Генетические основы селекции. презентация к уроку по биологии (8 класс) на тему. Генетические основы селекции Селекция животных, методы

На уроке мы рассмотрим, как на практике применяется открытая генетикой закономерность в медицине и сельском хозяйстве, узнаем основы селекции организмов, как селекция способствует выведению пород животных с необходимыми для человека признаками.

Ко-неч-но, вряд ли такой при-знак поз-во-лил бы этому пе-ту-ху вы-дер-жи-вать кон-ку-рент-ную борь-бу и есте-ствен-ный отбор в окру-жа-ю-щей среде. Но этот при-знак за-ин-те-ре-со-вал че-ло-ве-ка, и эта по-ро-да была со-зда-на. Кроме этого, от-ли-ча-ют-ся до-маш-ние формы от диких еще и своей очень боль-шой пло-до-ви-то-стью, это то глав-ное ка-че-ство, ради ко-то-ро-го че-ло-век и стал со-зда-вать эти по-ро-ды. К примеру, яй-це-нос-кость кур по-ро-ды белый лег-горн со-став-ля-ет около 350 яиц в год, а яй-це-нос-кость их ди-ко-го пред-ка бан-ки-вской ку-ри-цы со-став-ля-ет 18-20 яиц в год (рис.2).

Рис. 2. Курица породы белый леггорн и банкивская курица ()

Из этих при-ме-ров можно вы-ве-сти за-да-чи со-вре-мен-ной се-лек-ции, к ним от-но-сит-ся:

1. По-лу-че-ние новых вы-со-ко-уро-жай-ных и устой-чи-вых к за-бо-ле-ва-нию пород жи-вот-ных и сор-тов рас-те-ний.

2. По-лу-че-ние эко-ло-ги-че-ски пла-стич-ных сор-тов и пород, то есть тех, ко-то-рые могут жить в раз-лич-ных эко-ло-ги-че-ских усло-ви-ях.

3. По-лу-че-ние пород и сор-тов, удоб-ных для про-мыш-лен-но-го вы-ра-щи-ва-ния и ме-ха-ни-зи-ро-ван-ной убор-ки.

Воз-ник-ла се-лек-ция на заре че-ло-ве-че-ства, при-мер-но 20-30 тысяч лет тому назад, когда люди стали слу-чай-ным об-ра-зом одо-маш-ни-вать жи-вот-ных, ко-то-рые их окру-жа-ли. Глав-ным кри-те-ри-ем было то, что жи-вот-ные могут раз-мно-жать-ся в нево-ле и имеют до-ста-точ-но хо-ро-ший ха-рак-тер, их удоб-но со-дер-жать. Это и послужило пред-по-сыл-кой развития науки се-лек-ции. Ши-ро-кое одо-маш-ни-ва-ние на-ча-лось где-то в 8-6 веках до нашей эры, и уже в тот мо-мент были одо-маш-не-ны все из-вест-ные сей-час жи-вот-ные и окуль-ту-ре-ны рас-те-ния, но это еще была не наука. Пи-о-не-ром науки се-лек-ции в нашей стране был Ни-ко-лай Ива-но-вич Ва-ви-лов (рис. 3).

Рис. 3. Н.И. Вавилов (1887-1943) ()

Ва-ви-лов счи-тал, что в ос-но-ве се-лек-ции лежит пра-виль-ный выбор для ра-бо-ты ис-ход-но-го ма-те-ри-а-ла, ге-не-ти-че-ское раз-но-об-ра-зие и вли-я-ние окру-жа-ю-щей среды на про-яв-ле-ние на-след-ствен-ных при-зна-ков при ги-бри-ди-за-ции ор-га-низ-мов. В по-ис-ках ис-ход-но-го ма-те-ри-а-ла для по-лу-че-ния новых ги-бри-дов Ва-ви-лов ор-га-ни-зо-вал в 1920-30 годы де-сят-ки экс-пе-ди-ций по всему зем-но-му шару. Во время этих экс-пе-ди-ций ему с кол-ле-га-ми уда-лось со-брать более по-лу-то-ра тысяч видов куль-тур-ных рас-те-ний и огром-ное ко-ли-че-ство сор-тов. К 1940 году во Все-со-юз-ном ин-сти-ту-те рас-те-ние-вод-ства на-счи-ты-ва-лось уже 300 тысяч об-раз-цов. В на-сто-я-щее время кол-лек-ция по-сто-ян-но по-пол-ня-ет-ся и ис-поль-зу-ет-ся для по-лу-че-ния новых сор-тов на ос-но-ве уже из-вест-ных. Ис-сле-дуя по-лу-чен-ный во время экс-пе-ди-ции ма-те-ри-ал, Н.И. Ва-ви-лов при-шел к от-кры-тию опре-де-лен-ной за-ко-но-мер-но-сти, ко-то-рая и стала ге-не-ти-че-ской ос-но-вой се-лек-ции. Эта за-ко-но-мер-ность по-лу-чи-ла на-зва-ние «закон го-мо-ло-ги-че-ских рядов на-след-ствен-но-сти». Фор-му-ли-ров-ка этого за-ко-на, ко-то-рую пред-ло-жил сам Н.И. Ва-ви-лов: «Ге-не-ти-че-ски близ-кие роды и виды ха-рак-те-ри-зу-ют-ся сход-ны-ми ря-да-ми на-след-ствен-ной из-мен-чи-во-сти с такой пра-виль-но-стью, что, зная ряд форм в пре-де-лах од-но-го вида, можно пред-ви-деть на-хож-де-ние па-рал-лель-ных форм у дру-гих род-ствен-ных видов и родов. Чем более близ-ки виды и роды си-сте-ма-ти-че-ски, тем пол-нее сход-ство в рядах их из-мен-чи-во-сти».

