Впервые удались опыты по преодолению бесплодия межвидовых гибридов

Впервые удались опыты по преодолению бесплодия межвидовых гибридов

С самых древних времен людей восхищала красота и разнообразие окружающих растений, особенно цветов. Их аромат и нежность во все века были олицетворением любви, чистоты, проявления чувств. Постепенно человек осознал, что может не просто наслаждаться уже имеющимися видами этих прекрасных созданий, но и принимать участие в их формировании. Так началась эпоха селекции растений, приводящая к получению новых видов, обладающих более нужными и важными признаками в гено- и фенотипе. Две науки, совместно работающие над этим вопросом, сумели к настоящему времени добиться просто фантастических результатов — это генетика и ботаника.

Ботаника — это наука, изучающая все, что касается растений. То есть их:

Данная дисциплина охватывает все стороны жизни представителей флоры, начиная с внутренних процессов дыхания, размножения и фотосинтеза и заканчивая внешним разнообразием фенотипических признаков.

Это одна из самых древних наук, которая появилась вместе с развитием человека. Интерес к растущим вокруг него созданиям, так украшающим окружающее пространство, был у человека всегда. К тому же, помимо красоты, это во все времена был еще и мощный источник пропитания, лекарственных компонентов, строительного материала. Поэтому ботаника — это наука, изучающая самые древние, важные, многообразные и сложные организмы на нашей планете — растения.

С течением времени и накоплением теоретических знаний о строении этих существ изнутри, их образе жизни и процессах, в них происходящих, стало доступным и понимание того, как можно манипулировать их ростом и развитием. Набирала обороты наука генетика, которая позволяла на хромосомном уровне изучать разные объекты, скрещивать их между собой, получать плохие и хорошие результаты, выбирать выгодные и нужные. Это стало возможным благодаря следующим открытиям.

  1. Двойное оплодотворение у растений.
  2. Открытие процессов митоза и мейоза.
  3. Разработка методов скрещивания.
  4. Явления гетерозиса, аутбридинга и инцухта.
  5. Расшифровка генетического кода растений.
  6. Биомолекулярные исследования состава клетки и тканей.
  7. Открытия в области цитологии и гистологии.

Конечно, это еще не все предпосылки, которые послужили началом к мощному движению и развитию селекционных методов работы над растениями.

Другое название процесса скрещивания — гибридизация. Метод использования этого явления именуется гибридологическим. Первым его применил для своих опытов Грегор Мендель. Его знаменитые опыты на горохе знает каждый школьник.

Суть всего процесса заключается в скрещивании между собой родительских форм с целью получения гетерозиготного по признакам потомства, которое и будет называться гибридом. При этом типы скрещивания разработаны разные. Они подбираются с учетом индивидуальных особенностей сорта, вида или рода. Всего существует два основных типа подобных процессов.

  1. Аутбридинг, или неродственное скрещивание. Подразумевает, что начальные родительские формы не относятся к одному виду, роду или сорту. То есть не имеют родственных связей. Такое скрещивание одно из самых популярных и чаще всего приводит к гетерозису при выведении чистых линий.
  2. Инбридинг, или инцухт — близкородственная гибридизация особей, относящихся к одному виду или роду, сорту. Этот метод используется для закрепления в популяции какого-либо полезного признака, в том числе и фенотипического. При многократном правильно осуществляемом инцухте возможно получение чистых по генетике линий растений.

Данные типы скрещивания имеют и более узкие разновидности внутри себя. Так, одной из форм аутбридинга считается кроссбридинг — гибридизация между сортами.

Помимо типов, выделяют еще и различные виды скрещивания. Они были подробно описаны и изучены еще Менделем, Томасом Морганом и прочими генетиками прошлых столетий.

Выделяют несколько основных видов гибридизации особей.

  1. Моногибридное, или простое. Подразумевает скрещивание родительских форм с получением первого потомства, проводится однократно.
  2. Дигибридное — за основу берутся родители, различающиеся по двум парам признаков.
  3. Возвратное — гибрид от первого поколения скрещивается с исходной родительской особью.
  4. Полигибридное, или двойное — особи первого поколения далее скрещиваются между собой, а последующие с другими сортами и видами.

Все обозначенные разновидности имеют значение в каждой определенной ситуации. То есть для одних растений достаточно простого скрещивания, чтобы получить желаемый результат. А для других требуется сложная поэтапная полигибридная гибридизация для получения желаемого признака и закрепления его во всей популяции.

В результате любого скрещивания образуется то или иное потомство. Черты, которые оно взяло у родителей, способны проявляться в неодинаковой степени.

Так, признаки гибридов первого поколения фенотипически всегда единообразны, что подтверждается законом Менделя (первым) и его опытами на горохе. Поэтому часто для получения одинакового результата, который требуется всего на раз, применяют именно моногибридный вид гибридизации.

Далее все последующие особи уже комбинируют в себе свойства, поэтому появляется расщепление в определенных соотношениях. Проявляются рецессивы, вмешиваются мутационные процессы. Поэтому самым важным для промышленной деятельности человека, его сельского хозяйства, является именно первое получаемое поколение растений.

Типичный пример: если целью является получение только желтых томатов в результате одного сезонного периода, то скрещивать следует желтый и красный помидор, но при этом красный должен быть получен ранее от желтого родителя. В этом случае первое поколение, безусловно, будет единообразно — желтые плоды томатов.

Межвидовыми называют те гибриды, которые получают в результате аутбридинга или отдаленного скрещивания. То есть это результат спаривания особей, относящихся к разным видам, с целью получения нового с заранее заданными признаками и свойствами.

Таким способом в промышленности людьми были получены многие важные сельскохозяйственные и декоративные растения, а в селекции животных выведены многие новые виды особей.

Примеры межвидовых гибридов среди растений:

  • зернокормовая пшеница;
  • тритикале — пшеница и рожь;
  • ржано-пырейные формы;
  • пшенично-элимусные;
  • несколько видов табака и другие.

Если говорить о животных, то также немало представителей можно привести в пример:

  • лошаки (конь и ослица);
  • лигр — лев и тигрица;
  • межняк — тетерев и глухарь и прочие.

Основная проблема подобных гибридизаций в том, что потомство либо бесплодное, либо нежизнеспособное. Именно поэтому люди создавали и разрабатывали массу способов для устранения этих факторов. Ведь если получается желаемый результат, то очень важно не просто его закрепить, но и ввести в систему получение подобных организмов.

Причины таких проблем кроются в процессах мейоза и митоза, а именно в анафазе, когда хромосомы расходятся к полюсам клетки. В этот момент каждая из них ищет свою гомологичную пару. Так формируются целые хромосомы из хроматид и складывается общий кариотип организма.

А вот у тех особей, у которых слияние происходило от разных родительских форм, возможность встречи подобных структур минимальна или невозможна. Именно поэтому происходит случайное комбинирование признаков и в результате особи становятся бесплодными либо нежизнеспособными. То есть гены, по сути, становятся несовместимыми.

Если обратиться к молекулярному уровню и узнать, в чем причина бесплодия межвидовых гибридов, то ответ будет таким: это несовместимость участков ДНК из ядра клетки и митохондрий. Как результат, отсутствует конъюгация хромосом в мейотическом процессе.

Это и приводит к плачевным результатам как в селекции растений, так и в скрещивании и выведении пород и новых видов животных. Особенно часто такое происходит у представителей флоры. Поэтому получить урожай гибридных растений можно лишь единожды, что крайне неудобно для развития сельского хозяйства.

После того как ученым стало ясно, в чем причина бесплодия межвидовых гибридов, началась активная работа по поиску способа устранения этих причин. Это привело к созданию нескольких способов ликвидации стерильности особей.

Основной путь, который избрали для решения данной проблемы биологи, следующий. На стадии мейоза, когда хромосомы расходятся к полюсам клетки, в нее вводится специальное вещество — колхицин. Он способствует растворению нитей веретена деления (клеточного центра). В результате все хромосомы остаются в одной клетке, а не попадают в разные. Теперь возможна свободная конъюгация между гомологичными парами, а значит, вполне нормальный процесс мейоза в дальнейшем.

Таким образом, потомство становится фертильным и легко плодоносит в дальнейшем при скрещиваниях с разными формами. Чаще всего этот метод используется именно в селекции растений, имеет он название полиплоидии. Впервые был применен нашим ученым Карпеченковым. Так он получил первый фертильный гибрид капусты и редьки.

В чем причина бесплодия межвидовых гибридов, мы уже выяснили. Зная природу проблемы, удалось создать еще два способа ее решения.

  1. Растения опыляют пыльцой только одного из родителей. Такой метод позволяет получать несколько поколений гибридных особей, фертильных. Однако потом признак все равно возвращается, и особи снова становятся стерильными.
  2. Опыление гибридов в первом поколении пыльцой родителей.

На сегодня больше методов борьбы не создано, но работы в этом направлении ведутся.

