Основы селекции. Биотехнология — тренажёр для 9 класса

Раздел 1 — Определение

Селекция — это наука о методах создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, нужная человеку для получения организмов с заданными хозяйственными признаками. Теоретической основой селекции служит генетика: закономерности наследственности и изменчивости объясняют, почему признаки родителей передаются потомству и как их можно комбинировать.

Сорт, порода и штамм — это искусственно созданные популяции одного вида с закреплённой наследственностью и устойчивым комплексом полезных признаков. Вне человеческого ухода такие группы обычно вытесняются дикими формами, потому что отбирались по урожайности или продуктивности, а не по приспособленности к среде.

Место темы в курсе 9 класса — переход от чистой генетики к её практическому применению. Дальнейшее продолжение селекции — биотехнология, использование живых организмов и их частей в производстве, включая клеточную и генную инженерию.

Раздел 2 — Ключевые правила

Селекционная работа строится на трёх опорах: исходный материал, гибридизация, отбор. Убрать любую — результат недостижим.

1. Исходное разнообразие обязательно. Н. И. Вавилов установил закон гомологических рядов наследственной изменчивости и выделил центры происхождения культурных растений (например, Южноазиатский тропический — рис, сахарный тростник). Чем богаче коллекция форм, тем больше комбинаций доступно селекционеру.
2. Отбор бывает массовым и индивидуальным. При массовом отборе оставляют группу лучших особей без проверки потомства — так улучшают перекрёстноопыляемую рожь. При индивидуальном отборе потомство каждой особи оценивают отдельно и получают чистые линии — так работают с пшеницей-самоопылителем.
3. Гибридизация комбинирует признаки. Инбридинг (близкородственное скрещивание) переводит гены в гомозиготное состояние и выявляет рецидивные дефекты; аутбридинг (неродственное) даёт гетерозис — превосходство гибридов первого поколения по мощности и продуктивности.
4. Гетерозис не закрепляется. Со второго поколения гибридная мощность угасает из-за расщепления и роста доли гомозигот, поэтому гибридные семена кукурузы покупают ежегодно.
5. Мутагенез и полиплоидия создают новизну. Обработка колхицином удваивает наборы хромосом, полиплоиды крупнее и урожайнее; рентген и химические мутагены дают материал для отбора у микроорганизмов.

Раздел 3 — Разбор примеров

Пример 1. Гибридная кукуруза. Селекционер несколько поколений самоопыляет кукурузу, получая слабые чистые линии, затем скрещивает две линии между собой. Гибрид F₁ превышает родителей по урожаю на 20–30 %. Вывод: инбридинг — подготовительный этап, а не цель; гетерозис возникает при скрещивании разных гомозиготных линий.

Пример 2. Капустно-редечный гибрид Г. Д. Карпеченко. Скрещивание редьки и капусты дало стерильное растение: хромосомы разных видов не конъюгируют в мейозе. Удвоение хромосомного набора восстановило парность и плодовитость. Вывод: полиплоидия преодолевает бесплодие межвидовых гибридов.

Пример 3. Штаммы Penicillium. Исходная плесень давала мало антибиотика; после облучения рентгеном и отбора продуктивность выросла в сотни раз. Вывод: у микроорганизмов ведущий метод — искусственный мутагенез с последующим массовым отбором, так как поколения сменяются за часы.

Пример 4. Человеческий инсулин в бактерии. Ген инсулина вырезают рестриктазой, встраивают лигазой в плазмиду, плазмиду вводят в кишечную палочку. Бактерия синтезирует человеческий белок. Вывод: генная инженерия переносит отдельный ген между неродственными видами, что недоступно обычной гибридизации.

Пример 5. Безвирусный картофель. Из верхушечной меристемы вырезают клетки, свободные от вируса, и выращивают из них растения на питательной среде. Вывод: клеточная инженерия работает с целыми клетками и тканями, а не с генами.

Пример 6. Пшеница Безостая-1 П. П. Лукьяненко. Многолетний индивидуальный отбор среди гибридов дал сорт с короткой прочной соломиной и урожайностью свыше 50 ц/га. Вывод: у самоопылителей результат закрепляется в чистой линии и сохраняется в потомстве.

Раздел 4 — Таблица

Раздел 5 — Типичные ошибки

Смешение массового и индивидуального отбора. Причина — оба слова связаны со словом «лучшие». Неправильно: «массовый отбор даёт чистые линии». Правильно: чистые линии даёт только индивидуальный отбор с проверкой потомства.

Утверждение, что гетерозис наследуется. Ученик считает признак закреплённым, как у сорта. Неправильно: «семена гибрида F₁ дают такой же урожай». Правильно: в F₂ доля гомозигот растёт, эффект гаснет наполовину за поколение.

Отождествление генной и клеточной инженерии. Обе относятся к биотехнологии, но уровни разные. Неправильно: «слияние протопластов — генная инженерия». Правильно: протопласты — клеточный уровень, встраивание гена в плазмиду — генный.

Подмена инбридинга близкородственным вредом «всегда». Инбридинг рассматривают только как зло. Правильно: инбредная депрессия — побочный эффект, а сам метод необходим для получения гомозиготных линий и выбраковки скрытых мутаций.

Приравнивание сорта к виду. Неправильно: «тритикале — сорт пшеницы». Правильно: тритикале — гибрид пшеницы и ржи, новая культура, полученная полиплоидией.

Раздел 6 — Пошаговый алгоритм

1. Определите объект селекции: растение, животное или микроорганизм — от него зависит набор допустимых методов.
2. Уточните тип размножения: самоопылитель, перекрёстноопыляемое растение или животное с малым числом потомков.
3. Выберите форму отбора: массовый при перекрёстном опылении, индивидуальный при самоопылении и в животноводстве.
4. Определите тип скрещивания: инбридинг — для получения линий, аутбридинг — для гетерозиса, отдалённая гибридизация — для соединения признаков разных видов.
5. Проверьте, нужна ли полиплоидия: при стерильности межвидового гибрида добавьте обработку колхицином.
6. Решите, требуется ли биотехнология: перенос одного гена — генная инженерия, оздоровление и клонирование — клеточная.
7. Проверьте результат: назовите признак, метод и ожидаемое поколение (F₁ или закреплённый сорт) — если хотя бы один элемент не назван, ответ неполный.

Раздел 7 — Как запомнить

• «ОГМП» — Отбор, Гибридизация, Мутагенез, Полиплоидия: четыре классических метода.
• «Массовый — по мешку, индивидуальный — по семье»: в первом случае оценивают урожай в целом, во втором — потомство каждой особи.
• «Ин — внутрь, аут — наружу»: инбридинг сводит родственников (гомозиготность растёт), аутбридинг разводит (гетерозиготность растёт).
• Формула гетерозиса: максимум в F₁ → спад в F₂ → исчезновение к F₅.
• «Клетка — целиком, ген — по кусочку» — различение клеточной и генной инженерии.