Эту слож-ную фор-му-ли-ров-ку можно про-ил-лю-стри-ро-вать, на при-ме-ре се-мей-ства зла-ко-вых (рис. 4), куда вхо-дят хо-ро-шо из-вест-ные вам пше-ни-ца, рожь, яч-мень, рис, ку-ку-ру-за.

Рис. 4. Семейство злаковых ()

У этого се-мей-ства име-ет-ся ряд при-зна-ков, ко-то-рые про-сле-жи-ва-ют-ся у раз-ных видов, от-но-ся-щих-ся к этому се-мей-ству. К таким при-зна-кам от-но-сят-ся на-ли-чие ози-мых форм, крас-ная окрас-ка у зер-но-вок, на-при-мер, крас-ная окрас-ка встре-ча-ет-ся и у ржи, и у пше-ни-цы, и у ку-ку-ру-зы. Точно так же ози-мые формы встре-ча-ют-ся и у пше-ни-цы, и у ржи. Вот это и по-слу-жи-ло ос-но-вой от-кры-тия этого за-ко-на. Закон го-мо-ло-ги-че-ских рядов спра-вед-лив не толь-ко для рас-те-ний, но и для жи-вот-ных. Так, на-при-мер, яв-ле-ния аль-би-низ-ма на-блю-да-ют-ся и у че-ло-ве-ка, и у мле-ко-пи-та-ю-щих, и даже у птиц (рис. 5).

Рис. 5. Явление альбинизма ()

Закон, открытый Вавиловым, имеет практическое зна-че-ние, его можно разобрать на кон-крет-ном при-ме-ре: у растения лю-пи-на плоды со-дер-жат очень боль-шое ко-ли-че-ство белка, и люпин (рис. 6) мог бы быть очень цен-ной кор-мо-вой куль-ту-рой, но его се-ме-на со-дер-жат опас-ный ядо-ви-тый ал-ка-ло-ид.

Рис. 6. Люпин многолетний с семенами ядовитого алкалоида ()

По-это-му при-ме-нять люпин в ка-че-стве кор-мо-вой куль-ту-ры было невоз-мож-но. Од-на-ко из-вест-но, что дру-гие пред-ста-ви-те-ли се-мей-ства бо-бо-вых: горох, бобы, лю-цер-на, соя - не имеют та-ко-го гена. Зна-чит, можно преду-га-дать, что и у лю-пи-на воз-мож-на му-та-ция вот в такую без-ал-ка-ло-ид-ную форму. И дей-стви-тель-но, се-лек-ци-о-не-рам уда-лось по-лу-чить без-ал-ка-ло-ид-ную форму лю-пи-на, и сей-час люпин ак-тив-но ис-поль-зу-ет-ся в сель-ском хо-зяй-стве как пре-крас-ная кор-мо-вая куль-ту-ра (рис. 7).

Рис. 7. Кормовые сорта люпина ()

Мы рассмотрели историю возникновения новой, ин-те-рес-ной, а самое глав-ное - очень по-лез-ной и прак-ти-че-ски зна-чи-мой науки се-лек-ции, ее основные задачи. В ходе сле-ду-ю-щих наших уроков мы более по-дроб-но узна-ем о ме-то-дах селекции и ра-бо-тах Н.И. Ва-ви-ло-ва.

Список литературы

Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. - Дрофа, 2009.
Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2005.
Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002.

Genetics-b.ru ().
Google Sites ().
Moykonspekt.ru ().

Домашнее задание

Что такое селекция?
Каковы основные за-да-чи со-вре-мен-ной се-лек-ции?
О чем говорит закон гомологических рядов наследственности?

Предмет – биология

Класс – 9 «А» и «Б»

Продолжительность – 40 минут

Учитель – Желовникова Оксана Викторовна

Тема урока : «Генетические основы селекции организмов»

Форма учебного процесса : классный урок.

