Основные методы и достиженияселекции Культурных растений домашних

«Основные методы и достиженияселекции Культурных растений, домашних животных И микроорганизмов» .

Содержание: Генетика – теоретическая основа селекции. История селекции. Одомашнивание животных и выращивание культурных растений – начальные этапы селекции. Учение Н. И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Основные методы и достижения современной селекции домашних животных. Основные методы достижения современной селекции культурных растений. Основные методы и достижения современной селекции микроорганизмов. Биотехнология, её методы, достижения и перспективы развития. Клонирование животных. Проблемы клонирования человека. Этические аспекты некоторых достижений в биотехнологии.

Генетика – теоретическая основа селекции. Теоретической основой селекции является генетика -наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она изучает закономерности наследования признаков и свойств родительских форм, разрабатывает методы и приемы управления наследственностью. Применяя их на практике при выведении новых сортов растений и пород животных, человек получает нужные формы организмов, а также управляет их индивидуальным развитием ѕ онтогенезом. Основы современной генетики заложил чешский ученый Г. Мендель, который в 1865 году установил принцип дискретности, или прерывности, наследовании признаков и свойств организмов. В опытах с горохом исследователь показал, что признаки родительских растений при скрещивании не уничтожаются и не смешиваются, а передаются потомству либо в форме , характерной для одного из родителей, либо в промежуточной форме, вновь проявляясь в последующих поколениях в определенных количественных соотношениях. Его опыты доказали также, что существуют материальные носители наследственности, в последствии названные генами. Они особые для каждого организма. В начале двадцатого века американский биолог Т. Х. Морган обосновал хромосомную теорию наследственности, согласно которой наследственные признаки определяются хромосомами ѕ органоидами ядра всех клеток организма. Ученый доказал, что гены расположены среди хромосом линейно и что гены одной хромосомы сцеплены между собой. Признак обычно определяется парой хромосом. При образовании половых клеток парные хромосомы расходятся. Полный их набор восстанавливается в оплодотворенной клетке. Таким образом новый организм получает хромосомы от обоих родителей, а с ними наследует те или иные признаки. В двадцатых годах возникли и стали развиваться мутационная и популяционная генетики. Популяционная генетика это область генетики, которая изучает основные факторы эволюции ѕ наследственность, изменчивость и отбор - в конкретных условиях внешней среды, популяции. Основателем этого направления был советский ученый С. С. Четвериков. Мутационную генетику мы рассмотрим параллельно с мутагенезом. В 30 -е годы генетик Н. К. Кольцов предположил, что хромосомы - это гигантские молекулы, предвосхитив тем самым появление нового направления в науке ѕ молекулярной генетики. Позднее было доказано, что хромосомы состоят из белка и молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В молекулах ДНК и заложена наследственная информация, программа синтеза белков, являющихся основой жизни на Земле.

