Селекция - это наука о создании новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Теоретической основой селекции является генетика.

Задачи селекции :

Повышение продуктивности растений, животных и микроорганизмов

В ыведение новых пород, сортов, штаммов

О беспечение максимального производства с минимальными затратами

Для решения данных задач необходимо:

Знание закономерности наследования признаков

Изучение наследственной изменчивости

Изучение модификационной изменчивости (влияния среды на развитие признаков)

Изучение сортового, видового и родового разнообразия культур

Разработка стратегий и методов искусственного отбора

Породы животных, сорта растений и штаммы микроорганизмов - это искусственно созданные человеком популяции организмов, с характерным набором признаков, закреплённых наследственно (продуктивность). Штаммы - потомство одной клетки, чистая культура, но при этом от одной клетки можно получить разные штаммы.

Часто культурные растения и домашние животные не могут прожить без человека, поскольку в результате селекции организмам привили признаки, полезные для человека, но вредные для самих организмов.

В России основоположником селекции считается Николай Вавилов .

Установил 8 центров происхождения культурных растений, тк в ходе экспедиций он изучал их разнообразие и диких предков в разных местах земного шара.

Сформулировал закон гомологических рядов наследственности и изменчивости: виды и роды генетически близкие характеризуются сходными рядами генетической изменчивости. Зная, какие формы изменчивости наблюдаются у одного вида, можно предвидеть обнаружение аналогичных форм у родственного ему вида. Это происходит потому, что родственные виды произошли от общего предка в ходе естественного отбора. То есть потомки унаследовали от него примерно такой же набор генов и возникающие мутации должны быть сходными.

Действие закона распространяется на растения и животных: альбинизм и отсутствие перьев у птиц; альбинизм и бесшерстность у млеков. У растений наблюдается параллелизм по признакам: голое и пленчатое зерно, остистый и безостый колос.

Для селекции и сельского хозяйства это даёт возможность найти у родственных видов характерный признак, который отсутствует у одного, но есть у других. Медицина получает материал для своих исследований, поскольку можно изучать болезни человека, используя животных с гомологическими заболеваниями. Например сахарный диабет крыс, врожденная глухота мышей, катаракта собак и т.д.

Гибридизация

Процесс получения гибридов, основывается на объединении генетического материала разных клеток и организмов. Гибридов можно получить в ходе полового процесса, объединением соматических клеток. Гибридизация: межвидовая и внутривидовая (родственная и неродственная)

1) Инбридинг - близкородственное скрещивание организмов, с общими предками. Характерно для самоопыляющихся растений и гермафродитных животных.

Жёсткий - скрещивание близких родственников: матери и сына, брата с сестрой

Мягкий - скрещивание родственных организмов в 4 и последующих поколениях

С каждым поколением повышается гомозиготность гибридов, и поскольку многие вредные мутации находятся в рецессивных генах, в гомозиготном состоянии они проявляются. Следствием инбридинга является ослабление и вырождение потомков. С помощью инбридинга выводятся чистые линии , закрепляются редкие желательные признаки.

2) Аутбридинг - неродственное скрещивание организмов, без родственных связей на протяжении 6 предыдущих поколений. Это скрещивание представителей одного вида, но разных линий, сортов, пород. Применяют для объединения ценных свойств различных линий, для повышения жизнеспособности породных или сортовых линий, что позволяет предотвратить их вырождение.

Гетерозис - явление, при котором первое поколение гибридов имеет повышенную продуктивность и жизнеспособность по сравнению с родительскими формами.

Полное проявление гетерозиса наблюдается лишь в первом поколении, так как большинство аллелей переходит в гетерозиготное состояние. Далее они постепенно переходят в гомозиготное состояние и эффект гетерозиса слабеет. Применяется в сельском хозяйстве, тк в селекции растений всегда поддерживаются чистые линии. Гетерозис растений бывает репродуктивный, соматический и приспособительный.

4) Отдаленная или межвидовая гибридизация - скрещивание двух особей разных видов. Используется для объединения ценных качеств особей разных видов. Так были получены гибриды: пшеница и пырей, рожь и пшеница=тритикале, вишня и черёмуха = церопадус, белуга и стерлядь = бестер, жеребц и ослица = лошак, хорек и норка = хонорик, зайцы русак и беляк = тумак.