Тип урока: урок сообщения новых знаний.

Цель: познакомить с генетическими основами селекции организмов.

Задачи урока:

1. расширить знания о селекции организмов как науки;

2. познакомить с краткой историей селекции;

3. углубить знания о сорте, породе и штамме организмов;

4. сформировать знания о главных методах селекции организмов;

5. раскрыть основополагающую роль генетических закономерностей и законов для селекционной практики.

Оборудование: ИКТ презентация «Основы селекции» учебник под ред.И.Н. Пономарёвой,

журнал «Биология в школе» №1-1998г., таблицы «Методы селекции растений», «Методы селекции животных», муляжи гибридов плодовых культур.

Ход урока.

1.Актуализация знаний учащихся:

Какую роль сыграли в развитии селекции общие свойства всех организмов – наследственность и изменчивость?

В чем суть генетических законов и какова их роль в селекции?

2.Изучение нового материала

Рассказ учителя сопровождается презентацией

Слайд 1 Культурные растения и домашние животные сформировались в доисторический период. Окультуривание растений и приручение животных обеспечили людей и питании и одежде. Первые попытки одомашнивания животных и окультуривания растений относится к 20 – 30 тысячелетию до нашей эры. В Средней Азии Закавказье, юге России в каменном веке знали пшеницу. В начале 7-ого тысячелетия до н.э. в горном Курдистане (Ирак) возделывали пшеницу – дикую однозернянку. В 10-м тысячелетии до н.э. начали культивировать многие растения и одомашнивать животных.

Домашние животные и культурные растения произошли от диких предков.

Человек на заре своего становления приручал необходимых ему животных.

Вопрос классу: Каких животных приручил человек?

банкиевская курица (курица) архар (овцы)волк (собака)

Человек собирал семена полезных растений и высевал их около своего жилища, обрабатывал землю и для новых посевов отбирал самые крупные семена.

Длительный отбор растений и животных способствовали появлению культурных форм с особыми свойствами, нужными человеку.

Однако основная роль в эволюции культурных растений и домашних животных принадлежит мутациям, отбору и селекции.

Учитель: Как вы понимаете, что такое селекция?

Селекция (лат. «selectio» – отбор)

Дети думают, отвечают, затем учитель показывает правильный ответ. Слайд№2

Это наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Это отрасль с/х производства, занимающаяся практическим выведением новых сортов и гибридов культурных растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными для человека свойствами.

Учитель: Назовите, пожалуйста, задачи селекции. (учащиеся отвечают )

слайд№3

1.повышение урожайности сортов растений,продуктивности пород животных,

штаммов микроорганизмов.

2.создание устойчивых к заболеваниям и климатическим условиям сортов и пород.

3.получение сортов, пород и штаммов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения.

В настоящее время учитывая рост населения Земли, требуется более широкое производство сельскохозяйственных продуктов. Решающая роль в решении данной глобальной задаче для всего мира отводится селекции растений, животных, микроорганизмов

3.Физкультминутка.

1.упражнения для позвоночника

2.упражнения для глаз.

Слайд 4 ПОРОДА, СОРТ, ШТАММ- это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов и бактерий с нужными для человека признаками.

Слайд 5 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ –генетика. генетика изучает наследственность и изменчивость. Свойства живых организмов определяется их ГЕНОТИПОМ, подвергается изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики.

Слайд 6 ОБЩИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. ГИБРИДИЗАЦИЯ. МУТАГЕНЕЗ. ПОЛИПЛОИДИЯ.

Слайд 7 ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР- это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида, породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Ч. Дарвин заложил теоретические основы этого метода, выделил два направления: БЕССОЗНАТЕЛЬНЫЙ и МЕТОДИЧЕСКИЙ (СОЗНАТЕЛЬНЫЙ)

Слайд 8 Искусственный отбор по отдельным, интересующим человека признакам. Бессознательный отбор ведется с давних времён: по внешним признакам отбирают и размножают лучших. Методический искускуственный. Отбор – целенаправленное создание новых форм культивируемых растений и животных с использованием методов селекции и различных технологий.

Слайд 9 Гибридизация - это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов, размножающихся половым путем.

Слайд 10 ГИБРИДИЗАЦИЯ Внутривидовая (в пределах одного вида между особями разных форм.) Межвидовая, или отдаленная (между особями разных видов)

Слайд 11 ГЕТЕРОЗИС явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков над обеими родительскими формами называют ГИБРИДНОЙ МОЩНОСТЬЮ или ГЕТЕРОЗИСОМ. - выше продуктивность в животноводстве -выше урожайность в растениеводстве. - при скрещивании гибридов F 1 эффект гетерозиса ослабевает и исчезает. -гибриды, полученные путем отдаленной гибридизации, часто неплодовиты.(мул-гибрид лошади с ослом.)

