Естествознание. Базовый уровень. 11 класс - Сергей Титов

Рис. 214 Межвидовые гибриды у животных: А – хонорик (гибрид хорька и норки); Б – бестер (гибрид белуги и стерляди)

Например, один сорт растений обладает высокой продуктивностью, но легко заражается грибковыми болезнями, а другой, обладая высокой устойчивостью к заболеваниям, производит гораздо меньше семян. Скрещивая эти два сорта, в потомстве можно получить различные сочетания признаков, среди которых будут высокопродуктивные и одновременно устойчивые к заражению растения.

Отдалённая гибридизация заключается в скрещивании разных видов. В растениеводстве с помощью отдалённой гибридизации создана новая зерновая культура – тритикале (гибрид ржи с пшеницей).

Классическим примером межвидовых гибридов в животноводстве является мул, полученный при скрещивании осла с кобылицей, который значительно превосходит родителей по выносливости и работоспособности (рис. 210). В Казахстане методом межвидовой гибридизации диких горных баранов архаров с тонкорунными овцами была создана знаменитая архаромериносная порода овец.

Однако применение межвидовых скрещиваний имеет определённые сложности, потому что получаемые гибриды часто оказываются бесплодными (стерильными) или низкоплодовитыми. Сейчас существуют разные способы решения этой проблемы. В селекции растений способ получения плодовитых отдалённых гибридов методом полиплоидии впервые разработал известный российский учёный Георгий Дмитриевич Карпеченко (1899–1942).

При скрещивании разных пород животных или сортов растений, а также при межвидовых скрещиваниях в первом поколении у гибридов повышается жизнеспособность и наблюдается мощное развитие. Явление превосходства гибридов по своим свойствам родительских форм получило название гетерозиса или гибридной силы (рис. 211).

Нередко в растениеводстве получают и полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Широко распространены полиплоидные сорта клевера, сахарной свёклы, ржи, гречихи (рис. 212).

К одному из современных направлений селекции относится искусственный мутагенез.

Рис. 211. Пример гетерозиса у кукурузы

Рис. 212. Растения гречихи: А – диплоидное (2n = 16); Б – тетраплоидное(4n = 32)

Как известно, спонтанные мутации в природе возникают чрезвычайно редко, а поэтому селекционеру приходится ждать очень долго, иногда всю жизнь, пока в его хозяйстве не появится растение с желательной мутацией. Но мутационный процесс можно значительно ускорить, если использовать факторы, увеличивающие частоту мутаций, т. е. мутагенные факторы. Мы уже говорили об этих факторах, ими могут быть различные виды электромагнитного излучения, изменение температуры или некоторые химические вещества. В результате применения искусственного мутагенеза могут появиться организмы с самыми разнообразными мутациями. Большинство из этих мутаций окажутся бесполезными или вредными, но иногда могут возникнуть и такие, которые представляют для селекционера практический интерес. В этом случае мутантные особи можно скрещивать между собой и в результате многочисленных повторных скрещиваний получить новый сорт или породу с новыми полезными признаками. Особенно значимые результаты получаются в селекции микроорганизмов.

В настоящее время человечество использует для сельскохозяйственного производства около 10 % всей поверхности суши. Увеличивать эту долю уже невозможно, потому что практически все резервы исчерпаны. Тем большее значение приобретает селекционная работа учёных, которая, опираясь на основные закономерности наследственности и изменчивости, создаёт новые высокопродуктивные породы и сорта. В последние годы селекция активно вводит в практику приёмы и методы генной и клеточной инженерии.

1. Какие животные являются предками собаки; кошки; крупного рогатого скота; лошади?

2. Объясните, почему близкородственное скрещивание приводит к вырождению генетической линии.

3. Почему для каждого региона нужны свои сорта растений и породы животных? Объясните свою точку зрения.

4. Из большого разнообразия видов животных, обитающих на Земле, человек отобрал для одомашнивания сравнительно немного видов. Как вы считаете, чем это объясняется?

5. Какие из методов селекции, представленные в данном параграфе, являются относительно новыми? Почему эти методы не могли использоваться ранее?

1. Объясните происхождение терминов «инбридинг» и «аутбридинг».

2. Межвидовые гибриды практически всегда стерильны, т. е. не способны к половому размножению. Это связано с тем, что у них нарушается гаметогенез – процесс формирования половых клеток. Вспомните особенности мейоза – деления, в ходе которого образуются гаметы, и объясните, почему у межвидовых гибридов он не может протекать нормально. Обратите внимание, что, как правило, нарушения мейоза происходят в профазу первого деления.

3. Подготовьте информацию о развитии животноводства в вашем регионе. Выясните, коров каких пород содержат на ближайших животноводческих фермах, какова их молочная продуктивность. Если есть возможность, организуйте вместе с учителем поход на ферму, конезавод, звероферму. Сделайте красочный отчёт по результатам экскурсии в виде стенда или стенгазеты (групповой проект).

4. Межвидовые гибриды бесплодны. При этом скрещивание домашних животных с их дикими предками приводит к появлению плодовитого потомства. В настоящее время по европейским лесам бродят собачье-волчьи гибриды. В сельском хозяйстве успешно скрещивают овцу с диким бараном или домашнюю корову с зебу. Объясните, почему потомство этих скрещиваний плодовито.

5. Подготовьте доклад о жизни и научной деятельности Н. И. Вавилова. В чём трагичность судьбы этого учёного?

6. Организуйте выставку достижений селекции, посвящённую деятельности местных селекционных центров и станций (групповой проект).

§ 67 Биотехнологии

Если в геном арбуза поместить геном мухи, то семечки будут сами разлетаться.

Биотехнология – это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. Термин «биотехнология» получил широкое распространение с середины 70-х гг. XX в., хотя ещё с древних времён человечество использовало микроорганизмы в хлебопечении и виноделии, при производстве пива и в сыроварении. Любое производство, в основе которого лежит биологический процесс, можно рассматривать как биотехнологию. Генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных растений и животных – это различные аспекты современной биотехнологии.

Биотехнология позволяет не только получать важные для человека продукты, например антибиотики и гормон роста, этиловый спирт и кефир, но и создавать организмы с заранее заданными свойствами гораздо быстрее, чем традиционные методы селекции. Существуют технологические процессы по очистке сточных вод, переработке отходов, удалению нефтяных разливов в водоёмах, получению топлива, основанные на особенностях жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

Появляющиеся современные биотехнологии изменяют наше общество, открывают новые возможности, но одновременно создают определённые социальные и этические проблемы.

Удобными объектами биотехнологии являются микроорганизмы, имеющие сравнительно просто организованный геном, короткий жизненный цикл и обладающие большим разнообразием физиологических и биохимических свойств.

Одной из причин сахарного диабета является недостаток в организме инсулина – гормона поджелудочной железы. Инъекции инсулина, выделенного из поджелудочных желёз свиней и крупного рогатого скота, спасают миллионы жизней, однако у некоторых пациентов приводят к развитию аллергических реакций. Оптимальным решением было бы использование человеческого инсулина. Методами генной инженерии ген инсулина человека был встроен в ДНК кишечной палочки. Бактерия начала активно синтезировать инсулин. В 1982 г. инсулин человека стал первым фармацевтическим препаратом, полученным с помощью методов генной инженерии.

Аналогичным способом в настоящее время получают гормон роста. Человеческий ген, встроенный в геном бактерий, обеспечивает синтез гормона, инъекции которого используются при лечении карликовости и восстанавливают рост больных детей почти до нормального уровня.

Так же как у бактерий, с помощью методов генной инженерии можно изменять и наследственный материал эукариотических организмов. Такие генетически перестроенные организмы называют трансгенными или генетически модифицированными организмами (ГМО) (рис. 213).