О.В. ПЕТУНИН,
учитель биологии
СШ № 32, г. Прокопьевск,
Кемеровская обл.

Продолжение. См. № 8, 9/2006

Селекция и биотехнология

Урок 7. Методы селекционной работы И.В. Мичурина. Достижения селекции растений

Оборудование: таблицы по общей биологии, иллюстрирующие методы селекции растений, методы селекционной работы И.В. Мичурина и достижения селекции растений.

ХОД УРОКА

I. Проверка знаний

А. Работа по карточкам

№ 1. Учеными получен пшенично-ржаной гибрид тритикале. Каким образом удалось создать такой гибрид, успешно размножающийся половым путем?

№ 2. Самыми высокоурожайными (до 100 ц/га) сортами пшеницы признаны Безостая 1 (выведена П.П. Лукьяненко) и Мироновская 808 (выведена В.Н. Ремесло). Колосья и зерна у них очень крупные, стебли толстые, прочные. Эти сорта относятся к мягкой, полиплоидной (6n) пшенице. Самый высокий урожай и крупные плоды у земляники дают также полиплоидные (8n) растения. Используя эти данные, ответьте на вопросы:

а) как влияет полиплоидия на величину плодов и другие морфологические признаки пшеницы и земляники?
б) как влияет полиплоидия на продуктивность этих растений?
в) какое хозяйственное значение имеет полиплоидия для человека?

№ 3. Подтверждением эволюционной теории явились исследования датского генетика В.Иогансена. Он изучил действие отбора в популяциях и чистых линиях. Оказалось, что в пределах чистой линии отбор по величине, массе семян и другим признакам неэффективен. В то же время отбор в свободноскрещивающихся популяциях результативен. Объясните, какую закономерность эволюционной теории подтверждают результаты этого исследования.

№ 4. В настоящее время широкое распространение в США и Англии имеет гибридный сорт помидоров, устойчивый к двум вирусам. Сорт получен в результате слияния половых клеток дикого помидора и культурного сорта. Объясните, какое значение для селекции имеет сохранение генов диких видов.

Б. Устная проверка знаний

Вопросы

1. Каковы биологические особенности растений, учитываемые в селекции?
2. Что такое инбридинг и межлинейные скрещивания?
3. Что такое межсортовое и межвидовое скрещивание?
4. В чем состоит явление гетерозиса и каковы его генетические основы?
5. В чем заключается метод Г.Д. Карпеченко по преодолению бесплодия межвидовых гибридов?
6. Что такое массовый и индивидуальный отбор в селекции растений?
7. Что такое индуцированный мутагенез и в чем заключается метод получения полиплоидов в селекции растений.

II. Изучение нового материала

1. Методы селекционной работы И.В. Мичурина

Иван Владимирович Мичурин (1855–1935) – выдающийся селекционер-практик, автор 300 сортов плодово-ягодных культур. В начале своей деятельности И.В. Мичурин занимался акклиматизацией по методу Грелля, прививая в крону выносливых и холодоустойчивых сортов южные cорта с целью добиться их приспособления к новым условиям. Но изменить генотип южных сортов подобным методом было невозможно. Мичурин убедился в этом, испытав около 200 иностранных сортов: через 35 лет из них не осталось ни одного дерева, хотя Мичурин жил и работал в условиях относительно мягкого климата Черноземной зоны России (г. Козловск, ныне Мичуринск, Тамбовской губернии).
Убедившись в бесплодности попыток простой акклиматизации, И.В. Мичурин приступил к разработке новых методов селекции, основанных на гибридизации, отборе и воспитании (воздействие условиями среды на развивающиеся гибриды). При их реализации он использовал разнообразные подходы (многие – впервые в мировой селекционной практике), важнейшие из которых следующие.

Биологически отдаленная гибридизация – скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами или скрещивание представителей разных родов. Так, например, Мичурин скрестил вишню Владимирскую с черешней Винклера белой. При дальнейшей работе с гибридами им был выведен сорт вишни Краса севера, обладавший хорошими вкусовыми качествами и зимостойкостью. При скрещивании вишни с черемухой Мичурин получил гибрид, названный церападусом. Им были также получены гибриды ежевики и малины, сливы и терна, рябины и сибирского боярышника и др.

Церападус

Географически отдаленная гибридизация – скрещивание представителей контрастных природных зон и географически отдаленных регионов с целью привить гибриду нужные качества. Например, известный сорт груши Бере зимняя Мичурина был получен в результате гибридизации дикой уссурийской груши и южного французского сорта Бере-рояль.

Метод ментора – один из методов «воспитания» гибридов, разработанных И.В. Мичуриным. Он основан на том, что признаки развивающегося гибрида изменяются под влиянием привоя или подвоя. Мичурин применял этот метод в двух вариантах. В первом случае гибридный сеянец служил привоем, и его прививали на взрослое плодоносящее растение (подвой), свойства которого желательно было получить у гибрида. Во втором случае в крону молодого гибридного сеянца (подвоя) прививали черенок сорта, признаки которого хотели бы получить у гибрида.
Этот метод был применен Мичуриным, например, при создании сорта яблони Бельфлёр-китайка. В первый год плодоношения гибридов оказалось, что плоды у них мелкие и кислые. Чтобы направить дальнейшее развитие гибрида в нужную сторону, в крону молодых деревьев были привиты черенки Бельфлёра. Под влиянием черенков плоды гибрида стали приобретать вкусовые качества Бельфлёра.
Влияние ментора следует рассматривать как изменение доминирования в процессе развития гибрида. В данном случае ментор способствовал фенотипическому проявлению (доминированию) генов, полученных от сорта Бельфлёр, не меняя при этом генотипа гибрида.

