Возможности современной селекции

Введение

Селекция растений — одно из самых ранних достижений
человека. Селекция началась тогда, когда человек стал одомашнивать растения,
выращивая их в контролируемых условиях и отбирая те формы, которые обеспечивали
надёжный источник пищи.

Одним из выдающихся ученый
селекционеров, основателей селекции, был И. В. Мичурин. Он жил и работал в
уездном городе Козлове (Тамбовская губерния), переименованном в 1932 г. в
Мичуринск. Работа в саду с юных лет была его любимым делом. Он поставил целью
своей жизни обогатить сады России новыми сортами и добился осуществления этой
мечты, несмотря на невероятные трудности и лишения. 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.

В настоящее время методы Мичурина
также применяются. Однако развитие биотехнологии и биоинженерии
позволило сделать в селекции новые открытия и достижения.

Целью данной работы является
изучение селекции растений. В работе поставлены следующие задачи: рассмотрение
сущности и значения селекции растений, рассмотрение основных методов селекции,
а также рассмотрение современных достижений селекции.

Обучение на селекционера

Для того чтобы стать селекционером, необходимо получить образование в сельскохозяйственном вузе. Самый известный среди них — Российский государственный аграрный университет — МСХА им. К.А. Тимирязева.

Основные области знания, которые потребуется изучить данному специалисту: биология, химия, микробиология и генетика. Также необходимы навыки использования специального лабораторного оборудования.

Чтобы быть хорошим селекционером, необходимо также знать особенности различных видов растений и животных, закономерности генетической изменчивости, знать о том, как окружающая среда влияет на формирование видовых признаков, а также понимать закономерности и принципы наследования.

Зачем нужны селекционеры?

Наверное, начать следует с того, что без этих специалистов мир был бы совсем не таким, как мы привыкли его видеть. Ведь именно благодаря им появилось много сортов плодовых деревьев и прочих культур, они вывели новые породы домашних животных. Кстати, если раньше появление нового вида было скорее случайностью, нежели результатом усилий человека, то сегодня все совсем иначе.

Теперь селекционер – это квалифицированный специалист, способный творить чудеса. Только за последнее десятилетие они вывели более 1000 сортов пшеницы и около 100 пород сладкой груши. Отныне эти растения и деревья можно одинаково хорошо выращивать как в сухом, так и во влажном климате.

Селекция животных

Селекция животных — наука о выведении новых пород домашних и сельскохозяйственных животных, обладающих высокой продуктивностью, жизнеспособностью, устойчивостью к болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды.

❖ Особенности животных, вытекающие из природы их организма и затрудняющие и замедляющие процесс их селекции:■ животные, имеющие хозяйственное значение, размножаются только половым способом (отсутствует вегетативное размножение и самооплодотворение);■ половая зрелость у них наступает относительно поздно, и поэтому смена поколений происходит очень редко;■ самки приносят немногочисленное потомство.

❖ Исторические этапы селекции животных:■ начальный этап — одомашнивание диких предковых видов животных путем бессознательного искусственного отбора;■ следующие этапы: направленный, осознанный массовый и индивидуальный искусственный отбор и гибридизация с последующим отбором.

В селекции животных важен учет экстерьера и технологических признаков.

Экстерьер — совокупность фенотипических признаков, характеризующих наружные формы животных, их телосложение и соотношение частей тела (примеры: телосложение скаковой лошади, форма вымени коровы и др.).

Примеры технологических признаков: скорость отдачи молока, характер поведения в группе и др.).

❖ Методы селекции животных:

■ подбор подходящих родительских пар с учетом их родословных, в которых должны быть отмечены экстерьерные особенности и продуктивность в течение ряда поколений;

■ гибридизация(скрещивание) — инбридинг и последующая межлинейная гибридизация, приводящая к гетерозису (примеры: бройлерные цыплята, белая украинская степная свинья); а также внутривидовый аутбридинг (скрещивание домашних животных с дикими предками, дающее плодовитое потомство; пример: тонкорунные овцы меринос + дикий баран архар = архаромеринос) и межвидовый аутбридинг (дающий бесплодное, но представляющее хозяйственную ценность — из-за ярко выраженного гетерозиса — потомство; примеры: лошадь + осел = мул; дромадер + бактриан = нары; белуга + стерлядь = бестер и др.);

■ индивидуальный искусственный отбор по хозяйственным признакам и экстерьеру;

■ испытание производителя по потомству: от производителя получают немногочисленное потомство и сравнивают его продуктивность со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей выше, чем матерей, то это свидетельствует о ценности производителя, и его используют для дальнейшего улучшения породы;

