Главная страница

Учебное пособие по общей биологии селекция это наука о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами


Скачать 37,25 Kb.
НазваниеУчебное пособие по общей биологии селекция это наука о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами
Дата03.12.2016
Размер37,25 Kb.
ТипУчебное пособие
  • СЕЛЕКЦИЯ

Селекция – это наука о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами

  • Порода, сорт, штамм – это популяция организмов, полученных в результате селекции, которые характеризуются определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками и определенным уровнем продуктивности.
  • Задачи селекции
  • Повышение урожайности сортов и
  • продуктивности животных
  • Повышение устойчивости к заболеваниям
  • Улучшение качества продукции
  • Пригодность для механизированного или
  • промышленного выращивания и разведения
  • Экологическая пластичность сортов и пород
  • Методы селекции
  • Основой селекционной работы является искусственный отбор, позволяющий в короткое время и при ограниченном числе особей получить нужный сорт, породу или штамм
  • Методы отбора
  • Массовый отбор:
  • Применяется для
  • получения сортов
  • перекрестноопыляе-
  • мых растений. Все
  • потомки гетерозигот-
  • ны. Результаты
  • неустойчивые из-за
  • случайного пере-
  • крестного опыления
  • Индивидуальный
  • Отбор:
  • Применяется для
  • самоопыляемых расте-
  • ний. Отбираются
  • отдельные растения и
  • от них получают
  • потомство, которое
  • генетически однородно.
  • Получают чистые
  • линии
  • Естественный
  • Отбор:
  • Формируется
  • устойчивость к
  • среде обитания.
  • Получают
  • районированные
  • сорта и породы
  • Методы гибридизации
  • Инбридинг
  • Гетерозис
  • Полиплоидия
  • Отдаленная гибридизация
  • ЦМС (цитоплазматическая мужская стерильность
  • Искусственный мутагенез
  • Генная инженерия
  • Гибридизация – это получение гибридов от скрещивания генетически разнообразных организмов
  • 1 сорт (порода)
  • 2 сорт (порода)
  • +
  • Новый сорт (порода)
  • Селекция – это комплексная наука, теоретической основой которой является генетика.
  • Основоположником теоретической селекции является Н.И. Вавилов, который и определил основные задачи этой науки.
  • С 1924 и по 1939 годы Н.И. Вавилов организовал 180 экспедиций с целью изучения многообразия и географичес-
  • кого распространения культурных растений. В ходе экспедиций было собрано более 250000 образцов растений из различных регионов земного шара, которые до сих пор используются в качестве исходного материала для выведения новых сортов растений. Экспедиции позволили Вавилову выявить мировые очаги (центры происхождения) культурных растений.
  • Центры происхождения культурных растений: 1 – Тропический центр; 2 – Восточноазиатский; 3 – Среднеазиатский; 4 – Переднеазиатский; 5 – Средиземноморский; 6 – Абиссинский; 7 – Центральноамериканский; 8 – Южноамериканский.
  • Тропический центр
  • Включает территорию тропической Индии, Индо-Китая и островов Юго-Восточной Азии. Из этого центра ведет начало около 30% возделываемых в настоящее время растений. Более 1 млрд. человек до сих пор проживает на этой территории.
  • Здесь родина риса, сахарного тростника, большого количества тропических плодовых и овощных культур (цитрусовые, баклажан, огурец и др.)
  • Рис Огурец
  • Восточнокитайский центр
  • Включает умеренные и субтропические части Центрального Китая, Корею, Японию и о. Тайвань. Около 20% всей мировой культурной флоры ведет начало из Восточной Азии.
  • Это родина таких растений, как соя, проса, многих овощных и плодовых культур (яблоня, груша, слива, вишня и др.)
  • Среднеазиатский центр: включает территории Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Это родина: пшеницы, фасоли, гороха, ржи, льна, конопли, лука, чеснока, винограда, дыни, тюльпанов и роз (14%). Переднеазиатский центр: территория Малой Азии и Кавказ. Родина шпината, грецкого ореха, миндаля, пшеницы, ржи, граната, хурмы.
  • Дыня
  • Роза
  • Чеснок
  • Среднеазиатский центр

Переднеазиатский центр

  • Шпинат
  • Грецкий орех
  • Средиземноморский центр: включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот центр дал начало 10-11% видов культурных растений. Среди них такие, как маслины, капуста, спаржа, петрушка, свекла и кормовые травы (клевер и др.)
  • Капуста
  • Клевер
  • Спаржа
  • Петрушка

Абиссинский центр

  • Включает территории Эфиопии, части Судана, Сомали и юга Аравийского полуострова. Здесь много эндемичных растений: нуг, кофейное дерево, особый вид банана, арбуз, твердая пшеница, ячмень, сорго (всего 3-4%)
  • Арбуз
  • Ячмень
  • Центральноамериканский центр: охватывает большую территорию Мексики и Центральной Америки. Из этого центра ведет начало около 8% различных культурных растений, таких как кукуруза, подсолнечник, хлопчатник, фасоль, тыква, какао, авокадо, табак.
  • Кукуруза
  • Белая акация
  • Подсолнечник
  • Земляника
  • Южноамериканский центр: территория западного побережья Южной Америки – Колумбии, Перу и Чили.
  • Это родина картофеля, томата, арахиса, ананаса, хинного дерева и кокаинового куста.
  • Арахис
  • Картофель
  • Томат

Большой вклад в развитие селекции растений внесли работы И.В. Мичурина.

  • Большой вклад в развитие селекции растений внесли работы И.В. Мичурина.
  • Мичурин скрещивал местные морозостойкие сорта с южными, а полученные сеянцы подвергал строгому отбору и содержанию в суровых условиях. Так были получены сорта яблонь Антоновка, Славянка.
  • Он предложил метод ментора, при котором признаки гибрида изменяются под влиянием привоя или подвоя. Таким путем был получен сорт яблони Бельфлер-китайка.
  • Для преодоления нескрещива-емости видов он преложил: 1. Метод предварительных прививок; 2. Метод посредника; 3. Опыление смесью пыльцы.

1. Метод предварительных прививок: изменение химического состава привоя (рябина на груше опыление гибрид)

  • 1. Метод предварительных прививок: изменение химического состава привоя (рябина на груше опыление гибрид)
  • 2. Метод посредника: культурный персик + монгольский миндаль гибрид (посредник) + культурный персик морозостойкий персик.
  • 3. Опыление смесью пыльцы: пыльцевые трубки с различным генотипом стимулируют друг друга для прорастания и оплодотворения.
  • Полученные Мичуриным сорта культурных растений являются гетерозиготными, поэтому для сохранения сортовых качеств, применяют вегетативное размножение – прививками, отводками и черенками.
  • Применяя метод гибридизации, И.В. Мичурин получил гибриды малины и ежевики, рябины и боярышника, терна и сливы.
  • Антоновка полуторафунтовая. Получен в виде почковой вариации на одной из ветвей старого сорта Антоновки могилевской белой.
  • Актинидия ананасная Мичуринская. Прекрасный сорт получен путем селекции от третьей генерации Актинидии коломикты Макс.
  • Вишня Краса севера. Получена от опыления вишни Владимирской пыльцой черешни Винклера белая.
  • Груша Бере зимняя Мичурина. Получена от скрещивания Уссурийской дикой груши ( слева вверху) и иностранной груши Бере рояль.
  • Бельфлер – китайка. Получена от скрещивания китайской яблони (слева внизу) и Бельфлера желтого американского (слева вверху).
  • Кандиль- китайка. Получена от скрещивания китайки (слева вверху) и Крымского сорта Кандиль-синап.
  • Северный бужбон. Получен путем опыления сорта Бужбона смесью пыльцы сортов Эдельротер и Эдельбемер.
  • Слива Ренклод реформа (справа). Получена путем гибридизации Ренклода зеленого (слева вверху) и тернослива (внизу)
  • Чернослив Козловский. Получен путем гибридизации терносливы и венгерки Анна Шпет
  • Рябина Мичуринская десертная. Лучший сорт по вкусовым качествам. Получен от скрещивания рябины Ликерной с мушмулой.
  • Шафран – китайка. Сорт получен путем опыления Ренета орлеанского пыльцой китайской садовой яблони.
  • Малина техас. Ягоды до 4 см длины и весом до 10 г. Получена путем отбора из сеянцев американской ежевики Логан
  • Абрикос лучший Мичуринский. Сорт произошел от отборного сеянца монгольского абрикоса.

В селекции растений очень широко используется отдаленная гибридизация. Впервые в 1760 г. И.Г. Кёльрёйтер вывел межвидовой гибрид табака. В 1888 г. немецкий селекционер Ришпау получил гибрид пшеницы и ржи, названный тритикале. Сейчас много сортов тритикале: Житница 1, Ставропольская 1, ВОСЕ 1.

