ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ

СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ

Основной задачей селекции растений является -повышение урожайности в растениеводстве путем создания высокопродуктивных сортов. Основными методами селекции растений являются гибридиза­ция и искусственный отбор.

В начале селекционной работы ставится конкрет­ная задача, для выполнения которой подбирают со­ответствующие родительские формы. При невозмож­ности найти нужный исходный материал применяют различные мутагенные факторы (химические веще­ства, излучения) для ускорения получения индуци­рованных мутаций, среди которых иногда удается найти и полезные, используемые в дальнейшей се­лекционной работе. При воздействии мутагенных факторов, разрушающих веретено деления (напри­мер, колхицина), часто удается получить растения с кратным увеличением набора хромосом — поли­плоидные формы. Полиплоиды растений обладают большей урожайностью и стойкостью к неблагопри­ятным условиям среды по сравнению с диплоидны­ми.

Гибридизация — это получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов, В селекции применяют близкородственное скрещи­вание (инбридинг) и скрещивание неродственных организмов (аутбридинг). Близкородственная гиб­ридизация у растений основана на искусственном опылении своей пыльцой обычно перекрестноопыляемых растений. Самоопыление ведет к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств. Потомство, полученное от одного гомози­готного растения путем самоопыления, называется чистой линией. У особей чистых линий часто снижа­ется жизнеспособность и падает урожайность. Но если скрестить разные чистые линии между собой (межлинейная гибридизация), то наблюдается явле­ние гетердзиса — повышенная жизнеспособность и плодовитость в первом поколении гибридов, которая постепенно снижается. Гетерозис объясняется пере­ходом большинства генов в гетерозиготное состоя­ние. Меж линейная гибридизация позволяет повы­сить урожайность семян кукурузы на 20—30 %. Яв­ление гетерозиса у растений можно закрепить при вегетативном размножении (клубнями, черенками, луковицами и т. д.). Отдаленная гибридизация по­зволяет сочетать в одном организме ценные призна­ки разных видов и даже родов. Такая гибридизация осуществляется" с трудом, и межвидовые гибриды обычно бесплодны, так как затруднена конъюгация хромосом разных видов при мейозе. Преодолеть бес­плодность межвидовых гибридов впервые удалось Г. Д. Карпеченко в 1924 г. Он получил гибрид редь­ки и капусты с диплоидным набором хромосом, равным 18 (9 «редечных» и 9 «капустных»), кото­рый был совершенно бесплоден. Для преодоления бесплодия Карпеченко удвоил число хромосом каж­дого вида (получил полиплоидную форму гибрида), в результате чего в кариотипе оказалось 36 хромо­сом (по 18 «редечных» и «капустных»). Это создало возможность конъюгации гомологичных хромосом капусты с «капустными» и редьки — с «редечны­ми». Каждая гамета несла по одному набору хромо­сом капусты и редьки (9+9=18). В зиготе вновь оказывалось 36 хромосом. Полученный межвидовой гибрид стал плодовитым. Таким образом, полиплои­дия является одним из способов восстановления пло­довитости межвидовых гибридов у растений.

После получения гибридов производится ис­кусственный отбор полученных форм. Отбор заключается в сохранении для размножения расте­ний с желаемой комбинацией признаков. При массо­вом отборе выделяют группу особей с нужными при­знаками и получают потомство. При повторных по­севах отбор приходится повторять, так как особи

могут давать расщепление в потомстве. Индивиду­альный отбор проводят для выделения форм с не­обходимыми признаками и выращивают потомков одной особи. При таком отборе результат достига­ется быстрее, но потомков получается значительно меньше. Индивидуальный отбор чаще проводят среди самоопыляющихся растений и получают чистые ли­нии. Представители одной чистой линии имеют оди­наковый генотип и представляют собой ценный ис­ходный материал для селекции.

Искусственный отбор на основе наследственной изменчивости служит основным способом получения новых сортов растений. Однако не следует забывать, что на сорт действует и естественный отбор. Естест­венный отбор действует одновременно с искусствен­ным и повышает приспособленность растений к условиям среды. Вновь созданный сорт всегда явля­ется результатом деятельности человека и окружаю­щей среды.

Большой вклад в селекцию растений внес И. В. Мичурин (1855—1935). В основе его работ лежит сочетание трех основных методов: гибридиза­ции, отбора и воздействия условиями среды на развивающиеся гибриды (их «воспитание» в желательном направлении). Большое значение И. В. Мичурин придавал подбору исход­ных родительских форм для гибридизации. Он скре­щивал местные морозостойкие сорта с южными. Получаемые сеянцы подвергал строгому отбору и со­держал в относительно суровых условиях. Этим ме­тодом получена яблоня Славянка, гибрид Антонов­ки и южного Ранета ананасного.

Особое значение Мичурин придавал скрещива­нию географически удаленных форм, не растущих в той местности, где осуществляется гибридизация. Таким методом выведен сорт Бельфлер-китайка, по­лученный в результате гибридизации китайской яб­лони из Сибири и американского сорта Бельфлер желтый.

