Цель : познакомиться с разнообразными методами селекции, генетически обосновать эффективность их использования.

Задачи:

Образовательная – показать взаимосвязь и раскрыть специфику основных методов селекции – отбора и гибридизации и их форм, познакомить учащихся с генетическими процессами, лежащими в основе этих методов, выявить цели и сферу применения различных методов селекции. Познакомить учащихся с методикой вычисления коэффициента наследуемости, обосновать необходимость его применения в селекционной практике.

Воспитательная – показать применение знаний о генетических закономерностях наследования признаков и свойств в сельском хозяйстве, воспитывать бережное отношение к домашним животным и растениям, а также к продукции сельского хозяйства.

Развивающая – развивать умения работать с таблицами, графиками, обрабатывать результаты опытов, с помощью статистических методов, умения решать генетические задачи различных типов; развивать внимание, логическое мышление.

Методы обучения и методические приемы: рассказ с элементами беседы; приемы сравнения, обобщения, создание проблемной ситуации.

Дидактический материал и оборудование: таблицы – «методы селекции», « Кариотипы животных и растительных организмов», «Гетерозис у кукурузы», генетические коллекции модельных объектов, гербарии листьев, семян, плодов вычислительная техника.

 Ход занятия

Занятие целесообразно начать с восстановления знаний учащихся о движущих силах эволюции видов. Опираясь на знания из курса общей биологии, школьники называют отбор, наследственность, изменчивость и борьбу за существование. Затем педагог предлагает назвать движущие силы эволюции культурных форм. В ходе дискуссии по данному вопросу, учащиеся делают вывод, что эти же факторы лежат в основе создания новых сортов растений и пород домашних животных.

Обобщая ответы учащихся, преподаватель сообщает о том, что возникновение новых пород домашних животных и сортов культурных растений стало возможно вследствие существования у диких видов комбинативной наследственной изменчивости как результата полового размножения и отбора, применяемого человеком. Успех селекционной работы зависит главным образом от генетического разнообразия исходной группы растений или животных. Между тем генофонд существующих пород животных или сортов растений, естественно менее разнообразен по сравнению с генофондом дикого вида, поэтому при выведении новых сортов растений и пород животных очень важны поиски и выявление полезных признаков у диких предков. Однако недостаточно найти организмы с ценными хозяйственными признаками, нужно еще закрепить эти признаки в потомстве и усилить их проявление, для чего необходимо использовать различные методы селекции.

Тема занятия: Методы селекции. Системы скрещиваний в селекции животных и растений

На этом занятии мы рассмотрим следующие вопросы:

• Искусственный отбор и его формы.
• Применение коэффициента наследуемости для оценки эффективности отбора.
• Генетические основы межвидовой и внутривидовой гибридизации. Инбридинг и аутбридинг.

Изучение нового материала начинается с рассмотрения искусственного отбора, применяемого человеком с глубокой древности и до настоящего времени остающегося ведущим методом селекции. Учитель сообщает, что учение об искусственном отборе создал Ч. Дарвин. Ученый особо выделил две разновидности искусственного отбора, давно используемые селекционерами.

Это, во-первых, бессознательный отбор, проводимый для сохранения и преимущественного размножения особей с наилучшей совокупностью ценных качеств ( более конкретная цель при этой форме отбора не ставится ).

Во-вторых, методический отбор, направленный на выведение сорта или породы с максимальным выражением вполне определенных одного или немногих признаков.

Учитель сообщает, что и методический, и бессознательный отбор человек издревле производил по фенотипу – оставлял на племя наиболее крупных животных, имеющих высокую продуктивность. И просит учащихся ответить на вопрос – всегда ли отбор на племя наиболее крупных животных гарантирует получение более продуктивного потомства ?

Для ответа школьники используют знания о роли генотипа и среды в формировании фенотипа – формирование фенотипа зависит от среды, а изменения признаков под влиянием среды не наследуются. Учащиеся делают вывод о низкой эффективности отбора по фенотипу.

Затем учитель объясняет учащимся, что выделяются несколько форм отбора, имеющие разные цели и сферу применения – массовый и индивидуальный отбор. Массовый отбор, в свою очередь, также подразделяется на несколько типов – в селекционной практике различают отрицательный и положительный массовый отбор. При отрицательном массовом отборе селекционер выделяет семенные растения и устраняет от размножения особей с нежелательными признаками, а при положительном – сохраняются особи с нужными качествами, а в последующем все семена высеваются вместе.

Учитель предлагает определить достоинства и недостатки отрицательного массового отбора. В ходе дискуссии, учащиеся отмечают положительную сторону этого метода – быстроту работы. Однако браковка растений по фенотипу может сопровождаться ошибками – устранением от размножения особей с ценными генотипами, которые в данных условиях почему-либо не проявились. В то же время велика возможность сохранения особей с малоценными генотипами. Поэтому массовый отрицательный отбор малоэффективен, он не используется при создании нового сорта, а применяется для сохранения ценных свойств сорта, особенно сортов – популяций.

