Шпаргалка по "Экологии"

Почему  же сохраняется полиморфизм?

Во-первых, приспособительная ценность каждой из особей не является постоянной и  меняется в зависимости от условий; во-вторых, наличие полиморфизма в  популяции обеспечивает возможность  регулирования её состава за счёт приспособительной динамики частот различных генотипов; в-третьих, это  указывает на наличие отбора в  пользу гетерозигот.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

 

Генетика является теоретической  основой селекции. Вместе с тем  селекция имеет свои задачи, предмет  и методы исследования.

Селекция (лат. selectio — выбор, отбор, от seligo — выбираю, отбираю) –

1) наука о методах создания  сортов и гибридов растений, пород  животных;

2) отрасль сельскохозяйственного производства, занимающаяся выведением сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, пород животных.

Селекция разрабатывает способы воздействия на растения, микроорганизмы и животных с целью изменения их наследственных качеств в нужном для человека направлении. Она является одной из форм эволюции растительного и животного мира, которая подчиняется тем же законам, что и эволюция видов в природе, но естественный отбор здесь частично заменен искусственным отбором.

Селекционный  процесс отличается непрерывностью, методы его всё время совершенствуются. Это обусловлено возрастающими требованиями производства к новым сортам и породам – их продуктивности и качеству продукции, способности противостоять болезням и вредителям, а также продвижением культур и отраслей животноводства в новые районы, изменением технологии выращивания и т. п.

Породой, сортом, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определённые наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закреплённые свойства.

Порода животных и сорт растений – совокупность домашних животных или культурных растений одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся:

- определёнными наследственными особенностями; и

- наследственно закреплённой продуктивностью; и

- экстерьером и структурными, морфологическими признаками.

Штамм (нем. Stamm, буквально — ствол, основа) – чистая культура определённого вида микроорганизма, у которого изучены морфологические и физиологические особенности. Могут быть выделены из различных источников (почвы, воды, пищевых продуктов и т.д.) или из одного источника в разное время. Поэтому один и тот же вид бактерий, дрожжей, микроскопических грибов может иметь большое число штаммов, отличающихся по ряду свойств, например по чувствительности к антибиотикам, способности к образованию токсинов, ферментов и др.

Для получения новых пород, сортов и штаммов необходим исходный материал.

Исходный материал:

1. Мировая коллекция растительных и животных ресурсов. Хранятся в институтах (ВИР).
2. Дикие виды животных, растений и микроорганизмов.
3. Существующие породы, сорта, штаммы.

Среди исходного материала отбираются особи, несущие определённые свойства и путём их сочетания в генотипе (комбинативная изменчивость) или  изменения (мутационная изменчивость) создаются новые сорта, породы, штаммы.

Комбинативная и мутационная изменчивость исходного материала является основой для создания новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Зная закономерности наследования отдельных свойств и признаков, селекционер может по своему желанию  сочетать их путём скрещивания у  потомков. Новые же свойства могут  быть получены в результате спонтанного  или индуцированного мутагенеза. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания исходного материала в селекции.

Таким образом, традиционный селекционный процесс включает этапы:

- получения исходного материала  (выбор из имеющихся или получение  особей с новыми свойствами);

- скрещивания родительских форм;

- отбора среди потомства.

 

Для получение исходного материала используются следующие методы селекции.

1. Отбор родительских форм из природной или «искусственной» популяции. Массовый или индивидуальный.

2. Получение форм с новыми  свойствами путём индуцированного мутагенеза соматических и половых клеток. В том числе и получение полиплоидных форм: авто- и аллополиплоидов.

Путём различных систем скрещиваний  можно сочетать определённые наследственные признаки в одном организме, а  так же избавляться от нежелательных  свойств. Применение той или иной системы скрещивания в селекции зависит от характера исходного  материала, типа изменчивости, используемого  для селекционных целей, и стоящей  перед селекционером задачи.

Скрещивание может быть:

1. Межвидовое (отдалённая гибридизация)
2. Внутривидовое:

1. Межпородное (межсортовое);

2. Внутрипородное (внутрисортовое).

Различают инбридинг (родственное) и аутбридинг (неродственное) скрещивание.

Положительные стороны аутбридинга:

- вредные рецессивные мутации  переходят в гетерозиготное состояние  и не проявляются;

- объединяются разные генотипы  в одном гибридном организме.

Инбридинг часто приводит к инбредной  депрессии вследствие перехода в  гомозиготное состояние мутантных  генов, снижающих жизнеспособность особи. Но среди мутаций могут  быть мутации, повышающие жизнеспособность особей. И в этом случае инбридинг  – это наиболее рациональная система  скрещиваний для скорейшего накопления полезных мутаций в популяции.

При отдалённой гибридизации скрещиваются особи разных видов и даже родов. Осуществляется она, как правило, с  трудом. Причины самые различные:

- несовпадение циклов размножения;

- неспособность одного вида  вызвать половой рефлекс другого  вида;

- несовпадение строения полового  аппарата;

- гистонесовместимость…

Но даже при получении гибридов очень часто оказывается, что  они стерильны: из-за несовместимости  ядра и цитоплазмы.

Методы преодоления нескрещиваемости/стерильности:

1. Вегетативное сближение тканей (прививка) – изменяется химический состав тканей подвоя.
2. Обработка смесью пыльцы – пыльцевые рубки с различными генотипами могут взаимно стимулировать друг друга.
3. Метод культуры тканей или выращивания гибридных зародышей на специальных искусственных средах.
4. Получение амфиплоидов (аллополиплоидов).

