Полная версия

Главная arrow География arrow БИОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Генетика и селекция

При разработке эволюционной теории Ч. Дарвин обратил внимание на практику получения пород домашних животных путем искусственного отбора, проводимого человеком. Если на первых порах этот отбор был бессознательным, то позднее он стал методическим, а в настоящее время — научно обоснованным. На этом этапе селекция стала наукой, разрабатывающей теорию и методы создания новых и совершенствования существующих пород и сортов на основе закономерностей изменчивости и наследования признаков.

В процессе выведения новых пород и сортов селекционеру недостаточно пользоваться только тем биологическим материалом в виде диких животных и растений, который поставляет ему природа. Он сам, опираясь на достижения современной генетики, искусственно создает исходный материал для отбора следующими приемами: а) увеличивая наследственную изменчивость путем искусственного повышения частоты мутаций; б) широко используя явление комбинативной изменчивости при гибридизации; в) целенаправленно используя природный биологический материал, например из центров происхождения культурных форм.

Увеличение частоты мутаций. В естественных условиях частота мутирования генов невелика. Поэтому с целью ее повышения в селекции используется индуцированный мутагенез. Повышение количества мутаций достигается воздействием на организм различными мутагенами. Среди множества возникающих при этом мутаций, которые в целом не имеют направленного характера, селекционер отбирает и культивирует организмы с интересующими его изменениями признаков. Важное место в селекции растений занимает получение полиплоидных форм, так как они характеризуются более высокой урожайностью. Например, у диплоидной ржи масса 100 зерен равна 28—30 г, в то время как у тетраплоидных сортов 45—50 г. В настоящее время выведены многочисленные полиплоидные сорта различных злаков, сахарной свеклы, льна, редиса, земляники и др.

Гибридизация. Еще Ч. Дарвин наряду с ненаправленной изменчивостью большое значение в эволюции придавал комбинативной изменчивости. В селекции новых форм вторым источником наследственного материала для искусственного отбора является гибридизация. Различают внутри- и межвидовую гибридизацию, в ходе которой создаются новые по составу аллелей генов генотипы.

Основу внутривидовой гибридизации составляют направленное скрещивание особей с интересующими селекционера свойствами и последующий отбор потомков с максимальным проявлением этих свойств. Общие закономерности наследования признаков помогают селекционеру прогнозировать вероятность появления того или иного варианта потомства при разных скрещиваниях. Известно, что ген А, обусловливающий доминантную серую окраску шерсти у каракульских овец, характеризуется плейотропным действием, вызывая в гомозиготном состоянии недоразвитие желудка. В связи с этим особи с генотипом АА гибнут при переходе на подножный корм. Зная вероятность появления доминантного гомозиготного потомства (АА) при различных скрещиваниях, селекционер может снизить гибель потомства путем специального подбора родителей. Очевидно, что для сохранения всего потомства с серой окраской шерсти нужно скрещивать родителей с генотипами Аа и аа, так как скрещивание двух гетерозигот Аа и Аа в 25 % случаев приведет к гибели доминантных гомозигот АА.

Отдаленная гибридизация. Метод заключается в скрещивании организмов разных видов. Отдаленная гибридизация имеет ряд характерных особенностей: а) более затруднительное получение межвидовых гибридов; б) низкая плодовитость или даже бесплодие межвидовых гибридов; в) своеобразный характер наследования признаков в потомстве. В силу генетических, анатомических, физиологических, поведенческих и других различий организмов разных видов отдаленная гибридизация, как правило, осуществляется с большим трудом, если вообще дает результат. Получаемое в случае успешной межвидовой гибридизации потомство нередко отличается бесплодием вследствие нарушения процесса гаме- тогенеза. Вместе с тем межвидовая гибридизация может привести к возникновению форм, сочетающих в себе ценные свойства разных видов.