Затем учащиеся анализируют возможности массового положительного отбора, который проводится один раз (однократный) и в течение ряда лет (многократный). Благодаря отбору особей с нужными качествами происходит выделение большого числа чистых линий. Однако семена от всех линий смешиваются, и получается генетически разнородная популяция. Учитель просит дать характеристику сортов, полученных с использованием массового положительного отбора. Учащиеся приходят к выводу, что созданный подобным образом сорт представляет собой гетерогенную популяцию. С помощью массового отбора удается быстро улучшить сорт по нужным признакам, но устойчивость этих признаков невелика. Таким образом, сорта, полученные с использованием массового отбора, нестабильны, гетерогенны, легко изменяются за счет вытеснения одних линий другими.

Учитель сообщает, что в основе индивидуального отбора лежит разведение сорта от одной особи или родительской пары и просит учащихся дать генетическую характеристику сортов, полученных с помощью данного метода. Школьники отмечают, что таким путем можно получить множество чистых линий, которые выращиваются отдельно в течение ряда лет, сравниваются между собой и с лучшими сортами. Наилучшие линии могут вновь отбираться и из них формируются чистолинейные сорта. Учитель дополняет ответы учащихся рассказом о сортоиспытании чистолинейных сортов.

После рассмотрения всех форм искусственного отбора учитель предлагает учащимся сравнить их, а результаты оформить в виде таблицы.

Сравнительная характеристика типов и форм искусственного отбора.

Затем учитель выясняет, от каких факторов зависит эффективность отбора и заостряет внимание учащихся на различном характере реакции организма на воздействия окружающей среды. Так, цвет шерсти, содержание белка в зерне, жира в молоке практически не изменяются при изменении среды. Эти признаки имеют небольшой диапазон изменчивости, их формирование в большой степени зависит от генотипа. Совершенно другая картина наблюдается в отношении таких признаков, как масса и удойность коров, урожайность зерна, масса мяса у свиней и овец. Эти признаки в большей степени варьируют в различных условиях содержания, на их формирование большое влияние оказывает не только генотип, но и среда. Учитель ставит вопрос: нужно ли знать различия в наследовании этих признаков ? Школьники отвечают утвердительно.

Для оценки различий в наследовании хозяйственно-ценных признаков используют показатель наследуемости.

Наследуемость – это наследственно обусловленная компонента фенотипической вариабельности признака. Степень наследуемости представляет собой ту часть фенотипической вариабельности, которая обеспечивается генотипической неоднородностью популяции, подлежащей селекции. Отношение генотипической изменчивости к фенотипической определяется коэффициентом наследуемости ( h² )

При вычислении коэффициента наследуемости за основу берется среднее квадратическое отклонение от средней арифметической. Это среднее квадратическое отклонение называют вариансой (σ²). Наблюдаемая варианса слагается из двух варианс: той, которая обусловлена генотипической изменчивостью σ²_G и той, которая определяется действием факторов среды, так называемой паратипической вариансой σ²_E.

Затем учитель предлагает решить несколько генетических задач и на основании полученных результатов сделать вывод о том, в каких случаях искусственный отбор по фенотипу наиболее эффективен.

• В вегетативных сосудах урожай томатов одного сорта: 588,564, 589, 604, 579, 554, 488. У другого сорта: 759, 801, 739, 793, 702, 712, 741, 750. Рассчитайте основные биометрические показатели, а также коэффициент наследуемости. Сделайте вывод, какой сорт лучше по урожайности.
• Отличаются ли по удоям и жирности молока две породы крупного рогатого скота, если особи одной породы имели процент жира 2,38±0,06 и удои 3784±64,0 кг, а особи другой породы – процент жира 4,97± 0,10 и удои 3720±46,0 кг ?

После решения данных задач учащиеся делают вывод, что если h² равен 100%, то фенотипическое разнообразие отражает генотипическую гетерогенность; напротив, если h² = 0, то фенотипическое разнообразие обусловлено не генотипическими особенностями данной популяции, а паратипическими факторами. Следовательно, чем выше показатель наследуемости признака, тем эффективнее отбор по фенотипу.

Далее учитель переходит к рассмотрению другого основополагающего метода селекции – гибридизации, и ставит перед учащимися вопрос: что является необходимой предпосылкой отбора ? Неэффективность отбора в чистых линиях, а также высокая его результативность в гетерогенных популяциях свидетельствуют о том, что отбор невозможен без значительного варьирования признаков и наследственной изменчивости.

Учитель спрашивает: как можно увеличить изменчивость особей данного сорта ? Из курса общей биологии учащимся известны формы изменчивости, среди которых мутационная и комбинативная занимают значительное место в селекции. Комбинативная изменчивость резко возрастает в результате гибридизации как метода селекции.

Следовательно, гибридизация позволяет увеличить размах изменчивости особей данного сорта. Кроме того, благодаря гибридизации увеличивается разнообразие особей в потомстве, появляется возможность соединить в одном организме признаки исходных форм, а путем подбора родительских пар и последующего отбора среди потомства можно добиться сочетания нужных признаков. Учитель сообщает, что с открытием законов наследования гибридизация получила теоретическое обоснование, селекционеры могут предсказать результаты скрещивания и ставит перед учащимися вопрос каким образом можно осуществить данный прогноз. Учащимся известно, что гибриды первого поколения гетерозиготны по исследуемым признакам, в потомстве доминирует один признак или проявляется промежуточное наследование, поэтому отбор среди особей этого поколения проводить нецелесообразно, лишь во втором поколении происходит расщепление, и можно использовать отбор. Кроме того, знания генетики помогают селекционеру правильно решить вопрос, в каком поколении целесообразно закладывать чистые линии, когда применять массовый, а когда индивидуальный отбор.

Учитель сообщает, что в зависимости от характера исходного материала и задач селекции при гибридизации применяют два основных типа скрещивания: между родственными (инбридинг ) и неродственными (аутбридинг ) особями.

Инбридинг

Рассмотрим инбридинг, как известно, организмы, подвергающиеся родственному скрещиванию, имеют много общих генов. Наиболее тесный инбридинг осуществляется в том случае, если скрещивают родных братьев и сестер, родителей и детей. К какому результату могут привести такие скрещивания ?

- При таких скрещиваниях многие гены переводятся в гомозиготное состояние, и как следствие даже рецессивные аллели могут получить фенотипическое проявление.

Для того чтобы выявить последствия данных процессов учитель предлагает учащимся решить следующую задачу:

Мыши генотипа уу – серые, Уу – желтые, УУ – гибнут на эмбриональной стадии. Каково будет потомство следующих родительских пар: желтый х серая; желтый х желтая? В каком скрещивании можно ожидать более многочисленного помета?

Ответ:

1) 1 Уу – желтая : 1 уу – серая,

2) 2 Уу - желтые : 1 уу – серая.

Помет будет более многочисленным в первом случае, т.к. нет гомозиготных форм – УУ, гибнущих на эмбриональной стадии.

После решения задачи учитель приводит другие примеры негативных последствий близкородственных скрещиваний у животных и растений, и вместе с учащимися делает следующий вывод: инбридинг во многих случаях ведет к понижению жизнеспособности, плодовитости, урожайности, уменьшению продолжительности жизни, появлению у животных различных врожденных уродств. Совокупность этих отрицательных признаков называется инбредной депрессией. Причина этого явления заключается в переходе в гомозиготное состояние мутантных генов, влияющих на указанные признаки.

Аутбридинг

Рассмотрим аутбридинг. При скрещивании неродственных особей гетерозиготность потомства повышается. По своим последствиям аутбридинг, в сущности, противоположен инбридингу. Одна из причин – переход в гетерозиготное состояние вредных мутантных генов. При скрещивании различных пород, сортов, видов гибриды первого поколения часто проявляют признаки гетерозиса или гибридной мощности, т.е. по жизнестойкости и плодовитости они превосходят лучшую из родительских пар. Что же происходит с хозяйственно ценными признаками в следующих поколениях ? Каковы генетические механизмы процесса? Для того чтобы ответить на эти вопросы решим следующую задачу:

Урожайность самоопыленных линий кукурузы, входящих в состав межлинейного гибрида составляет 15 ц/га и 13 ц/га, а урожай первого поколения этого гибрида равен 53 ц/га. Как наследуется признак урожайности? Определить насколько снизится урожай у этого гибрида после первого пересева семян F_1.

Ответ:

Признак урожайности кукурузы наследуется по типу сверхдоминирования.

Урожайность растений F₂ снизится на 19,5 ц/га. Таким образом, проявления гетерозиса, начиная со второго поколения, становятся менее выраженными и в следующих поколениях полностью затухают.

После рассмотрения данных систем скрещивания, для закрепления пройденного материала, учитель предлагает сравнить их и заполнить следующую таблицу:

Системы скрещиваний в селекции животных и растений.

Вопросы для закрепления знаний учащихся:

1. В чем проявляется сходство и различие между естественным и искусственным отбором ?
2. Обоснуйте эффективность отбора от генетической природы сорта, породы, чистой линии.
3. Что такое показатель наследуемости и почему его важно учитывать при отборе ?
4. С какой целью в селекционной работе проводят скрещивание ?