Реферат: Селекция
Чтотакое селекция
Термин«селекция» происходит от латинского слова selection– отбор. Говоря о селекции,имеют в виду два значения:
1. процесссоздания сортов растений, пород животных, штаммов полезных микроорганизмов;
2. науку,разрабатывающую теорию и методы создания сортов растений, пород животных,штаммов полезных микроорганизмов.
Теоретическаябаза селекции – генетика. Итогом селекционного процесса являются сорт, порода,штамм. Сорт растений, порода животных, штамм микроорганизмов – это совокупностьорганизмов, созданных человеком в процессе селекции и имеющих определенныенаследственные свойства. Все организмы, составляющие эту совокупность, имеютсходные наследственно закрепленные особенности, однотипную реакцию на условиясреды. Как наука селекция окончательно оформилась благодаря трудам Ч. Дарвина.Он проанализировал огромный материал по одомашниванию животных и введению вкультуру растений и на этой основе создал учение об искусственном отборе.
Селекция какпроцесс представляет собой специфическую форму эволюции, подчиняющуюся общимзакономерностям. Главная отличительная особенность селекции как процессасостоит в том, что естественный отбор заменен на искусственный, проводимыйчеловеком. Это и позволило Н.И. Вавилову дать емкое и образное определениеселекции как процесса. Он писал, что селекция представляет собой «эволюцию,направляемую волей человека». Следовательно, селекция есть важнейший родпрактической деятельности человека, итогом которой и стали все имеющиесясегодня сорта культурных растений, породы домашних животных и штаммы полезныхмикроорганизмов.
Одомашниваниекак первый этап селекции
Культурныерастения и домашние животные произошли от диких предков. Этот процесс называют одомашниваниемили доместикацией. Важнейшей движущей и направляющей силойодомашнивания служит искусственный отбор. На самых ранних этапах одомашнивания,уходящих на тысячелетие в глубь истории, искусственный отбор былбессознательным. Первые попытки одомашнивания начинались, вероятно, сослучайного выращивания диких животных. Только те из них, которые оказалисьспособными контактировать с человеком и существовать в условиях неволи,выживали. Следовательно, на первых этапах одомашнивания особую роль могласыграть селекция животных по поведению.
Отечественныйгенетик и эволюционист Д.К. Беляев предположил, а затем со своимиколлегами экспериментально показал, что отбор по поведению был одним изважнейших факторов резкого повышения изменчивости на начальных этапаходомашнивания животных. Выяснилось, что селекция по поведению не ограничиваетсяизменением самого поведения. Параллельно изменяются многие жизненно важныефункции и процессы. Происходит перестройка такой строго стабилизированнойсистемы организма, как репродуктивная. Например, у селекционируемых поповедению лисиц наблюдается переход от однократного размножения в году кдвукратному, изменяется характер линьки, меняется фотопериодическая реакция,появляется большое количество морфологических признаков, очень похожих на те,что известны для других одомашненных животных (окраска тела, форма ушей, хвостаи т.д.). Громадное разнообразие, закономерно возникающее на первом этапеодомашнивания животных, послужило основой для создания пород животных, резкоотличающихся как от диких предков, так и друг от друга.
Итак, напервых этапах введения в культуру растений и одомашнивания животных основнымнаправлением селекции был отбор на способность размножаться в условияхискусственного содержания, т.е. под контролем человека. Среди животныхоставлялись на потомство только те, которые могли размножаться в неволе иконтактировать с человеком. Среди злаковых растений человек отбирал только те,которые были способны сохранить семена в колосе, т.е. не осыпались, как этохарактерно для «дикарей».
