Лекция по общей биологии

Лекция № 19 Тема: Генетика – теоретическая основа селекции. Достижения в селекции растений. Основные   понятия   и   термины:  порода,   сорт,   штамм,   селекция, районирование,   искусственный   отбор,   генная   инженерия,   гибридизация, мутагенез,   отбор,   прививки,   полиплоидия,   гетерозис,   индуцированный мутагенез, биотехнология. План лекции: 1.Генетические   основы   селекции   организмов.   Задача   современной селекции. 2.Понятие районирования. 3.Основные методы селекции. 4.Достижения в селекции растений, животных. 5.Учение   Н.И.   Вавилова   о   центрах   многообразия   и   происхождения культурных растений. Содержание лекции: 1.    Генетические основы селекции организмов. Задача современной селекции. Селекция (лат. selectio «выбирать») — наука о методах создания новых и   улучшения   существующих   пород   животных,   сортов   растений, штаммов микроорганизмов, с полезными для человека свойствами. Селекцией называют также   отрасль   сельского   хозяйства,   занимающуюся   выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных. Повышение   производительности   существующих,   а   также   выведение новых сортов, пород и штаммов соответствии с требованиями современного сельского хозяйства. Обеспечение полного производства пищевых продуктов при наименьших затратах. 2. Районирование. Районирование   ­  комплекс   мероприятий,   направленных   на   проверку соответствия   качеств   породы,   сорта,   штамма   условиями   определенной природной зоны. 3.Основные методы селекции.    Селекция животных                                                        Подбор По   сельскохозяйственным   ценным признакам и экстерьером  Селекция растений отцовских    пар: По   месту   их   происхождения (географически   или   генетически отдаленных)                                Гибридизация:          А) аубридинг Скрещивание   отдаленных   пород, которые   отличаются   контрастными признаками,   получения для гетерозиготных   популяций   и проявления   гетерозиса.   Полученное потомство бесплодное. Б) инбридинг Скрещивание   между   близкими родичами получения гомозиготных   (чистых)   линий   с желаемыми признаками                                         Отбор:             А) массовый Не применяется для     Б) индивидуальный                        Применяется жесткий индивидуальный отбор по   ценным   признакам,   выносливостью, экстерьеру                          Метод испытания Используется метод искусственного  оплодотворения от лучших самцов –  производителей, качество которых  перепроверяют по численному потомству                  Экспериментальное Не применяется Внутривидовое, межвидовое, межродовое   которые   ведут   к скрещивания, гетерозису,   получения гетерозиготных   популяций,   а   также высокой продуктивности. для   Самоопыление у перекрестно опыляемых растений   путём   искусственного   влияния для получения гомозиготных(чистых)линий   Применяется   к   перекрестно­опыляемым растениям     к Применяется само­опыляемым растениям,   выделяются   чистые   линии   ­ потомство одной само­опыляемой особи производителей из потомства Не применяется получение полипоидов Применяется для получения более  продуктивных урожайных форм Отдаленная гибридизация. Преодоление стерильности межвидовых гибридов.    а)  Отдаленная   гибридизация  ­   скрещивание   особей,   принадлежащих   к разным   видам,   родам,   с   целью   объединения   у   гибридов   ценных наследственных признаков. Рожь х пшеница ­ тритикале;               Кобыла х осел ­ мул.    б) Методику преодоления стерильности межвидовых гибридов у растений разработал   в   1924г.   Г.Д.   Карпеченко   на   примере   скрещивания   редьки   и капусты. Растения как объекты селекции: 1) характерно как половое, так и бесполое размножение (вегетативное) 2) большое количество потомков; 3) неприхотливы к условиям среды; 4) незначительные экономические издержки; Методы селекции растений    .   родственное,  Использование   различных   форм   гибридизации: 1) Использование различных форм искусственного отбора: индивидуальный и массовый; 2) неродственное, межвидовое скрещивание;  полиплоидия  как   метод   преодоления   стерильности   растительных 3) межвидовых  гибридов. Возникновение  полипоидов  у растений в результате удвоения хромосом, которое не сопровождается делением клетки; слиянием соматических   клеток;   образованием   гамет   с   не   редуцированным   числом хромосом.   Полиплоидные   растения   характеризуются   интенсивным   ростом, большими размерами и массой плодов и семян, повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам и болезней; 4)  прививки  ­ особый способ искусственного объединения различных частей растений. Прививка не является настоящей гибридизацией, ибо приводит лишь к не наследственным изменениям фенотипа. Особенности селекции животных. Животные как объекты селекции: 1) характерно только половое размножение; 2) немногочисленное потомство; 3) каждый объект является значительной селекционной ценностью; 4) сложные взаимодействия  с окружающей средой через развитую нервную систему; 5) значительные экономические затраты на содержание. Методы селекции животных. Те, что и для растений. Отличия заключаются в том, что в селекции животных   не   применяют   массовый   отбор,   учитывая   коррелятивную изменчивость.      