Презентация на тему «Селекция растений и животных: методы и достижения»

Слайд 1. Селекция растений и животных: методы и достижения

• Научные основы селекции, классические и современные методы работы с сортом и породой, важнейшие результаты отечественной школы

Доклад: Здравствуйте! Тема моей презентации — селекция растений и животных: методы и достижения. Речь пойдёт о том, как человек создаёт новые сорта и породы и какими научными приёмами он при этом пользуется. Отдельно остановлюсь на результатах отечественной селекционной школы, которые признаны во всём мире.

Слайд 2. Содержание

• Введение
• Основные понятия селекции
• Как селекция становилась наукой
• Центры происхождения культурных растений
• Закон гомологических рядов
• Группы методов селекции растений
• Отбор: массовый и индивидуальный
• Гибридизация: родственная и неродственная
• Гетерозис: как получают гибридную мощность
• Полиплоидия и экспериментальный мутагенез
• Отдалённая гибридизация
• Достижения селекции зерновых культур
• Подсолнечник — успех отечественной школы
• Чем селекция животных отличается от селекции растений
• Порядок племенной работы с животными
• Породы отечественной селекции
• Выдающиеся отечественные селекционеры
• Биотехнология и клеточная селекция
• Урожайность пшеницы в России
• Выводы
• Список литературы

Доклад: Работа построена так: сначала разберём, что такое селекция как наука и какими понятиями она оперирует. Затем последовательно рассмотрим методы работы с растениями, потом особенности селекции животных и, наконец, современные биотехнологические приёмы. Завершат выступление выводы и список использованной литературы.

Слайд 3. Введение

• Селекция — основа современного сельского хозяйства: новые сорта и породы дают до половины прироста урожайности и продуктивности, остальное приходится на удобрения, технику и агротехнику.
• Все культурные растения и домашние животные созданы человеком из диких предков за 10–12 тысяч лет непрерывного искусственного отбора.
• Производству нужны сорта, устойчивые к засухе, болезням и полеганию, и породы с высокой оплатой корма продукцией, поэтому селекционная работа не прекращается никогда.
• Знание методов селекции необходимо агроному, зоотехнику, биотехнологу и учителю биологии — на них строится вся племенная и сортовая работа.

Доклад: Селекция сегодня — это не вспомогательная дисциплина, а фундамент продовольственной безопасности. По оценкам специалистов, до половины прироста урожайности за прошлый век дали именно новые сорта, а не удобрения и техника. При этом всё, что мы выращиваем и разводим, человек создал сам из диких предков за десять-двенадцать тысяч лет отбора.

Слайд 4. Основные понятия селекции

• Селекция — наука о создании сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с заданными человеком свойствами
• Сорт — созданная человеком группа растений одного вида с устойчивыми наследственными признаками и общим происхождением
• Порода — группа домашних животных общего происхождения со стойко передающимися по наследству продуктивностью и экстерьером
• Штамм — чистая культура микроорганизмов, выделенная из одного источника и применяемая в производстве
• Исходный материал — совокупность диких и культурных форм, из которых селекционер берёт родительские пары для скрещивания

Доклад: Прежде чем говорить о методах, договоримся о терминах. Селекция — наука о создании сортов, пород и штаммов с заданными свойствами. Сорт и порода — это не природные, а созданные человеком группы организмов с устойчиво передающимися признаками, а исходный материал — тот запас форм, из которого селекционер выбирает родительские пары.

Слайд 5. Как селекция становилась наукой

• Тысячелетиями селекция была бессознательной практикой земледельцев и скотоводов: лучшее оставляли на семена и на племя, не понимая механизма наследования.
• Наукой она стала только в XX веке, после переоткрытия законов Менделя и работ Иогансена и Вавилова, превративших отбор в управляемый процесс.
• X тыс. до н. э. — одомашнивание пшеницы и ячменя
• 1865 — Мендель открывает законы наследственности
• 1903 — Иогансен вводит понятие чистых линий
• 1920 — Вавилов формулирует закон гомологических рядов
• 1926 — описаны центры происхождения культурных растений
• 1960-е — сорта интенсивного типа и зелёная революция

Доклад: Тысячелетиями селекция велась вслепую: земледелец просто оставлял на семена лучшие колосья, не понимая, почему это работает. Наукой она стала лишь в двадцатом веке, когда были переоткрыты законы Менделя и появились работы Иогансена о чистых линиях. Вершиной этого пути стали труды Николая Вавилова, превратившие отбор в управляемый и предсказуемый процесс.

Слайд 6. Центры происхождения культурных растений

• Николай Вавилов установил: наибольшее разнообразие форм культурного растения сосредоточено там, где оно возникло.
• Именно в этих очагах селекционер находит доноров устойчивости к болезням, засухе и холоду.

Доклад: Вавилов установил закономерность, которая кажется очевидной только задним числом: наибольшее разнообразие форм культурного растения сосредоточено там, где оно возникло. В таблице показаны основные центры и вышедшие из них культуры. Практический смысл этого открытия прост: селекционер знает, в какой точке земного шара искать дикую форму с нужной устойчивостью к болезни или засухе.

Слайд 7. Закон гомологических рядов

• Виды и роды, генетически близкие между собой, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости: зная формы одного вида, можно предсказать существование таких же форм у родственных видов. Для селекционера это карта поиска — он знает, где искать нужный признак, а не перебирает материал вслепую.
• 1920 — Год формулировки — Доклад Вавилова на съезде селекционеров в Саратове
• 250 тыс. — Образцов в коллекции — Мировой банк семян, собранный экспедициями ВИР
• 60 стран — География экспедиций — Материал собирали на пяти континентах

Доклад: Закон гомологических рядов — второе крупное обобщение Вавилова, сформулированное в тысяча девятьсот двадцатом году. Он утверждает, что близкие виды и роды дают сходные ряды наследственной изменчивости. Значит, обнаружив безостую форму у пшеницы, можно уверенно предсказать, что такая же найдётся у ржи или ячменя. Это превращает поиск нужного признака из перебора вслепую в целенаправленную работу.

Слайд 8. Группы методов селекции растений

• Все приёмы селекции растений сводятся к трём группам и применяются совместно, а не по отдельности.
• Сначала подбирают исходный материал, затем создают наследственную изменчивость и закрепляют её отбором.
• Мировые коллекции
• Дикие сородичи
• Местные сорта
• Образцы из очагов разнообразия
• Гибридизация
• Полиплоидия
• Мутагенез
• Клеточная селекция
• Массовый отбор
• Индивидуальный отбор
• Самоопыление
• Испытание потомства

Доклад: Все приёмы селекции растений удобно разложить на три группы. Сначала подбирают исходный материал — коллекции, дикие сородичи, местные сорта. Затем создают наследственную изменчивость гибридизацией, полиплоидией или мутагенезом. И на третьем этапе закрепляют удачные признаки отбором и испытанием потомства. Ни одна из групп сама по себе результата не даёт.

Слайд 9. Отбор: массовый и индивидуальный

• Отбор — древнейший и главный метод селекции: без него любая наследственная изменчивость остаётся бесполезной.
• Две его формы различаются тем, оценивают ли каждое растение по его собственному потомству.
• Отбирают сразу группу лучших растений по внешнему виду
• Потомство высевают общей смесью, родословную не ведут
• Прост, дёшев, пригоден для перекрёстноопыляемых культур
• Не отделяет наследственные различия от влияния условий
• Каждое растение оценивают по его собственному потомству
• Ведут родословную и получают выровненные чистые линии
• Точен, но требует многих лет и больших площадей
• Основной метод для самоопылителей — пшеницы, ячменя, гороха

Доклад: Отбор — древнейший и по сей день главный метод селекции. Массовый отбор прост и дёшев: берут группу лучших растений и высевают их потомство общей смесью. Индивидуальный отбор гораздо точнее, потому что каждое растение оценивается по собственному потомству, но он требует многих лет и больших опытных площадей. Для самоопылителей — пшеницы, ячменя, гороха — применяют именно его.

Слайд 10. Гибридизация: родственная и неродственная

• Гибридизация соединяет в одном организме ценные признаки разных родительских форм.
• По степени родства родителей различают два противоположных по действию приёма.
• Самоопыление растений или спаривание близких родственников
• Переводит гены в гомозиготное состояние
• Позволяет получить чистые линии и выявить вредные рецессивные аллели
• Сопровождается инбредной депрессией — ослаблением потомства
• Скрещивание неродственных линий, сортов или пород
• Повышает гетерозиготность потомства
• Даёт эффект гетерозиса в первом поколении
• Лежит в основе промышленного производства гибридных семян

Доклад: Гибридизация позволяет соединить в одном организме достоинства разных родителей. Близкородственное скрещивание, инбридинг, переводит гены в гомозиготное состояние и выявляет вредные рецессивные аллели, но ослабляет потомство. Неродственное, аутбридинг, наоборот повышает гетерозиготность и даёт мощное потомство. Селекционер использует оба приёма по очереди и осознанно.

Слайд 11. Гетерозис: как получают гибридную мощность

• Гетерозис открыт на кукурузе: скрещивание двух ослабленных самоопылением линий даёт мощное и урожайное потомство.
• Эффект держится только в первом поколении и затухает во втором, поэтому гибридные семена хозяйства покупают ежегодно.
• Чистая линия А — годы самоопыления, полная гомозиготность, слабые растения
• Чистая линия Б — другая линия с иным набором закреплённых аллелей
• Скрещивание линий — вредные рецессивные аллели переходят в гетерозиготное состояние
• Гетерозис — прибавка урожая гибридов первого поколения до 30 %

Доклад: Гетерозис был открыт на кукурузе и выглядит парадоксально: скрещиваем две ослабленные самоопылением линии — и получаем мощное, урожайное потомство. Объясняется это тем, что вредные рецессивные аллели одной линии перекрываются нормальными аллелями другой. Прибавка урожая достигает тридцати процентов, но держится только в первом поколении, поэтому гибридные семена хозяйства покупают каждый год.

Слайд 12. Полиплоидия и экспериментальный мутагенез

• Полиплоидия — кратное увеличение числа хромосом; полиплоиды крупнее, урожайнее и лучше переносят неблагоприятные условия.
• Получают их обработкой проростков колхицином, который разрушает веретено деления и не даёт хромосомам разойтись.
• Полиплоидны мягкая пшеница, картофель, сахарная свёкла, многие сорта ржи и гречихи.
• Экспериментальный мутагенез — обработка семян излучением или химическими веществами для получения новых наследственных изменений.
• Полезных мутаций единицы на тысячи, поэтому обрабатывают десятки тысяч семян и ведут жёсткий отбор в нескольких поколениях.

Доклад: Два приёма позволяют создавать изменчивость искусственно. Полиплоидия — кратное увеличение числа хромосом обработкой колхицином; полиплоидные растения крупнее и урожайнее, к ним относятся мягкая пшеница, картофель и сахарная свёкла. Экспериментальный мутагенез действует излучением и химическими веществами, но полезных мутаций единицы на тысячи, поэтому за ним всегда стоит жёсткий многолетний отбор.

Слайд 13. Отдалённая гибридизация

• Отдалённая гибридизация — скрещивание организмов разных видов и родов; она даёт признаки, которых нет ни у одного культурного сорта.
• Главное препятствие — бесплодие гибридов: негомологичные хромосомы родителей не конъюгируют в мейозе и половые клетки не образуются.
• Бесплодие преодолевают удвоением числа хромосом колхицином; приём разработал Георгий Карпеченко в 1924 году на гибриде редьки и капусты.
• Тритикале — гибрид пшеницы и ржи, соединивший урожайность пшеницы с зимостойкостью и неприхотливостью ржи; Николай Цицин тем же путём получил пшенично-пырейные гибриды.

Доклад: Отдалённая гибридизация — скрещивание разных видов и даже родов. Она даёт признаки, которых в культурных сортах просто нет, но упирается в бесплодие гибридов: хромосомы родителей не конъюгируют в мейозе. Решение нашёл Георгий Карпеченко в тысяча девятьсот двадцать четвёртом году, удвоив число хромосом. Классический результат этого пути — тритикале, гибрид пшеницы и ржи, который вы видите на слайде.

Слайд 14. Достижения селекции зерновых культур

• Сорта озимой пшеницы Павла Лукьяненко — прежде всего Безостая 1 — в 1960-е годы подняли урожайность на юге страны с 20 до 40 центнеров с гектара.
• Мироновская 808 Василия Ремесла соединила зимостойкость с высоким качеством зерна и занимала миллионы гектаров от Украины до Сибири.
• Современные российские сорта пшеницы дают на орошении до 100 центнеров с гектара и устойчивы к бурой ржавчине и мучнистой росе.
• Селекция ячменя и кукурузы дала короткостебельные формы, которые не полегают и пригодны к машинной уборке.

Доклад: Достижения отечественной селекции зерновых говорят сами за себя. Безостая один Павла Лукьяненко подняла урожайность озимой пшеницы на юге страны вдвое, а Мироновская восемьсот восемь Василия Ремесла соединила зимостойкость с высоким качеством зерна и занимала миллионы гектаров. Современные сорта на орошении дают до ста центнеров с гектара и устойчивы к бурой ржавчине.

Слайд 15. Подсолнечник — успех отечественной школы

• Василий Пустовойт за полвека работы поднял масличность семян подсолнечника с 28–33 % до 50–55 %.
• Одновременно созданы сорта, устойчивые к заразихе, подсолнечниковой моли и ложной мучнистой росе.
• Метод Пустовойта — многократный индивидуальный отбор с оценкой по потомству и переопылением лучших семей.
• Российские сорта легли в основу мировой селекции культуры и до сих пор используются как доноры высокой масличности.

Доклад: История подсолнечника — образец того, чего можно добиться терпеливым отбором. Василий Пустовойт за полвека поднял масличность семян примерно с тридцати до пятидесяти пяти процентов, попутно сделав сорта устойчивыми к заразихе и подсолнечниковой моли. Его метод многократного индивидуального отбора с переопылением лучших семей вошёл в мировую практику, а российские сорта до сих пор служат донорами масличности.

Слайд 16. Чем селекция животных отличается от селекции растений

• У животных существует только половое размножение, поэтому получить чистые линии самоопылением невозможно.
• Смена поколений медленная, а потомство малочисленное: корова приносит одного телёнка в год, и на оценку линии уходят десятилетия.
• Многие хозяйственные признаки — удой, жирность молока, яйценоскость — проявляются лишь у одного пола.
• Поэтому ценность производителя определяют не по нему самому, а по продуктивности его дочерей.

Доклад: Селекция животных устроена сложнее, чем селекция растений. Здесь есть только половое размножение, поэтому чистые линии самоопылением получить невозможно. Смена поколений медленная, потомство малочисленное, а важнейшие признаки — удой, жирность молока, яйценоскость — проявляются лишь у одного пола. Поэтому быка оценивают не по нему самому, а по продуктивности его дочерей.

Слайд 17. Порядок племенной работы с животными

• Работа с породой построена как непрерывный цикл: оценка животных, подбор пар, получение потомства и новая оценка уже по нему.
• Современные хозяйства ведут племенной учёт в электронных базах и тиражируют лучших производителей искусственным осеменением.
• Оценка по экстерьеру — отбор по телосложению, развитию и здоровью
• Оценка по родословной — анализ продуктивности предков за несколько поколений
• Подбор пар — родственное разведение для закрепления признака или неродственное для гетерозиса
• Оценка по потомству — окончательное суждение о производителе по продуктивности дочерей
• Тиражирование — искусственное осеменение и трансплантация эмбрионов от выдающихся маток

Доклад: Племенная работа построена как непрерывный цикл. Сначала животных оценивают по экстерьеру и родословной, затем подбирают пары — родственно, чтобы закрепить признак, или неродственно, чтобы получить гетерозис. Окончательный вердикт производителю выносит оценка по потомству. Лучших затем тиражируют искусственным осеменением и трансплантацией эмбрионов.

Слайд 18. Породы отечественной селекции

• Отечественные породы создавали скрещиванием местного неприхотливого скота с высокопродуктивными зарубежными формами и последующим жёстким отбором.

Доклад: В таблице — породы, созданные отечественными селекционерами. Все они получены по одной схеме: местный неприхотливый скот скрещивали с высокопродуктивными зарубежными формами, а затем вели жёсткий отбор в местных условиях. Так появились костромская порода коров, асканийские тонкорунные овцы Михаила Иванова и знаменитый орловский рысак.

Слайд 19. Выдающиеся отечественные селекционеры

• Николай Иванович Вавилов, 1887–1943, Создал учение о центрах происхождения культурных растений и мировую коллекцию семян
• Иван Владимирович Мичурин, 1855–1935, Вывел более 300 сортов плодовых культур, продвинув садоводство в среднюю полосу России
• Василий Степанович Пустовойт, 1886–1972, Поднял масличность подсолнечника до 55 % и создал сорта, устойчивые к заразихе
• Василий Николаевич Ремесло, 1907–1983, Автор озимой пшеницы Мироновская 808, занимавшей миллионы гектаров посевов

Доклад: На этом слайде — люди, без которых разговор о селекции невозможен. Вавилов создал учение о центрах происхождения и мировую коллекцию семян. Мичурин вывел более трёхсот сортов плодовых культур и продвинул садоводство в среднюю полосу России. Пустовойт и Ремесло дали стране высокомасличный подсолнечник и лучшие сорта озимой пшеницы своего времени.

Слайд 20. Биотехнология и клеточная селекция

• Культура тканей позволяет вырастить целое растение из одной клетки и за год размножить ценный образец до тысяч копий.
• Клеточная селекция ведёт отбор прямо в пробирке: на среде с солью или токсином гриба выживают только устойчивые клетки.
• Метод получения гаплоидов из пыльников сокращает создание чистой линии с восьми — десяти лет до двух.
• Отбор по участкам ДНК позволяет определить нужный ген уже у проростка, не дожидаясь урожая и оценки взрослого растения.

Доклад: Современная селекция немыслима без биотехнологии. Культура тканей позволяет вырастить целое растение из одной клетки и за год размножить ценный образец до тысяч копий. Клеточная селекция ведёт отбор прямо в пробирке: на среде с солью или токсином выживают только устойчивые клетки. А отбор по участкам ДНК даёт возможность увидеть нужный ген уже у проростка.

Слайд 21. Урожайность пшеницы в России

• Рост показывает совместный вклад новых сортов, удобрений и техники возделывания.
• Прибавка последних десятилетий получена в основном за счёт сортов интенсивного типа.

Доклад: График показывает, как менялась урожайность пшеницы в России за последние шестьдесят лет — примерно с одиннадцати до тридцати трёх центнеров с гектара. Это результат совместного действия новых сортов, удобрений и техники возделывания. Обратите внимание на ускорение кривой после двухтысячных годов: оно обеспечено прежде всего сортами интенсивного типа.

Слайд 22. Выводы

• Селекция — прикладная наука, превращающая законы генетики в конкретные сорта, породы и штаммы.
• Её теоретическая база — учение Вавилова об исходном материале, центрах происхождения и гомологических рядах изменчивости.
• Главные методы — отбор, гибридизация, полиплоидия и мутагенез; у животных к ним добавляется обязательная оценка производителей по потомству.
• Отечественная школа дала результаты мирового уровня: Безостая 1, Мироновская 808, высокомасличный подсолнечник, костромская порода скота.
• Будущее селекции — соединение классических методов с культурой тканей, клеточной селекцией и отбором по участкам ДНК.

Доклад: Подведём итоги. Селекция — прикладная наука, которая переводит законы генетики в конкретные сорта, породы и штаммы. Её теоретическая основа заложена работами Вавилова, а рабочие инструменты — отбор, гибридизация, полиплоидия и мутагенез. Отечественная школа дала результаты мирового уровня, а её будущее — в соединении классических методов с биотехнологией.

Слайд 23. Список литературы

• Вавилов, Н. И. Пять континентов / Н. И. Вавилов. — Москва : Мысль, 1987. — 348 с.
• Гуляев, Г. В. Селекция и семеноводство полевых культур : учебник / Г. В. Гуляев, Ю. Л. Гужов. — Москва : Агропромиздат, 1987. — 447 с.
• Красота, В. Ф. Разведение сельскохозяйственных животных : учебник / В. Ф. Красота, В. Т. Лобанов, Т. Г. Джапаридзе. — Москва : Агропромиздат, 1990. — 463 с.
• Пыльнев, В. В. Практикум по селекции и семеноводству полевых культур : учебное пособие / В. В. Пыльнев. — Санкт-Петербург : Лань, 2014. — 448 с.
• Тимофеев-Ресовский, Н. В. Краткий очерк теории эволюции / Н. В. Тимофеев-Ресовский, Н. Н. Воронцов, А. В. Яблоков. — Москва : Наука, 1977. — 301 с.

Доклад: При подготовке работы я опирался на классические учебники по селекции и семеноводству полевых культур и по разведению сельскохозяйственных животных, а также на труды самого Николая Вавилова. Список составлен по действующему стандарту библиографического описания и расположен в алфавитном порядке.

Слайд 24. Спасибо за внимание!

Доклад: На этом моё выступление завершено. Мы рассмотрели научные основы селекции, её классические и современные методы и важнейшие достижения отечественных селекционеров. Благодарю за внимание, готов ответить на ваши вопросы.