| |
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №11
Тема: Методы селекции
Реферат по биологии
2008г.
План:
Вступление.
Определение науки – селекция.
Методы селекции:
3.1. Отдаленная гибридизация;
3.2. Внутривидовая гибридизация;
3.3. Полиплоидия.
3.4. Искусственный мутагенез
4) Биотехнология.
5)Новейшие методы селекции:
5.1. Генная инженерия;
5.2. Хромосомная инженерия;
6) Достижения хромосомной и генной инженерии.
8)Заключение.
9)Список литературы.
Методы селекции
Вступление
В процессе становления человека как вида ему пришлось не только защищаться от диких зверей, устраивать убежища и тому подобное, но и обеспечивать себя пищей. Поиск съедобных растений и охота – не очень надежные источники пищи, и голод был постоянным спутником первобытных людей. Естественный отбор на интеллект и развитие общественных отношений в первобытном стаде создавали возможность организации искусственной среды обитания для человека, уменьшающей его зависимость от природных условий. Одним из крупнейших достижений человека на заре его развития явилось создание постоянного, регулируемого в соответствии с потребностями источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений.
Возникновение пород животных и сортов растений стало возможно вследствие существования комбинативной наследственной изменчивости у диких видов как результата полового размножения и применения искусственного отбора. Животные и растения, выведенные человеком, имеют общие черты, резко отличающие их от диких видов. У культурных форм сильно развиты отдельные признаки, бесполезные или вредные для самих организмов, но необходимые для человека. Например, способность некоторых пород кур давать 300 яиц в год и более лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не может насиживать. Это относится и к декоративным качествам цветов, голубей, некоторых пород собак. Размеры и продуктивность культурных растений выше, чем у родственных диких видов. Вместе с тем они лишены средств защиты от поедания: горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек. Для более полного удовлетворения пищевых и технических потребностей создаются все новые сорта растений и пород животных с заранее заданными свойствами.
Разработка теории и методов создания и совершенствования пород животных и сортов растений лежит в основе особой науки – селекции.
Под селекцией понимают:
Науку о методах создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
Отрасль производства, занимающуюся выведением новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
Сам процесс получения новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
3
Селекционеры исследуют специфические закономерности эволюции домашних животных и возделываемых растений, происходящей под направляющим влиянием человека. Как указывал выдающийся генетик и селекционер академик Н. И. Вавилов, в основе селекции лежит изучение сортового, видового, родового потенциала, генетического разнообразия и роли среды в проявлении наследственных признаков, закономерностей наследования при гибридизации близких и отдаленных видов, разработка форм искусственного отбора по отношению к конкретным объектам селекции: самоопылителям, перекрестно опылителям и так далее.
Теоретическими основами селекции являются учение Дарвина об искусственном отборе и закономерности генетики.
Сорт, порода, штамм - искусственно созданная человеком популяция организмов, имеющих сходные наследственно закрепленные особенности (продуктивности и др.), однотипную реакцию на условия среды.
Основными методами селекции являются: искусственный отбор, гибридизация, полиплоидия и мутагенез.
В селекции выделяют два типа отбора: массовый (проводятся по внешним, фенотипическим признакам; применяется в отборе качественных, просто наследуемых признаков) и индивидуальный (основан на оценки генотипа отдельных особей по их потомству; применяется при отборе особей по количественным, сложно наследуемым признакам).
При отдаленной гибридизации
дословно переводится с латинского языка, как скрещивание и включает в себя понятие – скрещивание особей, принадлежащих к различным сортам, породам, подвидам (внутренняя гибридизация) или видам и родам (отдаленная гибридизация) растений.
Конечный результат гибридизация - гибрид. Он должен отвечать определенным критериям: первое поколение гибрида должно значительно отличаться от родительских форм ускорением роста, увеличением размеров, повышением жизнестойкости, плодовитости, вкусовыми качествами и тем далее, эти преобразования, изменения характерных признаков растений носят названия гетерозис. Гетерозис является необходимой частью гибридизации.
Гибридизация производит выведение новых, улучшенных сортов растений , а именно осуществляют селекцию.
Скрещиваются разные виды или роды, а в результате получаются межвидовые или межродовые гибриды (тритикале – гибрид пшеницы и ржи; мул – гибрид осла и кобылицы). Подобные гидриды часто бесплодны и применяются в селекции растений.
Внутривидовая гибридизация
4
скрещивание разных линий, сортов или пород между собой в пределах вида (работы И. В. Мичурина по получению сорта яблони бельфлер-китайка; получению степной белой украинской породы свиней М. Ф. Ивановым).
Полиплоидия
метод селекции растений, основанный на увеличении числа хромосом, кратный нормальному, - тройной, четверной и т. д., Большинство культурных растений – полиплоиды. Это приводит к изменению хозяйственно ценных признаков растений (более мощному росту, повышению содержания ценных питательных веществ, большей устойчивостью к действию неблагоприятных факторов среды).
