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Introdução

Melhoramento (do latim - escolha, seleção) é a ciência de maneiras e métodos de criar novas e melhorar variedades existentes de plantas cultivadas, raças de animais domésticos e linhagens de microrganismos com características e propriedades valiosas para a prática.

As tarefas de criação seguem de sua definição - este é o desenvolvimento de novas variedades de plantas, raças de animais e cepas de microorganismos existentes e a melhoria. Uma variedade, raça e linhagem são chamadas de grupo estável (população) de organismos vivos, criados artificialmente pelo homem e com certas características hereditárias. Todos os indivíduos dentro da raça, variedade e linhagem têm características e propriedades morfológicas, fisiológicas, bioquímicas e econômicas semelhantes e hereditariamente fixas, bem como o mesmo tipo de reação a fatores ambientais. As principais áreas de seleção são:

Alto rendimento de variedades vegetais, fertilidade e produtividade de raças animais; qualidade do produto (por exemplo, sabor, aparência, manutenção da qualidade de frutas e legumes, composição química do grão - conteúdo de proteínas, glúten, aminoácidos essenciais, etc.);

Propriedades fisiológicas (precocidade, resistência à seca, resistência ao inverno, resistência a doenças, pragas e condições climáticas adversas);

Caminho intensivo de desenvolvimento (nas plantas - capacidade de resposta aos fertilizantes, rega e nos animais - "pagamento" pela alimentação, etc.).

1. Fundamentos teóricos da seleção

Nos últimos anos, a seleção de uma série de insetos e microrganismos utilizados para o controle biológico de pragas e patógenos de plantas cultivadas adquiriu particular importância.

A seleção também deve levar em conta as necessidades do mercado de produtos agrícolas, satisfazendo ramos específicos da produção industrial. Por exemplo, para assar pão de alta qualidade com miolo elástico e crosta crocante, são necessárias variedades fortes (vítreas) de trigo macio, com alto teor de proteína e glúten elástico. Para a fabricação das mais altas variedades de biscoitos, são necessárias boas variedades farinhentas de trigo mole, e massas, chifres, aletria, macarrão são feitos de trigo duro.

Um exemplo marcante de seleção levando em conta as necessidades do mercado é a criação de peles. Ao cultivar animais valiosos como vison, lontra, raposa, são selecionados animais com um genótipo correspondente à moda em constante mudança em termos de cores e tons de pele.

Em geral, o desenvolvimento da seleção deve se basear nas leis da genética como a ciência da hereditariedade e da variabilidade, uma vez que as propriedades dos organismos vivos são determinadas pelo seu genótipo e estão sujeitas à variabilidade hereditária e de modificação.

A base teórica da seleção é a genética. É a genética que abre o caminho para uma gestão eficaz da hereditariedade e da variabilidade dos organismos. Ao mesmo tempo, a seleção também se baseia nas realizações de outras ciências: taxonomia e geografia de plantas e animais, citologia, embriologia, biologia do desenvolvimento individual, biologia molecular, fisiologia e bioquímica. O rápido desenvolvimento dessas áreas da ciência natural abre perspectivas completamente novas. Já hoje, a genética atingiu o nível de design proposital de organismos com as características e propriedades desejadas.

A genética desempenha um papel decisivo na solução de quase todos os problemas de reprodução. Ajuda racionalmente, com base nas leis de hereditariedade e variabilidade, a planejar o processo de seleção, levando em consideração as características da herança de cada traço específico. Conquistas em genética, a lei das séries homólogas de variabilidade hereditária, o uso de testes para diagnóstico precoce do potencial de seleção do material de origem, o desenvolvimento de vários métodos de mutagênese experimental e hibridização à distância em combinação com poliploidização, a busca de métodos para controlando os processos de recombinação e a seleção efetiva dos genótipos mais valiosos com o conjunto desejado de características e propriedades a capacidade de expandir as fontes de material de origem para melhoramento. Além disso, o uso generalizado nos últimos anos de métodos biotecnológicos, culturas de células e tecidos permitiu acelerar significativamente o processo de seleção e colocá-lo em uma base qualitativamente nova. Esta lista longe de ser completa da contribuição da genética para o melhoramento dá uma ideia de que o melhoramento moderno é impensável sem o uso das conquistas da genética.

O sucesso do trabalho do melhorista depende muito da escolha correta do material de origem (espécies, variedades, raças) para melhoramento, do estudo de sua origem e evolução e da utilização de organismos com características e propriedades valiosas no processo de melhoramento. A busca pelas formas necessárias é realizada levando em consideração todo o pool genético mundial em uma determinada sequência. Em primeiro lugar, são usadas formas locais com as características e propriedades desejadas, depois são usados ​​métodos de introdução e aclimatação, ou seja, formas que crescem em outros países ou em outras zonas climáticas estão envolvidas e, finalmente, métodos de mutagênese experimental e engenharia genética .

Para estudar a diversidade e distribuição geográfica das plantas cultivadas, N. I. Vavilov de 1924 até o final dos anos 30. organizou 180 expedições às regiões mais inacessíveis e muitas vezes perigosas do globo. Como resultado dessas expedições, N. I. Vavilov estudou os recursos vegetais do mundo e descobriu que a maior diversidade de formas da espécie está concentrada nas áreas onde essa espécie surgiu. Além disso, uma coleção única e maior do mundo de plantas cultivadas foi coletada (em 1940, a coleção incluía 300.000 espécimes), que são propagadas anualmente nas coleções do Instituto de Indústria Vegetal de Toda a Rússia em homenagem a N.I. Vavilov (VIR) e são amplamente utilizado por melhoristas de plantas como matéria-prima para a criação de novas variedades de grãos, frutas, vegetais, industriais, medicinais e outras culturas.

Com base no estudo do material coletado, Vavilov identificou 7 centros de origem das plantas cultivadas (Anexo 1). Os centros de origem das plantas cultivadas mais importantes estão ligados aos antigos centros de civilização e ao local de cultivo primário e seleção de plantas. Focos semelhantes de domesticação (centros de origem) também foram encontrados em animais domésticos.

2 .Valor de seleção

As metas e objetivos do melhoramento como ciência são determinados pelo nível de tecnologia agrícola e pecuária, o nível de industrialização da produção agrícola e pecuária. Por exemplo, em condições de escassez de água doce, já foram criadas variedades de cevada que dão rendimentos satisfatórios quando irrigadas com água do mar. Foram criadas raças de frangos que não reduzem a produtividade em condições de alta aglomeração de animais em granjas avícolas. Para a Rússia, é muito importante criar variedades produtivas em condições de geada sem neve em tempo claro, geadas tardias etc.

Uma das realizações mais importantes do homem no início de sua formação e desenvolvimento foi a criação de uma fonte de alimento constante e bastante confiável, domesticando animais selvagens e cultivando plantas. O principal fator na domesticação é a seleção artificial de organismos que atendem às necessidades humanas. As formas cultivadas de plantas e animais possuem características individuais altamente desenvolvidas, muitas vezes inúteis ou até prejudiciais à sua existência em condições naturais, mas úteis ao homem. Por exemplo, a capacidade de algumas raças de galinhas de produzir mais de 300 ovos por ano é desprovida de significado biológico, pois uma galinha não será capaz de incubar tal número de ovos. A produtividade de todas as plantas cultivadas também é significativamente maior do que a de espécies selvagens relacionadas, mas ao mesmo tempo elas se adaptam pior às condições ambientais em constante mudança e não têm meios de proteção contra a alimentação (substâncias amargas ou venenosas, espinhos, espinhos, etc.). .). Portanto, em condições naturais, formas culturais, isto é, domesticadas, não podem existir.

A domesticação levou a um enfraquecimento do efeito da seleção estabilizadora, que aumentou acentuadamente o nível de variabilidade e expandiu seu espectro. Ao mesmo tempo, a domesticação foi acompanhada por uma seleção, a princípio inconsciente (a seleção daqueles indivíduos que pareciam melhores, tinham uma disposição mais pacífica, possuíam outras qualidades valiosas para os humanos), depois conscientes ou metódicas. O uso generalizado da seleção metódica visa a formação em plantas e animais de certas qualidades que satisfaçam os seres humanos. A experiência de muitas gerações de pessoas possibilitou a criação de métodos e regras para a seleção e a seleção de formas como ciência.

O processo de domesticação de novas espécies de plantas e animais para atender às necessidades humanas continua em nosso tempo. Por exemplo, para obter peles da moda e de alta qualidade, um novo ramo da pecuária foi criado neste século - a criação de peles.

culturalplantase seleção

3. Melhoramento de plantas, métodos

Ao contrário da seleção de microrganismos, o melhoramento de plantas não opera com milhões e bilhões de indivíduos, e a taxa de sua reprodução é medida não em minutos e horas, mas em meses e anos. No entanto, em comparação com a criação de animais, onde o número de descendentes é único, a criação de plantas está em melhor posição. Além disso, as abordagens metodológicas para a seleção de plantas autopolinizadas e cruzadas que se reproduzem vegetativamente e sexualmente, plantas anuais e perenes, etc., também diferem.

Os principais métodos de melhoramento de plantas são a seleção e a hibridização. A seleção requer a presença de heterogeneidade, ou seja, diferenças, diversidade no grupo de indivíduos utilizados. Caso contrário, a seleção não faz sentido, será ineficiente, portanto, a hibridização é realizada primeiro e depois, após o aparecimento da divisão, a seleção.

Se o criador não tem a diversidade natural de características, o pool genético existente, ele usa a mutagênese artificial (obtém mutações genéticas, cromossômicas ou genômicas - poliplóides), para manipular genes individuais - engenharia genética e para acelerar o processo de seleção - celular. No entanto, a hibridização e a seleção foram e continuam sendo métodos clássicos de melhoramento.

Existem duas formas principais de seleção artificial: massa e individual.

A seleção em massa é a seleção de todo um grupo de indivíduos com características valiosas. Mais frequentemente, é usado ao trabalhar com plantas de polinização cruzada. Neste caso, a variedade não é homozigota. Esta é uma variedade populacional com heterozigosidade complexa para muitos genes, o que lhe confere plasticidade em condições ambientais difíceis e a possibilidade de manifestar um efeito heterótico. A principal vantagem do método é que permite de forma relativamente rápida e sem muito esforço melhorar as variedades locais, e a desvantagem é que a condicionalidade hereditária das características selecionadas não pode ser controlada, razão pela qual os resultados da seleção são muitas vezes instáveis.

Um cruzamento em que as formas parentais diferem em apenas um par de características alternativas é chamado de monohíbrido. Mendel, antes de cruzar diferentes formas de ervilhas, realizou sua autopolinização. Ao cruzar ervilhas de flor branca com as mesmas de flor branca, ele recebeu apenas ervilhas de flor branca em todas as gerações subsequentes. Situação semelhante foi observada no caso da flor roxa. Quando as ervilhas de flores roxas foram cruzadas com plantas de flores brancas, todos os híbridos da primeira geração P1 tiveram flores roxas, mas quando se autopolinizaram entre híbridos da segunda geração P2, além das plantas de flores roxas (três partes), plantas de flores brancas (uma parte) apareceram.

O cruzamento, no qual as formas parentais diferem em dois pares de características alternativas (em dois pares de alelos), é chamado de diíbrido.

