Одомашнивание животных и выращивание культурных растений начальные этапы селекции кратко
Обновлено: 05.07.2024
биологии и химии отделения №1
Карлова Мария Александровна .
Одомашнивание как начальный этап селекции.
Методы современной селекции.
Раскрыть значение процесса одомашнивания.
Выявить характерные изменения у животных и растений в процессе одомашнивания.
Раскрыть значимый вклад отечественных ученых в развитии селекции.
Научиться определять методы селекционной работы и применять полученные знания на практике.
Сформировать у учащихся представления об особенностях селекционной работы с животными и практическом применении методов селекции животных;
Развивать представления о многообразии животного мира, породах домашних животных, направлениях и методах селекции живых организмов.
Развивать умения анализировать материал, делать выводы.
Формировать научное мировоззрение.
Воспитывать бережное, ответственное отношения к окружающему миру.
учебник “Общая биология. 10-11” под ред. Д.К.Беляева и Г.М.Дымшица,
Оборудование : мультимедийный проектор, экран, компьютер.
1. Организационный момент.
Приветствие обучающихся, проверка готовности к уроку.
2.1 Прочтение художественных текстов.
Учитель читает в сокращенном варианте два рассказа Бориса Житкова предварительно задав вопрос:
В каком произведении повествуется о домашнем животном, а в каком о диком?
Как слон спас хозяина от тигра.
У индусов есть ручные слоны. Один индус пошёл со слоном в лес по дрова.
Вдруг слон перестал слушаться хозяина, стал оглядываться, трясти ушами, а потом поднял хобот и заревел.
Хозяин сердиться на слона и бить его по ушам веткой.
А слон замер и насторожился.
Хозяин поднял ветку, чтоб со всей силы ударить слона, но вдруг из кустов выскочил огромный тигр. Он хотел напасть на слона сзади и вскочить на спину.
Но он попал лапами на дрова, дрова посыпались. Тигр хотел прыгнуть другой раз, но слон уже повернулся, схватил хоботом тигра поперёк живота, сдавил как толстым канатом. Тигр раскрыл рот, высунул язык и мотал лапами.
А слон уж поднял его вверх, потом шмякнул оземь и стал топтать ногами.
Когда хозяин опомнился от страха, он сказал:
- Какой я глупец, что бил слона! А он мне жизнь спас.
Хозяин достал из сумки хлеб, что приготовил для себя, и весь отдал слону.
Охотник и собаки.
Охотник шёл на лыжах и разогрелся от ходьбы.
Собаки забегали вперёд и выгоняли на охотника зайцев. Охотник ловко стрелял и набил пять штук. Тут он заметил, что зашёл далеко.
"Пора и домой, - подумал охотник. Перейду овраг, а там уже недалеко".
Пустил он собак вперёд, а собаки отбегут пять шагов - и охотнику не видно, куда за ними идти. Тогда он снял пояс, отвязал все ремешки и верёвки, какие на нём были, привязал собак за ошейник и пустил вперёд. Собаки его потащили, и он на лыжах, как на санях, приехал к себе в деревню.
Он дал каждой собаке по целому зайцу, потом разулся и лёг на печь. А сам всё думал:
"Кабы не собаки, пропал бы я сегодня".
2.2 Решение шарады.
Используя перестановку слогов, составьте ключевое слово, которое будет отражать тему сегодняшнего урока:
3. Объяснение нового материала.
3.1 Показ слайдов презентации с комментариями учителя чередуется с работой учащихся в специальной рабочей тетради.
Конечно, собака – это домашнее животное. Собаку создал человек, а не природа.
И сегодня на уроке мы поговорим об истории одомашнивании животных, об этом уникальном процессе, о критериях одомашнивания, о методах и значении одомашнивании.
3 слайд: Культурные формы организмов и их предки. Собаки.
Одним из первых одомашненных животных является собака. Примерно 10-15 тыс. лет назад она уже сопровождала поселения человека в Европе, передней и Ю-В Азии. На примере этого вида животных мы можем проследить морфофизиологические и поведенческие изменения, возникающие при одомашнивании: изменение формы ушей и хвоста, разнообразие размеров и окраски, изменение сроков линьки и готовности к размножению, изменение поведения.
Собаку первобытный человек использовал для защиты, как помощника в охоте, а также в пищу. Считают, что собаку от различных видов волков. Сейчас насчитывают более 350 пород собаки.
В России собак разводили в основном для охоты. Первое изображение гончей в Софийском соборе в Киеве датируется 11 веком.
