IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017
СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ. СЕЛЕКЦИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
методы управления наследственностью растительных и животными организмов.
Большую роль в селекционной практике играет гибридологический анализ.
Селекционный процесс разбивается на три отрасли: селекция в растениеводстве, селекция в животноводстве и селекция микроорганизмов.
Отыскать определенный ген, извлечь его из клетки, вживить в другую и получить абсолютно новый организм, идеально отвечающий всем требованиям, – о таком можно только мечтать. Найди нужное сочетание генов, и картофель перестанет бояться колорадского жука, пшеница – дождей и заморозков, соя даст невиданные урожаи, в помидорах будет вдвое больше бета-каротина, капуста брокколи начнет тормозить рост раковых клеток, куры осчастливят нас яйцами, богатыми полиненасыщенными жирными кислотами, которые есть только в рыбе. Да мало ли чего еще можно добиться, манипулируя генным кодом!
The word "selection" comes from the Latin word "selectio", which translated means choice, selection". Breeding is a science that develops new ways and methods of obtaining plant varieties and their hybrids, and animal breeds. It is also a branch of agriculture concerned with breeding new varieties and breeds with the required human properties: high productivity, certain qualities of products to be immune to diseases, well adapted to the different growth conditions. Theoretical basis of plant breeding - genetics and it was developing the laws of heredity and variation in organisms. The evolutionary theory of Charles Darwin, the laws of Gregory Mendel, the doctrine of pure lines and mutations enabled breeders to develop
management methods a heredity plant and animal organisms.
Important role in selection practice plays a hybridological analysis.
The selection process is divided into three branches: breeding crop breeding in animal husbandry and breeding of microorganisms.
To find a gene, extract it from the cells to implant into another and get a completely new body, perfectly meets all the requirements – of such can only dream of. Find the right combination of genes, and potatoes will no longer be afraid of the Colorado potato beetle, wheat of rain and frost, soybeans will yield bumper crops, the tomatoes will be twice as much beta-carotene, broccoli will begin to slow the growth of cancer cells, chickens gracing us with eggs, rich in polyunsaturated fatty acids that exist in fish. But who knows what else can be achieved by manipulating the genetic code!
Селекция в растениеводстве
Примитивная селекция растений возникла одновременно с земледелием. Начав возделывать растения, человек стал отбирать, сохранять и размножать лучшие из них. Многие культурные растения возделывались примерно за 10 тысяч лет до нашей эры. Селекционеры древности создали прекрасные сорта плодовых растений, винограда, многие сорта пшеницы, бахчевых культур. Но значительное влияние на развитие селекции растений оказала работа западно- европейских селекционеров-практиков 18 века, например, английских ученых Галлета, Ширефа, немецкого ученого Римпау. Они создали несколько сортов пшеницы, разработали способы выведения новых сортов. В 1774 под Парижем основана селекционная фирма «Вильморен», селекционеры которой первыми стали оценивать отбираемые растения по потомству. Им удалось вывести сорта сахарной свёклы, которые содержали почти в 3 раза больше сахара, чем исходные. Эта работа доказала огромное влияние селекции на изменение природы растений в нужную человеку сторону. С развитием капитализма в конце 18 - начале 19 веков в Европе и Северной Америке возникают промышленные семенные фирмы и крупные селекционно-семеноводческие предприятия; зарождается промышленная селекция растений, на развитие которой большое влияние оказали достижения ботаники, микроскопической техники и мн. др.
И в России И.В. Мичурин начал работы по селекции плодовых культур. Успешно применив ряд новых оригинальных методов, он создал много сортов плодовых и ягодных культур. Большое значение для теории и практики селекции растений имели его работы по гибридизации географически отдаленных форм. В это же время в США Л. Бёрбанк путем тщательного проведения скрещиваний и совершенного отбора создал целый ряд новых сортов различных сельскохозяйственных культур. Некоторые из них относились к формам, ранее не встречавшимся в природе (бескосточковая слива, неколючие сорта ежевики).
