Особливості селекції рослин

 
1. Особливості селекції рослин 
 
Основними методами селекції рослин є гібридизація і штучний добір, які здебільшого застосовують одночасно. Д одержання великої кількості вихідного матеріалу селекційній роботі використовують різні форми штучного добору: масовий та індивідуальний. У селекції рослин застосовують різні форми гібри¬дизації: споріднене, неспоріднене і міжвидове схрещу¬вання. Як вам уже відомо, міжвидові гібриди рослин часто безплідні. Проте їх можна розмножувати веге¬тативно або за допомогою самозапилення. Крім того, безпліддя міжвидових гібридів рослин долають, по¬двоюючи кількість хромосом, тобто створюючи поліплоїдні форми. Ці форми порівняно з вихідними диплоїдними, мають більші розміри, підвищені жит¬тєздатність і продуктивність. Поліплоїдні набори хро¬мосом (порівняно зі спорідненими дикими видами) мають різні культурні рослини: картопля, суниці са¬дові, деякі сорти, цукрового бурята, м'якої пшениці тощо. Останнім часом створено високопродуктивні поліплоїдні сорти жита, гречки, кукурудзи, проса: льону, кавунів тощо. 
Широко застосовують у селекції рослин щеплення - особливий спосіб штучного об'єднання частин різних рослин. Нагадаємо, що частину рослини, яку прищеп¬люють, називають прищепою, а рослину, до якої її прищеплюють, — підщепою. Щеплення відрізняєть¬ся від справжньої гібридизації тим, що приводить лише до неспадкових змін фенотипу прищепленої рос¬лини, оскільки генотипи прищепи й підщепи не змінюються. Щеплення застосовують з різною метою. Насамперед для підсилення бажаних змін фенотипу внаслідок поєднання властивостей прищепи й підще¬пи і поширення їх на весь новостворений організм. На¬приклад, прищеплення до зимостійкої дички живців від південних високопродуктивних сортів плодових культур забезпечує поєднання високих смакових яко¬стей прищепи з холодостійкістю підщепи. Саме так відомий російський селекціонер І.В. Мічурін створив новий сорт груші бере зимова, районований у середній смузі Росії та на півночі України. 
Більшість сортів плодових культур є наслідком му¬тацій у нестатевих клітинах, тому при розмноженні насінням вони повертаються до фенотипів батьківсь¬ких форм. Отже, єдиними способами підтримати їхні властивості є або вегетативне розмноження, або щеп¬лення до дички. 
Унаслідок взаємодії прищепи й підщепи дістають нові корисні властивості, які можна використовувати в подальшій селекційній роботі. 
Корисні властивості гібридів, одержані внаслідок щеплення, слід постійно підтримувати, періодично проводячи повторні щеплення, щоб уникнути виро¬дження сорту.  
У селекції рослин різні форми гібридизації застосо¬вують спільно з дією мутагенних факторів. Подаль¬шим добором серед мутантних нащадків створюють сотні нових сортів культурних рослин (пшениці, жита, ячменю, кукурудзи тощо), які за низкою показників переважають вихідні форми. 
 
