Какие типы отбора используются в селекции?
Все типы отбора могут быть разбиты на две большие группы — отбор индивидуальный и массовый.
Индивидуальный отбор основан на оценке по потомству отобранных и индивидуально размножаемых лучших растений. У самоопылителей индивидуальный отбор чаще бывает однократным, у перекрестников — только многократным и непрерывным. Метод однократного индивидуального отбора в селекции самоопыляющихся растений по сути сводится к проведению через все звенья селекционного процесса однажды отобранных элитных растений (рис. 40). Различия в применении однократного индивидуального отбора заключаются только во времени проведения этого отбора в F2, F3, F4 или в более поздних поколениях. Например, П. П. Лукьяненко применял следующие этапы селекционного процесса на основе индивидуального отбора в гибридных популяциях озимой пшеницы: 1) браковка в F1 всех гибридов, пораженных ржавчиной; 2) отбор в F2 элитных растений, устойчивых к ржавчине; 3) проведение в малом сортоиспытании и предварительном размножении перспективных номеров отбора элитных растений для закладки семеноводческого питомника испытания потомств первого года.
Рис. 40. Схема однократного индивидуального отбора у самоопыляющихся растений: I, II — селекционный (СП), селекционный и контрольный (КП) питомники; III — предварительное (ПС) и конкурсное (КС) сортоиспытание в контрольном питомнике; IV — конкурсное и зональное (ЗС) сортоиспытание с предварительным размножением (ПР); V — семенной питомник (СП); VI — предварительное размножение в семенном питомнике
Индивидуальный отбор в селекции самоопылителей может быть, как и в селекции перекрестников, однократным и многократным. В обоих случаях он является основой метода педигри. Для селекции и семеноводства перекрестников характерны свои, вытекающие из специфики опыления этих растений модификации метода индивидуального отбора: индивидуально-семейный, семейно-групповой и индивидуальный непрерывный отбор, метод резервов.
При массовом отборе из исходной популяции извлекается большое число сходных по комплексу признаков лучших растений. После лабораторной браковки урожай этих растений объединяется и высевается на следующий год на одной делянке. Разновидностью массового отбора является однократный массовый отбор, который может быть эффективным только у самоопылителей. Для достижения целей селекции у перекрестноопыляющихся растений применяют многократный массовый отбор (рис. 41). Если для поддержания определенных характеристик сорта массовый отбор применяют на протяжении всего времени производственного использования сорта, то многократный массовый отбор переходит в непрерывный. В ряде случаев, в частности в семеноводстве, от общей массы типичных для селекционной формы или сорта растений необходимо удалить незначительное число нетипичных растений или примесь. Массовый отбор в этом случае называется негативным.
Рис. 41. Схема многократного массового отбора: I — испытание первого отбора и сравнение его результатов с исходным и стандартным сортами; II — испытание второго отбора на станции и на сортоучастках с предварительным размножением; III, IV, V — первый, второй и третий отборы элитных растений из исходного сорта и из первого и второго отборов соответственно
Массовый отбор наряду с достоинствами (техническая простота и высокая экономичность в случае четко выраженной немноготипной гетерогенности исходной популяции) имеет и существенные недостатки — невозможность индивидуальной оценки по потомству и вследствие этого потерю крайних лучших генотипов.
Шаг второй. Изучение исходного материала
Следующим важным шагом будет изучение исходного материала: внутривидовой и видовой потенциал, как искусственный (сорта, гибриды, мутанты и т. д.), так и естественный (разновидности, расы, формы).
Изменчивость живых существ является основой органической эволюции. Изменчивость делится на качественную и количественную. Качественные признаки обычно имеют дискретное значение (опушенный/голый, гладкий/морщинистый), чаще всего контролируются одним или немногими генами и наследуются в соответствии с законами Г. Менделя. Количественные признаки являются суммарным результатом действия многих генов, поддаются подсчетам и измерениям и обладают непрерывной изменчивостью. Проявление количественных признаков сильно зависит от условий среды.
Внутривидовая изменчивость подразумевает, что растения, принадлежащие к одному виду, можно делить на несколько типов категорий. По В. Н. Сукачеву это:
- экотипы (климатипы, эдафотипы, ценотипы) — результат групповой изменчивости;
- лузусы — формы, отличающиеся каким-то признаком, но не обладающие особым ареалом и не принадлежащие к определенным экотипам, а могущие встречаться в разных ареалах и условиях среды;
- аберрации — редкие резко уклоняющиеся формы;
- экады, модификации — ненаследственные формы.
