Файл: Лекции 2425 Генетика теоретическая основа селекции. Основные методы селекции Центры происхождения культурных растений.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 262
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лекции № 24-25Генетика – теоретическая основа селекции. Основные методы селекцииЦентры происхождения культурных растенийВыдающийся вклад в развитие представлений о центрах происхождения культурных растений внесли Н. И. Вавилов и его сотрудники.В результате многочисленных экспедиций, организованных Н. И. Вавиловым в самые отдаленные уголки планеты, где возникли древние земледельческие цивилизации, была собрана уникальная, самая крупная в мире коллекция разнообразных культурных растений. Именно она послужила фундаментом той огромной коллекции, которая ныне находится в Институте растениеводства им. Н. И. Вавилова (Санкт-Петербург) и активно служит интересам науки и практики.Главные центры происхождения культурных растений и их одомашниванияВ настоящее время выделяют восемь главных центров происхождения культурных растений (см. табл.). Исследования показали, что родоначальником культурного риса стали два диких вида этого растения — азиатский и африканский. Из 20 диких видов ячменя (многолетних) был одомашнен лишь один вид — двурядный ячмень. Овес и рожь одомашнены значительно позднее, чем пшеница и ячмень. До этого они существовали как дикие растения, засорявшие посевы пшеницы.О происхождении и систематическом положении современных культурных растений судят на основе сравнительно-морфологического, физиологического исследования, а также изучения структуры хромосом.Районы одомашнивания животных. Районы одомашнивания животных, как можно судить на основании современных зоологических и археологических исследований, связаны с центрами происхождения культурных растений. По-видимому, в районах Индонезийско-Индокитайского центра впервые были одомашнены животные, не образующие крупных стад: собака, свинья, куры, гуси, утки.В районах Передней Азии, как предполагают, впервые были одомашнены овцы, а в Малой Азии — козы. Предок крупного рогатого скота — тур — впервые одомашнен в ряде областей Евразии, предки домашней лошади — в степях Причерноморья. В районе американских центров происхождения растений были одомашнены такие животные, как лама, альпака, индейка.
Происхождение домашних животных. Одно из наиболее древних домашних животных — собака. До недавнего времени было много споров о происхождении собаки. Теперь установлено, что единственным предком домашней собаки был волк. Родоначальником крупного рогатого скота был первобытный бык — тур. Тур распространился в Евразии и Северной Африке, но постепенно был уничтожен человеком.Предками домашней овцы были, по-видимому, дикие бараны — муфлоны, которые в свое время широко распространились в нагорьях юга Европы и Передней Азии. Многие исследователи предполагали, что предком домашней лошади послужила дикая лошадь Пржевальского. Однако после того, как было обнаружено различие в числе хромосом между домашней лошадью и лошадью Пржевальского, возможным предком домашних лошадей стали считать тарпана — дикую лошадь южнорусских степей, окончательно истребленную в конце XIX — начале XX в. Тарпан и лошадь Пржевальского произошли от какого-то общего предка.Родоначальник домашней свиньи — дикий кабан распространен на огромной территории Евразии. Предком домашней кошки была африканская дикая кошка. Домашняя курица произошла от дикой красной курицы джунглей.Таким образом, для каждого вида домашних животных или растений, несмотря на обилие пород и сортов, удается отыскать, как правило, одного дикого предка, который и был подвергнут одомашниванию.Основные методы селекции: гибридизация и искусственный отбор. Основные достижения современной селекции культурных растений, домашних животных и микроорганизмов.Селекция – это наука о выведении новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных, и штаммов микроорганизмов.В основе селекции лежат генетические знания, а именно, о наследственности и изменчивости.Специфическими методами селекции являются – гибридизация или скрещивание и отбор или селекция, которые используются также и в генетике. Таким образом, селекция – это прикладная генетика.Исходным материалом для селекции могут быть виды живых существ, только вводимые в культуру, а также культурные живые существа, нуждающиеся в улучшении. Поиск исходного материала направляется учением, созданным Н. И. Вавиловым о центрах происхождения культурных растений, а также учением академика Д. К. Беляева о центрах одомашнивания животных.
