34. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ
О наследственности, изменчивости и искусственном отборе при выведении новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов
- Каковы причины многообразия сортов растений и пород животных?
- В чём суть метода гибридизации?
На современном этапе своего развития человек покорил все уголки нашей планеты, постиг суть множества физических, химических и биологических процессов, происходящих в живой природе, а также смог направить эти процессы на реализацию собственных потребностей. За счёт развития медицины снизилась смертность, выросла продолжительность жизни. Это привело к резкому увеличению скорости прироста населения: если в 1900 г. на планете жили менее 2 млрд. человек, то в 2011 г. численность населения планеты перевалила за 7 млрд. (рис. 125). Увеличение численности и продолжительности жизни населения, истощение плодородных почв, банкротство многих сельскохозяйственных предприятий и некоторые другие причины привели к тому, что пищевых ресурсов стало не хватать: пищи потребляется больше, чем её производится.
В изменившихся условиях возникла необходимость интенсификации сельскохозяйственного производства, т. е. получения максимального количества продукции при минимальных затратах. С этой целью создаются высокопродуктивные породы животных и сорта растений, устойчивые к экстремальным условиям среды, к болезням и вредителям, обладающие нужными людям качествами. Наукой, занимающейся созданием новых и улучшением существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, является селекция (от лат. selectio — отбор). Одновременно под селекцией понимают и сам процесс создания сортов, пород и штаммов. Порода, сорт или штамм — это совокупность особей одного вида, искусственно созданных человеком, обладающих определёнными сходными наследственными свойствами.
Основными классическими методами селекции являются отбор и гибридизация. Как вы уже знаете, в природе фактором, отбирающим тот или иной организм, является естественный отбор. Главная движущая сила эволюции — естественный отбор основывается на генетическом разнообразии особей, т. е. материал для эволюции поставляет наследственная изменчивость. В искусственных условиях роль естественного отбора принадлежит человеческой деятельности. Но в своей работе человек опирается на ту же наследственную изменчивость.
Возникновение селекции. Искусственный отбор. Больше 10 тыс. лет назад человечество перешло к оседлому образу жизни и оказалось в полной зависимости от тех видов растений и животных, которые оно могло использовать в качестве своих пищевых и хозяйственных ресурсов. Спустя некоторое время человеку уже было недостаточно того, что возле его дома пасутся коровы и бегают куры, в поле растёт пшеница, а в саду — яблони. Он хотел, чтобы коровы давали много молока, куры несли много яиц, зёрна пшеницы были крупными, а яблоки не только крупными, но и сладкими. Возникла необходимость улучшать качество культурных растений и домашних животных, т. е. заниматься селекцией. На заре человеческой цивилизации начался процесс, который Дарвин впоследствии назвал искусственным отбором. При бессознательном искусственном отборе люди не ставят перед собой какой-либо конкретной цели, а просто отбирают лучших, на их взгляд, особей и стараются получить от них как можно больше потомства. Значительного разнообразия пород и сортов при таком методе получить невозможно. Методический отбор осуществляется человеком по конкретному плану с целью выведения новой породы или сорта, обладающего определёнными качествами.
Одним из первых одомашненных животных был волк, прирученный в Азии более 10 тыс. лет назад. Вскоре были одомашнены и другие животные (рис. 126).
Параллельно происходило окультуривание растений. Каждое из ныне используемых культурных растений имеет свою историческую родину, где оно когда-то было дикорастущим. Выдающийся российский генетик, ботаник и географ Николай Иванович Вавилов (1887-1943) (рис. 127) в ходе многочисленных экспедиций собрал образцы местных дикорастущих растений и их культурных сортов и определил, где находятся центры происхождения культурных растений (рис. 128). Выяснилось, что родиной картофеля, томата, какао и многих других культурных растений является Южная Америка, родиной риса — Южная Азия, пшеницы, ржи, винограда, моркови — Юго-Западная Азия, капусты, маслин, свёклы — Средиземноморье и т. д.
Методический отбор позволил ещё до нашей эры вывести множество пород домашних животных и сортов растений. В Древнем Китае и Древнем Египте уже существовало несколько сортов пшеницы и ячменя, а также пород лошадей и крупного рогатого скота. В настоящее время в мире насчитывается около 50 сортов томатов, 400 сортов пшеницы, 10 тыс. сортов яблони, а также около 150 пород лошадей и 400 пород крупного рогатого скота.