В селекции растений особое значение имеют развитие научных основ отбора и гибридизации, методы создания исходного материала - полиплоидия, экспериментальный мутагенез, гаплоидия, клеточная селекция, хромосомная и генная инженерия, гибридизация протопластов, культура зародышевых и соматических клеток и тканей растений; изучение генетических и физиолого-биохимических основ иммунитета, наследование важнейших количественных и качественных признаков (белка и его аминокислотного состава, жиров, крахмала, сахаров). В современной селекции растений в качестве исходного материала используют естественные и гибридные популяции, самоопыленные линии, искусственные мутанты и полиплоидные формы. Большинство сортов сельскохозяйственных растений создано методом отбора и внутривидовой гибридизации. Получены мутантные и полиплоидные сорта зерновых, технических и кормовых культур. Успех гибридизации в значительной степени определяется правильным подбором для скрещивания исходных родительский пар, особенно по эколого-географическому принципу. При необходимости объединить в гибридном потомстве признаки нескольких родительских форм используют ступенчатую гибридизацию. Этот метод широко применяется во всем мире. Для усиления в гибридном потомстве желаемых свойств одного из родителей применяют возвратные скрещивания. Для сочетания в одном сорте признаков и свойств разных видов или родов растений применяют отдаленную гибридизацию.
Мичурин и его работа
И. В. Мичурин - выдающийся учёный-селекционер, один из основателей науки о селекции плодовых культур.
Им были разработаны оригинальные практические методы получения гибридов с новыми, полезными для человека свойствами, а также сделаны весьма важные теоретические выводы.
Поставив перед собой задачу продвижения южных сортов плодовых деревьев в среднюю полосу России, Мичурин сначала пытался решить ее путем акклиматизации указанных сортов в новых условиях. Но выращенные им южные сорта зимою вымерзали. Одно лишь изменение условий существования организма не может изменить филогенетически выработавшийся стойкий генотип, притом в определенную сторону.
Убедившись в непригодности метода акклиматизации, Мичурин посвятил свою жизнь селекционной работе, в которой использовал три основных вида воздействия на природу растения: гибридизацию, воспитание развивающегося гибрида в различных условиях и отбор.
Гибридизация, т. е. получение сорта с новыми, улучшенными признаками, чаще всего производилась путем скрещивания местного сорта с южным, обладавшим более высокими вкусовыми качествами. При этом наблюдалось отрицательное явление—доминирование у гибрида признаков местного сорта.
Причина этого заключалась в исторической приспособленности местного сорта к определенным условиям существования.
Одним из основных условий, способствующих успеху гибридизации, Мичурин считал подбор родительских пар. В одних случаях он брал для скрещивания родителей, отдаленных по своему географическому месту обитания. Если для родительских форм условия существования не соответствуют их обычным, рассуждал он, то полученные от них гибриды будут иметь возможность легче приспособиться к новым факторам, так как не произойдет одностороннего доминирования. Тогда селекционер сможет управлять развитием гибрида, приспосабливающегося к новым условиям.
Таким методом был выведен сорт груши Бере зимняя Мичурина. В качестве матери была взята уссурийская дикая груша, отличающаяся мелкими плодами, но зимостойкая, в качестве отца — южный сорт Бере рояль с крупными сочными плодами. Для обоих родителей условия средней полосы России были необычными.
У гибрида проявились нужные селекционеру качества родителей: плоды были крупные, лежкие, обладали высокими вкусовыми качествами, а само гибридное растение переносило холод до — 36°.
Кроме скрещивания двух форм, относящихся к одной систематической категории (яблони с яблоней, груши с грушей), Мичурин применял и гибридизацию отдаленных форм: получал межвидовые и межродовые гибриды.