Дикий баран архар и тонкорунная овца меринос = архаромеринос

Кобыла и осел = мул, выносливый, сильный, бесплодный, с длительным сроком жизни и повышенной жизнеспособностью.

Проблема - бесплодие межвидовых гибридов. Происходит из-за того, что у разных видов разное количество и структура хромосом, поэтому нарушается конъюгация и процесс расхождения хромосом во время мейоза.

Особенно сложным является преодоление бесплодия у гибридов животных. В 1924г Карпеченко создал капустно-редечный гибрид и впервые преодолел бесплодие с помощью метода полиплодизации . Он скрестил редьку и капусту (2 n -18; n -9 хр-м). Но в ходе мейоза, хромосомы не коньюгировали и не расходились, гибриды были стерильны. Тогда, используя колхицин, блокирующий образование микротрубочек веретена деления, Карпеченко удвоил хромосомный набор гибридов до тетраплоидного (4 n -36, 2 n -18). Вследствие этого стала возможна конъюгация, образование гамет и восстановление плодовитости.

У животных стало возможным получать гибриды с помощью клеточной инженерии.

Отбор

Искусственный отбор - создание новых пород и сортов путем систематического сохранения и размножения особей с определенными признаками. Сначала отбор проводился бессознательно: человек проводил его с начала одомашнивания животных. Современный отбор проводится сознательно, на основе знаний селекции и генетики, то есть законов наследственности и изменчивости.

Теоретические основы были выдвинуты Чарльзом Дарвином. Он доказал, что сорта и породы имеют одного общего предка и не являются самостоятельными видами. Человек формировал сорта и породы согласно собственным интересам, зачастую в ущерб жизнеспособности животных.

- массовый направлен на сохранение группы. Применяется преимущественно для микроорганизмов и перекрёстнопыляемых растений. Отбор проводят по фенотипу , тем самым желательный признак всё более развивается.

- и ндивидуальный направлен на сохранение отдельных особей. Применяется для самоопыляемых растений (получение чистых линий) и животных. Поскольку период получения потомства у животных довольно долгий, отбор проводят по генотипу , для размножения оставляют отдельных особей.

Мутагенез

Мутагенез – получение мутаций с помощью физических и химических агентов. Например метод полиплодизации , эффект которой достигается воздействием яда колхицина, уничтожающего нити веретена деления.

Особенности селекции

1) Растений

Характерно половое и бесполое размножение, используется массовый отбор по фенотипу. Разные формы гибридизации. Полиплоидию используют для повышения устойчивости сортов и преодоления стерильности гибридов.

Мичурин – метод ментора : направленное воздействие растения-воспитателя на свойства молодого гибрида после прививки.

Особенности селекции животных

Животные размножаются только половым путём, что значительно ограничивает методы селекции. Основными методами являются индивидуальный отбор и разные формы гибридизации. В с\х применяется явление гетерозиса и искусственное оплодотворение.

Астауров - тутовый шелкопряд путем полиплодизации.

Иванов – украинская белая степная свинья путем межвидовой гибридизации

Особенности селекции микроорганизмов

Геном бактерий гаплоидный, представлен одной кольцевой молекулой ДНК, поэтому любые мутации проявляются уже в первом поколении. Однако очень высокая интенсивность размножения облегчает поиск мутантов. Основными методами являются экспериментальный искусственный мутагенез и отбор наиболее продуктивных штаммов. Так был получен штамм гриба пеницилла, продуктивность которого была увеличена в несколько раз.

Современные дополнительные методы селекции .

1. Искусственное осеменение.

2. Гормональная супер-овуляция.

3. Трансплантация эмбрионов.

Взгляды Дарвина

Дарвин изучал методы выведения новых пород и установил этапы: селекционер отбирает особи с нужными ему признаками; получает от них потомство; отбирает особей, у которых нужный признак выражен лучше. Через несколько поколений признак закрепляется, становится устойчивым, формируется новая порода или сорт.
Таким образом, в основе селекции лежат следующие факторы:

1. Исходное разнообразие особи, то есть их природная изменчивость.

2. Передаваемость признаков по наследству.