Среди методов «воспитания» гибридов И. В. Ми­чуриным разработан метод ментора. Сущность его заключается в том, что признаки развивающего­ся гибрида изменяются под влиянием привоя или подвоя. Этот метод применялся при выведении сорта Бельфлер-китайка, так как первые гибридные плоды были мелкие и кислые. Под влиянием черенков Бель­флера плоды гибрида в последующем стали при­обретать качества Бельфлера. Влияние ментора сле­дует рассматривать как изменение доминирования в процессе развития гибрида.

Широко использовал И. В. Мичурин и отда­ленную гибридизацию: получал гибриды ма­лины и ежевики, рябины и сибирского боярышника и др. Следует отметить, что большинство сортов, полученных И. В. Мичуриным, представляют собой сложные гетерозиготы, поэтому для их сохранения применяют вегетативное размножение — отводками, прививками и т. п.

Селекционная работа имеет огромное народнохо­зяйственное значение. Замена малоурожайных сор­тов высокопродуктивными представляет собой один из основных путей повышения урожайности. Твор­ческое использование всех методов селекционной работы позволяет добиваться больших успехов. Ози­мая пшеница Безостая 1, созданная академиком П. П. Лукьяненко, имеет высокую урожайность и отличные мукомольные качества. Работы по селек­ции пшеницы продолжаются, и уже созданы новые сорта (Аврора, Кавказ), урожайность которых до­стигает 100 ц/га. Высокоурожайные сорта пшеницы выведены и академиком В. В. Ремесло (Мироновская 264, Мироновская 808). Академиком Н. В. Цициным получен ценный гибрид пшеницы и ржи — тритика­ле. Гибрид высокоурожайный, он устойчив к небла­гоприятным условиям среды и перспективен как кормовая и зерновая культура. Коллектив селекцио­неров, возглавляемый академиком В. С. Пустовойтом, добился увеличения содержания масла в семе­нах подсолнечника до 50 % (исходные сорта содер­жали 32—33 % масла). За последние годы благодаря созданию новых полиплоидных сортов (А. Н. Лутков» В.П. Зосимович) резко повысились сахарис­тость и урожайность сахарной свеклы. М. И. Хаджи-новым получены новые гибридные высокоурожай­ные сорта кукурузы. Генетика я селекция растений далеко еще не исчерпала всех возможностей повы­шения урожайности культурных растений.

СЕЛЕКЦИЯ ЖИВОТНЫХ

Основные принципы селекции животных не отли­чаются от принципов селекции растений. Новые по­роды животных получают на основе наследственной изменчивости путем искусственного отбора. Однако селекция животных имеет и некоторые особенности, вытекающие из природы организма животного: животные, имеющие хозяйственное значение, размно­жаются только половым способом; половая зрелость наступает у них относительно поздно; самки прино­сят немногочисленное потомство, что затрудняет и замедляет процесс селекции.

При селекционной работе с животными важное значение имеет учет экстерьерных признаков. Под экстерьером понимают совокупность наружных форм животных, их телосложение и соотношение частей тела. Разные породы животных неодинаково реагируют на изменения внешних условий. Так, у мясных пород крупного рогатого скота улучшение питания прежде всего сказывается на увеличе­нии массы тела, а у молочных — на повышении удоя.

Исторически первым этапом в селекции живот­ных следует считать их приручение, которое было в основном закончено 5—6 тыс. лет назад. Одомаш­нивание резко повышает изменчивость организмов и создает благоприятные условия для искусственно­го отбора. Приручение животных происходит и в на­стоящее время, например разведение пушных зверей в неволе.

Перед началом селекционной работы ставится определенная конечная цель, исходя из которой со­вершается подбор родительских пар. В подборе про­изводителей важно учитывать их родословные, в ко­торых должны быть отмечены экстерьерные особен­ности и продуктивность в течение ряда поколений. Скрещивание является основным способом получения разнообразия исходного материала при работе с животными.

Применяют, как правило, два типа скрещивания: неродственное (аутбридинг) и родственное (инбри­динг).

Аутбридинг — скрещивание между особями одной или разных пород — при строгом отборе приводит к поддержанию свойств или улучшению их в ряду поколений гибридов.

Инбридинг — скрещивание между братьями и сестрами или между родителями и потомством — применяется в том случае, когда хотят перевести большинство генов в гомозиготное состояние. При этом происходит закрепление хозяйственно ценных признаков. Однако при инбридинге часто наблюда­ется ослабление животных, уменьшение устойчиво­сти к воздействию внешних факторов и заболевани­ям. Чтобы избежать этого, проводят строгий отбор особей, обладающих нужными хозяйственными при­знаками. При селекционной работе близкородствен­ное скрещивание обычно является лишь одним из этапов улучшения породы. За ним следует скрещи­вание разных линий, что переводит большинство генов в гетерозиготное состояние, при котором про­является гетерозис (гибридная сила). Явление гете­розиса широко применяется в животноводстве и пти­цеводстве. Примером эффективного применения его является выведение бройлерных цыплят.