Им получены гибриды между вишней и черемухой (церападусы), между абрикосом и сливой, сливой и терном, рябиной и сибирским боярышником и др.
В естественных условиях чужеродная пыльца другого вида не воспринимается материнским растением и скрещивания не происходит. Для преодоления нескрещиваемости при отдаленной гибридизации Мичурин применял несколько методов.
1. Метод предварительного вегетативного сближения
2. Метод посредника
3. Метод опыления смесью пыльцы
4. Метод ментора
Результаты работы И. В. Мичурина поразительны. Им были созданы сотни новых сортов растений. Ряд сортов яблонь и ягодных культур продвинут далеко на север. Они обладают высокими вкусовыми качествами и в то же время прекрасно приспособлены к местным условиям. Новый сорт Антоновка шестисотграммовая дает урожай с одного дерева до 350 кг. Мичуринский виноград выдерживал зиму без присыпки лоз, что делается даже в Крыму, и вместе с тем не снизил своих товарных показателей. Мичурин своими работами показал, что творческие возможности человека безграничны.
Современный взгляд
В принципе, ничего нового в идее получения модифицированных продуктов нет. Сама природа в процессе эволюции создавала новые организмы и снабжала созданные ранее новыми свойствами. Правда, на это уходили тысячелетия. Человек решил ускорить этот процесс и создал науку о выведении новых сортов растений и пород животных – селекцию. Ученые скрещивали организмы с необходимыми свойствами, из полученного потомства отбирали удавшиеся образцы и вновь скрещивали их между собой, добиваясь полной генетической чистоты. Требовались десятилетия, чтобы с помощью такого метода получить морозостойкую пшеницу или породу коров, дающую семикратные надои. Несколько десятков лет по сравнению с тысячелетием – ничто, однако нетерпеливому
человечеству и это показалось слишком долгим. Ученые нашли еще более быстрый способ получения организмов с определенным набором генов. Живые клетки подвергали жесткому радиационному воздействию, вызывая случайные мутации, – в надежде, что хоть пара клеток мутирует в нужном направлении. И хотя нежелательных результатов при этом методе селекции было больше, чем при обычном скрещивании, сроки получения желаемого сократились до 10-15 лет.
Применение радиационного мутагенеза вызвало среди ученых бурю – но в стакане воды. Споры велись, но за закрытыми дверями, дабы не привлекать внимания общественности. По сравнению с радиационными методами технология пересадки фрагмента ДНК, применяемая генной инженерией, кажется верхом деликатности. По крайней мере, она практически исключает риск получения не желаемых результатов.
Яблоком раздора явилось оригинальное генетическое творение – помидор с жабрами, которому для морозостойкости вживили ген североамериканской камбалы. Никто, конечно, не предполагал, что получится в результате. Кто знает, какие еще сюрпризы преподнесут людям трансгенные продукты? Экологов, например, сильно волнует, чем станут питаться колорадские жуки, если в мире не останется немодифицированного картофеля. Но производители картофеля не спешат разделить их тревогу: картошка, устойчивая к вредителям, выращивается теперь практически повсеместно.
Медиков настораживает другая сторона вопроса: как скажутся модифицированные продукты на организме человека? Не воспримет ли он клетки той же картошки с внедренным в них фрагментом ДНК капусты как аллергены? И вообще – насколько хорошо усвоится такая пища, даст ли она в полном объеме необходимые организму вещества?
Вряд ли споры вокруг трансгенных продуктов быстроразрешимы. Скорей всего, пока ученые будут тихо мирно искать золотую середину между “полезно” и “вредно”, модифицированные продукты незаметно, сами собой вольются в наш обиход. В настоящее время они уже делают это. Сверкающие яблоки, морковка одна к одной, как на подбор, зимние помидоры… Не стоит также думать, что урожай с собственного огорода не имеет отношения к генной инженерии.
Использованные дачниками семена, возможно, тоже детища науки. Но в ряде случаев трансгенные продукты не опаснее и даже лучше обычных.