В селекции животных и растений особое место занимает явление гибридной мощности, или гетерозиса. Гибриды первого поколения превосходят исходные родительские организмы по энергии роста, лучшему использованию питательных веществ, устойчивости.

Имеется несколько гипотез, пытающихся объяснить возникновение гетерозиса: гетерозиготным состоянием по многим генам, взаимодействием доминантных  благоприятных генов, сверхдоминированием.

Отбор является одним из основных методов селекции. В сочетании  с генетическими методами он позволяет  создавать сорта и породы с  определёнными свойствами и признаками.

Различают два основных типа отбора:

- массовый;

- индивидуальный.

Массовый отбор осуществляется по внешним признакам, т. е. по фенотипу. Для оценки генотипов он не достаточно эффективен. Более эффективен в селекции перекрёстно опыляющихся растений.

Индивидуальный отбор (по генотипу) оценивает потомство каждой особи в ряду поколений. В процессе индивидуального отбора популяцию разлагают искусственно на отдельные линии. Отбираются только особи с желательными свойствами, остальные выбраковываются.

 

Селекция микроорганизмов

Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Но и здесь есть свои особенности. Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении. Хотя вероятность естественного возникновения мутации у микроорганизмов такая же, как и всех других организмов (1 мутация на 1 млн. особей по каждому гену), но очень высокая интенсивность размножения дает возможность найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену.

В результате искусственного мутагенеза и отбора была повышена продуктивность штаммов гриба пеницилла более чем в 1000 раз. Продукты микробиологической промышленности используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии, приготовлении многих молочных продуктов. С помощью микробиологической промышленности получают антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, различные ферменты, витамины и многое другое.

Микроорганизмы используют для  биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы. В настоящее время разработаны методы получения марганца, меди, хрома при разработке отвалов старых рудников с помощью бактерий, где обычные методы добычи экономически невыгодны.

 

Селекция  растений и животных

Традиционная селекция растений и животных основана на методах  гибридизации и разных видах отбора.

В селекции животных, по сравнению  с селекцией растений, есть ряд особенностей. Во-первых, для животных характерно в основном половое размножение, поэтому любая порода является сложной гетерозиготной системой. Во-вторых, у них часто поздняя половозрелость, смена поколений происходит через несколько лет. В-третьих, потомство немногочисленное.

Внутрипородное разведение/самоопыление: направлено на сохранение и улучшение породы. Практически выражается в отборе лучших производителей, выбраковке особей, не отвечающих требованиям породы/сорта.

Межпородное/межсортовое  скрещивание используют для создания новой породы/сорта. При этом часто проводят близкородственное скрещивание, родителей скрещивают с потомством, братьев с сестрами, это помогает получить большее число особей, обладающих нужными свойствами. Инбридингсопровождается жестким постоянным отбором, обычно получают несколько линий, затем производят скрещивание разных линий.

Хорошим примером может  служить выведенная академиком М. Ф. Ивановым порода свиней — украинская белая степная. При создании этой породы использовались свиноматки местных украинских свиней с небольшой массой и невысоким качеством мяса и сала, но хорошо приспособленных к местным условиям. Самцами-производителями были хряки белой английской породы. Гибридное потомство вновь было скрещено с английскими хряками, в нескольких поколениях применялся инбридинг, были получены чистые линии, а при скрещивании их — родоначальники новой породы, которые по качеству мяса и массе не отличались от английской породы, по выносливости — от украинских свиней.

Использование эффекта гетерозиса. Часто при межпородном/межсортовом скрещивании в первом поколении проявляется эффект гетерозиса. Например, при скрещивании двух мясных пород кур получают гетерозисных бройлерных кур, при скрещивании беркширской и дюрокджерсейской пород свиней получают скороспелых свиней с большой массой и хорошим качеством мяса и сала. Гибриды кукурузы.

Испытание по потомству проводят для подбора самцов/мужских форм, у которых не проявляются некоторые качества (молочность и жирномолочность быков, яйценоскость петухов). Для этого производителей-самцов скрещивают с несколькими самками, оценивают продуктивность и 
другие качества дочерей, сравнивая их с материнскими и со среднепородными.

Искусственное осеменение/оплодотворение используют для получения потомства от лучших самцов производителей, тем более что половые клетки можно хранить при температуре жидкого азота любое время или лучших мужских растений.

С помощью гормональной суперовуляции  и трансплантации у выдающихся коров можно забирать десятки эмбрионов в год, а затем имплантировать их в других коров, эмбрионы также хранятся при температуре жидкого азота. Это даст возможность увеличить в несколько раз число потомков от выдающихся производителей.

Отдаленная гибридизация, межвидовое скрещивание, известна с древних времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны, у них нарушается мейоз, что приводит к нарушению гаметогенеза. С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом — мула, который отличается выносливостью и долгожительством. Но иногда гаметогенез у отдаленных гибридов протекает нормально, что позволило получить новые ценные породы животных. Примером являются архаромериносы, которые, как и архары, могут пастись высоко в горах, а, как мериносы, дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного крупного рогатого скота с яками и зебу. При скрещивании белуги и стерляди получен плодовитый гибрид — бестер, хорька и норки — хонорик, продуктивен гибрид между карпом и карасем. У растений: сливы и абрикоса – нектарин.