4 слайд: Собака – друг человека.
Зимой на нартах, а летом на специальных тележках с поля боя они вывезли 700 тысяч тяжело раненных бойцов (для справки - состав дивизии РККА в 1941 г. составлял от 9 700 до 17 000 чел., то есть собаки вывезли с поля боя порядка 40 дивизий полного состава!), а к боевым частям доставили в общей сумме 3500 тонн боеприпасов . Собаки-связисты в боевой обстановке, порой в непроходимой для человека местности, доставили свыше 120 тысяч боевых донесений , для установления связи проложили 8 тыс. км телефонного провода (для сравнения: расстояние от Берлина до Нью-Йорка – 6 500 км.). Собаки разведывательной службы сопровождали разведчиков в тыл врага для успешного прохода через его передовые позиции, обнаружения скрытых огневых точек. Диверсионные собаки использовались в партизанских отрядах для подрыва железнодорожных составов. В целом, на боевом счету собак свыше 300 подбитых танков противника , более 200 000 доставленных донесений, разминировано 303 города, обследована территория в 15153 кв. км (что сопоставимо с площадью некоторых Европейских государств, так, например, площадь Бельгии – 30, 5 тыс. кв.км.), обнаружено и снято свыше 4 млн .
В качестве поводырей для людей собаки используется уже несколько сотен лет.
Первые школы для подготовки собак-поводырей были созданы в Германии во время Первой мировой войны в целях повышения мобильности ветеранов, которые ослепли в результате военных действий. В 1929 году была создана первая школа в США .
В качестве поводырей используются преимущественно ротвейлеры, немецкие овчарки, лабрадор - ретвиверы , ризеншнауцеры , однако возможна дрессировка с этой целью и собак других пород.
В ряде стран собаки-поводыри не имеют ограничения на присутствие в таких местах, как места общественного питания и транспорт. В Российской Федерации проезд подобных животных в общественном транспорте бесплатен.
5 слайд Культурные формы организмов и их предки. Коровы.
Мясная (Бельгийские голубые),
Мясомолочная (Шотландская высокогорная ) ,
Декоративная (Плюшевая порода).
Предком крупного рогатого скота был дикий бык - тур, который жил на территории лесостепной и степной зон Евразии (последнее животное этого вида уничтожено в 1627 году в Польше). Выясняется, что его одомашнели около 4 тыс. лет назад в Древней Греции. Известно более 50 пород крупного рогатого скота, которых разводят ради мяса, молока, кожи и как тягловую силу.
Основными направлениями селекции является создание молочных (черно-пестрая, красная степная), мясных (Абер-дино-ангусская, герефордская), мясо-молочных (симментальская, ле-бединська) пород. Есть и декоративные породы коров.Таких пушистых безрогих коров разводят на ферме Лотнера (Lautner farms) в американском штате Айова. Животные в основном имеют декоративную ценность и разводятся на продажу (цены варьируется от 5 до нескольких десятков тыс. долларов) и часто побеждают на различных выставках.
6 слайд: Культурные формы организмов и их предки. Куры.
русская белая (яичная)
7 слайд: Важнейший фактор одомашнивания.
Главный фактор одомашнивания – это искусственный отбор организмов, отвечающий требованиям человека. Необходимо отметить, что на ранних этапах развития животноводства и растениеводства человек заметил, что от лучших особей, рождается, как правило, лучшее потомство. Такой отбор Ч. Дарвин назвал бессознательным. Благодаря бессознательному отбору возникли основные мясные и молочные породы КРС, Скаковые лошади и тяжеловозы, уже известные вам направления пород собак. Т о отбор создал новые формы организмов. В этом и состоит его творческая роль.
Позднее с накоплением знаний о наследовании признаков люди стали практиковать методический, сознательный, целенаправленный отбор на улучшение определенных признаков
Бессознательный. Оставляют для размножения лучших особей, не задумываясь о результатах.
Сознательный (методологический). Человек ставит цель по улучшению определенного признака или свойства.
3.3 Минутка здоровья и релаксации.
8 слайд. Зарядка для глаз под музыку.
9 слайд: Центры происхождения домашних животных совпадают с центрами происхождения культурных растений .
