Лекция № 13: Генетические основы селекции. Подбор и оценка первичных материалов для селекции.

Селекцией (лат. selectio отбор) называют комплексную биологическую дисциплину, направленную на выведение сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Все современные сорта растений и породы домашних животных, на использовании которых основана жизнь цивилизации, созданы с помощью селекции. Появление этих культурных форм оказалось возможным в основном благодаря свойственной природным организмам комбинативной наследственной изменчивости, заключающейся в перекомбинации генов при скрещивании. Понять суть явлений, происходящих при селекции, можно лишь на основе генетических знаний. Поэтому селекция как наука возникла относительно недавно.

Выдающийся русский генетик и селекционер Н. И. Вавилов указывал, что для успешной селекционной работы необходимо изучать и анализировать:

— исходное сортовое разнообразие культурных растений и видовое разнообразие диких растений, являющихся объектами селекции;

— закономерности наследственной изменчивости при гибридизации и мутациях;

— роль среды в развитии изучаемых признаков;

— формы искусственного отбора, направленные на усиление и закрепление желательных признаков.

Что же такое сорт или порода? Под сортом, породой, штаммом понимают группу организмов с определенным генотипом, искусственно выведенных человеком и обладающих заданными наследственными свойствами: продуктивностью, морфологическими и физиологическими признаками. Причем свойства сорта или породы проявляются наиболее полно лишь при правильном культивировании (удобрении, поливке и пр.), содержании (кормлении, уходе) и благоприятных внешних условиях.

Ценность породы животных определяется количеством и качеством получаемого продукта. Для крупного рогатого скота важны живой вес, величина удоя, жирность молока и содержание в нем белка. Ценность сорта культурного растения определяется урожайностью, пищевыми свойствами, качеством получаемого сырья для промышленности (хлопок, лен) и пр.

Продуктивность культурных растений намного выше продуктивности диких видов, но вместе с тем культурные растения лишены защитных горьких и ядовитых веществ, колючек и шипов. Преобразование диких животных и растений в культурные формы называют одомашниванием. Из многих тысяч видов позвоночных человеку удалось одомашнить только 20. Издавна одомашнены овца, коза, лошадь, собака, индейка, свинья, а в XX в. с развитием пушных хозяйств одомашнены и пушные звери.

У культурных форм организмов искусственно развиты полезные для человека признаки, которые в природных условиях бесполезны или даже вредны. Способность кур давать по 300—400 яиц в год в дикой природе лишена смысла, поскольку такое количество яиц они не смогут насиживать. Коровам для кормления телят хватает десятков-сотен килограммов молока, а удой современных пород между отелами составляет до 15 000 кг.

Из сотен тысяч видов высших растений человек окультурил только 150, причем некоторые совсем недавно. Так, подсолнечник и сахарную свеклу стали выращивать лишь в XIX веке, а мяту — в XX.

Прежде чем начать выведение нового сорта, селекционер подбирает из диких видов и культурных сортов экземпляры, наделенные интересующими его свойствами. Успех селекционной работы во многом зависит от степени разнообразия исходных растений.

Решая проблему генетического материала для селекции, Н. И. Вавилов с коллективом сотрудников в многочисленных экспедициях обследовал земной шар и собрал около 250 тыс. образцов культурных растений. В результате выявилось восемь районов с наибольшим их разнообразием. Географически они совпали с очагами древних цивилизаций. Дальнейшие исследования ученых выявили еще четыре района: Австралийский, Африканский, Североамериканский и Европейско-Сибирский.

Если ранее предполагалось, что возделывание окультуренных сортов началось в плодородных долинах Нила, Тигра, Евфрата и других крупных рек, то после исследований Вавилова стало понятно, что все культурные растения появились в горных районах тропиков, субтропиков и умеренной зоны.

Родиной картофеля считается Южная Америка, риса — Китай и Япония, кукурузы — Мексика, пшеницы и ржи — Средняя Азия и Закавказье. С этими же территориями, как показали археологические исследования, связаны и районы одомашнивания животных. В Индии и Южном Китае впервые одомашнены куры, утки, гуси и свиньи, а на территории Малой и Средней Азии и Афганистана были одомашнены овцы. Предком свиньи считается дикий кабан, домашней курицы — дикая красная курица джунглей, а домашней кошки — дикая африканская кошка. Всего Вавилов выделил семь основных центров, называемых центрами доместикации (лат. domesticus домашний).

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Изучая богатейшую коллекцию растений, Н. И. Вавилов обнаружил, что ряды изменчивости разных видов похожи между собой. Одни и те же признаки в этих рядах устойчиво повторяются. У мягкой пшеницы существуют сорта с остистыми, безостыми и полуостистыми колосьями, присутствуют и вариации цвета: белоколосые, красноколосые, черноколосые. Родственные мягкой пшенице виды имеют те же вариации. Свои обобщения Вавилов сформулировал в виде закона: "Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов".

Закон гомологических рядов позволяет на основе изучения изменчивости какого-либо вида предсказать наличие похожих признаков у родственных видов и добиваться их получения методами селекции. Точно так же периодическая система элементов Д. И. Менделеева предсказывала наличие еще не открытых элементов и их свойства. Высоко оценивая открытие Вавилова, коллеги назвали его Менделеевым в биологии.

Н. И. Вавилов указывал на применимость открытой им закономерности и к животным. Так, у грызунов существуют гомологические ряды изменчивости по окраске шерсти. Параллелизм наследственной изменчивости прослеживается и между далекими видами, хотя выражен менее полно. У млекопитающих наблюдается альбинизм и отсутствие шерсти, у птиц — альбинизм и отсутствие перьев, у рыб — отсутствие чешуи. У животных обнаружены многие наследственные заболевания и уродства, сходные с наблюдаемыми у человека. На животных с такими аномалиями изучают болезни человека. Гемофилия бывает у кошек и мышей; катаракта глаз — у собак, лошадей, мышей и крыс; врожденная глухота — у собак, мышей и морских свинок.

Сходство наследственной изменчивости самых разнообразных растений и животных, в том числе далеких видов, по мнению ряда ученых, может свидетельствовать о наличии единого творческого замысла Создателя. Принцип, по которому был составлен ряд свойств растений или животных одного вида, проявился в строении и внешней форме множества других видов.

Вопросы для закрепления темы:

1. Что изучает наука селекция?

2. Почему генетику считают научной основой селекции?

3. Каково практическое значение закона гомологических рядов наследственной изменчивости?

4. Что такое центры распространения и центры происхождения культурных растений?

5. Почему эти центры соответствуют горным районам и древним центрам земледелия?

6. Перечислите основные методы селекции.