История селекции. Одомашнивание животных и выращивание культурных растений – начальные этапы селекции. Первым этапом развития селекции принято считать одомашнивание- процесс превращения диких растений и животных в культурные формы. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. Первые попытки одомашнивания животных и растений предпринимались людьми еще за 20 -30 тыс. лет до нашей эры. Вероятно, оно началось со случайного выращивания человеком диких животных, которые позже начали размножаться в условиях, созданных для них. Широкое одомашнивание начинается с VIII-VII тыс. до нашей эры. Именно тогда человек вовлек в культуру большинство животных и растений. Около десяти тысяч лет назад на территории, где располагаются теперь Ирак, Иран, Турция, Сирия и Палестина, уже были одомашнены коза, овца, свинья, крупный рогатый скот. Девять тысяч лет- таков возраст останков домашней кошки, найденной при раскопках города Иерихона, 9500 лет останкам домашней собаки, найденным при раскопках одного из поселений на юго-западе Ирана. При раскопках в Европе и Северной Африке остатки всех этих домашних животных встречаются достаточно часто в слоях возрастом 5 -6 тысяч лет. Гораздо позже, около 3 -5 тысяч лет назад, в разных районах Азии были одомашнены яки, ослы, буйволы, бантенги, гаялы, верблюды и лошади (лошадь, возможно, была впервые одомашнена в Северном Причерноморье), а в Америке- ламы, альпаки, морские свинки и индейки. Вероятно несколько позже были одомашнены дикие курицы, утки, голуби и павлины в юго-Восточной Азии, утки-мандаринки, бакланы и гуси- в Китае, цесарки- в Африке. Тутовый шелкопряд- одно из немногих до сих пор одомашненных насекомых- был одомашнен в Китае, наверное, 4 -5 тысяч назад. Еще был и одомашнены лаковый червь, дающий знаменитый восточный лак, - в Индии, не меньше, чем три-четыре тысячи лет назад. Около трех тысяч лет появилась одомашненная разновидность серебристого карася- золотая рыбка. Едва ли не более сильное впечатление производит стремление наших предков ввести в культуру различные растения, которые по сей день служат человеку. Важную роль играло окультуривание пшеницы и ячменя, атак же более устойчивых к холодам ржи и овса. Просо было выведено в Китае много тысяч лет назад и стало распространяться по Евразии. В глубокой древности были введены в культуру капуста, салат, свекла, репа, порей, лук, чеснок, редис, кабачки, огурцы, укроп, имбирь. В Средиземноморье 4 -5 тысяч лет назад были известны десятки различных культурных плодовых деревьев (фиговое дерево, тута, лимон, апельсин, фисташки, гранаты, инжир, сливы и многие другие). Некоторые виды были одомашнены значительно позднее - в ХIX-XX столетиях. В ХХ веке создана новая отрасль животноводства - пушное звероводство. Человек и сейчас продолжает вовлекать в одомашнивание все новые виды растений и животных.

Учение Н. И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Н. И. Вавилов (1887 — 1943) елекция — наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика. 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, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород. Для успешной работы селекционеру необходимо 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. В настоящее время 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.

Основные методы и достижения современной селекции домашних животных. . Методы селекции животных те же, что и методы селекции растений, но при их применении селекционерам приходится учитывать ряд особенностей, характерных для животных. Животные размножаются только половым путем, а количество особей в потомстве невелико. В связи с этим при подборе селекционеру важно определить наследственные признаки, которые непосредственно у производителей могут не проявляться, например наследственные признаки самцов по жирномолочности или яйценоскости. Поэтому значительную роль приобретает оценка животных по их родословной и по качеству их потомства. Часто большое значение имеет учет экстерьера, т. е. совокупности внешних признаков животного. Одомашнивание животных началось более 10 тыс. лет назад. Его центры в основном совпадают с центрами многообразия и происхождения культурных растений. Одомашнивание способствовало резкому повышению уровня изменчивости у животных, так как ослабило действие стабилизирующего отбора. Человек сначала бессознательно, а затем целенаправленно стал отбирать животных с определенными качествами, важными для человека в конкретных природных и экономических условиях. Анализ и обобщение опыта многих поколений по выведению новых пород животных позволил разработать методы и правиласелекции животных, сформировав ее как науку. К основным направлениям селекции животных относят: — сочетание высокой продуктивности с приспособленностью пород к условиям среды конкретных природных зон; — повышение роли качественных показателей продуктивности животных (жирномолочность, соотношение мяса, жира и костей у мясных животных, качество меха и шерсти и т. д. ); — выведение пород интенсивного типа, снижающих экономические затраты; — повышение устойчивости к заболеваниям и др. Гибридизация и индивидуальный отбор являются основными методами в селекции животных. Массовый отбор практически не применяется из-за небольшого количества особей в потомстве. В селекции животных применяют два вида гибридизации: родственную (инбридинг) и неродственную (аутбридинг). Родственное скрещивание между братьями и сестрами или между родителями и потомством ведет к гомозиготности и часто сопровождается ослаблением животных, уменьшению их устойчивости к неблагоприятным факторам среды, снижению плодовитости и т. д. Тем не менее инбридинг применяют в селекции животных с целью закрепления в породе характерных хозяйственно ценных признаков. Как правило, близкородственное скрещивание ведется в нескольких линиях внутри породы. Для устранения неблагоприятных последствий инбридинга используют неродственное скрещивание разных линий или даже разных пород. Это скрещивание сопровождается строгим отбором, что позволяет усиливать и поддерживать ценные качества породы. Сочетание близкородственного скрещивания с неродственным широко применяется селекционерами для выведения новых пород животных. Так, известный селекционер М. Ф. Иванов, используя эту методику, создал высокопродуктивную породу свиней Белая степная украинская, породу овец Асканийская рамбулье и др.

