий; 2 - миколаївська порода; 3 - кінг; 4 - німецький монах
Мал. 306. Півні породи Фенікс мають довгий хвіст, який за рік може відростати на 90 см
Застосовують масову та індивідуальну форми штучного добору. За масового добору з вихідного матеріалу відбирають особин з певними фенотиповими особливостями. Хоча масовий добір простий у застосуванні і дає непогані результати, але має низку недоліків. Групи ззовні подібних особин можуть виявитися генетично різнорідними (наприклад, особини гомозиготні за домінантними алелями та гетерозиготні можуть мати однаковий фенотип), що обов’язково вплине на ефективність добору. Так, у разі схрещування між собою гетерозиготних організмів у гібридів перших поколінь частка особин з бажаними для селекціонера станами ознак буде значною. Але в міру накопичення гомозиготних за рецесивним алелем нащадків ефективність добору в подальшому буде знижуватися.
За індивідуального добору кожного плідника обирають на підставі детального вивчення як його фенотипу, так і генотипу. Інформацію про генотип цих організмів можна отримати, вивчаючи родоводи за допомогою аналізуючих схрещувань тощо.
Ефективність селекції залежить не лише від форми штучного добору, а й від правильного вибору батьківських пар плідників і застосування відповідної системи схрещування організмів - гібридизації. Гібриди виникають унаслідок статевого процесу або шляхом об’єднання нестатевих клітин. Ядра гібридних клітин можуть зливатися (мал. 307) або ж залишаються відокремленими. За допомогою гібридизації у фенотипі нащадків поєднують бажані для практичного застосування стани ознак батьків і запобігають проявам негативних наслідків споріднених схрещувань.
Гібридизація можлива між особинами одного (внутрішньовидова) та різних видів з одного чи двох родів (міжвидова, або віддалена) організмів. Внутрішньовидова гібридизація буває спорідненою і неспорідненою. Найтісніші форми спорідненої гібридизації, або інбридингу, спостерігають серед самозапильних рослин і гермафродитних самозаплідних тварин. В організмів з перехресним заплідненням найбільш тісні форми спорідненого схрещування спостерігають у разі парування нащадків спільних батьків і батьків із власними нащадками. Унаслідок послідовних споріднених схрещувань з кожним наступним поколінням підвищується гомозиготність.
Біологічним результатом спорідненого схрещування є ослаблення або навіть виродження нащадків унаслідок фенотипового прояву летальних чи сублетальних рецесивних алелів, які переходять у гомозиготний стан. Отже, тісний інбридинг часто призводить до появи організмів з різноманітними спадковими аномаліями. У селекції споріднене схрещування застосовують для отримання чистих ліній’, інбридинг дає можливість отримати цінні ознаки в гомозиготному стані та закріпити їх серед нащадків. З одного боку, отримання чистих ліній організмів з бажаними властивостями може бути кінцевим результатом селекційної роботи. З іншого боку, чисті лінії можуть бути використані для подальшої гібридизації (пригадайте досліди Г. Менделя) та наступного добору.
Неспоріднене схрещування, або аутбридинг, - гібридизація представників різних ліній, сортів чи порід одного виду. Пригадайте: неспорідненими вважають особин, у яких спільних предків не було принаймні протягом попередніх шести поколінь. Неспоріднене схрещування здійснюють, щоб поєднати в нащадках цінні властивості, притаманні різним лініям, породам чи сортам. За своїми генетичними наслідками аутбридинг прямо протилежний інбридингу: за неспорідненого схрещування з кожним наступним поколінням підвищується гетерозиготність нащадків. У нащадків, отриманих унаслідок неспорідненого схрещування, часто спостерігають явище гібридної сили, або гетерозису.
Мал. 307. Гібридизація соматичних клітин: 1 - батьківські клітини; 2 - початкові етапи злиття цитоплазми; 3 - утворення єдиної клітини з двома ядрами; 4 - злиття ядер гібридної клітини
Мал. 308. Бройлер Редбро: маса курей сягає 4 кг, півнів - 7 кг; кури починають нести яйця з 4-місячного віку, за рік одна курка відкладає до 300 яєць
У гетерозисних особин сублетальні й летальні рецесивні алелі переходять у гетерозиготний стан, завдяки чому їхній несприятливий вплив не проявляється у фенотипі. До того ж у генотипі гібридних особин можуть поєднуватися сприятливі домінантні алелі, які були в різному наборі в обох батьків (пригадайте: для прояву у фенотипі певного варіанта ознаки іноді необхідна взаємодія домінантних алелів двох або більшого числа неалельних генів).
Прикладом явища гетерозису є бройлери - скоростиглі гібриди свійських тварин (курей, качок, кролів тощо), отримані схрещуванням між собою представників різних порід (мал. 308).
Гетерозис найчіткіше проявляється в першому поколінні гібридів, а в наступних поколіннях унаслідок розщеплення ознак і переходу частини генів у гомозиготний стан ефект гібридної сили слабшає й до восьмого покоління сходить нанівець. У рослин гетерозисні зміни фенотипу передаються нащадкам під час вегетативного та партеногенетичного розмноження.
Явище гетерозису широко застосовують у сільському господарстві, оскільки воно дає змогу значно підвищити продуктивність кукурудзи (до 20-25 %), цибулі, помідорів, огірків, баклажанів, цукрового буряку тощо. У тваринництві схрещування представників різних порід прискорює ріст і статеве дозрівання, поліпшує якість м’яса, молока тощо. При схрещуванні несучих порід курей між собою (наприклад, леггорнів з австралорнами) продуктивність гібридів зростає на 20-25 яєць на рік.
Запам’ятаємо: гетерозис - явище, коли перше покоління гібридів, отриманих унаслідок неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність і продуктивність порівняно з батьками.
Мал. 309. Приклади міжвидових гібридів у тварин і рослин: 1 - гібрид пшениці та пирію; 2 - мул - гібрид самки коня і самця віслюка; 3 - вістер - гібрид, отриманий методом віддаленої гібридизації: сягає завдовжки до 170 см, маса тіла - до 30 кг. Цей міжвидовий гібрид виявився плодючим: самки відкладають до 300 тис. ікринок
Віддалену гібридизацію - схрещування представників різних видів - здійснюють для отримання високопродуктивних гібридів. За допомогою віддаленої гібридизації створено гібриди пшениці та пирію (мал. 309, 1), що вирізняються високою продуктивністю (до 300-450 ц/га зеленої маси) та стійкістю до полягання, пшениці з житом, китайської цукрової тростини з дикими видами, що дало змогу підвищити цукристість. Відомі міжвидові гібриди й серед плодових культур (малини та ожини, сливи та терену, горобини та сибірського глоду тощо). У тваринництві також виведено значну кількість міжвидових гібридів. Гібриди кобили й віслюка (мули; мал. 309, 2) чи одногорбого й двогорбого верблюдів вирізняються значною силою, витривалістю і довголіттям. Гібрид білуги та стерляді (бістер) характеризується швидким ростом і високими смаковими якостями (мал. 309, 3). Але селекціонери часто стикаються з проблемою безпліддя міжвидових гібридів, гамети яких зазвичай не дозрівають. Так, мули не здатні до розмноження; у гібрида яка (жуйної тварини, що походить з Тибету) і великої рогатої худоби самці безплідні, а самки - плодючі.
Коротко про головне
Селекція - наука про теоретичні основи та методи створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів, пристосованих до сучасних вимог сільського господарства та промисловості. Теоретичними основами селекції слугують результати генетичних досліджень і вчення про штучний добір.
Штучний добір - це відбір людиною найбільш цінних щодо господарських цілей тварин, рослин, мікроорганізмів дня отримання від них нащадків з бажаними ознаками. Штучний добір буває масовим та індивідуальним.
У селекції застосовують різні форми гібридизації: внутрішньовидову (яка може бути спорідненою та неспорідненою) та міжвидову (яку ще називають віддаленою). Наслідком неспорідненої або віддаленої гібридизації може бути явище гібридної сили - гетерозис.
Ключові терміни та поняття: сорт, порода, штам, селекція, штучний добір, гібридизація, гетерозис.
Перевірте здобуті знання
1. Що таке селекція? Які завдання сучасної селекції? 2. Що таке районування? Для чого його здійснюють? 3. Що таке штучний добір? Хто автор теорії штучного добору? 4. Від чого залежить ефективність штучного добору? 5. Що таке гібридизація? 6. Що таке споріднене та неспоріднене схрещування і які їхні наслідки? 7. Що таке віддалена гібридизація? Для чого її застосовують? 8. Чому міжвидові гібриди часто безплідні?
Поміркуйте
1. Що спільного та відмінного в механізмах дії штучного та природного добору? 2. Чому для обґрунтування своєї концепції природного добору Ч. Дарвін звертався до практики сільського господарства?
Коментарі (0)