Символ чистоты и невинности, цветы печали и скорби по ушедшим, нежные и тонкие представители лилейных — лилии. Эти растения ценятся человеком много столетий подряд. За это время каких только сортов не было создано! Естественно, что межвидовые скрещивания коснулись их тоже.

Результатом стало выведение девяти групп гибридных сортов, которые просто поражают красотой фенотипических признаков! Среди них особое место занимают два самых необычных и востребованных представителя:

  • восточные гибриды;
  • лилии ОТ-гибриды.

Рассмотрим признаки обеих групп и дадим им характеристику.

Это самый крупный по формирующемуся цветку гибрид. Биология их практически ничем не отличается от таковой у других представителей. Размеры растущей чашечки могут достигать 31 см в диаметре, а окраска бывает различна. Очень красив сорт Ниппон, имеющий белые крупные цветки с розовой окантовкой. Лепестки у них гофрированные.

Высота данных растений колеблется до 1,2 м. Это позволяет высаживать их на расстоянии 20-25 см друг от друга и формировать красивые цветущие гряды. Все представители этой группы источают очень сильный аромат.

Это и есть лилии ОТ-гибриды, аббревиатура которых образована от полного названия: ориенталь-трубчатые формы. Их еще называют лилейными деревьями за очень высокий размер растений и крупные цветки. На одном стебле высотой до 2,5 метров может сформироваться свыше 25 крупных (до 30 см) цветков, которые являются очень ароматными и яркоокрашенными.

Это позволяет данной группе гибридов быть очень востребованными у садоводов, хотя не каждому дано справиться с их разведением. Требуется очень тщательный уход и правильная высадка, чтобы такие формы могли прижиться и давать потомство.

Гибриды подсолнечника отличаются друг от друга сроками созревания семян. Так, выделяют:

  • скороспелые (до 90 дней);
  • раннеспелые (до 100 дней);
  • среднеспелые (до 110 дней).

Семена гибриды также дают неодинаковые. Масличность и урожайность отлична и зависит от сроков созревания. Чем дольше растение в земле, тем выше качество урожая. Можно назвать несколько самых распространенных в мире гибридов данного растения, наиболее востребованных в сельском хозяйстве.

Среди их основных преимуществ:

  • устойчивость к засухе;
  • заболеваниям и вредителям;
  • урожайность;
  • высокое качество семян;
  • хорошее плодоношение.

Явление гетерозиса как наследственное выражение эффектов гибридизации было известно давно, однако его использование в селекционном процессе началось сравнительно недавно, в 1930-е гг. Открытие и понимание явления гетерозиса позволило определить новое направление селекционного процесса – создание высокопродуктивных гибридов растений и животных.

Новый период в изучении явления гетерозиса начинается в 20- е гг. XX в. У кукурузы путем самоопыления были получены

инбредные линии, отличающиеся от исходных растений пониженной продуктивностью и жизнеспособностью, т.е. сильной инбредной депрессией. Но когда чистые линии скрестили между собой, то неожиданно получили очень мощные гибриды первого поколения, значительно превосходящие по всем параметрам продуктивности как исходные линии, так и сорта, из которых путем самоопыления были получены эти линии. С этих работ и началось широкое использование гетерозиса в селекционном процессе.

Чем объясняется явление гетерозиса, т.е. мощность гибридов, с генетической точки зрения? Генетики предложили для его объяснения несколько гипотез. Наиболее распространенными являются следующие две.

Гипотеза доминирования — в ее основе лежит представление о благоприятно действующих доминантных генах в гомозиготном или

гетерозиготном состоянии. Если у скрещиваемых форм имеется всего по два доминантных благоприятно действующих гена ( AAbbCCdd х aaBBccDD ), то у гибpидa их четыре ( AaBbCcDd ), независимо от того,

в гомозиготном или гетерозиготном состоянии они находятся. Это и определяет гетерозис гибрида, т.е. его преимущества перед исходными формами.

Гипотеза сверхдоминирования — гетерозиготное состояние по одному или многим генам дает преимущество перед гомозиготными состояниями по одному или многим генам. Начиная со второго поколения гибридов, эффект гетерозиса затухает, т.к. часть генов переходит в гомозиготное состояние.

гипотеза компенсационного комплекса генов . При возникновении мутаций, сильно понижающих жизнеспособность и продуктивность, то в результате отбора у гомозигот формируется компенсационный комплекс генов, в значительной степени нейтрализующий вредное действие мутаций. Если затем такую мутантную форму скрестить с нормальной (без мутаций) и тем самым перевести мутации в гетерозиготное состояние, т.е. нейтрализовать их действие нормальным аллелем, то сложившийся по отношению к мутациям компенсационный комплекс обеспечит гетерозис.

Таким образом, несмотря на то, что генетические основы гетерозиса до конца еще не выяснены, несомненно, одно: положительную роль у гибридов играет высокая гетерозиготность, приводящая к проявлению повышенной физиологической активности.

Отдаленная гибридизация не находит широкого применения в селекции по причине бесплодности получаемых гибридов, но в некоторых случаях получение нормально размножающихся гибридов возможно. Впервые это удалось осуществить Г.Д. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты, имеющих (в диплоидном наборе) по 18 хромосом.

Получение под воздействием колхицина аллодиплоида, состоящего из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты, создало нормальные возможности для мейоза, поскольку каждая хромосома имела себе парную. Полученный капустно-редечный гибрид, названный рафанобрассикой, стал плодовитым. Гибрид не расщеплялся на родительские формы, так как хромосомы редьки и капусты всегда оказывались вместе.

Отдаленная гибридизация в сочетании с удвоением числа хромосом (полиплоидия) привела к восстановлению плодовитости.

Гибридизация эффективна в селекции лишь в сочетании с отбором. В селекции растений применяют как массовый, так и индивидуальный отбор.

При проведении массового отбора из большого числа особей выбирают группу растений с лучшими фенотипами, генотипы которых неизвестны. Массовый отбор проводится среди перекрестноопыляемых растений. Совместное выращивание отобранных растений способствует их свободному скрещиванию, что ведет к гетерозиготности особей. Массовый отбор проводят многократно в ряду последующих поколений, его используют, когда требуется относительно быстро улучшить тот или иной сорт. Но наличие модификационной изменчивости снижает ценность сортов, выведенных массовым отбором.

Индивидуальный отбор в селекции растений используют как способ сохранения для размножения лучших растений. Их выращивают изолированно друг от друга с целью выявления у потомства ценных признаков через сравнение с исходными формами и между собой.

Использование в селекции растений соматических мутаций

Использование соматических мутаций применимо для селекции вегетативно размножающихся растений. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию или сохранить и размножить любую гетерозиготную форму, обладающую хозяйственно полезными признаками. Например, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово- ягодных культур. При половом размножении свойства сортов, состоящих из гетерозиготных особей, не сохраняются, и происходит их расщепление.

Естественный отбор в селекции играет определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует целый комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному, водному режиму. Поэтому благодаря естественному отбору у особей формируются приспособления к среде обитания. Не может быть культурных растений, одинаково продуктивных в любой местности. Под влиянием естественного отбора происходит районирование сортов.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 1»

Тест состоит из 3-х частей.

Первая часть содержит вопросы под буквой А. В них необходимо выбрать только один правильный ответ.

Вторая часть содержит вопросы под буквой В. Эти задания могут быть:

или на выбор нескольких правильных ответов;

задания на установление соответствий позиций между процессами и объектами, а также описанием их свойств и характеристик;

задания на определение последовательности биологических явлений или процессов

Третья часть (под буквой «С»), включает в себя развернутый ответ на поставленный вопрос.

А1. Скрещивание особей разных видов и родов, используемое для получения новых форм, называют методом:

полиплоидии 3) отдаленной гибридизации

экспериментального мутагенеза 4) гетерозиса

А2. В селекции для получения новых штаммов микроорганизмов используется метод:

экспериментального мутагенеза 3) получение полиплоидов

получения гетерозиса 4) отдаленной гибридизации

А3. При скрещивании чистых линий между собой наблюдается явление:

отдаленной гибридизации 4) гетерозиса

А4. Значение клеточной инженерии для селекции состоит в том, что она:

значительно ускоряет размножение растений

значительно ускоряет рост растений

ускоряет развитие растений

повышает жизнедеятельность растений

А5. Метод, сущность которого состоит в кратном увеличении числа хромосом в делящейся клетке, называют методом:

отдаленной гибридизации 4) полиплоидии

А6. Домашние животные, в отличие от культурных растений:

нуждаются в уходе 3) дольше живут

размножаются только половым путем 4) имеют многочисленное потомство

А7. Селекционеры используют методы биотехнологии с целью получения:

Читайте также:  Иммуногистохимическое исследование эндометрия при бесплодии

эффективных лекарственных растений

гибридных клеток и выращивания из них гибридов

кормового белка для питания животных

пищевых добавок для продуктов питания

А8. Благодаря открытию Н.И. Вавиловым центров происхождения культурных растений в России создали:

Главный ботанический сад 3) Институт генетики

опытную селекционную станцию 4) коллекцию сортов и видов растений

А9. Индивидуальный отбор как метод селекции в отличие от массового отбора:

проводится по генотипу 3) не используется в селекции животных

проводится по фенотипу 4) не используется в селекции растений

А10. Воспроизведением новых особей из одной или нескольких клеток занимается:

клеточная инженерия 3) микробиология

генная инженерия 4) цитология

В1. Выберите несколько правильных утверждений. Эти способы селекции используются селекционерами в селекции животных

В. отдаленная гибридизация

С1. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

С2. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

Какие причины вызывают мутации?

