Школа № 643

Реферат по биологии

«Методы селекции»

Ученицы 9Б класса

Жаровой Анны

Учитель Дубовик О. А.

Санкт-Петербург 2008-2009

Содержание

Методы селекции растений

Методы селекции животных

История селекции

Определение селекции, основные методы

Селекция – это эволюция, управляемая человеком

Н. И. Вавилов

Селекция - наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов с целью увеличения их продуктивности, повышения устойчивости к болезням, вредителям, приспособления к местным условиям и другое. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных. Основными методами селекции являются отбор и гибридизация, а также мутагенез (образующий метод в селекции высших растений и микроорганизмов, который позволяет искусственно получать мутации с целью увеличения продуктивности), полиплоидия (кратное увеличение диплоидного или гаплоидного набора хромосом, вызванное мутацией), клеточная (совокупность методов конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции) и генная инженерия (наука, создающая новые комбинации генов в молекуле ДНК). Как правило, эти методы комбинируют. В зависимости от способа размножения вида применяют массовый или индивидуальный отбор. Скрещивание разных сортов растений и пород животных – основа повышения генетического разнообразия потомства

Методы селекции растений

Основные методы селекции растений в частности - отбор и гибридизация. Для перекрестно-опыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Если же желательно получение чистой линии - то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками.

Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестно-опыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого - переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают.

Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто применяют у перекрестно-опыляемых растений для получения гомозиготных («чистых») линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса (гетерозис – мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании «чистых» линий, одна из которых гомозиготная по доминантным, другая — по рецессивным генам): гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина - объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.

В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре.

При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон гомологических рядов Н. И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.

Методы селекции животных

Основные принципы селекции животных не отличаются от принципов селекции растений. Однако селекция животных имеет некоторые особенности: для них характерно только половое размножение; в основном очень редкая смена поколений (у большинства животных через несколько лет); количество особей в потомстве невелико.

Одним из важнейших достижений человека на заре его становления и развития (10-12 тыс. лет назад) было создание постоянного и достаточно надежного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. У домашних животных весьма развиты отдельные признаки, часто бесполезные или даже вредные для их существования в естественных условиях, но полезные для человека. Поэтому в естественных условиях одомашненные формы существовать не могут.

Одомашнивание сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более спокойный нрав, обладали другими ценными для человека качествами), затем осознанным, или методическим. Широкое использование методического отбора направлено на формирование у животных определенных качеств, удовлетворяющих человека.

Отбор родительских форм и типы скрещивания животных проводятся с учетом цели, поставленной селекционером. Разводимые животные оцениваются не только по внешним признакам, но и по происхождению и качеству потомства. Поэтому необходимо хорошо знать их родословную. По признакам предков, особенно по материнской линии, можно судить с известной вероятностью о генотипе производителей.

В селекционной работе с животными применяют в основном два способа скрещивания: аутбридинг (неродственное скрещивание) и инбридинг (близкородственное).

Аутбридинг между особями одной породы или разных пород животных, при дальнейшем строгом отборе приводит к поддержанию полезных качеств и к усилению их в ряду следующих поколений.

При инбридинге в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство. Такое скрещивание в определенной степени аналогично самоопылению у растений, которое также приводит к повышению гомозиготности и, как следствие, к закреплению хозяйственно ценных признаков у потомков.

В селекции инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения породы. За ним следует скрещивание разных межлинейных гибридов, в результате которого нежелательные рецессивные аллели переводятся в гетерозиготное состояние и вредные последствия близкородственного скрещивания заметно снижаются.

У домашних животных, как и у растений, наблюдается явление гетерозиса: при межпородных или межвидовых скрещиваниях у гибридов первого поколения происходит особенно мощное развитие и повышение жизнеспособности.

Гетерозис широко применяют в промышленном птицеводстве и свиноводстве, так как первое поколение гибридов непосредственно используют в хозяйственных целях.

Отдаленная гибридизация домашних животных менее эффективна, чем растений. Межвидовые гибриды животных часто бывают бесплодными. Но в некоторых случаях отдаленная гибридизация сопровождается нормальным слиянием гамет, обычным мейозом и дальнейшим развитием зародыша, что позволило получить некоторые породы, сочетающие ценные признаки обоих использованных в гибридизации видов.

История селекции

Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками. До XVI-XVII вв. отбор происходил бессознательно, то есть человек, например, отбирал для посева лучшие, самые крупные семена пшеницы, не задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении.

Только в последнее столетие человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени.

Однако методом отбора человек не может получить принципиально новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию (скрещивание), скрещивая растения с желательными признаками и, в дальнейшем, отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно.

Учёные, которые внесли вклад в развитие селекции и генетики

1) Г. Мендель

Этот немецкий учёный заложил основы современной генетики, установив в 1865 году принцип дискретности (прерывности), наследовании признаков и свойств организмов. Также он доказал метод скрещивания (на примере гороха) и обосновал три закона, названных позже его именем.

2) Т. Х. Морган

В начале двадцатого века этот американский биолог обосновал хромосомную теорию наследственности, согласно которой наследственные признаки определяются хромосомами — органоидами ядра всех клеток организма. Ученый доказал, что гены расположены среди хромосом линейно и что гены одной хромосомы сцеплены между собой.

