Биология 9 Глава 5 Основы селекции и биотехнологии

Биология 9 класс (Пасечник). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях. Глава 5. Основы селекции и биотехнологии (Основы селекции. Достижения мировой и отечественной селекции. Биотехнология: достижения и перспективы развития). Электронная версия.

ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов


Глава 5. Основы селекции
и биотехнологии

Селекция — одна из важнейших областей практического использования закономерностей, исследуемых генетиками. Началом селекции можно считать то время, когда человек начал одомашнивать диких животных и выращивать растения. Биотехнология — это промышленное использование биологических процессов и систем на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. Наибольших успехов биотехнология достигла во второй половине XX в. и сейчас приобретает всё большее значение для развития цивилизации.

ВЫ УЗНАЕТЕ

  • каковы основные задачи и методы селекции;
  • каковы достижения мировой и отечественной селекции;
  • о биотехнологии, её достижениях и перспективах развития;
  • об этических аспектах развития некоторых направлений биотехнологии.

 

§ 25. ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

Селекция (лат. selectio — отбор) — наука о создании новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. В результате селекционной работы выводятся новые формы бактерий, растений, грибов, животных, обладающие наследственно закрепленными особенностями, резко отличающими их от исходных диких видов. Как правило, эти особенности связаны с продуктивностью или декоративными свойствами.

Задача и направление селекции.

  1. Что такое сорт, порода и штамм?
  2. Что изучает наука генетика?
  3. Что такое гибридизация и для чего её применяют?

Задача современной селекции — это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

В прошлом веке в нашей стране были достигнуты большие, а по некоторым культурам выдающиеся достижения в области селекции. Современные селекционеры работают по следующим направлениям:

  1. высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных;
  2. качество продукции (вкус, внешний вид, лёжкость плодов);
  3. физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям).

Эти и другие направления в селекции ориентированы в первую очередь на интенсивное развитие сельскохозяйственного производства.

Методы селекции.

Основными методами селекции любых организмов являются гибридизация и искусственный отбор. При гибридизации осуществляется скрещивание родительских особей и получение от них гибридов. В результате отбора среди этих гибридов находят особи с интересующими человека признаками. Дальнейшая селекционная работа ведётся в направлении закрепления полученных признаков в сорте или породе и зависит от особенностей размножения объектов селекции.

Искусственный отбор может быть массовым или индивидуальным. При массовом отборе из потомства берут особи с нужными признаками и скрещивают их между собой, получая гибриды второго поколения. Среди них опять производят массовый отбор особей с нужными признаками и т. д. Массовый отбор обычно применяют для перекрёстноопыляемых растений и для животных. Так был получен сорт ржи Вятка.

При индивидуальном отборе выбирают особь с интересующим человека признаком и получают от неё потомство. Такой метод, естественно, не может применяться при селекции животных, которые размножаются половым путём. Чаще всего методом индивидуального отбора создаются новые сорта самоопыляющихся растений. Таким путём были получены культурные сорта капусты (рис. 32).

Биология 9 Глава 5 Основы селекции и биотехнологии
Рис. 32. Индивидуальный отбор

Важным методом получения новых сортов является искусственный мутагенез, когда, подвергая растения действию проникающего излучения и химических веществ, вызывающих мутации, пытаются получить организмы с новыми полезными свойствами. Таким путём были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы, выведены разновидности грибов и штаммы бактерий, выделяющих витамины, пищевые аминокислоты, антибиотики и т. п.

Во второй половине XX в. стали применять принципиально новые методы экспериментальной биологии — клеточную и генную инженерию, которые открывают возможности создания организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков.

Клеточная инженерия основана на культивировании отдельных клеток или тканей на искусственных питательных средах. Такие клеточные культуры используются для синтеза ценных веществ, производства незаражённого посадочного материала, получения клеточных гибридов. Метод гибридизации клеток приобретает всё большее значение в селекции. Оказалось, что если взять клетки разных органов, тканей или организмов, объединить их с помощью специальных приёмов в одну, то образуется новая гибридная клетка. Свойства этой гибридной клетки могут существенно отличаться от свойств родительских клеток.

Генная инженерия — это целенаправленный перенос нужных генов из одного вида живых организмов в другой, часто очень далёкий по своему происхождению. Это перспективное направление, которое в недалёком будущем позволит человеку целенаправленно улучшать наследственные качества организмов, получать в неограниченном количестве ценные биологически активные вещества. В то же время многие учёные высказывают опасения, что неконтролируемые работы в области генной инженерии могут привести к созданию организмов, опасных для человека.