С3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

В чем преимущество полиплоидных организмов перед диплоидными?

Тест состоит из 3-х частей.

Первая часть содержит вопросы под буквой А. В них необходимо выбрать только один правильный ответ.

Вторая часть содержит вопросы под буквой В. Эти задания могут быть:

или на выбор нескольких правильных ответов;

задания на установление соответствий позиций между процессами и объектами, а также описанием их свойств и характеристик;

задания на определение последовательности биологических явлений или процессов

Третья часть (под буквой «С»), включает в себя развернутый ответ на поставленный вопрос.

А1. Массовый отбор как метод селекции в отличие от индивидуального отбора:

используется при восстановлении численности зубров

2) особенно широко используется в животноводстве

А2. В основе создания селекционерами чистых линий культурных растений лежит процесс:

сокращения доли гомозигот в потомстве

сокращения доли гетерозигот в потомстве

увеличения доли гетерозигот в потомстве

увеличения доли гомозигот в потомстве

А3. Открытие Н.И. Вавиловым центров происхождения культурных растений имело огромное значение для развития:

экологии 3) теории эволюции

А4. Эффект гетерозиса обусловлен:

высокой гетерозиготностью 3) низкой гетерозиготностью

накоплением рецессивных мутаций 4) накоплением доминантных мутаций

А5. Нарушение процесса формирования веретена деления – причина появления:

полиплоидов 4) генных мутаций

А6. Возможность предсказывать появление у особей родственных видов определенных признаков селекционерами появилась с открытием закона:

расщепления 3) независимого наследования генов

сцепленного наследования 4) гомологичных рядов в наследовании изменчивости

А7. В селекции животных, в отличие от селекции растений, не используется:

искусственный отбор 3) метод полиплоидии

массовый отбор 4) индивидуальный отбор

А8. Использование живых организмов и биологических процессов в производстве продуктов питания – это:

клеточная инженерия 3) генная инженерия

мутагенез 4) биотехнология

А9. Высокая жизнеспособность гибридов первого поколения при отдаленной гибридизации – это:

мутагенез 3) индивидуальный отбор

А10. В биотехнологии грибы используются для получения:

кормового белка 3) антибиотиков

пищевых ферментов 4) пищевых добавок

В1. Выберите несколько правильных утверждений. Чем характеризуется генная инженерия?

Б. встраиваются группы генов

Е. выращиваются культуры клеток

С1. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

Закрепляется ли гетерозис в ряду поколений?

С2. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

В чем состоит суть отдаленной гибридизации?

С3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

С помощью, каких методов получают новые штаммы микроорганизмов?

Тест состоит из 3-х частей.

Первая часть содержит вопросы под буквой А. В них необходимо выбрать только один правильный ответ.

Вторая часть содержит вопросы под буквой В. Эти задания могут быть:

или на выбор нескольких правильных ответов;

задания на установление соответствий позиций между процессами и объектами, а также описанием их свойств и характеристик;

задания на определение последовательности биологических явлений или процессов

Третья часть (под буквой «С»), включает в себя развернутый ответ на поставленный вопрос.

А1. Метод, сущность которого состоит в кратном увеличении числа хромосом в делящейся клетке, называют методом:

отдаленной гибридизации 4) полиплоидии

А2. Селекционеры используют методы биотехнологии с целью получения:

эффективных лекарственных растений

пищевых добавок для продуктов питания

гибридных клеток и выращивания из них гибридов

кормового белка для питания животных

А3. Воспроизведением новых особей из одной или нескольких клеток занимается:

цитология 3) клеточная инженерия

генная инженерия 4) микробиология

А4. В селекции для получения новых штаммов микроорганизмов используется метод:

экспериментального мутагенеза 3) получение полиплоидов

получения гетерозиса 4) близкородственная гибридизация

А5. Индивидуальный отбор как метод селекции в отличие от массового отбора:

не используется в селекции животных 3) проводится по фенотипу

проводится по генотипу 4) не используется в селекции растений

А6. При скрещивании чистых линий между собой наблюдается явление:

отдаленной гибридизации 4) гетерозиса

А7. Скрещивание особей разных видов и родов, используемое для получения новых форм, называют методом:

полиплоидии 3) отдаленной гибридизации

экспериментального мутагенеза 4) гетерозиса

А8. Домашние животные, в отличие от культурных растений:

размножаются только половым путем 3) дольше живут

2) нуждаются в уходе 4) имеют многочисленное потомство

А9. Благодаря открытию Н.И. Вавиловым центров происхождения культурных растений в России создали:

Главный ботанический сад 3) Институт генетики

коллекцию сортов и видов растений 4) опытную селекционную станцию

А10. Значение клеточной инженерии для селекции состоит в том, что она:

значительно ускоряет размножение растений

значительно ускоряет рост растений

ускоряет развитие растений

повышает жизнедеятельность растений

В1. Выберите несколько правильных утверждений. Эти способы селекции используются селекционерами в селекции растений

В. отдаленная гибридизация

С1. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

Значение открытия Н.И. Вавиловым закона о гомологичных рядах в наследственной изменчивости

С2. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

С3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

Новые достижения в области селекции.

Тест состоит из 3-х частей.

Первая часть содержит вопросы под буквой А. В них необходимо выбрать только один правильный ответ.

Вторая часть содержит вопросы под буквой В. Эти задания могут быть:

или на выбор нескольких правильных ответов;

задания на установление соответствий позиций между процессами и объектами, а также описанием их свойств и характеристик;

задания на определение последовательности биологических явлений или процессов

Третья часть (под буквой «С»), включает в себя развернутый ответ на поставленный вопрос.

А1. Способ преодоления бесплодия межвидовых гибридов впервые разработал:

А2. Возможность предсказывать появление у особей родственных видов определенных признаков селекционерами появилась с открытием закона:

расщепления 3) независимого наследования генов

сцепленного наследования 4) гомологичных рядов в наследовании изменчивости

А3. Использование живых организмов и биологических процессов в производстве продуктов питания – это:

генная инженерия 3) клеточная инженерия

биотехнология 4) микробиология

А4. Массовый отбор как метод селекции в отличие от индивидуального отбора:

используется при восстановлении численности зубров

особенно широко используется в животноводстве

А5. В биотехнологии грибы используются для получения:

кормового белка 3) антибиотиков

2) пищевых ферментов 4) пищевых добавок

А6. Значение клеточной инженерии для селекции состоит в том, что она:

значительно ускоряет рост растений

ускоряет развитие растений

повышает жизнедеятельность растений

значительно ускоряет размножение растений

А7. В основе создания селекционерами чистых линий культурных растений лежит процесс:

сокращения доли гетерозигот в потомстве

увеличения доли гетерозигот в потомстве

увеличения доли гомозигот в потомстве

сокращения доли гомозигот в потомстве

А8. Высокая жизнеспособность гибридов первого поколения при отдаленной гибридизации – это:

мутагенез 3) индивидуальный отбор

А9. «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости» — данный закон сформулировал:

А10. В селекции животных, в отличие от селекции растений, не используется:

искусственный отбор 3) массовый отбор

2) метод полиплоидии 4) индивидуальный отбор

В1. Выберите несколько правильных утверждений на поставленный вопрос. Чем занимается и где применяется биотехнология?

Д. в пищевой промышленности

Е. в легкой промышленности

С1. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

В чем состоит суть отдаленной гибридизации в селекции растений?

С2. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

Зачем селекционеры получают полиплоиды?

С3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.

Сходство и отличие генной и клеточной инженерии.

а) Отдаленная гибридизация — скрещивание особей, принадлежащих к разным видам, родам, с целью объединения у гибридов ценных наследственных признаков.

Рожь х пшеница — тритикале;

Кобыла х осел — мул.

б) Методику преодоления стерильности межвидовых гибридов у растений разработал в 1924г. Г.Д. Карпеченко на примере скрещивания редьки и капусты.

5.Растения как объекты селекции:

1) характерно как половое, так и бесполое размножение (вегетативное)

2) большое количество потомков;

3) неприхотливы к условиям среды;

4) незначительные экономические издержки;

6.Методы селекции растений.