Слайд 12 МУТАГЕНЕЗ - это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием физических и химических факторов.(мутагенов) МУТАЦИИ – естественные (спонтанные) – - искусственные (индуцированные)

Слайд 13 МУТАГЕНЕЗ Некоторые мутации улучшают свойства организма, оказываются интересными и полезными для человека и используются в селекции.

Слайд 14 ПОЛИПЛОИДИЯ - наследственное изменение, при котором многократно увеличивается гаплоидный набор хромосом.Возникает в результате нарушения расхождения хромосом в митозе или мейозе под воздействием факторов окружающей среды. - ионизация.- низкие температуры. -химические вещества.

Слайд 15 ПОЛИПЛОИДИЯ Крупные размеры Устойчивы к неблагоприятным условиям. Повышено содержание многих веществ, ценных для человека. Применяется в селекции растений.

Самостоятельная работа с учебником (заполнение таблицы)

Методы селекции

			Использование в селекции
			растений		животных

	Нродственная (аутбридинг)	Внутривидовое, межвидовое, Межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получений гетерозиготных популяций с высокой продуктивностью		Скрещивание отдаленных пород, отличающихся признаками, для получения гетерозиготных популяций и гетерозиса. Потомство может быть бесплодным
	Близкородственная (инбридинг)	Самоопыление перекрестноопыляющихся растений путем искусственного создания чистых линий		Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных чистых линий с желательными признаками
Искусствен ный отбор	массовый	Применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений		Не применяется
	индивидуаль	Применяется в отношении самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии – потомство одной самоопыляющейся особи		Применяется жесткий отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру
Селекция	Экспериментальное получение полиплоидов	Применяется для получения более продуктивных и урожайных форм полиплоидов		Не применяется
	Экспериментальный мутагенез	Применяется для получения исходного материала для селекции высших растений и микроорганизмов

5. Рефлексия Итак, давайте подведём итог:

1.Что такое изучает селекция?

2. Что такое сорт, порода, штамм?

3. Следующая наша задача - вспомнить основные методы селекции.

Искусственный отбор (бессознательный, сознательный)

Гибридизация (внутривидовая, межвидовая)

Мутагенез (мутации естественные и искусственные)

Полиплоидия

6. Домашнее задание : §27, термины стр. 109 вопросы 1, 2, 3 устно.

Из истори селекции.

Животные- дикие и домашние.

Растения – дикорастущие и культурные.

Домашние животные и культурные растения появились в доисторический период.

Для чего человек культивировал растения и приручал животных?

СЕЛЕКЦИЯ- наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, и штаммов микроорганизмов. Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ 1. Из истории селекции.2 Наука селекция.3Общие методы селекции.

Из истории селекции. Животные- дикие и домашние. Растения – дикорастущие и культурные. Домашние животные и культурные растения появились в доисторический период. ? Для чего человек культивировал растения и приручал животных?

Селекция – как наука СЕЛЕКЦИЯ- наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, и штаммов микроорганизмов. Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. ПОРОДА, СОРТ, ШТАММ- это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов и бактерий с нужными для человека признаками.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ –генетика. генетика изучает наследственность и изменчивость. Свойства живых организмов определяется их ГЕНОТИПОМ, подвергается изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики.

ОБЩИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. ГИБРИДИЗАЦИЯ. МУТАГЕНЕЗ. ПОЛИПЛОИДИЯ.

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. -это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида,породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Ч. Дарвин заложил теоретические основы этого метода,выделил два направления: БЕССОЗНАТЕЛЬНЫЙ и МЕТОДИЧЕСКИЙ (СОЗНАТЕЛЬНЫЙ)

Искусственный отбор по отдельным,интересующим человека признакам. Бессознательный отбор ведется с давних времён: по внешним признакам отбирают и размножают лучших. Методический искус. Отбор – целенаправленное создание новых форм культивируемых растений и животных с использованием методов селекции и различных технологий.

гибридизация -это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов,размножающихся половым путем.

ГИБРИДИЗАЦИЯ Внутривидовая (в пределах одного вида между особями разных форм.) Межвидовая, или отдаленная (между особями разных видов)

ГЕТЕРОЗИС явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков над обеими родительскими формами называют ГИБРИДНОЙ МОЩЬНОСТЬЮ или ГЕТЕРОЗИСОМ. - выше продуктивность в животноводстве -выше урожайность в растениеводстве. - при скрещивании гибридов F 1 эффект гетерозиса ослабевает и исчезает. -гибриды,полученные путем отдаленной гибридизации,часто неплодовиты.(мул-гибрид лошади с ослом.)

МУТАГЕНЕЗ -это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием физических и химических факторов.(мутагенов) МУТАЦИИ – естественные (спонтанные) – - искусственные (индуцированные) ?????????????????????? Мутации????????????????