3) Ч. Дарвин

Этот учёный, основатель теории происхождения человека от обезьяны, провёл большое количество опытов по гибридизации, в ряде которых и была установлена теория о происхождении человека.

4) Т. Фэрчайлд

Впервые в 1717 году получил искусственные гибриды. Это были гибриды гвоздик, получившиеся в результате скрещивания двух различных родительских форм

5) И. И. Герасимов

В 1892 году русский ботаник Герасимов исследовал влияние температуры на клетки зеленой водоросли спирогиры и обнаружил удивительное явление — изменение числа ядер в клетке. После воздействия низкой температурой или снотворным, он наблюдал появление клеток без ядер, а также с двумя ядрами. Первые вскоре погибали, а клетки с двумя ядрами успешно делились. При подсчете хромосом оказалось, что их вдвое больше, чем в обычных клетках. Так было открыто наследственное изменение, связанное с мутацией генотипа, т.е. всего набора хромосом в клетке. Оно получило название полиплоидии, а организмы с увеличенным числом хромосом – полиплоидов.

5) М. Ф. Иванов

Выдающуюся роль в селекции животных сыграли достижения известного советского селекционера Иванова, разработавшего современные принципы отбора и скрещивания пород. Он сам широко вводил генетические принципы в практику племенного дела, сочетая их с подбором условий воспитания и кормления, благоприятных для развития породных свойств. На этой основе им были созданы такие выдающиеся породы животных, как белая украинская степная свинья и асканийский рамбулье.

6) Я. Вильмут

В последнее десятилетие активно изучается возможность искусственного массового клонирования уникальных животных, ценных для сельского хозяйства. Основной подход заключается в переносе ядра из диплоидной соматической клетки в яйцеклетку, из которой предварительно удалено собственное ядро. Яйцеклетку с подмененным ядром стимулируют к дроблению (часто электрошоком) и помещают животным для вынашивания. Таким путем в 1997 г. в Шотландии от ядра диплоидной клетки из молочной железы овцы-донора появилась овечка Долли. Она стала первым клоном, искусственно полученным у млекопитающих. Именно этот случай был достижением Вильмута и его сотрудников.

7) С. С. Четвериков

В двадцатых годах возникли и стали развиваться мутационная и популяционная генетики. Популяционная генетика это область генетики, которая изучает основные факторы эволюции — наследственность, изменчивость и отбор — в конкретных условиях внешней среды, популяции. Основателем этого направления и был советский ученый Четвериков.

8) Н. К. Кольцов

В 30-е годы генетик этот учёный предположил, что хромосомы — это гигантские молекулы, предвосхитив тем самым появление нового направления в науке – молекулярной генетики.

9) Н. И. Вавилов

Советский ученый Вавилов установил, что у родственных растений возникают сходные мутационные изменения, например у пшеницы в окраске колоса, остистости. Эта закономерность объясняется сходным составом генов в хромосомах родственных видов. Открытие Вавилова получило название закона гомологических рядов. На основании его можно предвидеть появление тех или иных изменений у культурных растений.

10) И. В. Мичурин

Занимался гибридизацией яблонь. Благодаря этому, он вывел новый сорт Антоновка шестиграммовая. А его гибриды яблок нередко называют «Мичуринскими яблоками»

Примеры селекции живых организмов

В пушном деле большое значение имеет отбор естественных мутаций, отличающихся новой красивой окраской. Такой отбор очень быстро дает положительные результаты. Это можно показать на новых породах лисиц: серебристо-черной, платиновой и белой. Серебристо-черная лисица, которая была завезена в СССР в 1927 г., за 20 лет селекционной работы приобрела ряд свойств, отличающих ее от исходной формы. Платиновая лисица выведена путем отбора из группы серебристо-черных, имевших большое количество серебристых волос. У платиновой лисицы большие белые пятна развиты на груди, брюхе, лапах и морде.

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 созданы различные линии, при скрещивании которых получены родоначальники новой породы, которые по качеству мяса и массе не отличались от английской породы, а по выносливости – от украинских свиней.

Доказано, что вклад селекции в повышение в два раза урожайности основных сельскохозяйственных культур, достигнутое за последнюю четверть века в развитых странах, составляет около 50%. Так называемую «зеленую революцию» в земледелии Мексики, Индии и ряда других стран совершило внедрение низкорослых (с высотой стебля 100-110 см), полукарликовых (80-100 см) и карликовых (60-80 см) сортов риса, пшеницы и др. Они характеризуются нетолько высокой устойчивостью к полеганию, но и высокой продуктивностью колоса, главным образом за счет повышенного количества в нем зерновок. Такие сорта обеспечивают урожайность выше 60 ц/га. Производство пшеницы в Мексике и Индии с 1950 по 1970 г. возросло более чем в 8 раз; посевная площадь увеличилась вдвое, а урожай - вчетверо. Подобные сорта пшеницы созданы и в России (например, Донская полукарликовая и Мироновская низкорослая).

