Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 70. Методи селекції

Поміркуйте

  • Чому досі існує потреба у виведенні нових сортів рослин і порід тварин, хоча існує велике їх різноманіття?

Згадайте

  • Закони Менделя
  • Схрещування
  • Гібридологічний аналіз
  • Відбір

Різноманіття методів селекції

Методи селекції рослин, тварин і мікроорганізмів достатньо різноманітні. Але використовуються вони з урахуванням особливостей біології кожної з груп. Тому технології селекційних досліджень для рослин, тварин і мікроорганізмів дещо різняться між собою. Методи селекції можна поділити на класичні методи і методи з використанням сучасних біотехнологій. Слід зазначити, що класичні методи в сучасній селекції і сьогодні продовжують широко використовувати.

Методи з використанням сучасних біотехнологій

Одним із найбільш перспективних сучасних методів селекції рослин є метод швидкого мікроклонального розмноження. Він полягає у вирощуванні культури клітин на поживних середовищах з метою отримання великої кількості посадкового матеріалу за короткий час.

Головними перевагами методу є ріст протягом усього року (незалежно від зовнішніх умов), незначна площа для вирощування великої кількості рослин, можливість розмножувати рослини, які у природних умовах не здатні до вегетативного розмноження. Крім того, він дозволяє убезпечити цінні селекційні лінії від зараження вірусами, бо в разі розмноження іншими методами віруси передаються нащадкам.

Ще один дуже перспективний метод, який активно використовується,— це отримання гібридом (клітин, які утворюються в результаті злиття клітин різних організмів). Він використовується в галузі біотехнології під час створення високоефективних ліній клітин для виробництва цінних лікарських препаратів.

За допомогою гібридом можна отримати антитіла необхідного типу в необмежених кількостях. Вони створюються шляхом злиття лейкоцитів і ракових клітин. Гібридоми об'єднали в собі здатність лімфоциту утворювати необхідні антитіла (одного типу, так звані моноклональні антитіла) і здатність пухлинних клітин безкінечно довго розмножуватись на штучних середовищах.

Класичні методи селекції організмів

Метод селекції

Сутність методу

Де застосовується

Відбір

Відбір особин із потрібними ознаками

В усіх галузях селекції

Створення чистих ліній

Виведення гомозиготних особин з однаковим генотипом за великою кількістю генів

У селекції рослин і тварин.

У прокаріотів усі лінії чисті, бо вони є гаплоїдами

Гібридизація

Схрещування особин із різними генотипами, які є представниками одного виду

В усіх галузях селекції

Віддалена гібридизація

Схрещування особин, які є представниками різних видів

Переважно в селекції рослин.

У тварин більша частина таких гібридів є неплідною

Споріднене схрещування

(інбридинг)

Схрещування особин однієї породи або навіть однієї родини

У селекції тварин

Неспоріднене схрещування

(аутбридинг)

Схрещування особин різних порід

У селекції тварин

Що таке гетерозис

Ще здавна люди помітили одну цікаву закономірність. Якщо схрещувати різні породи тварин або сорти рослин, то можна отримати нащадків, які б перевершували обох своїх батьків за певними ознаками. Але тривалий час такі результати не вдавалося передбачити, бо інколи ефект спостерігався, а інколи — ні.

Ситуацію вдалося зрушити з місця тільки з початком наукової організації селекційного процесу. Саме тоді й було доведено, що перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має низку цінних показників, за якими воно значно перевершує обох своїх батьків. Таким показниками були життєздатність, продуктивність, ріст, стійкість до захворювань тощо. Для опису цього ефекту американський генетик Г. Шелл 1914 року запропонував термін гетерозис. Головною особливістю гетерозису було те, що його ефект був найсильнішим тільки в першому поколінні. У наступних поколіннях гібридів він поступово зменшувався.

У рослин розрізняють три основні типи гетерозису відповідно до тих показників, які проявляються в певного гібрида найбільше: репродуктивний, соматичний та адаптивний. Репродуктивний гетерозис проявляється у вигляді підвищеного виробництва насіння і збільшення врожайності. Рослини із соматичним гетерозисом мають значно більшу вегетативну масу та більші лінійні розміри. Адаптивний гетерозис збільшує стійкість рослин до дії несприятливих факторів середовища (як фізичних, так і біологічних).

Генетичні основи гетерозису

Для пояснення явища гетерозису було запропоновано дві основні гіпотези, які, до речі, не виключали одна одну. Перша з них — гіпотеза домінування. Основна її ідея — блокування дії рецесивних алелів генів, які спричинюють несприятливий ефект, домінантними алелями цього ж гена. Гіпотеза ґрунтувалася на тому, що у двох батьківських лініях у стані гомозиготи за рецесивним алелем будуть перебувати різні гени. І після схрещування більшість генів матиме хоч один домінантний алель, який не дасть проявитися негативному впливу рецесивного алеля. Ця гіпотеза добре пояснювала той факт, що ефект гетерозису починав різко знижуватися вже у другому поколінні гібридів і через кілька поколінь зникав узагалі.

Другою була гіпотеза переваги. Вона стверджувала, що перевагу гетерозисним гібридам дають унікальні комбінації домінантних і рецесивних алелей, що утворювалися як результат такого схрещування. Ця гіпотеза теж адекватно пояснювала зменшення ефекту гетерозису в наступних поколіннях гібридів.

Тривалі дослідження виявили деяку перевагу гіпотези домінування. Але і гіпотеза переваги отримала кілька експериментальних підтверджень на свою користь. А вже у ХХІ ст. з'явилися дані, що свідчили про значний внесок у це явище епігенетичних механізмів.

Практичне значення гетерозису

Явище гетерозису широко використовується в сільськогосподарській практиці. Його застосовують під час вирощування зернових і овочевих культур. Майже вся кукурудза, яку зараз вирощують у світі, є гетерозисною. Гібридною є і значна частина рису, який вирощують у Китаї та Індії.

Використовують явище гетерозису і у тваринництві. Воно дає гарний ефект для деяких гібридів великої рогатої худоби і свиней. Застосовують гетерозисні гібриди і на птахофермах для отримання гібридів курей. Нещодавно було здійснено цікаве дослідження гібридів собак, у процесі якого було встановлено, що гібридні породи собак живуть у середньому на 1,2 роки довше, ніж чисті породи.

Ключова ідея

Сучасна селекція використовує як традиційні, так і новітні методи і технології. Вони дозволяють ефективно вирішувати завдання селекції і суттєво прискорюють виведення нових форм організмів. Одним з ефективних методів селекції є застосування ефекту гетерозису.

Запитання та завдання

1. Які переваги може надати в селекційному процесі віддалена гібридизація? 2. Запропонуйте пояснення, чому епігенетичні механізми суттєво впливають на явище гетерозису.