Генетика как научная основа селекции организмов.

Теоретические основы селекции закладывает современная генетика. Знание её законов позволяет целенаправленно управлять появлением мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить отбор гибридов. В результате применения генетических знаний на практике удалось создать более 10 тыс. сортов пшеницы на основе нескольких исходных диких форм, получить новые штаммы микроорганизмов, выделяющих лекарственные вещества, витамины и т. п. При этом селекция — одна из важнейших областей практического использования закономерностей, исследуемых генетиками. Она также использует достижения молекулярной биологии, биохимии и других биологических наук.

Моя лаборатория

 

§ 26. ДОСТИЖЕНИЯ МИРОВОЙ
И ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ

  1. Каковы основные методы селекции?
  2. Что лежит в основе успешной селекционной работы?
  3. Что такое старение?

Достижения мировой и отечественной селекции. Основой успеха селекционной работы в значительной степени является генетическое разнообразие исходного материала. В своей работе селекционеры используют всё многообразие диких и культурных растений.

В связи с этим выдающийся генетик и селекционер академик Николай Иванович Вавилов (1887— 1943) указал на необходимость использовать в селекции растений всё видовое многообразие флоры нашей планеты. Под его руководством были организованы научные экспедиции в разные районы Земли для сбора образцов различных культурных растений, их диких предков и сородичей. В ходе экспедиций было собрано более 160 тыс. образцов разных видов и сортов растений.

В настоящее время эта уникальная коллекция хранится во Всесоюзном институте растениеводства и используется селекционерами в их практической работе. Так, известный сорт озимой пшеницы Безостая–1 был получен в результате гибридизации сортов аргентинской пшеницы из коллекции Н. И. Вавилова с отечественными сортами. Работа по созданию семенных коллекций растений продолжается и в наше время. Сейчас коллекция, начало которой положил Н. И. Вавилов, включает более 320 тыс. образцов.

Отбор и гибридизация являются основными и традиционными методами селекции растений. Применяя массовый или индивидуальный отбор, селекционер не создаёт ничего нового, а выделяет растения с полезными качествами, уже имеющиеся в популяции. Этим методом выведены многие сорта, в том числе так называемые сорта народной селекции, например знаменитый по своим качествам сорт яблони Антоновка. Используя метод гибридизации с последующим отбором, селекционеры получили ценные высокоурожайные сорта пшеницы, ржи, подсолнечника, овощных,

В разработку теории и практики селекции растений большой вклад внёс учёный–селекционер Иван Владимирович Мичурин (1855—1935). Он вывел около 300 новых сортов плодовых растений. В своих работах он широко применял скрещивание географически отдалённых форм. Так, скрещивая французский сорт груши Вере рояль с дикой уссурийской и выращивая сеянцы в условиях средней полосы России, он создал сорт Вере зимняя, сочетающий высокие вкусовые качества плодов с зимостойкостью. Методы, разработанные И. В. Мичуриным, успешно используются селекционерами и в настоящее время.

Основные 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 путём, 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 большую значимость приобретает оценка животных по их родословной и по качеству их потомства. Часто важное значение имеет учёт экстерьера, т. е. совокупности внешних признаков животного.

В селекции широко используют явление гетерозиса. В селекции растений сначала выводят ряд отличающихся друг от друга чистых линий, а затем производят межлинейное скрещивание. Определив линии, у которых эффект гетерозиса проявляется наиболее сильно, используют их для получения гибридных семян. Эту же методику применяют для получения высоких урожаев кукурузы, огурцов, томатов и других культур. В селекции животных явление гетерозиса особенно широко применяют в птицеводстве, например для получения бройлерных цыплят (рис. 33).

Сочетание близкородственного скрещивания с неродственным широко применяется селекционерами для выведения новых пород животных. Так, известный селекционер Михаил Фёдорович Иванов (1871 —1935), используя эту методику, создал высокопродуктивную породу свиней Белая степная украинская, породу овец Асканийская рамбулье и др.

