С какой целью в селекции применяют мутагены кратко

Обновлено: 05.07.2024

Мутагенез - процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием автогенетических, внешних естественных или искусственных мутагенных факторов.

Мутагенные факторы (мутагены) - это различной природы факторы, естественное наличие или искусственное применение которых вызывает проявление мутаций.

При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон гомологических рядов Н. И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.

Естественный мутагенез основан на действии автомутагенов, генов-мутантов и ряда природных факторов, включая экстремальные внешние условия. Однако, частота спонтанного мутирования очень низка. Применяющиеся для искусственного вызывания мутаций мутагенные факторы разделяются на физические и химические.

Физические мутагенные факторы включают различные излучения, температуру, ультразвук и механические воздействия. Главным из них являются электромагнитные (рентгеновские, гамма-, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи) и корпускулярные (электроны, или В-частицы, протоны, или j-частицы, нейтроны), радиоактивные излучения. Все перечисленные излучения, являются ионизирующим излучениями. Их действие основано на образовании ионов в облученной ткани (первичное действие) и тепловым возбуждением молекул этой ткани (вторичное действие), вследствие чего пораженные молекулы претерпевают химические изменения, влекущие за собой генетические последствия. Ультрафиолетовые лучи производят только возбуждение молекул, проникающая способность их невелика. Мутагенным эффектом обладают УФ – лучи с длинной волн 2500-2800 А (спектр поглощения ДНК) при облучении пыльцы, спор бактерий.

Химические мутагенные факторы в зависимости от принципа действия разграничиваются на пять групп:

1 ингибиторы предшественников (азотистых оснований) нуклеиновых кислот;

2 аналоги азотистых оснований, включающиеся вместо них в нуклеиновые кислоты;

3 алкилирующие соединения;

4 окислители, восстановители и свободные радикалы;

5 акридиновые красители.

Наиболее эффективными являются алкилирующие мутагены, из числа которых можно назвать N – нитрозоалкилмочевину, этиленимил, диэтилсульфат, 1,4 – бисдиазоацетилбутан, этилметансульфонат и ряд других. Мутагенная эффективность физических и химических мутагенов зависит от многих условий, очень часто от индивидуальных особенностей особей и выживания смутировавших особей или тканей.

Мутации - прерывистые, скачкообразные изменения наследственности, определенным образом влияющие на признаки. Мутации представляют материал для естественного отбора в процессе эволюции.

К мутациям принято относить разного рода генетические преобразования, связанные с ядром и цитоплазмой клетки. Причиной мутации могут быть химические изменения гена, мелкие и крупные перестройки хромосом, изменение числа хромосом, а также изменения органелл цитоплазмы. Отсюда название разных типов мутаций. Генные или точковые мутации затрагивают изменения молекулярной структуры молекулы ДНК. Происходит замена или включение одной пары азотистых оснований, а также выпадении нескольких их пар. Результат действия генных мутаций - образование белка нового типа или отсутствие белка из-за препятствия его синтеза. Мутации, связанные с разрывами и перестройками хромосом, называют хромосомными.

По характеру происхождения мутации разделяются на естественные, или спонтанные, и искусственные (индуцированные, эксперементальные). По генетическому проявлению мутации могут быть доминантными, проявляющимися в гетерозиготном состоянии в поколении их возникновения

расщепляющимися в следующем поколении и рецессивными, проявляющимся, если мутантный ген окажется в гомозиготном состоянии. В зависимости от характера признака или свойства, контролируемого мутантным геном, различаются мутации морфологические, физиологические, биохимические. По относительному влиянию на жизнеспособность и плодовитость организма мутации делятся на полезные, нейтральные и вредные. Если мутация влечет за собой гибель организма, она называется летальной.

Химические мутагенные факторы в зависимости от принципа действия разграничиваются на пять групп:

1 ингибиторы предшественников (азотистых оснований) нуклеиновых кислот;

2 аналоги азотистых оснований, включающиеся вместо них в нуклеиновые кислоты;

3 алкилирующие соединения;

4 окислители, восстановители и свободные радикалы;

5 акридиновые красители.

