Výběr. Biotechnologie. | Jednotná státní zkouška z biologie, příprava od zkoušejícího

Selekce — výběr a vytváření nových odrůd rostlin, plemen zvířat a kmenů mikroorganismů s vlastnostmi nezbytnými pro člověka.

Plemena zvířat, odrůdy rostlin, kmeny mikroorganismů – jsou to soubory jedinců vytvořených člověkem a majících některé vlastnosti, které jsou pro něj cenné. Teoretickým základem výběru je genetika.

Základní metody výběru

Výběr

Ve výběru působí přírodní a umělý výběr. Umělý výběr může být nevědomý a metodický. Nevědomá selekce spočívá v tom, že člověk zachová nejlepší jedince pro chov a sežere ty nejhorší, bez vědomého záměru vyvinout dokonalejší plemeno nebo varietu. Metodický výběr je záměrně zaměřen na vývoj nové odrůdy nebo plemene s požadovanými vlastnostmi. V procesu selekce spolu s umělým výběrem nepřestává fungovat přirozený výběr, což zvyšuje adaptabilitu organismů na podmínky prostředí.

Srovnávací charakteristiky přirozeného a umělého výběru

Hromadný výběr – izolovat z výchozího materiálu celou skupinu jedinců s žádoucími vlastnostmi a získat z nich potomstvo.
Individuální výběr – izolovat jednotlivé jedince s žádoucími vlastnostmi a získávat z nich potomstvo.

Ve šlechtění rostlin se častěji používá hromadná selekce a ve šlechtění zvířat se častěji používá individuální selekce, která je spojena s charakteristikou reprodukce rostlin a zvířat.

Hybridizace

Nové genotypy nelze získat selekcí. Hybridizace se používá k vytvoření nových příznivých kombinací znaků (genotypů). Existují vnitrodruhové a mezidruhové (vzdálené) hybridizace.

Vnitrodruhová hybridizace – křížení jedinců stejného druhu. Využívá se příbuzenská plemenitba a křížení nepříbuzných jedinců.

Inbreeding (příbuzenské křížení) (například samosprašování u rostlin) vede ke zvýšení homozygotnosti, což na jedné straně přispívá k upevnění dědičných vlastností, na druhé straně však vede ke snížení životaschopnosti, produktivity a degenerace. Křížení nepříbuzných jedinců (outbreeding) umožňuje získat heterotické hybridy. Pokud nejprve vyšlechtíte homozygotní linie, upevníte požadované vlastnosti a poté zkřížíte mezi různými samosprašnými liniemi, pak v některých případech výsledkem jsou vysoce výnosní hybridi. Fenomén zvýšeného výnosu a životaschopnosti u hybridů první generace získaných křížením rodičů čistých linií se nazývá heteróza. Hlavním důvodem heterozního efektu je absence projevu škodlivých recesivních alel v heterozygotním stavu. Již od druhé generace však efekt heterózy rychle klesá.

Mezidruhová (vzdálená) hybridizace – křížení různých druhů.

Využívá se k výrobě hybridů, které spojují cenné vlastnosti rodičovských forem (tritikale – kříženec pšenice a žita, mezek – kříženec klisny a osla, hinny – kříženec koně a osla). Vzdálení hybridi jsou obvykle sterilní, protože chromozomy rodičovských druhů se natolik liší, že proces konjugace je nemožný, v důsledku čehož je narušena meióza. Pomocí polyploidie je možné překonat neplodnost u vzdálených rostlinných hybridů. Obnovení plodnosti u zvířecích hybridů je obtížnější úkol, protože získání polyploidů u zvířat je nemožné.

Polyploidie

Polyploidie – zvýšení počtu sad chromozomů.

Polyploidie zabraňuje sterilitě mezidruhových hybridů. Navíc mnohé polyploidní odrůdy kulturních rostlin (pšenice, brambory) mají vyšší výnosy než příbuzné diploidní druhy. Fenomén polyploidie je založen na třech důvodech: zdvojení chromozomů v nedělících se buňkách, fúze somatických buněk nebo jejich jader, narušení procesu meiózy s tvorbou gamet s neredukovanou (dvojitou) sadou chromozomů. Polyploidie je uměle způsobena ošetřením rostlinných semen nebo sazenic kolchicinem. Kolchicin ničí vlákna vřeténka a zabraňuje divergenci homologních chromozomů během meiózy.

Indukovaná mutageneze

V přirozených podmínkách je frekvence mutací poměrně nízká. Proto se při výběru používá indukovaná (uměle způsobená) mutageneze – vystavení organismu za experimentálních podmínek jakémukoli mutagennímu faktoru za účelem vyvolání mutace za účelem studia vlivu faktoru na živý organismus nebo získání nové vlastnosti. Mutace jsou neorientované, takže chovatel sám vybírá organismy s novými prospěšnými vlastnostmi.

Buněčné a genetické inženýrství

Biotechnologie — metody a techniky pro získávání produktů a jevů užitečných pro člověka pomocí živých organismů (bakterií, kvasinek atd.). Biotechnologie otevírá nové možnosti pro šlechtění. Jeho hlavní směry: mikrobiologická syntéza, genetické a buněčné inženýrství.
Mikrobiologická syntéza — využití mikroorganismů k produkci bílkovin, enzymů, organických kyselin, léčiv a dalších látek. Díky selekci se podařilo vyvinout mikroorganismy, které produkují látky potřebné pro člověka v množství desítek, stovek a tisíckrát větších, než je potřeba samotných mikroorganismů. Pomocí mikroorganismů se získává lysin (aminokyselina, která se v těle zvířat netvoří, přidává se do rostlinné potravy), organické kyseliny (octová, citrónová, mléčná aj.), vitamíny, antibiotika aj. .
Buněčné inženýrství – pěstování buněk mimo tělo na speciálních živných půdách, kde rostou a množí se a vytvářejí tkáňovou kulturu. Organismus nemůžete vypěstovat ze živočišných buněk, ale z rostlinných buněk ano. Takto se získávají a množí cenné odrůdy rostlin. Buněčné inženýrství umožňuje hybridizaci (fúzi) zárodečných i somatických buněk. Hybridizace zárodečných buněk umožňuje oplodnění in vitro a implantaci oplodněného vajíčka do těla matky. Hybridizace somatických buněk umožňuje vytvářet nové odrůdy rostlin, které mají užitečné vlastnosti a jsou odolné vůči nepříznivým faktorům prostředí.
Genetické inženýrství – umělé přeuspořádání genomu. Umožňuje vložení genů z jiného druhu do genomu organismu jednoho druhu. Zavedením odpovídajícího lidského genu do genotypu E. coli se tedy získá hormon inzulín. V současné době lidstvo vstoupilo do éry konstruování buněčných genotypů.

Selekce rostlin, živočichů a mikroorganismů

Pěstování rostlin Pro chovatele je velmi důležité znát vlastnosti výchozího materiálu používaného v chovu. V tomto ohledu jsou velmi důležité dva úspěchy domácího šlechtitele N.I. Vavilova: zákon homologických řad v dědičné variabilitě a doktrína center původu pěstovaných rostlin.
Zákon homologických řad v dědičné variabilitě: druhy a rody, které jsou si geneticky blízké (spojené k sobě jednotou původu), se vyznačují podobnými řadami v dědičné variabilitě. Takže například pšenice měkká a tvrdá a ječmen mají klasy s markýzou, s krátkou a bez klasů. Při znalosti dědičných změn u jednoho druhu je možné předpovědět přítomnost podobných změn u příbuzných druhů a rodů, čehož se využívá při šlechtění. Čím blíže jsou druhy a rody k sobě, tím větší je podobnost ve variabilitě jejich znaků. N.I. Vavilov formuloval zákon ve vztahu k rostlinám a později jej potvrdil pro zvířata a mikroorganismy.
Nejpoužívanější ve šlechtění rostlin jsou: metody jako je hromadná selekce, vnitrodruhová hybridizace, vzdálená hybridizace, polyploidie.
Velký podíl na výběru ovocných rostlin měl domácí šlechtitel I. V. Mičurin. Na základě metod meziodrůdové a mezidruhové hybridizace, selekce a vystavení podmínkám prostředí vytvořil mnoho odrůd ovocných plodin. Díky jeho práci bylo v centrální zóně naší země distribuováno mnoho jižních odrůd ovocných plodin.
Mnoho odrůd kulturních rostlin je polyploidních. Jedná se o některé odrůdy pšenice, žita, jetele, brambor, řepy atd. Kombinace vzdálené hybridizace s následnou produkcí polyploidních forem umožnila překonat sterilitu vzdálených hybridů. V důsledku mnohaleté práce N. V. Tsitsina a jeho kolegů byly získány hybridy pšenice a pšenice, pšenice a žita (triticale).
Mezi nejvýznamnější úspěchy šlechtění rostlin patří vytvoření velkého množství vysoce produktivních odrůd zemědělských rostlin.

Chov zvířat

Domácí zvířata mají stejně jako kulturní rostliny divoké předky. Proces přeměny divokých zvířat na domácí se nazývá domestikace (domestikace). Téměř všechna domácí zvířata patří k vyšším obratlovcům – ptákům a savcům.
Nejpoužívanějšími metodami v chovu zvířat jsou: individuální selekce, vnitrodruhová hybridizace (příbuzné a nepříbuzné křížení) a vzdálená (mezidruhová) hybridizace.
Použití individuálního výběru je spojeno s pohlavním rozmnožováním zvířat, kdy je obtížné získat mnoho potomků najednou. V tomto ohledu je důležité, aby chovatel určil dědičné vlastnosti samců, které se u nich přímo neprojevují (tučné mléko, produkce vajec). Zvířata lze proto posuzovat podle původu a kvality jejich potomků. Určitý význam má také zohlednění exteriéru, tedy souhrnu vnějších vlastností zvířete. Výběr plemeníků v chovu hospodářských zvířat je aktuální zejména v souvislosti se současným využíváním umělé inseminace, která umožňuje získat značné množství potomků z jednoho organismu. Příbuzenské křížení vede k homozygotnosti a je nejčastěji doprovázeno snížením odolnosti zvířete vůči nepříznivým faktorům prostředí, poklesem plodnosti apod. K odstranění nepříznivých následků se využívá nepříbuzné křížení různých linií a plemen. Vysoce produktivní hospodářská zvířata vznikla na základě křížení (zejména M. F. Ivanov vytvořil vysoce produktivní plemeno ukrajinského prasete Belaya a plemeno ovcí Askaniyskaya Ramboulier). Nepříbuzné křížení je doprovázeno heterózou, jejíž podstatou je, že hybridy první generace mají zvýšenou životaschopnost a posílený vývoj. Příkladem efektivního využití heterózy je chov hybridních kuřat (produkce brojlerů).
Vzdálená (mezidruhová) hybridizace zvířat vede k neplodnosti kříženců. Ale díky projevu heterózy je široce používán lidmi. Mezi úspěchy vzdálené hybridizace zvířat stojí za zmínku mezek – kříženec klisny s oslem, nejlepší – kříženec belugy a jesetera, produktivní kříženec kapra a karase, kříženci skotu s jaky a zebu, vzdálení kříženci prasat atd.

Selekce mikroorganismů

Mezi mikroorganismy patří prokaryota – bakterie, modrozelené řasy; eukaryota – houby, mikroskopické řasy, prvoci.
Nejpoužívanější při selekci mikroorganismů jsou indukovaná mutageneze a následná selekce skupin geneticky identických buněk (klonů), metody buněčného a genetického inženýrství.
Činnost mikroorganismů se využívá v průmyslu, zemědělství, medicíně. Enzymatická aktivita mikroorganismů (plísní a bakterií) se využívá při výrobě mléčných výrobků, pečení, vinařství atd. Pomocí mikroorganismů, aminokyselin, bílkovin, enzymů, alkoholů, polysacharidů, antibiotik, vitamínů, hormonů, interferonu, atd. jsou získány.
Byly vyvinuty kmeny bakterií schopné ničit ropné produkty, které umožní jejich využití k čištění životního prostředí. Pracuje se na přenosu genetického materiálu mikroorganismů fixujících dusík do genomu půdních bakterií, které tyto geny nemají, a také přímo do genomu rostlin. Odpadne tak potřeba vyrábět obrovské množství dusíkatých hnojiv.