Полиплоидию — кратное увеличение числа (набора) хромосом издавна использовали при создании сортов пшеницы, ржи, овса, картофеля, хлопчатника, плодовых, декоративных и других культур. Полиплоидные растения появлялись случайно в результате естественных мутаций. В настоящее время применяют методы искусственного получения полиплоидов, воздействуя на растения разными мутагенами (в основном колхицином). Таким образом, из диплоидных (2n) получают тетраплоидные (4n) формы. Большинство их неперспективны, но отдельные образцы служат ценным материалом для гибридизации и отбора. Полиплоидные растения могут отличаться от обычных более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Использование метода полиплоидии позволило селекционерам получить ценные сорта сахарной свёклы, ржи, гречихи, фасоли и других культур.

В селекции животных метод полиплоидии практически не применяется. Исключение составляет выведение генетиком Борисом Львовичем Астауровым (1904—1974) полиплоидных гибридов тутового шелкопряда, размножающихся партеногенезом.

Отдалённая гибридизация позволяет в одном организме совместить признаки, характерные для разных видов и даже родов. Получать такие формы из–за нескрещиваемости родителей и бесплодия (стерильности) гибридов очень сложно. Для восстановления плодовитости у отдалённых гибридов растений известный генетик Георгий Дмитриевич Карпеченко (1899—1941) предложил использовать метод полиплоидии. Он получил гибрид между капустой и редькой и, убедившись в его стерильности, выделил форму этого гибрида с удвоенным числом хромосом, которая оказалась плодовитой.

Успехи генной и клеточной инженерии могут дать новые возможности в селекции. Например, с применением этих методов был создан соматический гибрид двух видов картофеля дикого и культурного. Полученный гибрид в сравнении с родительскими формами имел промежуточные характеристики по форме листа, величине клубней, но отличался большей мощностью куста и высотой стеблей, благодаря чему и был включён в дальнейшую практическую селекционную работу.

Моя лаборатория

 

§ 27. БИОТЕХНОЛОГИЯ:
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

  1. Какие живые объекты относят к микроорганизмам?
  2. Каковы особенности селекции животных и растений?

Биотехнология.

Процессы получения необходимых человеку веществ с помощью живых организмов называют биотехнологией. Многие биотехнологические процессы основаны на деятельности микроорганизмов, роль которых в производстве лекарств, биологически активных соединений, кормовых добавок, многих молочных продуктов невозможно переоценить.

Микроорганизмы и особенности их селекции.

К микроорганизмам относят всех прокариот, а из эукариот — простейших, микроскопические формы грибов и водорослей. Все они находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Бактерии применяют для производства витаминов группы В, пищевых и кормовых белков, аминокислот, которых недостаёт в пище. Из плесневых грибов выделяют вещества — антибиотики, убивающие патогенных микробов. Многие бактерии и грибы используют в сельском хозяйстве для борьбы с различными вредителями. Некоторые микроорганизмы помогают извлекать ценные металлы (золото, серебро, медь) из руд при их переработке.

Селекция микроорганизмов в отличие от селекции растений и животных имеет ряд особенностей. На небольшой площади в специальных аппаратах с питательной средой в считанные дни можно вырастить миллиарды особей. Гаплоидный геном (n) микроорганизмов даёт возможность эффективно использовать в их селекции мутационный процесс, позволяя выявлять мутации уже в первом поколении.

До недавнего времени основными методами получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов был искусственный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток — клонов. Успехи, достигнутые молекулярной биологией и генетикой, привели к созданию новых методов селекции микроорганизмов. В их основе лежит генная инженерия, которая позволяет выделять необходимый ген и вводить его в новое генетическое окружение с целью создания организма. С помощью этих методов получают такие важные медицинские препараты, как интерферон, гормоны роста, инсулин и др.

Достижения и перспективы развития биотехнологии.

С древних времён известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, пивоварение, приготовление кисломолочных продуктов и т. д. Наши предки не имели представления о сути процессов, лежащих в основе этих технологий, но в течение тысячелетий, используя метод проб и ошибок, совершенствовали их. Биологическая сущность этих процессов была выявлена лишь в XIX в., благодаря научным открытиям Луи Пастера (1822—1895). Его работы послужили основой для развития производств с использованием разнообразных видов микроорганизмов. В первой половине XX в. стали применять микробиологические процессы для промышленного получения ацетона, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Успехи, достигнутые в фундаментальных исследованиях в области цитологии, биохимии, молекулярной биологии и генетики во второй половине XX в., способствовали бурному развитию биотехнологии. Селекция высокопродуктивных штаммов микроорганизмов позволила увеличить эффективность биотехнологических процессов в десятки и сотни раз.