Список использованных источников

1. http://naexamen.ru/otvet/11/biol/600.shtml

2. http://www.biorg.ru/metodiselekcii.html

3. http://shkola.lv/index.php?mode=lsntheme&themeid=113

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Селекция

5. http://schools.keldysh.ru/school1413/pro_2005/per/Metan.htm

6. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/163134

7. http://sbio.info/page.php?id=39

8. http://www.beekeeping.orc.ru/Arhiv/a2007/n1007_10.htm

Подробное решение параграф § 32 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014

Вспомните!

Что такое селекция?

Приведите примеры известных вам пород животных и сортов растений.

Сорта яблок Антоновка, груша Северянка, породы собак: ротвейлер, карликовый пудель, колли.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое селекция?

Селекция (от лат. selectio - отбор) - наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Одновременно под селекцией понимают и сам процесс создания сортов, пород и штаммов. Теоретической основой селекции является генетика.

2. Что называют породой, сортом, штаммом?

Порода, сорт или штамм - это совокупность особей одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определёнными наследственными свойствами.

5. Какие сложности возникают при постановке межвидовых скрещиваний?

Отдалённая гибридизация заключается в скрещивании разных видов. В растениеводстве с помощью отдалённой гибридизации создана новая зерновая культура - тритикале, гибрид ржи с пшеницей. Эта культура сочетает многие свойства пшеницы (высокие хлебопекарные качества) и ржи (способность расти на бедных песчаных почвах). Классическим примером межвидовых гибридов в животноводстве является мул, полученный при скрещивании осла с кобылицей, который значительно превосходит родителей по выносливости и работоспособности. В Казахстане при скрещивании диких горных баранов-архаров с тонкорунными овцами была создана знаменитая архаромериносная порода овец. Однако применение межвидовых скрещиваний имеет определённые сложности, потому что получаемые гибриды часто оказываются бесплодными (стерильными) или низкоплодовитыми. Стерильность гибридов связана с отсутствием у них парных гомологичных хромосом. Это делает невозможным процесс конъюгации. Следовательно, мейоз не может завершиться, и половые клетки не образуются.

6. Получают ли и используют ли в вашем регионе межвидовые гибриды? Используя дополнительные источники информации, выясните, гибридами каких видов являются такие организмы, как бестер, хонорик, лошак, рафанобрассика. Какой интерес представляют они для сельского хозяйства?

Подумайте! Вспомните!

2. Почему для каждого региона нужны свои сорта растений и породы животных? Какие сорта и породы характерны для вашего региона? В чём их особенности и преимущества?

Так как условия среды в различных регионах разные, и сорта и породы должны быть приспособлены к конкретным условиям. Особенности растениеводства Южного Урала

3. Из большого разнообразия видов животных, обитающих на Земле, человек отобрал для одомашнивания сравнительно немного видов. Как вы считаете, чем это объясняется?

Процесс одомашнивания диких животных начинается с искусственной селекции отдельных индивидов для получения потомства с определенными признаками, необходимыми человеку. Индивиды, как правило, выбираются в соответствии с определёнными желаемыми характеристиками, включая снижение агрессивности по отношению к человеку и представителям собственного вида. В этом отношении принято говорить об укрощении дикого вида. Целью одомашнивания является использование животного в сельском хозяйстве в качестве сельскохозяйственного животного или в качестве домашнего питомца. Если эта цель достигнута, можно говорить об одомашненном животном. Одомашнивание животного коренным образом изменяет условия для дальнейшего развития вида. Естественное эволюционное развитие заменяется искусственной селекцией по критериям разведения. Таким образом, в рамках одомашнивания меняются генетические свойства вида.

4. Гетерозис в последующих поколениях обычно не сохраняется, затухает. Почему это происходит?

При скрещивании разных пород животных или сортов растений, а также при межвидовых скрещиваниях в первом поколении у гибридов повышается жизнеспособность и наблюдается мощное развитие. Явление превосходства гибридов по своим свойствам родительских форм получило название гетерозиса, или гибридной силы. Проявляется в первом поколении, а во втором затухает.

5. Как вы думаете, почему лигры рождаются только в зоопарках и не встречаются в дикой природе? Объясните свою точку зрения.

Лигры - межвидовые гибриды между львом и тигрицей - выглядят как огромные львы с размытыми полосами. Следовательно, его родители относятся к одному и тому же биологическому роду пантер, но разным видам. Внешне он заметно отличается от своего противоположного гибрида, тигрольва. Является крупнейшим представителем семейства кошачьих, существующих в настоящее время. Выглядит как гигантский лев с размытыми полосами. Лигры не встречаются в природе главным образом потому, что в естественной среде львы и тигры почти не имеют шансов встретиться: современный ареал льва включает в основном центральную и южную Африку (хотя в Индии существует последняя уцелевшая популяция азиатских львов), в то время как тигр - исключительно азиатский вид. Поэтому скрещивание видов происходит, когда животные долгое время живут в одном вольере или клетке (например, в зоопарке или цирке), но потомство дают лишь 1-2 % пар, из-за чего в мире сегодня числится не более двух десятков лигров.

6. Как вы считаете, может ли применяться массовый отбор при разведении животных? Докажите свое мнение.

Не применяют. массовый отбор - это отбор по фенотипу. Индивидуальный - по генотипу. Производители у животных - особи с хорошо прописанной родословной т.е. генотип по нужным признакам достаточно хорошо известен. Да и особенности животных - необходимо время для достижения половой зрелости, небольшое число потомства (по сравнению с растениями - сейчас можно считать решенной проблемой - искусственное осеменение, суррогатные самки) и невозможность бесполого размножения.

7. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию об истории селекции с древних времён до настоящего времени.

Селекция как способ выведения пород домашних животных и сортов культурных растений существует издавна. Около 8000-9000 лет назад с появлением сельского хозяйства на Ближнем Востоке, а позже в Европе и Азии началось развитие растениеводства и животноводства. Уже с тех времен люди стали заниматься искусственным отбором с целью выведения пород животных и сортов растений с хозяйственно-ценными качествами. О первых селекционных мероприятиях, известных еще почти 6000 лет назад в Эламе (Двуречье), можно судить по изображе¬нию родословной лошадей, обнаруженной на печатке. Существуют также сведения, что арабы задолго до новой эры применяли искусственное опыление финиковых пальм. В Римской империи сохранились документы с подробным описанием приемов, используемых при разведении животных. В трудах ученых Древнего Китая и Древнего Рима имеются указания на значение отбора колосьев у злаков и даются рекомендации по проведению такого отбора.

На первых порах селекционные мероприятия ограничивались отбором. Он носил бессознательный характер, велся длительное время (10-15 лет). Селекционеры, не имея теоретической базы, руководствовались опытом и интуицией. Они учитывали полезные свойства родительских особей, но целенаправленно проводить селекцию не могли. Результаты скрещивания часто оказывались неожиданными, и в потомстве не обнаруживалось ожидаемого признака. Тем не менее, безвестные селекционеры оставили в наследство немало ценных сортов культурных растений и пород домашних животных. Например, ряд лучших сортов хлопчатника, возделываемых ныне в России и США, позаимствован у крестьян старых мексиканских деревень. Методом бессознательного отбора выведены сорта льна-долгунца в некоторых районах Пско¬ва: низкорослые растения шли на хозяйственные нужды, а семена высоких использовались на посев. Известны сорта озимой (например, Крымка, Полтавка, Сандомирка) и яровой (Улька, Гирка, Сыр-Бидай и др.) пшеницы с ценными хозяйственными качествами, выведенные в давние времена.

Однако отбор по хозяйственно-полезным признакам и свойствам без учета механизмов их наследуемости и изменчивости нередко давал нежелательные результаты. К примеру, отбор по экстерьеру тонкорунных овец на комолость приводил к появлению крипторхизма; избавление от пегости на шее у романовских овец ослабляло их жизнеспособность; повышение оброслости шерстью у овец сопровождалось снижением их веса. Не удавалось вывести и чистую линию виандоттов (порода кур) с розовидным гребнем; несмотря на выбраковывание цыплят с листовидным гребнем, они появлялись в потомстве. Очевидно, порода состояла из генерозигот по этому гену, так как гомозиготы обладали сниженной плодовитостью.

Все это свидетельствовало о том, что желаемый ре¬зультат нельзя получить без теоретических знаний. С конца XVIII - начала XIX в. работы селекционеров носили уже научный характер. Главной задачей селекции стало изучение генетики таких признаков, как продуктивность животных и урожайность растений. Разрешение задач селекции невозможно без знаний, касающихся генетического анализа, т. е. без знаний типа наследования признаков (доминантный или рецессивный), типа доминирования, характера наследования (аутосомное или сцепленное с полом, независимое или сцепленное), типа и характера взаимодействия генов в онтогенезе. Главное внимание селекционеры должны уделять проблемам взаимоотношения генотипа и среды, ибо от факторов последней во многом зависит экспрес¬сивность и пенетрантность изучаемых признаков.

8. Существуют ли в вашем регионе селекционные станции или центры? Какие исследования они проводят? Каковы их достижения? Вместе с учителем организуйте экскурсию на такую станцию.

Ю-У НИИ плодоовощеводства и картофелеводства, г. Челябинск

Эх, яблочко, ранеточка...

В 1931 году по инициативе И. В. Мичурина было создано первое на Южном Урале научно-исследовательское учреждение по садоводству - Уральская зональная плодово-ягодная опытная станция. Организатором этой станции был Валерий Павлович Ярушин.

А уже в следующем году начались научные исследования по селекции и подбору сортов, пригодных для выращивания в суровых условиях Челябинской и Курганской областей, в том числе и входивших в них тогда Камышловском и Каменск-Уральском районах ныне Свердловской области. Ученые приступили к обследованию и сбору лучших форм плодово-ягодных культур восточнее Уральского хребта. В 1934 году сотрудники станции зарегистрировали крупный массив дикорастущей вишни - 2270 га - в Карагайской лесной даче (Анненский бор). В том же году научная экспедиция, возглавляемая доктором сельскохозяйственных наук Э. П. Сюбаровой (БелНИИ плодоводства) и челябинским ученым М. Н. Саламатовым, обследовала заросли дикой степной вишни в Верхнеуфалейском и Полтавском районах Челябинской области. Одновременно были завезены обширные коллекции сливы с Дальнего Востока, из Канады, Северной Америки, средней полосы России, Поволжья, карзинские сливы из Сибири. Из отобранного материала в 1937 году ученые выделили сорта и предложили первый уральский сортимент ягодных культур.