Применяя ботанико-географический метод исследования мировых растительных ресурсов, Н. И. Вавилов установил первичные центры происхождения культурных растений, связанные с древними очагами цивилизации и местом первичного возделывания растений. Было обнаружено, что популяции растений имеют наибольшую генетическую изменчивость в центрах происхождения. Именно эти районы стали впоследствии источником ценного исходного материала для селекции новых сортов растений. Перечислим лишь наиболее важные виды растений, возникшие в каждом из 8 открытых Н. И. Вавиловым центров происхождения культурных растений.
правильный выбор исходного материала часто является определяющим фактором успеха селекционной работы. Чем богаче выбор исходного материала, тем легче селекционер может отобрать ценные формы, нужные для создания нового сорта.
10 -11 слайды Примеры селекции растений (капуста, роза).
Селекция капусты: дикий предок , пекинская , дикая крымская , декоративная , кольраби , цветная , белокочанная , брюссельская , брокколи , китайская.
- Какое практическое значение имеет гибридизация для человека?
12 слайд Методы селекции растений.
13 слайд Растительные гибриды.
14 слайд Гибриды животных.
Предполагаемый ответ учащихся.
- повышение продуктивности, урожайности
-улучшение эстетических качеств
-повышение устойчивости к разным факторам
-закрепление полезных качеств в потомстве
-получение новых качеств, важных для человека
-стремление к научному прогрессу.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Одомашнивание как начальный этап селекции Подготовил учитель биологии и химии отделения №1 Карлова Мария Александровна.
Культурные формы организмов и их предки (собаки) 1.СЛУЖЕБНЫЕ 2. ОХОТНИЧЬИ 3. ДЕКОРАТИВНЫЕ
Собака- друг человека. Собака Лайка - первое существо на орбите Земли Собаки - войны Собаки – поводыри
Культурные формы организмов и их предки (коровы) ТУР 1. Молочная (Голштинофризская ) 2. Мясная (Бельгийские голубые) 3.Мясомолочная (Шотландская высокогорная ) ) 4.Декоративная (Плюшевая порода)
Культурные формы организмов и их предки (куры)
ВАЖНЕЙШИЙ ФАКТОР ОДОМАШНИВАНИЯ Решающую роль в возникновении научной селекции сыграло эволюционное учение Ч. Дарвина Искусственный отбор Бессознательный.Оставляют для размножения лучших особей, не задумываясь о результатах. Сознательный (методологический).Человек ставит цель по улучшению определенного признака или свойства.
Минутка здоровья ( сколько животных)
ЦЕНТРЫ ОДОМАШНИВАНИЯ ЖИВОТНЫХ СОВПАДАЮТ С ЦЕНТРАМИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ.
Селекция розы шиповник 1.Rosa 'Graham Thomas‘ — английская роза,шраб, сорт создан в Англии, в 1983 году 2.Rosa 'Candelabra' — грандифлора, сорт создан в Англии, в 1998 году Род: Шиповник Вид Дамасская роза
Методы селекции растений
Растительные гибриды 1.Черемуха + вишня =Церападуса Плоды крупнее чем у черёмухи и вкуснее, чем у вишни 2. Апельсины + мандарины = Клементины Создан в 1902 году священником Клеманом. По форме как мандарины, но более сладкие. 3.Терн + алыча = Слива Слива домашняя возникла скорее всего как естественный гибрид двух диких видов: алычи и тёрна 4. Пшеница + рожь = Тритикале Тритикале обладает повышенной морозостойкостью (больше чем у озимой пшеницы),устойчивостью против грибных и вирусных болезней, пониженной требовательностью к плодородию почвы, содержат много белка в зерне. 5. Редька + капуста = Рафанобрассика Этот гибрид получил Г.Д.Карпеченко с 36 хромосомами (18 от редьки и 18 от капусты)
Гибриды животных: 1. Осёл + Кобыла = Мул Выносливее и работоспособнее лошади, как вьючное животное в горных условиях 2 . Ослица + Мерин = Лошак За счет хромосомного дисбаланса полностью стерилен 3. Як + Корова = Хайнак Хорошо откармливается, приспособлен к высокогорным условиям, молочность выше чем у яков.
Селекция: её задачи и значение.
Вклад Н.И.Вавилова в развитие селекции
Ключевые слова: селекция (примитивная, комбинационная; доместикация), задачи селекции, Н.И. Вавилов, развитие селекции, центры многообразия и происхождения культурных растений, центры происхождения домашних животных, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.
Раздел ЕГЭ: 3.8. Селекция, ее задачи и практическое значение. Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции: учение о центрах многообразия и происхождения культурных растений, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости…
Сорт, порода, штамм — популяция организмов, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными особенностями.