  • В селекции растений очень широко используется отдаленная гибридизация. Впервые в 1760 г. И.Г. Кёльрёйтер вывел межвидовой гибрид табака. В 1888 г. немецкий селекционер Ришпау получил гибрид пшеницы и ржи, названный тритикале. Сейчас много сортов тритикале: Житница 1, Ставропольская 1, ВОСЕ 1.
  • Научную методику получения плодовитых межвидовых гибридов предложил в 1924 г. Г.Д. Карпеченко. Для скрещивания редьки и капусты он с помощью колхицина удвоил набор хромосом и плодовитость восстановилась. Был получен гибрид Рафанобрассика.
  • Использование полиплоидии для преодоления стерильности гибридов очень широко используется в селекции растений. Н.В. Цицин таким путем скрестил пшеницу с пыреем ползучим и получил многолетнюю пшеницу.
  • Размеры зерна у диплоидной ржи (слева) и тетраплоидной ржи (справа)
  • Достижения селекции растений
  • Академик П.П. Лукьяненко создал ряд высокоурожайных сортов озимой пшеницы: Безостая 1 (50 ц/га), Аврора и Кавказ (100 ц/га)
  • Академик В.В. Ремесло создал сорта яровой пшеницы: Мироновская 264 и 808 (60-70 ц/га) и Ильичевка (100 ц/га).
  • В.Н. Мамонтов и А.П. Шехурдин создали яровой сорт пшеницы Саратовская 29 (до 80-90 ц/га)
  • Академик В.С. Пустовойта вывел сорт подсолнечника, содержащего до 50% масла в семенах.
  • Яровая пшеница Новосибирская 67 (до 45 ц/га в Западной Сибири) была получена путем искусственного мутагенеза.
  • Получен сорт картофеля дающий урожай почти в 1000 ц/га, что в 4 раза выше среднего урожая по стране.
  • Районы одомашнивания животных
  • Селекция животных происходила в тех же центрах, что и растений и началась видимо случайно. Пойманные детеныши содержались в неволе, и те, которые смогли выжить и не вели себя агрессивно по отношению к человеку оставлялись, т.е. отбор был по поведению и способности жить в неволе.
  • Выделяют 8 районов одомашнивания животных: 1. Передняя Азия. 9-10 тыс. лет назад из дикого барана Муфлона была одомашнена овца.
  • 2. Индонезийско-Индокитайский. Были одомашнены собака (от волка 10 тыс. лет), свинья (камышовый кабан 8 тыс. лет), куры (красные куры Фиджи), утки и гуси ( от диких уток и гусей).
  • 3. Малая Азия. Из диких горных коз примерно 7-8 тыс. лет назад одомашнены козы.
  • 4. Евразия. Были одомашнены крупный рогатый скот (от дикого быка Тура 5-6 тыс. лет) и свиньи (от дикого лесного кабана 8 тыс. лет).
  • 5. Степи Причерноморья. Из дикого тарпана примерно 5-6 тыс. лет назад была одомашнена лошадь.
  • 6. Североафриканский. Около 3,5 тыс. лет назад из дикой камышовой кошки была одомашнена кошка.
  • 7. Южноамериканский. Около 1 тыс. лет назад была одомашнена лама из диких лам и морская свинка из обитающих до сих пор в этом районе диких морских свинок.
  • 8. Центральноамериканский. Здесь около 2 тыс. лет назад была одомашнена индейка из диких индеек.
  • ИНБРИДИНГ – близкородственное скрещивание, которое приводит к повышению гомозиготности. Применяется для получения чистых линий.
  • Часто приводит к снижению общей жизнестойкости из-за накопления вредных рецессивных аллелей.
  • Единственный метод, используемый для сохранения сорта или породы в чистом виде.
  • Буденовская порода лошадей
  • Сорт яблок «Бужбон»
  • ГЕТЕРОЗИС – (греч. «изменение») гибридная мощь, явление повышенной урожайности, жизнеспособности, высокой плодовитости гибридов первого поколения от скрещивания разных чистых линий. Потомки превышают по этим показателям обоих родителей.
  • У гибридов второго поколения гетерозисный эффект почти исчезает.
  • Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние, взаимодействием генов.
  • Очень широко применяется для получения с/х продукции в растениеводстве и животноводстве. Для его продления используют у растений вегетативное размножение, а у животных скрещивание гибридов первого поколения с новой чистой линией, а их потомков с исходными породами.
  • ПОЛИПЛОИДИЯ – наследственные изменения, связанные с кратным увеличение основного числа хромосом в клетках растений, приводящее к мощному развитию вегетативных органов, плодов, семян и вкусовых качеств.
  • Иногда встречается в естественных условиях (картофель, табак, томаты).
  • Большинство культурных растений – полиплоиды.
  • Типы полиплоидии
  • Аутополиплоидия:
  • Внутривидовая; кратное увеличение
  • набора хромосом (генома)
  • 2n – 4n – 8n – 16n – 32n
  • Аллополиплоидия:
  • Межвидовая; суммирование
  • геномов разных видов, а затем
  • их кратное увеличение
  • 1n (14) + 1n (7) = 2n (21) – 4n (42)
  • ОТДАЛЕННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ – скрещивание растений и животных разных видов, а иногда и родов.
  • Полученные таким образом гибриды бесплодны, т.к. хромосомы разных видов негомологичны и не могут конъюгировать при мейозе (не происходит образования гамет).
  • В 1924 г. Г.Д. Карпеченко нашел способ преодоления бесплодия у таких гибридов растений – путем удвоения числа хромосом и получения полиплоида. В результате у каждой хромосомы появляется свой гомолог.
  • У животных это достигается путем сложных заводских скрещиваний, т.к. все полиплоиды у них гибнут в эмбриональном состоянии.
  • Применяется для получения высоких и стабильных урожаев растений и продуктивности животных.
  • ЦМС (ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МУЖСКАЯ СТЕРИЛЬНОСТЬ)
  • В 1929 г. генетик М.И. Хаджинов нашел в посевах кукурузы растения с мужской стерильностью и предложил использовать это явление для получения гибридных семян у обоеполых и самоопыляемых растений. Стерильность обусловлена взаимодействием особого типа цитоплазмы S и генов rf. В практике используются лишь семена гибридных растений первого поколения от скрещивания двух чистых линий, дающее урожайность на 20-30% выше.
  • S
  • rf
  • rf
  • Rf
  • Rf
  • Rf
  • rf
  • Стерильно
  • Фертильно
  • Фертильно
  • Схема наследования ЦМС
  • Внедрение гетерозисных гибридов растений приносит значительный чистый доход производителям продукции с/х
  • Гены ядра
  • результат
  • ИСКУССТВЕННЫЙ МУТАГЕНЕЗ
  • ИМ – искусственное получение мутаций путем воздействия радиационного излучения и химических веществ на семена растений, приводящее к изменению генов.
  • Таким методом создаются новые сорта томатов, картофеля, кукурузы, хлопчатника, пшеницы.
  • Пшеница
  • Новосибирская 7
  • Пшеница
  • Новосибирская 67
  • Низкорослая, устойчивая
  • к полеганию
  • Урожайность 30-40 ц/га
  • R
  • Очень широко искусственный мутагенез используется в селекции микроорганизмов
  • ГЕННАЯ И КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
  • Клеточная инженерия – метод получения новых клеток и тканей на искусственных питательных средах. В основе метода лежит высокая способность растительных клеток к регенерации и из одной клетки вырастает целое растение.
  • Генная инженерия основана на пересадке генов из одних организмов в другие. Этапы генной инженерии:
  • С помощью ферментов
  • рестриктаз выделяют
  • гены из клеток
  • бактерий,
  • растений и животных
  • С помощью ферментов
  • лигаз соединяют
  • отдельные фрагменты
  • ДНК в единую молекулу
  • в составе плазмиды
  • Полученную конструк-
  • цию вводят в клетку
  • хозяина, где она
  • репрецируется и
  • передается потомству
  • Растения и животные, геном которых изменен таким путем, называются трансгенными. Около 40% культурных растений, выращиваемых на Западе являются трансгенными.

