5. Частная селекция растений, животных и микроорганизмов

 Селекция растений

Особенности растений как объекта селекции:

– Высокая плодовитость.

– Короткий жизненный цикл у травянистых растений: однолетников и двулетников.

– Очень длительный жизненный цикл у древесных растений.

– Возможность самоопыления (не всегда).

– Возможность вегетативного размножения (не всегда).

– Возможность межвидовой гибридизации с последующим восстановлением плодовитости.

– Возможность применения индуцированного мутагенеза.

Все это позволяет вести селекцию растений на самые разнообразные признаки в сжатые сроки и с наименьшими затратами.

Сорта растений

Сорт – это искусственная популяция растений или клон, прошедшие сортоиспытания и предназначенные для выращивания в определенных районах при соблюдении соответствующей агротехники.

Существует множество подходов к определению самого понятия «сорт» и множество типов и подтипов сортов, однако главным признаком сорта является его способность сохранять свои наследственные признаки при возобновлении.

Современные сорта делятся на две большие группы: сорта-популяции (которые воспроизводятся при половом размножении) и сорта-клоны (которые сохраняются только при вегетативном размножении). В каждой из групп сортов имеются подгруппы: сорта–самоопылители, сорта-смеси, сорта-гибриды, сорта-химеры и др.

Сорт является основой интенсивного земледелия. Используя особенности сорта, можно добиться получения максимального выхода продукции при минимальных затратах и с наивысшими качествами. Например, в Великобритании во второй половине ХХ века урожайность зерновых культур выросла в 2 раза, при этом 50 % прироста продукции получено за счет внедрения новых сортов.

К основным сортам растений, выращиваемых в России, относятся:

Сорта ржи: Вятка, Чулпан (диплоидные); Ленинградская Тетра, Искра  (тетраплоидные).

Сорта пшеницы: Саратовская 29, Мироновская 808, Аврора, Кавказ.

Все многообразие современных пшениц можно разделить на три группы видов: диплоидные (2n=28); тетраплоидные, или твердые (2n=28); гексаплоидные, или мягкие (2n=42). Диплоидные пшеницы обычно эффективны при низком уровне агротехники; при интенсивном земледелии тетраплоидные пшеницы используются для получения крупяных и макаронных изделий, а гексаплоидные – для получения хлебобулочных изделий.

Сорта капусты: Слава, Белорусская, Амагер.

Сорта моркови: Нантская, Шантанэ.

Сорта свеклы: Бордо, Грибовская плоская.

Сорта томатов: Грунтовый Грибовский, Белый налив, Факел (сорта томатов обновляются почти ежегодно). Широко используются гибридыF₁.

Сорта огурцов: Муромский, Вязниковский. Широко используются гибридыF₁.

Сорта картофеля: Смена, Невский, Лорх, Детскосельский.

Сорта яблонь: Антоновка (около 30 сортов), Мелба, Анис, Пепин шафранный.

Сорта груш: Бергамот, Бере Октября, Бессемянка.

Сорта вишен: Владимирская, Жуковская.

Сорта смородины: Голубка, Золушка.

 

Селекция животных

Особенности животных как объекта селекции:

-     Низкая плодовитость самок и высокая плодовитость самцов.

-     Короткий жизненный цикл у птиц и мелких млекопитающих.

-     Длительный жизненный цикл у крупных млекопитающих.

-     Невозможность самооплодотворения.

-     Невозможность клонирования в широких масштабах.

-     Резкое снижение плодовитости и (или) жизнеспособности при отдаленной гибридизации.

-     Невозможность применения индуцированного мутагенеза.

Перечисленные особенности тормозят развитие селекции животных, выведение новых пород связано с высокими затратами и занимает длительное время.

Породы животных.

Порода – это искусственная популяция домашних животных с определенным генофондом, обладающая определенными хозяйственно-полезными признаками.

Кроме пород существуют породные группы. Породная группа – это совокупность особей, сходных по внешним признакам, имеющих общих предков; но в отличие от породы, в породных группах отсутствует сложившийся генофонд, отсутствуют общепризнанные стандарты. Кроме того, существуют и так называемые местные породы, которые характеризуются сравнительно низкой продуктивностью, высоким уровнем генотипического разнообразия и высокой приспособленностью к местным условиям.

Порода является основой интенсивного животноводства.

В связи с высокой трудоемкостью селекции животных важное значение приобретают методы выбраковки непригодных для дальнейшей селекции особей на ранних этапах развития. Это возможно благодаря наличию положительных и отрицательных корреляций между экстерьером (совокупность внешних признаков) и хозяйственно-полезными признаками. Например, породы крупного рогатого скота промаркированы (помечены) характерной окраской, определенным телосложением, соотношением частей тела и т.д. Эти признаки связаны с жирномолочностью, удойностью, темпами среднесуточных привесов и т.д. Например, телята, обладающие экстерьерными признаками мясных пород, не могут использоваться для селекции на удойность.

При селекции животных важную роль играет родословная родителей. Например, если в предыдущих поколениях имелись особи с высокой жирномолочностью, то можно предположить, что гены жирномолочности с определенной вероятностью перешли и к потомкам, и имеет смысл вести селекцию на дальнейшее повышение жирномолочности. Из-за инбредной депрессии важное значение имеет подбор родительских пар. Если самец и самка связаны родственными отношениями, то в их потомстве могут встретиться вредные рецессивные аллели.

Поскольку самки животных обычно малоплодовиты, то особое значение приобретает выявление самцов-производителей. Однако часто хозяйственно полезные признаки у самцов отсутствуют. Поэтому необходимо производить проверку самцов по потомству с применением анализирующего скрещивания. С помощью искусственного осеменения от одного самца-производителя с удачным набором генов можно получить многочисленное потомство. Для получения многочисленного потомства от самок используют «оплодотворение в пробирке»: у генетически ценных самок отбираются зрелые яйцеклетки, оплодотворяются вне организма, а затем пересаживаются (имплантируются) малоценным самкам. Эти методы достаточно трудоемки и применяются, в основном, в высокоразвитых странах.

В современной селекции широко используются компьютерные технологии. Например, в Информационном центре голландского животноводства в базу данных заложены родословные 2 миллионов коров.

В России распространены следующие породы животных:

Породы крупного рогатого скота:

молочные: красная степная, черно-пестрая;

мясные: казахская белоголовая, голловейская;

мясо-молочные: симментальская, алаутская.

Породы свиней:крупная белая, миргородская, украинская степная, северокавказская.

Породы овец:

шубные: романовская, каракульские;

мясо-шерстно-молочные: мериносы, архаромериносы, курдючные.

Породы лошадей:

верховые: ахалтекинцы, арабские;

рысистые: орловские, русские; тяжеловозы: русские, владимирские;

упряжные: белорусские, латвийские.

Породы собак:

служебные: овчарки, ездовые лайки, сенбернары;

охотничьи: терьеры, легавые, гончие, борзые, норные, лайки;

декоративные: болонки, шпицы, мопсы.

Породы кошек: сиамские, сибирские, персидские.

Породы кур: яичные, мясо-яичные, мясные, бойцовые и декоративные. К общепользовательским породам относятся: леггорн, плимутрок, московские. Для получения товарной продукции на птицефабриках широко используются различные гибриды (мясо-яичные кроссы).

Породы гусей: холмогорские, кубанские.

Породы уток: мускусные, пекинские.

Породы голубей: почтовые, гонные (спортивные), декоративные и мясные.

В меньшей степени в России разводят индеек, цесарок, перепелов.

Для повышения продуктивности часто используют отдаленные скрещивания. Однако гетерозис у животных тесно связан с бесплодием, например, лошадь × осел → мул; одногорбый верблюд × двугорбый верблюд → нар. Гибриды первого поколения в этом случае не могут быть использованы для дальнейшей селекции.

Некоторые пушные животные еще находятся на стадии доместикации(т.е. одомашнивания), например, лисы. Доместикация включает отбор на стрессоустойчивость, на способность давать плодовитое потомство в условиях неволи, на спокойное отношение к человеку, на способность переносить гиподинамию и т.д.

 Селекция микроорганизмов

Особенности микроорганизмов как объекта селекции:

-     Исключительно высокая скорость размножения.

-     Преимущественная гаплоидность или, наоборот, высокий уровень полиплоидии.

-     Способность переносить высокие дозы мутагенов.

Микроорганизмы – это сборная группа, включающая бактерии, актиномицеты, настоящие грибы.

Микроорганизмы используются в традиционных биотехнологиях (хлебопечение, производство кисломолочных и других продуктов), а также в современных биотехнологиях: для получения разнообразных чистых веществ – ферментов, аминокислот, антибиотиков, биологически активных веществ, в качестве бактериальных удобрений, для утилизации разнообразных отходов и т. д.

Поскольку половой процесс у большинства микроорганизмов отсутствует, то при размножении мутантной особи (клетки) может быть получена культура генетически идентичных организмов – клон. Длительно сохраняемый клон микроорганизмов, характеризующийся собственными генетически устойчивыми признаками, называетсяштамм.

Основные методы селекции микроорганизмов: индуцированный мутагенез и последующий отбор. Поскольку скорость размножения микроорганизмов очень велика, то из множества полученных мутантов можно отобрать те, продуктивность которых в десятки и сотни раз превышает продуктивность «диких» штаммов.

В настоящее время при селекции микроорганизмов используются методы биотехнологии, в частности, методы генной инженерии, которые позволяют внедрять требуемый аллель непосредственно в генетический аппарат клетки.

Если микроорганизмы находятся в гаплоидной фазе, то новая мутация (или внедренный аллель) сразу же проявляется в фенотипе, и мутантов можно легко выявить. Затем полученных мутантов можно перевести в полиплоидное состояние (например, увеличив число ядер, нуклеоидов или других носителей генетической информации в клетках). В этом случае продуктивность штаммов резко возрастает. Однако продуктивность микроорганизмов нельзя повышать до бесконечности: например, если усиливается продуцирование антибиотиков, то снижается общая жизнеспособность клеток. Поэтому одной из проблем селекции микроорганизмов является повышение устойчивости, жизнеспособности и конкурентоспособности новых штаммов.

19