Основными методами селекции являются гибридизация и отбор. Методы селекции различных групп определяются их биологическими особенностями.Существуют две системы гибридизации – инбридинг и аутбридинг. Инбридинг – это система близкородственных скрещиваний типа брат – сестра, отец – дочь, мать – сын, двоюродные братья и сёстры. Эта система скрещиваний широко используется в селекции с древнейших времён. Яркий пример инбридинга - это самооплодотворение, в результате которого происходит слияние гамет, образованных одним и тем же организмом. В результате инбридинга в каждом новом поколении половина генов, бывшая в гетерозиготном состоянии, переходит в гомозиготное. При этом часто появляются особи гомозиготные по вредным генам с пониженной жизнеспособностью. Это явление получило название – инбредная депрессия. Инбредная депрессия особенно ярко проявляется в первых поколениях инбридинга. Затем она постепенно затухает, по мере того, как популяция освобождается от рецессивных генов. Скрещивание двух или нескольких стабильных инбредных линий широко применяется в селекции для получения эффекта гетерозиса.Гетерозис или гибридная сила –это свойство гибридов первого поколения превосходить по совокупности признаков лучшую из родительских форм. Этот эффект при половом размножении постепенно затухает во втором и третьем поколениях, но может быть сохранен при вегетативном размножении. Механизм гетерозиса остается до сих пор загадкой.Кроме различных систем скрещивания существуют две системы отбора: индивидуальный и массовый. Массовый отбор базируется на внешних (фенотипических) показателях. Этот тип отбора, вследствие отсутствия прямой оценки наследственных свойств, приводит к медленным темпам селекции.В отличие от массового отбора при индивидуальном отборе, прежде всего, учитываются свойства потомства отдельного живого существа, что увеличивает темп селекции в несколько раз. Однако этот подход применим далеко не во всех случаях.Селекция растений.Современные методики, заимствованные селекционерами из молекулярной биологии и генетики, открыли новую страницу в развитии этой науки. Эти прикладные методы называют биотехнологией. В основе биотехнологических методов лежат хромосомная, клеточная и генная инженерия. Работ в этих областях сделано немало. Ещё в конце 70-х годов во Всесоюзном научно- исследовательском институте генетики и селекции микроорганизмов были проведены работы по получению с помощью генной инженерии высокопродуктивных штаммов кишечной палочки для производства аминокислоты треонина. Вначале был клонирован ген этой аминокислоты. А затем с помощью специальной плазмиды-вектора этот ген введен в разные штаммы кишечной палочки. В результате дальнейшей селекционной работы были получены высокопродуктивные штаммы, которые к тому же могли
Развитие генетической и клеточной инженерии предполагает возможность относительно произвольного конструирования живых объектов, видоизменение их структуры и функций, что способствует ускорению или замедлению их дальнейшего гармоничного включения в эколого-эволюционную деятельность. Мы полагаем, что только таким путем удастся избежать негативных последствий от волюнтаристского, несообразованного с объективными законами вмешательства в природу. Таким образом, наблюдается несоответствие между стремительно развивающимися демографическими, медицинскими и техническими преобразованиями в обществе и степенью их осмысления. Мы наблюдаем, процесс противостояния между технологией, которая, как правило, этически нейтральна, и применением технологии, которая может быть весьма сомнительной с нравственной точки зрения. Поэтому, как отмечают Л. Эрман и П. Парсон, «нам необходимо лучше понимать поведение человека и его генетические основы...». Необходимо выбрать нужные ориентиры, определяющие пути выхода из многочисленных моральных затруднений, связанных с прогрессом биологических наук и продуцируемыми ими биотехнологиями.Биотехнология - единственное направление, официально признанное Организацией объединенных наций технологией XXI века, показатель научно-технического прогресса любой страны. Так, США занимает лидирующую позицию в области современной биологии и биотехнологии: около 80% общемировых фундаментальных биологических исследований приходится на достижения американской науки. В промышленной биотехнологии США также занимает ведущее место. Рассматривая развитие биотехнологии в России, следует обратить внимание на мнение председателя президиума пущинского научного центра РАН академика А.С. Спирина: «Мы в России традиционно недооценивали и недооцениваем биологию. И это в то время как цивилизация переходит в новую эру - эру биологических технологий. От современной биотехнологии зависит развитие сельского хозяйства, пищевой и медицинской промышленности. И не только это. Человечество в конце второго тысячелетия научилось менять наследственность животных и растений. Когда человек меняет по своему усмотрению свою собственную генетическую программу, это называется генной терапией. С ее помощью скоро можно будет без хирургического вмешательства лечить не только наследственные
Происхождение домашних животных. Одно из наиболее древних домашних животных — собака. До недавнего времени было много споров о происхождении собаки. Теперь установлено, что единственным предком домашней собаки был волк. Родоначальником крупного рогатого скота был первобытный бык — тур. Тур распространился в Евразии и Северной Африке, но постепенно был уничтожен человеком.Предками домашней овцы были, по-видимому, дикие бараны — муфлоны, которые в свое время широко распространились в нагорьях юга Европы и Передней Азии. Многие исследователи предполагали, что предком домашней лошади послужила дикая лошадь Пржевальского. Однако после того, как было обнаружено различие в числе хромосом между домашней лошадью и лошадью Пржевальского, возможным предком домашних лошадей стали считать тарпана — дикую лошадь южнорусских степей, окончательно истребленную в конце XIX — начале XX в. Тарпан и лошадь Пржевальского произошли от какого-то общего предка.Родоначальник домашней свиньи — дикий кабан распространен на огромной территории Евразии. Предком домашней кошки была африканская дикая кошка. Домашняя курица произошла от дикой красной курицы джунглей.Таким образом, для каждого вида домашних животных или растений, несмотря на обилие пород и сортов, удается отыскать, как правило, одного дикого предка, который и был подвергнут одомашниванию.Основные методы селекции: гибридизация и искусственный отбор. Основные достижения современной селекции культурных растений, домашних животных и микроорганизмов.Селекция – это наука о выведении новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных, и штаммов микроорганизмов.В основе селекции лежат генетические знания, а именно, о наследственности и изменчивости.Специфическими методами селекции являются – гибридизация или скрещивание и отбор или селекция, которые используются также и в генетике. Таким образом, селекция – это прикладная генетика.Исходным материалом для селекции могут быть виды живых существ, только вводимые в культуру, а также культурные живые существа, нуждающиеся в улучшении. Поиск исходного материала направляется учением, созданным Н. И. Вавиловым о центрах происхождения культурных растений, а также учением академика Д. К. Беляева о центрах одомашнивания животных.
Основными методами селекции являются гибридизация и отбор. Методы селекции различных групп определяются их биологическими особенностями.Существуют две системы гибридизации – инбридинг и аутбридинг. Инбридинг – это система близкородственных скрещиваний типа брат – сестра, отец – дочь, мать – сын, двоюродные братья и сёстры. Эта система скрещиваний широко используется в селекции с древнейших времён. Яркий пример инбридинга - это самооплодотворение, в результате которого происходит слияние гамет, образованных одним и тем же организмом. В результате инбридинга в каждом новом поколении половина генов, бывшая в гетерозиготном состоянии, переходит в гомозиготное. При этом часто появляются особи гомозиготные по вредным генам с пониженной жизнеспособностью. Это явление получило название – инбредная депрессия. Инбредная депрессия особенно ярко проявляется в первых поколениях инбридинга. Затем она постепенно затухает, по мере того, как популяция освобождается от рецессивных генов. Скрещивание двух или нескольких стабильных инбредных линий широко применяется в селекции для получения эффекта гетерозиса.Гетерозис или гибридная сила –это свойство гибридов первого поколения превосходить по совокупности признаков лучшую из родительских форм. Этот эффект при половом размножении постепенно затухает во втором и третьем поколениях, но может быть сохранен при вегетативном размножении. Механизм гетерозиса остается до сих пор загадкой.Кроме различных систем скрещивания существуют две системы отбора: индивидуальный и массовый. Массовый отбор базируется на внешних (фенотипических) показателях. Этот тип отбора, вследствие отсутствия прямой оценки наследственных свойств, приводит к медленным темпам селекции.В отличие от массового отбора при индивидуальном отборе, прежде всего, учитываются свойства потомства отдельного живого существа, что увеличивает темп селекции в несколько раз. Однако этот подход применим далеко не во всех случаях.Селекция растений.Современные методики, заимствованные селекционерами из молекулярной биологии и генетики, открыли новую страницу в развитии этой науки. Эти прикладные методы называют биотехнологией. В основе биотехнологических методов лежат хромосомная, клеточная и генная инженерия. Работ в этих областях сделано немало. Ещё в конце 70-х годов во Всесоюзном научно- исследовательском институте генетики и селекции микроорганизмов были проведены работы по получению с помощью генной инженерии высокопродуктивных штаммов кишечной палочки для производства аминокислоты треонина. Вначале был клонирован ген этой аминокислоты. А затем с помощью специальной плазмиды-вектора этот ген введен в разные штаммы кишечной палочки. В результате дальнейшей селекционной работы были получены высокопродуктивные штаммы, которые к тому же могли
выделять эту аминокислоту в окружающую среду, что облегчает её очистку. За эту работу коллектив авторов получил в дальнейшем Государственную премию.
