1. Что такое селекция.
Слово "селекция" произошло от лат. "selectio" , что в переводе обозначает "выбор , отбор". Селекция ¦ это наука , которая разрабатывает новые пути и методы получения сортов растений и их гибридов , пород животных. Это также и отрасль сельского хозяйства , занимающаяся выведением новых сортов и пород с нужными для человека свойствами: высокой продуктивностью , определенными качествами продукции , невосприимчивых к болезням , хорошо приспособленных к тем или иным условиям роста.
2. Генетика , как теоретическая основа селекции.
Теоретической основой селекции является генетика -наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она изучает закономерности наследования признаков и свойств родительских форм , разрабатывает методы и приемы управления наследственностью. Применяя их на практике при выведении новых сортов растений и пород животных , человек получает нужные формы организмов , а также управляет их индивидуальным развитием онтогенезом.
Основы современной генетики заложил чешский ученый Г. Мендель , который в 1865 году установил принцип дискретности , или прерывности , наследовании признаков и свойств организмов.
В опытах с горохом исследователь показал , что признаки родительских растений при скрещивании не уничтожаются и не смешиваются , а передаются потомству либо в форме , характерной для одного из родителей , либо в промежуточной форме , вновь проявляясь в последующих поколениях в определенных количественных соотношениях. Его опыты доказали также , что существуют материальные носители наследственности , в последствии названные генами. Они особые для каждого организма.
В начале двадцатого века американский биолог Т. Х. Морган обосновал хромосомную теорию наследственности , согласно которой наследственные признаки определяются хромосомами органоидами ядра всех клеток организма. Ученый доказал , что гены расположены среди хромосом линейно и что гены одной хромосомы сцеплены между собой. Признак обычно определяется парой хромосом. При образовании половых клеток парные хромосомы расходятся. Полный их набор восстанавливается в оплодотворенной клетке. Таким образом новый организм получает хромосомы от обоих родителей , а с ними наследует те или иные признаки.
В двадцатых годах возникли и стали развиваться мутационная и популяционная генетики. Популяционная генетика это область генетики , которая изучает основные факторы эволюции наследственность , изменчивость и отбор - в конкретных условиях внешней среды , популяции. Основателем этого направления был советский ученый С. С. Четвериков. Мутационную генетику мы рассмотрим параллельно с мутагенезом.
В 30-е годы генетик Н. К. Кольцов предположил , что хромосомы - это гигантские молекулы , предвосхитив тем самым появление нового направления в науке молекулярной генетики.
Позднее было доказано , что хромосомы состоят из белка и молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В молекулах ДНК и заложена наследственная информация , программа синтеза белков , являющихся основой жизни на Земле.
Современная генетика развивается всесторонне. В ней мно-го направлений. Выделяют генетику микроорганизмов , растений , животных и человека. Генетика тесно связана с другими биологическими науками - эволюционным учением , молекулярной биологией , биохимией. Она является теоритической основой селекции. На основе генетических исследований были разработаны методы получения гибридов кукурузы , подсолнечника , сахарной свеклы , огурца , а также гибридов и помесей животных , обладающих вследствие гетерозиса (гетерозис- это ускорение роста , увеличение размеров , повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими организмами)повышенной продуктивностью.
3. Основные методы , применямые в селекции.
3. а. Отбор.
Основа любого сорта растений или породы животных родоначальник. Его ценность состоит в накоплении в генотипе многих генов , обусловливающих высокую продуктивность или другие нужные качества. Потомство от выдающегося родоначальника , сходное с ним по фенотипу и генотипу состовляет линии животных или растений. Они поддерживаются целенаправленным отбором. Особенно отбор применяется в животноводстве , где отбор произ водителей играет первостепенную роль в племенном деле. В народе говорят:"Производитель - половина стада".
3. б. Гибридизация.
Гибридизацией называют скрещивание организмов с различной наследственностью. В результате получают новый организм , сочетающий наследственные задатки родителей. Для первого поколения гибридов часто характерен гетерозис. При гетерозисе при скрещивании организмов с разной наследственностью происходит биохимическое обогащение гибрида , у него усиливается обмен веществ. В последующих поколениях эффект гетерозиса постепенно затухает. У вегетативно размножаемых растений (картофель , плодовые и ягодные культуры) возможно закрепление гетерозиса в потомстве. Гибридизацию применяют для получения ценных форм растений и животных. Скрещивание особей , принадлежащих к разным видам , называют отдаленной гибридизацией , а скрещивание подвидов , сортов растений или пород животных внутривидовой. В зоотехнии(наука о раведении , кормлении , содержании и правильном использовании сельскохозяйственных животных , теоритическая основа животноводства) различают собственно гибридизацию и межпородное скрещивание животных , потомство от которых называется помесным , помесями. Помеси легко скрещиваются между собой и дают потомство.