получения ценных пород КРС в искусственных условиях. В   селекции   животных   используют   искусственное   оплодотворение Особенности селекции микроорганизмов    . Микроорганизм как объект селекции: 1) не имеют полового процесса (прокариоты); 2)   имеют   гаплоидный   набор   хромосом   или   кольцевую   молекулу   ДНК,  что позволяет мутациям проявиться уже в первом поколении потомков; 3)   быстрые   темпы   размножения   позволяют   получить   большое   количество клеток­потомков. Методы селекции микроорганизмов. 1) искусственный отбор; 2) индуцированный мутагенез; 3)   искусственное   скрещивание   разных   штаммов   с   помощью   вирусов­ бактериофагов; 4) методы генной и клеточной инженерии; 5) не применяют метод гибридизации. 4.Достежения в селекции растений, животных, микроорганизмов.         Достижения селекции растений. 1.  Г.  Д.  Карпеченко   в  1924  г.  получил   гибрид   редьки   и   капусты   (у   этого растения в клетке по 9 пар хромосом, при этом если хромосом 2n, то гибриды первого поколения бесплодны, если же растения полиплоидные, то потомство в первом поколении плодовитое, поэтому что в каждую хромосому попадает не   n   хромосом,   а   2n,   и   все   хромосомы   имеют   для   себя   гомологическую). Гибриды не расщепляются на редьку и капусту и не скрещиваются с ними, то есть полученная растение является новым видом. 2. Н. В. Цицин скрестил пшеницу и пырей. 3. В результате скрещивания пшеницы и ржи получен новый вид ­ тритикале. 4. И. В. Мичурин в своих  опытах применял  закаливания. Плохо  и то, что сорта, выведенные им, размножаются только вегетативно. Положительным в его трудах являются: ­ использование гибридизации и отбора; ­ изучение влияния условий среды на развитие гибридов; ­ применение метода ментора (подвой или привой к местным сортам растений с нужными качествами). 5. Выведение озимых сортов пшеницы:  ­ П. П. Лукьяненко вывел сорт Безостая 1 (50 ц / га), Аврора (100 ц / га);  ­ В. Н. Ремесло ­ Мироновская 808 и 224 (65 ц / га), Ильичевска (100 ц / га).  6. Вывод яровых сортов пшеницы: А. П. Шехурдин и В, Н. Мамонтов вывели сорт Саратовская­29 (повышенные хлебопекарные качества).  7. Подсолнечник: В. С. Пустовойт ­ сорт с маслянистостью от 50 до 90% за 20 лет. 8. Сахарная свекла: А. Н. Лутков и В.П. Зосимов ­ повышение сохранности за счет полиплоидии.  9. Кукуруза М. И. Хаджинов ­ повышение урожайности за счет гетерозиса. 10.   Г.   Мельперс   демонстрировал   новое   гибридное   растение   «томата», полученное  в  результате  слияния  клеток  картофеля  и томата. По  замыслу растение должно работать на «два фронта», но для этого необходимо удвоить активность   фотосинтетического   процесса,   так   что   гибрид   пока   еще   не совершенен. 5.Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Для   успешного   решения   задач,   стоящих   перед   селекцией,   академик Н.И.Вавилов особо выделял значение: ­изучения   сортового,   видового   и   родового   разнообразия   интересующей   нас культуры; ­ влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; ­ изучения наследственной изменчивости; ­ знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; ­особенностей селекционного процесса для само­ или перекрестноопылителей; ­ стратегии искусственного отбора. Каждая   порода   животных,   сорт   растений,   штамм   микроорганизмов приспособлены   к   определенным   условиям,   поэтому   в   каждой   зоне   нашей страны специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород. имеются     Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала, с этой целью Н.И.Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара. К 1940   году   во Всесоюзном   институте   растениеводства насчитывалось   300 тыс. образцов. Но с позиций лысенковщины, занявшей в то время руководящие позиции в биологической науке России и считавшей, что определяющую роль в создании   новых   форм   играет   окружающая   среда,   эта   коллекция   была   не нужна. Работы по пополнению коллекции были прекращены. В   настоящее   время   коллекция   пополняется   и   является   основой   для работ по селекции любой культуры. Важным   теоретическим   обобщением   исследований   Н.   И.   Вавилова является   разработанное   им учение   о   гомологических   рядах (от   греч. homologos   —   соответственный).   Согласно   сформулированному   им   закону гомологических   рядов   наследственной   изменчивости,   не   только   близкие   в генетическом отношении виды, но и роды растений образуют гомологические ряды форм, т. е. в генетической изменчивости видов и родов существует опре­ деленный   параллелизм.   