Большое значение имеет закон гомологических рядов, сформулированный Н. И. Вавиловым. Разнообразие форм одного вида или рода можно прогнозировать и у родственных ему видов и родов.
Изучение изменчивости исходных популяций позволяет выбрать наиболее эффективный метод селекции.
При наблюдении за изменчивостью растений важно разграничить влияние среды и наследственности на формирование конкретного фенотипа. Гетерогенность популяций наиболее значительна в области оптимума вида и ниже в экстремальных условиях, однако в экстремальных условиях бывает повышена частота отдельных форм. В изменении отдельных групп признаков могут наблюдаться корреляции
Чем лучше будет изучена внутривидовая изменчивость, её механизмы и особенности в каждом конкретном случае, тем более удачная программа селекции может быть составлена.
Список и описание методов селекции растений
Методы селекции растений:
- гибридизация;
- отбор.
Гибридизация — это процесс скрещивания двух различных по генотипу организмов, размножающихся половым путем. Возникшие в результате данных скрещиваний особи называются гибридами.
Гибридизация подразделяется на:
- инцухт;
- аутбридинг.
Отбор бывает:
- индивидуальный;
- массовый.
Инбридинг — близкородственное скрещивание, приводящее к повышению гомозиготности. Основное применение — для получения чистых линий. Является единственным методом, использование которого направлено на сохранение сорта в чистом виде.
Инбридинг происходит при самоопылении перекрестноопыляемых растений. Растения подбирают такие, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса.
Эффект гетерозиса заключается в свойстве гибридов превосходить по отдельным признакам лучшего из родителей. Данный эффект быстро угасает, часто наблюдается бесплодие.
Последствия инбридинга:
- ослабление организмов, снижение их устойчивости к воздействиям среды;
- повышение заболеваемости;
- накопление вредных рецессивных аллелей.
Примеры:
- семена большинства овощных культур;
- сорт яблок «Бужбон».
Аутбридинг — скрещивание растений, относящихся к разным сортам, видам, родам.
Аутбридинг приводит к повышению гетерозиготности у потомства, соответственно — к повышению гетерозиготности популяции.
Аутбридинг соответствует перекрестному опылению.
Последствия аутбридинга:
- явление гетерозиса;
- повышение наследственной изменчивости;
- разрушение адаптивных комплексов генов;
- повышение уровня мутационных процессов.
Примеры:
- кукуруза;
- капуста;
- слива;
- рожь;
- свекла.
Индивидуальный отбор
Применяется для самоопыляемых растений. Итог: получение чистой линии — потомства одной самоопыляющейся особи. Происходит отбор некоторых растений с необходимыми признаками, затем от них получают генетически однородное потомство.
Примеры:
- овес;
- пшеница;
- горох;
- ячмень.
Массовый отбор — выделение группы особей, которые сходны по одному или нескольким признакам, без проверки их генотипа.
Массовый отбор проводится по фенотипу. Применяется для перекрестноопыляемых растений. Все потомки гетерозиготны.
Примеры:
- подсолнечник;
- рожь;
- кукуруза.
Этапы селекции растений
Методы селекции растений претерпели множество изменений с тех пор, как они были начаты 9000-1000 лет назад. Современный метод селекции растений осуществляется в следующие этапы:
- Изменчивость лежит в основе всех методов разведения. Первый шаг включает в себя сбор растений или семян для всех возможных аллелей для всех генов в данной культуре, которая известна как зародышевая плазма. В эту коллекцию входят даже дикорастущие сорта и родственники культивируемых видов.
- Оценка и отбор родительских растений. Зародышевая плазма оценивается для отбора родительских растений с желаемыми характеристиками. Сочетание этих характеристик ожидается в гибридном потомстве. Например, растительная культура с высоким содержанием белка может быть выбрана для скрещивания с растением с более высокой устойчивостью к болезням.
- Перекрестная гибридизация между выбранными родителями. На третьем этапе родители подвергаются перекрестной гибридизации для получения чистых линий потомства. Это утомительная и трудоемкая практика, осуществляемая обычным способом внесения пыльцы с одного растения на рыльце другого. Несмотря на затраченный труд, только одно или два потомства из нескольких сотен демонстрируют желаемое сочетание характеристик.
- Отбор и тестирование превосходных рекомбинантов. Затем оценивают развитое потомство, и те, которые обладают желаемой комбинацией характеристик, самоопыляются для достижения гомозиготности.