Задачи селекции:
- повышение урожайности сортов культурных растений;
- повышение продуктивности штаммов микроорганизмов;
- увеличение продуктивности пород домашних животных.
Для успешной селекционной работы необходимо: исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных; исследование закономерностей наследования при гибридизации; изучение мутаций и их роли в проявлении и развитии исследуемых признаков; применение различных форм искусственного отбора.
Практические значение современной селекции: обеспечивать продовольственную безопасность будущего человечества, численность которого из года в год неуклонно растёт. Например, созданные во второй половине XX в. селекционерами новые сорта зерновых культур совершили так называемую зелёную революцию в земледелии ряда стран: Индии, Мексики, Аргентины и др. Достижения селекционеров заключались в том, что ими были выведены низкорослые, карликовые сорта злаков (риса и пшеницы), у которых все образующиеся в процессе фотосинтеза питательные вещества расходуются в основном на рост колоса, а не на развитие стеблей и листьев. Урожайность таких низкорослых сортов злаков возросла в 7—8 раз, и они оказались более устойчивыми к полеганию, так как стебли-соломины у них стали толще и крепче, чем у высокорослых сортов растений.
Примеры полезных свойств: рост, размер и форма плодов, урожайность, удойность у коров, устойчивость к факторам внешней среды (к засушливому климату, к морозу).
Зарождение селекции
С давних пор человек для своих нужд вёл промысел диких животных и собирал дикорастущие растения. С ростом народонаселения земного шара и расширением его оседлости природа была уже не в состоянии удовлетворить возросшие потребности людей в пище, одежде и других ресурсах. Человек оказался перед необходимостью целенаправленного выращивания и разведения необходимых ему организмов.
Начальным этапом селекции стала доместикация (от лат. domesticus — домашний) — превращение диких организмов в культурные. Одними из первых культурных растений стали зерновые злаки. Так, возделывание пшеницы и ячменя на Ближнем Востоке и в Древнем Египте началось 10 тыс. лет назад. С давних времён в земледельческой культуре известны рис, кукуруза, виноград, маслина и др. К числу сравнительно недавно окультуренных растений принадлежит сахарная свёкла, которую стали выращивать в последние двести лет с целью снижения зависимости зон умеренного климата от тропических областей, где возделывается сахарный тростник. За всю свою историю человечество окультурило свыше 150 видов растений, из которых сейчас наиболее широко выращивается около 20 видов.
Центры многообразия и происхождения
культурных растений и домашних животных
Большой вклад в изучение центров доместикации культурных растений внёс Н. И. Вавилов. В 1920—1940 гг. в результате многочисленных экспедиций он изучил географическое распространение около 1600 сортов культурных растений всего земного шара и установил их центры многообразия и происхождения. Рассмотрим их по порядку.
Центры происхождения культурных растений: 1 — Тропический; 2 — Восточноазиатский; 3 — Юго-Западноазиатский; 4 — Средиземноморский; 5 — Абиссинский; 6 — Центральноамериканский; 7 — Андийский; 8 — Африканский; 9 — Австралийский; 10 — Европейско-Сибирский; 11 — Североамериканский
- Тропический, или Индомалайский, центр охватывает территории Индии, Индокитая и островов Юго-Восточной Азии. Из этого центра происходит около 30 % возделываемых в настоящее время культурных растений, например сахарный тростник, рис, огурец, банан, манго.
- Восточноазиатский центр включает Китай, Корею, Японию и Тайвань. Отсюда произошло более 20 % всей мировой культурной флоры, в том числе соя, просо, яблоня, апельсин, слива, чайный куст.
- Юго-Западноазиатский центр расположен на территории Аравийского полуострова, Малой и Средней Азии, Кавказа. С этим центром связано происхождение около 15 % культурных растений, наиболее важные из которых — зерновые злаки (мягкая пшеница, рожь), а также бобовые культуры (горох и чечевица). Из этого же центра происходят абрикос, груша, виноград.
- Средиземноморский центр охватывает страны Средиземноморья, в том числе юга Европы и севера Африки. Этот центр совпадает с очагами древних цивилизаций. Отсюда произошло около 10 % всей мировой культурной флоры, среди которой овощные растения, например капуста и свёкла, а также масличные культуры, например маслина.
- Абиссинский центр, находящийся в Африке (в Эфиопии), характеризуется рядом уникальных видов и даже родов культурных растений, таких как кофейное дерево, твёрдая пшеница и ячмень.
- Центральноамериканский центр включает территорию юга Мексики и некоторых стран Карибского бассейна. Отсюда ведут начало такие культуры, как кукуруза, тыква, перец, фасоль, хлопчатник, какао.
- Андийский центр расположен в пределах Южной Америки и включает часть районов Андийского горного хребта вдоль её западного побережья. Это родина ананаса, клубненосных культур, в том числе картофеля, и лекарственных растений, например кокаинового куста.
Начатая Н. И. Вавиловым работа была продолжена другими учёными. В 1970 г. отечественный учёный П. М. Жуковский установил ещё четыре центра происхождения культурных растений: Африканский, Австралийский, Европейско-Сибирский и Североамериканский.
В 1926 г. Н. И. Вавиловым была заложена коллекция семян культурных растений, которая постоянно пополняется и используется селекционерами для работ по созданию новых сортов. В настоящее время коллекция, хранящаяся в Санкт-Петербурге, насчитывает свыше 320 тыс. образцов семян культурных растений, происходящих из разных уголков земного шара.
С распространением земледелия важную роль в хозяйственной деятельности человека стали играть домашние животные. Процесс одомашнивания животных был более сложным и длительным, чем окультуривание растений. Человек одомашнил лишь 0,004% фауны планеты: около 60 видов млекопитающих, 12 видов птиц, семь видов рыб и пять видов насекомых. Центры происхождения домашних животных, так же как и центры происхождения культурных растений, совпадают с очагами древнейших цивилизаций. Эти области определены ареалами обитания диких предков домашних животных.
Число культурных растений и домашних животных, возникших вне вышеперечисленных центров доместикации, невелико.
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости был сформулирован выдающимся русским ученым Н.И. Вавиловым в 1920 г.
Сущность закона заключается в следующем: виды и роды, генетически близкие, связанные друг с другом единством происхождения, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Зная, какие формы изменчивости встречаются у одного вида, можно предвидеть нахождение аналогичных форм у родственного ему вида. Фактами, подтверждающими этот закон, являются случаи альбинизма у позвоночных, гемофилия у человека и других млекопитающих.
В основе закона гомологических рядов фенотипической изменчивости у родственных видов лежит представление о единстве их происхождения от одного предка в процессе естественного отбора.
У родственных видов, имеющих общее происхождение, возникают и сходные мутации. Это означает, что у представителей разных семейств и классов растений и животных со сходным набором генов можно встретить параллелизм — гомологические ряды мутаций по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам и свойствам. Так, у разных классов позвоночных встречаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие перьев у птиц, альбинизм и бесшерстность у млекопитающих, гемофилия у многих млекопитающих и человека. У растений наследственная изменчивость отмечена по таким признакам, как пленчатое или голое зерно, остистый или безостый колос и др.
Знание характера изменчивости нескольких родственных видов дает возможность поиска признака, который отсутствует у одного из них, но характерен для других. Таким путем были собраны и изучены голозерные формы злаков, односемянные сорта сахарной свеклы, не нуждающиеся в прорывке, что особенно важно при механизированной обработке почв.
Селекция — наука о методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами.
Сорт, порода, штамм — устойчивая группа (популяция) живых организмов одного вида, искусственно созданная человеком и имеющая определенные наследственные особенности.
■ Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют идентичные, наследственно закрепленные морфологические, физиологобиологические и хозяйственные свойства и признаки и однотипную реакцию на действие факторов внешней среды.
❖ Основные задачи селекции:
■ достижение высокой урожайности сортов культурных растений, плодовитости и продуктивности пород животных;
■ достижение необходимого качества и химических свойств продукции: вкуса, внешнего вида и лежкости плодов и овощей, содержания белка, клейковины, нужных аминокислот в зерне, жирности и содержания белков в молоке и т.д.;
■достижение необходимых физиологических свойств: скороспелости, засухоустойчивости, морозостойкости, устойчивости к болезням и вредителям и т.д.;
■ получение пород, сортов и штаммов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения.
Теоретическая база селекции:
■ законы и методы генетики как науки о наследственности и изменчивости;
■ учение о структуре гена, молекулярные основы наследственности;
■ теория мутаций;
■ учение о роли среды в фенотипических проявлениях генотипа;
■ учение о формах искусственного отбора, направленного на выявление и закрепление нужных признаков у селектируемых организмов.
❖ Общие методы селекции:
■ направленный подбор исходного материала для селекции из имеющегося разнообразия растений и животных;
■ близкородственная и неродственная гибридизация;
■ массовый и индивидуальный искусственный отбор;
■ индуцированный мутагенез’,
■ искусственное получение полиплоидов и др.
❖ Основа успеха селекционной работы — генетическое разнообразие исходного материала.
Гибридизация — получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.
Инбридинг — это близкородственное скрещивание (близкородственная гибридизация) организмов.
Аутбридинг — неродственное (внутри- или межвидовое) скрещивание (при внутривидовом аутбридинге скрещиваемые особи не должны иметь общих предков в ближайших 4-6 поколениях).
Искусственный отбор — отбор, производимый человеком с целью сохранения для дальнейшего размножения особей, имеющих желаемую комбинацию признаков.
Массовый искусственный отбор — отбор по фенотипу целой группы особей с нужными признаками, от которой получают потомство. В нескольких поколениях потомков отбор приходится повторять, так как у них возможно появление расщепления.
Индивидуальный искусственный отбор — отбор одной особи с нужными признаками и выращивание ее потомков с обязательным контролем наследования данных признаков.
■ Индивидуальный отбор бывает однократным (отбор только родительской особи) или повторяющимся (и родительской особи, и потомков).
■ В результате индивидуального отбора увеличивается число гомозигот, т.е. полученное поколение становится генетически однородным.
Линия — группа родственных организмов, воспроизводящих в ряду поколений устойчивые наследственные признаки. Линия происходит от одного предка или от одной пары общих предков.
Чистая линия — группа организмов, гомозиготных по большинству генов, воспроизводящих в ряду поколений устойчивые наследственные признаки и являющихся потомками одной гомозиготной самоопыляемой особи (у растений) или пары близко-родственных особей (у животных).
■ Чистые линии нередко имеют сниженную жизнеспособность, что связано с переходом в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые преимущественно являются вредными.
■ Чистые линии имеют максимальную степень гомозиготности и представляют очень ценный материал для селекции.
Селекция растений
Селекция растений — наука о выведении новых сортов сельскохозяйственных культур, характеризующихся высокой продуктивностью и качеством урожая, устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды.
■ Сорт фенотипически проявляет свои признаки лишь в тех условиях, для которых он был создан.
Исторические этапы селекции растений:
■ начальный этап — окультуривание диких предковых видов растений путем простейшего (бессознательного) искусственного отбора;
■ следующие этапы: направленный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.
❖ Методы селекции растений:
■ подбор подходящих родительских пар по месту их происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных);
■ индуцированный мутагенез используют при невозможности найти нужный исходный материал; мутации получают с помощью ионизирующих излучений, среди них иногда удается найти полезные, пригодные для дальнейшей селекционной работы;
■ гибридизация (скрещивание);
■ экспериментальная полиплоидия — авто- и аллополиплоидия;
■ искусственный отбор — массовый и индивидуальный;
■ воздействие условиями среды.
Близкородственная гибридизация (инбридинг) у растений основана на искусственном опылении своей пыльцой перекрестно опыляемых (в естественных условиях) растений. Самоопыление ведет к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств.
■ Посредством инбридинга получают чистые линии особей.
Межлинейная гибридизация — гибридизация путем скрещивания разных чистых линий между собой.
■ Пример: межлинейная гибридизация позволяет повысить урожайность семян кукурузы на 20-30%.
■ При межлинейной гибридизации обычно наблюдается гетерозис.
Гетерозис (или гибридная мощность) — явление повышенной жизнеспособности и плодовитости гибридов первого поколения по сравнению с обеими родительскими формами.
■ Гетерозис объясняется высоким уровнем гетерозиготности межлинейных генов.
■ Гетерозис у растений можно закрепить их вегетативным размножением (клубнями, черенками, луковицами и т.д.).
■ У второго и последующих поколений эффект гетерозиса постепенно снижается и исчезает, так как нарастает количество гомозигот, снижающих жизнеспособность организмов.
Отдаленная гибридизация (аутбридинг) — внутривидовое, межвидовое или межродовое (т.е. межсортовое) скрещивание, ведущее к гетерозиготизации и позволяющее сочетать в одном организме ценные признаки разных видов и даже родов.
■ Межвидовые гибриды обычно бесплодны. Это объясняется содержанием в их геноме различных хромосом, полученных от родительских особей разных видов, которые (хромосомы) при мейозе не конъюгируют.
