Біологія для студентів - 16

Селекція це наука про створення нових і поліпшення існуючих порід тварин, сортів рослин, штамів мікроорганізмів. В основі селекції лежать такі методи, як гібридизація і відбір. Теоретичною основою селекції є генетика. Розвиток селекції має грунтуватися на законах генетики як науки про спадковість і мінливість, оскільки властивості живих організмів визначаються їх генотипом і схильні до спадкової і модифікаційної мінливості. Саме генетика прокладає шляхи ефективного управління спадковістю і мінливістю організмів. Разом з тим селекція спирається і на досягнення інших наук:

• систематики та географії рослин і тварин,
• цитології,
• ембріології,
• біології індивідуального розвитку,
• молекулярної біології,
• фізіології і біохімії.

Бурхливий розвиток цих напрямків природознавства відкриває абсолютно нові перспективи. Вже на сьогоднішній день генетика вийшла на рівень цілеспрямованого конструювання організмів з потрібними ознаками і властивостями. Генетиці належить визначальна роль у вирішенні практично всіх селекційних завдань. Вона допомагає раціонально, на основі законів спадковості і мінливості, планувати селекційний процес з урахуванням особливостей успадкування кожного конкретного ознаки.

Для успішного вирішення завдань, що стоять перед селекцією, академік Н.І. Вавилов особливо виділяв значення:

• вивчення сортового, видового і родового різноманітності культур;
• вивчення спадкової мінливості;
• впливу середовища на розвиток цікавлять селекціонера ознак;
• знань закономірностей успадкування ознак при гібридизації;
• особливостей селекційного процесу для само- або перекрестноопилітелей;
• стратегії штучного відбору.

Породи, сорту, штами - штучно створені людиною популяції організмів з спадково закріпленими особливостями:

• продуктивністю,
• морфологічними,
• фізіологічними ознаками.

Кожна порода тварин, сорт рослин, штам мікроорганізмів пристосовані до певних умов, тому в кожній зоні нашої країни є спеціалізовані сортовипробні станції і племінні господарства для порівняння та перевірки нових сортів і порід. Селекційна робота починається з підбору вихідного матеріалу, в якості якого можуть бути використані культурні та дикі форми рослин.

У сучасній селекції застосовують такі основні види і способи отримання вихідного матеріалу.

Природні популяції. До цього виду вихідного матеріалу відносяться дикорослі форми, місцеві сорти культурних рослин, популяції і зразки, представлені в світовій колекції сільськогосподарських рослин ВІР.

Гібридні популяції, створювані в результаті схрещування сортів і форм в межах одного виду (внутрішньовидові) і одержувані в результаті схрещування різних видів і родів рослин (міжвидові і міжродовим).

Самозапилені лінії (інцухт-лінії). У перекрестноопиляющіхся рослин важливе джерело вихідного матеріалу - самозапилені лінії, одержувані шляхом багаторазового примусового самозапилення. Кращі лінії схрещують між собою або з сортами, а отримані насіння використовують протягом одного року для вирощування гетерозисних гібридів. Гібриди, створені на основі самозапилених ліній, на відміну від звичайних гібридних сортів потрібно щорічно відтворювати.

Штучні мутації і поліплоїдні форми. Цей вид вихідного матеріалу отримують шляхом впливу на рослини різними видами радіації, температурою, хімічними речовинами та іншими мутагенними засобами.

У Всесоюзному інституті рослинництва Н.І. Вавілов була зібрана колекція сортів культурних рослин і їх диких предків зі всієї земної кулі, яка в даний час поповнюється і є основою для робіт по селекції будь-якої культури. Найбільш багатими за кількістю культур є стародавні центри цивілізації. Саме там найбільш рання культура землеробства, більш тривалий час проводяться штучний відбір і селекція рослин.

Класичними методами селекції рослин були і залишаються гібридизація і відбір. Розрізняють дві основні форми штучного відбору: масовий і індивідуальний.

Масовий відбір застосовують при селекції перекрестноопиляемих рослин (жито, кукурудза, соняшник). В цьому випадку сорт являє собою популяцію, що складається з гетерозиготних особин, і кожне насіння має унікальний генотипом. За допомогою масового відбору зберігаються і поліпшуються сортові якості, але результати відбору нестійкі в силу випадкового перехресного запилення.

Індивідуальний відбір застосовують при селекції самозапильних рослин (пшениця, ячмінь, горох). В цьому випадку потомство зберігає ознаки батьківської форми, є гомозиготною і називається чистою лінією. Чиста лінія - потомство однієї гомозиготной самозапиленням особини. Так як постійно відбуваються мутаційні процеси, то абсолютно гомозиготних особин в природі практично не буває.

Природний відбір. Цей вид відбору грає в селекції визначальну роль. На будь-яку рослину протягом його життя діє комплекс факторів навколишнього середовища, і воно повинно бути стійким до шкідників і хвороб, пристосоване до певного температурного і водного режиму.

Гібридизація - процес освіти або отримання гібридів, в основі якого лежить об'єднання генетичного матеріалу різних клітин в одній клітці. Може здійснюватися в межах одного виду (внутрішньовидова гібридизація) та між різними систематичними групами (віддалена гібридизація, при якій відбувається об'єднання різних геномів). Для першого покоління гібридів часто характерний гетерозис, що виражається в кращій пристосовності, більшій плодючості і життєздатності організмів. При віддаленій гібридизації гібриди часто стерильні. У селекції рослин найбільш поширений метод гібридизації форм або сортів в межах одного виду. За допомогою цього методу створено більшість сучасних сортів сільськогосподарських рослин.

Віддалена гібридизація - більш складний і трудомісткий метод отримання гібридів. Основна перешкода отримання віддалених гібридів - несумісність статевих клітин схрещується пар і стерильність гібридів першого і наступних поколінь. Віддалена гібридизація - це схрещування рослин, що відносяться до різних видів. Віддалені гібриди зазвичай стерильні, так як у них порушується мейоз (два гаплоїдних набору хромосом різних видів не можуть кон'югованих) і, отже не утворюються гамети.

Гетерозис ( «гібридна сила») - явище, при якому гібриди по ряду ознак і властивостей перевершують батьківські форми. Гетерозис характерний для гібридів першого покоління, перше гібридне покоління дає прибавку врожаю до 30%. У наступних поколіннях його ефект послаблюється і зникає. Ефект гетерозису пояснюється двома основними гіпотезами. Гіпотеза домінування передбачає, що ефект гетерозису залежить від кількості домінантних генів у гомозиготному або гетерозиготному стані. Чим більше в генотипі генів в домінантному стані, тим більше ефект гетерозису.

Гіпотеза сверхдоминирования пояснює явище гетерозису ефектом сверхдоминирования. Наддомінування - вид взаємодії алельних генів, при якому гетерозиготи перевершують за своїми характеристиками (по масі і продуктивності) відповідні гомозиготи. Починаючи з другого покоління гетерозис загасає, так як частина генів переходить в гомозиготний стан.

Перехресне запилення самоопилітелей дає можливість поєднувати властивості різних сортів. Наприклад, при селекції пшениці надходять у такий спосіб. У квіток рослини одного сорту видаляються пильовики, поруч в посудині з водою ставиться рослина іншого сорту, і рослини двох сортів накриваються загальним ізолятором. В результаті отримують гібридне насіння, що поєднують потрібні селекціонерові ознаки різних сортів.

Метод отримання полиплоидов. Поліплоїдні рослини володіють більшою масою вегетативних органів, мають більші плоди і насіння. Багато культур є природними поліплоїди: пшениця, картопля, виведені сорти поліплоїдні гречки, цукрових буряків. Види, у яких кратно помножений один і той же геном, називаються автополіплоїдов. Класичним способом отримання полиплоидов є обробка проростків колхицином. Ця речовина блокує утворення мікротрубочок веретена поділу при мітозі, в клітинах подвоюється набір хромосом, клітини стають тетраплоидной.

Використання соматичних мутацій. Соматичні мутації застосовуються для селекції вегетативно розмножуються рослин. Це використовував у своїй роботі ще І.В. Мічурін. За допомогою вегетативного розмноження можна зберегти корисну соматичну мутацію. Крім того, тільки за допомогою вегетативного розмноження зберігаються властивості багатьох сортів плодово-ягідних культур.

Експериментальний мутагенез. Заснований на відкритті впливу різних випромінювань для отримання мутацій і на використанні хімічних мутагенів. Мутагени дозволяють отримати великий спектр різноманітних мутацій. Зараз в світі створені понад тисячу сортів, провідних родовід від окремих мутантних рослин, отриманих після впливу мутагенами.

Методи селекції рослин, запропоновані І.В. Мічуріним. За допомогою методу ментора І.В. Мічурін домагався зміни властивостей гібрида в потрібну сторону. Наприклад, якщо у гібрида потрібно було поліпшити смакові якості, в його крону прищеплювалися живці з батьківського організму, що має хороші смакові якості, або гібридне рослина прищеплювали на підщепу, в сторону якого потрібно було змінити якості гібрида. І.В. Мічурін вказував на можливість керування домінуванням певних ознак при розвитку гібрида. Для цього на ранніх стадіях розвитку необхідно вплив певними зовнішніми факторами. Наприклад, якщо гібриди вирощувати у відкритому грунті, на бідних грунтах підвищується їх морозостійкість.