Метод посредника был применен Мичуриным при отдаленной гибридизации. Он состоит в использовании дикого вида в качестве посредника для преодоления нескрещиваемости. Скрещивая дикий Монгольский миндаль с диким персиком Давида, Мичурин получил миндаль Посредник, который он в дальнейшем использовал для скрещивания с культурным персиком. Полученный им гибридный персик приобрел зимостойкость, благодаря чему был продвинут на север.

Смешение пыльцы применялось Мичуриным для преодоления межвидовой нескрещиваемости (несовместимости). Суть метода заключалась в том, что при опылении смесью собственной пыльцы и пыльцы другого вида собственная пыльца раздражала рыльце пестика, и оно воспринимало чужую пыльцу.

Воздействие условиями среды. При «воспитании» молодых гибридов Мичурин использовал изменения способов хранения семян, характера питания и свойств почвы, воздействие низкими температурами, применял частые пересадки. В результате гибриды закалялись и могли переносить неблагоприятные условия внешней среды.

Отбор – многократный и жесткий отбор растений по размерам, форме, зимостойкости, иммунным свойствам, качеству, вкусу, цвету плодов и т.д.
Большинство сортов, полученных И.В. Мичуриным, представляло собой сложные гетерозиготы. Для сохранения качеств их размножают вегетативным путем: отводками, прививками и т.д.

2. Достижения селекции растений

Селекционная работа имеет огромное народнохозяйственное значение. Замена малоурожайных сортов высокопродуктивными селекционными сортами представляет собой один из основных путей повышения урожайности. В настоящее время и в нашей стране, и за рубежом селекционно-генетическая работа приводит к замечательным результатам.
Познакомимся с некоторыми из последних достижений селекции по основным сельскохозяйственным культурам.

Озимая пшеница. Для России пшеница – основная зерновая культура. Академик Павел Пантелеймонович Лукьяненко (1901–1973) создал ряд высокоурожайных сортов озимой пшеницы, занимающих миллионы гектаров как в России, так и в других странах. Особенной популярностью пользуются сорта Аврора и Кавказ, дающие урожай до 100 ц/га, и Безостая 1 с урожайностью до 50 ц/га. На основе последнего сорта были выведены сорта Краснодарская 57 и Одесская полукарликовая.
Не менее высокоурожайные сорта выведены на Мироновской селекционной опытной станции академиком Василием Николаевичем Ремесло (1907–1983): Мироновская 264, Мироновская 808 и др. За последние 50 лет урожайность сортов озимой пшеницы возросла с 25 до 65 ц/га, т.е. в 2,5 раза. К новым высокоурожайным сортам озимой пшеницы, выведенным на той же станции, относится и Ильичевка. В 1974 г. этот сорт районирован в 15 областях Украины и при надлежащем орошении и высокой агротехнике дает урожаи до 100 ц/га.
Среди новых сортов очень перспективны многолетние пшеницы, выведенные под руководством академика Николая Васильевича Цицина (1898–1980) на основе межвидовой гибридизации пшеницы и пырея. Они высокоурожайны, засухоустойчивы, выдерживают морозы до –35 oС.

Яровая пшеница. Среди яровых наиболее ценен созданный Алексеем Павловичем Шехурдиным (1886–1951) и Валентиной Николаевной Мамонтовой (1895–1982) высокоурожайный сорт Саратовская 29, отличающийся высокими хлебопекарными качествами. Мы уже упоминали о сорте яровой пшеницы Новосибирская 67 с укороченной и утолщенной соломиной, выведенном в Институте цитологии и генетики СО РАН. Урожайность этого сорта в Западной Сибири достигает 40 ц/га.

Подсолнечник. В этой области селекции растений замечательны достижения академика Василия Степановича Пустовойта (1886–1972). До середины XX в. лучшие сорта подсолнечника по масличности не превышали 33%. В настоящее время средняя масличность семян достигает 50%.

Сахарная свекла. За последние годы резко повысились сахаристость и урожайность сахарной свеклы. Большую роль в селекции этой культуры сыграла полиплоидия (работы А.Н. Луткова, В.П. Зосимовича).

Кукуруза. При создании новых перспективных сортов этой культуры применяют самоопыляющиеся гомозиготные линии с их последующей гибридизацией (М.И. Хаджинов и Г.С. Галеев).

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (методы селекционной работы И.В. Мичурина и достижения селекции растений).

Урок 8–9. Селекция животных, ее методы и достижения

Оборудование: таблицы по общей биологии, иллюстрирующие методы селекционной работы И.В. Мичурина, достижения селекции растений, методы селекции животных.