Процесс гибридизации , преимущественно естественной наблюдали очень давно. Гибриды от скрещивания лошади с ослом (мул , лошак) существовали уже за 2000 лет до н. э. Искусственные гибриды (при скрещивании гвоздик) впервые получил английский садовод Т. Фэрчайлд в 1717 году. Большое число опытов по гибридизации провел Чарльз Дарвин.
Гибридизацию , особенно форм и сортов в пределах одного вида широко используют в селекции растений , с помощью метода гибридизации создано большинство современных сортов сельскохозяйственных культур.
3. в. Полиплоидия.
В 1892 году русский ботаник И. И. Герасимов исследовал влияние температуры на клетки зеленой водоросли спирогиры и обнаружил удивительное явление - изменение числа ядер в клетке. После воздействия низкой температурой или снотворным (хлороформом и хлоралгидратом) он наблюдал появление клеток без ядер , а также с двумя ядрами. Первые вскоре погибали , а клетки с двумя ядрами успешно делились. При подсчете хромосом оказалось , что их вдвое больше , чем в обычных клетках. Так было открыто наследственное изменение , связанное с мутацией генотипа , т. е. всего набора хромосом в клетке. Оно получило название полиплоидии , а организмы с увеличенным числом хромосом - полииплоидов.
В природе хорошо отлажены механизмы , обеспечивающие сохранение постоянства генетического материала. Каждая материнская клетка при делении на две дочернии строго распределя ет наследственное вещество поровну. При половом размножении новый организм образуется в результате слияния мужской и женской гаметы. Чтоб сохранилось постоянство хромосом у родителей и потомства , каждая гамета должна содержать половину числа хромосом обычной клетки. И в самом деле , происходит уменьшение в два раза числа хромосом , или , ка назвали ученые редукционное деление клетки , при котором в каждую гамету попадает только одна из двух гомологичных хромосом. Итак , гамета содержит гаплоидный набор хромосом - т. е. по одной от каждой гомологичной пары. Все соматические клетки диплоидны. У них два набора хромосом , из которых один поступил от материнского организма , а другой от отцовского.
Полиплоидия успешно исполизуется в селекции.
3. г. Мутагенез.
В 20-х годах стало развиваться мутационная генетика - учение о возникновении мутаций , т. е. таких изменений признаков организмов , которые передаются по наследству. Мутации возникают в половых клетках.
Советский ученый Н. И. Вавилов установил , что у родственных растений возникают сходные мутационные изменения , например у пшеницы в окраске колоса , остистости. Эта закономерность объясняется сходным составом генов в хромосомах родственных видов. Открытие Н. И. Вавилова получило название закона гомологических рядов. На основании его можно предвидеть появление тех или иных изменений у культурных растений.
Изменчивость организмов - одно из важнейших проявлений жизни. В природе не существует двух совершенно сходных особей. Различия обусловленны наследственными и внешними факторами. Поэтому изменчивость организмов выражается в двух формах:наследственной и модификационной.
Внешний вид окружающих нас организмов - это результат сложного взаимодействия их наследственной основы и факторов окружающей среды. Каждое растение в разных условиях выглядит по-разному. Например , во влажный год у растений крупные , мясистые листья , а в засушливый - мелкие , тонкие. Если бы листья в сухих условиях оставались такими же крупными , избыточное испарение влаги привело бы к их гибели. Свойство организмов реагировать на изменение окружающей среды названо нормой реакции.
Модификационная изменчивость играет огромную роль в сохранении и распространении вида. Эволюция происходит за счет наследственных изменений , мутаций и рекомбинаций наследственных факторов.
У одного и того же организма стабильность генов различна: один ген может мутировать в несколько раз чаще другого. Различия в мутабельности отмечены не только между разными генами , но и разными формами вида. Склонность к мутированию не одинакова и у разных видов. На частоту мутирования оказывают влияние физиологические и биохимические изменения , происходящие в клетке под влиянием внешних условий. Под действием некоторых внешних факторов количество мутаций увеличивается в сотни раз.