- Тестирование, выпуск и коммерциализация новых сортов. Новые сорта выращиваются на исследовательских полях, где они тестируются на их агрономические характеристики качества, урожайности, устойчивости к болезням и т.д. За этим следует выращивание этих культур на полях фермеров в разных местах страны, которые представляют различные агроклиматические зоны. При успешных результатах посевы выпускаются в коммерческих целях для общественного потребления.
Примеры массовых отборов
Примером получения гибрида массовым отбором является тритикале. Это растение получено путем скрещивания пшеницы и ржи. Новый сорт отличается высокой морозостойкостью, неприхотливостью и устойчивостью ко многим заболеваниям.
Российским академиком получены новые сорта пшенично-зерновых растений с высокой устойчивостью к полеганию. Однако первые растения не подходили для получения посадочного материала, так как в их геноме было несколько хромосом, не участвующих в мейозе. При дальнейших исследованиях было предложено удвоить количество некоторых хромосом. Результатом работы стал амфидиплоид.
Селекционеры скрестили капусту с редькой. У этих растений одинаковое количество хромосом. Последний результат содержал 18 хромосом, но оказался бесплодным. Последующее удвоение количества хромосом привело к появлению растения с 36 хромосомами и плодами. Полученный организм проявил признаки капусты и редиса.
Другой пример гибридизации — кукуруза. Именно она стала родоначальницей гетеротических гибридов. Урожайность гибридной культуры была на тридцать процентов выше, чем у родительской.
Характеристики основных методов селекции
Основные методы селекции:
- отбор;
- гибридизация;
- искусственный мутагенез;
- полиплоидия.
Методы отбора:
- естественный;
- индивидуальный;
- массовый.
Естественный отбор. Формируется приспособленность к среде обитания. Получают районированные сорта и породы. Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и растение должно быть устойчиво к болезням и вредителям, температурному и водному режиму.
Индивидуальный отбор. Данный вид отбора представляет собой выборочное сохранение особей с ценными свойствами. Осуществляется по генотипу, проводится оценка конкретного организма.
Массовый отбор. Данный метод селекции представляет собой отбор большого числа особей с необходимым признаком, остальные подвергаются выбраковке. Осуществляется по фенотипу, генетически однородный материал не предусмотрен. Многократный повтор.
Методы гибридизации:
- инбридинг;
- аутбридинг;
- отдаленная гибридизация.
Инбридинг — целенаправленное скрещивания близкородственных форм растений, животных и людей с целью накопления аллелей генов, содержащих нужный для человека признак. Синонимы данного процесса:
- инцухт — для растений;
- инбридинг — для животноводства;
- инцест — для людей.
Аутбридинг — простой и надежный метод разведения, который представляет собой скрещивание особей разных линий. Повышается уровень гетерозиготности. Гетерозиготные особи обладают более ценными признаками, чем гомозиготные. Данное скрещивание направлено на получение эффекта гетерозиса.
Отдаленная гибридизация. Представляет собой скрещивание особей, которые принадлежат к разным видам, родам, семействам.
Подразделяют на:
- межродовая;
- межвидовая.
Искусственный мутагенез — новый метод селекции, представляющий собой получение наследственной изменчивости у особей путем воздействия на них сильными факторами.
Методы получения наследственной изменчивости:
- метод радиационной селекции — особи подвергаются воздействию альфа–, гамма– и бета–лучей, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, потоков нейтронов;
- метод химической селекции — особи подвергаются воздействию сильных химических веществ.
Полиплоидия в традиционной селекции — метод, широко используемый в селекции. Полиплоидия — наследственное изменение, которое связано с увеличением числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному числу хромосом. Дает увеличение размеров плодов и цветов. Полиплоидия гораздо чаще встречается среди растений, чем среди животных.
Причины возникновения полиплоидии:
- излучение;
- изменение температурного режима;
- нарушение расхождения хромосом при митотическом делении клетки.
Типы полиплоидии:
- аутополиплоидия — внутривидовая, кратное увеличение набора хромосом;
- аллоплоидия — межвидовая, суммирование геномов разных видов, только затем идет их кратное увеличение.
Краткая характеристика особенностей селекции микроорганизмов
Предметом селекции микроорганизмов является выведение новых штаммов микроорганизмов.
Микроорганизмы значительно отличаются от других организмов, применяемых в хозяйственной деятельности человека, поэтому и селекция этих организмов имеет свои отличительные особенности.
1. Малые размеры микроорганизмов обусловливают применение только массового отбора (исключая индивидуальный).
2. Широкое применение находит мутагенез, так как микроорганизмы легко изменяются в результате различных воздействий (химических соединений, излучений).