Центрыпроисхождения культурных растений
Важнейшийрадел селекции как науки – учение об исходном материале. Фактически онразработан выдающимся советским генетиком и селекционером Н.И. Вавиловым иподробно изложен в его работе «Центры происхождения культурных растений». Любаяселекционная программа начинается с подбора исходного материала. Решая проблемуисходного материала, Н.И. Вавилов обследовал земной шар и выяснилтерритории с наибольшим генетическим разнообразием культивируемых растений и ихдиких сородичей. Вместе с сотрудниками Н.И. Вавилов осуществил в 20–30-егоды более 60 экспедиций по всем обитаемым континентам, кроме Австрии.Участники этих экспедиций – ботаники, генетики, селекционеры – были нестоящимиохотниками за растениями. В результате огромной и самоотверженной работы ониустановили и отельные районы мира, обладающие наибольшим разнообразиемгенетических форм растений. Таких районов Н.И. Вавилов выделил восемь: 1.Индийский центр;
2.Южнокитайский;
3.Среднеазиатский;
4.Переднеазиатский;
5.Средиземноморский;
6.Абиссинский;
7.Центральноамериканский;
8.Южноамериканский.
Н.И. Вавиловсчитал, что районы, где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие по томуили другому виду растений, и являются центрами их происхождения. У картофелямаксимум генетического разнообразия связан с Южной Америкой, у кукурузы – сМексикой, у риса – с Китаем и Японией, у хлебных злаков пшеницы, ржи – соСредней Азией и Закавказьем, у ячменя – с Африкой. Эти районы и были отмеченыкак центры происхождения перечисленных видов. То же самое было сделано и помногим другим видам.
Наряду с открытиеммировых центров происхождения культурных растений Н.И. Вавилов и егоэкспедиции собрали самую крупную в мире коллекцию растений, которая быласосредоточена во вновь созданном в С.-Петербурге Всесоюзном институтерастениеводства, ныне носящем имя Н.И. Вавилова. Эта коллекция в видесеменных образцов постоянно пополняется, воспроизводится на полях опытныхстанций института и насчитывает в настоящее время более 300 тыс. номеров.Она-то и является тем кладезем исходного материала, которым пользуются все генетикии селекционеры страны, работающие с растениями. Прежде чем начать созданиенового сорта растений, селекционер подбираем из мировой коллекции всенеобходимые для работы образцы, обладающие интересующими его признаками.
Например,селекционер задумал создать для Сибири холодостойкий сорт пшеницы или ржи.Прежде всего, он будет изучать в мировой коллекции все холодостойкие сорта,собранные в северных районах Азии, Европы, Америки. После этого он сможетвыбрать сорт, наиболее соответствующий его селекционной программе.
Мироваяколлекция растений – наше крупнейшее национальное достояние, требующее к себебережного отношения и постоянного пополнения.
Происхождениедомашних животных и центры их одомашнивания
Каксвидетельствуют современные данные, центры происхождения животных и районы иходомашнивания связаны – это места древних цивилизаций. В индонезийско-индокитайскомцентре впервые, по-видимому, были одомашнены собака, большинство пород которойпроисходит от волка, – одно из наиболее древних домашних животных.
В ПереднейАзии, как полагают, были одомашнены овцы, их предок – дикие бараны муфлоны. ВМалой Азии одомашнены козы. Одомашнивание тура, ныне исчезнувшего вида,произошло, вероятно, в нескольких областях Евразии. В результате возниклимногочисленные породы крупного рогатого скота. Предки домашней лошади –тарпаны, также исчезнувшие, были одомашнены в степях Причерноморья. Такимобразом, для большинства видов домашних животных и культурных растений,несмотря на их огромное разнообразие, обычно удается указать на исходногодикого предка.
Применениецитоплазматической мужской стерильности
Возникаетвопрос, как получить гибридные семена, например, у кукурузы, сахарной свеклы,риса, томатов, если в пределах одного растения или даже одного цветка расположеныженские и мужские элементы системы размножения и всегда присутствуетвозможность самоопыления. В этих случаях избежать процесс самоопыления возможнотолько двумя путями: на материнских формах удалить вручную мужские элементыцветка, продуцирующие пыльцу; сделать мужские соцветия стерильными. Первый путьочень трудоёмок, поэтому генетики начали поиск систем, определяющих мужскуюстерильность растений.
В 1929 г.Ученик Н.И. Вавилова, отечественный селекционер и генетик М.И. Хаджиновнашёл в посевах кукурузы растения с мужской стерильностью, которые ничем неотличались от нормальных, полностью стерильных, т.е. не продуцирующих пыльцу.Эта система затем была детально изучена генетически, выявлены разные типымужской стерильности. Один из них – цитоплазматическая мужскаястерильность (ЦМС) – был предложен и широко использован для получениягибридных семян у кукурузы, а затем и у многих других видов.
Схемаиспользования ЦМС в селекции разработана в 30-х годах Родсом. Этот тип мужскойстерильности характеризуется тем, что только взаимодействие особого типацитоплазмы (S)и рецессивных генов ядра (rf) обусловливает мужскую стерильность.
В практикеиспользуют лишь гибридные семена первого поколения от скрещивания двух линий,простого гибрида и линии или двух простых гибридов. Второе и последующиепоколения в производственных посевах не используются, так как гибридырасщепляются на исходные формы и эффект гетерозиса исчезает. В связи с этим прииспользовании гетерозиса у растений организовано семеноводство в специальныххозяйствах, фермах, где получают только семена первого поколения и продают иххозяйствам, фермерам и т.д. Так как урожайность гетерозисных гибридовзначительно (на 20–30%) выше сортов, то затраты на семеноводство гибридныхсемян с лихвой окупаются. В растениеводстве гетерозис широко используется укукурузы, сорго, сахарной свеклы, риса томатов и других видов.
Открытиеявления гетерозиса было крупнейшим событием в генетике и селекционной практике.
Полиплоидияи отдалённая гибридизация в селекции растений
Виды, укоторых число хромосом умножено кратно основному числу (n), называются полиплоидами.Многие виды растений, введенные в культуру, – полиплоиды. Среди покрытосеменныхрастений доля полиплоидов составляет 30–35%, причём у злаковых трав она равнапочти 70%. Из культурных злаков к полиплоидам относятся пшеница и овёс.Основное число хромосом для пшеницы n=7.
Твёрдаяпшеница имеет 28 хромосом, т.е. является тетраплоидом: мягкая пшеница, нашаосновная продовольственная культура, имеет 42 хромосомы, т.е. являетсягексаплоидом. К полиплоидам относятся и многие другие культурные виды растений:хлопчатник, люцерна, табак и др.
Полиплоидныеформы растений делятся на два типа. Виды, у которых кратно умножен один и тотже геном, называются аутополиплоидами. Например, у обычнойдиплоидной ржи набор хромосом равен 14. Разработаны методы умножения числахромосом. Довольно легко можно получить формы ржи с 28 хромосомами, они ипредставляют собой типичные аутополиплоиды.
Гибридизациябывает внутривидовая, когда скрещиваются разные формы, линии,сорта, породы между собой в пределах вида, и отдалённая, когдаскрещиваются разные виды и даже роды, в результате получаются межвидовые илимежродовые гибриды.
Если врезультате отдалённой межвидовой или межродовой гибридизации в одном организмеобъединяются разные геномы, а потом кратно умножаются, то такие полиплоидыназываются аллополиплоидами.
Причиныстерильности отдаленных гибридов в отсутствие парности гомологичных хромосом
Необходимовспомнить процесс мейоза: при нормальном протекании коньюгации гомологичныххромосом в профазе их последующее расхождение и образование гаплоидных мужскихи женских гамет осуществляется, как правило, без отклонений.
Поскольку умежродовых гибридов из пары гомологичных хромосом присутствует только одна, товесь процесс коньюгации и все последующие этапы нарушаются, что приводит кобразованию нежизнеспособных мужских и женских гамет, а тем самым и кстерильности отдаленных гибридов.