В селекции с помощью индуцированного мутагенеза можно решать разные задачи. Следует указать три главных направления.
1. Мутагены применяют, чтобы вызвать мутационную изменчивость с широким спектром мутаций и высокой частотой их появления с целью получения исходного материала для отбора. Располагая большим разнообразием мутантных форм, селекционер отбирает среди сотен бесполезных или вредных изменений единичные ценные формы и использует их при выведении новых сортов. В результате мутаций у растений могут появляться новые, ранее не известные, полезные признаки, при получении которых такой испытанный и ведущий метод, как гибридизация, может оказаться неэффективным.
Часто мутанты одновременно с положительными изменениями имеют и отрицательные. В этих случаях их можно использовать для скрещивания с лучшими сортами или с другими мутантами с целью передачи только ценного новообразования.
2. Искусственный мутагенез используют для индуцирования мутантов со специфическими изменениями отдельных признаков с целью исправления у существующих сортов некоторых дефектов. При этом важно, чтобы другие хозяйственно важные признаки оставались неизменными. Так, индийским селекционерам удалось с помощью мутагенеза повысить устойчивость сорта сахарного тростника Со 449 к красной гнили. Из материала, подвергнутого гамма-облучению, был выделен соматический мутант с высоким иммунитетом к этой болезни, выпущенный в качестве нового сорта Со 6602. Таким же путем повысили устойчивость к указанной болезни сорта сахарного тростника Со 997.
Данный принцип был с успехом применен для улучшения качества зерна у ряда ценных сортов риса подвида japonica, обладающих высокой урожайностью и устойчивостью к бактериальным и грибным болезням.
3. Мутагенные воздействия могут быть использованы для решения специальных селекционных задач, например для увеличения рекомбинации генов и разрывов нежелательных сцеплений, переноса фрагментов хромосом одного вида растений в хромосомы другого вида при отдаленной гибридизации, получения гомозиготных мутантов путем облучения гаплоидов и последующего удвоения у них числа хромосом и т. д.

Сайт выполнен студенткой гр.0253ду БФНовГУ Перовой Марией, 2011г.

Породой и сортом (чистой линией) называют искусственно созданную человеком популяцию организмов, которая характеризуется специфическим генофондом, наследственно закреплёнными морфологическими и физиологическими признаками, определённым уровнем и характером продуктивности.

Вопрос 2. Какие основные методы селекции вы знаете?

Гибридизация (скрещивание) и искусственный отбор — главные методы селекции растений и животных.

Скрещивание как способ увеличения наследственной неоднородности особей сорта или породы, получения исходного материала для искусственного отбора. Виды скрещивания: близкородственное (скрещивание особей одного сорта или породы) , неродственное (скрещивание особей разных сортов, пород, разных видов) .

Искусственный отбор — сохранение селекционером для размножения особей с нужными человеку признаками, не всегда полезными для самого организма, в отличие от естественного отбора, который сохраняет особей с полезными им признаками.

Вопрос 3. С какой целью в селекционной работе производят скрещивание?

При скрещивании разных пород животных или сортов растений, а также при межвидовых скрещиваниях гибриды первого поколения отличаются повышенной жизнеспособностью и мощным развитием. Это явление, получившее название гетерозиса или гибридной силы, объясняется переходом многих генов в гетерозиготное состояние и взаимодействием благоприятных доминантных генов.

Вопрос 4. Что такое гетерозис?

Гетерозис - превосходство детей над родителями по продуктивности, плодовитости, жизнеспособности. Проявляется только в F1, чтобы поддерживать гетерозис в течении нескольких поколений используют особый вид скрещивания – переменная. Гетерозис получается при спаривании гомозиготных, разных по генотипу родителей, чтобы у детей возросла гетерозиготность, но и в этом случае гетерозис бывает не всегда, а только при удачном сочетании родительских генов.

Вопрос 5. С какой целью в селекции применяются мутагены?

С открытием мутагенного эффекта радиации и химических веществ развернулись работы по получению индуцированных мутантов. Индуцированные рентгеновскими лучами мутанты ячменя получены А. Густафссоном. Среди них отобраны формы с повышенной урожайностью зерна, а также ставший теперь знаменитым мутант с укороченным стеблем. Аналогичные мутанты были выделены затем у многих злаков. Они отличаются устойчивостью к полеганию и дают большие преимущества при машинной уборке. Кроме того, короткая и твёрдая соломина даёт возможность вести дальнейшую селекцию на увеличение размера колоса и массы семян без опасения, что повышение семенной продуктивности приведёт к полеганию растений.

С помощью мутагенов получают и мутации мужской стерильности, используемые далее в селекционных программах, при получении гетерозизных гибридов сахарной свеклы, риса и других культур. Работы по применению химического мутагенеза в селекции растений и животных широко развёрнуты.

Вопрос 6. Перечислите известные вам мутагенные факторы.

Чтобы повысить частоту мутаций необходимо воздействовать на клетки различными мутагенными факторами, такими как:

1. Ультрафиолетовое излучение;

2. Химическими соединениями не встречающимися в природе (пестициды, некоторые лекарственные препараты и др.)

3. Органическими и неорганическими соединеними естественного происхождения (окислы азота, нитраты, радиоактивные соединения, алкалоиды).

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос 1. Что такое массовый отбор; индивидуальный отбор? Расскажите, как они проводятся.