В те годы, как в народе, так и агрономической науке, считалось, что из-за сурового климата с морозными и продолжительными зимами, садоводство на Урале невозможно. Южноуральским ученым потребовалось всего двадцать лет - по селекционным меркам весьма небольшой срок, чтобы опровергнуть это широко распространенное мнение. Благодаря селекции и изучению новых сортов плодово-ягодных культур на челябинской опытной станции, у нас стало стремительно развиваться садоводство.

Первые коллективные сады в области появились вскоре после войны. В 1948 году образовались "Тракторосад", "Дружба" в Металлургическом районе, "Локомотив" в Советском районе, сады Магнитогорского металлургического комбината. Их появлению предшествовала длительная и вязкая борьба в коридорах тогдашней власти с противниками создания таких садов. Тем не менее, коллективное садоводство развивалось и развивается до сих пор. В настоящее время садоводы производят основную часть плодоовощной продукции.

К началу 50-х годов нашими учеными были собраны и изучались 442 сортообразца яблони, в том числе 210 сортов урало-сибирской селекции. Первые официально оформленные авторскими свидетельствами сорта плодово-ягодной опытной станции были именно яблони. Основой довоенного сортимента стали местные ранетки. Они отличаются приспособленностью к уральскому и сибирскому климату, высокой урожайностью и малыми размерами плодов весом от 15 до 50 г. Старшее поколение еще помнит эти яркие красивые яблочки-ранетки - Любимец, Анисик омский, Пониклое. Они казались тогда пределом мечтаний, особенно для детворы. Но к 60-м годам в активе института было уже 25 районированных сортов:14 яблонь, 4 груши, 4 сливы и 3 ягодных культуры.

В 1964 году Уральская зональная плодово-ягодная опытная станция была переименована в Челябинскую плодоовощную селекционную станцию им. И. В. Мичурина. К тому времени в области уже успешно работал специализированный трест "Плодопром", который возглавлял Всеволод Иванович Назаров. Тесное сотрудничество науки и производства, увлеченность и энтузиазм их сотрудников подняли южноуральское садоводство на невиданные высоты. При поддержке руководителей области были созданы плодовые питомники: "Смолинский" в пригороде Челябинска, "Мичуринский" в Карталах, "Радужный" в Магнитогорске, "Тюбелясский" в горнозаводской зоне. При Смолинском и Мичуринском плодопитомниках были организованы государственные сортоиспытательные участки.

Именно тогда, в 50-60-е годы в колхозах и совхозах, находящихся при МТС, закладывались небольшие сады от 20 до 100 га. Некоторые из них сохранились до сих пор. На пике развития садоводства области общественные сады занимали у нас площадь 8 тысяч гектаров, а сама отрасль была в целом прибыльной.

В пятидесятые годы в нашей области началась также работа по научному обеспечению картофелеводства. К началу 80-х годов Челябинская плодоовощная селекционная станция им. И. В. Мичурина имела в своем активе 29 собственных сортов плодово-ягодных культур и картофеля, занесенных в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию.

Ученые станции начали использовать в селекции растений мировую коллекцию форм плодово-ягодных культур и картофеля из Всесоюзного института растениеводства и других научно-исследовательских учреждений, в том числе зарубежных. В селекционный процесс вовлекался генетический фонд, внедрялись новые селекционные технологии, позволяющие сокращать селекционный процесс, возросла подготовка кадров высшей квалификации. Научные разработки южноуральских ученых стали внедряться в хозяйствах Челябинской, Курганской, Кустанайской, Оренбургской и других областях, в Республике Башкортостан.

Новое имя - новые цели

В ноябре 1991-го по решению правительства РФ Челябинская плодоовощная опытная станция им. И. В. Мичурина была преобразована в Южно-Уральский НИИ плодоовощеводства и картофелеводства. Изменилось не только название. Перед институтом были поставлены более серьезные цели и направления научно-исследовательской деятельности. Помимо селекции плодово-ягодных культур и картофеля, жизнь потребовала создания новых ресурсосберегающих экологически чистых технологий селекции и возделывания этих культур, научных исследований по гибридизации, а также производства элитных саженцев новых перспективных сортов садовых культур и семян картофеля на оздоровленной, безвирусной основе с применением биотехнологии.

За весь период деятельности института, начиная с Уральской зональной плодово-ягодной станции, челябинскими селекционерами создано более 200 сортов плодово-ягодных культур, 18 сортов картофеля, разработаны технологии промышленного и любительского садоводства, технологии производства картофеля с урожайностью до 70 т/га.

В государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, в разные годы было внесено 110 сортов. Об уровне научно-исследовательской работы говорит тот факт, что на сегодняшний день институт имеет более 100 авторских свидетельств и патентов на сорта и изобретения.

Впервые на Южном Урале созданы модели интенсивного сорта плодовых, ягодных культур, картофеля до 2020 года, разработаны схемы селекции на продуктивность, зимостойкость, в т.ч. устойчивость цветков к весенним заморозкам, качество продукции, иммунитет. Институт располагает богатым генетическим фондом садовых культур, который насчитывает 64 тысячи гибридных растений, в т.ч. 39 - плодовых, 25 тысяч сеянцев ягодных культур. Объемы гибридных скрещиваний составляют 45 тысяч цветков.