Так, например, получилось с соей – первым генномодифицированным продуктом, получившим в России государственное регистрационное удостоверение, позволяющее беспрепятственно выращивать и использовать эту культуру. Ученые пришли к выводу, что трансгенная соя более экологична и безопасна, чем обычная. Для борьбы с сорняками и вредителями, поражающими эту культуру, традиционно применяли пестициды, гербициды и инсектициды, а трансгенная соя сама справляется со всеми напастями. То есть мы получили хоть и не совсем натуральный, но зато экологически чистый продукт.
В Соединенных Штатах Америки разрешается использовать генномодифицированные продукты без каких-либо ограничений (и даже без указания, что это детище генной инженерии). В странах Евросоюза продажу модифицированных продуктов разрешили с условием снабжать их специальной этикеткой. В нашей стране каждый продукт с измененным геном должен получить государственное регистрационное удостоверение, подтверждающее его безопасность. Всё выглядит относительно благополучно. Но на практике все гораздо сложнее. Продукт может содержать всего один компонент, полученный из трансгенного сырья. Кто нам скажет, модифицированный он теперь или нет.
Учитывая это обстоятельство, медики и специалисты по питанию настаивают, чтобы каждый такой продукт имел специальную этикетку, на которой бы указывалось, какая модифицированная составляющая и в какой пропорции в нем содержится. Каждый из нас имеет право знать, что лежит в его тарелке.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Такое явление как селекция явилось продуктом развития человеческой цивилизации. Здесь есть и плохие и хорошие стороны, но факта не уйти. Значит нужно извлекать пользу из открытия. Один только Мичурин вошел в науку как создатель свыше 300 видов растений. Страшно представить на что способны современные ученые. Будем надеяться, что люди не навредят сами себе, как это уже не раз случалось...
Список литературы
1. Шикман А.П., Деятели отечественной истории. Биографический справочник.
М., 1997 г.
2. Биологический энциклопедический словарь, М., 1989 г.
3. Сельскохозяйственный энциклопедический словарь, М., 1989 г.
4. Серебровский А.С., Селекция растений и животных, М., 1969 г.
5. С. И. Исаев, "Селекция как эволюция, управляемая человеком", 1994 г.
Breeding in crop
Primitive selection of plants occurred simultaneously with agriculture. By cultivating plants, people began to select, maintain and propagate the best of them. Many cultivated plants have been cultivated about 10 thousand years BC. Breeders of ancient times have created a wonderful variety of fruit trees, grapes, many varieties of wheat, melons and gourds. But a significant influence on the development of plant breeding has rendered the work of Western - European breeders practitioners of the 18th century, for example, English scientists Galleta, Sherefa, German scientist, Rimpau. They created several varieties of wheat, developed the methods of breeding new varieties. In 1774, under the Paris-based breeding company "Vilmorin", which were the first breeders to evaluate selected plants of the progeny. They managed to bring varieties of sugar beet that contained almost 3 times more sugar than the original. This work proved a huge influence of selection on the change in the nature of plants in the right man direction. With the development of capitalism in the late 18th - early 19th centuries in Europe and North America occur industrial seed firms and large breeding and seed enterprises; emerging industrial crop breeding, the development of which was influenced by the achievements of botany, microscopic techniques, and more. .
In Russia I. V. Michurin began work on breeding of fruit crops. Successfully using a number of new original methods he created many varieties of fruit and berry crops. Great importance for the theory and practice of plant breeding has had his work on the hybridization of geographically distant forms. At the same time in the United States L. Burbank by carefully holding crosses and perfect selection has created a number of new varieties of different crops. Some of them treated the forms, not previously encountered in nature (beskonechna plum, thornless varieties of BlackBerry).