МУТАГЕНЕЗ Некоторые мутации улучшают свойства организма, оказываются интересными и полезными для человека и используются в селекции.

МУТАГЕНЕЗ

ПОЛИПЛОИДИЯ - наследственное изменение,при котором многократно увеличивается гаплоидный набор хромосом. -возникает в результате нарушения расхождения хромосом. -в митозе или мейозе под воздействием факторов окружающей среды. - ионизация.- -низкие температуры. -химические вещества.

ПОЛИПЛОИДИЯ Крупные размеры Устойчивы к неблагоприятным условиям. Повышено содержание многих веществ,ценных для человека. Применяется в селекции растений.

Особенности селекции растений

Селекция растений Эксперементальный (индуцированный) мутагенез – воздействие различных излучений для получения мутаций и использование химических мутагенов.

Селекция растений. Аутбридинг- скрещивание непосредственных форм(отсутствие общих предков в ближайших 4-6 поколениях.) Инбридинг, инцухт-близкородственное скрещивание и принудительное опыление (используется для получения чистых линий.)

Селекция растений. растения - ???????? Выращивают более 3000 видов Пищевые. Лекарственные. Волокнистые. Красильные. Технические. Эфиромасличные. декоративные Предки культурных растений -???????? Дикорастущие растения.

ЗАДАЧИ СЕЛЕКЦИИ 1 Повышение урожайности сортов и продуктивности пород. 2. Улучшение качества продукции. 3. Повышение устойчивости к заболеваниям и вредителям. 4. Экологическая пластичность сортов и пород.. 5.Пригодность для механизированного и промышленного выращивания и разведения.

Селекция растений Культурные растения Приобрели признаки- Внезапная(спонтанная) мутация. Случайная гибридизация. Полиплоидия. Работа человека Отбор Целенаправленная гибридизация- - полезные признаки закрепляются и размножаются.

Методы селекции растений Методы разнообразные сочетаются Основное значение: Мутации. Спонтанная и искусственная гибридизация между разными видами. ПОЛИПЛОИДИЯ(полиплоидные растения)

Н. И. Вавилов

П.П.ЛУКЬЯНЕНКО Работа селекционеров.

В. С. ПУСТОВОЙТ Вывел 34 сорта подсолнечника.

Селекция -это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор . Теоретической основой селекции является генетика. Развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости. Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук:

систематики и географии растений и животных,
цитологии,
эмбриологии,
биологии индивидуального развития,
молекулярной биологии,
физиологии и биохимии.

Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы. Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами. Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач. Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака.

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение:

изучения сортового, видового и родового разнообразия культур;
изучения наследственной изменчивости;
влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков;
знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации;
особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей;
стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы - искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями:

продуктивностью,
морфологическими,
физиологическими признаками.

Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород. Селекционная работа начинается с подбора исходного материала, в качестве которого могут быть использованы культурные и дикие формы растений.

В современной селекции применяют следующие основные виды и способы получения исходного материала.

Естественные популяции. К этому виду исходного материала относятся дикорастущие формы, местные сорта культурных растений, популяции и образцы, представленные в мировой коллекции сельскохозяйственных растений ВИР.

Гибридные популяции, создаваемые в результате скрещивания сортов и форм в пределах одного вида (внутривидовые) и получаемые в результате скрещивания разных видов и родов растений (межвидовые и межродовые).

Самоопыленные линии (инцухт-линии) . У перекрестноопыляющихся растений важный источник исходного материала - самоопыленные линии, получаемые путем многократного принудительного самоопыления. Лучшие линии скрещивают между собой или с сортами, а полученные семена используют в течение одного года для выращивания гетерозисных гибридов. Гибриды, созданные на основе самоопыленных линий, в отличие от обычных гибридных сортов нужно ежегодно воспроизводить .

Искусственные мутации и полиплоидные формы . Этот вид исходного материала получают путем воздействия на растения различными видами радиации, температурой, химическими веществами и другими мутагенными средствами.

Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры. Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией . Чистая линия - потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает.

Естественный отбор. Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

Гибридизация - процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке. Может осуществляться в пределах одного вида (внутривидовая гибридизация) и между разными систематическими группами (отдалённая гибридизация, при которой происходит объединение разных геномов). Для первого поколения гибридов часто характерен гетерозис, выражающийся в лучшей приспособляемости, большей плодовитости и жизнеспособности организмов. При отдалённой гибридизации гибриды часто стерильны. В селекции растений наиболее распространён метод гибридизации форм или сортов в пределах одного вида. С помощью этого метода создано большинство современных сортов сельскохозяйственных растений.