3. Искусственный отбор.

Заполните заявку на подготовку к ЕГЭ по биологии или химии

Краткая форма обратной связи

Урок в 9 классе «Генетические основы селекции организмов. Задачи современной селекции»

Цель: дать понятие о селекции, ее методах, целях и результатах, показать, что теоретической основой селекции является генетика.

Оборудование и материал: таблицы с изображением пород животных и сортов растений.

Базовые понятия и термины: селекция, искусственный отбор, порода, сорт, штамм, районирование, гибридизация, бессознательный отбор, методический отбор, массовый отбор, индивидуальный отбор.

Структура и содержание урока

1. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности

Вопросы к учащимся.
1)Какие сорта растений и породы животных вы знаете?
2)Каким образом селекционеры получали эти сорта и породы?
3)благодаря чему селекционеры получают такое многообразие сортов?
4)Могут ли знания о генетических особенностях организмов способствовать процессам селекции?

2. Изучение нового материала

Рассказ учителя.
Задачи и методы современной селекции.
Селекция – наука о методах создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Наиболее значительных успехов она достигла при активном использовании достижений генетики, которая явилась теоретической основой селекции. В селекционном процессе, как правило, выделяют, несколько этапов:
Обоснование цели и задач селекции;
Создание и подбор исходного материала;
Разработка схемы селекции, селекционный процесс (включая разнообразные методы селекции);
Сортоиспытание.
Возникновение научной селекции связано с эволюционным учением Ч. Дарвина, экспериментальными исследованиями Г. Менделя, В. Иогансена, селекционеров И. В. Мичурина, Л. Бербанка, работы которых послужили основой для разработки теории селекции. В свою очередь, открытие в генетике способствовали разработке методов селекционного процесса и повышению эффективности искусственного отбора. Так, например, открытия законов Менделя позволило целенаправленно вести подбор пар для скрещивания, а установление Н. И. Вавиловым центров происхождения культурных растений и обоснование закона гомологических рядов наследственной изменчивости дали возможность селекционерам разрабатывать методы эффективного поиска исходного материала. Изучение характера наследования хозяйственно ценных признаков способствовало созданию целой системы скрещиваний и позволили комбинировать различные свойства растений.
Н. И. Вавилов много сделал для разработки теоретических основ селекции и уточнения определения селекции как самостоятельной науки. Давая общее определение селекции как науки, Н. И. Вавилов писал: «Селекция по существу есть вмешательство человека в формообразование животных и растений; другими словами, селекция представляет собой эволюцию, направляемую волей человека» Н. И. Вавилов подчеркивал высокую степень комплексности селекции как научной дисциплины и считал, что она слагается из:
Учения об исходном материале;
Учения о наследственной изменчивости;
Учения о роли среды в выявлении сортовых признаков;
Теории гибридизации;
Теории селекционного процесса;
Учение об основных направлениях в селекционной работе (например, селекция – не иммунитет);
Частной селекции.
Использование различных методов в селекционном процессе привело к созданию нового направления - синтетической селекции. Она основана на применении исходного материала, создаваемого путём гибридизации различных сортов и форм. Основа синтетической селекции – перекомбинация и трансгрессия. При комбинационной синтетической селекции в одном гибридном растении сочетаются признаки и свойства двух или более родительских форм. Задача селекционера – отобрать и генетически стабилизировать гибридные растения, сочетающие эти признаки и свойства наиболее удачно. Трансгрессивная синтетическая селекция основана на отборе в расщепляющихся после гибридизации поколения особей с трансгрессиями, т. Е. с положительными признаками, выраженными в большей степени, чем у родителей. Успех трансгрессивной синтетической селекции зависит от правильного определения родительских пар, способных при скрещивании давать трансгрессии.
Изложение материала о сортах растений, породах животных, штаммах микроорганизмов.
Рассказ о формах искусственного отбора.

3. Обобщение, систематизация и контроль знания и умений учащихся

Беседа.
1) Назовите отрасли практического применения генетики.
2) Перечислите основные задачи современной селекции.
3) Какую роль для селекции играет разнообразие исходного селекционного материала?
4) Дайте определение: что такое сорт?