ХОД УРОКА

I. Проверка знаний

А. Работа по карточкам

№ 1. Какую важную закономерность доминирования признаков у гибридов установил И.В. Мичурин? Каково значение этой закономерности для селекции? Приведите примеры.

№ 2. Каковы положительные и отрицательные стороны самоопыления при селекции культурных растений?

№ 3. Существует выражение: «Человека кормят и одевают полиплоиды». Как его следует понимать?

№ 4. При подборе родительских пар для гибридизации И.В. Мичурин широко использовал географически удаленные формы. Так, например, был создан сорт яблони Бельфлёр-китайка, полученный в результате гибридизации китайской яблони из Сибири и американского сорта Бельфлёр желтый. Почему Мичурин большое внимание уделял скрещиванию географически удаленных форм?

Б. Устная проверка знаний

Вопросы

1. Какие методы селекционной работы использовал И.В. Мичурин?
2. Каковы последние достижения селекции растений?

II. Изучение нового материала

1. Особенности биологии животных, учитываемые в селекции

При селекции животных необходимо учитывать следующие их особенности:

– малочисленность потомства у пары родителей;
– большая продолжительность жизни;
– невозможность вегетативного размножения высокоорганизованных животных и наличие у них только полового способа размножения;
– раздельнополость;
– часто поздняя половая зрелость;
– более сложные, чем у растений, взаимоотношения с внешней средой благодаря наличию нервной системы;
– трудность изучения генотипа, т.к. он содержит большое количество гетерозигот, а гены находятся в сложном взаимодействии (продуктивность по мясу, молоку, шерсти, плодовитость, густота меха у пушных зверей и другие хозяйственно- ценные признаки наследуются очень сложно).

2. Типы скрещиваний и методы разведения, применяемые в животноводстве

В селекционной работе важно представлять конечную цель, к которой стремится селекционер. Желательно ли увеличить продукцию молока, повысить его жирность или изменить мясные качества скота – все это требует разных направлений отбора и подбора производителей, применения различных систем скрещивания.
При подборе производителей важно учитывать их родословные. В племенных хозяйствах всегда ведутся племенные книги, в которых подробно учитываются экстерьерные особенности и продуктивность родительских форм в течение ряда поколений. По признакам предков можно судить о генотипе производителей.
Типы скрещивания при селекционной работе с животными разнообразны. Применяют в основном два типа скрещивания: неродственное и родственное.

Неродственное скрещивание, или аутбридинг (от англ. out – вне и breeding – разведение), осуществляется между особями одной породы или между особями разных пород животных. При строгом отборе приводит к поддержанию свойств или улучшению их в ряду следующих поколений гибридов, т.к. в потомстве может получиться удачная комбинация генов, обеспечивающая формирование целого ряда хозяйственно-важных признаков.

Близкородственное скрещивание, или инбридинг, проводится между братьями и сестрами или родителями и потомством. Этот тип скрещивания применяют в тех случаях, когда желают перевести большинство генов породы в гомозиготное состояние, т.е. для получения чистых линий, сохранения хозяйственно-важных признаков, повышения стабильности этих признаков для последующего скрещивания и получения эффекта гетерозиса.
Такое скрещивание до известной степени аналогично самоопылению у растений, т.к. приводит к повышению гомозиготности. При близкородственном скрещивании часто наблюдается ослабление животных, потеря устойчивости к действию внешних факторов, к заболеваниям. Все эти отрицательные проявления близкородственного скрещивания называются депрессией.

Межлинейное скрещивание проводится между представителями чистых гомозиготных линий для того, чтобы избежать неблагоприятного действия рецессивных генов, перевести их в гетерозиготное состояние и вызвать эффект гетерозиса. Обычно для скрещивания используются представители нескольких линий.

Отдаленная гибридизация, т.е. межвидовое скрещивание, известно у животных с древнейших времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны, т.к. у них нарушается мейоз, что приводит к нарушению гаметогенеза. С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом – мула, который отличается выносливостью и большой продолжительностью жизни. Преодоление бесплодия межвидовых гибридов животных – важная задача селекции.
Иногда гаметогенез у отдаленных гибридов протекает нормально, и это позволило получить новые ценные породы животных. Примером могут служить архаромериносы, которые могут пастись высоко в горах, как архары, и, как мериносы, дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного крупного рогатого скота с яками и зебу (подвидом крупного рогатого скота, распространенного в Азии и Африке). Продуктивны гибриды белуги и стерляди (бестер), хорька и норки (хонорик), карпа и карася. Также плодовито потомство, полученое при скрещиваниях между одногорбым и двугорбым верблюдами, домашней лошадью и лошадью Пржевальского, зубрами и бизонами.
В животноводстве используют два основных метода разведения: внутрипородное и межпородное.

Внутрипородное разведение, или разведение «в себе», направлено на сохранение и улучшение породы. Практически оно выражается в отборе лучших производителей, выбраковке особей, не отвечающих требованиям породы.

Межпородное разведение используют для создания новой породы. При этом часто проводят близкородственное скрещивание, что помогает получить большое количество особей, обладающих нужными свойствами.

Продолжение следует