Дальнейшее развитие биотехнологии как отрасли сельскохозяйственного производства позволит решить многие важные проблемы человечества. Острейшей проблемой является нехватка продовольствия. В связи с этим усилия биотехнологов направлены на повышение эффективности растениеводства и животноводства.

Культурные растения страдают от сорняков, насекомых–вреди–телей, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов и т. д. Перечисленные факторы наряду с неблагоприятными погодными условиями значительно снижают урожайность сельскохозяйственных растений. Учёные не только создают высокоурожайные сорта, устойчивые к неблагоприятным факторам, но и разрабатывают биотехнологические пути защиты растений: например, производят биологические средства борьбы с вредителями на основе использования их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами. Всё шире на промышленной основе применяется вегетативное размножение сельскохозяйственных растений методом культуры тканей. Он позволяет не только быстро размножить новые перспективные сорта растений, но и получить незаражённый вирусами посадочный материал.

Несомненно, уже сделанные открытия и будущие достижения в области биотехнологии станут использоваться практически во всех сферах человеческой деятельности. В то же время современные исследования требуют проведения тщательного анализа всех возможных опасных последствий.

Этические аспекты развития
некоторых направлений биотехнологии.

В 1997 г. научная общественность была взбудоражена сообщением, что в Англии успешно завершились эксперименты по генетическому клонированию овцы. Для этого использовали ядра соматических клеток, полученных из ткани молочной железы взрослой овцы–донора. Из яйцеклетки удалялось ядро и замещалось ядром соматической клетки. Образовавшуюся диплоидную яйцеклетку стимулировали к дроблению электрошоком и пересаживали в овцу–реципиента. Через 148 дней приёмная мама родила живую овечку, которую назвали Долли.

Открытие английских учёных показало, что соматические клетки взрослого организма млекопитающих способны передавать полную информацию о всех признаках, характерных для взрослой особи. Следовательно, как считали учёные, открываются возможности воспроизведения многочисленных генетических копий выдающихся по продуктивности животных–рекордистов. Но в ходе дальнейших наблюдений за овечкой Долли было установлено, что она стала очень быстро стареть. К тому времени, когда Долли достигла размеров взрослой овцы, её физиологическое состояние было такое же, как у старой особи. Это поставило под сомнение целесообразность клонирования животных.

Клонирование человека.

Стремительное развитие биотехнологии привело к тому, что перед человечеством встал вопрос о клонировании человека. В настоящее время существуют различные подходы к этой проблеме. Клонирование человека — действие, заключающееся в формировании и выращивании принципиально новых человеческих существ, точно воспроизводящих не только внешне, но и на генетическом уровне того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего. В настоящее время во многих странах, в том числе и в России, активно разрабатываются законы, направленные на введение в правовые рамки работ по генной инженерии, а также исследований по клонированию человека. Важно, чтобы новые научные исследования и разработки в области биотехнологии были направлены на благо человечества.

Моя лаборатория

 

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5

Селекция — наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами. Теоретической базой селекции является генетика. Она также использует достижения теории эволюции, молекулярной биологии, биохимии и других биологических наук.

Основой успеха селекционной работы в значительной степени является генетическое разнообразие исходного материала. Большой вклад в развитие селекции внесли наши соотечественники: Н. И. Вавилов, И. В. Мичурин, Б. Л. Астауров, Г. Д. Карпеченко и др.

Основными методами селекции являются гибридизация, отбор и искусственный мутагенез. Во второй половине XX в. стали применять новые методы — клеточную и генную инженерию, которые легли в основу биотехнологии.

Биотехнология — это использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Уже сделанные открытия и будущие достижения в области биотехнологии дадут большие возможности в решении многих проблем, стоящих перед человечеством. В то же время современные биотехнологические исследования требуют проведения тщательного анализа всех возможных опасных последствий. Важно, чтобы новые научные исследования и разработки в биотехнологии были направлены на благо человечества.

Для того чтобы проверить, как вы усвоили материал главы, выполните тестовые задания в рабочей тетради. Если вы сомневаетесь в правильности своих ответов, повторите материалы соответствующих параграфов.

 


ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов

Биология 9 класс (Пасечник). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Глава 5. Основы селекции и биотехнологии:

  • 25. Основы селекции
  • 26. Достижения мировой и отечественной селекции
  • 27. Биотехнология: достижения и перспективы развития.

Добавить комментарий

На сайте используется ручная модерация. Срок проверки комментариев: от 1 часа до 3 дней