2. Особливості селекції тварин 
 
У селекції тварин застосовують ті самі методи, що і в селекції рос¬лин, проте є і певні відмінності, пов'язані з особливос¬тями організму тварин. Так, свійським хребетним тваринам притаманне лише статеве розмноження, тому безплідних міжвидових гібридів не можна роз¬множувати вегетативно. В селекції тварин, як прави¬ло, не застосовують масовий добір, оскільки кількість нащадків у них незначна і тому кожна особина стано¬вить собою певну цінність. 
Організм тварини мас високий ступінь інтеграції, тому в селекційній роботі слід враховувати те, що у разі зміни певної ознаки можуть змінюватися й інші, пов'язані з нею. В селекції тварин застосовують як спо¬ріднене схрещування (для переведення певних генів у гомозиготний стан), так і неспоріднене чи віддале¬ну гібридизацію (для створення нових порід). Оскільки споріднене схрещування часто знижує життєздатність організмів, його застосовують лише як певний етап у селекційній роботі. Негативні його наслідки усувають за допомогою схрещування представників різних ліній або порід, що сприяє переведенню несприятливих реце¬сивних алелей у гетерозиготний стан. 
Широко використовують у селекції тварин і явище гетерозису. Наприклад, схрещуючи дюрокджерсійську і беркширську породи свиней, одержують нащадків, які за неповний рік досягають маси до 300 кг і більше, а схрещуючи м'ясні породи курей - корніш з білим плімутроком — скороспілих бройлерів. 
Проте спадкові ознаки тварин, які цікавлять люди¬ну, в особин однієї зі статей можуть не проявлятися. Наприклад, у самців великої рогатої худоби не про¬являються такі ознаки, як молочність і жирномо¬лочність, у півнів - несучість. Тому для з'ясування цих властивостей застосовують метод визначення яко¬стей плідників за якостями їхніх нащадків. Він полягає в тому, що від плідників певної статі одержу¬ють нащадків протилежної статі й порівнюють їхню продуктивність із середніми показниками по породі. Якщо вони виявляться вищими, то таких плідників можна використовувати у подальшій селекційній ро¬боті. Але час використання таких плідників може бути обмеженим, оскільки перевірка їхніх якостей за якос¬тями нащадків триває роками. Щоб не залежати від цього, в селекції тварин статеві клітини плідників зберігають при пониженій температурі, а потім за до¬помогою штучного осіменіння дістають потрібну кількість нащадків. 
Останнім часом зародків цінних порід тварин одер¬жують штучно (як кажуть, «у пробірці»), а згодом для подальшого розвитку пересаджують у матку самки іншої породи. Це дає можливість дістати велику кількість нащадків з новими або цінними для люди¬ни ознаками. 
 
3. Селекція мікроорганізмів 
 
Мікроорганізми (прокаріоти і деякі мікро¬скопічні еукаріоти, наприклад дріжджі) нині широко використовують у різних галузях народного господар¬ства. За допомогою мікроорганізмів людина виробляє різноманітні антибіотики, вітаміни, амінокислоти, гормони тощо. Дріжджі використовують у хлібопе¬карській, спиртовій, виноробній промисловості, у пи¬воварінні тощо. Виведено гриби, здатні синтезувати кормові білки з відходів рослинництва і навіть нафти. Мікроорганізми виробляють основну кількість харчової лимонної кислоти. Створено штами мікро¬організмів, які можуть вилучати рідкоземельні еле¬менти й дорогоцінні метали з руд і промислових відходів. Для виробництва необхідних речовин і пре¬паратів створена окрема галузь промисловості - мікро¬біологічна. Мікроорганізми застосовують і у боротьбі зі шкідниками сільського і лісового господарств, а та¬кож кровосисними та паразитичними видами. 
Мікроорганізми мають низку особливостей, які вар¬то враховувати в селекційній роботі. Насамперед бага¬тьом із них не властивий статевий процес, і тому щодо них неможливо застосувати звичайну гібридизацію. Для збільшення різноманітності вихідного матеріалу використовують дію мутагенних факторів, а потім відбирають найпродуктивніші штами для подальшої селекційної роботи. У деяких випадках проводять штучне схрещування різних штамів за допомогою ві-русів-бактеріофагів, здатних переносити спадкову інформацію від однієї бактеріальної клітини до іншої. 
Багато мікроорганізмів має гаплоїдний набір хро¬мосом або кільцеву молекулу ДНК (прокаріоти), що дає змогу мутаціям проявлятися вже в першому по¬колінні нащадків. А завдяки швидким темпам роз¬множення мікроорганізмів можна одержувати значну кількість нащадків.  
У селекції мікроорганізмів широко застосовують методи генетичної і клітинної інженерії.

БІОТЕХНОЛОГІЯ (від грецької. bios - життя, techne - мистецтво, майстерність і logos - слово, навчання), використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві. Біотехнологія - міждисциплінарна га-лузь, що виникнла на стику біологічних, хімічних і технічних наук. С роз-витком біотехнології пов'язують вирішення глобальних проблем людства - ліквідацію недостачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стана охорони здоров'я і якості навколишнього середовища.

Історія біотехнології

З найдавніших часів людина використовувала  біотехнологічні проце-си при хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві і т.п., але лише завдяки роботам Л. Пастера в середині 19 ст., що доказали зв'язок процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40-50-ті роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера ан-тибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створен-ню мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro формально пов'язане народ-ження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетич-ної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити не-обхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрямки визначили образ нової біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина використовувала протягом тися-чоріч. Показательно, що в 70-е рр. одержав поширення і самий термін "биотехнология". З цього часу биотехнология нерозривно пов'язана з мо-лекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За стислий період свого розвитку (25-30 років) су-часна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів, але і продемон-струвала необмежені можливості використання організмів і біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного господарства.

Біотехнологія в медицині

У медицині біотехнологічні прийоми  і методи грають головну роль при  створенні нових біологічно активних речовин і лікарських препаратів, призначених для ранньої діагностики і лікування різноманітних захворю-вань. Антибіотики - найбільший клас фармацевтичних сполук, одержання яких здійснюється за допомогою мікробіологічного синтезу. Створено ге-ноиіженерні штами кишкової палички, дріжджей, що культивуються клітин ссавців та комах, використовувані для одержання зрістового гормону, інсуліну й інтерферону людини, різноманітних ферментів і противірусних вакцин. Змінюючи нуклеотидну послідовність у генах, що кодирують відповідні білки, оптимизуюютт структуру ферментів, гормонів і антигенів (так наз. білкова інженерія). Найважливішим відкриттям стала розроблена в 1975 Р. Келером і С. Мільштейном техніка використання гібридом для одержання моноклональних антитіл бажаної специфічності. Монокло-нальні антитіла використовують як унікальні реагенти, для діагностики і лікування різноманітних захворювань.

Біотехнологія в сільському господарстві

Внесок біотехнології в сільськогосподарське виробництво полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин і тварин і розробці нових технологій, що дозволяють підвищити ефективність сільського господар-ства. У багатьох країнах методами генетичної і клітинної інженерії ство-рені високопродуктивні і стійкі до шкідників, хворобам, гербіцидам сорту сільськогосподарських рослин. Розроблена техніка оздоровлення рослин від накопичених інфекцій, що особливо важливо для вегетативно що розмножуються культур (картопля й ін.). Як одна з найважливіших про-блем біотехнології у усьому світі широко досліджується можливість керу-вання процесом азотфіксації, у тому числі можливість уведення генів азотфіксації в геном корисних рослин, а також процесом фотосинтезу. Ведуться дослідження з поліпшення амінокислотного складу рослинних білків. Розробляються нові регулятори росту рослин, мікробіологічні засо-би захисту рослин від хвороб і шкідників, бактеріальні добрива. Ге-ноінженерні вакцини, сироватки, моноклональні антитіла використовують для профілактики, діагностики і терапії основних хвороб сільськогосподарських тварин. У створенні більш ефективних технологій племінної справи застосовують геноінженерний гормон росту, а також техніку трансплантації і мікроманіпуляцій на ембріонах домашніх тварин. Для підвищення продуктивності тварин використовують кормовий білок, отриманий мікробіологічним синтезом.

Біотехнологія у виробництві

Біотехнологічні процеси з використанням  мікроорганізмів і ферментів  уже на сучасному технічному рівні  широко застосовують у харчовій промисловості. Промислове вирощування мікроорганізмів, рослинних і тваринною клітин використовують для одержання багатьох цінних сполук - ферментів, гормонів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків, метанола, органічних кислот (оцтової, лимонної, молочної) і т.д. За допомогою мікроорганізмів проводять биотрансформацию одних органічних сполук в інші (наприклад, сорбіта у фруктозу). Широке застосування в різноманітних виробництвах одержали імобілізовані ферменти. Для виділення біологічно активних речовин зі складних сумішей використову-ють моноклональні антитіла. А. С. Спіріним у 1985-88 розроблені принци-пи безклітинного синтезу білка, коли замість клітин застосовуються спеціальні біореактори, що містять необхідний набір очищених клітинних компонентів. Цей метод дозволяє одержувати різні типи білків і може бути ефективним у виробництві. Багато промислових технологій заміняються технологіями, що використовують ферменти і мікроорганізми. Такі біотехнологічні методи переробки сільськогосподарських, промислових і побутових відходів, очищення і використання стічних вод для одержання біогазу і добрив. У ряді країн за допомогою мікроорганізмів одержують етиловий спирт, що використовують як пальне для автомобілів (у Бра-зилії, де паливний спирт широко застосовується, його одержують із цук-рового очерету й інших рослин). На спроможності різноманітних бактерій перекладати метали в розчинні сполуки або накопичувати їх у собі засно-ваний витяг багатьох металів із бідних руд або стічних вод.

***

Подальший прогрес людства багато в чому пов'язаний із розвитком біотехнології. Водночас необхідно враховувати, що неконтрольоване поширення геноінженерних живих організмів і продуктів може порушити біологічний баланс у природі і являти загрозу здоров'ю людини.

сторія біотехнології

З найдавніших часів людина використовувала  біотехнологічні процеси при  хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві і т.п., але лише завдяки роботам Л. Пастера в середині 19 ст., що доказали зв'язок процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40–50-ті роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. У 60–70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro формально пов'язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрямки визначили образ нової біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина використовувала протягом тисячоріч. Показово, що в 1970-ті рр. одержав поширення і самий термін біотехнологія. З цього часу біотехнологія нерозривно пов'язана з молекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За стислий період свого розвитку (25–30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів, але і продемонструвала необмежені можливості використання організмів і біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного господарства.

Застосування

Біотехнологія застосовується навколо  нас у багатьох предметах щоденного  вжитку — від одягу, який ми носимо, до сиру, який ми споживаємо. Протягом століть фермери, пекарі та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та продуктів харчування — пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин — одним з останніх прикладів цього. Сьогодні біотехнологія використовує сучасні наукові методи, які дозволяють покращити чи модифікувати рослини, тварини, мікроорганізми з більшою точністю та передбачуваністю.

Споживачі повинні мати можливість вибору з  якомога ширшого переліку безпечних  продуктів. Біотехнологія може надати споживачам можливість такого вибору — не лише в сільському господарстві, але також в медицині та паливних ресурсах.

Переваги біотехнологій

Біотехнологія пропонує величезні  потенційні переваги. Розвинуті країни та країни, що розвиваються, повинні бути прямо зацікавлені у підтримці подальших досліджень, спрямованих на те, щоб біотехнологія могла повністю реалізувати свій потенціал.

Біотехнологія допомагає довкіллю. Дозволяючи фермерам зменшити кількість пестицидів та гербіцидів, біотехнологічні продукти першого покоління призвели до зменшення їх використання в сільськогосподарській практиці, а майбутні продукти біотехнологій повинні принести ще більше переваг. Зменшення пестицидного і гербіцидного навантаження означає менший ризик токсичного забруднення грунтів та грунтових вод. Окрім того, гербіциди,які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими рослинами, часто є більш безпечними для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління, на зміну яким вони приходять. Культури, виведені методами біоінженерії, також ведуть до ширшого застосування безвідвальної обробки грунту, що в кінцевому рахунку призводить до зменшення втрат родючості грунту.

Величезний потенціал біотехнологія має і в боротьбі з голодом. Розвиток біотехнологій пропонує значні потенційні переваги для країн, що розвиваються, де понад мільярд жителів планети живуть в бідності та страждають від хронічного голоду. Через зростання врожайності та виведення культур, стійких до хвороб та посухи, біотехнологія може зменшити брак їжі для населення планети, яке станом на 2025 рік складатиме понад 8 мільярдів чоловік, що на 30% більше ніж сьогодні. Вчені створюють сільськогосподарські культури з новими властивостями, які допомагають їм виживати у несприятливих умовах посух та повеней.

Біотехнологія допомагає боротися з хворобами. Розвиваючи та покращуючи медицину, вона дає нові інструменти  у боротьбі з ними. Саме біотехнологія  дала нам медичні методи лікування  кардіологічних хвороб: склерозу, гемофілії, гепатиту, та СНІДу. Сьогодні створюються біотехнологічні продукти харчування, які зроблять дешевими та доступними для найбіднішої частини населення планети життєво необхідні вітаміни та вакцини.

Біотехнологія може привнести значні переваги у сферу охорони здоров’я. Збільшуючи поживну цінність їжі, біотехнологія  може використовуватися для покращення якості харчування. Наприклад, зараз створюються сорти рису та кукурудзи з підвищеним вмістом білків. У майбутньому споживачі зможуть скористатися олією із зменшеним вмістом жирів, яку буде отримано з генетично модифікованих кукурудзи, сої, ріпаку. Крім того, генетична інженерія може використовуватися для виробництва продуктів харчування з підвищеним рівнем вітаміну А, що допоможе розв’язати проблему сліпоти у країнах, що розвиваються. Генетична інженерія також пропонує інші переваги для здоров’я, адже сьогодні створено методи, які дозволяють видаляти певні алергенні протеїни з продуктів харчування або уникати їх передчасного псування.