Генетика і селекція
Селекція - наука, галузь практичної діяльності, спрямована на створення порід тварин, сортів рослин, штамів грибів і бактерій, що володіють цінними для людини властивостями. Ці властивості можуть бути самими різними: врожайність, засухо- і морозостійкість, олійних рослин; плодючість, яйценосність, удойность у тварин; продукція певних хімічних речовин у бактерій я т.д.
- вивченням різноманіття живих організмів;
- аналізом закономірностей успадкування і мінливості ознак;
- вивченням ролі навколишнього середовища в прояві ознак;
- розробкою систем штучного відбору.
В процесі селекції використовується як отримання генетично нових організмів, так і відбір організмів із заданими властивостями.
В основі селекції лежить генетична мінливість живих істот - здатність їх генома до змін. Як вже говорилося вище, генотипическая мінливість складається з комбинативной і мутаційної.
За допомогою різних схрещувань отримують гібридів з необхідними комбінаціями генів. Наприклад, у норок забарвлення хутра кодується щонайменше п'ятьма генами, а різні комбінації цих генів визначають більше десятка кольорів хутра (алеутская, платинова, сапфір, перлова і т.д.), у пшениці можна різним чином поєднувати якість зерна і стебла, у кукурудзи величину качана і розташування зерен в ньому, у гороху тип куща і форму насіння.
Найважливішим джерелом мінливості в природі є мутації. У селекції використовуються як природні, так і індуковані мутації. Наприклад, у дикого виду люпину були виявлені мутанти з безалколоіднимі насінням. З них шляхом штучного відбору був виведений безалколоідний сорт люпину. На яблуні сорту Антонівка Могилевська І.В. Мічурін виявив гілку з дуже великими плодами (соматична мутація). Ця втеча стала основою сорти Антонівка шестісотграмовая. Індуковані мутації, які виникають при використанні різних мутагенів, відкривають нові можливості для створення неоднорідності в вихідному генетичному матеріалі.
У селекції, особливо в рослинництві широко використовуються геномні мутації - авто- і аллополілло-ідію. Автополіплоїдов зазвичай мають підвищені розмірами і масою (врожайністю), але мають знижену фертильність. Існують триплоїдні і тетраплоїдні форми багатьох культурних рослин -свекли, маку, кукурудзи та ін. Аллополіплоідізація дозволяє усунути окремі недоліки віддаленій гібридизації (стерильність гібридів) і отримати нові стійкі сорти. Аллополіплоїдія (амфідіпло-ідом) є сорт тритикале (гібрид пшениці і жита). Амфідиплоїд двох видів тютюну імунної до борошнистої роси і тютюнової мозаїки та володіє неповторним ароматом.
Селекція грибів і бактерій, тісно пов'язана з біотехнологією. У ній на основі генної інженерії створюють організми здатні до синтезу різних хімічних речовин (антибіотиків, людського інсуліну і інтерферону, амінокислот та ін.), Стійкі до певних хімічних агентів і т.д.
Системи схрещування в селекції.
Схрещування - необхідна умова для здійснення комбинативной мінливості. Воно дозволяє поєднувати в потомстві цінні ознаки обох батьків і позбавлятися від непотрібних властивостей. Залежно від ступеня споріднення батьків, виділяють кілька типів схрещування:
1. родинне схрещування;
2. неродинне схрещування:
а) Внутріпородний (внутрісортовое),
б) віддалена гібридизація.
Родинне схрещування - це схрещування особин, що складаються в близькій спорідненості: батьки - діти, брат - сестра. Родинне схрещування у тварин позначають терміном інбридинг, в рослинництві самозапилення рослин - інцухт. Однак часто терміном інбридинг позначають близькоспоріднені схрещування взагалі. Тривалий інбридинг супроводжується гомозиготизації потомства, тобто все більше число генів присутній в одній з можливих алельних форм. Чим менша кількість генів відповідально за розвиток ознаки і чим далі ступінь спорідненості, тим повільніше настає гомозиготность. Однак, слід мати на увазі, що абсолютної гомозиготности не спостерігається ніколи, оскільки завжди виникають мутації. Шляхом застосування інбридингу виводять чисті лінії -гомозіготние форми одного сорту.
Неспоріднене схрещування (аутбридинг) - схрещування неспоріднених особин, які можуть належати до однієї або різної породи або сорту, і навіть до різних видів і родів. Якщо інбридинг призводить до фіксування певних ознак в ряду поколінь, то за рахунок аутбридинга здійснюють об'єднання різних властивостей в одному організмі. Одним з найважливіших наслідків аутбридинга є гетерозіготізація, при якій велика кількість генів генофонду групи організмів присутній в двох або більше алельних формах.