Искусственный мутагенез
метод селекции растений и микроорганизмов, основанный на применении мутагенов для получения мутантных форм. Последние используются в дальнейшем для гибридизации и отборе. Мутации (наследственные изменения) возникают сравнительно редко, еще реже они оказываются полезными. Поэтому при селекции нередко применяют мутагены - вещества, искусственно усиливающие частоту мутаций. Этот метод часто используют при отборе растений, микроорганизмов, грибов. Он позволяет достаточно быстро получать высокопродуктивные сорта и штаммы.
Биотехнология
Современные ученые селекционеры основываясь на открытиях и используя знания своих предшественников совершенствовали селекционную работу. Появились новые понятия такие как: генная инженерия, хромосомная инженерия, клеточная инженерия. Традиционные методы заменяются более новыми, привычные технологии становятся более совершенными.
Самыми значимыми и перспективными методами сегодня являются - генная инженерия, хромосомная инженерия и клеточная инженерия. Использование этих способов - это большой шаг в будущее.
Применение биологических процессов в системе производства, этим занимается биотехнология. Более конкретно биотехнологические методы включают микробиологический синтез, генную инженерию, клеточную и белковую инженерию, инженерную энзимологию, культивирование клеток растений, животных и бактерий, методы слияния клеток. Исторически биотехнология возникла на основе традиционных микробиологических (большей частью бродильных) производств; ведь многие подобные «технологии» неосознанно применялись еще в древности при получении вина, пива, хлеба и др. пищевых продуктов. Дальнейшее развитие этих традиционных биопроизводств было связано с успехом в области биохимии и других наук биологического цикла.
Современная биотехнология оказывает огромное влияние на все аспекты практической деятельности человека. С ее помощью в настоящее время получают десятки дорогостоящих биологически активных веществ, среди них гормоны, ферменты, витамины, антибиотики, некоторые лекарства. Огромна роль биотехнологии в медицине. Здесь благодаря применению генной инженерии, позволяющей «встраивать» чужие гены в клетки – продуценты, удается нарабатывать в неограниченных количествах такие ценнейшие лекарства, как человеческий инсулин, интерфероны, моноклональные антитела. Чрезвычайно важное значение имеет биотехнология в экологии промышленных производств на основе создания безотходных производств; биотехнологические методы применяются при очистке воды; биотехнологические методы подавления вредителей сельскохозяйственных культур уверенно вытесняют, казалось, не имеющие конкурентов химические инсектициды. Благодаря биотехнологии разработаны и внедрены энерго – и ресурсосберегающие производства. Биотехнологические процессы являются базой для получения кормового и пищевого белка; в настоящее время в мире 5% кормового белка производится с помощью микробиологической переработки нефти. Биотехнологическим путем получают возобновляемые источники энергии.
Новые биотехнологические процессы, вполне возможно, приведут к дальнейшей революционизации различных отраслей промышленности. Поистине фантастическое будущее связывается с развитием белковой инженерии, биоэлектроники (биосенсеры, биоэлементы для ЭВМ), с получением новых стимуляторов роста растений, высокоэффективных препаратов.
Несомненно, что первым импульсом к генной и хромосомной инженерии послужили достижения клеточной биологии, прежде всего реализация методов культивирования клеток, тканей и органов. Для культурных растений - возможность получения полноценного организма из любой клетки на специальных искусственных средах, где в специально созданных условиях можно повторить весь путь развития организма.
И вторым этапом является открытие механизма введение чужих генов в геном растений.
Под генной инженерией обычно понимают искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов (бактерий, животных, растений) в другой вид, часто очень далекий по своему происхождению. Чтобы осуществить перенос генов (или трансгенез), необходимо выполнить следующие сложные операции:
выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которые намечены для переноса. Иногда эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов, если таковой оказывается возможным;
создание специальных генетических конструкций (векторов), в составе которых намеченные гены будут внедряться в геном другого вида. Такие конструкции кроме самого гена должны содержать все необходимое для управления его работой (промоторы,терминаторы) и гены-«репортеры», которые будут сообщать, что перенос успешно осуществлен;
внедрение генетических векторов сначала в клетку, а затем в геном другого вида и выращивание измененных клеток в целые организмы (регенерация).
В настоящий момент хромосомная инженерия связывается, прежде всего, с возможностями замещения (замены) отдельных хромосом у растений или добавления новых.
Более широкое практическое применение в настоящее время получило важнейшее направление современной биотехнологии — клеточная селекция как метод создания новых форм растений путем выделения мутантных клеток и сомаклональных вариаций в селективных условиях.
