Селекція створює сорти, породи й штами
Почавши розводити домашніх тварин і вирощувати культурні рослини, людина на цьому не зупинилася: виникла потреба в поліпшенні властивостей наявних організмів. Тисячі років тому було зроблене основоположне спостереження, що нащадки успадковують властивості предків, а отже, відбираючи організми з потрібними властивостями, можна значно поліпшити якість нащадків. Це спостереження початково й стало основою селекції— науки про методи створення та поліпшення сортів і порід сільськогосподарських рослин і тварин.
В основі селекції лежать два прості принципи: штучний добір і гібридизація (схрещування). Добираючи для відтворення виду тих представників, у яких найяскравіше виражені властивості, можна закріпити та посилити ці властивості в нащадків. Водночас, схрещуючи організми з різними наборами ознак (наприклад, висока врожайність у одного та стійкість до посухи в другого), можна отримати нащадків — гібридів, що поєднують переваги предків.
Результатом селекції є формування нових сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів. Сорти, породи й штами — це групи організмів одного виду, подібні між собою й отримані штучно в ході селекції.
Результати селекції рослин використовують усюди
Крім класичних методів добору та гібридизації, у селекції рослин застосовують також свої, особливі методи.
Штучний добір — один із базових методів селекції як тварин, так і рослин. Він дає змогу добирати для розмноження ті рослини, які серед собі подібних є найкращими. Добір буває масовий та індивідуальний. За індивідуального добору оцінюють корисні якості окремих рослин і добирають їх для розмноження. Індивідуальний добір особливо важливий у селекції самозапильних рослин. Для перехреснозапильних рослин застосовують масовий добір. Це така форма добору, за якої з популяції добирають одразу велику кількість найцінніших представників і використовують їх для подальшого схрещування.
Василь Юр’єв
Народився 1879 року в Пензенській губернії Російської імперії. Освіту здобув у Новоолександрійському інституті сільського господарства й лісівництва в місті Пулави в Польщі. З 1909 року й до кінця життя мешкав і працював у Харкові. Василь Юр’єв працював над виведенням нових сортів пшениці, жита, вівса, проса, кукурудзи. Виведені ним сорти донині займають величезні площі сільськогосподарських угідь України. Учений так визначав особливості своєї роботи: «Селекціонер має жити довго, вести осілий спосіб життя, бути постійним у любові до обраної справи, аби не відволікатися від головної мети». Був директором Інституту генетики і селекції Української академії наук, а також директором Українського науково-дослідного інституту рослинництва, який нині носить його ім’я. Помер учений 1962 року в Харкові. Після смерті Юр'єва в Харкові йому встановлено бюст і названо бульвар на його честь.
Щоб отримати більше матеріалу для добору, іноді застосовують штучний, або індукований, мутагенез: пилок чи насіння рослин піддають дії радіації або хімічних речовин, що зумовлюють зміни в ДНК. Це дає змогу отримати рослини з новими ознаками, що не траплялися в батьківських форм.
Схрещування рослин теж має свої особливості. Завдяки наявності в рослин явища самозапилення можна отримати генетично однорідні сорти. їх називають чистими лініями, і в них усі рослини генетично ідентичні. Поряд з цим, при перехресному запиленні двох різних сортів часто спостерігається явище гетерозису: гібриди першого покоління перевершують батьківські організми за багатьма показниками, такими як родючість, урожайність, стійкість до несприятливих факторів довкілля (рис. 59.1). Цей ефект особливо виражений лише в першому поколінні гібридів і в наступних поколіннях сходить нанівець.
У селекції рослин важливу роль відіграє міжвидова гібридизація — явище досить рідкісне, але таке, що має велике практичне значення. Одним із найуспішніших прикладів міжвидової гібридизації є тритікале — гібрид пшениці та жита (рис. 59.2). Тритікале поєднує харчові якості та високу врожайність пшениці з невибагливістю і стійкістю до захворювань жита.
Поліплоїдизація, тобто збільшення кількості хромосомних наборів, — ще один важливий метод селекційної роботи з рослинами. На відміну від тварин, багато рослин у природі поліплоїдні, тобто мають три чи більше наборів подібних хромосом. Окрім того, збільшення кількості хромосомних наборів у рослин часто позначається на їхньому розвитку позитивно, підвищуючи швидкість росту та збільшуючи розміри рослини (рис. 37.5, А).
У селекції тварин поширеним є схрещування
Селекція тварин розпочалася водночас з їхнім одомашненням і, ймовірно, спочатку здійснювалася неусвідомлено, без певної мети: людина просто залишала для розмноження тварин, що мали найкорисніші якості.
На відміну від рослин, тваринам не властиві нестатеве розмноження та самозапліднення. Селекція ускладнюється й тим, що кількість нащадків зазвичай невелика, а життєвий цикл довгий. Міжвидова гібридизація тварин можлива в рідкісних випадках, але такі гібриди тварин зазвичай
не здатні до розмноження (про репродуктивні бар’єри йшлося в § 43). Прикладом такої тварини є мул — безплідний гібрид віслюка та кобили (рис. 59.3).
Таким чином, основними методами селекції тварин, як і тисячі років тому, залишаються штучний добір і внутрішньовидове схрещування. Застосовують два види схрещування — споріднене та неспорід-нене. Споріднене схрещування використовують для закріплення й збереження цінних ознак у нащадків.
При цьому споріднене схрещування, як і самозапилення в рослин, призводить до послаблення тварин.
А неспоріднене схрещування використовують для підтримки та поліпшення ознак породи. Як і в рослинному світі, при схрещуванні двох різних порід тварин може спостерігатися явище гетерозису. Наприклад, при схрещуванні курей двох різних м’ясних порід у першому поколінні отримують швидкостиглих і швидкорослих бройлерів.
Селекція мікроорганізмів має свої особливості
Якщо можна здійснювати добір рослин і тварин із заданими якостями, то чому б не спробувати зробити те саме щодо мікроорганізмів?1 Людина здавна використовувала бактерії та мікроскопічні гриби для виробництва продуктів харчування (таких як хліб, вино, пиво, сир, квашені овочі), але навіть не підозрювала про їхнє існування. Унаслідок цього селекція мікроорганізмів як наука стала розвиватися порівняно пізно, лише у XX столітті. Ось деякі особливості селекції мікроорганізмів.
1. Селекціонер-тваринник працює лише з кількома десятками тварин, а при селекції мікроорганізмів добір здійснюється серед мільярдів живих істот.
2. Покоління мікроорганізмів змінюються в сотні разів швидше, ніж покоління тварин або рослин.
3. Більшість мікроорганізмів гаплоїдні, тобто мають один набір генів. Це означає, що всі мутації проявляються відразу ж, у першому поколінні.
4. У бактерій немає класичного статевого розмноження, тому гібридизацію в селекції мікроорганізмів не застосовують.
5. У селекції мікроорганізмів, як і в селекції рослин, широко використовують метод штучного мутагенезу. Це дає змогу значно підвищити частоту мутацій та, відповідно, отримати найрізноманітніший матеріал для штучного добору.
Методи селекції мікроорганізмів уможливили, наприклад, у сотні разів підвищити виробництво антибіотиків та інших корисних для людини продуктів.
Поміркуймо
Знайдіть одну правильну відповідь
1. Тритікале — це міжвидовий гібрид таких рослин, як
А жито й пшениця Б овес і ячмінь В кукурудза й просо
Г сорго й рис Д пшениця й ячмінь
2. Для поліплоїдизації клітини обробляють спеціальною речовиною — колхі
цином. У результаті поділу такої клітини кількість хромосом у ній збільшується вдвічі. Укажіть структуру клітини, яку руйнує колхіцин.
А ядро Б хромосоми В веретено поділу Г центріолі Д цитоплазма
3. Виберіть одне правильне твердження.
А рослини різних сортів можуть належати до одного біологічного виду Б до одного сорту можуть належати рослини різних біологічних видів В сорти в рослин — це те саме, що підвиди у тварин Г рослини різних сортів не можуть схрещуватися між собою та давати плідне потомство
Д рослини різних порід отримують штучно в результаті селекції
4. Перевага гібридів першого покоління неспорідненого схрещування перед
батьківськими формами має назву
А поліплоїдія Б гетерозис В мутагенез
Г гібридизація Д самозапилення
5. У хромосомному наборі м’якої пшениці 7 хромосом. Чи можна вважати новий сорт із 10-ма хромосомами результатом поліплоїдизації?
А так, бо збільшилася кількість хромосом Б ні, бо поліплоїдія характерна лише для тварин В ні, бо при поліплоїдизації кількість хромосом має бути кратною 7-ми Г ні, бо при поліплоїдизації кількість хромосом мала б зменшитися Д ні, бо поліплоїди мають непарну кількість хромосом
Сформулюйте відповідь кількома реченнями
6. Порівняйте особливості селекції тварин і рослин за такими критеріями, як: результат селекції, швидкість зміни поколінь, можливість отримання міжвидових гібридів, використання статевого та нестатевого розмноження.
7. У селекції яких організмів застосовують штучний мутагенез? Із якою метою?
8. Що таке поліплоїдизація? Яка її роль у селекції рослин?
9. Які методи застосовують у селекції мікроорганізмів? У чому основні відмінності селекції мікроорганізмів та селекції рослин і тварин?
10. Розгляньте рисунок 59.3 та опишіть риси подібності гібрида й батьківських видів.
Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи
11. Чому спостерігається таке велике різноманіття порід собак? Яка мета виведення тих чи тих порід?
12. Які рослини-поліплоїди ми вживаємо в їжу? Чи є вони потенційно небезпечними для здоров’я людей?
Дізнайся самостійно та розкажи іншим
13. Які міжвидові гібриди тварин і рослин отримали селекціонери? У чому переваги та недоліки цих гібридів порівняно з батьківськими видами?
14. Окресли послідовність дій, потрібних для виведення нового штаму цвілевого гриба аспергіла, який синтезував би великі кількості вітаміну В2.
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Шаламов