При выведении отдаленных гибридов большое значение приобретает преодоление их бесплодия. В некоторых случаях удается получать гибриды, способные нормально размножаться. Так, отечественным генетиком Г. Д. Карпеченко был получен плодовитый гибрид капусты и редьки. Каждый из этих видов имеет в гаметах гаплоидный набор из 9 хромосом. Гибрид имеет набор из 18 непарных хромосом родителей. Родительские хромосомы негомологичны друг другу, поэтому они не могут конъюгировать и затем нормально расходиться в гаметы. Этим объясняется стерильность межвидовых гибридов. Путем искусственного воздействия Г. Д. Карпеченко удвоил число хромосом гибрида. В результате кариотип стал включать 36 парных хромосом (диплоидные наборы редьки и капусты). Это создало возможность для осуществления нормального мейоза и образования гамет. В полученном гибриде надземная часть имела сходство с редькой, а корневая система — с корневой системой капусты. Рассмотренный пример свидетельствует, что простое объединение генов еще не гарантирует гармоничного сочетания признаков обоих родителей.

Скрещивая некоторые виды пшеницы и пырея, Н. В. Цицин также получил плодовитые гибриды, сочетающие свойства обоих видов растений.

История развития животноводства дает примеры отдаленной гибридизации у животных. Так, мул, издавна используемый как рабочий скот, является жизнеспособным, но бесплодным межвидовым гибридом лошади и осла. Отечественными генетиками получены гибриды тонкорунных и грубошерстных овец с диким бараном архаром — архаромериносы, приспособленные к жизни в высокогорных условиях.

Большой вклад в селекцию плодовых и ягодных растений внес ученый-селекционер И. В. Мичурин. Главной особенностью селекционной работы И. В. Мичурина является сочетание гибридизации, в том числе и отдаленной, отбора и воспитания гибридов в требуемом направлении путем создания определенных условий. Для преодоления нескре- щиваемости растений разных видов он применял: а) предварительные прививки в целях вегетативного сближения тканей скрещиваемых растений; б) метод посредника; в) опыление смесью пыльцы.

Предварительные прививки одного вида растений на другой изменяют химический состав тканей, в том числе и генеративных органов. Это увеличивает вероятность прорастания пыльцевых трубок в пестике материнского растения при переносе пыльцы одного вида на пестик другого. Таким способом И. В. Мичуриным был получен гибрид рябины и груши.

Метод посредника заключается в преодолении нескрещиваемости двух видов с помощью третьего. Для получения гибрида культурного персика и миндаля И. В. Мичурин провел предварительное скрещивание миндаля с полукультурным персиком Давида. Полученный гибрид- посредник легче скрещивается с культурным персиком.

Применение смеси пыльцы разных видов растений, по мнению И. В. Мичурина, должно способствовать скрещиванию разных видов, так как пыльцевые трубки растений с разными генотипами, взаимодействуя, могут создавать в пестике условия, благоприятные для прорастания пыльцы. В работах по отдаленной гибридизации растений И. В. Мичурин встретился с трудностями, связанными со стерильностью или резким снижением плодовитости гибридов; правда, у плодовых культур эти трудности преодолеваются благодаря их способности к вегетативному размножению.

Использование материала из центров происхождения культурных форм. Наряду с искусственным повышением частоты мутаций и формированием новых генотипов в процессе гибридизации в селекции широко используются разнообразные природные формы организмов. Под руководством советского генетика Н. И. Вавилова проведена большая экспедиционная работа по изучению многообразия и географического распространения культурных растений. Была установлена важная закономерность, обнаруживающая их неодинаковое разнообразие в разных географических зонах. Для различных культур были выявлены свои центры многообразия форм, которые являются и центрами происхождения и совпадают с древними очагами земледелия. Н. И. Вавиловым было выделено семь таких центров (первый форзац): 1) южно-азиатский тропический центр — родина риса, сахарного тростника, многих плодовых и овощных культур; 2) восточно-азиатский центр — родина сои, некоторых видов проса, некоторых плодовых и овощных культур; 3) юго-западноазиатский центр — родина некоторых форм пшеницы, ржи, многих бобовых, винограда, плодовых; 4) средиземноморский центр — родина маслин, многих овощных и кормовых культур (капуста, клевер, чечевица); 5) абиссинский центр — родина зернового сорго, одного из видов бананов, ряда особых форм пшеницы и ячменя; 6) центрально-американский центр — родина кукурузы, какао, ряда тыквенных, фасоли, длинноволокнистого хлопчатника; 7) андийский (южно-американский) центр — родина картофеля, таких лекарственных растений, как кокаиновый куст, хинное дерево.