Научные исследования по селекции и агротехнике садовых культур и картофеля ведутся в творческом содружестве с ведущими научно-исследовательскими институтами и опытными станциями России, ближнего и дальнего зарубежья.

На сегодняшний день институт имеет селекционный сад площадью более 100 гектаров. Именно здесь сосредоточена основная научная деятельность южноуральских селекционеров.

Яблоня. Впервые в мировой практике садоводства селекционеры института по оригинально разработанной методике вывели сорта естественных карликов с высотой деревьев в 1,5-2,5 м. При размножении их на клоновых вегетативно размножаемых карликовых подвоях, они становятся естественными стланцами (0,8-1,5 м).

Груша - удивительная культура на Урале. Ежегодно плодоносит. Плоды вкусные, сладкие, пригодные для переработки. Привлечение в селекцию отборных форм уссурийской груши позволило создать сорта, отличающиеся высокой зимостойкостью и продуктивностью, высокими вкусовыми качествами плодов, моногенной устойчивостью к парше и полевой устойчивостью к грушевому галловому клещу.

Абрикос и слива. Выведены местные сорта и выделены отборные формы, отличающиеся повышенной зимостойкостью плодовых почек и высоким качеством плодов.

Вишня. Накоплены экспериментальные данные для создания генотипов, устойчивых к коккомикозу. Продолжается выделение доноров с геном моноустойчивости к коккомикозу и выявление форм степной вишни с полевой устойчивостью к коккомикозу. С этой целью и для пополнения коллекции проведены экспедиции по обследованию дикоросов вишни на территории Башкирии, Челябинской и Курганской областей. Отобраны формы степной и лесной вишни, устойчивые к коккомикозу, крупноплодные, хорошим вкусом плодов.

Ягодные культуры. Ведутся исследования по селекции новых сортов, устойчивых к неблагоприятным факторам среды, высокозимостойких, с повышенной устойчивостью цветков к весенним заморозкам, высокопродуктивных, с отличным качеством плодов. Составлены модели оптимального сорта ягодных культур с учетом технологических запросов селекции 2020-2025 годов. Разработаны технологии возделывания шиповника, крыжовника, жимолости, смородины, технология размножения смородины в пленочных теплицах.

Вернуть былую славу

Реформы, проводимые в аграрном секторе России с начала 90-х годов, оказались разрушительными для садоводства. Как отрасль народного хозяйства оно фактически перестало существовать. Только в Челябинской области доля промышленного садоводства с 65% снизилась до 1%. Почти не осталось плодоносящих насаждений, опытно-производственные плодопитомники практически прекратили свою деятельность, а их продукция удовлетворяет спрос рынка всего на 12-15%.

В области отсутствует целевая программа развития промышленного садоводства, основанная на достоверных материалах инвентаризации насаждений и новых разработках научных учреждений последних лет.

В этом нет вины науки. Ученые Южно-Уральского научно-исследовательского института плодоовощеводства и картофелеводства не раз предлагали сформировать научные основы возрождения отрасли. Однако состояние макроэкономики и чиновничий консерватизм не дают возможности продвинуться вперед. Расчет на то, что коллективное любительское садоводство (т.е. частный сектор) восполнит потери промышленного садоводства, не оправдывается. Да и не может оправдаться. Не смотря на то, что ЮУНИИПОК ежегодно производит более 60 тысяч саженцев плодовых и ягодных культур для населения, частный сектор страдает от недостатка посадочного материала, особенно новых сортов, потребность в котором удовлетворяется на 47-50%. Эту нишу пытаются заполнить мелкие производители саженцев - частники. Но качество их посадочного материала часто не выдерживает никакой критики по всем параметрам.

Реально ли возродить общественное садоводство в новых экономических условиях?

Вполне, считают южноуральские ученые и селекционеры. Но для этого на государственном и областном уровне, по их мнению, необходимо решить самые насущные вопросы:

С площадей под садами от начала подготовки территорий и до вступления в плодоношение насаждений отменить налог на землю

На возвратной основе выделять капитальные вложения для посадки многолетних насаждений

На промышленных предприятиях области организовать производство специальной техники для садоводства

Необходимы законы по защите отечественного производителя на собственном рынке

Стимулировать малый бизнес для организации переработки продукции садоводства

В системе профтехобразования необходимо организовать подготовку кадров для садоводства

Весьма актуально и объединение научного потенциала уральских ученых-аграрников. Для этих целей необходимо создание Уральского научно-методического центра с размещением его в Челябинске. Польза от такого объединения огромная. Доказательством тому координационный совет по картофелю, созданный в апреле 2000 года по инициативе ГНУ ЮУНИИПОК на общественных началах. За 8 лет совместной работы институты картофелеводства провели мощную мобилизацию генофонда, пополнили коллекции, договорились о комбинациях скрещивания, регулярно обмениваются информацией, исходным и селекционным материалом. Практика координационного совета показала, что эта форма работы чрезвычайно эффективна, жизнеспособна и поэтому заслуживает развития и совершенствования.

Начата работа и по объединению садоводческих учреждений. Подписано многостороннее соглашение между шестью научными учреждениями Уральского и прилегающих к нему регионов - ГНУ ЮУНИИПОК, БашНИИСХ, Удмуртский НИИСХ, Костанайский НИИСХ, Казахский НИИКОХ, Карабалыкская опытная станция.