1) Использование различных форм искусственного отбора: индивидуальный и массовый;

2) Использование различных форм гибридизации: родственное, неродственное, межвидовое скрещивание;

3) полиплоидия как метод преодоления стерильности растительных межвидовых гибридов. Возникновение полипоидов у растений в результате удвоения хромосом, которое не сопровождается делением клетки; слиянием соматических клеток; образованием гамет с не редуцированным числом хромосом. Полиплоидные растения характеризуются интенсивным ростом, большими размерами и массой плодов и семян, повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам и болезней;

4) прививки — особый способ искусственного объединения различных частей растений. Прививка не является настоящей гибридизацией, ибо приводит лишь к не наследственным изменениям фенотипа.

7.Особенности селекции животных.

Животные как объекты селекции:

1) характерно только половое размножение;

2) немногочисленное потомство;

3) каждый объект является значительной селекционной ценностью;

4) сложные взаимодействия с окружающей средой через развитую нервную систему;

5) значительные экономические затраты на содержание.
8.Методы селекции животных.

Те, что и для растений. Отличия заключаются в том, что в селекции животных не применяют массовый отбор, учитывая коррелятивную изменчивость.

В селекции животных используют искусственное оплодотворение получения ценных пород КРС в искусственных условиях.

9.Особенности селекции микроорганизмов.

Микроорганизм как объект селекции:

1) не имеют полового процесса (прокариоты);

2) имеют гаплоидный набор хромосом или кольцевую молекулу ДНК, что позволяет мутациям проявиться уже в первом поколении потомков;

3) быстрые темпы размножения позволяют получить большое количество клеток-потомков.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9147 — | 7329 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

ОТДАЛЕННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ, скрещивание организмов, принадлежащих к разным видам (межвидовая гибридизация), родам (межродовая гибридизация) или к др. таксономическая единицам более высокого порядка, т. е. организмов, находящихся в отдаленных филогенетическими (родственных) связях. Закономерности наследственности, наследования и наследственной изменчивости являются общими как при отдаленной, так и при внутривидовой гибридизации, поскольку в обоих случаях предполагается соединение в зиготе гамет 2 разных генотипов.

Главными проблемами, с которыми приходится сталкиваться селекционеру при отдаленной гибридизации, являются: 1) нескрещиваемость генетически далеких видов; 2) невсхожесть гибридных семян; 3) стерильность полученных гибридов.
Основная причина нескрещиваемости или затруднений при отдаленной гибридизации заключается в генетическом, физиологическом и структурном несоответствии гамет генетически отдаленных форм. В результате обычно трудно получить потомство от таких скрещиваний.
При скрещивании генетически отдаленных форм чаще всего наблюдается одно из следующих явлений:
1) пыльца не прорастает на рыльце другого вида;2) пыльца прорастает, но пыльцевые трубки растут слишком медленно, и оплодотворения не происходит;3) оплодотворения не происходит, хотя пыльцевые трубки достигают зародышевого мешка;
4) оплодотворение происходит, но зародыш прекращает свое развитие на стадии образования нескольких клеток;5) зародыш вначале хорошо развивается, но затем его рост прекращается, в результате чего образуются невсхожие семена.

Преодоление нескрещиваемости разных видов. Разработаны разнообразные методы преодоления нескрещиваемости растений, относящихся к разным видам и родам: применение реципрокных скрещиваний, использование в скрещиваниях разных биотипов, изменение уровня плоидности у родительских форм, получение посредника, проведение опыления в разные периоды развития рыльца, укорачивание столбика или внутризавязное опыление, удаление рыльца перед опылением и замена его кусочком питательной смеси, обработка пестиков стимуляторами роста, опыление смесью пыльцы, вегетативное сближение скрещиваемых форм, культивирование на питательной среде вычлененных семяпочек, предварительное воздействие на скрещиваемые растения физическими и химическими факторами. Так, в Международном центре по улучшению кукурузы и пшеницы путем обработки родительских растений в период формирования у них генеративных органов 0,1 %-ным раствором эпсилон-аминокапроновой кислоты (опрыскиванием или инъекцией) удалось преодолеть генетическую несовместимость пшеницы и ячменя, что раньше было неосуществимо. При несовпадении сроков цветения растений скрещиваемых видов применяют метод длительного хранения пыльцы и другие приемы.
В тех случаях, когда ни один из названных способов не позволяет добиться успеха вследствие больших генетических различий скрещиваемых видов, объединения их наследственности часто можно достигнуть методом слияния протопластов клеток.
Завязывание семян при межвидовых скрещиваниях еще не гарантирует получения гибридных растений. Во многих случаях гибридные семена бывают слабо развитыми и не прорастают. Для определения степени их жизнеспособности можно использовать рентгеноскопический метод анализа, позволяющий безошибочно отделять здоровые семена от недоразвитых и пустых.

43. Работы И.В. Мичурина по преодолению нескрещиваемости растений. При выведении высокоустойчивых к филлоксере, мильдью и морозу качественных технических или подвойных сортов винограда можно применять отдаленную межродовую гибридизацию. Для скрещивания с европейско-азиатоким видом могут быть использованы представители таких абсолютно устойчивых против филлоксеры и мильдью родов, как Витис ротундифолиа, Витис ампелопсис, Витис партеноциссус (рис. 67, 68, 69), а возможно, и других еще не привлекавшихся к скрещиванию устойчивых форм винограда.
Возможность межродового скрещивания растений подтверждена многочисленными фактами. Известно, что путем отдаленного скрещивания получены гибриды между такими растениями, как ежевика и малина (И. В. Мичурин, Л. Бербанк), вишня и черемуха, рябина и боярышник (И. В. Мичурин), слива и абрикос (Л. Бербанк, П. Н. Яковлев, Д. Н. Веньяминов), яблоня и груша (С. Ф. Черненко), красная и черная смородина, смородина и крыжовник (А. Я. Кузьмин), картофель и помидор, помидор и перец (Рудольф Палочай) и т. п.
Особый интерес для селекционера-виноградаря представляет вид Витис ротундифолиа, как абсолютно устойчивый к филлоксере и обладающий сравнительно качественными плодами. Ранее предпринятые попытки полового скрещивания растений этого вида, а также родов Ампелопсис и Партеноциссус с культурным виноградом Витис винифера не увенчались успехом. И. С. Ромашко занимался вегетативным сближением видов Витис ротундифолиа и Витис винифера с целью последующего их скрещивания, но эти опыты, к сожалению, не доведены до конца.
За рубежом получены первые гибриды между указанными видами при использовании в качестве материнского растения Витис винифера, но они бесплодны и не имеют пока практического, значения.

Несмотря на эти пока неудачные опыты, все возможности для получения плодовитых межродовых гибридов винограда далеко еще не исчерпаны. С целью преодоления нескрещиваемости далеких по родству виноградных лоз должны быть испытаны различные методы, разработанные И. В. Мичуриным и другими селекционерами. Хотя эти методы предложены в основном для плодовых растений, нет сомнения в том, что применение их может быть эффективным и в преодолении нескрещиваемости разнородных виноградных лоз.
В настоящее время известно несколько методов преодоления нескрещиваемости растений. Сущность их сводится к получению пригодных для отдаленного скрещивания растительных организмов с расшатанной наследственностью или непосредственно к ослаблению избирательной способности цветков материнского и пыльцы отцовского растений. Во многих случаях успех в гибридизации далеких по родству форм достигается лишь при комбинированном применении нескольких из описанных ниже способов преодоления нескрешиваемости наиболее соответствующих для избранных компонентов.

Скрещивание молодых гибридных растений при первом их цветении Прием разработан и рекомендован И. В. Мичуриным. Эффективность его обусловлена биологической особенностью стадийно молодого гибридного растения, а именно пластичностью еще не вполне сформировавшейся наследственности, вследствие чего создается возможность проведения успешной гибридизации двух представителей непосредственно нескрещивающихся видов или родов.
Наиболее эффективно применение этого приема при скрещивании впервые цветущих растений, полученных от межвидового (в пределах скрещивающихся видов) или межсортового скрещивания. И. В. Мичурин отмечал, что межродовое скрещивание при втором и последующем цветении этого же растения обычно не удается, особенно в том случае, если при первом цветении произошло завязывание от опыления пыльцой растений того же вида. По этому поводу он писал: «. Благоприятный результат от межвидовых и межродовых (говорю о многолетних плодовых деревьях) скрещиваний мне удавалось получить лишь исключительно при первом цветении гибридных сеянцев, полученных от скрещивания географически (по месту родины) далеких между собой растений, взятых для ролей как мужского, так и, в особенности, женского производителя» *.Все цветки материнского растения, не подвергшиеся искусственному опылению, Мичурин рекомендовал удалять во избежание естественного оплодотворения их пыльцой собственного вида и ухудшения условий для межвидового скрещивания.Предварительное вегетативное сближениеЭтот метод также разработан И. В. Мичуриным и многократно испытан им при скрещиваниях рябины и груши, яблони и груши, айвы и груши, тыквы и дыни, а также других, далеких по родству растений. Для вегетативного сближения берут однолетние черенки гибридных сеянцев, например груши, и прививают их в крону дерева другого вида или рода, допустим, яблони. Из прижившихся черенков груши развиваются сеянцы-привои, которые постоянно потребляют пластические вещества, вырабатываемые подвоем-яблоней, и постепенно, в течение ряда лет, настолько изменяются, что при последующей гибридизации становятся способными воспринимать чужеродную для них пыльцу яблони.
Длительность воздействия подвоя на природу привитых растений, необходимая для такой глубокой физиологической перестройки их половой системы, зависит от многих причин, причем необходимый результат далеко не всегда достигается в первый год цветения привоя.

