Что нужно знать об основных методах селекции и биотехнологии — основные сведения

Понятие селекции

Селекция — это наука о выведении новых и улучшении уже имеющихся растений и животных, которые используются человеком в практических целях.

Селекция растений — это совокупность методов создания сортов растений и их гибридов с нужными человеку свойствами.

Деятельность по отбору и улучшению качеств растений сопровождает человечество на протяжении всей истории цивилизации. Земледелие появилось примерно 10 тысяч лет до нашей эры. Первыми сельскохозяйственными культурами стали пшеница и ячмень. Уже первые земледельцы умели отбирать лучшие популяции растений с тем, чтобы улучшить урожайность. На протяжении многих веков люди совершенствовали сорта растений, но эта деятельность велась на несистематической основе и во многом была стихийной.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

С XVII века селекция растений проводится на научной основе, целенаправленно и систематически. Одним из первых описанных примеров применения искусственной гибридизации на практике являются опыты английского садовода Фэрчайлда. В 1717 году он скрестил разные виды гвоздик.

Основателем научной гибридизации растений является немецкий ботаник Йозеф Кельрейтер (1733—1806). Он провел и описал опыты по внутривидовому и межвидовому скрещиванию огромного количества растений.

Огромное значение для селекции имели идеи создателя эволюционной теории Чарльза Дарвина (1809—1882). Он впервые ввел в научный оборот представление о естественном и искусственном отборе.

В 1860-е годы чешско-австрийским исследователем Георгом Менделем (1822—1884) были открыты основные законы генетики. Его научные труды не нашли в свое время применения. В 1900 году ученые Чермак, Корренс и Фриз подтвердили законы, описанные Менделем. Это стало началом развития генетики, которая оказало мощное влияние на селекцию.

В XX веке были открыты методы биотехнологии. Они изменили само представление о возможностях селекции растений и позволили создать огромное количество новых биологических видов.

Личность 1

Мичурин Иван Владимирович (1855—1935) — российский биолог и селекционер, заложивший основы отечественной селекции растений. Вывел многие плодово-ягодные сорта.

Мичурин

Источник: histrf.ru

В своей работе Мичурин применял метод отдаленной гибридизации, в том числе скрещивал виды, произрастающие в разных географических регионах.

Пример 1

Например, Мичурин скрестил дикую уссурийскую грушу и французский сорт груш Бере рояль. В итоге получился морозоустойчивый сорт с высокими вкусовыми качествами.

груша

Источник: agrolib.ru

Личность 2

Вавилов Николай Иванович (1887—1943) — российский и советский ученый-генетик, селекционер, ботаник. Благодаря усилиям Вавилова в СССР была создана сеть научных учреждений по аграрным наукам, заложены основы государственной системы по испытанию полевых растений, собрана уникальная коллекция культурных растений, насчитывающая более 250 тысяч образцов.

Вавилов

Источник: scientificrussia.ru

Задачи селекции и биотехнологии

Селекция растений помогает решить человеку ряд важных задач. В первую очередь она позволяет получить сельскохозяйственные растения с полезными для человека свойствами.

Особое значение имеет выведение сортов растений, обладающих следующими характеристиками:

  1. Высокая урожайность.
  2. Адаптация к региональным климатическим условиям (например, морозоустойчивость или устойчивость к засухе).
  3. Высокий иммунитет и устойчивость к болезням.

Получение сортов с более высокой продуктивностью помогает бороться с проблемой голода, что особенно актуально для бедных развивающихся регионов.

Помимо получения сельскохозяйственных сортов, селекция применяется также для выведения лесных, декоративных и лекарственных растений.

Благодаря методам биотехнологии создаются сорта с высоким генетическим потенциалом продуктивности. Генная инженерия позволяет ускорить естественные природные процессы, а также получить растения, устойчивые к болезням и к естественным вредителям.

Пример 2

Генетически модифицированные сорта картофеля и томатов проявляют устойчивость по отношению к колорадскому жуку, хлопчатника — к насекомым-вредителям.

Методы селекции растений

Самым древним способом селекции является искусственный отбор.

Искусственный отбор — отбор человеком наиболее полезных для него с хозяйственной или декоративной точки зрения растений или животных с целью их последующего разведения.

Основные виды искусственного отбора:

  1. Массовый — при данном виде отбора отбраковывает особей, которые по фенотипу не соответствуют интересам человека.
  2. Индивидуальный — основан на отборе по потомству, то есть по генотипу. Человек отбирает особей, которые обладают интересующими его качествами и исследует появление этих качеств у потомства.

Фенотип растения — совокупность всех свойств и признаков растения, приобретенных им в результате процесса развития под влиянием условий окружающей среды.

Фенотип определяется генотипом.

Генотип — совокупность генов данного организма.

С XVIII века в селекции растений активно применяется метод гибридизации.

Гибридизация — процесс получения гибридного потомства от разных особей.

Бывает внутривидовой и отдаленной, естественной и искусственной.

Естественная гибридизация происходит в зоне натурального контакта в природе растений.

Пример 3

Например, в результате естественной гибридизации возникает гибрид осины и белого тополя — серый тополь.

В селекции естественные гибриды могут иметь хозяйственное значение, но в основном используется метод искусственной гибридизации.

Пример 4

Например, путем искусственной гибридизации был получен желтый арбуз. Он является результатом скрещивания дикого и обыкновенного красного арбуза.

арбуз

Источник: agronomu.com

В зависимости от целей селекции используют различные способы скрещивания растений:

  • прямое — обычное скрещивание;
  • возвратное — сначала получают гибрид, а затем скрещивают его с одной из родительских особей;
  • поглотительное (насыщающее) — состоит в многократном повторении возвратного скрещивания;
  • конвергентное — заключается в том, что сначала скрещивают исходные особи, затем получившиеся гибриды, потом гибриды гибридов.

Еще одним методом селекции растений является инбридинг (инцухт).

Инбридинг — скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции.

В результате инбридинга получают чистые линии особей.

С начала XX века в селекции стали активно использоваться такие новые методы селекции как экспериментальная полиплоидия и экспериментальный мутагенез.

Экспериментальная полиплоидия — искусственно вызванное нарушение нормального расхождения хромосом при делении клетки, приводящее к увеличению числа хромосом.

Эффект полиплоидии вызывается воздействием разных факторов:

  • повышение температуры;
  • ионизирующее излучение;
  • воздействие химическими соединениями.
Пример 5

Например, путем воздействия химического вещества колхицин на зерна получается гибрид пшеницы и ржи — тритикале. Он является амфидиплоидом, то есть сочетает в себе полные диплоидные наборы обоих родительских видов. Трикале используется как кормовая и продовольственная культура, обладает повышенной устойчивостью к холоду и вредителям.

рожь

Источник: agroportal-ziz.ru

Существует два основных вида полиплоидии:

  1. Автополиплоидия — осуществляется путем кратного увеличения хромосом одного вида. Полученные таким образом растения обычно имеют крупный размер, высокую плодовитость, устойчивы к неблагоприятным воздействиям окружающей среды и патогенным факторам. Автополиплоиды, как правило, стерильны и размножаются вегетативным путем.
  2. Аллополиплоидия — происходит за счет увеличения числа хромосом при межвидовой и межродовой гибридизации. Часто используется для восстановления способности к размножению.
Пример 6

Например, путем аллополиплоидии в 1924 году советский селекционер Карпеченко впервые вывел способный к размножению гибрид редьки и капусты.

Экспериментальный мутагенез — воздействие на организмы мутагенными факторами (например, радиацией) с целью возникновения искусственных мутаций.

Данный метод используют для получения у организма новых признаков. Мутации сложно прогнозировать. Поэтому сначала происходит мутагенное воздействие, а затем селекционер отбирает растения с новыми полезными качествами.

Пример 7

Путем экспериментального мутагенеза были выведенные новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы.

Использование биотехнологии в селекции

В широком смысле под биотехнологией понимают все методы модификации биологических организмов, осуществляемых человеком с целью их использования. Также термин «биотехнология» применяется по отношению к дисциплине, занимающейся изучением возможностей использования организмов и результатов их жизнедеятельности в технологических целях.

В узком смысле биотехнология — это новейшие методы селекции, которые человечество стало использовать в XX—XXI веке с целью получения биологических организмов с заданными свойствами. С точки зрения этого подхода основными методами биотехнологии является клеточная и генная инженерия.

Клеточная инженерия — биотехнология, основанная на выращивании отдельных клеток или тканей на искусственных питательных средах.

С ее помощью можно проводить гибридизацию не только половых, но и соматических клеток. Метод базируется на способности клеток к существованию и размножению вне организма — в условиях «in vitro».

Методы клеточной инженерии используют в следующих направлениях:

  • ускорение селекционного процесса;
  • увеличение генетического разнообразия;
  • производство ценных для человека веществ вторичного синтеза.
Пример 8

Например, на основе промежуточного обмена веществ растений в ходе клеточной инженерии получают гормоны, эфирные масла и другие биологически активные вещества.

Генная инженерия — методы воздействия на живые организмы, основанные на манипуляциях с генами.

Одним из наиболее частых способов, используемых в генной инженерии, является целенаправленный перенос генов от одного биологического вида к другому.

С помощью генной инженерии ученым уже удалось решить ряд важных задач:

  • повышение устойчивости растений к неблагоприятным климатическим условиям;
  • уменьшение количества использования инсектицидов за счет выведения сортов, устойчивых к вредителям;
  • создание особых сортов растений, очищающих почву от промышленных отходов;
  • увеличение количества полезных элементов в сельскохозяйственных культурах.
Пример 9

Например, методом генной инженерии был выведен сорт риса с повышенным содержанием витамина А. Его выращивают в тех регионах, где жители испытывают дефицит этого полезного вещества.

Часто к методам биотехнологии также относят клонирование.

Клонирование — получение генетически идентичных организмов путем бесполого размножения.

Клонирование обычно применяют в следующих случаях:

  • быстрое размножение растений в больших масштабах (в том числе редких и исчезающих);
  • получение безвирусного посадочного материала;
  • получение идентичных по всем генам растений, используемых в дальнейшей селекции.
Пример 10

Например, клонирование используется в процессе промышленного выращивания орхидей.

цветы

Источник: www.missorchid.ru

Насколько полезной была для вас статья?

У этой статьи пока нет оценок.

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»