Селекция
Селекция (от лат. selectio — выбор, отбор) — это наука о выведении новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
Возникновение селекции тесно связано с развитием человеческой цивилизации. Селекция стала развиваться одновременно с началом одомашнивания животных и искусственного разведения растений. С момента выращивания растений и разведения животных человек отбирал наиболее продуктивные экземпляры — так были выведены первые сорта растений и породы животных. С развитием цивилизации значение селекции постоянно возрастало, т. к. требовались новые, более продуктивные группы организмов, и с конца XVIII в. зарождается промышленная селекция.
В селекции любых организмов основное направление — увеличение урожая или продуктивности. Это главный критерий сорта или породы. Наряду с этим, в последнее время все большее значение приобретают качественные показатели: содержание различных веществ (высокое — полезных и низкое — вредных); лежкость плодов, устойчивость к вредителям и неблагоприятным условиям.
Центры происхождения культурных растений
Н. И. Вавиловым было выделено 8 центров происхождения культурных растений. Все они совпадают с древнейшими очагами цивилизации.
- Южноамериканский: фасоль, томат, арахис, картофель.
- Среднеамериканский: кукуруза, фасоль, табак, какао, красный перец, тыква.
- Африканский: кофе, арбуз, хлопчатник.
- Средиземноморский: оливковое дерево, капуста, брюква.
- Переднеазиатский: пшеница, рожь, ячмень, овес, чечевица.
- Среднеазиатский: горох, морковь, лук, виноград, лен.
- Индонезийско-индокитайский: банан, сахарный тростник.
- Китайско-японский: рис, просо, соя.
Центры происхождения домашних животных
Центры одомашнивания также совпадают с очагами цивилизации. Возможно, что одомашнивание некоторых видов происходило одновременно в нескольких центрах независимо друг от друга. Так, в Европе, Передней и Малой Азии были одомашнены тур, овцы, козы и лошади; в Юго-Восточной Азии — свиньи, куры и
утки; в Америке — индейки и ламы.
Предки домашних животных:
- собака — волк и шакал, кошка — африканская дикая кошка;
- коровы — тур, овцы — муфлон, лошадь — тарпан, свиньи — кабан;
- куры — дикие банкиевские куры.
Методы селекции
Наиболее важные методы селекции показаны на рис. 4.39.
Рис. 4.39. Методы селекции
Искусственный отбор — это основной метод селекции. Изучая сорта и породы, Дарвин сделал вывод, что они произошли от одного или нескольких видов диких предков (домашние голуби — от дикого скалистого голубя; культурные сорта
яблони — от яблони лесной). Ч. Дарвин различал два вида искусственного отбора — бессознательный и методический.
Бессознательный (стихийный) отбор действовал на самых ранних этапах одомашнивания. Первые попытки одомашнивания начинались, вероятно, со случайного выращивания диких животных. Те из них, которые оказались способными контактировать с человеком и существовать в условиях неволи, выживали. Таким образом, на этом этапе искусственный отбор шел по поведению: основное свойство, по которому отбирали животных и растений — способность размножаться под контролем человека. У злаков отбирали семена тех растений, которые были способны сохранить их в колосе, т. е. не осыпались. Во время бессознательного отбора не ставилась цель улучшить отдельные показатели продуктивности — отбор шел по комплексу признаков.
Сознательный (методический) — это следующий этап искусственного отбора: применение различных методов с целью улучшения растений и животных по продуктивным и воспроизводительным функциям, устойчивости к экстремальным факторам среды и болезням, по качеству получаемой продукции. Выделяют два типа сознательного отбора — массовый и индивидуальный. Массовый отбор проводится по внешним, фенотипическим признакам в популяциях растений и животных. Например, есть поле с 1000 растений. Внимательно обследовав каждое растение, учтя его продуктивность, устойчивость и другие характеристики, выбирают 50 лучших по всем показателям. Далее собирают семена от этих 50 растений и на следующий год высевают только их. Если урожайность выше, следовательно, массовый отбор был эффективен. Недостаток заключается в том, что по внешним признакам не всегда можно определить лучший генотип. Индивидуальный отбор введен в селекцию в XIX в. Главный принцип этого отбора — оценка отбираемых растений или животных по потомству. Например, возьмем то же поле с 1000 растений. Внимательно обследовав каждое растение, учтя все необходимое, опять выберем 50 лучших по всем показателям. Но на следующий год семена каждого из 50 посеем не вместе, а отдельно и оценим потомство по всем необходимым признакам от каждого растения. Те растения, которые дают лучшее потомство, и будут использоваться в дальнейшем.
Преимущество индивидуального отбора над массовым заключается в точности оценки генотипа при анализе индивидуальных потомков. Массовый отбор эффективен, когда выделяют особей по качественным, просто наследуемым признакам (белый или красный цветок, безрогое или рогатое животное и т. п.). Эти признаки обычно контролируются одним геном. Но при отборе по количественным, сложно наследуемым признакам (число зерен в колосе, жирность молока и т. п.), которые определяются действием многих генов, более эффективен индивидуальный отбор, т. к. здесь нужна предельно точная оценка генотипа.
Творческая роль искусственного отбора заключается в том, что его результатом является многообразие пород домашних животных и сортов культурных растений.
Гибридизация — это скрещивание разных организмов с целью получения признаков, необходимых человеку. При этом подбирают необходимые родительские пары, используя в качестве исходного материала дикие формы или искусственно выведенные группы.
Существует близкородственное (инбридинг) и неродственное скрещивание. При близкородственном скрещивании повышается гомозиготность особей, что закрепляет нужные признаки. Однако иногда при таком скрещивании у потомства проявляются рецессивные мутации и снижается жизнеспособность. Неродственное скрещивание (или отдаленная гибридизация) — это скрещивание организмов, относящихся к разным видам и даже родам. Таким способом получен мул (гибрид лошади и осла), хонорик (гибрид хорька и норки), бестер (гибрид белуги и стерляди) и т. д.
При гибридизации иногда имеет место явление гетерозиса — повышенная жизнеспособность и урожайность (плодовитость) потомков по сравнению с родительскими формами.
Полиплоидизация — это получение полиплоидных организмов. В основном этот метод используется в селекции растений. Полиплоидные растения более урожайны, у них выше устойчивость к неблагоприятным факторам, они более жизнеспособны. Также полиплоидию используют для восстановления плодовитости гибридов, полученных при отдаленной гибридизации. В 1924 г. Г. Д. Карпеченко с помощью полиплоидии создал капустно-редечный гибрид. С использованием полиплоидии был создан пшенично-ржаной гибрид — тритикале.
Искусственный мутагенез — это получение и использование мутаций в селекции. Объекты обрабатывают химическими реагентами или различными видами излучений. Среди мутаций, полученных таким путем, многие являются полезными и используются в дальнейшей селекции.