При селекции домашних животных очень важно определить наследственные качества самцов по при­знакам, которые у них непосредственно не проявля­ются, например по количеству молока и жирномо­лочности у быков или по яйценоскости у петухов. Для этого используется метод определения качества производи т елей по потомству. От производителя получают немногочисленное по­томство и сравнивают его продуктивность с матеря­ми и средней продуктивностью породы. Если про­дуктивность дочерей выше, чем матерей, то это гово­рит о большой ценности производителя,- которого используют для дальнейшего улучшения породы. От хорошего самца можно получить большое потомство с помощью искусственного осеменения. В последнее время эмбрионы ценных пород крупного рогатого скота получают в искусственных условиях, а затем вводят их в матку беспородных животных для даль­нейшего развития. Таким способом удается значи­тельно ускорить селекционную работу.

Ценные породы домашних животных выведены академиком М. Ф. Ивановым. Например, белая украинская свинья получена в результате скрещива­ния маток местной породы с хряком английской белой породы и с последующим жестким отбором. Им же создана порода овец асканийский рамбулье с очень высоким настригом первоклассной шерсти. Высокой молочной продуктивностью характеризу­ется костромская порода крупного рогатого скота: до 15—16 тыс. л молока в год.

Наряду с внутривидовой в животноводстве при­меняется и отдаленная гибридизация. Меж­видовые гибриды животных, как и растений, в боль­шинстве случаев бесплодны. С глубокой древности человек использует мула (гибрид кобылы с ослом). Мулы очень выносливы, обладают большой физиче­ской силой, значительной продолжительностью жиз­ни, т. е. у них проявляется гетерозис. Однако мулы бесплодны. В Казахстане в результате гибридизации тонкорунных овец с диким горным бараном архаром выведена новая порода тонкорунных овец — архаро­меринос. Ведутся работы по гибридизации яка с крупным рогатым скотом. У гибридов самцы бес­плодны, а самки плодовиты. Это открывает возмож­ности скрещивания их с исходными видами с целью получения новой породы скота.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ

Важную роль в жизни человека играют микро­организмы, так как они способны производить жиз­ненно важные продукты: аминокислоты, белки, ан­тибиотики, ферменты, спирты, гормоны, полисаха­риды, бактериальные удобрения. Использование че­ловеком живых организмов и биологических процессов для промышленного получения продуктов называется биотехнологией. Биотехнологические процессы используются с древних времен: молочнокислые бакте­рии — для получения молочнокислых продуктов, различные штаммы дрожжей — в виноделии, пиво­варении, хлебопечении. В последние десятилетия широкое распространение получили антибиотики (пенициллин, стрептомицин, эритромицин, тетра­циклин и др.), выделяемые в промышленных уста­новках различными видами грибов.

Природные штаммы микроорганизмов в основ­ном низко продуктивны. Поэтому в микробиологической промышленности применяют селекционные ме­тоды: индуцированный мутагенез и ис­кусственный отбор. Для получения мутаций применяют ультрафиолетовые и рентгеновские лучи и химические мутагены. Применение мутагенных факторов и целенаправленного отбора позволило по­высить продуктивность штаммов в сотни и тысячи раз.

Микроорганизмы отличаются тремя характерны­ми особенностями, важными для производства:

1) содержат меньше генов, чем клетки высокоорганизованных видов;

2) очень быстро размножаются;
3) имеют гаплоидный геном, что позволяет прояв­ляться фенотипически любой мутации уже в первом поколении.

Особенно интенсивно начала развиваться микро­биологическая промышленность в последнее время. В качестве питательной среды для бактерий стали использовать непищевые продукты: жидкие парафи­ны нефти, синтетические спирты, отходы дерево­обрабатывающей промышленности и др. Получае­мые таким путем белково-витаминные препараты позволяют решить проблему нехватки кормового белка и повысить продуктивность живртноводства. Кроме того, микробиологическая промышленность производит ферменты, антибиотики, гормоны, ами­нокислоты и другие лечебные препараты, необходи­мые человеку.

Для создания новых штаммов микроорганизмов в последнее время применяют генную инжене­рию — конструирование новых генетических струк­тур по заранее намеченному плану. Возникновение генной инженерии стало возможно благодаря разви­тию молекулярной биологии, генетики, биохимии и микробиологии.

Генная инженерия включает три основных этапа:

1) получение нужного гена (выделе­ние природного или искусственный его синтез);

2) включение этого гена «молекулу ДНК-переносчи­ка — получение рекомбинантной молекулы ДНК;

3) введение рекомбинантной ДНК (с включенным в нее геном) в бактериальную клетку, где она встра­ивается в генетический аппарат.

На основе генной инженерии можно наладить промышленное производство витаминов, аминокислот, ферментов, гормонов и т. д.

 

---

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!