Ao cruzar formas parentais homozigotas com sementes amarelas com superfície lisa e sementes verdes com superfície rugosa, Mendel obteve todas as plantas com sementes amarelas lisas e concluiu que essas características são dominantes. Na segunda geração após a autopolinização dos híbridos P1, observou a seguinte divisão: 315 amarelos lisos, 101 amarelos rugosos, 108 verdes lisos e 32 verdes rugosos. Utilizando outras formas parentais homozigóticas (amarelo rugoso e verde liso), Mendel obteve resultados semelhantes tanto na primeira quanto na segunda geração de híbridos, ou seja, dividindo-se na segunda geração na proporção de 9:3:3:1.

Com a seleção individual, os descendentes são obtidos de cada planta separadamente com controle obrigatório da herança das características de interesse. É usado em autopolinizadores (trigo, cevada). O resultado da seleção individual é um aumento no número de homozigotos. Isso se deve ao fato de que durante a autopolinização de homozigotos, apenas homozigotos serão formados, e metade dos descendentes de heterozigotos autopolinizados também serão homozigotos. Com a seleção individual, são formadas linhas limpas. Linhas puras são um grupo de indivíduos que são descendentes de um indivíduo homozigoto autopolinizado. Eles têm o mais alto grau de homozigose. No entanto, praticamente não há indivíduos absolutamente homozigotos, pois ocorre continuamente um processo de mutação que viola a homozigose. Além disso, mesmo os autopolinizadores mais rigorosos às vezes podem fazer polinização cruzada. Isso aumenta sua adaptabilidade às condições e sobrevivência, uma vez que as pessoas com seleção artificial também atuam em todas as formas orgânicas.

A seleção natural desempenha um papel importante no melhoramento, pois quando a seleção artificial é realizada, o melhorista não pode evitar que o material genético não seja exposto às condições ambientais. Além disso, os criadores costumam usar a seleção natural para selecionar as formas mais adaptadas às condições de crescimento - umidade, temperatura, resistência a pragas e doenças naturais.

Como um dos métodos de melhoramento é a hibridização, a escolha do tipo de cruzamento desempenha um papel importante, ou seja, sistema de cruzamento.

Os sistemas de cruzamento podem ser divididos em dois tipos principais: intimamente relacionados (inbreeding - reprodução em si) e cruzamento entre formas não relacionadas (outbreeding - reprodução não relacionada). Se a autopolinização forçada leva à homozigose, então os cruzamentos não relacionados levam à heterozigose da prole desses cruzamentos.

Endogamia, ou seja, a autopolinização forçada de formas de polinização cruzada, além do grau de homozigose que progride a cada geração, também leva à desintegração, decomposição da forma original em várias linhas puras. Tais linhagens puras terão uma viabilidade reduzida, o que, aparentemente, está associado à transição da carga genética para o estado homozigoto de todas as mutações recessivas, que em. são principalmente prejudiciais.

Linhas puras obtidas como resultado de endogamia têm propriedades diferentes. Eles têm sintomas diferentes de maneiras diferentes. Além disso, o grau de diminuição da viabilidade também é diferente. Se essas linhas puras são cruzadas umas com as outras, então, via de regra, o efeito da heterose é observado.

A heterose é um fenômeno de maior viabilidade, produtividade e fecundidade de híbridos de primeira geração, superando ambos os genitores nesses parâmetros. Já a partir da segunda geração, o efeito heterótico se desvanece. As bases genéticas da heterose não são interpretadas de forma inequívoca, mas assume-se que a heterose está associada a um alto nível de heterozigosidade em híbridos de linhagens puras (híbridos interlinhas). A produção de material puro de milho utilizando a chamada esterilidade masculina citoplasmática tem sido amplamente estudada e comercializada nos EUA. Seu uso eliminou a necessidade de castrar as flores, retirar as anteras, pois as flores masculinas das plantas utilizadas como femininas eram estéreis.

Diferentes linhas puras têm diferentes habilidades combinatórias, ou seja, elas dão um nível de heterose desigual ao cruzar umas com as outras. Portanto, tendo criado um grande número de linhas puras, as melhores combinações de cruzamentos são determinadas experimentalmente, que são usadas na produção.

A hibridização à distância é o cruzamento de plantas pertencentes a espécies diferentes. Os híbridos distantes, como regra, são estéreis, o que está associado ao conteúdo no genoma de vários cromossomos que não se conjugam durante a meiose. Como resultado, são formados gametas estéreis. Para eliminar essa causa, em 1924, o cientista soviético G. D. Karpechenko propôs usar a duplicação do número de cromossomos em híbridos distantes, o que leva à formação de anfidiplóides.

Além do triticale, muitos híbridos distantes valiosos foram obtidos por este método, em particular, híbridos perenes de grama de trigo, etc. de cada progenitor se conjugam e a meiose prossegue normalmente. Ao cruzar com a duplicação subsequente do número de cromossomos de abrunheiro e ameixa, foi possível repetir a evolução - para produzir uma ressíntese das espécies domésticas de ameixa.

Essa hibridização permite combinar completamente em uma espécie não apenas cromossomos, mas também as propriedades da espécie original. Por exemplo, o triticale combina muitas das qualidades do trigo (alta qualidade de cozimento) e centeio (alto teor do aminoácido essencial lisina, bem como a capacidade de crescer em solos arenosos pobres).

Este é um exemplo do uso de poliploidia, mais precisamente aloploidia, na reprodução. A autopoliploidia é ainda mais amplamente utilizada. Por exemplo, centeio tetraplóide é cultivado na Bielorrússia, variedades de culturas vegetais poliplóides, trigo sarraceno e beterraba sacarina foram criadas. Todas essas formas apresentam maior rendimento em relação às formas originais, teor de açúcar (beterraba), teor de vitaminas e outros nutrientes. Muitas culturas são poliplóides naturais (trigo, batata, etc.).

A criação de novas variedades de plantas altamente produtivas desempenha um papel importante no aumento da produtividade e no fornecimento de alimentos à população. Em muitos países do mundo há uma "revolução verde" - uma forte intensificação da produção agrícola através da criação de novas variedades de plantas de tipo intensivo. Variedades valiosas de muitas culturas agrícolas também foram obtidas em nosso país.

Usando novos métodos de melhoramento, novas variedades de plantas foram obtidas. Assim, o acadêmico N.V. Tsitsin criou trigos perenes por hibridização distante de trigo com grama de trigo e poliploidização subsequente. Variedades promissoras da nova safra de grãos triticale foram obtidas pelos mesmos métodos. Para a seleção de plantas propagadas vegetativamente, são usadas mutações somáticas (elas também foram usadas por I.V. Michurin, mas ele as chamou de variações de brotos). Muitos métodos de I. V. Michurin foram amplamente utilizados após sua compreensão genética, embora alguns deles não tenham sido desenvolvidos teoricamente. Grande sucesso foi alcançado no uso dos resultados do melhoramento mutacional na criação de novas variedades de cereais, algodão e culturas forrageiras. No entanto, a maior contribuição para todas as variedades cultivadas foi feita por amostras da coleção do pool genético mundial de plantas cultivadas, coletadas por N. I. Vavilov e seus alunos.

4. Criação de animais, métodos

Embora os princípios básicos do melhoramento animal não difiram significativamente dos princípios do melhoramento vegetal, eles têm uma série de características. Assim, nos animais há apenas reprodução sexual, a mudança de gerações ocorre raramente (após alguns anos), o número de indivíduos na prole é pequeno. A influência modificadora de fatores ambientais é especialmente pronunciada neles, e a análise do genótipo é difícil. Portanto, a análise da totalidade das características externas características da raça adquire um papel importante.

A domesticação de animais começou provavelmente 10-12 mil anos atrás. Ocorreu principalmente nas mesmas áreas onde estão localizados os centros de diversidade e origem das plantas cultivadas. A domesticação levou a um enfraquecimento do efeito da seleção estabilizadora, que aumentou drasticamente o nível de variabilidade e expandiu seu alcance. Portanto, a domesticação foi imediatamente acompanhada pela seleção. Aparentemente, a princípio foi uma seleção inconsciente, ou seja, a seleção daqueles indivíduos que pareciam melhores, tinham uma disposição mais pacífica, etc. ou outras necessidades humanas em determinadas condições naturais e econômicas. A experiência de muitas gerações possibilitou criar métodos e regras de seleção e seleção de melhoramento e formar a criação de animais como uma ciência.

Tipos de cruzamentos e métodos de melhoramento foram introduzidos na criação de animais, muitas vezes por extrapolação do melhoramento de plantas. Isso se deveu ao fato de que a introdução do conhecimento genético no melhoramento de plantas começou muito mais cedo do que no melhoramento de animais devido ao alto custo dos objetos animais, seu menor número na família etc. especificidades do objeto, muitas vezes davam resultados negativos. Assim, em particular, o método de endogamia foi introduzido desde a seleção de plantas autopolinizadoras até a seleção de animais como método principal, embora mais tarde tenha sido estabelecido que seu uso generalizado não era razoável, uma vez que as raças de animais correspondem a variedades-populações de polinizadores cruzados. As raças são complexos poliheterozigotos complexos, genótipos dentro dos quais são dados em um determinado sistema. Portanto, o principal tipo de cruzamento é a endogamia, embora a endogamia também seja usada na reprodução - endogamia entre irmãos e irmãs ou entre pais e filhos. Como a endogamia leva à homozigose, enfraquece os animais, reduz sua resistência às condições ambientais e aumenta a incidência. No entanto, ao criar novas raças, muitas vezes torna-se necessário endogamia para fixar características economicamente valiosas na raça, evitar sua “dissolução” e suavizar cruzamentos não relacionados. Às vezes, é praticado mesmo por várias gerações para obter algum traço importante em sua forma pura, e então a endogamia é necessariamente usada e descendentes heteróticos são criados. O cruzamento não relacionado dentro de uma raça e mesmo entre raças leva à manutenção e aprimoramento das qualidades valiosas da raça, se tal cruzamento for acompanhado pela seleção de características características.

Um bom exemplo de cruzamento pode ser a raça altamente produtiva de porcos ucranianos da estepe branca, criada pelo acadêmico M.F. Ivanov a partir do cruzamento de porcos ucranianos não-sangue locais com inglês branco altamente produtivo (no primeiro estágio). Em seguida, foi usado o cruzamento repetido, várias gerações de endogamia, que deram origem a várias linhagens puras selecionadas que foram cruzadas entre si. Assim, prestando a devida atenção à seleção dos produtores iniciais, à sua qualidade, combinando cruzamentos, endogamias e utilizando uma seleção rigorosa da descendência de acordo com as características necessárias, o criador concretiza a sua ideia, os seus planos, a sua ideia da raça.

Os principais métodos para a análise de características hereditárias economicamente valiosas em animais reprodutores são a análise do exterior e a avaliação da prole. Para desenvolver uma nova raça de animais que tenha um complexo de características valiosas de acordo com o plano do criador e as necessidades de produção, a seleção correta e a avaliação da qualidade dos produtores originais são de grande importância. A avaliação é feita principalmente no exterior, ou seja, no fenótipo. O exterior é entendido como todo o conjunto de formas e signos externos dos animais, incluindo o seu físico, a proporção de partes do corpo do animal e até a cor e a presença de um “rótulo” exterior próprio para cada raça. Ao mesmo tempo, para um criador experiente, sinais insignificantes de interesse não interessam, eles escolhem os principais. Mas, ao mesmo tempo, examinando as relações correlativas entre os traços, é possível, por manifestações fenotípicas puramente externas e insignificantes, traçar a herança de traços de difícil controle e economicamente valiosos associados a eles.

Como a seleção de touros é, em certo sentido, um fator decisivo, para evitar erros, os criadores costumam usar uma espécie de experimento preliminar de "disparo", cuja essência é avaliar os touros por descendência, o que é especialmente importante na avaliação de características que não aparecem nos machos. Para avaliação, os produtores machos são cruzados com várias fêmeas, a produtividade e outras qualidades da prole são determinadas. Para avaliar a qualidade da hereditariedade, por exemplo, touros para gordura do leite, galos para produção de ovos, etc., as características da prole obtidas são comparadas com a raça média e as características maternas.

A hibridização à distância de animais domésticos é menos produtiva do que em plantas, pois é impossível superar a esterilidade de híbridos distantes se ela se manifestar. É verdade que, em alguns casos, a hibridização distante de espécies com conjuntos de cromossomos relacionados não leva à interrupção da meiose, mas leva à fusão normal de gametas e ao desenvolvimento embrionário em híbridos distantes, o que possibilitou a obtenção de algumas raças valiosas que combinam as características úteis de ambas as espécies utilizadas na hibridização. Por exemplo, foram obtidas raças de merino de lã fina, que, como o argali, podem usar pastagens de alta montanha que são inacessíveis ao merino de lã fina. Tentativas concluídas com sucesso de melhorar as raças do gado local, cruzando-o com zebu e iaques.

Deve-se notar que nem sempre é necessário obter descendentes férteis de hibridização distante. Às vezes, os híbridos estéreis também são úteis, como, por exemplo, as mulas são usadas há séculos - híbridos estéreis de cavalo e burro, distinguidos pela resistência e durabilidade.

Seleção de microrganismos, métodos

Os microrganismos incluem, em primeiro lugar, procariontes (bactérias, actinomicetos, micoplasmas, etc.) e eucariotos unicelulares - protozoários, leveduras, etc. Das mais de 100 mil espécies de microrganismos conhecidas na natureza, várias centenas já são utilizadas na atividade econômica humana , e o número está crescendo. Um salto qualitativo em seu uso ocorreu nos últimos 20-30 anos, quando muitos mecanismos genéticos para a regulação de processos bioquímicos que ocorrem nas células dos microrganismos foram estabelecidos.

Os microrganismos desempenham um papel extremamente importante na biosfera e na vida humana. Muitos deles produzem dezenas de tipos de substâncias orgânicas - aminoácidos, proteínas, antibióticos, vitaminas, lipídios, ácidos nucléicos, enzimas, pigmentos, açúcares, etc., amplamente utilizados em diversos campos da indústria e da medicina. Tais ramos da indústria alimentícia como panificação, produção de álcool, alguns ácidos orgânicos, vinificação e muitos outros são baseados na atividade de microrganismos.

A indústria microbiológica impõe requisitos rigorosos aos produtores de vários compostos importantes para a tecnologia de produção: crescimento acelerado, uso de substratos baratos para atividade vital e resistência à infecção por microrganismos. A base científica desta indústria é a capacidade de criar microrganismos com propriedades genéticas novas e predeterminadas e a capacidade de usá-los em escala industrial.

A seleção de microrganismos (em oposição à seleção de plantas e animais) tem várias características:

o criador tem uma quantidade ilimitada de material para trabalhar - em questão de dias, bilhões de células podem ser cultivadas em placas de Petri ou tubos de ensaio em meios nutrientes;

uso mais eficiente do processo de mutação, uma vez que o genoma dos microrganismos é haplóide, o que permite detectar eventuais mutações já na primeira geração;

a organização do genoma bacteriano é mais simples: há menos genes no genoma e a regulação genética da interação gênica é menos complexa.

Essas características deixam sua marca nos métodos de seleção de microrganismos, que em muitos aspectos diferem significativamente dos métodos de seleção de plantas e animais. Por exemplo, na seleção de microrganismos, geralmente é usada sua capacidade natural de sintetizar quaisquer compostos úteis ao homem (aminoácidos, vitaminas, enzimas, etc.). No caso do uso de métodos de engenharia genética, é possível forçar bactérias e outros microrganismos a produzir esses compostos, cuja síntese em condições naturais nunca foi inerente a eles (por exemplo, hormônios humanos e animais, compostos biologicamente ativos).

Microrganismos naturais, via de regra, têm baixa produtividade daquelas substâncias que interessam ao melhorista. Para uso na indústria microbiológica, são necessárias cepas altamente produtivas, que são criadas por vários métodos de melhoramento, incluindo seleção entre microrganismos naturais.

A seleção de linhagens altamente produtivas é precedida pelo trabalho seletivo do melhorista com o material genético dos microrganismos originais. Em particular, vários métodos de recombinação de genes são amplamente utilizados: conjugação, transdução, transformação e outros processos genéticos. Por exemplo, a conjugação (troca de material genético entre bactérias) possibilitou a criação de uma cepa capaz de utilizar hidrocarbonetos de petróleo. Muitas vezes recorrem à transdução (transferência de um gene de uma bactéria para outra, por meio de bacteriófagos), transformação (transferência de DNA isolado de uma célula para outra) e amplificação (aumento do número de cópias do gene desejado).

Assim, em muitos microrganismos, os genes para a biossíntese de antibióticos ou seus reguladores estão localizados no plasmídeo, e não no cromossomo principal. Portanto, um aumento no número desses plasmídeos por amplificação pode aumentar significativamente a produção de antibióticos.

A etapa mais importante no trabalho de melhoramento é a indução de mutações. A obtenção experimental de mutações abre perspectivas quase ilimitadas para a criação de material inicial no melhoramento. A probabilidade (frequência) de mutações em microrganismos (10-10 - 10-6) é menor do que em todos os outros organismos (10-6 -10-4). Mas a probabilidade de isolar mutações desse gene em bactérias é muito maior do que em plantas e animais, pois é bastante simples e rápido obter descendentes multimilionários em microrganismos.

Para isolar as mutações, são usados ​​meios seletivos, nos quais os mutantes são capazes de crescer, mas os indivíduos parentais originais do tipo selvagem morrem. A seleção também é realizada de acordo com a cor e a forma das colônias, a taxa de crescimento de mutantes e formas selvagens, etc.

A seleção para produtividade (por exemplo, produtores de antibióticos) é realizada de acordo com o grau de antagonismo e inibição do crescimento de uma cepa sensível. Para isso, a linhagem do produtor é semeada no “relvado” de uma cultura sensível. O tamanho da mancha, onde não há crescimento de uma cepa sensível ao redor da colônia da cepa produtora, é usado para julgar o grau de atividade (neste caso, antibiótico). Naturalmente, as colônias mais produtivas são selecionadas para reprodução. Como resultado da seleção, a produtividade dos produtores pode ser aumentada de centenas a milhares de vezes. Por exemplo, combinando mutagênese e seleção no trabalho com o fungo Penicillium, o rendimento do antibiótico penicilina foi aumentado em cerca de 10.000 vezes em comparação com a cepa selvagem original.

O papel dos microrganismos na microbiologia, indústria alimentícia, agricultura e outras áreas dificilmente pode ser superestimado. É especialmente importante notar que muitos microorganismos usam resíduos industriais, derivados de petróleo para produzir produtos valiosos e, assim, destruí-los, protegendo o meio ambiente da poluição.

5. Biotecnologia, engenharia genética e celular

A biotecnologia é a produção consciente dos produtos e materiais necessários ao homem com a ajuda de organismos vivos e processos biológicos.

Desde tempos imemoriais, a biotecnologia tem sido utilizada principalmente nas indústrias alimentícia e leve: na vinificação, panificação, fermentação de produtos lácteos, no processamento de linho e couro com base no uso de microrganismos. Nas últimas décadas, as possibilidades da biotecnologia se expandiram enormemente. Isso se deve ao fato de seus métodos serem mais rentáveis ​​do que os convencionais pela simples razão de que, nos organismos vivos, as reações bioquímicas catalisadas por enzimas ocorrem em condições ótimas (temperatura e pressão), são mais produtivas, ecologicamente corretas e não requerem produtos químicos. que envenenam o meio ambiente.

Os objetos da biotecnologia são numerosos representantes de grupos de organismos vivos - microrganismos (vírus, bactérias, protozoários, fungos de levedura), plantas, animais, bem como células e componentes subcelulares (organelas) isolados deles e até enzimas. A biotecnologia baseia-se nos processos fisiológicos e bioquímicos que ocorrem nos sistemas vivos, que resultam na liberação de energia, na síntese e na quebra de produtos metabólicos, na formação de componentes químicos e estruturais da célula.

A principal direção da biotecnologia é a produção de compostos biologicamente ativos (enzimas, vitaminas, hormônios), medicamentos (antibióticos, vacinas, soros, anticorpos altamente específicos, etc.) com a ajuda de microrganismos e células eucarióticas cultivadas, bem como compostos valiosos (aditivos alimentares, por exemplo, aminoácidos essenciais, proteínas alimentares, etc.). Os métodos de engenharia genética permitiram sintetizar em quantidades industriais hormônios como a insulina e a somatotropina (hormônio do crescimento), necessários para o tratamento de doenças genéticas humanas.

Uma das áreas mais importantes da biotecnologia moderna é também a utilização de métodos biológicos para combater a poluição ambiental (tratamento biológico de águas residuais, solos poluídos, etc.).

Assim, cepas bacterianas capazes de acumular urânio, cobre e cobalto podem ser amplamente utilizadas para extrair metais de águas residuais. Outras bactérias dos gêneros Rhodococcus e Nocardia são utilizadas com sucesso para emulsificação e sorção de hidrocarbonetos de óleo do ambiente aquático. Eles são capazes de separar as fases de água e óleo, concentrar o óleo e purificar as águas residuais das impurezas do óleo. Ao assimilar os hidrocarbonetos do petróleo, esses microrganismos os convertem em proteínas, vitaminas do complexo B e carotenos.

Algumas das cepas de halobactérias foram usadas com sucesso para remover óleo combustível de praias arenosas. Também foram obtidas cepas geneticamente modificadas que são capazes de dividir octano, cânfora, naftaleno, xileno e utilizar eficientemente o petróleo bruto.

O uso de métodos biotecnológicos para proteger as plantas de pragas e doenças é de grande importância.

A biotecnologia está penetrando na indústria pesada, onde os microrganismos são usados ​​para extrair, transformar e processar recursos naturais. Já na antiguidade, os primeiros metalúrgicos obtinham o ferro dos minérios dos pântanos produzidos por bactérias do ferro, capazes de concentrar o ferro. Agora foram desenvolvidos métodos para a concentração bacteriana de vários outros metais preciosos: manganês, zinco, cobre, cromo, etc. Esses métodos são usados ​​para desenvolver lixões de minas antigas e depósitos pobres onde os métodos tradicionais de mineração não são economicamente viáveis.

A engenharia genética é um dos métodos mais importantes da biotecnologia. Envolve a criação artificial intencional de certas combinações de material genético capaz de funcionar normalmente em uma célula, ou seja, multiplicar e controlar a síntese de produtos finais. Existem diversas variedades do método de engenharia genética, dependendo do nível e das características de seu uso.

A engenharia genética é usada principalmente em procariontes e microrganismos, embora tenha começado recentemente a ser aplicada a eucariotos superiores (por exemplo, plantas). Este método inclui o isolamento de genes individuais de células ou a síntese de genes fora das células (por exemplo, com base no RNA mensageiro sintetizado por um determinado gene), rearranjo direcionado, cópia e reprodução de genes isolados ou sintetizados (clonagem de genes), bem como como a sua transferência e inclusão no genoma sujeito a alteração. Desta forma, é possível conseguir a incorporação de genes “estranhos” nas células bacterianas e a síntese de compostos importantes para o homem pelas bactérias. Graças a isso, foi possível introduzir o gene de síntese de insulina do genoma humano no genoma da E. coli. A insulina sintetizada por bactérias é usada para tratar pacientes diabéticos.

O desenvolvimento da engenharia genética tornou-se possível graças à descoberta de duas enzimas - enzimas de restrição que cortam a molécula de DNA em áreas estritamente definidas e ligases que costuram pedaços de diferentes moléculas de DNA. Além disso, a engenharia genética se baseia na descoberta de vetores, que são moléculas circulares curtas de DNA que se reproduzem independentemente nas células bacterianas. Com a ajuda de enzimas de restrição e ligases, o gene necessário é inserido nos vetores, conseguindo posteriormente sua inclusão no genoma da célula hospedeira.

A engenharia celular é um método de construção de um novo tipo de célula com base em seu cultivo, hibridização e reconstrução. Baseia-se no uso de métodos de cultura de células e tecidos. Existem duas áreas de engenharia celular: 1) o uso de células cultivadas para a síntese de vários compostos úteis para humanos; 2) o uso de células cultivadas para obter plantas regeneradas a partir delas.

As células vegetais em cultura são uma importante fonte das substâncias naturais mais valiosas, pois mantêm a capacidade de sintetizar suas próprias substâncias: alcalóides, óleos essenciais, resinas e compostos biologicamente ativos. Assim, as células de ginseng transferidas para a cultura continuam a sintetizar, como na composição de uma planta inteira, valiosas matérias-primas medicinais. Além disso, quaisquer manipulações podem ser realizadas com células e seus genomas em cultura. Usando mutagênese induzida, é possível aumentar a produtividade de cepas de células cultivadas e realizar sua hibridização (incluindo hibridização à distância) muito mais fácil e simples do que no nível de todo o organismo. Além disso, eles, assim como as células procarióticas, podem ser geneticamente modificados.

Pela hibridização de linfócitos (células que sintetizam anticorpos, mas crescem com relutância e por pouco tempo em cultura) com células tumorais que têm potencial imortalidade e são capazes de crescimento ilimitado em ambiente artificial, uma das tarefas mais importantes da biotecnologia na atualidade etapa foi resolvida - células de hibridoma capazes de síntese infinita de anticorpos altamente específicos de um certo tipo.

Assim, a engenharia celular permite projetar células de um novo tipo usando o processo de mutação, hibridização e, além disso, combinar fragmentos individuais de diferentes células (núcleo, mitocôndria, plastídios, citoplasma, cromossomos, etc.), células de vários tipos , relacionado não apenas a diferentes gêneros, famílias, mas também a reinos. Isso facilita a solução de muitos problemas teóricos e é de importância prática.

A engenharia celular é amplamente utilizada no melhoramento de plantas. Híbridos de tomate e batata, maçã e cereja foram criados. As plantas regeneradas a partir dessas células com hereditariedade alterada permitem sintetizar novas formas, variedades que possuem propriedades úteis e são resistentes a condições ambientais adversas e doenças. Este método também é amplamente utilizado para "resgatar" variedades valiosas afetadas por doenças virais. Várias células apicais que ainda não foram infectadas pelo vírus são isoladas de seus brotos em cultura, e plantas saudáveis ​​são regeneradas a partir delas, primeiro em um tubo de ensaio, e depois transplantadas para o solo e propagadas.

Conclusão

Para se fornecer alimentos e matérias-primas de qualidade e, ao mesmo tempo, não levar o planeta a uma catástrofe ecológica, a humanidade precisa aprender a mudar efetivamente a natureza hereditária dos organismos vivos. Portanto, não é coincidência que a principal tarefa dos criadores de nosso tempo tenha se tornado resolver o problema de criar novas formas de plantas, animais e microorganismos que sejam bem adaptados aos métodos industriais de produção, resistam de forma estável a condições adversas, usem eficientemente a energia solar e, mais importante, permitir a obtenção de produtos biologicamente puros sem poluição ambiental excessiva. Fundamentalmente novas abordagens para resolver este problema fundamental são o uso de engenharia genética e celular na reprodução.

A biotecnologia resolve não apenas problemas específicos da ciência e da produção. Tem uma tarefa metodológica mais global - expande e acelera a escala do impacto humano na vida selvagem e contribui para a adaptação dos sistemas vivos às condições da existência humana, ou seja, à noosfera. A biotecnologia atua, assim, como um poderoso fator na evolução adaptativa antropogênica.

A biotecnologia, a genética e a engenharia celular têm perspectivas promissoras. Com o aparecimento de cada vez mais novos vetores, uma pessoa os usará para introduzir os genes necessários nas células de plantas, animais e humanos. Isso gradualmente eliminará muitas doenças humanas hereditárias, forçará as células a sintetizar as drogas necessárias e os compostos biologicamente ativos e, em seguida, diretamente as proteínas e os aminoácidos essenciais que são ingeridos.

Bibliografia

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4. Petrov B.Yu. Biologia geral. - São Petersburgo: Química, 1999. - 420s

5. Petrov K.M. Interação sociedade e natureza: livro didático para universidades. - São Petersburgo: Química, 1998. - 408 p.

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Seleção - é a ciência de criar novas raças de animais, variedades de plantas e linhagens de microorganismos existentes e melhorar. A base teórica da seleção é a genética.

Tarefas de seleção :

Aumentar a produtividade de plantas, animais e microorganismos

Na criação de novas raças, variedades, linhagens

О Garantir a máxima produção a um custo mínimo

Para resolver esses problemas é necessário:

Conhecimento dos padrões de herança de traços

O estudo da variabilidade hereditária

Estudo da variabilidade de modificação (influência do ambiente no desenvolvimento de caracteres)

O estudo da diversidade varietal, de espécies e genérica de culturas

Desenvolvimento de estratégias e métodos de seleção artificial

Raças de animais, variedades de plantas e linhagens de microrganismos são populações de organismos criados artificialmente pelo homem, com um conjunto característico de traços fixados hereditariamente (produtividade). Deformação - progênie de uma célula, cultura pura, mas diferentes linhagens podem ser obtidas de uma célula.

Muitas vezes, as plantas cultivadas e os animais domésticos não podem viver sem os humanos, porque, como resultado da seleção, os organismos foram inoculados com características que são benéficas para os humanos, mas prejudiciais aos próprios organismos.

Na Rússia, o fundador da seleção é considerado Nikolai Vavilov .

Instalado 8 centros de origem plantas cultivadas, pois durante as expedições estudou sua diversidade e ancestrais selvagens em diferentes lugares do globo.

formulado lei da série homóloga hereditariedade e variabilidade: espécies e gêneros geneticamente próximos são caracterizados por séries semelhantes de variabilidade genética. Sabendo que formas de variabilidade são observadas em uma espécie, pode-se prever a descoberta de formas semelhantes em uma espécie relacionada. Isso ocorre porque espécies relacionadas evoluíram de um ancestral comum por meio da seleção natural. Ou seja, os descendentes herdaram dele aproximadamente o mesmo conjunto de genes e as mutações resultantes devem ser semelhantes.

A lei se aplica a plantas e animais: albinismo e falta de penas nas aves; albinismo e calvície em mamíferos. Nas plantas, observa-se o paralelismo em termos de características: grão nu e filiforme, espiga espinhosa e sem arestas.

Para a criação e a agricultura, isso permite encontrar em espécies relacionadas uma característica ausente em uma, mas presente em outras. A medicina recebe material para suas pesquisas, pois é possível estudar doenças humanas usando animais com doenças homólogas. Por exemplo, diabetes mellitus em ratos, surdez congênita em camundongos, catarata em cães, etc.

Hibridação

O processo de obtenção de híbridos baseia-se na combinação do material genético de diferentes células e organismos. Os híbridos podem ser obtidos durante o processo sexual, combinando células somáticas. Hibridação: interespecífica e intraespecífica (relacionada e não relacionada)

1) Endogamia - cruzamento intimamente relacionado de organismos, com ancestrais comuns. É típico de plantas autopolinizadoras e animais hermafroditas.

Difícil - cruzar parentes próximos: mãe e filho, irmão e irmã

Organismos relacionados com cruzamento suave em 4 e gerações subsequentes

A cada geração, a homozigosidade dos híbridos aumenta e, como muitos mutações estão em genes recessivos, eles aparecem no estado homozigoto. A consequência da endogamia é o enfraquecimento e degeneração da prole. Por endogamia, linhas limpas , os recursos desejáveis ​​raros são corrigidos.

2) Endogamia - cruzamento não aparentado de organismos, sem laços familiares por 6 gerações anteriores. Este é um cruzamento de representantes da mesma espécie, mas diferentes linhas, variedades, raças. É usado para combinar as valiosas propriedades de várias linhagens, para aumentar a viabilidade de linhagens de pedigree ou varietais, o que ajuda a prevenir sua degeneração.

heterose - um fenômeno em que a primeira geração de híbridos tem maior produtividade e viabilidade em relação às formas parentais.

A manifestação completa da heterose é observada apenas na primeira geração, pois a maioria dos alelos passa para o estado heterozigoto. Então eles gradualmente passam para o estado homozigoto e o efeito da heterose enfraquece. É usado na agricultura, pois as linhas puras são sempre mantidas no melhoramento de plantas. A heterose vegetal pode ser reprodutiva, somática e adaptativa.

4) Hibridação distante ou interespecífica - cruzamento de dois indivíduos de espécies diferentes. É usado para combinar as qualidades valiosas de indivíduos de diferentes espécies. Assim foram obtidos os híbridos: trigo e capim-trigo, centeio e trigo = triticale, cereja e ave-cereja = ceropadus, beluga e sterlet = bester, garanhão e burro = hinny, doninha e vison = honorik, lebres lebre e lebre = manguito.

Argali de ovelha selvagem e ovelha merino de lã fina = archaromerinos

Égua e burro = mula, resistente, forte, estéril, com longa vida útil e maior vitalidade.

Problema - infertilidade híbridos interespecíficos. Isso ocorre devido ao fato de que espécies diferentes têm um número e estrutura de cromossomos diferentes, portanto, a conjugação e o processo de divergência cromossômica durante a meiose são perturbados.

É especialmente difícil superar a infertilidade em híbridos animais. Em 1924 Karpechenko criou um híbrido raro de repolho e pela primeira vez superou a infertilidade usando o método poliplodização . Ele cruzou rabanete e repolho (2n-18; n-9 xp-m). Mas durante a meiose, os cromossomos não se conjugavam e não se dispersavam, os híbridos eram estéreis. Então, usando colchicina, que bloqueia a formação de microtúbulos do fuso, Karpechenko dobrou o conjunto cromossômico de híbridos para tetraplóides (4 n -36, 2 n -18). Como resultado, tornou-se possível a conjugação, a formação de gametas e a restauração da fertilidade.

Em animais, tornou-se possível obter híbridos usando engenharia celular.

Seleção

Artificial seleção - criação de novas raças e variedades através da conservação e reprodução sistemática de indivíduos com determinadas características. No início, a seleção era realizada de forma inconsciente: uma pessoa a realizava desde o início da domesticação dos animais. A seleção moderna é realizada conscientemente, com base no conhecimento da seleção e da genética, ou seja, nas leis da hereditariedade e da variabilidade.

Os fundamentos teóricos foram apresentados por Charles Darwin. Ele provou que variedades e raças têm um ancestral comum e não são espécies independentes. O homem formou variedades e raças de acordo com seus próprios interesses, muitas vezes em detrimento da viabilidade dos animais.

- massa visando a manutenção do grupo. É usado principalmente para microorganismos e plantas de polinização cruzada. A seleção é feita de acordo com fenótipo , assim o recurso desejado é cada vez mais desenvolvido.

- Individual visando a preservação dos indivíduos. É usado para plantas autopolinizadas (obtenção de linhas limpas) e animais. Como o período para obtenção de descendentes nos animais é bastante longo, a seleção é realizada de acordo com genótipo , para reprodução deixe indivíduos individuais.

Mutagênese

Mutagênese é a produção de mutações com a ajuda de agentes físicos e químicos. Por exemplo, método poliplodização , cujo efeito é obtido pela exposição ao veneno colchicina, que destrói os fios do fuso de fissão.

Recursos de seleção

1) Plantas

Caracterizada pela reprodução sexuada e assexuada, é utilizada a seleção em massa por fenótipo. diferentes formas de hibridização. A poliploidia é usada para aumentar a resistência das variedades e superar a esterilidade dos híbridos.

Michurin – método mentor : efeito direcional da planta hospedeira nas propriedades de um híbrido jovem após enxertia.

Características da criação de animais

Os animais se reproduzem apenas sexualmente, o que limita muito os métodos de reprodução. Os principais métodos são a seleção individual e várias formas de hibridização. Na agricultura, são utilizados o fenômeno da heterose e a inseminação artificial.

Astaurov - bicho-da-seda por poliplodização.

Ivanov – Porco estepe branco ucraniano por hibridização interespecífica

Características da seleção de microrganismos

O genoma bacteriano é haplóide, representado por uma molécula de DNA circular, de modo que quaisquer mutações aparecem já na primeira geração. No entanto, uma taxa de reprodução muito alta facilita a busca por mutantes. Os principais métodos são a mutagênese artificial experimental e a seleção das linhagens mais produtivas. Assim, obteve-se uma cepa do fungo penicillium, cuja produtividade foi aumentada várias vezes.

Métodos modernos de reprodução complementar .

1. Inseminação artificial.

2. Superovulação hormonal.

3. Transferência de embriões.

A visão de Darwin

Darwin estudou os métodos de criação de novas raças e estabeleceu as etapas: o criador seleciona indivíduos com as características de que necessita; recebe descendentes deles; seleciona indivíduos nos quais a característica desejada é melhor expressa. Depois de várias gerações, a característica é fixa, torna-se estável, uma nova raça ou variedade é formada.
Assim, a seleção é baseada nos seguintes fatores:

1. A diversidade inicial de um indivíduo, ou seja, sua variabilidade natural.

2. Transferibilidade de traços por herança.

3. Seleção artificial.

Preencha um pedido de preparação para o exame em biologia ou química

Forma curta de feedback

Sujeito– biologia

Classe- 9 "A" e "B"

Duração- 40 minutos

Professora - Zhelovnikova Oksana Viktorovna

Tópico da lição: "Bases genéticas de seleção de organismos"

Forma do processo educacional: lição legal.

Tipo de aula: uma lição de comunicação de novos conhecimentos.

Alvo: Conhecer as bases genéticas da seleção dos organismos.

Lições objetivas:

1. ampliar o conhecimento sobre a seleção de organismos como ciência;

2. apresentar um breve histórico da seleção;

3. aprofundar o conhecimento sobre a variedade, raça e estirpe dos organismos;

4. formar conhecimento sobre os principais métodos de seleção de organismos;

5. revelar o papel fundamental dos padrões genéticos e das leis para a prática de reprodução.

Equipamento: apresentação de TIC livro didático "Fundamentos da seleção" editado por I.N. Ponomareva,

revista "Biologia na escola" Nº 1-1998, tabelas "Métodos de melhoramento de plantas", "Métodos de melhoramento de animais", manequins de híbridos de fruticultura.

Durante as aulas.

1. Atualizando o conhecimento dos alunos:

Que papel as propriedades gerais de todos os organismos - hereditariedade e variabilidade - desempenharam no desenvolvimento da seleção?

Qual é a essência das leis genéticas e qual é o seu papel na seleção?

2. Estudando novo material

A história do professor é acompanhada por uma apresentação

slide 1 Plantas cultivadas e animais domésticos foram formados no período pré-histórico. O cultivo de plantas e a domesticação de animais forneciam às pessoas alimentos e roupas. As primeiras tentativas de domesticar animais e cultivar plantas datam do 20º - 30º milênio aC. Na Ásia Central, Transcaucásia, sul da Rússia, o trigo era conhecido na Idade da Pedra. No início do 7º milênio aC. no montanhoso Curdistão (Iraque) eles cultivavam trigo - einkorn selvagem. No 10º milênio aC. começou a cultivar muitas plantas e domesticar animais.

Animais domésticos e plantas cultivadas são descendentes de ancestrais selvagens.

O homem no início de sua formação domou os animais de que precisava.

Pergunta para a turma: Que animais foram domesticados pelos humanos?

bancário frango (frango) argali (ovelha) lobo (cachorro)

Um homem coletou sementes de plantas úteis e as semeou perto de sua casa, cultivou a terra e selecionou as maiores sementes para novas colheitas.

A seleção de plantas e animais a longo prazo contribuiu para o surgimento de formas culturais com propriedades especiais necessárias ao homem.

No entanto, o principal papel na evolução de plantas cultivadas e animais domésticos pertence às mutações, seleção e seleção.

Professora: O que você entende por seleção?

Seleção (lat. "selectio" - seleção)

As crianças pensam, respondem, depois o professor mostra a resposta correta. Slide número 2

Esta é uma ciência que estuda os fundamentos biológicos e métodos para criar e melhorar raças animais, variedades de plantas e linhagens de microorganismos.

Este é um ramo da produção agrícola que se dedica à criação prática de novas variedades e híbridos de plantas cultivadas, raças animais e linhagens de microorganismos com as propriedades necessárias para os seres humanos.

Professora: Por favor, nomeie as tarefas de seleção. ( alunos respondem)

slide número 3

1. aumentando o rendimento das variedades vegetais, a produtividade das raças animais,

estirpes de microorganismos.

2. Criação de variedades e raças resistentes a doenças e condições climáticas.

3. obtenção de variedades, raças e linhagens adequadas para cultivo e criação mecanizada ou industrial.

Atualmente, dado o crescimento da população mundial, é necessária uma maior produção de produtos agrícolas. O papel decisivo na resolução deste problema global para todo o mundo é atribuído à seleção de plantas, animais, microrganismos

3. Minuto de educação física.

1. exercícios para a coluna

2. exercícios para os olhos.

slide 4 RAÇA, VARIEDADE, cepa - são populações obtidas artificialmente de animais, plantas, fungos e bactérias com características necessárias para os seres humanos.

slide 5 BASE TEÓRICA DA SELEÇÃO - genética. A genética é o estudo da hereditariedade e da variação. As propriedades dos organismos vivos são determinadas pelo seu GENÓTIPO, sujeito à variabilidade, de modo que o desenvolvimento da seleção é baseado nas leis da genética.

slide 6 MÉTODOS GERAIS DE SELEÇÃO SELEÇÃO ARTIFICIAL. HIBRIDAÇÃO. MUTAGÊNESE. POLIPLOIDE.

Slide 7 A SELEÇÃO ARTIFICIAL é a escolha por uma pessoa dos indivíduos mais valiosos de animais e plantas de uma determinada espécie, raça ou variedade, a fim de obter deles descendentes com propriedades desejáveis. Ch. Darwin lançou os fundamentos teóricos deste método, identificou duas áreas: INCONSCIENTE e METODOLÓGICA (CONSCIENTE)

Slide 8 Seleção artificial para traços individuais de interesse para uma pessoa. A seleção inconsciente é realizada desde os tempos antigos: de acordo com os sinais externos, os melhores são selecionados e propagados. Metódico artificial. A seleção é a criação intencional de novas formas de plantas e animais cultivados usando métodos de reprodução e várias tecnologias.

Slide 9 A hibridização é o processo de criação de híbridos de dois organismos progenitores que diferem no genótipo e se reproduzem sexualmente.

Slide 10 HIBRIDIZAÇÃO Intraespecífico (dentro da mesma espécie entre indivíduos de diferentes formas.) Interespecífico, ou distante (entre indivíduos de espécies diferentes)

slide 11 HETEROSE O fenômeno da superioridade da primeira geração de híbridos sobre ambas as formas parentais de várias maneiras é chamado de PODER HÍBRIDO ou HETEROSE. - maior produtividade na pecuária - maior produtividade na produção agrícola. - ao cruzar híbridos F 1, o efeito da heterose enfraquece e desaparece. - híbridos obtidos por hibridização à distância são frequentemente inférteis (a mula é um híbrido de cavalo com burro).

slide 12 MUTAGENESE é o processo de ocorrência de alterações hereditárias (mutações) sob a influência de fatores físicos e químicos.(mutagênicos) MUTAÇÕES - naturais (espontâneas) - - artificiais (induzidas)

slide 13 MUTAGENESIS Algumas mutações melhoram as propriedades de um organismo, tornam-se interessantes e benéficas para os seres humanos e são utilizadas na reprodução.

Slide 14 POLIPLÓIDE - uma mudança hereditária em que o conjunto haploide de cromossomos aumenta muitas vezes. Ocorre como resultado de uma violação da divergência de cromossomos na mitose ou meiose sob a influência de fatores ambientais. - ionização - baixas temperaturas. -substancias químicas.

slide 15 POLIPLOIDE Tamanhos grandes Resistente a condições adversas. O conteúdo de muitas substâncias valiosas para os seres humanos aumentou. Usado no melhoramento de plantas.

Trabalho independente com o livro didático(preenchendo a tabela)

Métodos de seleção

			Uso na criação
			plantas		animais
	Relacionado (cruzamento)	intraespécies, interespécies, Cruzamento, levando a heterose ficar heterozigoto populações com alta produtividade		Cruzando raças distantes, características diferentes, ficar heterozigoto populações e heterose. Filhotes podem ser inférteis
	intimamente relacionado (endogamia)	autopolinização polinização cruzada plantas por artificial criando linhas limpas		Atravessando entre parentes próximos ficar homozigoto linhas limpas com traços desejáveis
Artificial seleção	massa	Aplica-se à polinização cruzada plantas		Não aplicável
	Individual	Aplica-se a plantas autopolinizadoras linhas limpas se destacam descendência de um indivíduo autopolinizador		Uma seleção rigorosa é aplicada pelo valor econômico, resistência, exterior
Seleção	experimental obtenção de poliplóides	Usado para obter formas mais produtivas e produtivas de poliplóides		Não aplicável
	Experimental mutagênese	É usado para obter o material de origem para a seleção de plantas e microorganismos

5. Reflexão Então vamos resumir:

1. O que a seleção está estudando?

2. O que é uma variedade, raça, linhagem?

3. Nossa próxima tarefa é relembrar os principais métodos de seleção.

seleção artificial(inconsciente, consciente)

Hibridação(intraespecífico, interespecífico)

Mutagênese(mutações naturais e artificiais)

Poliploidia

6. Trabalho de casa: §27, termos p. 109 questões 1, 2, 3 oralmente.

1. A estrutura da criação moderna

2. Teoria do processo seletivo

3. Seleção artificial

4. História da criação na Rússia

5. Criação privada de plantas, animais e microrganismos

1. A estrutura da criação moderna

Seleção (do latim selectio, seligere - seleção) é a ciência dos métodos para criar variedades de plantas altamente produtivas, raças de animais e linhagens de microorganismos.

Seleção moderna - Esta é uma vasta área de atividade humana, que é uma fusão de vários ramos da ciência, produção agrícola e seu complexo processamento.

No curso da seleção, ocorrem transformações hereditárias estáveis ​​de vários grupos de organismos. De acordo com a expressão figurativa de N.I. Vavilov, "... a seleção é uma evolução dirigida pela vontade do homem." Sabe-se que as conquistas da seleção foram amplamente utilizadas por Charles Darwin para fundamentar as principais disposições da teoria evolutiva.

A seleção moderna é baseada nas conquistas da genética e é a base da agricultura e da biotecnologia eficientes e altamente produtivas.

Tarefas da criação moderna

Criação de novas e melhoramento de variedades antigas, raças e linhagens com características economicamente úteis.

Criação de sistemas biológicos tecnológicos altamente produtivos que maximizem o uso de matérias-primas e recursos energéticos do planeta.

Aumentar a produtividade de raças, variedades e linhagens por unidade de área por unidade de tempo.

Melhorar as qualidades de consumo dos produtos.

Reduzindo a participação de subprodutos e seu processamento complexo.

Reduzindo a parcela de perdas por pragas e doenças.

A estrutura da criação moderna

A doutrina da seleção moderna foi nosso excelente compatriota - agrônomo, botânico, geógrafo, viajante, autoridade de renome mundial no campo da genética, melhoramento, melhoramento de plantas, imunidade vegetal, um dos principais organizadores da ciência agrícola e biológica em nosso país - Nikolai Ivanovich Vavilov (1887-1943). Muitas características economicamente úteis são genotipicamente complexas, devido à ação combinada de muitos genes e complexos gênicos. É necessário identificar esses genes, estabelecer a natureza da interação entre eles, caso contrário a seleção pode ser feita às cegas. Portanto, N. I. Vavilov argumentou que a genética é a base teórica da seleção.

NI Vavilov destacou as seguintes seções de seleção:

1) a doutrina do varietal original, espécie e potencial genérico;

2) a doutrina da variabilidade hereditária (padrões de variabilidade, a doutrina das mutações);

3) a doutrina do papel do ambiente na identificação das características varietais (a influência de fatores ambientais individuais, a doutrina dos estágios no desenvolvimento das plantas em relação à seleção);

4) a teoria da hibridização tanto dentro de formas relacionadas quanto em espécies distantes;

5) a teoria do processo de seleção (autopolinizadores, polinizadores cruzados, plantas de propagação vegetativa e apogâmica);

6) a doutrina das principais direções no trabalho de melhoramento, como seleção por imunidade, por propriedades fisiológicas (resistência ao frio, resistência à seca, fotoperiodismo), seleção por qualidades técnicas, composição química;

7) criação privada de plantas, animais e microrganismos.

Os ensinamentos de N. I. Vavilov sobre os centros de origem das plantas cultivadas

A doutrina do material de origem é a base da criação moderna. O material de origem serve como fonte de variabilidade hereditária - a base para a seleção artificial. NI Vavilov estabeleceu que existem áreas na Terra com um nível particularmente alto de diversidade genética de plantas cultivadas e identificou os principais centros de origem de plantas cultivadas (inicialmente, N.I. Vavilov identificou 8 centros, mas depois reduziu seu número para 7). Para cada centro, foram estabelecidas as culturas agrícolas mais importantes características do mesmo.

1. centro tropical - inclui os territórios da Índia tropical, Indochina, Sul da China e as ilhas do Sudeste Asiático. Pelo menos um quarto da população mundial ainda vive na Ásia tropical. No passado, a população relativa deste território era ainda mais significativa. Cerca de um terço das plantas cultivadas atualmente são originárias deste centro. É o berço de plantas como arroz, cana-de-açúcar, chá, limão, laranja, banana, berinjela, além de um grande número de frutas e vegetais tropicais.

2. Centro da Ásia Oriental - inclui partes temperadas e subtropicais da China Central e Oriental, Coréia, Japão e a maior parte. Taiwan. Aproximadamente um quarto da população mundial também vive neste território. Cerca de 20% da flora cultural do mundo é originária do leste da Ásia. Este é o berço de plantas como soja, milheto, caqui e muitas outras hortaliças e frutas.

3. Centro Sudoeste Asiático - inclui os territórios do interior montanhoso da Ásia Menor (Anatólia), Irã, Afeganistão, Ásia Central e noroeste da Índia. O Cáucaso também é adjacente aqui, cuja flora cultural, como os estudos mostraram, está geneticamente relacionada à Ásia Ocidental. Pátria de trigo mole, centeio, aveia, cevada, ervilhas, melões.

Este centro pode ser subdividido nos seguintes focos:

a) Caucasiano com muitos tipos originais de trigo, centeio e frutas. Para o trigo e o centeio, conforme demonstrado por estudos comparativos, este é o foco mundial mais importante da origem de suas espécies;

b) Ásia Ocidental , incluindo Ásia Menor, interior da Síria e Palestina, Transjordânia, Irã, norte do Afeganistão e Ásia Central, juntamente com o Turquestão chinês;

c) Noroeste da Índia , que inclui, além de Punjab e as províncias adjacentes do norte da Índia e Caxemira, também o Baluchistão e o sul do Afeganistão.

Cerca de 15% da flora cultural mundial é originária deste território. Parentes selvagens do trigo, centeio e várias frutas europeias concentram-se aqui em excepcional diversidade de espécies. Até agora, é possível traçar aqui para muitas espécies uma série contínua de formas cultivadas a formas selvagens, ou seja, estabelecer conexões preservadas entre formas selvagens e cultivadas.

4. Centro Mediterrâneo - inclui países situados nas margens do Mar Mediterrâneo. Este notável centro geográfico, caracterizado no passado pelas maiores civilizações antigas, deu origem a cerca de 10% das espécies vegetais cultivadas. Entre eles estão o trigo duro, repolho, beterraba, cenoura, linho, uvas, azeitonas e muitas outras culturas vegetais e forrageiras.

5. Centro Abissínio . O número total de espécies de plantas cultivadas associadas em sua origem à Abissínia não excede 4% da flora cultural do mundo. Abyssinia é caracterizada por uma série de espécies endêmicas e até gêneros de plantas cultivadas. Entre eles estão o cafeeiro, a melancia, o cereal teff (Eragrostis abyssinica), a planta oleaginosa (Guizolia ahyssinica), um tipo especial de banana.

No Novo Mundo, estabeleceu-se uma localização incrivelmente rigorosa dos dois centros de especiação das principais plantas cultivadas.

6. Centro Centro-Americano, cobrindo uma vasta área da América do Norte, incluindo o sul do México. Três centros podem ser distinguidos neste centro:

a) Montanha do sul do México,

b) América Central,

c) Ilha das Índias Ocidentais.

Cerca de 8% de várias plantas cultivadas são originárias do centro da América Central, como milho, girassol, algodão americano de fibra longa, cacau (árvore do chocolate), feijão, abóbora, muitas frutas (goiaba, anona e abacate).

7. Centro Andino, na América do Sul, confinado à cordilheira andina. Este é o berço de batatas e tomates. É aqui que se originam a cinchona e a coca.

Como pode ser visto na lista de centros geográficos, a introdução inicial da grande maioria das plantas cultivadas na cultura está associada não apenas a regiões florísticas que se distinguem pela rica flora, mas também a civilizações antigas. Apenas relativamente poucas plantas foram introduzidas no passado no cultivo da flora selvagem fora dos principais centros geográficos listados. Os sete centros geográficos indicados correspondem às culturas agrícolas mais antigas. O centro tropical do sul da Ásia está associado a uma alta cultura indiana e indochinesa. As últimas escavações mostraram a profunda antiguidade dessa cultura, sincronizada com o Oriente Próximo. O centro do leste asiático está associado à cultura chinesa antiga, e o centro do sudoeste asiático está associado à cultura antiga do Irã, Ásia Menor, Síria, Palestina e Assírio-Babilônia. O Mediterrâneo por muitos milênios aC concentrou as culturas etrusca, helênica e egípcia. A peculiar cultura abissínia tem raízes profundas, provavelmente coincidindo no tempo com a antiga cultura egípcia. Dentro do Novo Mundo, o centro da América Central está associado à grande cultura maia, que alcançou grande sucesso na ciência e na arte antes de Colombo. O centro andino na América do Sul combina-se em desenvolvimento com as notáveis ​​civilizações pré-incas e incas.

NI Vavilov destacou um grupo de culturas secundárias que se originaram de ervas daninhas: centeio, aveia, etc. N.I. Vavilov descobriu que "um ponto importante na avaliação do material para seleção é a presença de uma variedade de formas hereditárias". NI Vavilov distinguiu os seguintes grupos de variedades iniciais: variedades locais, variedades estrangeiras e variedades de outras regiões. Ao desenvolver a teoria da introdução (implementação) de outras variedades regionais e estrangeiras, “é necessário distinguir os centros primários de morfogênese dos secundários”. Por exemplo, na Espanha, "um número excepcionalmente grande de variedades e espécies de trigo" foi encontrado, mas isso se deve à "atração aqui de muitas espécies de diferentes focos". NI Vavilov deu grande importância às novas formas híbridas. Diversidade de genes e genótipos em N.I. Vavilov chamou o potencial genético do material de origem.

O desenvolvimento dos ensinamentos de N.I. Vavilov sobre os centros de origem das plantas cultivadas.

Infelizmente, muitas ideias de N.I. Vavilov não foi devidamente apreciado por seus contemporâneos. Somente na segunda metade do século 20 foram estabelecidos grandes centros para a conservação do pool genético de plantas cultivadas e seus parentes selvagens nas Filipinas, México, Colômbia e outros países estrangeiros.

Na segunda metade do século XX. surgiram novos dados sobre a distribuição de plantas cultivadas. Levando em conta esses dados, o acadêmico P.M. Zhukovsky desenvolveu os ensinamentos de N.I. Vavilov sobre os centros de origem das plantas cultivadas. Ele criou a teoria dos megacentros (centros genéticos, ou genecenters), unindo os centros primários e secundários de origem das plantas cultivadas, bem como alguns de seus parentes silvestres. Em seu livro "The World Plant Gene Pool for Breeding" (1970) P.M. Zhukovsky destacou 12 megacentros: chinês-japonês, indonésio-indochinês, australiano, hindustaniano, asiático central, asiático ocidental, mediterrâneo, africano, europeu-siberiano, médio-americano, sul-americano e norte-americano. Os megacentros listados cobrem vastas regiões geográficas (por exemplo, todo o território da África ao sul do Saara é atribuído ao Centro Africano). Ao mesmo tempo, P. M. Zhukovsky destacou 102 microcentros, nos quais foram encontradas formas individuais de plantas. Por exemplo, a ervilha-de-cheiro, uma planta ornamental popular, é o lar do Pe. Sicília; formas únicas de trigo são originárias de algumas regiões da Geórgia, em particular, o trigo Zanduri, que é um complexo supraespecífico resistente a muitas doenças fúngicas (além disso, formas com esterilidade masculina citoplasmática foram encontradas entre esses trigos).

Lei das séries homólogas

Sistematizando a doutrina do material de origem, N.I. Vavilov formulou a lei das séries homológicas (1920):

1. Espécies e gêneros geneticamente próximos são caracterizados por séries semelhantes de variabilidade hereditária com tal regularidade que, conhecendo o número de formas dentro de uma espécie, pode-se prever a ocorrência de formas paralelas em outras espécies e gêneros. Quanto mais próximos gêneros e espécies estão geneticamente localizados no sistema geral, mais completa é a similaridade na série de sua variabilidade.

2. Famílias inteiras de plantas são geralmente caracterizadas por um certo ciclo de variabilidade que passa por todos os gêneros e espécies que compõem a família.

De acordo com essa lei, espécies e gêneros geneticamente próximos têm genes semelhantes que dão uma série semelhante de alelos múltiplos e variantes de traços.

Significado teórico e prático da lei das séries homólogas:

NI Vavilov distinguiu claramente entre variabilidade intraespecífica e interespecífica. Ao mesmo tempo, a espécie foi considerada como um sistema integral e historicamente estabelecido.

NI Vavilov mostrou que a variabilidade intraespecífica não é ilimitada e está sujeita a certos padrões.

A lei das séries homólogas é um guia para os criadores preverem as possíveis variações de características.

N. I. Vavilov foi o primeiro a realizar uma busca direcionada por alelos raros ou mutantes em populações naturais e populações de plantas cultivadas. Atualmente, a busca por alelos mutantes para aumentar a produtividade de linhagens, variedades e raças continua.

Identificação do nível de diversidade biológica e sua conservação

Para encontrar os centros de diversidade e riqueza de formas vegetais, N.I. Vavilov numerosas expedições, que para 1922 ... 1933. visitou 60 países do mundo, bem como 140 regiões do nosso país.

É importante ressaltar que a busca por plantas cultivadas e seus parentes silvestres não foi às cegas, como na maioria dos países, incluindo os Estados Unidos, mas baseou-se em uma teoria estrita dos centros de origem das plantas cultivadas desenvolvida por N.I. Vavilov. Se antes dele os botânicos-geógrafos procuravam "em geral" a pátria do trigo, Vavilov procurava centros de origem de espécies individuais, grupos de espécies de trigo em várias regiões do globo. Ao mesmo tempo, era especialmente importante identificar áreas de distribuição natural (gamas) de variedades desta espécie e determinar o centro de maior diversidade de suas formas (método botânico-geográfico). Para estabelecer a distribuição geográfica de variedades e raças de plantas cultivadas e seus parentes selvagens, N.I. Vavilov estudou os centros da cultura agrícola mais antiga, cujo início ele viu nas regiões montanhosas da Etiópia, Ásia Ocidental e Central, China, Índia, nos Andes da América do Sul, e não nos amplos vales de grandes rios - o Nilo, Ganges, Tigre e Eufrates, como os cientistas haviam afirmado anteriormente.

Como resultado das expedições, um valioso fundo de recursos vegetais mundiais foi coletado, totalizando mais de 250.000 amostras. Uma coleção semelhante foi criada nos Estados Unidos, mas era significativamente inferior à coleção de Vavilov tanto em número de espécimes quanto em composição de espécies.

Amostras de coleta coletadas sob a orientação de N.I. Vavilov, foram mantidos em Leningrado no All-Union Institute of Plant Industry (VIR), criado por N.I. Vavilov em 1930 com base no Instituto All-Union de Botânica Aplicada e Novas Culturas (anteriormente o Departamento de Botânica Aplicada e Criação, ainda antes - o Bureau of Applied Botany). Durante a Grande Guerra Patriótica, durante o cerco de Leningrado, os funcionários do VIR estavam de plantão 24 horas por dia na coleta de sementes de grãos. Muitos funcionários do VIR morreram de fome, mas a inestimável riqueza de espécies e variedades, das quais os criadores de todo o mundo ainda extraem material para criar novas variedades e híbridos, foi preservada.

Na segunda metade do século XX, novas expedições foram organizadas para coletar amostras para reabastecer a coleção VIR; atualmente, esta coleção inclui até 300.000 espécimes de plantas pertencentes a 1.740 espécies.

Para armazenar o material de origem de forma viva, são utilizadas diversas plantações: viveiros de coleta, plantações de coleta uterina, uterinas e industriais. Uma variedade de métodos são usados ​​para preservar as amostras coletadas: armazenamento de sementes com ressemeadura periódica, armazenamento de amostras congeladas (estacas, brotos), manutenção de culturas de células de tecidos. Em 1976, o National Seed Vault para o pool genético do VIR foi construído no Kuban, com capacidade para 400.000 amostras. Neste armazenamento, as sementes são armazenadas a uma temperatura estritamente definida, o que lhes permite manter a germinação e evitar a acumulação de mutações, incl. à temperatura do nitrogênio líquido (–196 °С).

O estudo sistemático dos recursos vegetais do mundo das plantas cultivadas mais importantes mudou radicalmente a ideia da composição varietal e de espécies mesmo de culturas bem estudadas como trigo, centeio, milho, algodão, ervilha, linho e batata. Entre as espécies e muitas variedades dessas plantas cultivadas trazidas das expedições, quase metade se revelou nova, ainda desconhecida pela ciência. A coleção mais rica coletada é cuidadosamente estudada usando os mais modernos métodos de seleção, genética, biotecnologia, bem como com a ajuda de culturas geográficas.

A diminuição da diversidade genética ao nível populacional é um sinal do nosso tempo

Muitas variedades modernas de plantas (leguminosas de grão, cafeeiro, etc.) são originárias de alguns indivíduos fundadores. Centenas de raças de animais domésticos estão à beira da extinção. Por exemplo, o desenvolvimento da avicultura industrial levou a uma redução acentuada na composição das raças de frangos em todo o mundo: apenas 4 ... 6 das 600 raças e variedades conhecidas são mais amplamente utilizadas. A mesma situação é típica para outras espécies agrícolas. Um papel significativo no processo de redução do nível de diversidade é desempenhado pela gestão econômica irracional, que ignora a organização sistêmica evolutivamente estabelecida das populações naturais e agrícolas, sua subdivisão natural em subpopulações geneticamente diferentes. Ideias N.I. Vavilov sobre a necessidade de identificar e preservar a diversidade foram desenvolvidos nos trabalhos de A.S. Serebrovsky, S. S. Chetverikov e outros cientistas domésticos. Os métodos de seleção visando à conservação da diversidade biológica serão discutidos a seguir.

Atualmente, os materiais de origem para reprodução são:

Variedades e raças atualmente cultivadas e criadas.

Variedades e raças que saíram de produção, mas são de grande valor genético e genético em certos parâmetros.

Variedades locais e raças nativas.

Parentes selvagens de plantas cultivadas e animais domésticos: espécies, subespécies, ecótipos, variedades, formas.

Espécies selvagens de plantas e animais, promissoras para introdução na cultura e domesticação. Sabe-se que atualmente são cultivadas apenas 150 espécies de plantas agrícolas e 20 espécies de animais domésticos. Assim, o enorme potencial de espécies de espécies selvagens permanece inutilizado.

Linhas genéticas criadas experimentalmente, híbridos e mutantes obtidos artificialmente.

Hoje em dia, é geralmente aceito que tanto o material de origem local quanto o estrangeiro devem ser usados ​​como material de origem. O material de origem deve ser suficientemente diversificado: quanto maior sua diversidade, maior a possibilidade de escolha. Ao mesmo tempo, o material de origem deve estar o mais próximo possível da imagem ideal (modelo) do resultado da seleção - variedade, raça, linhagem (veja abaixo). Atualmente, a busca por alelos mutantes para aumentar a produtividade de variedades, raças e linhagens continua.

mutagênese induzida.

Obtenção experimental de mutações em plantas e microrganismos e seu uso no melhoramento

Métodos eficazes para obter o material de partida são métodos mutagênese induzida – obtenção artificial de mutações. A mutagênese induzida possibilita a obtenção de novos alelos que não podem ser encontrados na natureza. Por exemplo, cepas de microrganismos altamente produtivas (produtoras de antibióticos), variedades anãs de plantas com maior precocidade etc. foram obtidas dessa maneira. Mutações obtidas experimentalmente em plantas e microrganismos são usadas como material para seleção artificial. Desta forma, foram obtidas linhagens de microrganismos altamente produtivas (produtoras de antibióticos), variedades anãs de plantas com maior precocidade, etc.

Para obter mutações induzidas em plantas, são utilizados mutagênicos físicos (radiação gama, raios-X e radiação ultravioleta) e supermutágenos químicos especialmente criados (por exemplo, N-metil-N-nitrosourea).

A dose de mutagênicos é selecionada de tal forma que não mais que 30 ... 50% dos objetos tratados morrem. Por exemplo, ao usar radiação ionizante, essa dose crítica varia de 1...3 a 10...15 e até 50...100 kiloroentgens. Ao usar mutagênicos químicos, são usadas suas soluções aquosas com concentração de 0,01 ... 0,2%; tempo de processamento - de 6 a 24 horas ou mais.

O processamento é submetido a pólen, sementes, mudas, brotos, estacas, bulbos, tubérculos e outras partes das plantas. As plantas cultivadas a partir de sementes tratadas (brotos, estacas, etc.) são designadas M1 (primeira geração mutante). Em M1, a seleção é difícil porque a maioria das mutações são recessivas e não aparecem no fenótipo. Além disso, junto com as mutações, muitas vezes são encontradas alterações não herdadas: fenocópias, teratos, morfoses.

Portanto, o isolamento das mutações começa em M2 (a segunda geração de mutantes), quando pelo menos algumas das mutações recessivas aparecem, e a probabilidade de preservação de alterações não hereditárias diminui. Normalmente, a seleção continua por 2 a 3 gerações, embora em alguns casos leve de 5 a 7 gerações para eliminar as mudanças não hereditárias (tais mudanças não hereditárias que persistem por várias gerações são chamadas de modificações de longo prazo).

As formas mutantes resultantes dão origem diretamente a uma nova variedade (por exemplo, tomates anões com frutas amarelas ou laranja) ou são usadas em trabalhos de melhoramento adicionais.

No entanto, o uso de mutações induzidas no melhoramento ainda é limitado, uma vez que as mutações levam à destruição de complexos genéticos historicamente estabelecidos. Em animais, as mutações quase sempre levam à redução da viabilidade e/ou infertilidade. Algumas exceções incluem o bicho-da-seda, com o qual foi realizado um trabalho intensivo de criação usando auto e alopoliploides (B.L. Astaurov, V.A. Strunnikov).

mutações somáticas. Como resultado da mutagênese induzida, plantas parcialmente mutantes (organismos quiméricos) são frequentemente obtidas. Neste caso, fala-se de mutações somáticas (renais). Muitas variedades de plantas frutíferas, uvas e batatas são mutantes somáticos. Estas variedades mantêm as suas propriedades se forem reproduzidas vegetativamente, por exemplo, por enxertia de gemas (estacas) tratadas com mutagénicos na coroa de plantas não mutantes; desta forma, por exemplo, as laranjas sem sementes são propagadas.

Poliploidia. Como você sabe, o termo "poliploidia" é usado para se referir a uma ampla variedade de fenômenos associados a uma mudança no número de cromossomos nas células.

Autopoliploidia é uma repetição múltipla na célula do mesmo conjunto de cromossomos (genoma). A autopoliploidia é frequentemente acompanhada por um aumento no tamanho das células, grãos de pólen e tamanho geral dos organismos. Por exemplo, o álamo triploide atinge tamanhos gigantescos, é durável e sua madeira é resistente à deterioração. Entre as plantas cultivadas, os triplóides (banana, chá, beterraba) e tetraplóides (centeio, trevo, trigo sarraceno, milho, uvas, bem como morangos, macieiras, melancias) são comuns. Algumas variedades poliplóides (morangos, macieiras, melancias) são representadas por triplóides e tetraplóides. Autopoliplóides são caracterizados por alto teor de açúcar, alto teor de vitaminas. Os efeitos positivos da poliploidia estão associados a um aumento no número de cópias do mesmo gene nas células e, consequentemente, a um aumento na dose (concentração) de enzimas. Como regra, os autopoliplóides são menos férteis que os diplóides, mas a diminuição da fertilidade é geralmente mais do que compensada pelo aumento do tamanho do fruto (maçã, pêra, uva) ou pelo aumento do teor de certas substâncias (açúcares, vitaminas). Ao mesmo tempo, em alguns casos, a poliploidia leva à inibição de processos fisiológicos, especialmente em níveis muito altos de ploidia. Por exemplo, o trigo de 84 cromossomos é menos produtivo do que o trigo de 42 cromossomos.

Alopoliploidia - Esta é a união de diferentes conjuntos de cromossomos (genomas) em uma célula. Muitas vezes, os alopoliplóides são obtidos por hibridização à distância, ou seja, pelo cruzamento de organismos pertencentes a espécies diferentes. Esses híbridos geralmente são estéreis (são chamados figurativamente de "mulas de plantas"), no entanto, dobrando o número de cromossomos nas células, sua fertilidade (fertilidade) pode ser restaurada. Desta forma, foram obtidos híbridos de trigo e centeio (triticale), ameixa e abrunheiro, amora e bicho-da-seda tangerina.

A poliploidia na reprodução é usada para atingir os seguintes objetivos:

Obtenção de formas altamente produtivas que possam ser introduzidas diretamente na produção ou utilizadas como material para posterior seleção;

Restauração da fertilidade em híbridos interespecíficos;

Transferência de formas haplóides para o nível diplóide.

Em condições experimentais, a formação de células poliplóides pode ser causada pela exposição a temperaturas extremas: baixas (0 ... +8 ° C) ou altas (+38 ... + 45 ° C), bem como pelo tratamento de organismos ou suas partes (flores, sementes ou brotos de plantas, ovos ou embriões de animais) por venenos mitóticos. Os venenos mitóticos incluem: colchicina (um alcalóide do outono colchicum - uma planta ornamental bem conhecida), clorofórmio, hidrato de cloral, vinblastina, acenafteno, etc.

Na lição, veremos como a regularidade descoberta pela genética na medicina e na agricultura é aplicada na prática, aprenderemos os fundamentos da seleção de organismos, como a seleção contribui para a criação de raças de animais com características necessárias para humanos.

Claro, é improvável que tal sinal tenha dado a esse pe-to-hu-hu-you-to-hold uma luta competitiva e seleção natural no ambiente ambiente -zha-yu-schey. Mas este sinal é para-em-te-re-co-val che-lo-ve-ka, e este ro-da foi co-criado. Além disso, de-se formas caseiras de selvagens também têm seus frutos muito grandes para vi-que-stu, esta é a principal qualidade, por causa de -that-ro-th man-lo-age e começaram a criar essas raças. Por exemplo, o ovo-tse-nariz-osso de galinhas no chifre de perna branco é de cerca de 350 ovos por ano, e o ovo-tse-nariz-osso de seu di-ko-th pre-ka ban-ki-vskoy ku-ri-tsy compõe 18-20 ovos por ano (Fig. 2).

Arroz. 2. Frango Leghorn Branco e Frango Bancário ()

A partir desses exemplos, você pode-ve-sti para-da-chi co-seleção de tempo, para eles de-no-sit-sya:

1. Po-lu-che-ing de novo você-com-uro-zhai-ny e resistente-chi-para-bo-le-va-ing de raças animais e variedades de raças -ny.

2. Melhores variedades e raças de plástico eco-lo-gi-che-ski, ou seja, aquelas que podem viver em diferentes condições eco-lo-gi-che-sky-vi-yah.

3. Po-lu-che-raças e variedades que são convenientes para a limpeza industrial de ratos-len-no-go you-ra-schi-va-nia e me-ha-ni-zi-ro-van-noah.

Surgiu-la-se-lecture no alvorecer do man-lo-ve-che-stva, cerca de 20-30 mil anos atrás, quando as pessoas se tornaram uma maneira acidental de se vestir mach-ni-vat zhi-here-nyh, alguém está Ao redor deles. O principal critério foi que os animais podem se multiplicar em cativeiro e ter um caráter cem preciso, mas bom, é conveniente mantê-los. Isso serviu como um precursor para o desenvolvimento da ciência da reprodução. Shi-ro-some odo-mash-ni-va-nie na-cha-elk em algum lugar nos séculos 8-6 aC, e já naquele momento eles eram todos odo-mash-não-nós desta vez, animais e ocul- raças tu-re-na, mas ainda não era ciência. Pi-o-ne-rum da ciência da seleção em nosso país foi Ni-ko-lai Iva-no-vich Va-vi-lov (Fig. 3).

Arroz. 3. N.I. Vavilov (1887-1943) ()

Va-vi-lov acreditava que na base da se-lecture os-no-ve está a escolha certa para ra-bo-you is-mo-no-go ma-te-ri-a-la , diversidade genética e a influência do ambiente na manifestação de sinais de propriedades hereditárias com gi-bri-di-za-tion or-ga-niz-mov. In-is-kah é-quente-no-go ma-te-ri-a-la para-lu-che-niya novos híbridos Wa-vi-lov or-ga-ni-zo-val nos anos 1920-30 de-syat-ki ex-pe-di-tsy em todo o mundo. Durante essas ex-pe-dições, ele conseguiu coletar mais de mil espécies de raças culturais e uma enorme variedade de co-li-che-stvo. Em 1940, já havia 300 mil espécimes nas raças All-So-Uz-In-sti-tu-te-te-ni-water-stva. No momento, uma coleção de palestras está em cem yan-mas meio-nya-is-sya e é usada-para-lu-che-para novo lixo -tov no os-mas-ve já do -oeste. Explorando em um lu-chen-ny durante ex-pe-di-tion ma-te-ri-al, N.I. Va-vi-lov veio para a abertura do opre-de-len-noy for-co-no-mer-no-sti, alguém-paraíso e se tornou um gene-não-ty-che-os -no-howl se -palestra. Esta za-ko-sem-dimensão in-lu-chi-la é chamada de “lei da série de herança go-mo-lo-gi-che”. Para-mu-li-vala-ka deste for-to-on, alguém-ruyu sugeriu-lo-viveu N.I. Va-vi-lov: “Ge-not-ti-che-ski fecha gêneros e espécies ha-rak-te-ri-zu-yut-sya similaridade-us-mi linha-sim-mi-herança -noy de-homens -chi-in-sti com tal exatidão que, conhecendo várias formas em pré-de-lah do mesmo tipo, você pode prever -a existência de formas paralelas em outras espécies e gêneros relacionados. Quanto mais próximas as espécies e gêneros de si-ste-ma-ti-che-ski, mais completa a semelhança nas fileiras de seus iz-men-chi-vo-sti.

Esta forma complexa-mu-li-vala-ku pode ser pró-il-lu-stri-ro-vat, no exemplo da família de mal-para-vyh (Fig. 4), que inclui -dyat ho-ro -sho de-você milheto, centeio, cevada-homens, arroz, ku-ku-ru-za.

Arroz. 4. Família de cereais ()

Esta família tem uma série de sinais, alguns vestígios em diferentes espécies, desde a esta família. Para tais sinais de não-sat-sya em-se o inverno se forma, a cor vermelha nos grãos, por exemplo, a cor vermelha encontra -cha-et-sya e centeio, e trigo-ni-tsy e ku-ku-ru- zy. Da mesma forma, as formas de inverno são encontradas tanto no trigo quanto no centeio. Foi isso que serviu de base para a descoberta deste for-to-on. A lei da série go-mo-lo-gi-che é verdadeira não apenas para as raças, mas também para os animais. Então, por exemplo, yav-le-niya al-bi-niz-ma na-blu-yes-yut-sya em man-ve-ka e mamífero-ko-pi-ta-yu -shchy, e até mesmo em pássaros (Fig. 5).

Arroz. 5. O fenômeno do albinismo ()

A lei descoberta por Vavilov tem significado prático, pode ser desmontada em um exemplo específico: em uma planta, lu-pi-na, os frutos contêm um número muito grande de - teor de proteína, e o tremoço (Fig. 6) pode ser um enxame de culto de forragem muito valioso, mas suas sementes contêm perigoso al-ka-lo-id venenoso.

Arroz. 6. Tremoço perene com sementes de alcalóides venenosos ()

Portanto, era impossível usar o tremoço como alimento para minha cultura. Um-de-um-sabe-mas aquele outro pré-cem-vi-te-se-mei-stvo bo-bo-vy: ervilha, feijão, alfafa, soja - não tem isso - qual gene. Então, é possível prever que lu-pi-na-possibilidade-m-ta-ção está em uma forma não-al-ka-lo-id. E realmente-mas, se-lek-qi-o-ne-ram conseguiu chegar ao chit sem-al-ka-lo-id-nuyu forma de lu-pi-na, e agora o tremoço está ativo, mas é usado na agricultura como uma bela forragem (Fig. 7).

Arroz. 7. Alimente variedades de tremoço ()

Examinamos a história do surgimento de uma nova, in-the-res-noy, e mais importante, uma ciência de seleção muito útil e praticamente significativa, suas principais tarefas. No decorrer de nossas próximas lições, aprenderemos mais detalhadamente sobre os métodos de seleção e trabalhos de N.I. Wa-wee-lo-wa.

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Trabalho de casa

1. O que é uma seleção?
2. Quais são as principais tarefas da seleção de co-tempo?
3. O que diz a lei das séries homólogas de hereditariedade?