Методы селекции: отбор, скрещивание, гетерозис и полиплоидия
Разберём массовый и индивидуальный отбор, инбридинг и аутбридинг, чистые линии, гибридную силу и пределы полезности искусственного мутагенеза.
Федеральная программа · базовый уровень · 10 класс
Селекция организмов. Основы биотехнологии
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Массовый и индивидуальный отбор
- Чистая линия и скрещивание линий
- Инбридинг и аутбридинг
- Гетерозис и его условия
- Отдалённая гибридизация
- Искусственный мутагенез и получение полиплоидов
- Оценка экстерьера и хозяйственных показателей
Как это устроено
Массовый отбор быстрее работает с группой фенотипически подходящих организмов, индивидуальный прослеживает отдельные линии и их потомство. В обоих случаях внешний вид может быть обусловлен средой, поэтому потомков проверяют повторно. Чистая линия относительно однородна по выбранным локусам, но не абсолютно одинаковая по всему геному и не защищена от новых мутаций. Измеряемые цели нужно указать заранее: урожайность, качество, устойчивость или благополучие животных могут потребовать разных проверок.
Инбридинг увеличивает гомозиготность, что помогает закреплять определённые сочетания, но может раскрывать неблагоприятные рецессивные варианты и снижать жизнеспособность. Аутбридинг соединяет различающиеся линии и иногда даёт гетерозис F₁. Гетерозис — не обещание, что любой гибрид лучше каждого родителя при любой погоде: требуется назвать признак, эталон, условия и поколение. В следующем поколении сочетания могут расщепляться и эффект изменяться.
Отдалённая гибридизация пытается соединить полезные признаки далёких форм, но несовместимость гамет, развитие гибрида и его плодовитость могут ограничивать результат. Полиплоидия меняет число наборов хромосом и может влиять на размеры и развитие, однако не является универсальным способом повышения урожая. Для каждого вида результаты проверяют отдельно. Исторические успехи селекции не отменяют возможных экологических и этических издержек.
Искусственный мутагенез не создаёт мутацию «по заказу» в нужном месте обычным облучением или химическим воздействием. Он увеличивает число разных изменений, после чего нужны длительный отбор и проверка безопасности. Такие процедуры допускаются только в специально оснащённых учреждениях; школьникам нельзя повторять их дома. В животноводстве оценка внешнего вида без данных о здоровье и условиях содержания может закреплять нежелательные признаки, поэтому благополучие животных является самостоятельным ограничением задачи.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Массовый отбор
Выбор группы организмов по фенотипическим признакам для совместного размножения с последующей оценкой потомства.
Пример: Из посева собирают семена многих растений с подходящим признаком, сохраняя их как группу.
- Индивидуальный отбор
Выбор отдельных организмов с учётом их происхождения, собственного фенотипа и результатов проверки потомства.
Пример: От конкретного растения получают отдельную линию семян и сравнивают её с другими линиями.
- Чистая линия
Группа потомков от последовательного самоопыления или близкого разведения, относительно однородная по рассматриваемым наследственным локусам.
Пример: Линию растения с устойчивой окраской семян получают повторением отбора и самоопыления в подходящем виде.
- Инбридинг
Скрещивание близкородственных особей, повышающее вероятность одинаковых аллелей у потомства и проявления некоторых рецессивных вариантов.
Пример: Разведение родственных линий растений может увеличить однородность, но и выявить неблагоприятные варианты.
- Аутбридинг
Скрещивание неродственных или сравнительно далёких по происхождению особей внутри подходящей группы для получения иных сочетаний вариантов.
Пример: Скрещивание двух разных линий кукурузы создаёт гибридное потомство для проверки урожайности.
- Гетерозис
Наблюдаемое превосходство гибрида первого поколения над выбранным сравнением родителей по конкретному признаку и при определённых условиях.
Пример: Некоторые гибриды F₁ кукурузы при проверке в поле дают больше урожая, чем обе исходные линии.
- Отдалённая гибридизация
Скрещивание генетически достаточно далёких форм, иногда разных видов, для получения новых сочетаний с возможными репродуктивными ограничениями.
Пример: Селекционеры могут пробовать соединить устойчивость одной родственной культуры с качеством другой.
- Полиплоидия
Наличие более двух полных наборов хромосом в клетке или организме по сравнению с обычным диплоидным состоянием данной линии.
Пример: Некоторые культурные растения имеют несколько наборов хромосом и отличаются по размеру органов.
- Искусственный мутагенез
Создание условий, повышающих частоту наследственных изменений, с последующим многократным отбором и проверкой конкретных вариантов.
Пример: Мутагенез в специализированной лаборатории может создать новые варианты, большинство которых не окажется полезным.
- Экстерьер
Наблюдаемое внешнее строение животного, которое оценивают по установленным критериям как один из возможных показателей в племенной работе.
Пример: Особенности телосложения могут быть описаны, но не заменяют данные о здоровье и продуктивности потомства.
- Испытание сорта
Сравнение кандидатной линии с контрольными образцами в повторных и различных условиях для оценки устойчивости и хозяйственных признаков.
Пример: Один сорт испытывают в нескольких сезонах и местах, записывая урожай и поражение болезнями.
Пример по шагам
Гибрид F₁ дал больше урожая, чем одна родительская линия, в одном сезоне. Доказан ли гетерозис как устойчивое преимущество?
- Уточним, сравнивали ли гибрид с обеими родительскими линиями при одинаковых условиях и с повторениями.
- Один сезон не отделяет наследственный эффект от погоды, участка и случайной выборки.
- Нужны повторные испытания в нескольких условиях, измерение признака и указание, что результат относится к F₁, а не обязательно к следующим поколениям.
Вывод: Наблюдение перспективно, но для вывода о гетерозисе и применении требуется строгая повторная проверка.
Практическая работа
План сортоиспытания без воздействия на организмы
- По готовым данным двух сортов и контроля за три года сформулируйте один измеримый хозяйственный признак.
- Сравните средние и разброс по годам и участкам, отметьте возможные различия погодных условий и повторов.
- Составьте план, какие данные о благополучии, устойчивости и влиянии на среду понадобились бы перед практическим решением.
Что можно заключить: Селекционный результат — проверяемое сочетание наследуемого признака и условий, а не единичный рекорд.
Безопасность: Работайте с готовыми данными; не применяйте мутагены, не облучайте организмы и не проводите скрещивания животных без специализированных условий.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.