4. Самостоятельная работа учащихся

Дать ответы на вопросы.
1) Каков механизм искусственного отбора?
2) Что называют штаммами?
3) Как называется комплекс мероприятий, направленных на проверку соответствия свойств тех или иных пород или сортов условиям определенной природной зоны?
5) Почему сорта и породы нельзя назвать видами?

5. Домашнее задание

Теоретической основой селекции и семеноводства, является генетика - учение о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Положение ее о дискретности наследственности учение о мутациях и модификациях, понятия о генотипе и фенотипе, доминантности и рецессивности, гомо- и гетерозиготности, установление природы гетерозиса, трансгрессий и новообразований при гибридизации, все достижения генетики имеют важнейшее значение для развития эффективных методов селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур.

Для разработки эффективных методов создания сортов и гибридов с высокими технологическими и пищевыми качествами зерна необходимо изучить генетические и физиолого-биохимические закономерности наследственности и изменчивости содержания углеводов, фракционного и аминокислотного состава белков в зерне, характер изменчивости и наследования признаков качества зерна у пшеницы, пивоваренного ячменя, проса, семян зерновых бобовых и масличных культур и сформулировать теоретические основы трансгрессивной селекции по признакам, определяющим качественный состав основных веществ (белка, масла и др.). Важное значение имеет дальнейшее совершенствование методики электрофореза запасных белков зерна пшеницы и ячменя для подбора родительских форм при гибридизации и отбор наиболее ценных рекомбинантов по качеству зерна, морозостойкости, устойчивости к болезням и другим хозяйственно ценным признакам, а также для биотипного анализа сортов в первичных звеньях семеноводства. Очень важно изучить генетические основы и морфолого-анатомические особенности устойчивости хлебных злаков к полеганию и осыпанию и создать устойчивые сорта. Следует разрабатывать и совершенствовать методы получения новых форм растений с помощью полиплоидии, гаплоидии, культуры гибридных зародышей, а также клеточной, хромосомной и генной инженерии.

Генетика обосновала применение методов индивидуального отбора и разработала теорию скрещиваний. Одна из важнейших задач селекции - создание сортов, дающих продукцию высокого качества. Зерно новых высокопродуктивных сортов и гибридов зерновых культур должно иметь отличные технологические и пищевые качества, стабильные при изменяющихся условиях выращивания. В нашей стране выведено и районировано более 60 сортов сильной пшеницы (Безостая 1, Мироновская 808, Донская безостая, Одесская 51, Обрий, Саратовская 29, Саратовская 44, Целинная 60, Новосибирская 87 и др.), которые служат прекрасным исходным материалом для создания еще более высококачественных сортов для всех природно-климатических зон. Среди новых районированных сортов яровой пшеницы по технологическим качествам зерна выделяется Саратовская 54. Этот сорт характеризуется стабильно высоким содержанием белка в зерне и высоким объемным выходом хлеба, а также лучшей его пористостью. Качество клейковины у него выше, чем у сорта Саратовская 29. Среди образцов мировой коллекции имеются сорта и формы, обладающие исключительно высокими качествами зерна, - содержат от 18 до 22 % белка (образцы из Китая, Канады, Индии). Их успешно используют при гибридизации. Новые сорта пшеницы должны иметь повышенное содержание белка (15-16 %) и клейковины высокого качества.

Необходимо создать сорта озимой и яровой пшеницы, сочетающие высокую урожайность (соответственно 7-9 и 5-6 т с 1 га) с большим содержанием белка в зерне (16-17 и 18-19 %), высококачественной клейковиной и улучшенным аминокислотным составом. Важнейшая задача селекции - выведение сортов со стабильно высокими урожайностью и качеством зерна при различных погодных условиях. Создание высокобелковых сортов и гибридов кукурузы, пшеницы, ячменя и овса с повышенным содержанием лизина и других незаменимых аминокислот - также очень важная проблема селекции.

Ставится задача выведения новых сортов и гибридов подсолнечника с масличностью семян 58-60 %. В то же время важно добиться улучшения качества масла, т. е. определенного состава жирных кислот, соотношения липидов, повышенного содержания витаминов. Создание нового мутантного сорта Первенец, содержащего в масле до 75 % олеиновой кислоты против 30-35 % у обычных сортов, показывает огромные возможности, имеющиеся в селекции подсолнечника на качество продукции.