In plant breeding, particularly important are the development of scientific bases of selection and hybridization, methods of creation of the source material - polyploidy, experimental mutagenesis, haploidy, cell selection, chromosomal and genetic engineering, hybridization of protoplasts, culture of embryonic and somatic cells and tissues of plants; the study of genetic and physiological-biochemical basis of immunity, the inheritance of important quantitative and qualitative traits (protein and its amino acid composition, fat, starch, sugars). In modern plant breeding as the starting material is used in natural and hybrid populations, snoopydance line, artificial mutants and polyploid forms. The majority of varieties of agricultural plants created by the selection and intraspecific hybridization. Some mutant and polyploid varieties of cereals, technical and forage crops. The success of hybridization is largely determined by proper selection of crossing the original parent pairs, especially on the ecological-geographical principle. If you need to combine the hybrid progeny of several signs of parental forms used stepwise hybridization. This method is widely used all over the world. For amplification in the hybrid offspring the desired characteristics of one of the parents used the return crossing. To combine in one variety of characteristics and properties of different species or genera of plants used distant hybridization.
Michurin and his work
I. V. Michurin - an outstanding scientist-breeder, one of the founders of the science of breeding of fruit crops.
He developed the original practical methods of obtaining hybrids with new, useful to humans, properties, and also made a very important theoretical insights.
Setting himself the task of moving the southern varieties of fruit trees in Central Russia, Michurin tried to solve it by acclimation of these varieties in the new environment. But the grown southern varieties winter freezes. Only one change in the conditions of existence of an organism cannot change phylogenetically developed resistant genotype, while in a certain direction.
Convinced of the unsuitability of the method of acclimatization, Michurin has dedicated his life to the breeding work, in which he used three main types of influence on the nature of plants: hybridization, hybrid education evolving in different conditions and selection.
Hybridization, i.e. the obtaining of varieties with new, improved characteristics, most often produced by crossing local varieties with the South, has a higher taste. In this case, a negative phenomenon—the dominance of the hybrid characteristics of local varieties.
The reason for this lay in the historical adaptability of local varieties to particular conditions of existence.
One of the main conditions that contribute to the success of hybridization, Michurin considered selection of parental pairs. In some cases, he took to crossing the parents, the remote on its geographical habitat. If the parent shapes the conditions of existence do not match their ordinary, he reasoned, the obtained hybrids will be easier to adapt to new factors, as it is not a unilateral domination. Then the breeder will be able to manage the development of a hybrid, adaptable to new conditions.
This method has been bred variety of pear Bere winter Michurin. As the mother was taken Ussurian pear wild characterised by fine fruit, but hardy, as the father of South grade Bere piano with large juicy fruit. For both parents the conditions of Central Russia was unusual.
The hybrid manifested the right breeder quality parents: the fruits are large, maturation, has high taste qualities, and the hybrid plants were transferred to cold up to — 36°.
In addition to the crossing of the two forms belonging to one systematic category (the Apple trees with apples, pears with pears), Michurin was used and hybridization of distant forms: received interspecific and intergeneric hybrids.
He obtained hybrids between cherry and cherry (cerapadus), between apricot and plum, plum and blackthorn, Rowan and hawthorn and Siberian.
In vivo alien pollen of another species is not perceived by the parent plant and crossing does not occur. To overcome accreditamento in distant hybridization Michurin used several methods.
1. Method of pre-vegetative rapprochement
2. Method facilitator
3. The method of pollination with a pollen mixture
4. Method mentor
The results of the work of I. V. Michurin amazing. He created hundreds of new varieties of plants. A number of varieties of fruit and berry crops advanced far to the North. They have high taste qualities and at the same time perfectly adapted to local conditions. A new variety Antonivka setiadharma gives the yield per tree up to 350 kg Michurinskiy grapes withstand winter without a dusting of the vines that is done even in the Crimea, however, has not reduced its commodity indices. Michurin his work has shown that human creativity is boundless.