Преимущество клеточной селекции перед традиционными методами состоит в отсутствии сезонности в работе, возможности использования миллионов клеток при отборе, направленности селекции путем применения селективных сред и выполнении работ в лабораторных условиях.
Достижения в хромосомной и генной инженерии
Ученым из разных стран, в том числе и нашей, удалось с помощью генно-инженерных методов создать ценные для селекции новые формы растений. В природе существует бактерия Bacillus thuringiensis, которая нарабатывает белок, называемый эндотоксином. Свое название он получил потому, что при попадании этой бактерии в желудок насекомых – вредителей сельскохозяйственных растений этот белок вызывает разрушение стенки желудка и гибель насекомого – вредителя. Это свойство белка генные инженеры решили использовать для создания форм полезных сельскохозяйственных растений, устойчивых к насекомым – вредителям. Они выделили из бактериальной ДНК ген, кодирующий белок эндотоксин. Далее ген был встроен в состав природных генетических векторов – присутствующих в клетках почвенной бактерии Acrobacterium tumefaciens. Этой бактерией были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на питательной среде. Через некоторое время плазмиды, несущие ген белка-токсина, внедрились в растительные клетки, а затем ген встроился в ДНК растений. О том, что этот процесс прошел успешно, сообщил специальный ген-«репортер», также искусственным путем введенный в состав плазмид. Затем кусочки растительной ткани перенесли на питательную среду другого состава, которая обеспечивает рост и развитие полноценных растений. В конце концов, такие растения были выращены, и оказалось, что если на их листья посадить гусениц насекомых-вредителей, то, попробовав растительной ткани с белком-токсином, гусеницы погибают. Важно, что белок-токсин оказался гибельным только для насекомых и совершенно безвреден для человека и сельскохозяйственных животных. Описанным выше путем к настоящему моменту удалось получить формы картофеля, томатов, табака, рапса, устойчивые к разнообразным сельскохозяйственным вредителям. Это одно из первых и самых значительных достижений генной инженерии растений в практической селекции.
Одной из важных областей приложения методов генной инженерии в растениеводстве является биологическая фиксация азота. Эти исследования проводятся с целью повышения продуктивности азотфиксирующих бактерий и получения эффективных биологических препаратов для фиксации азота посевами как бобовых, так и не бобовых культур; создания симбиотических отношений между азотфиксирующими микроорганизмами и не бобовыми культурами, в частности злаковыми; получения растений, способных самостоятельно, без помощи микроорганизмов, фиксировать азот.
Обнаружены азотфиксирующие микроорганизмы способные сосуществовать с корневой системой злаков (рис, кукуруза, пшеница, сорго), снабжающей их углеводами. В серии проведенных опытов, азотфиксаторами обеспечивала прибавки урожая зерна до 30%.
Теоретически генетически модифицированные растения (ГМР) не могут не влиять на экологию нашей планеты. Прежде всего, нельзя исключить возможность того, что ГМР или технологии их выращивания будут нежелательно воздействовать на те организмы, на которые никакого влияния не предполагалось вовсе. Главной мишенью для критики экологической безопасности ГМР стали так называемые растения-пестициды, которые в результате генетической трансформации продуцируют токсичные вещества, уничтожающие тех или иных вредителей. Наиболее правомерно оценивать не абсолютный вред таких культур, а относительный - сравнить его с побочными эффектами применения ядохимикатов.
Преимущество белковых токсинов, продуцируемых ГМР, перед синтетическими пестицидами очевидно: большие и нестойкие молекулы белков не накапливаются в природе - быстро распадаются до аминокислот; кроме того, они более специфичны, то есть уничтожают только определенных вредителей (бактерии, грибы, насекомые). Маленькие же молекулы пестицидов чаще поражают ни в чем не повинные организмы и из-за высокой химической стабильности могут проходить по пищевым цепям и накапливаться на их вершине. В общем, растениям-пестицидам по своей ядовитости далеко до ДДТ.
Преимущество ГМР перед ядохимикатами было со всей очевидностью доказано в "конфликте" бабочки-монарха и Вt-кукурузы. Бабочка-монарх (Danaus plexippus) привлекает всех любителей природы своей красотой. Ученые-энтомологи тоже любят ее за уникальное свойство - ежегодно по пути из Канады в Мексику монархи преодолевают около 4000 км. Никакая другая бабочка на такое не способна. Вt-кукуруза содержит ген Вt-токсина (о нем упоминалось ранее), встроенного в ДНК кукурузы для борьбы с кукурузным мотыльком, уничтожающим до 7% урожая кукурузы в мире (40 млн. тонн). Агентство по охране окружающей среды США проверяло эту кукурузу и признало ее нетоксичной для всех организмов, кроме мотылька-вредителя.