Технология рекомбинантных ДНК (молекулярное клонирование)

  • 1. Из организма донора извлекают нужную ДНК, подвергают ее ферментативному гидролизу и извлекают нужный ген.
  • 2. У бактерий или других клеточных структур извлекают вектор (плазмиду) и его разрезают.
  • 3. Вставляют в вектор фрагмент ДНК.
  • 4. Полученную конструкцию вводят в клетку хозяина, где она передается потомкам.
  • 5. Получают специфический белковый продукт, синтезируемый клетками хозяина.

Направления генной инженерии

  • 1. Производство пищи: Трансгенные растения содержат все необходимые аминокислоты, микроорганизмы производят все необходимые ферменты, витамины и дешевый белок, а продуктивность животных увеличилась в 3-5 раз. Стало возможным производство пищи минуя животноводство и растениеводство, только из микроорганизмов. Пока остается главным - генная селекция растений, животных и бактерий с целью повышения продуктивности, устойчивости к болезням и абиотическим факторам и внедрения генов животных в гены растений.
    • Новые растения: Соккура (соя + кукуруза), сотаба (соя + табак), картомидор (картофель + помидор).
    • 2. Производство источников энергии и новых материалов: бензин заменяют этиловым спиртом, полученный бактериями из растительного сырья. Использование «биогаза», искусственной нефти, солярки из бытовых отходов. Производство искусственных тканей с помощью микроорганизмов. Получение пластмасс путем синтеза окиси пропилена.
    • 3. Генная инженерия в медицине: производство лекарств (инсулин, интерферон, соматотропин, антибиотики, вакцины, витамины), генная терапия: выделение поврежденного гена и переноса нормального в клетку (генные болезни обмена веществ)