■ искусственное осеменение (трансплантация): оплодотворенные яйцеклетки или полученные в пробирке эмбрионы ценных пород животных (крупного рогатого скота, овец и др.) вводят в матку беспородных или низкопродуктивных животных для дальнейшего развития. Это позволяет значительно ускорить селекционную работу, интенсивно использовать высокоценных племенных животных;

■ экспериментальное получение полиплоидов (применяется в селекции тутового шелкопряда): нагреванием или воздействием рентгеновских лучей добиваются слияния ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород; полиплоиды в дальнейшем размножаются партеногенезом;

■ клеточное клонирование: методом клеточной инженерии в яйцеклетках, полученных от ценных племенных животных, гаплоидные ядра замещаются диплоидными из соматических клеток. Развивающиеся зиготы имплантируются в матку жи-вотных-реципиентов; в результате получается клон особей, которые по генотипу полностью повторяют друг друга.

Селекция животных

В применяют несколько иные методы, потому что они не способны к вегетативному размножению. Используют ученые в основном индивидуальный отбор и два вида гибридизации. При родственном скрещивании наблюдается повышение гомозиготности, приводящее к вырождению вида и потере его ценных качеств. Чтобы избежать этого, селекционеры чередуют близко- и неродственное скрещивание. Ценные особи удалось получить ученым при скрещивании особей разных видов. Примерами таких достижений селекции являются гибрид осла и лошади — мул, яка и коровы — хайнак. Проблемой является то, что большинство особей, полученных от такого скрещивания, стерильны и не способны давать плодовитое потомство. Исключением из этого правила являются лигр и тигролев, самки которых способны к дальнейшему размножению.

Мир, который был замечен как наш хозяин, тогда стал нашим рабом, а затем стал нашим хозяином, и теперь мы должны признать, что это, по сути, наш симбиоз. Для Серра, паразитического человека природы и мира, сына права собственности, он взял все и ничего не дал. Принимающая Земля дала все и ничего не взяла. Правильное отношение должно основываться на взаимности. Все, что природа дает человеку, он должен восстановить.

Сегодня философия и наука уже признают единство космоса. И в этом блоке нет иерархии. Компоненты атомов и атомных частиц являются динамическими структурами, которые не существуют как изолированные объекты, а как части неразрывной сети взаимодействий. Современные физики говорят нам, что вся материя — как на Земле, так и в космическом пространстве — участвует в непрерывном космическом танце. Все в космосе связано со всем остальным, и никакая его часть не является фундаментальной. Свойства любой части определяются не каким-то фундаментальным законом, а свойствами всех других частей.

Исторические сведения

Деятельность селекционера связана с двумя областями — генетикой и биологией. Его труд имеет большое значение для промышленной, медицинской, сельскохозяйственной и иных отраслей. С древности отмечали, что растения, которые прорастают из наиболее крупных зерен, получаются особенно большими. Селекционеры в те времена вывели многие ценные сорта:

• плодово-ягодных деревьев и кустарников;
• винограда;
• бахчевых;
• пшеницы.

В 1774 году около Парижа начала свою работу селекционная фирма «Вильморен». В период становления капитализма с XVIII по XIX вв. в Европе и Северной Америке появились промышленные фирмы по продаже семян и крупные селекционно-семеноводческие организации. Тогда же была впервые запущена промышленная селекция сельскохозяйственных растений. Ее активному развитию способствовали достижения микробиологии и ботаники.

Прошлое столетие позволило достичь выдающихся целей. Автором исследовательской базы селекции в России стал Николай Иванович Вавилов (1887—1943). Большой рывок вперед в становлении генетики произошел благодаря известному российскому агроному-селекционеру Ивану Владимировичу Мичурину. Знаменитый на весь мир русский специалист вывел множество видов плодово-ягодных культур. Он же первым сделал селекцию способом отдаленной гибридизации.

Роль селекции растений в органическом сельском хозяйстве

Критики органического сельского хозяйства заявляют, что оно слишком низкоурожайное, чтобы быть жизнеспособной альтернативой традиционному сельскому хозяйству. Однако отчасти такая низкая производительность может быть результатом выращивания плохо адаптированных сортов. Подсчитано, что более 95% органического сельского хозяйства основано на традиционно адаптированных сортах, даже несмотря на то, что производственная среда в органических и традиционных системах земледелия сильно отличается из-за их отличительных методов управления. В частности, у органических фермеров меньше ресурсов, чем у традиционных производителей, чтобы контролировать свою производственную среду. Селекция сортов, специально адаптированных к уникальным условиям органического сельского хозяйства, имеет решающее значение для того, чтобы этот сектор полностью реализовал свой потенциал. Для этого требуется отбор по таким чертам, как:

• Эффективность использования воды
• Эффективность использования питательных веществ (особенно азота и фосфора )
• Конкурентоспособность сорняков
• Устойчивость к механической борьбе с сорняками
• Устойчивость к вредителям / болезням
• Раннеспелость (как механизм избегания особых стрессов)
• Устойчивость к абиотическому стрессу (например, засуха, засоление и т. Д.)

В настоящее время немногие селекционные программы направлены на органическое сельское хозяйство, и до недавнего времени те, которые действительно касались этого сектора, в основном полагались на косвенный отбор (т. Е. Отбор в традиционных средах по признакам, которые считаются важными для органического сельского хозяйства). Однако, поскольку разница между органической и обычной средой велика, данный генотип может работать по-разному в каждой среде из-за взаимодействия между генами и окружающей средой (см. Взаимодействие между генами и средой ). Если это взаимодействие является достаточно серьезным, важный признак, необходимый для органической среды, может не проявиться в обычной среде, что может привести к отбору плохо адаптированных особей. Чтобы гарантировать выявление наиболее адаптированных сортов, сторонники органической селекции теперь поощряют использование прямого отбора (то есть отбора в целевой среде) по многим агрономическим признакам.

Существует множество классических и современных методов селекции, которые можно использовать для улучшения сельскохозяйственных культур в органическом сельском хозяйстве, несмотря на запрет на генетически модифицированные организмы . Например, контролируемые скрещивания между индивидуумами позволяют рекомбинировать желаемые генетические вариации и передавать их потомству через естественные процессы. Отбор с помощью маркеров также можно использовать в качестве диагностического инструмента для облегчения отбора потомства, обладающего желаемым признаком (признаками), что значительно ускоряет процесс разведения. Этот метод оказался особенно полезным для внедрения генов устойчивости в новые фоны, а также для эффективного отбора множества генов устойчивости, объединенных пирамидой в одного человека. К сожалению, в настоящее время недоступны молекулярные маркеры для многих важных признаков, особенно сложных, контролируемых многими генами.

3.1. Современные проблемы селекции растений

Назрел целый ряд других важнейших
задач, которые требуют решения. Вот тезисное изложение, на мой взгляд, основных
из них.

Во-первых, длительное время не
удается традиционными методами преодолеть барьер по созданию комплексно
устойчивых сортов и гибридов сельскохозяйственных растений к вредным организмам
и экологическим стрессам, и в первую очередь к засухе.

Во-вторых, не преодолено важнейшее
противоречие между продуктивностью и устойчивостью сельскохозяйственных
растений. Это резко сокращает эффективность трансгрессивной селекции,
позволяющей привлекать для решения этой сверхзадачи генетически отдаленные
формы.

В-третьих, не реализованы
возможности генетики и геномики в целях осуществления стратегического
прорыва в планировании и осуществлении селекционных проектов и программ на
основе принципов районирования эффективных генов по природно-экологическим
зонам и нишам страны. А это необходимо в связи с усиливающейся эпифитотийной и острозасушливой ситуацией, которая ведет к
огромному экономическому ущербу в агропромышленном комплексе и в стране в
целом.

В-четвертых, не в полной мере
использованы в селекции результаты столетних отечественных и зарубежных исследований
по изучению механизмов регуляции и саморегуляции продуктивности и устойчивости растений к
засухе, низким температурам, засолению и кислотности почв, избыточному
увлажнению и другим негативным процессам.

В-пятых, не используются
тридцатилетние мировые и национальные достижения в области биоинженерии и биотехнологии для эффективного трансгеноза, недооценивается их роль в селекции растений на
устойчивость к стрессовым факторам среды, и прежде всего к вредным организмам и
засухе.

В-шестых, не будучи истребованными,
новейшие генетические, биотехнологические, физиологические и другие открытия и
технологии устаревают, масштабы исследований в этих новейших областях науки,
особенно в условиях финансового кризиса, сокращаются.

Все это ведет к дальнейшему отставанию
в развитии теоретических исследований и к потере их приоритетности.

В итоге в практической селекции
зерновых и других культур в России наметились весьма ощутимые отрицательные
тенденции, которые могут снизить темпы эффективности всего селекционного процесса.

К основным их проявлениям можно
отнести сокращение масштабов и темпов методического обновления селекционных
программ, вследствие чего из года в год используются одни и те же методы
исследования и создания новых сортов и гибридов. Идет свертывание работ, полное
закрытие отделов, лабораторий и групп по теоретическим исследованиям в области
генетики, физиологии, биохимии, биотехнологии, иммунитета и по другим важнейшим
разделам и направлениям. Ослаблена работа по созданию отечественных линий
сортов и гибридов, генетически устойчивых к опасным патогенам, вредителям и стрессовым факторам среды.
Нежелательная «стабилизация» генетической базы селекции является
главной причиной отсутствия прорывов в селекционном деле.

Н.И. Вавилов создал фундаментальный
труд «Теоретические основы селекции растений», который и сегодня
актуален. Главное место в работах Вавилова отводится генетическому разнообразию
растений, генисточникам и теории иммунитета. Закон гомологических
рядов был предложен как вектор поиска необходимых для селекции генисточников. Иммунная система растений рассматривается
как сложный, комплексный генетически детерминированный механизм самозащиты
организма от патогенов и стрессовых факторов среды.
Н.И. Вавилов отдавал должное физиологии устойчивости и продуктивности растений,
опираясь прежде всего на достижения российской школы физиологов растений.

Состояние мировой и российской
фундаментальной науки сегодня позволяет значительно расширить масштабы ее
применения и использования в практической селекции растений и сделать новый
качественный скачок в ее развитии.

Чем занимаются селекционеры?

Теоретической основой селекции является генетика
. Знание ее законов позволяет селекционеру осознанно управлять мутациями, прогнозировать результаты скрещивания различных видов (гибриды), предсказывая видовые признаки будущего потомства у животных и новых сортов у растений.

Таким образом, селекция
— это использование знаний, полученных с помощью генетики, на практике. Генетика изучает строение ДНК, хромосом, генов, особенности их наследования и т.п. Селекция отвечает на вопрос о том, как вывести, к примеру, морозоустойчивые сорта пшеницы или фруктовые деревья, дающие большой урожай, животных с особенно красивым и теплым мехом, а также она занимается разработкой и созданием новых штаммов микроорганизмов, необходимых для создания более эффективных вакцин и лекарственных препаратов и др.

История возникновения профессии

Селекционер — вероятно, одна из самых древних специальностей на земле. Разумеется, первые селекционеры ничего не знали о генетике и действовали методом проб и ошибок, приручая диких животных, выводя новые породы домашнего скота и птицы, выращивая плодовые культуры.

Если приглядеться, то вы обнаружите, что открытия этой науки сопровождают нас на каждом шагу. Это противовирусные и антибактериальные препараты, продукты, которые мы ежедневно употребляем в пищу, любимый сорт яблок или роз, растущий на даче, порода вашей собаки

Возможно, многие не задумываются о важности работы селекционеров, однако их открытия изменяют мир вокруг нас

Особенности работы

Чтобы разобраться, зачем необходим этот специалист, следует ознакомиться со спецификой его работы. Агроном-селекционер занимается научно-исследовательской деятельностью в области селекции и генетики сельскохозяйственных культур. Специалист формирует высокоурожайные и высококачественные сорта, используя инновационные технологические методы. Он:

• определяет качество зерна, плодоовощного продукта, промышленных культур с целью их последующей продажи;
• изучает посевные свойства семян;
• подготавливает посевной материал к посеву.

Он также:

1. Следит за строгим сохранением готовой продукции и посадочного материала.
2. Напрямую участвует в контрольных осмотрах посевов и сборе урожая.
3. Выбирает технологические приемы для обработки грунта и охраны сельскохозяйственных культур от сорняков.
4. Предопределяет прогноз риска от метеорологических явлений (холодная погода, продолжительные сильные дожди, засушливые периоды).

Совместная селекция растений

Совместное селекция растений (PPB) — это когда фермеры участвуют в программе улучшения сельскохозяйственных культур с возможностью принимать решения и вносить свой вклад в исследовательский процесс на разных этапах. Совместные подходы к улучшению сельскохозяйственных культур также могут применяться, когда биотехнологии растений используются для улучшения сельскохозяйственных культур. Местные сельскохозяйственные системы и генетическое разнообразие развиваются и укрепляются за счет улучшения сельскохозяйственных культур, в котором совместное улучшение сельскохозяйственных культур (PCI) играет большую роль. PPB повышается за счет знаний фермеров о требуемом качестве и оценке целевой среды, которая влияет на эффективность PPB.

Разведение и продовольственная безопасность

Чтобы сельское хозяйство процветало в будущем, необходимо внести изменения для решения возникающих глобальных проблем. Эти проблемы включают нехватку пахотных земель, все более суровые условия возделывания сельскохозяйственных культур и необходимость поддержания продовольственной безопасности, что предполагает возможность обеспечить население планеты достаточным питанием. Культуры должны иметь возможность созревать в различных средах, чтобы обеспечить доступ во всем мире, что предполагает решение проблем, включая устойчивость к засухе. Было высказано предположение, что глобальные решения достижимы посредством процесса селекции растений с его способностью отбирать определенные гены, позволяющие культурам работать на уровне, который дает желаемые результаты.

Урожай

С ростом населения необходимо увеличивать производство продуктов питания. По оценкам, к 2050 году необходимо увеличить производство продуктов питания на 70%, чтобы выполнить Декларацию Всемирного саммита по продовольственной безопасности. Но в связи с деградацией сельскохозяйственных земель простое выращивание сельскохозяйственных культур больше не является жизнеспособным вариантом. В некоторых случаях новые сорта растений могут быть выведены путем селекции растений, которые обеспечивают повышение урожайности, не полагаясь на увеличение площади земель. Пример этого можно увидеть в Азии, где производство продуктов питания на душу населения увеличилось вдвое. Это было достигнуто не только за счет использования удобрений, но и за счет использования более качественных культур, специально созданных для данной местности.

Пищевая ценность

Селекция растений может способствовать глобальной продовольственной безопасности, поскольку это рентабельный инструмент повышения питательной ценности кормов и сельскохозяйственных культур. Повышение питательной ценности кормовых культур за счет использования аналитической химии и технологии ферментации рубца было зарегистрировано с 1960 г .; Эта наука и технология дали селекционерам возможность проверить тысячи образцов за небольшой промежуток времени, а это означает, что селекционеры могли быстрее идентифицировать высокопроизводительный гибрид. Генетическое улучшение заключалось в основном в перевариваемости сухого вещества in vitro (IVDMD), что привело к увеличению на 0,7-2,5%, при увеличении IVDMD всего на 1% один Bos Taurus, также известный как мясной крупный рогатый скот, сообщил об увеличении суточного прироста на 3,2%. Это улучшение указывает на то, что селекция растений является важным инструментом в переводе сельского хозяйства будущего на более продвинутый уровень.

Экологические стрессоры

Селекция гибридных культур стала чрезвычайно популярной во всем мире в борьбе с суровыми условиями окружающей среды

Из-за продолжительных периодов засухи и отсутствия воды или азота устойчивость к стрессу стала важной частью сельского хозяйства

Селекционеры сосредоточили свое внимание на определении культур, которые обеспечат урожайность в этих условиях; способ добиться этого — найти сорта культуры, устойчивые к засушливым условиям с низким содержанием азота

Из этого очевидно, что селекция растений имеет жизненно важное значение для выживания сельского хозяйства будущего, поскольку она позволяет фермерам выращивать устойчивые к стрессу культуры, тем самым повышая продовольственную безопасность. В странах с суровыми зимами, таких как Исландия , Германия и дальше на восток в Европе, селекционеры занимаются селекцией на устойчивость к морозам, постоянному снежному покрову, морозно-засухе (высыхание от ветра и солнечной радиации под морозом) и высоким уровням влажности

в почве зимой.

В странах с суровыми зимами, таких как Исландия , Германия и дальше на восток в Европе, селекционеры занимаются селекцией на устойчивость к морозам, постоянному снежному покрову, морозно-засухе (высыхание от ветра и солнечной радиации под морозом) и высоким уровням влажности. в почве зимой.

Основные методы селекции

Что служит предметом селекции, мы выяснили. Но поскольку все изучаемые организмы значительно отличаются между собой по структуре и особенностям, к каждому из них применяются различные группы методов. С давних времен еще неосознанно человек использовал отбор. В селекции это основной метод. Наряду с ним используют гибридизацию и действие мутагенов. На современном этапе развития применяют принципиально новые экспериментальные методы — генную и клеточную инженерию.

Монтень полагал, что Творец поставил нас на землю, чтобы служить ему, и животные подобны нашей семье. Он проповедовал уважение не только к животным, но и к деревьям и растениям. Монтень сказал, что мужчинам мы обязаны правосудием, но для животных у нас есть забота и доброжелательность.

Руссо приписывал обществу происхождение всех зол и институт неравенства. В своей 7-й прогулке в книге «Мечты одинокого ходунки» он критикует использование животных в экспериментах и ​​мнение растений как полезную полезность при изготовлении лекарств. И он говорит, что никогда не думал, что наука способствовала счастью жизни. Руссо укрылся в природе, чтобы избежать воспоминаний о людях и нападениях плохого.