Селекция и биотехнология
материал для подготовки к егэ (гиа) по биологии (10, 11 класс)

Селекция

Наука о создании новых и совершенствовании существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Вавилов Н.И. - собрал коллекцию семян и выделил 7 центров земледелия.

Центры происхождения культурных растений

1) Южноазиатский тропический центр: тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, острова Юго-Восточной Азии. Исключительно богат культурными растениями (около 1/3 известных видов культурных растений). Родина риса, сахарного тростника, множества плодовых и овощных культур.

2) Восточноазиатский центр: Центральный и Восточный Китай, Япония, остров Тайвань, Корея. Родина сои, нескольких видов проса, множества плодовых и овощных культур (около 20% мирового многообразия).

3) Юго-западноазиатский центр: Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Северо-Западная Индия. Родина нескольких форм пшеницы, ржи, многих зерновых, бобовых, винограда, плодовых (в нем возникло 14% мировой культурной флоры).

4) Средиземноморский центр: страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот центр дал около 11% видов культурных растений. В их числе маслины, многие кормовые растения (клевер, одноцветковая чечевица), многие овощные (капуста) и кормовые культуры.

5) Абиссинский центр: небольшой район Африканского материка с очень своеобразной флорой культурных растений, древний очаг самобытной земледельческой культуры. Родина зернового сорго, одного вида бананов, масличного растения нута, ряда особых форм пшеницы и ячменя.

6) Центральноамериканский центр: Южная Мексика. Родина кукурузы, длинноволокнистого хлопчатника, какао, ряда тыквенных, фасоли — всего около 90 видов культурных растений.

7) Андийский (Южноамериканский) центр. Включает часть районов Андийского горного хребта вдоль западного побережья Южной Америки. Родина многих клубненосных растений, и в том числе картофеля, некоторых лекарственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево и др.).

Современная селекция

Основа - искусственный отбор и гибридизация - скрещивание организмов с желательными признаками, в дельнейшем отбор из потомства тех особей, у которых наиболее выражены полезные свойства.

Селекция растений

*Массовый отбор - все растения, у которых имеются нужные свойства.

*Индивидуальный отбор

*Для получения чистых линий (гомозиготный организм) выбирают самоопыляемые растения или применяют самоопыление перекрестно опыляемых растений

*Эффект гетерозиса - гибриды первого поколения более устойчивы к неблагоприятным условиям и более урожайные, чем родительские особи.

Гетерозисная мощность в следующих поколениях снижается, большая мощность появляется из-за устранения накопившихся вредных рецессивных генов, объединение в гибридах доминантных генов родителей.

*Экспериментальная полиплоидия - увеличивают хромосомный набор в разы, т.к. полиплоиды становятся более урожайными, устойчивыми к неблагоприятным условиям, отличаются более быстрым ростом. *Искусственный мутагенез - создание мутаций и последующий отбор мутантов.

Химический мутаген - колхицин (применение у животных неэтично).

*Закон гомологичных рядов Вавилова - близкие по систематике (генетике) организмы мутируются схожим образом.

*Отдаленная гибридизация - скрещивание организмов разных видов и родов. (гибриды бесплодные, т.к. у родительских особей разное кол-во хромосом, и половые клетки не образуются)

Карпеченко - преодолел бесплодие межвидовых гибридов.

Капуста-редька;

Тритикале - гибрид пшеницы-ржи.

Мичурин - метод ментора - способ направленного развития гибридных растений при прививке (побег одного растения «пришивают» к другому растению)

Привой – растение, у которого используют стебель, листья, почки, цветы и плоды

Подвой – растение, у которого используют стебель и корневую систему

Методы селекции растений:

1) гибридизация (близкородственная (инцухт) — скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов эффекта гетерозиса; неродственная (аутбридинг) — скрещивание особей разных видов или родов с целью получения гибридов, сочетающих признаки двух разных растений;

2) искусственный отбор (массовый — отбор по фенотипу группы особей; индивидуальный — отбор единичных особей);

3) мутагенез (изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения полиплоидов и гибридов с новыми признаками);

4) культура клеток и тканей (выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов);

5) хромосомная инженерия (внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения другого сорта (вида);

6) генная инженерия (перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения другого вида (сорта), получение трансгенных растений).

Селекция животных

- отбор

Индивидуальный отбор

По экстерьеру – по внешним признакам

По потомству – отбираются самцы по признакам, которых нет у самцов. (кол-во яиц, удойность)

Используется искусственное осеменение.

- инбридинг

Близкородственное скрещивание (большое кол-во не родственных особей получить сложно, поэтому скрещивают родственных)

Неблагоприятные гены - обычно рецессивные - при близкородственном сращивании проявляются. Для устранения неблагоприятных последствий инбридинга используется "аутбридинг" - скрещивание с неродственным организмом (в 4-6 поколениях не должно быть общих предков).

Межвидовые гибриды - отдаленная гибридизация

Бесплодные гибриды

Мул - гибрид кобылы и осла.

Лошак - гибрид ослицы и жеребца.

Бестер - гибрид белуги и стерляди.

Дзо (джоомо) - гибрид коровы и яка.

Астауров Б.Л Полиплоидия шелкопряда

Методы селекции животных:

1) гибридизация (близкородственная (инбридинг) — скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с гомозиготным состоянием генов; неродственная (аутбридинг) — скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация);

2) искусственный отбор (индивидуальный отбор по хозяйственно полезным признакам и экстерьеру);

3) испытание родителей по потомству для оценки племенных качеств производителей;

4) искусственное осеменение для интенсивного использования ценных производителей;

5) полиэмбриония (получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы);

6) клеточное клонирование (клеточная инженерия);

7) генная инженерия (перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида (породы), получение трансгенных животных).

Селекция грибов и бактерий

Биотехнология - технология получения необходимых веществ из живых клеток или с их помощью.

Используют водоросли, бактерии, грибы:

-Неприхотливы.

-Быстро размножаются.

-Способны синтезировать и выделять вещества, необходимые человеку. Выделяют витамины, гормоны, ферменты, антибиотики.

Методы биотехнологии:

1) Клеточная инженерия - выращивание клеток какого-либо организма на искусственных питательных клетках.

- Гибридизация клеток

- Каллусные клетки или ткани

- Трансплантация ядер клеток;

- Выращивание клеток желез внутренней секреции для получения гормонов

- Выращивают на среде опухолевые клетки и экспериментируют с лечением

2) Генная инженерия - в организм (чаще прокариотный) встраивается ген или группа генов другого организма.

- Введение плазмид

- Рекомбинантные ДНК или РНК.

Схема создания бактериальных клеток, способных в промышленных масштабах синтезировать гормон инсулин

1 – клетка бактерии без рекомбинантной ДНК

2 – выделение из клетки плазмиды

3 – рестрикция плазмиды

4 – клетка поджелудочной железы

5 – выделенный из клетки ген инсулина (линейная ДНК)

6 – рестрикция линейной ДНК

7 – получение рекомбинантной ДНК (синтез искусственной ДНК)

8 – плазмида, содержащая ген инсулина (рекомбинантная ДНК)

9 – бактерия, производящая инсулин (генно-модифицированная клетка)

Схема клонирования высокопродуктивной коровы

1 – выделение яйцеклетки

2 – удаление ядра яйцеклетки

3 – выделение соматической клетки, несущей гены элитной породы

4 – выделение соматического ядра

5 – создание гибридной яйцеклетки (из которой разовьется клон)

6 – активация дробления и возникновение эмбриона

7 – подсадка эмбриона в корову-носительницу (суррогатную мать)

8 – получение клонов (высокопродуктивного потомства)

1 – метод получения химерных организмов

2 – метод получения полиплоидных растений