Близкие   виды   благодаря   большому   сходству   их генотипов   (почти   одинаковому   набору   генов)   обладают   сходной наследственной   изменчивостью.   Если   все   известные   вариации   признаков   у хорошо изученного вида расположить в определенном порядке, то и у других родственных видов можно обнаружить почти все те же вариации изменчивости признаков.   Например,   приблизительно   одинакова   изменчивость   остистости колоса у мягкой, твердой пшеницы и ячменя. Закон   гомологических   рядов   наследственной   изменчивости   позволяет находить   нужные   признаки   и  варианты  в  почти   бесконечном   многообразии форм различных видов как культурных растений и домашних животных, так и их диких родичей. Он дает возможность успешно осуществлять поиск новых сортов культурных растений и пород домашних животных с теми или иными требуемыми признаками. В этом заключается огромное практическое значение закона   для   растениеводства,   животноводства   и   селекции.   Его   роль   в географии культурных растений сопоставима с ролью Периодической системы элементов Д. И. Менделеева в химии. Применяя закон гомологических рядов, можно установить центр происхождения растений по родственным видам со сходными признаками и формами, которые развиваются, вероятно, в одной и той же географической и экологической обстановке. Н.И.Вавилов установил центры происхождения культурных растений, где   находится   наибольшее   видовое   и   сортовое   многообразие   культурных растений.   Географические   центры   происхождения: Южно­   Азиатский тропический, Средиземноморский, Эфиопский, Центральноамериканский и Андийский.   Юго­Западноазиатский,   Восточно­Азиатский, Исследования   Н.   И.   Вавилова   о   центрах   происхождения   культурных растений   имели   большое   значение   для   установления   мест   одомашнивания первых   животных.   Как   утверждает   С.   Н.   Боголюбский   (1959),   приручение домашних животных происходило, вероятно, разными путями: естественным сближением человека с животными, насильственным приручением молодых, а затем взрослых особей. О времени и месте одомашнивания первых животных судят в основном по   раскопкам   поселений   первобытного   человека.   В   эпоху   мезолита   была одомашнена собака, неолита — свинья, овца, коза и крупный рогатый скот, позднее   —   лошадь.   Предположительные   очаги   происхождения   домашних животных определяются ареалами их вероятных диких сородичей. Однако в вопросе   о   диких   предках   домашних   животных   нет   полной   ясности.   Пред­ полагают, что дикими предками крупного рогатого скота были туры, овец — дикие овцы, распространенные на островах Корсика и Сардиния, в Передней, Средней и Центральной Азии, коз — винторогие и безоаровые козы, лошадей — лошадь Пржевальского и тарпан, домашнего верблюда (бактриан) —дикий верблюд (хаптагай), ламы и альпаки — гуанако, гуся домашнего — гусь серый и т. д. Легко   устанавливают   места   происхождения   и   одомашнивания   тех животных,   ареалы   предков   которых   были   небольшими,   например   яка.   В отношении   таких   животных,   как   собаки,   свиньи   и   крупный   рогатый   скот, дикие предки которых имели широкое распространение в Евразии и Африке, предположительные   очаги   происхождения   установить   трудно.   Вероятно, первыми   очагами   происхождения   домашних   животных   были   Ближний   и Передний Восток, а затем районы древних культур в бассейнах р. Нил, Тигр, Евфрат, Ганг, Инд, Амударья, Хуанхэ, в верховьях Енисея, где раньше всего возникло земледелие. Контроль знаний и умений:       (Тестовый контроль) 1.Определите,   какой   метод   часто   используется   в   селекции   растений   для создания межвидовых гибридов с увеличенной вегетативной массой.     а) трансдукции фрагментов ДНК на новое место. б) Кратное увеличение хромосомного набора.     в) Изменения аминокислотной последовательности.     г) Вирусный трансгенез. 2. Укажите, почему нет смысла в селекции чистых линий.     а) Потому что они имеют разный фенотип.     б) Потому что они имеют разный генотип.     в) Потому что они имеют одинаковый генотип.     г) Все указанное. 3.Определите,   что   является   естественным   источником   селекционного материала.     а) Существующий генофонд домашних животных и растений.     б) дикие виды.     в) Наиболее производительные домашние породы и сорта.     г) Все указанное. 4.Определите,   в   какой   последовательности   надо   выполнить   действия   при создании   штамма   микроорганизмов   с   определенными,   необходимыми человеку свойствами.     а) Создать вектор.     б) Ввести генетический вектор к клетке­мишени.     в) Прикрепить к вектору необходимые гены.     г) Культивировать штамм. Домашнее задание: изучить соответствующую тему учебника Л.1. стр. 196­ 205, пересказ конспекта лекции; подготовить сообщения о генной, клеточной, эмбриональной инженерии,