Но в мае 1999 года в журнале "Nature" появилось короткое сообщение, что смертность личинок бабочки-монарха, питающихся листьями с пыльцой Вt-кукурузы, намного выше нормы. Авторы сделали вывод, что широкое распространение Bt-кукурузы приведет к исчезновению бабочки-монарха.
Ученые же начали широкомасштабное исследование этого вопроса. В сентябре 2001 года Национальная академия наук США обнародовала результаты двухлетних исследований ряда университетов США и Канады, проведенных под эгидой Министерства сельского хозяйства США. Заключение гласило, что пыльца Вt-кукурузы не опасна для личинок бабочки-монарха. А вот от широко применяемого на кукурузных полях цихалотрин- l-инсектицида численность их действительно сокращается.
Гринпис подал судебный иск, но Верховный суд США постановил, что у полезных насекомых больше шансов выжить на Bt-растениях, нежели когда поля обрабатываются пестицидами. Количество же применяемых инсектицидов в мире только из-за выращивания Вt-хлопка сократилось на 33 тысячи тонн. А всего в 2001 году в США выращивание трансгенных растений, устойчивых к гербицидам и насекомым, позволило уменьшить использование ядохимикатов на 20,7 тысячи тонн. Все это положительно сказывается как на окружающей среде, так и на здоровье фермеров, а также улучшает биоразнообразие на полях.
Еще одной потенциальной угрозой биоразнообразию считают утечку генов из трансгенных растений - горизонтальную (в микроорганизмы) и вертикальную (в растения).
Горизонтальный перенос генов (то есть вне системы родитель - потомство) уже упоминался ранее (перенос в патогенные бактерии). Теоретические модели и эксперименты показывают, что перенос ДНК из ГМР в микроорганизмы случается, если вообще имеет место, с очень маленькой вероятностью. Если бы это на самом деле происходило так быстро и просто, как считают оппоненты генной инженерии растений, то за миллионы лет эволюции гены всех организмов совершенно перемешались бы. В действительности же на сегодняшний день известно всего несколько случаев горизонтального переноса из растений в бактерии, и самый последний имел место более 10 млн лет назад.
Вертикальной утечкой генов называется перенос ДНК от родительского растения его потомкам. Этот перенос осуществляется через пыльцу при переопылении культурных растений (любых, не только трансгенных) с близкородственными культурными, сорными или дикорастущими видами. Такая утечка из сельскохозяйственных культур происходит постоянно, а началась она, когда человек занялся селекцией. Этот процесс идет и в обратном направлении, что, как правило, ухудшает свойства культурных растений. Какая же угроза может произойти от вертикальной утечки трансгенов? Но уже в 2001 году появились заявления о том, что пищевая безопасность человечества под угрозой - с ними выступили представители экологических организаций после появления в ноябре 2001 г. в одном из самых респектабельных научных журналов мира "Nature" статьи о том, что в мексиканской провинции - колыбели кукурузы в полудиких местных сортах - обнаружены фрагменты трансгенной ДНК, разбросанные по геному немодифицированной кукурузы.
Бурной была реакция и экологических организаций, и научного сообщества. Заметим, никто из ученых не подверг сомнению саму возможность переноса трансгенов в дикую кукурузу, а это так обеспокоило противников ГМР. Напротив, многие высказали удивление, что такой солидный журнал опубликовал статью, в которой, по сути, не содержалось ничего нового, так как возможность переноса трансгенов в близкородственные виды путем переопыления доказана уже давно. Непонятно только, почему по геному были рассеяны фрагменты трансгена, ведь при переопылении происходит встраивание гена целиком, и нет ли здесь какой-нибудь технической ошибки?
В ответ на публикацию в "Nature" Международный центр по изучению кукурузы и пшеницы (CIMMYT), расположенный в Мексике, в течение года проверил более 300 так называемых "фермерских сортов" кукурузы и ни в одном из них трансгенную ДНК не обнаружил. История закончилась тем, что в апреле 2002 года "Nature" опубликовал два письма с критикой результатов работы и ответ на критику самих авторов нашумевшей публикации, признающих, что "некоторые их результаты были ошибочными". Кроме того, редактор в том же номере выступил с беспрецедентным заявлением, что журнал "пришел к заключению, что предъявленных доказательств недостаточно для оправдания публикации", а затем призвал читателей "самим принять решение" в этой истории.
Но даже если перенос и состоялся, существовала ли угроза генетическому разнообразию? Не нужно считать, что геномы диких видов законсервированы и любой приток извне несет им угрозу. Статья об ошибочности такого мнения была опубликована в журнале "Science" в феврале 2000 года, еще до "кукурузной" истории. В ней говорилось: сорта кукурузы, выращиваемые фермерами, сегодня не те, что были пять лет назад, и уж тем более не те, что были сто или пятьсот лет назад. Исследования показали - в результате перекрестного опыления и деятельности человека сорта постоянно изменяются. Кроме того, в настоящее время фермеры часто используют семена из других регионов. Таким образом, генетическое разнообразие на полях является вовсе не статичной, а динамичной системой. Также было установлено, что в силу биологических особенностей перенос трансгенов в геном ближайших родственников и предков кукурузы (теосинте и трипсакум) не представляет опасности.
Кстати, вертикальной утечки генов можно избежать. Технологии, позволяющие предотвратить возможность переноса новых генов при переопылении, в настоящее время активно разрабатываются. Например, если генетически трансформировать хлоропласты, то чужеродных генов в пыльце просто не будет.
Но, может быть, пример с кукурузой - это частный случай, а перенос трансгенов в рис или рапс более опасен для биологического разнообразия? Вот самый мрачный сценарий: трансгенная пыльца опыляет несколько растений, их потомство становится трансгенным, размножившиеся генетически модифицированные растения опыляют еще больше растений, и так, пока все растения не станут трансгенными. Дикие родственники трансгенных культур, получившие с трансгенами устойчивость к вредителям, патогенам, засухе, морозам, со временем вытеснят естественную флору, а вместе с ней и другие организмы, зависящие от нее. Но совсем плохо, если эти родственники - сорняки. Получив устойчивость к ядохимикатам, они станут суперсорняками, для уничтожения которых потребуются огромные дозы гербицидов, что в результате приведет к непредсказуемым последствиям не только для дикой природы, но и для сельского хозяйства. Кроме того, устойчивые ГМР будут способствовать появлению супервредителей и суперболезней, с которыми просто не справиться. На деле же такой сценарий весьма маловероятен. Для того чтобы новый ген закрепился в популяции, он должен придавать виду некие эволюционные преимущества. Устойчивость к гербицидам или определенным вредителям таковым не является. Но даже если предположить, что какой-либо ген даст это преимущество и вид начнет усиленно размножаться, то и тут ничего катастрофического не произойдет. Последует рост численности животных, питающихся этим растением, а также микроорганизмов и насекомых, паразитирующих на нем, что уравновесит экологический баланс. Так что в естественных условиях доминирование одного вида невозможно по определению. Доминирующий вид способен существовать только при поддержке человека. Тем не менее, уступая общественному мнению, для предотвращения этой гипотетической опасности производители ГМР вводят ограничения на возделывание генетически модифицированных культур в районах, где растут дикие родственники этих растений.
Ученые знают, что в первую очередь биоразнообразию угрожает не замена одного сорта (или даже десяти сортов) на другой, а превращение природных ландшафтов в сельскохозяйственные. Так, нобелевский лауреат Норманн Борлоуг писал, что для получения урожая 1998 года по технологиям 1950 года потребовалось бы дополнительно распахать 1,2 млрд гектаров земли, то есть 33% всех пастбищ или 29% всех лесов в мире, а с учетом меньшей продуктивности этих земель - и того больше. Никакое использование удобрений и ядохимикатов и тем более, генетически модифицированных растений, не сравнится с ущербом окружающей среде от увеличения площади сельскохозяйственных угодий. Кроме того, в некоторых регионах, например в Юго-Восточной Азии, свободные земли взять просто неоткуда. А все увеличивающееся население Земли надо как-то кормить. Генная инженерия растений, как и другие способы интенсификации сельского хозяйства, даст возможность сохранить нетронутыми огромные площади лесов, степей, лугов. А в идеальном случае позволит даже сократить площадь земель сельскохозяйственного назначения. Вот почему генная инженерия растений способствует сохранению биоразнообразия дикой природы, а не его уничтожению.
Еще один "конек" борцов с ГМР - это забота об органическом земледелии. Оно, как известно, исключает использование трансгенных растений, как, впрочем, и ядохимикатов и минеральных удобрений. Зато оно активно использует Bt-инсектициды. Поэтому трансгенным культурам со встроенным геном Bt-токсина достается от борцов особенно сильно. Дескать, их использование будет способствовать появлению у вредителей устойчивости к натуральному Вt-инсектициду, что создаст проблему для фермеров, практикующих органическое земледелие с его использованием. Другие мыслят глобально - зачем вообще нужны ГМР с их устойчивостью к болезням, вредителям, ведь природа в любом случае ее преодолеет. Человек, ускоряя эволюцию, все равно проигрывает гонку: патогены приобретают устойчивость к антибиотикам, сорняки - к гербицидам, вредители - к инсектицидам. Не бессмысленны ли потуги человечества? Что тут возразить? Процесс приспособления вредителей и патогенов к средствам борьбы с ними пошел с момента возникновения земледелия. Точно так же природа "одолевает" полезные свойства сортов, выведенных путем традиционной селекции. Такова плата за прогресс. Вопрос лишь в том, захотят ли эти борцы за чистоту земледелия вернуться на несколько веков назад, когда 100% земледелия было органическим (а не 3%, как сейчас), а о пестицидах, антибиотиках и прочей вредной "химии" никто и не слыхивал? Маловероятно. Но все же стоит напомнить, что средняя продолжительность жизни тогда составляла не более 30 лет, сельским хозяйством занималось почти все население, а неурожаи и голод в России случались раз в 3 года, в менее суровой по климату Европе - раз в 5-6 лет, приводя нередко к катастрофическим последствиям: более двух третей новорожденных умирало от инфекционых болезней; диагнозы "пневмония" и "туберкулез" были сродни смертному приговору; ничтожное ранение или травма вызывали гангрену и сепсис. Откажутся ли оппоненты "всякой химии" от лечения антибиотиками, если их жизнь окажется под угрозой?
Заключение
По мнению ученых демографов, в ближайшие двадцать лет население земного шара увеличится вдвое.
Пользуясь современными агрокультурами и агротехнологиями, обеспечить продовольствием такое количество населения будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас пора подумать о том, как с наименьшими потерями поднять урожайность сельхозкультур вдвое. Поскольку для обычной селекции срок в два десятилетия крайне мал, необходимо воспользоваться новыми перспективными методами селекции.
Бурное развитие новых методов исследований в генетике, расширение и углубление наших представлений о структуре и законах организации наследственного аппарата клетки обусловили создание и разработку принципиально новых методов.
Ранее генетическое разнообразие форм растений – исходного материала для селекции – экспериментально создавалось в селекции методами гибридизации, полиплоидии, мутагенеза и др. Теперь ученые могут достигать еще большего разнообразия благодаря манипулированию отдельными клетками живого организма, отдельными хромосомами и отдельными генами.
Родились новые понятия и направления современной генетики: клеточная, хромосомная инженерия и генная инженерия. При этом принципиальное отличие данных методов от традиционно используемых в селекции, например, мутагенеза, состоит в целенаправленном, а не случайном расширении границ изменчивости генотипа, в планируемом разнообразии исходного материала для селекции. Эти современные методы большее применение пока получили в селекции растений.
Всем известны страсти, кипящие по поводу трансгенных животных и растений. Общество разделилось на ярых противников и сторонников создания таких организмов и использования полученных из них продуктов. Есть или не есть продукты из трансгенной сои?
Как реагировать на все новые диковинные химеры – картофель, убивающий колорадского жука; землянику, препятствующую образованию инея в саду; персики, растущие за Полярным кругом; коз, дающих вместе с молоком вакцины против болезней? Есть ли предел фантазии ученых, может быть, для них не осталось ничего невозможного.
Список литературы:
С.Г. Мамонтов Биология для поступающих в вузы, М. Высшая школа, 1992.
Новый справочник школьника. 5-11 класс. Универсальное пособие. Т.2.-СПб.: ИД «ВЕСЬ», 2002 год.
Научно-теоретический и методический журнал Министерства образования Российской Федерации. Биология в школе, 1993 год 1 издание.
Популярный энциклопедический иллюстрированный словарь – ЕВРОПЕДИЯ. Олма медиагрупп. Олма-пресс 2004.
Энциклопедический справочник школьника. Естественные науки. Москва 2002.
Р. Ренненберг, И. Ренненберг «От пекарни до биофабрики»
Изд. «Мир» М. 1991
8
Доклад: Селекция Слово "селекция" произошло от лат. "selectio",что в переводе обозначает "выбор, отбор". Селекция - это наука, которая разрабатывает новые пути и методы получения сортов растений их гибридов, пород животных.
Реферат Селекция гладиолусов С овременное состояние селекции гладиолуса. Последняя четверть века характеризуется в селекции гладиолуса значительным подъемом, что выразилось не только в увеличении количества сортов, но и в значительном улучшении их качества, в появлении новых форм.
Курсовая: Новейшие методы селекции: клеточная инженерия, генная инженерия, хромосомная инженерия Новейшие методы селекции: клеточная инженерия, генная инженерия, хромосомная инженерия. Важнейшая роль биоинженерии направлена в современной селекции на устойчивость и качество продукции, создание нового поколения сортовых ресурсов страны. Селекция это одна из важнейших наук на сегодняшний день. Эта наука выходит на первый план среди многих естественных дисциплин.
nreferat.ru
Количество просмотров публикации Основные методы селекции растений - 3306
Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Размещено на реф.рфРазличают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.
1. Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений, таких, как рожь, кукуруза, подсолнечник. При этом выделяют группу растений, обладающих ценными признаками. В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя даже от одного материнского растения обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.
2. Индивидуальный отбор эффективен для самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя, гороха). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и принято называть чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. У любой особи тысячи генов, и так как происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.
3. Естественный отбор в селекции играет определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует целый комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.
4. Инбридинг используют при самоопылении перекрестноопыляемых растений, к примеру, для получения чистых линий кукурузы. При этом подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса — жизненной силы, образуют початки более крупные, чем початки родительских форм. От них получают чистые линии — на протяжении ряда лет, производят принудительное самоопыление — срывают метелки с выбранных растений и, когда появляются рыльца пестиков, их опыляют пыльцой этого же растения. Изоляторами предохраняют соцветия от попадания чужой пыльцы. У гибридов многие рецессивные неблагоприятные гены при этом переходят в гомозиготное состояние, и это приводит к снижению их жизнеспособности, к депрессии. Далее скрещивают чистые линии между собой для получения гибридных семян, дающих эффект гетерозиса.
Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии — тем больший эффект гетерозиса, и первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30% (рис. 339).
|
F1 AaBbCcDd
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования: иногда гетерозиготное состояние по одному или нескольким генам дает гибриду превосходство над родительскими формами по массе и продуктивности. Но начиная со второго поколения эффект гетерозиса затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.
Аа х Аа
АА 2Аа аа
5. Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Рассмотрим, как это практически выполняется при создании новых сортов пшеницы. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в банке с водой ставится растение другого сорта͵ и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.
6. Очень перспективен метод получения полиплоидов, у растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют из себяестественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.
|
|
7. Отдаленная гибридизация — скрещивание растений, относящихся к разным видам. Но отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не конъюгируют), и не образуются гаметы.
В 1924 году советский ученый Г.Д.Карпеченко получил плодовитый межродовой гибрид. Он скрестил редьку (2n = 18 редечных хромосом) и капусту (2n = 18 капустных хромосом). У гибрида в диплоидном наборе было 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных, но при мейозе редечные и капустные хромосомы не конъюгировали, гибрид был стерильным.
|
затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.
8. Использование соматических мутаций применимо для селекции вегетативно размножающихся растений, что использовал в своей работе еще И.В.Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Вместе с тем, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.
9. Экспериментальный мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использование химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций, сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.
Многие методы селекции растений были предложены И.В.Мичуриным. С помощью метода ментора И.В.Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. К примеру, в случае если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества; или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В.Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития крайне важно воздействие определенными внешними факторами. К примеру, в случае если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах, повышается их морозостойкость.
referatwork.ru
Вирусы и их особенности
О том, что растения болеют, люди узнали в те далекие времена, когда перешли на оседлое земледелие. Земледельцы как могли, лечили растения, старались предотвратить массовое поражение...
Закаливание растений
...
Закаливание растений
Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность растений переносить положительные температуры несколько выше О 0С...
Закаливание растений
Морозоустойчивость - способность растений переносить температуру ниже О °С, низкие отрицательные температуры. Морозоустойчивые растения способны предотвращать или уменьшать действие низких отрицательных температур...
Идентификация генов – основная задача нового этапа развития генетики
В настоящее время разработан ряд эффективно работающих методов идентификации генов растений. Большинство этих методов используются и для идентификации генов у животных...
Концепции современного естествознания
Одним из самых распространенных достижений человеческой цивилизации было выведение сортов растений и пород домашних животных от диких предков. Отбирая те особи, которые обладали какими-то желательными отклонениями...
Методы и условия культивирования изолированных клеток и тканей растений
Сомаклональная вариабельность. Метод культуры изолированных клеток, тканей и органов растений in vitro, широко используемый для решения многих фундаментальных вопросов клеточной биологии, физиологии и генетики растений...
Методы селекции
Основные методы селекции растений в частности -- отбор и гибридизация. Для перекрестно-опыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания...
Основы селекции
Хотя основные принципы селекции животных существенно не отличаются от принципов селекции растений, все-таки они имеют ряд характерных особенностей. Так, у животных существует только половое размножение...
Основы селекции
К микроорганизмам относятся, прежде всего, прокариоты (бактерии, актиномицеты, микоплазмы и др.) и одноклеточные эукариоты -- простейшие, дрожжи и др. Из более 100 тыс. видов, известных в природе микроорганизмов...
Пластиды и их пигменты. Выделительные системы растений
Вид - совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенную территорию...
Предмет, задачи и методы физиологии растений
Физиология растений -- наука, которая изучает процессы жизнедеятельности и функции растительного организма. Слово «физиология» греческого происхождения; оно состоит из двух слов: physis -- природа и logos -- понятие, учение...
Процесс и проблемы клонирования
Клонирование растений, в отличие от клонирования животных, является обычным процессом, с которым сталкивается любой цветовод или садовод. Ведь часто растение размножают отростками, черенками, усиками и т.д. Это и есть пример клонирования...