Читайте также:  Вероятность бесплодия отрицательный резус

Метод посредникаНескрещиваемость представителей двух далеких видов или родов может быть преодолена с помощью третьего растения— посредника. В качестве посредника обычно избирают форму, скрещивающуюся с представителями обоих непосредственно нескрещивающихся родов. Посредником может быть как естественно произрастающее растение, так и форма, полученная путем искусственной гибридизации. Так, например, И. В. Мичурин при выведении зимостойкого персика в качестве посредника между культурным персиком и зимостойким миндалем — бобовником использовал дикорастущий персик Давида. Скрестив дикий миндаль с персиком Давида, он получил гибридную форму, названную им Посредник, которая применялась как промежуточное звено для скрещивания с культурным персиком. Акад. П. Н. Яковлев, продолжая эту работу, в качестве нового посредника успешно применил гибрид между посредником И. В. Мичурина и естественно произрастающим миндало-персиком.
А. Я. Кузьмин преодолел неокрещиваемость между черной и красной смородиной, а также между смородиной и крыжовником с .помощью посредников — смородины Кызырган, полученной И. В. Мичуриным от отдаленного скрещивания, и сеянца смородины Приморский чемпион.

Опыление смесью пыльцыУспех в применении этого метода тесно связан с биологической особенностью растений — избирательной способностью оплодотворения. Пыльца некоторых форм, обычно не воспринимаемая цветками материнского растения, может оказаться все-таки пригодной для их опыления, если к ней примешана часть пыльцы самого материнского производителя или других, близких ему и легко с ним скрещивающихся сортов. И. В. Мичурин, разработавший и предложивший данный прием, полагал, что примешиваемая пыльца возбуждает пестик и тем самым способствует акту оплодотворения между чужеродными половыми клетками. С этой же целью можно применять смесь пыльцы отдаленных видов или родов.
Исходя из практических результатов применения метода смеси пыльцы, Т. Д. Лысенко высказывает предположение о том, что между различными сортами пыльцы, находящейся на рыльце цветка, и яйцеклеткой материнского растения идет обмен веществ, приводящий к скрещиванию. Кроме того, в результате взаимовлияния пыльцы нескольких форм создается физиологически новая среда, способствующая восприятию пыльцы одного из отдаленных видов или родов.
При подмешивании к чужеродной пыльце пыльцы материнской формы или близкородственных сортов, может произойти самоопыление или межсортовое скрещивание, а не отдаленная гибридизация. В целях предупреждения нежелательного скрещивания можно испытать прием подмешивания обеспложенной тем или иным способом пыльцы материнского растения и легко скрещивающихся с ним сортов, учитывая, что акту оплодотворения могут способствовать специфические ароматические вещества, содержащиеся в добавляемых пыльцевых зернах.Нанесение кусочков или прививка рылец отцовской формы к столбикам цветков материнского растения и укорачивание столбиков в цветках материнского растенияЭти приемы также разработаны и предложены И. В. Мичуриным для улучшения условий прорастания пыльцы и внедрения пыльцевых трубок отцовского сорта в ткань пестика чуждого ему вида или рода. Производятся они утром, в тихую погоду, чтобы избежать подсушивания тканей. При нанесении кусочков или прививке рылец, как отмечал И. В.Мичурин, оплодотворению способствует не столько сама ткань рылец отцовского производителя, сколько специфический запах выделяемого ею секрета, который обеспечивает прорастание пыльцы и внедрение пыльцевых трубок р чужеродный столбик.
В некоторых случаях (при несоответствии длины столбиков материнского и отцовского производителей) для получения соответствующего эффекта достаточно лишь укоротить столбики пестиков материнского растения. Этим путем, например, И. А. Толмачев добился скрещивания смородины Кран-даль с крыжовником.Метод предварительного проращивания пыльцы отцовского производителя в вытяжке их рылец того же растенияДанный прием успешно применен О. Ф. Мизгиревой при межродовом скрещивании перца с мандрагорой туркменской. Для проращивания пыльцы мандрагоры, непосредственно не прораставшей на рыльцах цветков перца, готовилась специальная среда из растертых рылец мандрагоры и нескольких капель 10—15-процентного раствора сахарозы. В эту смесь высыпалась пыльца мандрагоры, а через 2—3 часа, уже в проросшем состоянии, наносилась на рыльца кастрированных цветков перца.Опыление возрастно старых цветковЭтот способ преодоления нескрещиваемости предложен А. Я. Кузьминым. Принимая во внимание известное положение об избирательности оплодотворения растений, он полагает, что указанное свойство зависит не только от природы и возраста материнского растения, но также и от возраста каждого цветка.Наибольшей избирательностью обладает цветок в полном расцвете, а наименьшей — молодой формирующийся цветок и цветок дряхлый, находящийся в состоянии отцветания. Возрастно старый цветок, оставшийся неоплодотворенным пыльцой близкородственных растений, иногда оказывается способным принимать пыльцу отдаленного родича.
Используя этот метод, А. Я. Кузьмин добился успеха при скрещивании красной и черной смородины, малины и ежевики, смородины и крыжовника.
Практика показывает, что даже при успешном преодолении нескрещиваемости далеких по родству растений в отдельных случаях получаются уродливые, не дающие всходов семена, а иногда из жизнеспособных семян вырастают бесплодные сеянцы. В последующее время при повторном проведении гибридизации тех же растений могут быть получены более качественные семена. Преодолеть бесплодие отдаленных гибридов, иногда можно с помощью менторов — родительских форм.
Все этапы работы по скрещиванию фиксируются в полевых журналах гибридизации (табл. 3).
Поскольку пергаментные изоляторы ухудшают условия развития гибридных гроздей, во время первой ревизии (проверки результатов скрещивания), т. е. через 10—15 дней после опыления, их заменяют марлевыми мешочками.

44.Бесплодия отдаленных гибридов, его причины и способы преодоления. Отдаленные гибриды первого поколения, как правило, бывают бесплодными или имеют очень низкую плодовитость. Пониженной плодовитостью характеризуются в некоторых случаях и отдаленные гибриды старших поколений. Чем дальше отстоят друг от друга в систематическом и генетическом отношении скрещиваемые виды и роды, тем более выражено бесплодие гибридовмежду ними Вегетативные органы у отдаленных гибридов первого поколения обычно хорошо развиты, иногда они даже отличаются повышенной мощностью, а развитие и функционирование генеративных органов сопровождается нарушениями.На основе цитогенетического изучения поведения хромосом в мейозе различных отдаленных гибридов Г. Д. Карпеченко предложил классифицировать отдаленные скрещивания на две группы: конгруентные (от лат. соngruentis — соответствовать, совпадать) и инконгруентные. Конгруентными он назвал скрещивания близких видов, в которых родительские формы имеют «соответственные» наборы хромосом, способные комбинироваться у гибридов без понижения жизнеспособности и фертильности. В качестве конгруентных можно привести скрещивания двух видов овса: Аvеnа sаtiva (2n = 42) XАvеnа bуzantinа (2п = 42) или двух видов пшеницы: Тгiticum durum (2п = 28) Х Т. dicoccum (2n = 28).К инконгруентным Г. Д. Карпеченко отнес такие скрещивания, когда родительские формы имеют «несоответственные» наборы хромосом или разное их число, либо когда их различия связаны с цитоплазмой, а также то и другое одновременно. Результатом указанных явлений бывает неправильный мейоз, полная или частичная стерильность, ненормальное развитие гибридов F1a также большей части гибридов старших поколений. Непосредственные причины бесплодия отдаленных гибридов следующие:

1. Недоразвитие генеративных органов. Чаще всего недоразвитыми бывают пыльники, иногда они совсем не раскрываются. В некоторых случаях не способны функционировать и женские генеративные органы.

2. Нарушения мейоза, приводящие к образованию в различной степени нежизнеспособной пыльцы и аномальных яйцеклеток. Нередко у одного и того же гибрида не раскрываются пыльники и образуется аномальная пыльца.

45. Понятие об аутбридинте система самонесовместимости у растений. Аутбридинг скрещивание неродственных организмов, в том числе и принадлежащих к разным породам (сортам) и даже видам. В более узком смысле А. — система, включающая различные приёмы подбора для спаривания животных одной породы, не имеющих общих предков в 4—6 поколениях. А. используют для предотвращения вредных последствий, возникающих при длительном близкородственном разведении (Инбридинге), и для других целей.