Аграрная наука сегодня переживает трудные времена, но она жива и готова внести свой вклад в возрождение сельскохозяйственного производства, в том числе и южноуральского промышленного садоводства.

Селекция - это эволюция, управляемая человеком

Н. И. Вавилов

Селекция -- наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов с целью увеличения их продуктивности, повышения устойчивости к болезням, вредителям, приспособления к местным условиям и другое. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных. Основными методами селекции являются отбор и гибридизация, а также мутагенез (образующий метод в селекции высших растений и микроорганизмов, который позволяет искусственно получать мутации с целью увеличения продуктивности), полиплоидия (кратное увеличение диплоидного или гаплоидного набора хромосом, вызванное мутацией), клеточная (совокупность методов конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции) и генная инженерия (наука, создающая новые комбинации генов в молекуле ДНК). Как правило, эти методы комбинируют. В зависимости от способа размножения вида применяют массовый или индивидуальный отбор. Скрещивание разных сортов растений и пород животных - основа повышения генетического разнообразия потомства

Методы селекции растений

Основные методы селекции растений в частности -- отбор и гибридизация. Для перекрестно-опыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Если же желательно получение чистой линии -- то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками.

Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестно-опыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого -- переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают.

Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто применяют у перекрестно-опыляемых растений для получения гомозиготных ("чистых") линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса (гетерозис - мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании "чистых" линий, одна из которых гомозиготная по доминантным, другая - по рецессивным генам): гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина -- объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.

В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре.

При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон гомологических рядов Н. И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.

Основными методами селекции являются отбор , гибридизация (с использованием гетерозиса и цитоплазматической мужской стерильности), полиплоидия и мутагенез .

Отбор и его творческая роль . В основе селекционного процесса лежит искусственный отбор . В сочетании с генетическими методами он позволяет создавать сорта, породы и штаммы с заранее определенными признаками и свойствами. В селекции различают два основных типа отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор - это выделение группы особей по внешним, фенотипическим признакам без проверки их генотипа. Например, при массовом, или стихийном, отборе из всей популяции кур той или иной породы в хозяйствах оставляют для размножения птиц с яйценоскостью 200-250 яиц, живой массой не менее 1,5 кг, определенной окраски, не проявляющих инстинкты высиживания и т. д. Все остальные куры выбраковываются. При этом потомство каждой курицы и петуха оценивается только по фенотипу. Следовательно, массовый отбор может дать хорошие результаты только при высоком коэффициенте наследуемости ценных признаков, избранных селекционером.

Массовый отбор наиболее эффективен в отношении качественных признаков, контролируемых одним или несколькими генами. Вместе с тем он редко бывает успешным по полигенным признакам с низким коэффициентом наследования. В этом случае необходимо применять индивидуальный, или методический, отбор.

При индивидуальном отборе (по генотипу) получают и оценивают потомство каждого отдельного растения или животного в ряду поколений при обязательном контроле наследования интересующих селекционера признаков. На последующих этапах отбора используют только тех особей, которые дали наибольшее число потомков с высокими показателями. В результате появляется возможность оценивать наследственные качества отдельных особей, т. е. способность передавать свойства потомству.

Значение индивидуального отбора особенно велико в тех отраслях сельскохозяйственного производства, где имеется возможность получения от одного организма большого количества потомков. Так, используя искусственное осеменение, от одного быка можно получить до 35000 телят с помощью глубокого замораживания семени, сохраняющегося долгие годы. Поэтому уже теперь во многих странах мира существуют банки спермы животных с ценными генотипами.

Отбор в селекции отличается наибольшей эффективностью в том случае, если он сочетается с определенными типами скрещиваний.

Методы гибридизации (типы скрещивания) в селекции . Все разнообразие типов скрещиваний сводится к инбридингу и аутбридингу. Инбридинг - это близкородственное (внутрипородное или внутрисортовое), а аутбридинг - неродственное (межпородное или межсортовое) скрещивание.

При инбридинге в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство (отец - дочь, мать - сын, двоюродные братья - сестры и т. д.). Этот тип скрещивания применяют в тех случаях, когда желают перевести большинство генов породы в гомозиготное состояние и, как следствие, закрепить хозяйственно ценные признаки, сохраняющиеся у потомков. Такое скрещивание в определенной степени аналогично самоопылению у растений, которое также приводит к повышению гомозиготности.

Вместе с тем при инбридинге часто наблюдается ослабление животных, их постепенное вырождение, обусловленное гомозиготизацией рецессивных аллелей. При этом гомозиготизация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем быстрее, чем более близкородственные скрещивания используют при инбридинге. Для избежания этого явления необходимо проводить строгий отбор особей, обладающих ценными хозяйственными признаками.

У растений чистые линии также обладают пониженной жизнеспособностью, что, вероятно, связано с переходом в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые в основном являются вредными.

Чистые линии, полученные в результате инбридинга, отличаются не только различными признаками, но и степенью снижения жизнеспособности. Если эти чистые линии скрещивать между собой, то обычно наблюдается эффект гетерозиса.