Селекцию зерновых бобовых культур нужно вести на повышенное содержание белка. Необходимо создать сорта сахарной свеклы с повышенной сахаристостью и высокими технологическими качествами, новые технические сорта картофеля с большим количеством крахмала и белка в клубнях. Важнейшая задача в селекции льна-долгунца и хлопчатника - выведение новых высокоурожайных сортов, дающих высокий выход и качество волокна.

Для успешного решения проблемы иммунитета растений большое значение имеет усовершенствование способов создания инфекционных фонов и определения расового состава ржавчины зерновых культур, фитофторы картофеля и других наиболее опасных болезней. Необходимо разработать методы выявления генов и доноров устойчивости к болезням и вредителям, изучить условия проявления их действия и характера наследования этого свойства в зависимости от подбора родительских пар и погодных условий. Должно найти применение ЭВМ и математическое моделирование для организации информационно-генетических систем регистрации и документации селекционного материала, разработки моделей сортов и селекционных программ, объективного подбора родительских пар, выбора оптимальной стратегии селекции.

Необходимо продолжать разработку вопросов организации и экономики промышленного семеноводства, совершенствовать приемы ускоренного размножения и внедрения в производство новых сортов и гибридов; разрабатывать применительно к условиям различных почвенно-климатических зон технологии выращивания; высокоурожайных семян во всех звеньях системы семеноводства; совершенствовать методы и схемы первичного семеноводства; продолжать исследования по выявлению лучших экологических и агротехнических условий для формирования высокоурожайных семян.

Сорту принадлежит очень важная роль в освоении энерго- и ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Это достигается за счет посева устойчивых к полеганию сортов зерновых культур и неосыпающихся сортов гороха, что позволяет убирать урожай прямым комбайнированием, скороспелых гибридов кукурузы и подсолнечника с быстрым высыханием зерна и семян при созревании, что обусловливает снижение затрат электроэнергии или топлива на сушку, раннелистопадных сортов хлопчатника, что дает возможность высокопроизводительно и без потерь проводить машинную уборку хлопка-сырца, и т. д.

Селекция растений - важнейший фактор ускорения научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. В последние годы происходит бурное развитие ее в нашей стране и за рубежом. На основе разработки высокоэффективных методов создания новых сортов получены важные практические результаты. К ним прежде всего относятся выведение короткостебельных сортов пшеницы и риса, позволяющих на высоком агрофоне получать урожай 10 т более с 1 га, создание гибридной кукурузы и гибридного сорго с потенциальной урожайностью 15 т с 1 га, разработка приемов коренного улучшения аминокислотного состава белка важнейших зерновых и зернофуражных культур, создание сортов некоторых культур, устойчивых к опасным заболеваниям, удвоение масличности семян подсолнечника и другие достижения. Селекция и хорошо налаженное семеноводство приобрели первостепенное значение в повышении урожайности и валовых сборов зерновых и других сельскохозяйственных культур.

Дальнейшее развитие этой науки привело к разработке принципиально новых методов создания исходного материала и приемов управления наследственностью. Наряду с классическими методами получения исходного материала путем гибридизации, использования местных сортов и естественных популяций все большую роль играют новые генетические методы: гетерозиса, экспериментального мутагенеза, полиплоидии, гаплоидии, культуры тканей, соматической гибридизации, хромосомной и генной инженерии. Применение указанных методов в селекционном процессе уже дало положительные результаты.

В Основных направлениях экономического и социального развития поставлены задачи усилить на основе использования биотехнологии и генной инженерии работу по созданию и внедрению в производство новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, отвечающих требованиям интенсивных технологий, устойчивых к неблагоприятным воздействиям внешней среды, пригодных к машинной уборке и удовлетворяющих запросам пищевой промышленности; совершенствовать организацию семеноводства и улучшать качество семян.

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.

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 развитие монтогенезом. 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 много направлений. Выделяют генетику микроорганизмов, растений, животных и человека. Генетика тесно связана с другими биологическими науками - эволюционным учением, молекулярной биологией, биохимией. Она является теоретической 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.