САМОНЕСОВМЕСТИМОСТЬ — неспособность растений производить семена при самоопылении. Явление впервые было описано Й. Кёльрёйтером в середине XVIII в. у Verbascum pheoniceum (коровяк). Оно генетически детерминировано. Детерминация осуществляется либо со стороны спорофита (рыльца пестика материнского растения), либо со стороны гаметофита (пыльцевого зерна). В систему контроля самонесовместимости у разных растений входит различное количество аллельных генов. Они могут занимать либо один локус, (табак, петуния, клевер, традесканция и др.), либо два (свекла, лютик, мак, рожь, ячмень и др.). Локус самонесовместимости обозначается буквой S (self-incompatibility), а аллели этого локуса — S1, S2, S3 и т.д. Продуктами S-генов являются гликопротеины, которые регулируют процесс прорастания пыльцы.

Аутбридинг — один из методов разведения, представляющий собой, в отличие от инбридинга, неродственное скрещивание. Аутбридинг — относительно простой и надежный метод разведения, так как от поколения к поколению ожидается получение стабильных по продуктивности потомков, то есть, нет рекомбинантных потерь из-за провалов в уровне продуктивности. Аутбридинг – наиболее часто применяемый метод разведения у всех видов животных и во всех породах. Его применение было предпосылкой для создания примерно в 1850 году современных пород сельскохозяйственных животных из разнообразия местных пород, наряду использованием таких методов разведение как прилитие крови, поглощение и комбинирование для достижения этими породами сегодняшнего уровня продуктивности. Одновременно с началом использования чистопородного разведения стали образовываться племенные объединения заводчиков, и началось ведение племенных книг, называемые также «студбуки», в которых систематически описываются животные одной популяции. Поэтому аутбридинг в практическом животноводстве называют также разведение по племенной книге.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 209 ; Нарушение авторских прав

Представленный фрагмент произведения размещен по согласованию с распространителем легального контента ООО «ЛитРес» (не более 20% исходного текста). Если вы считаете, что размещение материала нарушает чьи-либо права, то сообщите нам об этом.

Текущая страница: 22 (всего у книги 23 страниц) [доступный отрывок для чтения: 16 страниц]

Основная задача селекции – создание высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов, наилучшим образом удовлетворяющих пищевые и технические потребности человека.

Породой (сортом) в селекции называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком, которая характеризуется специфическим генофондом, наследственно закреплёнными морфологическими и физиологическими признаками, определённым уровнем и характером продуктивности. Каждой породе или сорту свойственна присущая ему норма реакции. Так, куры породы белый леггорн отличаются высокой яйценоскостью. Улучшение условий их содержания и кормления сопровождается повышением яйценоскости, а масса практически не меняется. Фенотип (в том числе продуктивность) наиболее полно проявляется лишь при определённых условиях, поэтому для каждого района с теми или иными климатическими условиями, агротехническими приёмами необходимо иметь свои сорта и породы.

Все эти факторы важно учитывать при интенсивном сельскохозяйственном производстве, цель которого – максимальное производство продуктов питания при минимальных затратах средств на единицу продукции. Интенсификация сельского хозяйства стала актуальной задачей нашего времени в связи с острой нехваткой продуктов питания в целых регионах мира. Особенно большое значение имеет дефицит белка, ничем не заменимого, без которого невозможно нормальное развитие. Решается эта проблема разными способами, включающими совершенствование агротехники, подбор пород животных и сортов культурных растений, наиболее продуктивных в данных условиях, производство кормового белка для животных из нетрадиционных источников и т. д. К числу таких способов относится и широкое использование современных методов селекции.

11.2.1. Отбор и гибридизация

Основными методами селекции являются отбор и гибридизация. В растениеводстве по отношению к перекрёстноопыляющимся растениям нередко применяется массовый отбор. При таком отборе в посеве сохраняют растения только с желательными качествами. При повторном посеве снова отбирают растения с определёнными признаками. Так были выведены сорта ржи (например, сорт Вятка). Сорт, получаемый этим способом, не является генетически однородным, и отбор время от времени приходится повторять.

Рис. 11.2. Культурные разновидности капусты и их дикий предок

Индивидуальный отбор сводится к выделению отдельных особей и получению от них потомства. Индивидуальный отбор приводит к выделению чистой линии – группы генетически однородных (гомозиготных) организмов. Путём отбора были выведены многие ценные сорта культурных растений (рис. 11.2, 11.3).

Для внесения в генофонд создаваемого сорта растений или породы животных ценных генов и получения оптимальных комбинаций признаков применяют гибридизацию с последующим отбором. Так, некий сорт пшеницы может иметь прочный стебель и быть устойчивым к полеганию, но в то же время легко поражается ржавчиной. Другой же сорт, с тонкой и слабой соломиной, устойчив к ржавчине. При скрещивании этих двух сортов пшеницы в потомстве обнаруживаются различные комбинации, в том числе у части растений сочетаются признаки устойчивости к полеганию и к ржавчине. Такие гибриды отбирают и используют для посева. В животноводстве трудно получить массовый материал для отбора из-за малого числа потомков, поэтому широко используется индивидуальный отбор с тщательным учётом хозяйственно полезных признаков и гибридизации. У сельскохозяйственных животных проводят близкородственное скрещивание с целью перевода большинства генов породы в гомозиготное состояние или неродственное скрещивание между породами или видами. Неродственное скрещивание имеет целью комбинацию нескольких полезных признаков. Такое скрещивание при последующем строгом отборе приводит к улучшению свойств породы (рис. 11.4).

Рис. 11.3. Сорта культурных растений (сверху слева по часовой стрелке) красная смородина, яблоня, свёкла, лилия, морковь

Рис. 11.4. Селекция животных: А – европейский кабан – представитель одного из видов, давшего начало породам домашних свиней; Б – чистопородная одомашненная свиноматка

При скрещивании разных пород животных или сортов растений, а также при межвидовых скрещиваниях в первом поколении гибридов повышается жизнеспособность и наблюдается мощное развитие (рис. 11.5). Это явление, как вы помните, получило название гибридной силы или гетерозиса. Оно объясняется переходом многих генов в гетерозиготное состояние и взаимодействием благоприятных доминантных генов. При последующих скрещиваниях гибридов между собой гетерозис затухает вследствие выщепления гомозигот.

Рис. 11.5. Проявление гетерозиса у гибрида (в центре), полученного в результате скрещивания растений двух разных линий кукурузы (справа и слева)

Рис. 11.6. Растения гречихи: А – диплоидное (2n = 16); Б – тетраплоидное (4n = 32)

Одно из выдающихся достижений современной селекции – разработка способов преодоления бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось осуществить в начале 20-х гг. 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 занимали как бы промежуточное положение и состояли из двух половинок, из которых одна напоминала стручок капусты, другая – редьки.

Академику Н. В. Цицину удалось создать гибрид пшеницы с пыреем. На основе этого гибрида был выведен новый сорт пшеницы зернокормовой, который даёт за три укоса в сезон до 300–450 ц/га зелёной массы. Методами отдалённой гибридизации получена новая зерновая и кормовая культура – гибрид пшеницы с рожью. Этот гибрид, названный тритикале, удачно сочетает ценные признаки пшеницы и ржи, давая высокие урожаи зерна и зелёной массы с высокими питательными качествами. Также Н. В. Цицин получил этим способом и ряд кормовых культур.

11.2.2. Искусственный мутагенез

Естественные мутации, сопровождающиеся появлением полезных для человека признаков, возникают очень редко. На их поиски приходится затрачивать много сил и времени. Частота мутаций резко повышается при воздействии мутагенов. К ним относятся некоторые химические вещества, а также ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной резкого возрастания частоты мутаций. Наряду с вредными мутациями нередко обнаруживаются и полезные, которые используются учёными в селекционной работе.

В качестве примеров можно привести полученные путём искусственного мутагенеза высокопродуктивные сорта ярового и озимого ячменя – важнейшей зернофуражной культуры в нашей стране и сорт яровой пшеницы Новосибирская 67, высеиваемой на большой площади. Таким путём удалось вывести также штаммы бактерий и грибов, активно синтезирующих необходимые человеку продукты – витамины, антибиотики.

Путём воздействия мутагенами 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 (рис. 11.6).

• Селекция, по выражению Н. И. Вавилова, «представляет собой эволюцию, направленную волей человека».

• Первые попытки одомашнивания животных относятся к глубокой древности.

• Цель и задачи селекции – получение живых организмов с необходимыми человеку качествами.

Вопросы и задания для повторения

1. Что называют породой; сортом?

2. Какие основные методы селекции вы знаете?

3. С какой целью в селекционной работе производят скрещивание?

5. С какой целью в селекции применяются мутагены?

6. Перечислите известные вам мутагенные факторы.

Вопросы и задания для обсуждения

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

Читайте также:  Кашпировский от бесплодия отзывы

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

3. Каковы особенности полиплоидных сортов культурных растений?