Неродственное скрещивание между особями одной породы или между особями разных пород (кроссбридинг) животных позволяет поддерживать свойства или улучшать их в ряду следующих поколений гибридов. Аутбридинг повышает уровень гетерозиготности потомства и гетерогенности популяции.

Полипюидия и отдаленная гибридизация . При создании новых сортов растений селекционерами широко используется метод автополиплодии , который приводит к увеличению размеров клеток и всего растения вследствие умножения числа наборов хромосом. Кроме того, избыток хромосом повышает их устойчивость к патогенным организмам (вирусам, грибам, бактериям) и ряду других неблагоприятных факторов, например к радиации: при повреждении одной или даже двух гомологичных хромосом остаются неповрежденными другие такие же. Полиплоидные особи жизнеспособнее диплоидных.

Около 80 % современных культурных растений являются полиплоидами. Среди них хлебные злаки, овощные и плодово-ягодные культуры, цитрусовые, технические, лекарственные и декоративные растения, которые гораздо более урожайны, чем исходные диплоидные сорта. Так, триплоидная сахарная свекла отличается от обычной не только большей урожайностью вегетативной массы и более крупными размерами корнеплодов, но и повышенной их сахаристостью, а также устойчивостью к болезням. Однако триплоиды стерильны, поэтому необходимо каждый раз получать гибридные семена от скрещивания диплоидной и тетраплоидной форм. Успешному решению этой проблемы способствовало открытие мужской стерильности свеклы. Стерильность триплоидных гибридов может иметь положительное значение при получении бессемянных плодов, например винограда и арбуза.

Ценные результаты дает использование в селекции явления аллополиплоидии, основой которого служит метод отдаленной гибридизации , т. е. скрещивания организмов, относящихся к разным видам и даже родам. Например, получены межвидовые полиплоидные гибриды капусты и редьки, ржи и пшеницы. Гибридизация пшеницы (Triticum) и ржи (Secale) позволила получить ряд форм, объединенных общим названием тритикале . Они обладают высокой урожайностью пшеницы и зимостойкостью и неприхотливостью ржи, устойчивостью ко многим болезням, в том числе к линейной ржавчине, являющейся одним из главных факторов, ограничивающих урожайность пшеницы.

На основе гибридизации пшеницы и пырея российским академиком Н. В. Цициным получены пшенично-пырейные гибриды, обладающие высокой урожайностью и устойчивостью к полеганию. Однако отдаленные гибриды, как правило, бесплодны. Это связано с содержанием в геноме различных хромосом, которые в мейозе не конъюгируют. Для восстановления плодовитости у межвидовых гибридов в 1924 г. советский генетик Г. Д. Карпеченко предложил использовать удвоение числа хромосом (полиплоидию) у отдаленных гибридов.

Г. Д. Карпеченко проводил скрещивание редьки и капусты. Число хромосом у этих растений одинаково (2п « 18). Соответственно их гаметы несут по 9 хромосом. Гибрид капусты и редьки имеет 18 хромосом, но он бесплоден, так как хромосомы капусты и редьки в мейозе не конъюгируют, поэтому процесс образования гамет не может протекать нормально. В результате удвоения числа хромосом в бесплодном гибриде оказалось 36 хромосом, слагающихся из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты. Это создало нормальные возможности для мейоза; хромосомы капусты и хромосомы редьки конъюгировали между собой. Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18). В зиготе вновь оказалось 36 хромосом; межвидовой гибрид стал плодовитым. По фенотипу этот новый растительный организм совмещал признаки редьки и капусты, например в строении стручка.

Получение экспериментальным путем полиплоидных животных представляет большую трудность, поэтому такие формы животных - редкость. Так, советскому ученому генетику Б. JI. Астаурову путем межвидовой гибридизации удалось получить полиплоидную форму тутового шелкопряда. На сегодняшний день есть уже полиплоидные рыбы, птицы (например, куры), однако внедрение полиплоидных пород животных в практику сельского хозяйства - дело будущего.

Спонтанный и индуцированный мутагенез . Спонтанные мутанты используются преимущественно в селекции растений. Так, на основе мутанта желтого безалкалоидного люпина получено несколько сортов сладкого люпина, которые выращивают на корм скоту. Люпин, содержащий алкалоиды, для этой цели непригоден, поскольку животные его не едят.

Большое число мутантов известно у плодовых культур, которые используются как новые сорта или в гибридизации с другими формами. Один из наиболее известных спонтанных мутантов кукурузы opaque, отличающийся высоким содержанием аминокислоты лизина в зерне, используется для создания так называемых высоколизиновых гибридов кукурузы.

В последние десятилетия во многих странах мира развернуты работы по получению индуцированных мутантов. Индуцированные рентгеновыми лучами мутанты были выделены у многих злаков (ячменя, пшеницы, ржи и др.). Они отличаются не только повышенной урожайностью, но и укороченным побегом. Такие растения устойчивы к полеганию и имеют заметные преимущества при машинной уборке. Кроме того, короткая и прочная соломина позволяет вести дальнейшую селекцию на увеличение размера колоса и массы семян без опасения, что повышение урожая зерна приведет к полеганию растений.

Особенно успешно индуцированный мутагенез применяют в селекции микроорганизмов.