Процессы брожения. Санитарный надзор. Виды дезинфекции
Дезинфекция -- это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение возбудителей инфекционных заболеваний и разрушение токсинов на объектах внешней среды. Для её проведения обычно используются химические вещества, например...
Яды животных и растений
Яды растений также можно разделить на белковые и небелковые. Выделенные и охарактеризованные яды белковой природы относительно немногочисленны. Так, в бледной поганке и некоторых мухоморах содержатся фаллотоксины и аматотоксины...
bio.bobrodobro.ru
Количество просмотров публикации Основные методы селекции растений - 191
Учение Н. И. Вавилова о центрах происхождения и многообразия культурных растений
Глава 41. Основы селекции
|
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.
Породы, сорта͵ штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.
Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, в связи с этим в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.
Для успешной работы селекционеру крайне важно 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.
Сегодня коллекция пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры.
Н.И.Вавилов установил центры происхождения культурных растений, где находится наибольшее видовое и сортовое многообразие культурных растений.
Таблица 10.
Центры происхождения культурных растений (по Н.И.Вавилову).
| Центры происхождения | Местоположение | Культивируемые растения |
| 1. Южноазиатский тро-пический 2. Восточноазиатский 3. Юго-Западноазиат-ский 4. Средиземноморский 5. Абиссинский 6. Центральноамериканский 7. Южноамериканский | Тропическая Индия, Индокитай, о-ва Юго-Восточной Азии Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия Страны по берегам Средиземного моря Абиссинское нагорье Африки Южная Мексика Западное побережье Южной Америки | Рис, сахарный тростник, цитрусовые, баклажаны и др. Размещено на реф.рф(50% культурных растений) Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня и др. Размещено на реф.рф(20% культурных растений) Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, чеснок, виноград и др. Размещено на реф.рф(14% культурных растений) Капуста͵ сахарная свекла, маслины, клевер (11% культурных растений) Твердая пшеница, ячмень, кофейное дерево, бананы, сорго Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник Картофель, ананас, хинное дерево. |
Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации, именно там наиболее ранняя культура земледелия, более долгое время проводится искусственный отбор и селекция растений.
Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Размещено на реф.рфРазличают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.
1. Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений, таких, как рожь, кукуруза, подсолнечник. При этом выделяют группу растений, обладающих ценными признаками. В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя даже от одного материнского растения обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.
2. Индивидуальный отбор эффективен для самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя, гороха). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и принято называть чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. У любой особи тысячи генов, и так как происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.
3. Естественный отбор в селекции играет определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует целый комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.
4. Инбридинг используют при самоопылении перекрестноопыляемых растений, к примеру, для получения чистых линий кукурузы. При этом подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса — жизненной силы, образуют початки более крупные, чем початки родительских форм. От них получают чистые линии — на протяжении ряда лет, производят принудительное самоопыление — срывают метелки с выбранных растений и, когда появляются рыльца пестиков, их опыляют пыльцой этого же растения. Изоляторами предохраняют соцветия от попадания чужой пыльцы. У гибридов многие рецессивные неблагоприятные гены при этом переходят в гомозиготное состояние, и это приводит к снижению их жизнеспособности, к депрессии. Далее скрещивают чистые линии между собой для получения гибридных семян, дающих эффект гетерозиса.
Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии — тем больший эффект гетерозиса, и первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30% (рис. 339).
|
F1 AaBbCcDd
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования: иногда гетерозиготное состояние по одному или нескольким генам дает гибриду превосходство над родительскими формами по массе и продуктивности. Но начиная со второго поколения эффект гетерозиса затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.
Аа х Аа
АА 2Аа аа
5. Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Рассмотрим, как это практически выполняется при создании новых сортов пшеницы. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в банке с водой ставится растение другого сорта͵ и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.
6. Очень перспективен метод получения полиплоидов, у растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют из себяестественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.
|
|
7. Отдаленная гибридизация — скрещивание растений, относящихся к разным видам. Но отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не конъюгируют), и не образуются гаметы.
В 1924 году советский ученый Г.Д.Карпеченко получил плодовитый межродовой гибрид. Он скрестил редьку (2n = 18 редечных хромосом) и капусту (2n = 18 капустных хромосом). У гибрида в диплоидном наборе было 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных, но при мейозе редечные и капустные хромосомы не конъюгировали, гибрид был стерильным.
|
затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.
8. Использование соматических мутаций применимо для селекции вегетативно размножающихся растений, что использовал в своей работе еще И.В.Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Вместе с тем, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.
9. Экспериментальный мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использование химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций, сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.
Многие методы селекции растений были предложены И.В.Мичуриным. С помощью метода ментора И.В.Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. К примеру, в случае если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества; или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В.Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития крайне важно воздействие определенными внешними факторами. К примеру, в случае если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах, повышается их морозостойкость.
referatwork.ru