Микроорганизмы интенсивно используются в самых разнообразных технологических процессах. Продукты жизнедеятельности прокариот и одноклеточных эукариот с каждым годом всё более широко применяют в разных отраслях народного хозяйства, где используется ферментативная деятельность этих организмов (в основном грибов и бактерий), – в хлебопечении, пивоварении, виноделии, приготовлении многих молочных продуктов. В связи с этим развивается промышленная микробиология и ведётся интенсивная селекция новых штаммов микроорганизмов с повышенной продуктивностью веществ, необходимых человеку. Такие штаммы имеют большое значение для производства кормового белка, ферментных и витаминных препаратов, используемых в пищевой промышленности, медицине, животноводстве. Например, микроорганизмы применяют для получения витаминов В2, В12. Дрожжевые грибы, растущие на гидролизатах древесины или за счёт потребления парафинов, служат источником кормового белка. В дрожжах содержится до 60 % белков. Применение этих высокобелковых концентратов позволяет дополнительно получать до 1 млн т мяса в год. Важное значение в народном хозяйстве имеет производство с помощью микроорганизмов незаменимых аминокислот. Недостаток в пище этих соединений резко тормозит рост животных (см. рис. 7.17). В традиционных кормах незаменимых аминокислот мало, и для нормального питания скота приходится увеличивать рационы. Добавление же 1 т полученной путём микробиологического синтеза аминокислоты – лизина – позволяет сэкономить десятки тонн фуража.

Технологию получения необходимых человеку продуктов из живых клеток или с их помощью называют биотехнологией. Биотехнология развивается чрезвычайно быстро. За последние 20 лет возник ряд совершенно новых производств, основанных на использовании различных бактерий и грибов. Кроме уже упомянутых, приведём ещё два примера, отражающих широкие перспективы биотехнологии в близком будущем.

Во-первых, использование микроорганизмов в металлургии. Обычная технология извлечения металлов из руд не позволяет широко использовать бедные или сложные по составу руды. В результате их переработки образуются огромные скопления отходов, в атмосферу выбрасываются ядовитые газы. Биотехнология металлов основана на способности бактерий окислять минералы и переводить металлы в растворимые соединения. При окислении бактериями сульфидных минералов большинство цветных металлов и редких элементов переходит в раствор. Таким путём во всём мире только медь получают в количестве сотен тысяч тонн в год, причём стоимость её в 2–3 раза ниже, чем стоимость меди, добываемой традиционным путём. С помощью бактерий извлекают из руды уран, золото и серебро, удаляют такую вредную примесь, как мышьяк.

Во-вторых, использование способности микроорганизмов непрерывно синтезировать белки при благоприятных условиях. Учёные разработали способы внедрения в бактериальную клетку определённых генов, в том числе генов человека. Такие способы получили название генной инженерии. Бактериальная клетка синтезирует белок, кодируемый чужим для неё геном, в больших количествах. Так, при помощи кишечной палочки получают сейчас интерфероны – белки, подавляющие размножение вирусов, и инсулин, регулирующий уровень глюкозы в крови, гормон роста, а также другие биологически активные вещества и лекарственные препараты.

Перенос генов даёт, кроме того, возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные признаки одних организмов другим.

• Микроорганизмы широко используются в народном хозяйстве.

• Цель генетической инженерии – получение клеток, в первую очередь бактериальных, способных в промышленных масштабах вырабатывать некоторые белки человека для нужд медицинской практики.

Вопросы и задания для повторения

1. Какое значение для народного хозяйства имеет селекция микроорганизмов?

2. Приведите примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

3. Что такое биотехнология?

4. Что такое генная инженерия?

В нашей стране достигнуты большие, а по некоторым культурам выдающиеся достижения в области селекции. В настоящее время в сельскохозяйственных комплексах выращивается около 5 тыс. сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. В большинстве случаев это высокоурожайные и ценные сорта, хорошо приспособленные к возделыванию в местных почвенно-климатических условиях различных зон нашей страны.

11.4.1. Успехи традиционной селекции

Путём сложной гибридизации географически отдалённых форм и индивидуального отбора академик П. П. Лукьяненко вывел высокопродуктивные сорта кубанской пшеницы: Безостая 1, Аврора, Кавказ. Академиком В. Н. Ремесло создан замечательный сорт озимой пшеницы Мироновская 808, а затем ещё более морозоустойчивые сорта Юбилейная 50, Харьковская 63 и др. Широкой известностью в нашей стране и за рубежом пользуются сорта яровой пшеницы, выведенные А. П. Шехурдиным и В. Н. Мамонтовой, – Саратовская 29, Саратовская 36, Саратовская 210 и др., которые возделываются в Сибири, Казахстане, Поволжье и составляют более 50 % ярового клина в нашей стране. Исключительную ценность среди этих сортов представляет Саратовская 29. Зерно этого сорта имеет отличные технологические качества и служит стандартом хлебопекарных качеств пшеницы. Большую ценность представляет сорт мягкой пшеницы Грекум 114, полученный Н. В. Цициным, и многие другие. Академик В. С. Пустовойт также методом скрещивания и индивидуального отбора создал на Кубани сорт подсолнечника, содержащий до 50–52 % масла в семенах.

В практике улучшения плодово-ягодных культур особое место занимает селекционная работа И. В. Мичурина. Учёный брал родительские растения из отдалённых географических областей, скрещивая их между собой. Подобными методами были выведены такие ценные сорта, как груша Бере зимняя Мичурина (от скрещивания южного сорта груши Бере Рояль и дикой уссурийской груши) и яблони Бельфлёр-китайка (от американской яблони Бельфлёр жёлтый и китайской яблони, растущей в Сибири).

Важным этапом в работе Мичурина было целенаправленное воспитание гибридных сеянцев. Оно заключалось в том, что в определённый период их развития создавались условия для доминирования признаков одного и подавления признаков другого родителя. Эффективное управление доминированием, которым пользовался И. В. Мичурин, состоит в различных способах обработки почвы (например, внесения удобрений в определённый период развития растения), прививки в крону другого растения и т. д. Применялся и метод ментора – воспитание на подвое, т. е. на растении, в крону которого привит черенок. И. В. Мичурин применял также отдалённую гибридизацию. Им получен своеобразный гибрид вишни и черёмухи – церападус, а также гибриды тёрна и сливы, яблони и груши, персика и абрикоса. Все мичуринские сорта воспроизводятся путём вегетативного размножения.

В селекции животных также достигнуты значительные успехи. Создавая украинскую степную породу свиней, академик М. Ф. Иванов в качестве исходных форм для скрещивания выбрал высокопродуктивного хряка и неприхотливую к условиям содержания плодовитую украинскую свинью (матку). Затем он провёл возвратное скрещивание полученных гибридов с тем же хряком. Путём дальнейшего скрещивания между собой потомков и последующего многократного индивидуального отбора была получена порода степной белой украинской свиньи. Эта порода сочетала плодовитость с высокой мясной продуктивностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям окружающей среды.

Кроме того, в животноводстве выведены ценные высокопродуктивные породы крупного рогатого скота (например, Костромская, Казахская белоголовая), овец (например, Асканийская, Казахский архаромеринос) и многие другие породы, отличающиеся повышенной жизнестойкостью в разнообразных условиях разведения нашей огромной страны. Благодаря селекции получены каракульские овцы, дающие шкурки различной окраски. В птицеводстве созданы линии, используемые для получения гибридов мясного (бройлеры) и яичного направлений.

Создание большого числа сортов сельскохозяйственных культур и многочисленных пород домашних животных тем не менее не решает всех проблем, стоящих перед сельским хозяйством. В условиях постоянного прироста населения, непосредственно не занятого в сфере производства сельскохозяйственных продуктов, остаётся актуальной задача повышения продуктивности существующих и создания новых сортов культурных растений и пород домашних животных.

• Значительные успехи достигнуты в области районирования культурных растений в различных климатических условиях.

• Размножение гибридных – мичуринских – сортов осуществляется вегетативным путём.

• В условиях непрерывного роста населения актуальным является выведение новых высокопродуктивных пород животных и сортов растений.

Вопросы и задания для повторения

1. Приведите примеры достижений отечественных селекционеров в области растениеводства.

2. Расскажите о методах селекционной работы И. В. Мичурина.

3. Приведите примеры достижений селекционеров нашей страны в области животноводства.

Вопросы и задания для обсуждения

1. Каковы принципы современной селекции в области растениеводства и животноводства?

2. В чём заключается значение районирования сельскохозяйственных культур в условиях нашей страны?

3. Каким образом осуществляют прививки растений?

Как известно, у растений из отдельных групп соматических клеток тканей взрослого организма можно получить целое растение (рис. 11.7). Возможность образования у позвоночных животных большого числа клонов связана с поиском небольшого количества недифференцированных или дифференцированных обратимо клеток, способных дать начало новому организму.

Клоном называют совокупность клеток или организмов, произошедших от общего предка путём митотического деления, которые имеют одинаковый набор хромосом и абсолютно идентичный генотип. Клонами являются все организмы, возникшие в результате бесполого размножения, например гидры, отпочковавшиеся от одной материнской особи.