Modern look
In principle, nothing new in the idea of producing modified products no. The very nature in the process of evolution, creating new organisms and supplied created informed of new properties. However, it took millennia. The man decided to speed up the process and created the science of breeding new plant varieties and animal breeds – breeding. Scientists crossed the organisms with the necessary properties from the resulting progeny were selected success designs and re-crossed them together, ensuring genetic purity. Needed decades to use this method to obtain cold-resistant wheat or breed of cows that give milk yield sevenfold. A few decades compared with millennia – nothing but impatient
humanity and it seemed too long. Scientists have found an even faster method of obtaining organisms with a certain set of genes. Living cells were subjected to hard radiation, causing random mutations in the hope that at least a couple of cells mutating in the right direction. Although the unwanted results with this method of selection was greater than in normal crossing, the timing of obtaining the desired decreased to 10-15 years.
Application of radiation mutation caused a storm among scientists – but in a glass of water. Disputes were held, but behind closed doors, so as not to attract public attention. Compared to radiological methods of technology transfer of the DNA fragment used in genetic engineering seem the height of tact. At least, it virtually eliminates the risk of not obtaining the desired results.
The bone of contention was the original genetic creation – tomato with gills, which for hardiness implanted the gene of the North American plaice. Of course nobody expected that result. Who knows what other surprises will present people the transgenic products? Ecologists, for example, much care, than will feed on Colorado potato beetles, if the world does not remain unmodified potatoes. But potato producers are in no hurry to share their concern: potatoes, resistant to pests, now grown almost everywhere.
Doctors alarming the other side of the question: what impact will modified foods on the human body? Do not perceive if he cells of the same potatoes with them are embedded in the DNA fragment of cabbage as allergens? And in General – how well understood these foods, will it give in full the necessary body substances?
Hardly the controversy over transgenic products bystriansky. Most likely, scientists will be quietly peacefully to seek a middle ground between “useful” and “harmful”, modified food quietly, by themselves, will join in our everyday life. Currently, they are already doing this. Sparkling apples, carrots one by one, as on selection, winter tomatoes... one should Not think that the harvest from the garden has nothing to do with genetic engineering.
Used by gardeners the seeds, perhaps, too, the offspring of science. But in some cases, transgenic foods are not dangerous and are even better than usual.
So, for example, came from soybeans – the first genetically modified product, received in Russia the state registration certificate, which allows freely grow and use this culture. Scientists came to the conclusion that transgenic soy is more environmentally friendly and safe than usual. To combat weeds and pests affecting this crop, traditionally used pesticides, herbicides and insecticides, and transgenic soy she copes with all adversity. So we've got though, and not quite natural, but environmentally friendly product.
In the United States of America are allowed to use genetically modified foods without any restrictions (and even without specifying that it is the brainchild of genetic engineering). In the EU the sale of modified foods were allowed with the condition to provide them with a special label. In our country each product with altered gene needs to obtain the state registration certificate confirming its safety. Everything looks relatively well. But in practice it is much more difficult. The product may contain just one ingredient derived from transgenic raw materials. Who will tell us modified it now or not.
Given this fact, doctors and nutritionists insist that each product had a special label that would indicate what the modified component and in what proportion it contains. Each of us has a right to know what is in his plate.
CONCLUSION
The phenomenon of selection was the product of human civilization development. There are good and bad sides, but the fact does not go away. So you need to benefit from the opening. Only one Michurin went into science as the Creator of more than 300 species of plants. Scary to imagine what modern scientists. Let's hope that people will not harm themselves, as has happened more than once...
Bibliography
1. Shikman AP Figures of national history. Biographical directory.
M., 1997.
2. Biological encyclopedic dictionary, Moscow, 1989
3. Agricultural encyclopedic dictionary, Moscow, 1989
4. Serebrovsky A. S., Breeding of plants and animals, Moscow, 1969
5. S. I. Isaev, "Selection as evolution, driven man", 1994