Нужно отметить, что новейшие методы селекции, вовсе не заменяют старые. Главное, что они дают селекционерам – это облегчают им поиск исходного материала для селекции. После появления этих методов многим, в том числе и серьезным ученым, казалось, что скоро вся селекция сведется к биотехнологии. Однако, вряд ли, когда-нибудь такое время настанет, так как, чтобы получить новый сорт или породу их нужно провести через отбор. Поэтому новые методы позволяют селекционерам быстро получить материал для селекции, причем, получить его более целенаправлен. В целом это ускоряет работу, но вывести новый сорт растения за несколько месяцев все равно нельзя.
Новые так называемые трансгенные организмы имеют более высокую плодовитость, урожайность, быстрее растут. Некоторые считают, что потребление их пищу вредит здоровью. Думается, эти опасения сильно преувеличены, так как чаще всего для получения этих организмов ученые используют гены этих же организмов, а эффекта добиваются за счет увеличения количества копий гена, отвечающего за рост или плодовитость.
Биотехнология, ее достижения и перспективы развития. Этические аспекты некоторых достижений в биотехнологии. Клонирование животных (проблемы клонирования человека).
На сегодняшний день особенно актуальной темой является внедрение в жизнь общества новых технологий (биотехнологий), а также их влияние на здоровье и благополучие людей. Так как существует реальная опасность медицинских, социальных и моральных последствий внедрения новых генных технологий. Природа остается главным ориентиром наших ценностей. Мы полагаем, что только философия и этика еще могут провести границу между технически возможным, и тем, что является нравственным. По-видимому, настало время переоценки философских ценностей с учетом новых достижений в генетике. Следует перевести философские категории в разряд научных терминов и понятий. Как сказал К. Воннегут: «Господи, дай мне душевный покой, чтобы принимать то, что я не могу изменить, мужество - изменить то, что могу, и мудрость - всегда отличать одно от другого» (своеобразное напоминание стремления человека к познанию истины и ее использования в своем бытии).
Развитие генетической и клеточной инженерии предполагает возможность относительно произвольного конструирования живых объектов, видоизменение их структуры и функций, что способствует ускорению или замедлению их дальнейшего гармоничного включения в эколого-эволюционную деятельность. Мы полагаем, что только таким путем удастся избежать негативных последствий от волюнтаристского, несообразованного с объективными законами вмешательства в природу. Таким образом, наблюдается несоответствие между стремительно развивающимися демографическими, медицинскими и техническими преобразованиями в обществе и степенью их осмысления. Мы наблюдаем, процесс противостояния между технологией, которая, как правило, этически нейтральна, и применением технологии, которая может быть весьма сомнительной с нравственной точки зрения. Поэтому, как отмечают Л. Эрман и П. Парсон, «нам необходимо лучше понимать поведение человека и его генетические основы...». Необходимо выбрать нужные ориентиры, определяющие пути выхода из многочисленных моральных затруднений, связанных с прогрессом биологических наук и продуцируемыми ими биотехнологиями.Биотехнология - единственное направление, официально признанное Организацией объединенных наций технологией XXI века, показатель научно-технического прогресса любой страны. Так, США занимает лидирующую позицию в области современной биологии и биотехнологии: около 80% общемировых фундаментальных биологических исследований приходится на достижения американской науки. В промышленной биотехнологии США также занимает ведущее место. Рассматривая развитие биотехнологии в России, следует обратить внимание на мнение председателя президиума пущинского научного центра РАН академика А.С. Спирина: «Мы в России традиционно недооценивали и недооцениваем биологию. И это в то время как цивилизация переходит в новую эру - эру биологических технологий. От современной биотехнологии зависит развитие сельского хозяйства, пищевой и медицинской промышленности. И не только это. Человечество в конце второго тысячелетия научилось менять наследственность животных и растений. Когда человек меняет по своему усмотрению свою собственную генетическую программу, это называется генной терапией. С ее помощью скоро можно будет без хирургического вмешательства лечить не только наследственные