Экспериментальная полиплоидия — искусственно вызванное (действием повышенной температуры, ионизирующего излучения или некоторых химических соединений) нарушение нормального расхождения хромосом в мейозе или митозе, приводящее к полиплоидии — увеличению числа хромосом в клетке, кратному гаплоидному.
■ Примеры культур-полиплоидов: тритикале — гибрид пшеницы и ржи, клубника, сахарная свекла.
■ Различают автополиплоидию и аллополиплоидию.
Автополиплоидия — кратное увеличение хромосом одного вида. Автополиплоиды часто имеют крупные размеры клеток и всего растения, повышенное содержание ряда хозяйственно ценных веществ, другие желаемые признаки и свойства, обладают повышенной жизнеспособностью, устойчивостью к патогенным организмам (вирусам, бактериям, грибам) и неблагоприятным факторам среды.
■ Автополиплоиды обычно стерильны и размножаются только вегетативно.
Аллополиплоидия — изменение (обычно удвоение) числа наборов хромосом при межвидовой и межродовой гибридизации.
■ Аллополиплоидия используется для восстановления способности к размножению межвидовых диплоидных гибридов. Она приводит к удвоению числа хромосом такого гибрида, что создает возможность конъюгации гомологичных хромосом, и гибрид становится плодовитым.
■ Пример: с помощью аллополиплоидии Г.Д. Карпеченко впервые (в 1924 г.) получил способный к размножению межвидовый гибрид редьки и капусты.
Искусственный отбор производится после получения гибридов.
■ Массовый отбор применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений.
■Индивидуальный отбор применяется в отношении самоопыляющихся растений с последующим выделением чистых линий, являющихся исходным материалом для дальнейшей селекции. При индивидуальном отборе результат достигается быстрее, но потомков получается значительно меньше.
Другие методы преодоления межвидовой нескрещиваемости:
■ предварительное вегетативное сближение — одно растение прививается на другое, а затем их цветки переопыляются;
■ смешение пыльцы материнского растения с пыльцой отцовского (своя пыльца раздражает рыльце, и оно воспринимает чужую пыльцу).
Селекция животных
Селекция животных — наука о выведении новых пород домашних и сельскохозяйственных животных, обладающих высокой продуктивностью, жизнеспособностью, устойчивостью к болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды.
❖ Особенности животных, вытекающие из природы их организма и затрудняющие и замедляющие процесс их селекции:
■ животные, имеющие хозяйственное значение, размножаются только половым способом (отсутствует вегетативное размножение и самооплодотворение);
■ половая зрелость у них наступает относительно поздно, и поэтому смена поколений происходит очень редко;
■ самки приносят немногочисленное потомство.
❖ Исторические этапы селекции животных:
■ начальный этап — одомашнивание диких предковых видов животных путем бессознательного искусственного отбора;
■ следующие этапы: направленный, осознанный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.
В селекции животных важен учет экстерьера и технологических признаков.
Экстерьер — совокупность фенотипических признаков, характеризующих наружные формы животных, их телосложение и соотношение частей тела (примеры: телосложение скаковой лошади, форма вымени коровы и др.).
Примеры технологических признаков: скорость отдачи молока, характер поведения в группе и др.).
❖ Методы селекции животных:
■ подбор подходящих родительских пар с учетом их родословных, в которых должны быть отмечены экстерьерные особенности и продуктивность в течение ряда поколений;
■ гибридизация (скрещивание) — инбридинг и последующая межлинейная гибридизация, приводящая к гетерозису (примеры: бройлерные цыплята, белая украинская степная свинья); а также внутривидовый аутбридинг (скрещивание домашних животных с дикими предками, дающее плодовитое потомство; пример: тонкорунные овцы меринос + дикий баран архар = архаромеринос) и межвидовый аутбридинг (дающий бесплодное, но представляющее хозяйственную ценность — из-за ярко выраженного гетерозиса — потомство; примеры: лошадь + осел = мул; дромадер + бактриан = нары; белуга + стерлядь = бестер и др.);
■ индивидуальный искусственный отбор по хозяйственным признакам и экстерьеру;
■ испытание производителя по потомству: от производителя получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей выше, чем матерей, то это свидетельствует о ценности производителя, и его используют для дальнейшего улучшения породы;
■ искусственное осеменение (трансплантация): оплодотворенные яйцеклетки или полученные в пробирке эмбрионы ценных пород животных (крупного рогатого скота, овец и др.) вводят в матку беспородных или низкопродуктивных животных для дальнейшего развития. Это позволяет значительно ускорить селекционную работу, интенсивно использовать высокоценных племенных животных;
■ экспериментальное получение полиплоидов (применяется в селекции тутового шелкопряда): нагреванием или воздействием рентгеновских лучей добиваются слияния ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород; полиплоиды в дальнейшем размножаются партеногенезом;
■ клеточное клонирование: методом клеточной инженерии в яйцеклетках, полученных от ценных племенных животных, гаплоидные ядра замещаются диплоидными из соматических клеток. Развивающиеся зиготы имплантируются в матку жи-вотных-реципиентов; в результате получается клон особей, которые по генотипу полностью повторяют друг друга.