Основные методы достижения современной селекции культурных растений. Основные методы селекции растений — массовый и индивидуальный отбор, внутривидовая и отдалённая гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальныймутагенез. Для перекрёстноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными. Если же желательно получениечистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путём самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты и т. д. Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрёстноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором. Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто применяют у перекрёстноопыляемых растений для получения гомозиготных ( «чистых» ) линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Эффект гетерозиготной (или гибридной) мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина — объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов. В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свёкла, четырёхплоидный клевер, рожь и твёрдая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений. Путём искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в 20 раз больше антибиотиков, чем исходные формы. В начале XXI века в мире культивируют более 250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза. Это сорта кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, декоративных растений.

Основные методы и достижения современной селекции микроорганизмов. Микроорганизмы играют важную роль в жизни человека. Многие из них создают вещества, используемые вразных областях промышленности и в медицине. Такие Отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, некоторых органических кислот, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов. Исключительно большое значение для здоровья человека имеют антибиотики. Это особые вещества — продукты жизнедеятельности некоторых микробов и грибов, убивающие болезнетворные микроорганизмы. Благодаря антибиотикам многие болезни излечиваются относительно легко, тогда как ранее они давали большой процент смертности. Витамины, столь необходимые для человека, вырабатываются растениями и некоторыми микроорганизмами. Для получения наиболее продуктивных форм микроорганизмов широко применяются методы селекции. Путем отбора выделяются расы микроорганизмов, наиболее активно синтезирующие тот или иной используемый человеком продукт. Микроорганизмам свойственна наследственная изменчивость (мутации). Путем отбора мутаций и создаются наиболее активные расы и штаммы. Для получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов за последнее время особенно широко используется метод экспериментального получения мутаций путем действия лучей Рентгена и некоторых химических соединений. Таким путем удается повысить наследственную изменчивость микроорганизмов в десятки и сотни раз, благодаря чему облегчается и ускоряется процесс отбора высокопродуктивных штаммов. Особенно больших успехов достигла промышленность антибиотиков. Советские ученые (С. И. Алиханян и др. ) получили многочисленные рентгеномутации, которые дают в десятки раз более высокий выход антибиотиков, чем исходные культуры микроорганизмов. Селекция находит широкое применение и в отношении микроорганизмов, используемых в промышленности. Например, дрожжевые грибки, вызывающие брожение в тесте, также обладают разными свойствами. На основе селекции выделяются наиболее продуктивные штаммы, способствующие высокому качеству хлеба. Наконец, нужно иметь в виду, что мутации происходят и у болезнетворных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека. Иногда они приводят к повышению вредоносного действия (вирулентности) микроба, что может иметь тяжелые последствия для человека.