Отдалённая гибридизация - более сложный и трудоёмкий метод получения гибридов. Основное препятствие получения отдалённых гибридов - несовместимость половых клеток скрещиваемых пар и стерильность гибридов первого и последующих поколений. Отдаленная гибридизация - это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.

Гетерозис («гибридная сила») - явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30%. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии, тем больше эффект гетерозиса.

	♀AAbbCCdd		♂aaBBccDD
	AaBbCcDd

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование - вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы. Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами . Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.

Использование соматических мутаций. Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

Экспериментальный мутагенез. Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным. С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.

У растений оно осуществляется путем принудительного самоопыления перекрестноопыляющихся форм (инцухт ). У животных — это скрещивание особей, имеющих близкую степень родства и, следовательно, генетическое сходство. Инбридинг используется для получения чистых или гомозиготных линий. Сами по себе эти линии не обладают селективной ценностью, поскольку инбридинг сопровождается депрессией развития. Негативный эффект инбридинга объясняют переходом в гомозиготное состояние многих вредных рецессивных генов. Подобное явление, в частности, наблюдается у человека при родственных браках, на основании чего они запрещены. В то же время в природе существуют виды растений и животных, для которых автогамия является нормой (пшеница, ячмень, горох, фасоль), что можно объяснить, только предположив у них наличие механизма, препятствующего выщеплению вредных комбинаций генов.

В селекции инбредные линии растений и животных широко используются для получения межлинейных гибридов. Такие гибриды обладают ярко выраженным гетерозисом, в том числе и в отношении генеративной сферы. В частности, таким способом получают гибридные семена кукурузы, которыми засевают большую часть мировых площадей, отведенных под эту культуру.

На основе инцухта известным саратовским селекционером Е.М. Плачек был создан выдающийся сорт подсолнечника Саратовский 169.

Противоположностью инбридингу является аутбридинг — неродственное скрещивание организмов. Наряду с межпородным и межсортовым скрещиваниями, к нему относят также внутрипородное и внутрисортовое скрещивания, если родители не имели общих предков в 4-6 поколениях. Это наиболее распространенный тип скрещиваний, поскольку гибриды оказываются более жизнеспособными и устойчивыми к вредным воздействиям, т.е. проявляют ту или иную степень гетерозиса. Явление гетерозиса было впервые описано выдающимся немецким гибридизатором XVIII в. И. Кельрейтером. Однако природа этого явления до сих пор полностью не разгадана. Считают, что гетерозис обусловлен преимуществом гетерозиготного состояния по многим генам, а также большим числом благоприятных доминантных аллелей и их взаимодействием.

Существенным моментом, осложняющим использование гетерозиса в селекции, является его затухание в последующих поколениях. В связи с этим перед селекционерами стоит задача разработки способов закрепления гетерозиса у гибридов. Одним из них генетики считают перевод гибридных растений на апомиктичный способ размножения.

Еще одним типом скрещивания, которое используется в селекции, является отдаленная гибридизация . К ней относятся скрещивания между разновидностями, видами и родами. Скрещивание отдаленных в генетическом отношении форм затруднено из-за их несовместимости, которая может проявляться на разных уровнях. Например, у растений при отдаленной гибридизации может отсутствовать рост пыльцевых трубок на рыльце пестика, у животных препятствием могут служить несовпадение сроков размножения или различия в строении органов размножения. Тем не менее, несмотря на существование барьеров, межвидовая гибридизация осуществляется как в природе, так и в эксперименте. Для преодоления нескрещиваемости видов селекционеры разрабатывают специальные методы. Например, гибриды между кукурузой и ее апомиктичным дикорастущим сородичем — трипсакумом получают, укорачивая рыльца кукурузы до длины пыльцевых трубок трипсакума. При отдаленной гибридизации плодовых И.В. Мичуриным были разработаны такие методы преодоления нескрещиваемости, как метод предварительного вегетативного сближения (прививки), метод посредника, опыление смесью пыльцы разных видов и др. Например, чтобы получить гибрид персика с холодоустойчивым монгольским миндалем, он предварительно скрестил миндаль с полукультурным персиком Давида. Получив гибридный посредник, он скрестил его с персиком.

В 20-х гг. ХХ в. в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Юго-Востока в Саратове Г.К. Мейстером были получены первые пшенично-ржаные гибриды, которые высевались на довольно значительных площадях. Здесь же выдающимся селекционером А.П. Шехурдиным на основе скрещивания мягкой и твердой пшеницы получены высококачественные сорта мягкой пшеницы Саррубра, Сарроза, которые послужили донорами генов для других замечательных сортов и возделывались в Поволжье на огромных площадях. В 1930 г. Н.В. Цициным впервые в мире было осуществлено скрещивание пшеницы с пыреем, а вскоре С.М. Верушкиным были получены гибриды между пшеницей и элимусом. Уже к середине 30-х гг. саратовские ученые стали в нашей стране лидерами в области селекции пшеницы и подсолнечника. И в настоящее время сортами пшеницы и подсолнечника, выведенными саратовскими селекционерами, засеваются сотни тысяч гектаров. Созданный Н.Н. Салтыковой сорт твердой озимой пшеницы Янтарь Поволжья удостоен золотой и серебряной медалей ВВЦ.