Селекция микроорганизмов
Роль микроорганизмов в хозяйственной деятельности человека: продуцирование десятков видов органических веществ — аминокислот, нуклеиновых кислот, белков, липидов, сахаров, ферментов, пигментов, антибиотиков, витаминов и др.
❖ Особенности селекции микроорганизмов:
■ селекционер для работы имеет неограниченное количество особей микроорганизмов, выращиваемых на питательных средах;
■микроорганизмы содержат значительно меньше генов, чем клетки высокоорганизованных видов;
■ они имеют простую регуляцию генной активности;
■ они очень быстро размножаются;
■ их гаплоидный геном позволяет проявляться фенотипически любой мутации уже в первом поколении.
♦ Основные методы селекции микроорганизмов:
■ индуцированный мутагенез (для получения мутаций используются ионизирующие излучения и химические мутагены); при этом вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов в —100—10000 раз меньше, чем у других организмов, но вероятность выделения мутаций по любому конкретному гену выше в сотни тысяч и более раз; для выявления мутаций используются селективные среды, на которых мутанты растут, а немутировавшие (дикие) клетки погибают;
■ рекомбинирование генов: конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями), трансдукция (перенос гена из одной бактерии в другую с помощью бактериофагов), трансформация (перенос ДНК из одних изолированных клеток в другие), амплификация (увеличение числа копий нужного гена);
■ гибридизация разных штаммов бактерий путем слияния их протопластов;
■ искусственный отбор по продуктивности и технологическим свойствам.
Биотехнология
Биотехнология — производство (как наука и процесс) необходимых человеку продуктов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.
Объекты биотехнологии: микроорганизмы (вирусы, бактерии, протесты, грибы и др.), растения, животные, изолированные из них клетки и субклеточные структуры (органеллы).
❖ Основные направления биотехнологии (как правило, с применением микроорганизмов и/или культивируемых клеток):
■ производство биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормонов и др.) и лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток и др.);
■ производство аминокислот и кормовых белков из углеводородов нефти и газа;
■ охрана окружающей среды (разрушение загрязняющих веществ);
■ извлечение ценных металлов из руд и промышленных отходов;
■ создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т.д.
Генная инженерия — создание новых организмов путем целенаправленного изменения существующих или создания новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и детерминировать необходимые биологические процессы.
❖ Этапы генной инженерии:
■ получение нужного гена (искусственный синтез или выделение природного гена из ДНК);
■ получение рекомбинантной молекулы ДНК (включение полученного гена в молекулу ДНК-переносчик или соединение отдельных фрагментов ДНК в единую молекулу);
■ введение рекомбинантной ДНК в клетку-реципиент, где она встраивается в генетический аппарат;
■ копирование (клонирование) этого гена путем отбора трансформированных клеток;
■ введение клонированных генов в яйцеклетки млекопитающих или протопласты растений и выращивание организмов с измененным геномом.
Трансгенные организмы — организмы, геном которых изменен путем генноинженерных операций.
■ Примеры достижений генной инженерии: освоение промышленного производства белка инсулина и интерферонов (белков, подавляющих размножение вирусов); получение гибридов соматических клеток разных видов; создание гибридов лимфоцитов с опухолевыми клетками, способных к длительному синтезу антител определенного типа; создание растений, способных усваивать атмосферный азот и др.
Клеточная инженерия — создание новых организмов путем соматической гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции и др. и культивирования изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях.
■ Для культивирования клеток растений их клеточные стенки разрушают с помощью особых ферментов и получают изолированный протопласт, который культивируют так же, как и клетки животных.
Соматическая гибридизация — слияние двух различных соматических клеток (разных видов клеток одного организма или клеток разных, даже очень далеких, видов организмов) в культуре тканей.
Читайте также: