Краткое содержание: Параграф § 9 / Биология 11 класс

Начало селекционной работы и одомашнивание

Началом селекционной деятельности можно считать одомашнивание диких животных (доместикацию) и введение в культуру диких растений, что началось еще в каменном веке. Доместикация – это процесс превращения диких животных в домашних (через отбор, приручение) и культивирования диких растений. Примеры: одомашнивание собаки (около 36 тыс. лет назад), козы, овцы (около 10–9 тыс. лет назад). Выращивание растений (окультуривание) началось около 10 тыс. лет назад.

Понятие и основы селекции

Селекция – это наука, занимающаяся созданием и улучшением существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с желательными свойствами. Искусственный отбор – центральный метод селекции, позволяющий выбирать особей с нужными признаками для дальнейшего размножения.

Сорт, порода и штамм – это популяции организмов (растений, животных, микроорганизмов), искусственно созданные человеком, имеющие наследственно закрепленные морфологические и физиологические признаки, определенный уровень и характер продуктивности.

Гибридизация – процесс получения потомства (гибридов) с сочетанием наследственных свойств от двух родителей, часто разнополым путем.

Методы селекции растений

• Инбридинг (близкородственное скрещивание): Приводит к повышению фенотипической гомозиготности, используется для создания чистых (инбредных) линий.
• Гетерозис (гибридная сила): Явление, при котором гибриды первого поколения обладают особой жизнеспособностью и устойчивостью к неблагоприятным условиям, часто проявляется при скрещивании разных инбредных линий.
• Полиплоидия: Увеличение числа хромосом, кратного гаплоидному набору (\( 3n \), \( 4n \), \( 6n \) и т.д.), достигается с использованием мутагенов (например, колхицина). Полиплоиды часто более продуктивны.
• Отдаленная гибридизация: Скрещивание особей, относящихся к разным видам, родам (например, гибрид пшеницы и ржи – тритикале). Межвидовые гибриды обычно не могут размножаться половым путем из-за нарушения мейоза, но могут размножаться вегетативно.

Новые направления в селекции

В XX веке появились принципиально новые методы, связанные с биотехнологией:

• Мутагенез: Искусственное увеличение скорости мутационного процесса с помощью мутагенов (радиации, химических веществ) для получения организмов с интересующими признаками.
• Клеточная инженерия: Культивирование отдельных клеток или тканей в питательных средах. Используется для синтеза веществ, получения гибридов (например, гибридома – слияние В-лимфоцитов с раковыми клетками) и размножения растений (культура тканей).
• Генная инженерия: Целенаправленный перенос генов от одного вида к другому для создания организмов с новыми, ранее не встречавшимися в природе, комбинациями наследственных признаков. Создание трансгенных организмов.

Биотехнология и ее перспективы

Биотехнология – это прикладное направление биологической науки, использующее организмы, их системы или продукты их жизнедеятельности для решения практических задач. Исторически биотехнологические процессы (хлебопечение, виноделие) известны с древних времен, но их научная сущность была выявлена лишь в XIX веке (работы Л. Пастера).

Современная биотехнология базируется на клеточной и генной инженерии. Ее перспективы связаны с решением глобальных проблем:

• Продовольственная проблема: Создание высокоурожайных сортов, устойчивых к неблагоприятным факторам, разработка биологических средств борьбы с вредителями (например, использование бактерий Bacillus thuringiensis), производство биогумуса (высокоэффективного удобрения).
• Медицина: Производство антибиотиков, ферментов, гормонов (например, инсулина с помощью генно-инженерных бактерий).
• Экологические проблемы: Биопереработка отходов, поиск альтернативных источников энергии (биотопливо).

Клонирование и синтетические организмы

• Клонирование: Воспроизведение многоклеточного организма из одной или нескольких его соматических клеток. Успешные эксперименты по клонированию овцы Долли (1997 год) показали, что ядра соматических клеток взрослых млекопитающих способны нести полную генетическую информацию для развития особи.
• Синтетические организмы: Создание организмов с искусственно синтезированным геномом (пример: «Синтия», созданная К. Вентером и коллегами в 2010 году).

Развитие биотехнологии требует соблюдения принципа биообезопасности, так как созданные новые организмы могут представлять опасность для человека.

Ключевые понятия и процессы параграфа

• Доместикация: Процесс одомашнивания диких животных и окультуривания диких растений, начало селекции.
• Селекция: Наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов (растений), пород (животных) и штаммов (микроорганизмов).
• Сорт/Порода/Штамм: Искусственно созданная популяция организмов, характеризующаяся закрепленным генофондом и определенным уровнем продуктивности.
• Искусственный отбор: Выбор человеком особей с нужными признаками для дальнейшего размножения.
• Гибридизация: Скрещивание особей для получения гибридного потомства с сочетанием наследственных свойств родителей.
• Гетерозис («Гибридная сила»): Явление повышенной жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения (\( F_{1} \)) при скрещивании неродственных линий.
• Инбридинг: Близкородственное скрещивание, ведущее к повышению гомозиготности и получению чистых линий.
• Полиплоидия: Увеличение числа хромосом, кратного гаплоидному набору (например, \( 4n \) ). Используется для повышения продуктивности растений.
• Мутагенез: Искусственное увеличение частоты мутаций с помощью мутагенов.
• Биотехнология: Прикладное направление биологии, использующее организмы, их системы или продукты жизнедеятельности для решения практических задач. Современная основа: клеточная и генная инженерия.
• Клеточная инженерия: Методы культивирования клеток и тканей, получения гибридных клеток (гибридом) и размножения растений (культура тканей).
• Генная инженерия: Методы целенаправленного переноса генов между разными видами.
• Трансгенные организмы: Организмы, в геном которых внедрены чужеродные гены.
• Клонирование: Воспроизведение многоклеточного организма из соматической клетки.
• Биообезопасность: Система мер по предотвращению потенциальной опасности биотехнологических разработок (например, трансгенных организмов) для человека и природы.

Ключевые фигуры

• Луи Пастер: Выявил научную сущность многих биотехнологических процессов (XIX век).
• Георг Кёлер и Сезар Мильштейн: Создали первые гибридомы (гибридные клетки) (1975 год).
• Крейг Вентер: Создал первый синтетический организм («Синтия») (2010 год).
• Н.И. Вавилов: Установил географические центры происхождения культурных растений.