3. Важнейшим методом селекции микроорганизмов является применение генной инженерии — с помощью специальных методов изменяют структуры генов, либо проводят работы по перекомбинации хромосом; выделяют ДНК, из которой получают рекомбинативную ДНК (полученную из двух разных молекул).
Важно помнить, что работы по генной инженерии очень ответственны с этической точки зрения, ее результаты часто непредсказуемы, их необходимо проводить с предельной тщательностью и осторожностью и не допускать попадания продуктов деятельности генной инженерии в окружающую среду. Для ряда организмов (человека и высших животных) работы по генной инженерии недопустимы
4. В селекции микроорганизмов, как правило, нельзя использовать скрещивание, так как осуществление этого приема с микроорганизмами вызывает сложности, а целый ряд этих организмов размножается бесполым способом.
Примером работ в области селекции микроорганизмов являются труды С. И. Алиханяна с коллегами по выведению штаммов грибов, вырабатывающих пенициллин.
Важность работ в области селекции микроорганизмов связана с тем, что микроорганизмы являются основой для реализации многих биотехнологических производств. Биотехнологическими называются производства, в которых получаются сложные органические соединения в результате жизнедеятельности микроорганизмов
Биотехнологическими называются производства, в которых получаются сложные органические соединения в результате жизнедеятельности микроорганизмов.
Биотехнология лежит в основе производства гормонов, антибиотиков, энзимов (активных составных частей ферментов), витаминов, чистых белков, природных аминокислот и целого ряда продуктов питания (молочнокислая промышленность, получение глюкозы, этанола, хлебопекарная промышленность, производство пива, уксуса и т. д.).
ТИПЫ СОРТОВ
Все сорта делятся на две базовые группы:
1. Местные сорта — сорта, созданные путем естественного и/или простейшего искусственного отбора в процессе возделывания культуры в конкретной местности. Такие сорта также назваются народными. Они обладают большой неоднородностью по морфологическим признакам и потребительским свойствам.
![Какие типы отбора используются в селекции? [1989 морозов е.и., тарасевич е.и., анохина в.с. - генетика в вопросах и ответах]](https://lesniepolyani.ru/wp-content/uploads/2/5/a/25a428bd1462b4ce84dacba9ec251e84.jpeg)
2. Селекционные сорта — сорта выведенные искусственно с помощью методов научной селекции. Они отличаются существенно большей однородностью по морфологическим признакам и свойствам.
Селекционные сорта в свою очередь по технологии селекции из исходного материала подразделяются на следующие субкатегории:
2.1. Сорт-популяция — сорт, полученный путем размножения большого числа растений, отобранных из исходного материала по заданным признакам. Эти сорта по схеме отбора эквивалентны местным, поэтому также обладают большой неоднородностью.
2.2. Линейный сорт — сорт, полученный путем размножения одного отобранного растения. Линейные сорта обладают существенно большей однородностью, чем сорта-популяции.
По технологии создания мутаций исходного материала селекционные сорта подразделяют на следующие категории:
2.A. Мутантный сорт — сорт, полученный путем отбора из популяций, полученных под воздействием мутагенных факторов. Данная технология имеет ограниченное применение в силу значительной сложности и трудоемкости.
2.B. Гибридный сорт — сорт, полученный путем гибридизации (скрещивания) двух или более сортов. Это наиболее востребованная технология селекции, поскольку она достаточно проста и эффективна, в т.ч. позволяет получать гетерозисные сорта, превосходящие по полезным свойствам родительские растения. На сегодня большинство сортов получают путем гибридизации.
2.C. Полиплоидный сорт — сорт, полученный путем кратного увеличения числа хромосом в ядре клетки, что позволяет резко улучшить качественные показатели сорта.
2.D. Генно-модифицированный сорт — сорт, полученный путем генной инженерии. В РФ сорта данного типа для культивирования не разрешены.
2.E. Сорт-клон — сорт, полученный путем размножения отобранного для сорта растения вегетативным способом — черенками, клубнями, луковицами, клубнелуковицами, корневищами и пр. При таком способе полностью сохраняется генетическая идентичность родителей и потомства, поэтому сорта — клоны в первых поколениях обладают очень высокой степенью однородности.
Внимание! Во многих популярных публикациях и даже в учебниках систематизация сортов по типам излагается недостаточно четко, в связи с чем часто допускаются ошибочные трактовки, в т.ч. противопоставление понятий сорт, селекционный сорт и сортовые культуры (семена) понятию гибрид, что неправомерно
Необходимо четко уяснить, что гибрид — это категория селекционного сорта, причем наиболее распространенная, а сорт — общее понятие, объединяющее все описанные выше типы сортов (см. определение в начале обзора). Понятие же сортовые культуры является некорректным, т.к. культуры — это культурные растения, и они обязательно характеризуются сортом, который в т.ч. подлежит обязательной регистрации в Государственном реестре селекционных достижений (см. обзор О Госсортреестре).