Биотехнология, её методы, достижения и перспективы развития. Центральная проблема биотехнологии - интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения биокатализаторов (иммобилизованных ферментов и клеток) в промышленности, аналитической химии, медицине. В основе промышленного использования достижений биологии лежит техника создания рекомбинантных молекул ДНК. Конструирование нужных генов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми свойствами. В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки. В качестве источников сырья для биотехнологии все большее значение будут приобретать воспроизводимые ресурсы не пищевых растительных материалов, отходов сельского хозяйства, которые служат дополнительным источником как кормовых веществ, так и вторичного топлива (биогаза), органических удобрений. Одной из бурно развивающихся отраслей биотехнологии считается технология микробного синтеза ценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее развитие этой отрасли повлечет за собой перераспределение ролей растениеводства и животноводства с одной стороны, и микробного синтеза - с другой, в формировании продовольственной базы человечества. Не менее важным аспектом современной микробиологической технологии является изучения участия микроорганизмов в биосферных процессах и направленная регуляция их жизнедеятельности с целью решения проблемы охраны окружающей среды от техногенных, сельскохозяйственных и бытовых загрязнений. С этой проблемой тесно связаны исследования по выявлению роли микроорганизмов в плодородии почв (гумусообразовании и пополнении запасов биологического азота), борьбе с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, утилизации пестицидов и др. химических соединений в почве. Имеющиеся в этой области знания свидетельствуют о том, что изменение стратегии хозяйственной деятельности человека от химизации к биологизации земледелия оправдывается как с экономической, так и с экологической точек зрения. В данном направлении перед биотехнологией может быть поставлена цель регенерации ландшафтов. Ведутся работы по созданию биополимеров, которые будут способны заменить современные пластмассы. Эти биополимеры имеют существенное преимущество перед традиционными материалами, так как нетоксичны и подвержены биодеградации, то есть легко разлагаются после их использования, не загрязняя окружающую среду. Биотехнологии, основанные на достижениях микробиологии, наиболее экономически эффективны при комплексном их применении и создании безотходных производств, не нарушающих экологического равновесия. Их развитие позволит заменить многие огромные заводы химической промышленности экологически чистыми компактными производствами. Важным и перспективным направлением биотехнологии является разработка способов получения экологически чистой энергии. Получение биогаза и этанола были рассмотрены выше, но есть и принципиально новые экспериментальные подходы в этом направлении. Одним из них является получение фотоводорода. Если из хлоропластов выделить мембраны, содержащие фотосистему 2, то на свету происходит фотолиз воды - разложение на кислород и водород. Моделирование процессов фотосинтеза, происходящих в хлоропластах, позволило бы запасать энергию Солнца в ценном топливе - водороде. Преимущества такого способа получения энергии очевидны:

Клонирование животных. Проблемы клонирования человека. Этические аспекты некоторых достижений в биотехнологии. Проблема клонирования животных приобрела в последнее время не только научное, но и социальное звучание, поэтому широко освещается как в специализированных научных изданиях, так и на страницах масс-медиа. Особый ажиотаж проблема клонирования живых организмов приобрела после удачного эксперимента с овечкой Долли. Все мы хорошо помним, как в первой половине 1997 года на экранах и страницах газет всего мира замелькало это симпатичное животное, а биологи Уилмут и Кемпбелла на страницах журнала «Nature» описали удачный эксперимент, в результате которого был получен вполне жизнеспособный ягненок, выращенный из единственной клетки молочной железы овцы породы Финн. Дорсет. Это был первый экспериментально воссозданный живой организм, в основу которого легла технология переноса ядра соматической клетки взрослой овцы, слитого с лишенной собственного ядра яйцеклеткой другой овцы, с последующим вынашиванием эмбриона в организме третьей овцы - суррогатной матери. А в 2002 году мир облетела новая сенсация: американские ученые из Техасского университета впервые в мире клонировали кота. Очаровательного игривого котенка Сиси показали по телевидению. Внешне котенок как котенок, ничем от своих усатых собратьев не отличается. Но, оказывается, это единственная кошка, выжившая среди 87 кошачьих эмбрионов, полученных в результате клонирования и выношенных суррогатной матерью. На сцену клонирования все чаще выходят поросята. Американским ученым удалось воссоздать их из ушных - неэмбриональных - клеток взрослых боровов. Овечка Долли, похоже, утратила свою исключительность. Но именно ее появление дало реальную предпосылку клонирования человека, то есть получения его генетически идентичных копий. С того времени вопрос о нравственных, социальных, биологических и других последствиях таких экспериментов остается открытым. Что же смущает думающее человечество? Попробуем разобраться. ТЕРМИНЫ «КЛОН» И «КЛОНИРОВАНИЕ» Термин клон происходит от греческого слова «klon» , что означает «веточка, побег, отпрыск» . Клонированию можно давать много определений. Одно из самых распространенных утверждает, что клонирование - популяция клеток или организмов произошедших от общего предка путем бесполого размножения, причем потомок при этом генетически идентичен своему предку. Клонирование предполагает комплекс методов, позволяющих получить генетически однородных особей путем бесполого размножения - индивидов, то есть имеющих идентичный генотип (набор генов), происходящих от одного предка. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более четырех тысяч лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Однако у животных есть препятствие. По мере роста их клеток, они в ходе клеточной специализации – дифференцировки – теряют способность реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре.