6. Цитоплазматическая наследственность

Наследственность, при которой материальной основой наследования являются элементы цитоплазмы, получила название нехромосомной, или цитоплазматической. Поскольку у животных и растений цитоплазмой богата яйцеклетка, а не сперматозоид, цитоплазматическое наследование, в отличие от хромосомного, должно осуществляться по материнской линии. Основоположниками цитоплазматической наследственности были немецкие генетики К. Корренс и 3. Б а у р. Наследственные факторы локализованные в цитоплазме и ее органеллах, обозначаютстермином плазмотип.

Внеядерная наследственность подразделяется:

I. Собственно нехромосомное или цитоплазматическое наследование:

• пластидное наследование;

• наследование через митохондрии;

• цитоплазматическая мужская стерильность.

II. Предетерминация цитоплазмы.

III. Наследование через инфекцию или включения (псевдоци топлазматическая наследственность).

Тест 15

1. Фенотип зависит:

а) от генотипа;

б) от окружающей среды;

в) ни от чего не .зависит;

г) от генотипа и от окружающей среды.

2. Обладают узкой нормой реакции ... признаки.

а) качественные;

б) количественные.

3. Признаки какой изменчивости выражаются в виде вариационного ряда и вариационной кривой:

а) мутационной;

б) модификационной;

в) комбинативной?

4. Мутация возникает:

а) при скрещивании;

б) при кроссинговере;

в) внезапно в ДНК или в хромосомах.

5. Мутации:

а) всегда рецессивны;

б) всегда доминантны;

в) могут быть как доминантными так и рецессивными.

6. Мутации проявляются фенотипически:

а) в любом случае;

б) в гомозиготном организме;

в) в гетерозиготном организме.

7. По адаптивному значению мутации могут быть:

а) соматические;

б) полулетальные, летальные;

в) генные, или точечные.

8. Нонсенс-мутации — это:

а) мутации, возникающие при замене нуклеотида внутри кодона;

б) появление внутри гена терминальных кодонов;

в) мутации сдвига рамки чтения.

9. Злокачественные опухоли могут быть вызваны:

а) вирусами;

б) химическими веществами;

в) ионизирующими излучениями;

г) и вирусами, и химическими веществами, и ионизирующими излучениями. _

10. Цитоплазматическая наследственность осуществляется по:

а) материнской линии;

б) отцовской линии.

Литература

1. Р.Г.Заяц, И.В. Рачковская и др. Биология для абитуриентов. Минск, «Юнипресс», 2009г., с. 578-597.

2. Л.Н. Песецкая. Биология. Минск, «Аверсэв», 2007г., с.23-35.

3. Н.Д. Лисов, Н.А. Лемеза и др. Биология. Минск, «Аверсэв», 2009г, с.33-37.

4. Е.И. Шепелевич, В.М. Глушко, Т.В. Максимова. Биология для школьников и абитуриентов. Минск, «УниверсалПресс», 2007г., с.37-50.

ЛЕКЦИЯ 16. Селекция растений, животных и микроорганизмов.

Вопросы:

1. Предмет и задачи селекции.

2. Вавилов Н. И. о происхождении культурных растений.

3. Основные методы селекции. Гетерозис, его использование в селекции.

4. Методы селекционно-генетической работы И. В. Мичурина.

5. Достижения селекции растений и животных. Сорта культурных растений, созданные белорусскими селекционерами.

6. Основные направления-биотехнологии (микробиологическая промышленность, генная и клеточная инженерия).

1. Селекция (от лат. selectio — отбор) — наука о методах создания новых и улучшения существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов, используемых человеком.

Выведение нового сорта или породы представляет собой сложный многоступенчатый процесс, который сводится к тщательному подбору родительских пар, их скрещиванию, методическому отбору в гибридном потомстве с последующим скрещиванием отобранных форм и снова к отбору. В связи с этим современная селекционная наука включает следующие основные разделы:

1. Изучение исходного материала — сортового, породного и видового многообразия растений, животных и микроорганизмов.

2. Разработка методов и систем гибридизации на основе генетических закономерностей наследования признаков и их изменчивости.

3. Разработка методов искусственного отбора.

Породой, сортом, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта или штамма имеют сходные, наследственно закрепленные свойства, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды. Например, куры породы Леггорн имеют небольшую массу, но высокую яйценоскость.

Задачи современной селекции — повышение продуктивности сортов растений, пород домашних животных, штаммов микроорганизмов. В связи с индустриализацией и механизацией сельского хозяйства селекция направлена на создание пригодных к машинной уборке короткостебельных неполегающих сортов злаковых, сортов винограда, томатов, сортов чая, хлопчатника; выведение сортов овощей для выращивания в теплицах, на гидропонике; создание пород животных для содержания в крупных животноводческих комплексах.

2. Совершенствование сортов растений, пород домашних животных, штаммов микроорганизмов невозможно без изучения их происхождения и эволюции. Особое значение в связи с этим приобретает работа Н. И. В а в и л о в а по исследованию центров происхождения культурных растений. Вавилов организовал ряд экспедиций, где собрал ценнейший материал по расселению культурных растений на земном шаре. Вавилов установил, что родиной кукурузы является Мексика и Центральная Америка, родиной картофеля — Южная Америка. В Афганистане он нашел множество сортов мягкой пшеницы, а в Эфиопии — твердой. Он обнаружил и описал 8 центров происхождения культурных растений:

Индийский (южноазиатский тропический) — центр происхождения сортов риса, сахарного тростника, цитрусовых;

Среднеазиатский — мягкой пшеницы, бобовых и других культур;

Китайский (или восточноазиатский) — проса, гречихи, сои, хлебных злаков;

Переднеазиатский — пшеницы и ржи, а также плодоводства;

Средиземноморский — маслин, клевера, чечевицы, капусты, кормовых культур;

Абиссинский — сорго, пшеницы, ячменя;

Южномексиканский — хлопка, кукурузы, какао, тыквенных, фасоли;

Южноамериканский — центр картофеля, лекарственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево).

Знание природных условий на родине того или иного растения позволяет исключить некоторые бессмысленные направления в селекции и дает возможность осуществлять селекцию на научной базе с учетом свойств и самих растений, и влияния факторов среды на их формирование. Ценность работы Вавилова заключается в том, что он заложил основы сбора и хранения генофонда растений и создал первую в мире коллекцию генов во Всесоюзном институте растений в Ленинграде. Эта коллекция ежегодно пополняется новыми образцами, поступающими со всех континентов, и даже во время ленинградской блокады была полностью сохранена. В настоящее время она обеспечивает исходным материалом селекционеров разных стран мира.

3. Основные методы селекции

Методы	Селекция животных	Селекция растений
Подбор родительских пар	По хозяйственно-ценным признакам и по экстерьеру (совокупности фено-типических признаков)	По месту их происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных)
Гибридизация: а) неродственная (аутбридинг)	Скрещивание отдаленных пород, отличающихся контрастными признаками, для получения гетерозиготных популяций и проявления гетерозиса. Получается бесплодное потомство.	Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозисных популяций, а также высокой продуктивности
б) близкородственная (инбридинг)	Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных (чистых) линий с желательными признаками	Самоопыление у перекрестноопыляющихся растений путем искусственного воздействия для получения гомозиготных (чистых)линий
Отбор а) массовый	Не применяется	Применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений
б) индивидуальный	Применяется жесткий индивидуальный отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру	Применяется в отношении самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии — потомство одной самоопыляющейся особи
Метод испытания производителей по потомству	Используют метод искусственного осеменения от лучших самцов-производителей, качества которых проверяют по многочисленному потомству	Не применяется
Экспериментальное получение полиплоидов в	Не применяется	Применяется в генетике и селекции для получения более продуктивных, урожайных форм

Гетерозис, его использование в селекции

Более высокая жизнеспособность, продуктивность гибридов F, по сравнению со скрещиваемыми формами и выражает смысл явления гетерозиса. '

Еще в середине XVIII в. И. Кельрейтер, академик Российской Академии, знаменитый ботаник, обратил внимание на тот факт, что в отдельных случаях при скрещивании растений гибриды первого поколения значительно мощнее своих родительских форм. Новый период в изучении явления гетерозиса начинается в 20-е гг. прошлого века с работ американских генетиков Шелла, Иста, Хелла, Джонсона. В результате проведенных ими работ у кукурузы путем самоопыления были получены гибридные линии, отличающиеся сильной депрессией. Но когда Шелл скрестил между собой депрессированные линии, то неожиданно для себя получил очень мощные гибриды F,. С этих работ и началось широкое использование гетерозиса в селекционном процессе.'

Генетики предложили для объяснения гетерозиса несколько гипотез. Гипотеза доминирования разработана американским генетиком Джонсоном. В ее основе лежит признание благотворно действующих доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии:

Если у скрещиваемых форм имеется всего по два доминантных гена, то у гибрида их четыре. Это и определяет гетерозис гибрида, т. е. его преимущества перед исходными формами.

Гипотеза сверхдоминирования предложена американскими генетиками Шеллом и Истом. В ее основе лежит признание того, что гетерозиготное состояние по одному или многим генам дает преимущество перед гомозиготами по одному или многим генам.

Советский генетик В. А. Струнников предложил гипотезу компенсационного комплекса генов.

Смысл явления гетерозиса заключается в более высокой жизнеспособности, продуктивности гибридов F, по сравнению со скрещиваемыми формами.

За счет эффекта гетерозиса получают увеличение урожайности до 25—50 %.Снижение гетерозиса во втором и последующих поколениях связано с расщеплением гибридного потомства. В развитии растений и животных могут наблюдаться эффекты, напоминающие по проявлению гетерозис, но вызванные не генетическими причинами (не вследствие скрещивания), а влиянием некоторых внешних воздействий. Это так называемый физиологический гетерозис. Например, для растений установлены случаи снятия вредных, последствий самоопыления при резком изменении условий выращивания. Природа таких эффектов пока не ясна. Различают три типа гетерозиса:

• репродукционный (гибридное потомство превосходит родительские формы по плодовитости);

• соматический (в гибридном потомстве увеличивается вегетативная масса у растений и конституциональная мощность у животных);

• адаптационный (гибриды оказываются лучше приспособлены к условиям внешней среды, чем родительские формы).

4. Методы селекционно-генетической работы И. В. Мичурина

Методы		Сущность метода	Примеры
Биологически отдаленная гибридизация: а) межвидовая		Скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами	Вишня владимирская х черешня Винклера белая — вишня Краса севера (хороший вкус, зимостойкость)
б) межродовая		Скрещивание представителей разных родов для получения новых растений	Вишня х черемуха = це-рападус
Географически отдаленная гибридизация		Скрещивание представителей географически отдаленных регионов с целью привить гибриду нужные качества (вкусовые, устойчивости)	Груша дикая уссурийская х Бере рояль (Франция) = Бере зимняя Мичурина
Методы	Сущность метода		Примеры
Отбор	Многократный, жесткий: по размерам, форме, зимостойкости, иммунным свойствам, качеству, вкусу плодов и их лежкости		Продвинуто на север много сортов яблонь с хорошими вкусовыми качествами и высокой урожайностью
Метод ментора	Воспитание в гибридном сеянце желательных качеств (усиление доминирования), для чего сеянец прививается на растение воспитатель, от которого эти качества хотят получить		Бельфлер-китайка (гибрид-подвой) х Китайка (привой)=Бельфлер китайка (лежкий, позднеспелый сорт)
Метод посредника	При отдаленной гибридизации для преодоления нескрещиваемости использование дикого вида в качестве посредника		Дикий монгольский миндаль х дикий персик Давида = миндаль Посредник Культурный персик х миндаль Посредник = гибридный персик (продвинут на север)
Воздействие условиями среды	При воспитании молодых гибридов обращалось внимание на метод хранения семян, характер и степень питания; воздействие низкими температурами, бедной питанием почвой, частыми пересадками
Смешение пыльцы	Для преодоления межвидовой нескрещиваемости (несовместимости)		Смешивалась пыльца материнского растения с пыльцой отцовского, своя пыльца раздражала рыльце, и оно воспринимало чужую пыльцу