Методом отдаленной гибридизации в разных странах были получены устойчивые к болезням и вредителям сорта картофеля, табака, хлопка, сахарного тростника.

Отрицательным моментом отдаленной гибридизации является частичная или полная стерильность отдаленных гибридов, вызываемая, в основном, нарушениями мейоза при образовании половых клеток. Нарушения могут возникать как при совпадении, так и при различии чисел хромосом у исходных форм. В первом случае причиной нарушений является отсутствие гомологии хромосомных наборов и нарушение процесса конъюгации, во втором — к этой причине добавляется также образование гамет с несбалансированными числами хромосом. Если даже такие гаметы являются жизнеспособными, то от их слияния в потомстве возникают анеуплоиды, которые часто оказываются нежизнеспособными и подвергаются элиминации. Например, при скрещивании 28-хромосомных и 42-хромосомных видов пшеницы образуются гибриды с 35-ю хромосомами. У гибридов F2 числа хромосом варьируют от 28 до 42. В последующих поколениях растения с несбалансированными числами постепенно элиминируются, и в конце концов остаются только две группы с родительскими кариотипами.

При отдаленной гибридизации в процессе становления гибридов идет формообразовательный процесс: образуются гибридные формы с новыми признаками. Например, в потомстве пшенично-пырейных гибридов появляются многоцветковые формы, ветвистые колосья и др. Эти формы, как правило, генетически неустойчивы, и для их стабилизации требуется длительный период времени. Однако именно отдаленная гибридизация позволяет селекционерам решать задачи, неразрешимые другими методами. Например, все сорта картофеля сильно поражаются различными болезнями и вредителями. Получить устойчивые сорта можно было, только позаимствовав это свойство у дикорастущих видов.

Обязательным этапом любого селекционного процесса, в том числе и с использованием метода гибридизации, является отбор , с помощью которого селекционер закрепляет признаки, необходимые для создания нового сорта или породы.

Ч. Дарвин различал два вида искусственного отбора: бессознательный и методический. На протяжении многих тысячелетий люди вели отбор бессознательно, отбирая лучшие экземпляры растений и животных по интересующим их признакам. Именно благодаря такому отбору были созданы все культурные растения.

При методическом отборе человек заранее ставит себе цель, какие признаки и в каком направлении он будет изменять. Эту форму отбора стали применять с конца XVIII в. и достигли выдающихся результатов в совершенствовании домашних животных и культурных растений.

Отбор может быть массовым и индивидуальным. Массовый отбор — более простой и доступный. При массовом отборе одновременно отбирается большое число особей популяции с нужным признаком, остальные выбраковываются. У растений семена всех отобранных особей объединяют и высевают на одном участке. Массовый отбор может быть однократным и многократным, что определяется, в первую очередь, способом опыления растений: у перекрестников отбор обычно ведется на протяжении нескольких поколений, пока не будет достигнута однородность потомства. Иногда отбор продолжается непрерывно, чтобы избежать потери ценных признаков. Массовым отбором создано большое количество старых сортов сельскохозяйственных растений, например, сорт гречихи Богатырь, созданный в начале ХХ в., и сейчас остается одним из лучших у этой культуры.

Метод индивидуального отбора более сложен и трудоемок, но гораздо более эффективен. Новый сорт при индивидуальном отборе создается из одного единственного элитного экземпляра. Метод предусматривает отбор в потомстве этого растения на протяжении ряда поколений, что делает процедуру создания сорта очень длительной.

Индивидуальный отбор широко используется в селекции животных. В этом случае используют метод проверки производителя по потомству, при которой генетическая ценность производителя определяется на основании качества потомства. Например, качество быков-производителей оценивается на основании продуктивности их дочерей. Другой способ оценки называется сибселекцией. В этом случае оценку производят по продуктивности родственных особей — братьев и сестер.

Наиболее эффективным будет отбор, который осуществляется на фоне среды, максимально выявляющей наследственные возможности организма. Нельзя вести отбор на засухоустойчивость во влажном климате. Часто отбор специально производится в искусственно созданных крайних условиях, т.е. на провокационном фоне.

Отбор и гибридизация являются традиционными методами селекции, которые длительное время играли основную роль в селекционных схемах. Однако успешное развитие генетики в ХХ в. привело к значительному обогащению арсенала селекционных методов. В частности, нашли свое место в селекционных схемах такие генетические явления, как полиплоидия, гаплоидия, цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) .