Массовый отбор — это выделение группы особей, сходных по одному или комплексу желаемых признаков, без проверки их генотипа. Например, из всей популяции злаков того или иного сорта для дальнейшего размножения оставляют только те растения, которые отличаются устойчивостью к возбудителям болезней и полеганию, имеют крупный колос с большим числом колосков и т. д. При их повторном посеве снова отбирают растения с нужными качествами. Сорт, полученный таким способом, генетически однороден, и отбор периодически повторяют.

При индивидуальном отборе (по генотипу) получают и оценивают потомство каждого отдельного растения в ряду поколений при обязательном контроле наследования интересующих селекционера признаков. В результате индивидуального отбора увеличивается число гомозигот, т. е. полученное поколение становится генетически однородным. Подобный отбор обычно применяют среди самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя и др.) для получения чистых линий. Чистая линия — это группа растений, являющихся потомками одной гомозиготной самоопыляемой особи. Они обладают максимальной степенью гомозиготности и представляют очень ценный исходный материал для селекции.

Вопрос 2. Какие межвидовые гибриды вы знаете? Что вы можете рассказать об их признаках и свойствах?

Одно из выдающихся достижений современной селекции – разработка способов преодоления бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось осуществить в начале XX в. советскому генетику Г. Д. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты. Это вновь созданное человеком растение не было похоже ни на редьку, ни на капусту. Стручки его состояли из двух половинок, из которых одна напоминала стручок капусты, другая – редьки.

Впоследствии удалось получить гибрид пшеницы с пыреем. На основе этого гибрида был выведен новый сорт пшеницы – зернокормовой, который за три укоса в сезон даёт до 300–450 ц/га зелёной массы.

Методами отдалённой гибридизации получена также новая зерновая и кормовая культура – гибрид пшеницы с рожью. Этот гибрид, названный тритикале, удачно сочетает ценные признаки пшеницы и ржи, давая большие урожаи зерна и зелёной массы с высокими питательными качествами.

Вопрос 3. Каковы особенности полиплоидных сортов культурных растений?

Нередко в растениеводстве получают и полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Широко распространены полиплоидные сорта клевера, сахарной свёклы, турнепса, ржи, гречихи, масличных растений.

Вы, наверное, заметили, какой огромный выбор продукции в пестрых красочных упаковках предлагает сегодня рынок семян. При этом селекция не стоит на месте, каждый год к имеющемуся перечню добавляется немалое количество новых сортов и гибридов.

А рынок с большим ассортиментом от разных поставщиков – это всегда сверхконкурентная среда. Нужно дать потребителю больше преимуществ за меньшую цену. Вроде бы покупатель должен остаться довольным, все для него. В целом да, но есть и негативные моменты.

Любой сорт обладает своими характерными признаками, сумма которых и отличает его от других аналогичных предложений. Но чтобы их получить и закрепить, селекционеры должны провести огромную работу (необходима широкая коллекция исходного материала, должно смениться много поколений культуры). Таким образом, классическая селекция занимает многие годы и десятилетия.

Но современные технологии не стоят на месте. Некоторые производители активно применяют в своей работе мутагены, которые ускоряют нужные мутации у растений. Приведу лишь несколько из них, особенно популярных: этиленимин, ДМС (диметилсульфат). Интересующиеся дачники легко найдут дополнительную информацию в Интернете.

По заявлению селекционеров, следов самого мутагена у потомков испытуемых растений не остается, поэтому с точки зрения науки они абсолютно безвредны. Сразу вспоминается недавняя заметка в одном из крупных СМИ про родившегося в Грузии теленка с 2 головами. Вы бы (если являетесь мясоедом) смогли бы употребить такую говядину в пищу (например, в виде тушенки), если с точки зрения науки известно, что разницы с обычным мясом нет? Вопрос провокационный, но в нем вся суть подобных селекционных ухищрений.

И кто гарантированно поручится, что такая продукция не приведет через N-ое количество поколений к необратимым изменениям у человека. Но кого это заботит сегодня? Да и с кого спросить потом?

От многих говорящих голов, лидеров общественного мнения, можно сегодня услышать логичные доводы за ГМО:

Без ГМО не прокормить разросшееся до 7,6 млрд. население земли (банально не хватит пахотных земель).
Внедрение ГМО уменьшает использование пестицидов, гербицидов и других опасных химикатов на полях.
Потери урожая в результате проливных дождей, засухи и других неблагоприятных условий ниже у модифицированных растений.
ГМО, поставленное на поток, сулит производителям и всем цепочкам распространителей их продукции немалые прибыли.

Кому интересно, посмотрите официальную статистику по заболеваемости раком в России и в мире за последние 15 лет. Не могу утверждать, что есть связь, но тенденции очевидные.

Читайте также: