схрещування і розмноження рослин і тварин під контролем людини, зазвичай з метою поліпшення сорту або породи. Поліпшення може стосуватися як зовнішнього вигляду, так і різних аспектів продуктивності або можливості використання організму. Як рослини, так і тварини можуть змінюватися в напрямках, що відповідають інтересам людини. Покращуваний вид можна розглядати як свого роду механізм, на основі якого розробляють нову модель, більш придатну для конкретної мети або дає більш широкі перспективи для подальшого розвитку.
Особливості організму залежать від його спадковості і навколишнього середовища. Кожна рослина або тварина має відомим генетичним потенціалом, що передається в поколіннях. Природжений потенціал реалізується в тій мірі, в якій цього сприяють харчування, температура, рельєф місцевості, грунт, вітри і т.п. Таким чином, кінцевий урожай або продукт визначається особливим поєднанням спадкових і середовищних факторів, які діють на піддавався даний організм протягом усього свого життя.
Селекція ускладнюється тим, що ступінь впливу спадковості на розвиток різних ознак або властивостей неоднакова. Частку загальної мінливості ознаки, обумовлену спадковістю, називають його успадкованого. Вона буває високою (40-80%), середньої (20-40%) або низькою (0-20%). Ці цифри дозволяють судити про те, наскільки швидко вдасться змінити організми, проводячи селекцію за цією ознакою.
У тих небагатьох випадках, коли ознака контролюється однією або всього декількома парами генів, селекціонер може досить швидко змінити набір генів (генофонд) популяції, отримавши бажаний результат. Однак більшість ознак, особливо мають економічне значення (наприклад, швидкість росту тварин або врожайність рослин), контролюється великим числом генних пар, тому передача їх в поколіннях визначається багатьма випадками і домогтися зміни відповідних параметрів організмів набагато складніше.
Штучний відбір. Головний метод селекціонера - це відбір, тобто ретельний вибір батьківських особин для схрещування. Такий відбір проводиться в кожному поколінні. Селекція ефективна в тих випадках, коли мінливість по покращуваним ознаками досить велика, і можна відібрати особин, у яких вони явно відхиляються в потрібну сторону від середніх значень. Крім того, бажаний ознака необхідно досить точно вимірювати або оцінювати. Якщо необхідно домогтися швидких результатів, то успадкованого ознаки повинна бути не нижче середньої. За зовнішніми ознаками з низькою успадкованого селекцію зазвичай не проводять, за винятком тих випадків, коли вони так важливі, що навіть невелика їх поліпшення принесе велику користь.
Інші фактори. Успіх селекції сильно залежить ще від трьох чинників: числа відбираються ознак, часу генерації, тобто швидкості зміни поколінь, і числа нащадків від кожного спарювання. Максимальний успіх можливий при роботі з одним або двома ознаками. Що стосується часу генерації, то, наприклад, хвойні дерева ростуть дуже повільно; має пройти немало років, перш ніж на них з'являться шишки. Однак кожне зріле дерево дає багато шишок, а кожна шишка - багато насіння. І навпаки, ячменю або пшениці досить кілька тижнів, щоб досягти зрілості, і в теплиці можна отримати 2-3 їх покоління в рік. Однак, хоча і у цих видів бувають рослини з шістьма і більш колосками, число насіння на кожному примірнику набагато менше, ніж на дереві. Проте селекція лісових порід пов'язана з дорогими і тривалими програмами, які дають відчутні результати лише через багато років, тоді як нові сорти ячменю можна вивести за 3-4 роки при відносно невеликих витратах.
Методи селекції. Селекціонери користуються у своїй роботі різними методами. Один з них полягає в тому, щоб оцінити на око популяцію тварин і просто вибрати особин з потрібними ознаками. Це називається відбором за фенотипом. На виставках тварин в більшості випадків оцінюють саме їх фенотип. Інший метод - відбір по родоводу, при якому враховуються дані про предків конкретного організму.
Інбридинг і лінійне розведення. Інбридингом називають схрещування між особинами, пов'язаними родинними зв'язками. Парування брата з сестрою, батька з дочкою, матері з сином у тварин або самозапилення у рослин дозволяють швидко отримати лінію з високим ступенем "інбредних". Інбридинг зазвичай служить для "закріплення", тобто стабілізації в поколіннях певних ознак, а значить, створення ясно відрізняються від інших порід, сортів, штамів або ліній організмів. Інтенсивний інбридинг застосовується головним чином у рослин (наприклад у кукурудзи), домашньої птиці і свиней. Отримані інбрение лінії потім використовують для кроссбрідінга (метизації) і міжлінійних схрещувань. У інбредних популяціях особини зазвичай дрібніше, слабше і менш плодовиті, ніж в середньому у даного виду. Однак нащадки від схрещувань між такими лініями перевершують батьків за цими ознаками.
Інбридинг підвищує гомозиготность (кількість генів, представлених двома ідентичними алелями). На жаль, будь-яка популяція рослин і тварин містить небажані рецесивні, тобто приховані, ознаки, які можуть проявитися в гомозиготному стані у інбредних нащадків. У зв'язку з цим використовувати інбридинг треба дуже обачно. Зазвичай спочатку проводять близькоспоріднені схрещування протягом декількох поколінь, а потім вдаються до схрещування з далекими генетично особинами (аутбридинг). Аутбридинг підвищує гетерозиготність (кількість генів, представлених неоднаковими алелями), знижуючи ймовірність прояву і "закріплення" небажаних рецесивних генів. Див. Також Спадковий
.
Лінійне розведення означає схрещування для підвищення ступеня споріднення з конкретними індивідами. Зазвичай в ньому беруть участь особи, які від одного досить далекого предка-рекордсмена.
Кроссбрідінг і міжлінійні схрещування. Кроссбрідінгом називають схрещування між особинами, які належать до різних порід і навіть видам. Наприклад, схрещуючи ослів з кіньми, отримують мулів і лошаків; бізонів з коровами - коровобізонов; пшеницю з житом - тритикале. Міжвидові схрещування далеко не завжди призводять до появи потомства. При цьому самі нащадки або стерильні, як мули, або їх плодовістость різко знижена, як у коровобізонов. Однак кроссбрідінг, або метизація, в межах одного виду дає цілком нормальних гібридів (метисів).
Як правило, міжлінійні схрещування призводять до появи нащадків, які значно перевищують батьків за ознаками, пов'язаних з виживанням і продуктивністю. Цей феномен називають гібридної силою, або гетерозисом. В результаті ознаки, що володіють низькою успадкованого і тому слабо відгукуються на відбір, можна значно поліпшити шляхом міжлінійних схрещувань, так що кроссбрідінг використовується для отримання результатів, яких важко досягти в межах чистих ліній.
Крім гетерозису цінність кроссбрідінга - в можливості з'єднання ознак різних порід. Наприклад, браманська порода великої рогатої худоби (зебу) з Індії, на відміну від англійських порід, дуже стійка до спеки і укусів комах. Браманов схрещували з англійським герефордської, шортгорнская і абердин-ангуської худобою, що володіє більш високими, ніж у зебу, м'ясними якостями. В результаті отримані гібриди, які стійкіше до спеки і комах, ніж англійські породи, і дають кращі туші, ніж чистопородні брамани.
У рослин теж вдається поєднати корисні ознаки, схрещуючи, наприклад, два сорти зернових культур, один з яких стійкий до сажки, а інший - до іржі. Шляхом таких схрещувань (інтербрідінга) і відбору протягом декількох поколінь можна отримати новий покращений сорт, здатний самовідтворюватися, тобто вже не гібрид, а самостійний таксон гібридного походження. На відміну від гібридів, для появи яких необхідно зберігати обидві батьківські лінії, він буде розмножуватися шляхом інбридингу.
Інші методи. Час від часу в популяціях рослин або тварин випадковим чином виникають окремі особини з новими для таксона ознаками, які називають мутаціями. Так, в результаті мутацій виникли сорти пшениці, стійкі до жовтої іржі. Іноді мутація зачіпає цілком тільки один пагін, і тоді її називають почковой, або спортом. В результаті подібної мутації з'явився, наприклад, безнасінний каліфорнійський апельсин навів. Йому, як і багатьом іншим рослинам, насіння для розмноження не обов'язкові: досить вегетативних способів, зокрема живцювання або щеплень.
Після того як стало можливим штучне запліднення тварин, різко зріс попит на племінних самців. Їх сперму вводять шприцом в статеві шляхи самки. Довготривале зберігання замороженої сперми цінних виробників, введене в практику в 1949, значно розширило масштаби і можливості штучного запліднення.
У 1980-х роках було розроблено кілька інших методів швидкого поліпшення великої рогатої худоби, овець, кіз і свиней.
Один з них полягає в пересадці ембріонів. Наприклад, корові, що володіє цінними ознаками, вводять гормони, під дією яких у неї дозріває одночасно кілька яйцеклітин замість однієї. Через 7 днів після запліднення їх витягають і переносять в матки інших корів, де ембріони нормально розвиваються. В результаті племінна корова замість того, щоб приносити по одному теляті на рік, виробляє кожні два місяці яйцеклітини, з яких отримують 30-40 телят щорічно. Можливості цього методу ще більш зросли з появою способу тимчасового заморожування зародків на ранніх стадіях розвитку в рідкому азоті. Це дозволяє зоотехнікам вибирати оптимальні терміни і місця для народження телят.
При штучному створенні близнюків шестиденний зародок, який представляє собою крихітний кульку з клітин, витягають з корови і мікрохірургічними методами ділять на дві половинки. Потім їх переносять в матки сурогатних матерів, де вони розвиваються в ідентичних повноцінних телят.
Нарешті, в тваринництві вже застосовують і методи генної інженерії. Якщо, наприклад, в однієї породи спостерігається швидке зростання, тоді як інша володіє будь-якими іншими цінними якостями, але зростає повільно, технічно можливо перенести "ростові" гени ої породи в тільки що запліднену яйцеклітину другий. Розвинувся з такою яйцеклітини теля буде володіти цінними ознаками обох порід.
Генна інженерія. Цілеспрямоване маніпулювання генами на молекулярному рівні називається генною інженерією. Це дуже перспективний шлях поліпшення найрізноманітніших організмів. Генна інженерія відкриває широкі можливості підвищення мінливості, яку потім можна використовувати в селекції.
У 1980-і роки були створені лабораторні методи, що дозволяють переносити окремі гени з одного організму в інший, зазвичай неспоріднених (що відноситься до іншого виду і т.д.). В результаті такого перенесення, званого трансформацією, виходить трансгенні рослини або тварину з "чужим" геном, який в подальшому буде передаватися нащадкам.
Вже існують поліпшені сорти кукурудзи, рису, сої, бавовнику, цукрового буряка, олійного ріпаку і люцерни, виведені з трансгенних рослин. Серед ознак, переданих методом трансформації, - стійкість до гербіцидів (що дозволяє знищувати і без шкоди для сільськогосподарської культури), до комах-шкідників, до хвороб, підвищена поживна цінність і особливості розмноження, що сприяють створенню гібридних сортів. У числі довгострокових цілей - підвищення ефективності фотосинтезу, стійкості до екстремальних умов середовища (спеки, холоду, посухи і т.п.), загальної продуктивності і посилення реакції на внесення добрив.
Розробляються програми виведення трансгенних тварин, більш ефективно перетворюють корми в молоко, шерсть, яйця, м'ясо та інші цінні продукти, що дають продукцію підвищеної якості і стійких до хвороб і середовищним стресів.
Трохи історії. Хоча доісторична людина і не мав жодного уявлення про закони спадковості, він, без сумніву, контролював розмноження перших домашніх тварин і сільськогосподарських рослин, здійснюючи відбір за фенотипом. У міру розвитку міжнародної торгівлі розширювалися знання про чужоземних видах, сортах і породах, які стали проникати в нові для них географічні області і там схрещуватися з місцевими формами, даючи гібриди, також піддавалися штучному відбору.
У 1760-і роки англійський агроном Р.Бейкуелл сформулював два правила селекції великої рогатої худоби: "схрещуються кращі з кращого" і "Подібне породжує подібне". Працям цього фахівця Англія багато в чому зобов'язана своїм лідируючим положенням в племінному тваринництві.