Гибридизация. С давних времён, помимо отбора особей с желаемыми признаками, применяли гибридизацию — близкородственную и неродственную. Используя близкородственную гибридизацию, селекционеры сохраняют обнаруженный оригинальный или полезный признак. Неродственную гибридизацию подразделяют на отдалённую и внутривидовую. При внутривидовой гибридизации скрещивают особей разных пород или сортов, обладающих определёнными качествами, для получения потомства с максимальным проявлением этих качеств. Например, один сорт растений обладает высокой продуктивностью, но легко подвергается грибковым болезням. Другой сорт, обладая высокой устойчивостью к заболеваниям, производит гораздо меньше семян. Скрещивая эти два сорта, в потомстве можно получить различные сочетания признаков, среди которых будут высокопродуктивные и одновременно устойчивые к заражению растения. Отдалённая гибридизация — это скрещивание разных видов. В растениеводстве с помощью отдалённой гибридизации была создана новая зерновая культура — тритикале, гибрид ржи с пшеницей. Классическим примером межвидовых гибридов в животноводстве является мул, полученный при скрещивании осла с кобылицей (рис. 129). Мул значительно превосходит родителей по выносливости и работоспособности.
Искусственный мутагенез и полиплоидия. Одним из современных направлений селекцииявляется искусственный мутагенез. Подвергая организм воздействию проникающего излучения и химических веществ, вызывающих мутации, учёные получают организмы с новыми полезными свойствами. Таким способом были созданы новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы, штаммы бактерий и разновидности грибов, синтезирующие витамины, пищевые аминокислоты, антибиотики и другие вещества. Увеличивая число хромосомных наборов в клетках растений, селекционеры получают полиплоидные растения. Эти организмы отличаются более крупными размерами и высокой урожайностью. Широко распространены полиплоидные сорта клевера, сахарной свёклы, ржи, гречихи.
В настоящее время для сельскохозяйственного производства человечество использует около 10% всей поверхности суши. Увеличивать эту долю становится всё сложнее. Тем большее значение приобретает селекционная работа учёных, которые, опираясь на основные закономерности наследственности и изменчивости, создают новые высокопродуктивные породы, сорта и штаммы. В последние десятилетия в селекции активно используются приёмы и методы генной и клеточной инженерии, имеющие несравнимо более высокие возможности по сравнению с традиционными.
Запомнить: селекция; порода, сорт, штамм; гибридизация близкородственная и неродственная (отдалённая и внутривидовая); искусственный отбор; центры происхождения культурных растений; искусственный мутагенез; полиплоидные растения.
Выводы
Селекция — наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Основными классическими методами селекции являются отбор и гибридизация.
Думай, делай выводы, действуй
Проверь свои знания
- Чем занимается наука селекция?
- Что такое штамм, сорт, порода?
- Каковы основные методы селекции?
- Что дало науке открытие Н. И. Вавиловым мировых центров происхождения культурных растений?
Выполни задания
- Перечислите и охарактеризуйте основные виды гибридизации.
- Подготовьте презентацию о Н. И. Вавилове — всемирно известном учёном-генетике, ботанике, селекционере, географе.
- Составьте список известных вам сортов растений и пород животных, характерных для вашего края.
Обсуди с товарищами
- В чём сходство и различия между искусственным и естественным отбором?
- Почему выведение новых и улучшение существующих пород и сортов — важное государственное дело, имеющее большое экономическое и народнохозяйственное значение?
Выскажи мнение
Как вы считаете, почему полиплоидные сорта растений отличаются более крупными размерами и высокой урожайностью?
ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Николай Иванович Вавилов (1887—1943) — выдающийся естествоиспытатель, ботаник, генетик, селекционер, агроном, географ и путешественник. Организатор и участник 180 экспедиций в 65 стран, в ходе которых были определены мировые центры происхождения культурных растений, собрана уникальная, крупнейшая в мире коллекция семян дикорастущих растений и их культурных сортов.
Это интересно
Биотехнология — это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. Термин «биотехнология» получил широкое распространение с середины 70-х гг. XX в., хотя ещё с древних времён человечество использовало микроорганизмы в хлебопечении и виноделии, при изготовлении пива и в сыроварении. Любое производство, в основе которого лежит биологический процесс, можно считать биотехнологическим. Биотехнология даёт возможность не только получать важные для человека продукты, например антибиотики и гормон роста, этиловый спирт и кефир, но и создавать организмы с заданными свойствами гораздо быстрее, чем позволяют традиционные методы селекции. Удобными объектами биотехнологии являются микроорганизмы, имеющие сравнительно просто организованный геном, короткий жизненный цикл и обладающие большим разнообразием свойств. Существуют биотехнологические способы очистки сточных вод, переработки отходов, удаления нефтяных разливов в водоёмах, получения топлива. Все они основаны на особенностях жизнедеятельности ряда микроорганизмов.