Клоны человека – это однояйцовые близнецы с идентичными генотипами, рождение которых – не очень большая редкость. Они формируются из одной оплодотворённой яйцеклетки – зиготы. Идентичных близнецов у человека может быть более двух, но такие случаи нечасты.

Получение идентичных особей у животных при половом размножении представляет большой интерес. Опыты по получению искусственных близнецов – клонов – у животных начались давно. Так, в конце XIX в. немецкий учёный Г. Дриш получил близнецов от морского ежа, разделив двухклеточный зародыш, и вырастил из каждой клетки две идентичные копии.

Во время эмбриогенеза клетки животных сохраняют тотипотентность недолго, а с её утратой исчезает и возможность получения идентичных организмов. Было установлено, что у лягушки тотипотентность исчезает после третьего деления зиготы, когда зародыш становится восьмиклеточным.

Почти через сто лет датчанин Стин Вилладсен в 1979 г. разработал метод получения близнецов млекопитающих путём разделения эмбрионов ранних стадий развития. Исследователь работал по получению клонов-близнецов овец и коров, получая однояйцовых близнецов из половинок и четвертинок эмбрионов овец и коров на стадии бластоцисты.

В 1988 г. в павильоне «Животноводство» на Выставке достижений народного хозяйства СССР демонстрировалась схема получения четырёхпородного химерного быка-производителя Ералаша 8720. На основе четырёх пород был создан гибрид, обладающий ценными качествами, устойчивый к различным заболеваниям.

В результате микрохирургических манипуляций с эмбрионами можно получить особей, развивающихся из клеток двух или большего числа животных. Такие гибриды были названы химерными, так как они сочетают в себе признаки нескольких организмов, пород и даже видов. Имеются сведения о рождении химерных телят, ягнят, межвидовых гибридов – овцекоз.

В 1952 г. учёные Р. Бриггс и Т. Кинг (США) удачно завершили опыты по пересадке ядер соматических клеток в яйцеклетки.

Рис. 11.7. Этапы клонирования растений. Новое растение (внизу) развивается в результате митотического деления и последующей дифференцировки соматических клеток корня. Вследствие этого оно генетически идентично исходному растению (вверху)

Учёные имплантировали ядра клеток зародышей на ранних стадиях развития в яйцеклетки, освобождённые от собственных ядер. Для подобных операций у позвоночных животных и в настоящее время используются лишь бластомеры на различных стадиях дробления и стволовые клетки, так как соматические клетки сформированного организма животного необратимо дифференцированы и не способны обеспечить полное развитие организма.

Рис. 11.8. Схема опытов Д. Гёрдона по пересадке ядер соматических клеток в лишённую ядра яйцеклетку

Англичанин Джон Гёрдон для разрушения ядер в яйцеклетках шпорцевых лягушек использовал облучение большими дозами ультрафиолетовых лучей. Потом в каждую яйцеклетку шпорцевой лягушки, имеющей белую окраску, вводил ядро из соматической клетки кишечного эпителия головастика с тёмной окраской покровов тела, который в данном случае выступал донором ядер. Из реконструированных зигот, образовавшихся на основе яйцеклетки и генетического материала головастика, в некоторых случаях развились взрослые особи (рис. 11.8). Интересно, что все они имели тёмную окраску кожи, что свидетельствовало о проявлении признака, закодированного в имплантированном ядре головастика. Этот пример доказал, что наследственный материал соматических клеток способен сохраняться полным в функциональном отношении, а дифференцировка клеток является результатом активизации и блокировки определённых генов. При использовании этого метода созданы не только клоны некоторых амфибий, но и рыб, имеющих хозяйственное значение. В 1981 г. удалось клонировать мышей, а позже кроликов (рис. 11.9) и других животных.

Стволовые клетки, как уже отмечалось (см. гл. 4), обладают тотипотентностью, участвуют в обновлении и восстановлении организма животного.

Рис. 11.9. Схема клонирования кроликов

Рис. 11.10. Терапевтическое клонирование. Использование дифференцирующих факторов для получения из эмбриональных стволовых клеток компонентов разных тканей

Они находятся в красном костном мозге, селезёнке, эпидермисе, эпителии кишечника и других тканях и органах. Стволовые клетки способны к делению в «аварийных» ситуациях, при естественной возрастной или физиологической гибели специализированных клеток. Они индивидуальны для каждого типа тканей, но в их пределах могут развиваться в разных направлениях. Например, делящиеся клетки кроветворной ткани млекопитающих (костный мозг) дифференцируются в различные клетки крови – эритроциты, лейкоциты (лимфоциты, гранулоциты и т. п.), тромбоциты и др. Причём при делении стволовых клеток происходит их самоподдерживание: одна из дочерних клеток остаётся стволовой, а другая дифференцируется в специализированную клетку. При выделении стволовых клеток и переносе их в другой орган они продуцируют клетки этого органа. В этом случае специализацию стволовых клеток определяют окружающие их клетки. На искусственной питательной среде из стволовых клеток в будущем станут выращивать ткани и органы человека, что решит проблему донорских органов. Первые попытки терапевтического клонирования предпринимаются уже в настоящее время (рис. 11.10).

Уникален опыт по получению овцы Долли методом реконструкции клеток. Это животное стало научной сенсацией конца прошедшего тысячелетия. Овечка появилась на свет в результате многочисленных манипуляций с клетками, подбором питательных сред для их культивирования и суррогатных животных для развития эмбрионов. Термины «суррогатная мать», «суррогатная самка» появились не так давно и связаны с вынашиванием в матке генетически чужого плода. Родилась овца Долли в феврале 1997 г.

Для получения клонированного животного на искусственных питательных средах были подготовлены культуры трёх типов клеток разных пород овец: клетки молочной железы беременной овцы породы финский дорсет, фибробласты соединительной ткани плода породы чёрная уэльская, эмбриональные клетки породы безрогая дорсет. Эти клетки выращивались с целью получения донорного генома. В дальнейшем ядра клеток-доноров имплантировались в яйцеклетки с энуклеированными (удалёнными) ядрами.

Рекомбинированные диплоидные зиготы стимулировали к дроблению импульсами электрического тока. В дальнейшем их культивировали в перевязанных яйцеводах овец, а также на искусственных питательных средах. Большинство реконструированных клеток делились и успешно достигли стадии бластоцисты. По истечении шести дней подготовленные так эмбрионы имплантировались в матки суррогатных самок овец. В матку каждой овцы-реципиента было пересажено от одного до трёх эмбрионов.

Все эмбрионы с ядрами фибробластных клеток овец породы чёрная уэльская и эмбриональных клеток овец породы безрогая дорсет погибали. Для получения одной рекомбинированной овечки Долли учёными было проведено слияние 277 яйцеклеток с удалёнными ядрами из клеток молочной железы, а из образовавшихся 29 эмбрионов только один развился до жизнеспособного плода. Все остальные трансплантированные эмбрионы погибли на поздних стадиях беременности (в основном из-за аномалий в развитии печени).

Долли родилась через 148 дней после трансплантации эмбриона в матку реципиентной матери. Вполне здоровая овечка весила 6,6 кг. Долли не имела отца, зато в её появлении на свет принимали участие сразу три матери. Назовём их условно: первая, вторая, третья. Первая – донор генетического материала (ядро получено из клетки молочной железы), вторая овца – клеточный реципиент для пересаженного ядра, донор яйцеклетки, третья – реципиент для вынашивания эмбриона (рис. 11.11).

Дедифференциация соматических ядер в реконструированных клетках. Каково же теоретическое обоснование этого явления? Клонирование Долли удалось осуществить благодаря выдерживанию дифференцированных ядер соматических клеток на стадии покоя, специфичности самих ядер клеток молочных желёз беременных овец, а также, как предполагают эмбриологи и биотехнологи, особенностям эмбриогенеза овец. Зигота (реконструированная яйцеклетка) овцы в течение нескольких суток три раза делится. Учёные предполагают, что ДНК ядра клетки молочной железы, введённая в клетку (реципиент), за это время освобождается от специфических для неё регуляторных белков, а гены эмбрионального развития связываются с инициаторными факторами цитоплазмы яйцеклетки. Таким образом, геном клетки переориентировался на обеспечение полного цикла развития организма. Имплантированные в яйцеклетки соматические ядра из клеток, утративших тотипотентность, приобретали это свойство заново только на некоторое время.

Рис. 11.11. Опыт по клонированию овечки Долли

Однако не исключена возможность, что донорское ядро было имплантировано не из дифференцированной клетки молочной железы, а из эпителиальной – стволовой клетки той же молочной железы. Такой поворот событий, если он в действительности имел место, несколько облегчает теоретическую обоснованность и механизмы получения клонированного животного.

Представленный фрагмент произведения размещен по согласованию с распространителем легального контента ООО «ЛитРес» (не более 20% исходного текста). Если вы считаете, что размещение материала нарушает чьи-либо права, то сообщите нам об этом.

источник

Лечение онлайн
Добавить комментарий

Adblock
detector