Автополиплоиды у многих культур, например у ржи, клевера, мяты, турнепса, используются в качестве исходного материала для создания новых сортов. В ГДР и Швеции в I половине ХХ в. были получены тетраплоидные короткостебельные сорта ржи, имеющие более крупное зерно по сравнению с диплоидными сортами. Академиком Н.В. Цициным была создана тетраплоидная ветвистоколосая рожь, обладающая высокой продуктивностью. В.В. Сахаровым и А.Р. Жебраком получены крупносемянные, с большим содержанием нектара тетраплоидные формы гречихи.

На основе полиплоидии наибольшие результаты достигнуты в селекции сахарной свеклы. Созданы гибридные триплоидные сорта, которые сочетают высокую урожайность с повышенным содержанием сахара в корнеплодах. Одновременно созданы высокоурожайные тетраплоидные сорта и гибриды сахарной и кормовой свеклы. Японским генетиком Г. Кихарой путем скрещивания тетраплоидной и диплоидной форм арбуза был получен бессемянный арбуз, отличающийся высокой урожайностью и превосходными вкусовыми качествами.

В селекции ряда растений нашла применение и другая форма полиплоидии — аллополиплоидия . Аллополиплоиды — это межвидовые гибриды, у которых в два раза и более увеличен набор хромосом. При удвоении диплоидного набора хромосом гибрида, полученного от скрещивания двух разных видов или родов, образуются плодовитые тетраплоиды, которые называются амфидиплоидами. Им свойствен резко выраженный гетерозис, сохраняющийся в последующих поколениях. Амфидиплоидом, в частности, является новая зерновая культура — тритикале. Она получена В.Е. Писаревым путем скрещивания мягкой озимой пшеницы (2n = 42) с озимой рожью (2n = 14). Для удвоения набора хромосом у межродового 28-хромосомного гибрида использовалась обработка растений колхицином — клеточным ядом, блокирующим расхождение хромосом в мейозе. Полученные 56-хромосомные амфидиплоиды тритикале характеризуются высоким содержанием белка, лизина, крупным колосом, быстрым ростом, повышенной устойчивостью к болезням, зимостойкостью. Еще большую селекционную ценность имеют 42-хромосомные Triticale. Они еще более продуктивны и устойчивы к вредным воздействиям.

Использование для искусственного получения полиплоидов колхицина произвело подлинную революцию в области экспериментальной полиплоидии. С его помощью триплоидные и тетраплоидные формы получены более чем у 500 видов растений. Полиплоидизирующим эффектом обладают также некоторые дозы ионизирующих излучений.

Использование явления гаплоидии открыло большие перспективы в области разработки технологии для быстрого создания гомозиготных линий путем удвоения у гаплоидов набора хромосом. Частота спонтанной гаплоидии у растений очень низкая (у кукурузы — один гаплоид на тысячу диплоидов), в связи с чем разработаны способы массового получения гаплоидов. Одним из них является получение гаплоидов через культуру пыльников. Пыльники на стадии микроспор высаживают на искусственную питательную среду, содержащую стимуляторы роста — цитокинины и ауксины. Из микроспор образуются зародышеподобные структуры — эмбриоиды с гаплоидным числом хромосом. Из них в дальнейшем развиваются проростки, дающие после пересадки на новую среду нормальные гаплоидные растения. Иногда развитие сопровождается образованием каллуса с очагами морфогенеза. После пересадки на оптимальную среду из них также формируются эмбриоиды и проростки, вырастающие в нормальные гаплоидные растения.

Путем создания из гаплоидов гомозиготных диплоидных линий и их скрещивания получены ценные гибридные сорта кукурузы, пшеницы, ячменя, рапса, табака и других культур. Использование гаплоидов позволяет сократить срок создания гомозиготных линий в 2-3 раза.

В селекционных схемах по производству гибридных семян кукурузы, пшеницы и ряда других культур использовано явление ЦМС, что позволило упростить и удешевить этот процесс, т.к. была устранена ручная процедура кастрации мужских соцветий при получении гибридов F 1 .

Использование новейших достижений генетики и создание эффективных технологий позволило во много раз повысить продуктивность сортов культурных растений. В 70-х гг. появился термин “зеленая революция“, который отразил значительный скачок в урожайности важнейших сельскохозяйственных культур, достигнутый с помощью новых технологий. По расчетам экономистов вклад генетических методов в прибавку урожая составил 50%. Остальное приходится на использование усовершенствованных приемов обработки земли и достижений агрохимии. Внедрение сложных технологий привело к масштабному культивированию отдельных видов ограниченного числа культур. Это вызвало проблемы, связанные с болезнями и эпидемиями в результате поражения растений разными вредителями. Именно устойчивость растений к этим вредным факторам вышла на первое место в списке признаков для отбора.