Сорт может быть районированным, т.е. ориентированным на определенные регионы допуска территории РФ на основании результатов проведенных сортоиспытаний. Большинство сортов, зарегистрированных в Госсортреестре, являются районированными.
Лучшие районированные сорта могут быть установлены в качестве стандартов качества для их регионов допуска. Такие сорта называются стандартными и часто указываются в характеристках близких сортов вида в качестве эталона сопоставления.
Более подробно о технологиях селекции и особенностях тех или иных категории сортов см. в специальных публикациях Библиотеки по тематике ФитоЦентра
Методы
Основными методами селекции являются:
- искусственный отбор – выбор человеком наиболее ценных культур для селекции;
- гибридизация – процесс получения потомства от скрещивания разных генетических форм;
- искусственный мутагенез – внесение изменений в ДНК.
Искусственный отбор включает в себя два вида – индивидуальный (по генотипу) и массовый (по фенотипу).
В первом случае важны конкретные качества растений, во втором – отбирают наиболее приспособленные особи.
Гибридизация бывает двух видов:
- внутривидовая или близкородственная – инбридинг;
- отдалённая (межвидовая) – аутбридинг.
Классические методы селекции растений описаны в таблице.
|
Метод |
Суть |
Примеры |
|
Индивидуальный отбор |
Проводят по отношению к самоопыляемым растениям. Выведение единичных особей с нужными качествами и получение от них улучшенного потомства |
Пшеница, ячмень, горох |
|
Массовый отбор |
Проводят по отношению к перекрестноопыляемым растениям. Растения скрещиваются массово. Из полученного потомства отбирают лучшие экземпляры и снова проводят скрещивание. Может повторяться до тех пор, пока не будут выведены нужные качества растений |
Подсолнечник |
|
Инбридинг |
Происходит при самоопылении перекрёстноопыляемых растений. В результате получают чистые (гомозиготные) линии, чтобы закрепить полученный признак. Наблюдается снижение жизнеспособности (инбредная депрессия), т.к. потомки постепенно переходят в гомозиготное рецессивное состояние |
Сорта груш, яблонь |
|
Аутбридинг |
Скрещиваются разные виды, потомки обычно стерильны, т.к. при скрещивании нарушается мейоз, не образуются гаметы. В первом поколении наблюдается эффект гетерозиса – превосходство потомков над родительскими формами за счёт образования гетерозиготных генов. Чем отдалённее в родстве родители, тем ярче проявляется гетерозис |
Гибриды пшеницы и ржи (тритикале), смородины и крыжовника (йошта) |
|
Мутагенез |
Подвергают растения ионизирующему, лазерному излучению, химическому или биологическому воздействию, в результате чего возникают мутации. Чаще всего таким способом вырабатывают устойчивость к заболеваниям и вредителям. Метод усовершенствовала генная инженерия – нужный ген можно «включить» или «выключить» вручную без потери других полезных признаков |
Сорта пшеницы |
Рис. 2. Примеры гибридов.
Рис. 3. Борщевик Сосновского.
Значение методов селекции в жизни человека
Значение селекции:
1. Создание для сельского хозяйства высокопродуктивных сортов растений и пород животных.
Одним из важнейших достижений человека является создание надежного источника питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов.
Культурные формы растений и животных обладают сильно развитыми отдельными признаками, которые зачастую являются бесполезными или вредными для их существования в естественных условиях, но полезными для человека.
Продуктивность всех культурных растений значительно выше, чем у родственных им диких видов, при этом они хуже адаптируются к постоянно меняющимся условиям среды и не имеют средств защиты от поедания. Таким образом, в естественных условиях культурные формы существовать не могут.
Заключение
Когда появится новая строка, будут выбраны только чистые растения. В ходе экспериментов определяются наиболее удачные сочетания гибридов. Полученные результаты записываются и используются для получения дополнительных гибридных культур.
Выведение новых сортов, полученных только путем массовой селекции, позволило получить высокоурожайные сорта пшеницы, риса, кукурузы, ржи. Примером таких работ являются сорта, выведенные российскими селекционерами. Это зерновые культуры «Саратовская-29», «Саратовская-36», «Безостая-1», «Аврора». Они устойчивы к полеганию, практически не болеют и способны давать стабильный урожай в любых климатических условиях.