Для сільського господарства цінний один з ефектів аутбридинга -гетерозіс. Гетерозис явище різкого збільшення життєвої сили у гібридів, отриманих при схрещуванні батьків двох чистих ліній. Під життєвою силою при цьому мають на увазі плодючість, виживання і ряд інших властивостей. Найбільш сильно гетерозис проявляється у гібридів першого покоління, після чого в ряду поколінь досить швидко зникає. Біологічні механізми гетерозису ще мало досліджені. Висунуто кілька гіпотез, однак жодна з них не дає вичерпного пояснення цьому явищу. Для посилення гетерозису також використовують метод подвійного межлинейной гібридизації, при цьому схрещують гібридів, отриманих від схрещування чистих ліній.
Віддалена гібридизація - схрещування особин, що відносяться до різних видів і родів. Її застосування дозволяє отримувати особин з унікальним поєднанням ознак, характерних для різних видів. Незважаючи на те, що в природі існують механізми, що перешкоджають міжвидового схрещування, в деяких випадках все-таки вдається отримувати потомство (наприклад, мул - гібрид від коня і осла). Часто, однак, істотним недоліком таких гібридів є їх стерильність, однак і це іноді може бути подолано, в результаті аллодіплоідізаціі.
Відбір в селекції.
Відбір - другий основний метод в селекції; під ним розуміють вибіркове збереження і розмноження особин з цінними для людини властивостями. Оскільки він здійснюється людиною, очевидно, що це штучний відбір.
Cамо по собі, створення генетично гетерогенних популяцій рослин і тварин, дає невеликий ефект для сільського господарства. Лише відбір - селективне, переважне використання і розмноження цінних для людини організмів дозволяє створювати нові високопродуктивні сорти і породи. В системі відбору розрізняють індивідуальний і масовий відбір.
Масовий відбір - відбір організмів за фенотипом (зовнішніми ознаками) без перевірки генотипу. Найважливішим критерієм є прояв ознаки в даному поколінні. Перевагою даного виду відбору є його швидкість і масовість.
Індивідуальний відбір здійснюється за генотипом, в цьому випадку оцінюється потомство конкретного організму в ряду поколінь. Він набагато ефективніший, ніж масовий відбір, хоча і вимагає більшого часу. Індивідуальний відбір здійснюють двома способами.
Перевірка по потомству. При цьому способі індивідуального відбору оцінюють прояв ознаки в ряду поколінь, тобто надійність передачі потомству цінних якостей.
Сиб-селекція (від англ. Sibling - рідний брат або сестра) - відбір ведеться по бічних родичам: братам і сестрам. Якщо у них спостерігають цікавлять якості, то на плем'я залишають решту приплоду. В рослинництві цю методику використовують під назвою "методу половинок".
Одним з основних принципів відбору взагалі є тотожність умов середовища проживання і середовища, в якій здійснюється відбір. Абсолютно безглуздо, наприклад, проводити відбір на посухостійкість в умовах високої вологості.
Одним з важливих в селекції є поняття успадкованого і її ступеня. Наследуемость - генетична зумовленість мінливості ознаки. Оскільки фенотип (сукупність ознак) організму визначається взаємодією генотипу і умов середовища, для більшості ознак має сенс говорити про ступінь успадкованого - внесок генотипу в прояв ознаки.
Для кількісного опису закономірностей фенотипова різноманітності, був введений коефіцієнт успадкованого (h2), який виражають у відсотках (0-100%) або в частках одиниці (0-1). h2 = 100% означає, що все фенотипическое різноманітність популяції обумовлено різноманітністю генотипів (генотипическая мінливість). h2 = 0% говорить про те, що фенотипическое різноманітність обумовлено впливом середовища (модификационная мінливість). Різні ознаки мають різний коефіцієнт успадкування. Так у свиней жива вага при народженні має h2 до 10% (ознака обумовлена факторами середовища), а для величини окосту h2 = 60-70% (тобто генетично обумовлений ознака).
Очевидно, що знання коефіцієнта успадкування ознак є необхідний умовою для ефективної селекції. Якщо його значення мало і прояв ознаки зумовлено факторами середовища, відбір за генотипом неефективний.
Таким чином, знання механізмів мінливості і спадковості, закономірностейуспадкування і правильне використання різних форм відбору - необхідні умови для успішного проведення селекції.