Выявить указанные центры происхождения культурных растений, в которых сосредоточено наибольшее разнообразие наследственных форм этих видов, Н. И. Вавилову позволил открытый им же закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Согласно этому закону, родственные по эволюционному происхождению виды растений и животных имеют сходные ряды наследственной изменчивости. Это позволяет при знании ряда вариантов признаков в пределах одного вида предвидеть наличие аналогичных вариантов у представителей родственных видов и родов.

Особую отрасль селекционной науки составляет селекция микроорганизмов, которые играют важную роль в жизни человека. Неоценимо их значение во многих отраслях пищевой промышленности. Например, дрожжевые грибы применяются в хлебопечении. Сыроварение и производство молочнокислых продуктов, виноделие требуют участия микроорганизмов, выведение различных форм которых создает возможности для получения большего разнообразия продуктов питания. Исключительно важное значение в медицине имеет применение продуцируемых микроорганизмами антибиотиков. Некоторые микроорганизмы образуют в процессе жизнедеятельности витамины. Для получения наиболее продуктивных форм (штаммов) микроорганизмов широко применяются некоторые из перечисленных методов селекции. Используя рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, некоторые химические агенты, существенно повышают мутационную изменчивость микроорганизмов, а затем производят отбор мутантных форм, отличающихся более высокой продуктивностью антибиотиков, витаминов или другими свойствами, интересующими человека. Необходимо помнить, что мутации происходят и у болезнетворных бактерий и вирусов. В результате таких мутаций появляются и размножаются формы, устойчивые к действию различных лекарственных препаратов, что требует постоянного поиска новых средств борьбы с возбудителями заболеваний у человека.

В последние десятилетия в генетике широко применяют методы генной инженерии. Сущность их сводится к искусственному созданию геномов некоторых микроорганизмов путем встраивания в их наследственный материал выделенных из других организмов или полученных искусственно генов с целью создания штаммов с полезными для человека признаками. Так, успешное включение в геном кишечной палочки гена, ответственного за образование у человека гормона поджелудочной железы инсулина с последующим отбором наиболее продуктивных форм, создает возможность осуществлять с помощью микроба промышленное производство человеческого инсулина. До сих пор для лечения больных сахарным диабетом применялся гормон, выделенный из поджелудочной железы животных. Большой эффект ожидается от выведения методами генетической инженерии видов почвенных бактерий, способных фиксировать атмосферный азот и обогащать им почву. В перспективе применение методов генетической инженерии в отношении эукариотических организмов, в том числе человека, позволит решать задачи направленного изменения некоторых наследственных свойств, например заменять неблагоприятные мутантные аллели генов, вызывающих наследственные заболевания, благоприятными. Однако работы генетической инженерии требуют большой осторожности, так как результаты подчас бывают труднопредсказуемы. В таких условиях вполне возможно создание микроорганизмов, которые способны нанести вред человеку.

к к к

Достижения генетики как науки о наследственности и изменчивости позволяют объяснять многие закономерности эволюционного процесса. Они составляют основу современной селекции. Индуцированный мутагенез, внутривидовая и отдаленная гибридизация, использование подходящего по наследственным свойствам природного биологического материала из центров происхождения культурных растений, а в перспективе генетическая инженерия дают в руки селекционера мощные способы повышения наследственного разнообразия растений, животных, микроорганизмов для последующего проведения среди них искусственного отбора.

Вопросы для самоконтроля

  • 1. Что такое селекция? Что является ее теоретической основой?
  • 2. Что является исходным материалом для селекции? Какими путями создается этот исходный материал?
  • 3. Что такое индуцированный мутагенез?
  • 4. Что такое гибридизация? Какие формы гибридизации вам известны?
  • 5. Какие методы селекционной работы разработаны И. В. Мичуриным?
  • 6. Что такое центры многообразия культурных растений? Кем и сколько таких центров выделено? Родиной каких растений они являются?
  • 7. В чем суть методов генетической инженерии?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>