Šlechtění je věda o metodách vytváření nových a zlepšování stávajících plemen zvířat, odrůd rostlin a kmenů mikroorganismů.
vývoj vědecky podložených metod vytváření a zušlechťování odrůd kulturních rostlin a plemen domácích zvířat;
aplikace těchto metod v rostlinné výrobě (šlechtění rostlin) a chovu hospodářských zvířat (chov zvířat);
vytváření odrůd rostlin a plemen zvířat s požadovanými biologickými vlastnostmi a ekonomickými kvalitami.
Historie výběru sahá tisíce let do minulosti. Starověcí šlechtitelé „nevědomě“ pomocí umělého výběru vytvářeli odrůdy hroznů, ovocných plodin a pšenice, které byly dobře přizpůsobeny místním podmínkám a poskytovaly stabilní výnosy.
Zakladatelem teoretického výběru je N.I.Vavilov, který určil hlavní úkoly této vědy.
V letech 1924 až 1939 Nikolaj Vavilov organizoval a účastnil se expedic za účelem studia rozmanitosti a geografického rozšíření pěstovaných rostlin. Během expedic bylo shromážděno více než 250 tisíc vzorků rostlin z různých oblastí zeměkoule, které se dodnes používají jako výchozí materiál pro šlechtění nových odrůd rostlin. Expedice umožnily Vavilovovi identifikovat centra původu pěstovaných rostlin.
Jihoasijská tropická tropická Indie, Indočína, jižní Čína Rýže, cukrová třtina, citrusové plody, okurka, lilek atd. (50 % pěstovaných rostlin) Východní Asie Střední a Východní Čína, Japonsko, Korea, Tchaj-wan Sója, proso, pohanka, ovoce a zeleninové plodiny – švestka, třešeň aj. (20 % pěstovaných rostlin) Jihozápadní Asie Malá a Střední Asie, Írán, Afghánistán, jihozápadní Indie Pšenice, žito, luštěniny, len, konopí, tuřín, mrkev, hroznové víno , česnek, hruška, meruňka aj. (14 % pěstovaných rostlin) Středomoří
Země na březích
Zelí, cukrová řepa, olivy, krmné trávy (11 % pěstovaných rostlin) Habešská vysočina Afriky Tvrdá pšenice, ječmen, čirok, kávovník, banán Střední Amerika Jižní Mexiko Kukuřice, kakao, dýně, tabák, bavlna Západní pobřeží Jižní Ameriky Jižní Amerika Brambory, ananas
Vědecký výběr se začal rozvíjet od počátku XNUMX. století souběžně s rozvojem genetiky (teoretický základ výběru). Objev zákonů dědičnosti a proměnlivosti, které vědecky podložily umělý výběr, umožnilo vědomě řídit dědičnost rostlinných a živočišných organismů.
Domestikace – je proces domestikace divokých zvířat a rostlin při jejich udržování v podmínkách vytvořených a kontrolovaných lidmi.
1. Výběr
Moderní výběr je založen na metodickém výběru, který se provádí ve dvou směrech:
● masivní — výběr na fenotyp;
● individuální — výběr na genotyp.
Hmotnost výběr je výběr skupiny jedinců podobných v jednom nebo souboru požadovaných vlastností, bez kontroly jejich genotypu.
Například z celé populace obilnin konkrétní odrůdy se k dalšímu množení ponechají jen ty rostliny, které jsou odolné vůči patogenům a poléhání, mají velký klas s velkým počtem klásků apod. Při opětovném výsevu se např. porostou klasy, které se začnou množit. jsou opět vybírány rostliny s požadovanými kvalitami. Odrůda získaná tímto způsobem je geneticky homogenní a selekce se periodicky opakuje.
Hlavní výhodou této metody je, že je technicky jednoduchá, ekonomická a umožňuje poměrně rychlé vyšlechtění místních odrůd, její nevýhodou je však nemožnost individuálního posouzení potomstvem, díky čemuž jsou výsledky selekce nestabilní. Ve šlechtění rostlin se častěji používá hromadný výběr.
Individuální výběr – izolování jednotlivých jedinců se známým genotypem a vlastnostmi zajímavými pro člověka za účelem získání potomků z nich.
na individuální výběr potomstvo každého jedince nebo rostliny v sérii generací je získáváno a hodnoceno s povinnou kontrolou dědičnosti vlastností, které jsou pro chovatele zajímavé. V důsledku individuální selekce se zvyšuje počet homozygotů, tj. výsledná generace se stává geneticky homogenní. Takový výběr se obvykle používá v chovu zvířat a mezi samosprašnými rostlinami (pšenice, ječmen atd.) k získání čistých linií.
Čistý line je skupina organismů, které jsou geneticky homogenní pro určité znaky a homozygotní pro alely genů odpovědných za tyto znaky.
Mají maximální stupeň homozygotnosti a představují velmi cenný zdrojový materiál pro selekci.
Selekce v chovu je nejúčinnější při kombinaci s určitými typy křížení.
2. Hybridizace
Hybridizace – proces vzniku nebo produkce hybridů, který je založen na spojení genetického materiálu různých buněk v jedné buňce (křížení jedinců).
Pro zavedení cenných genů do genofondu a získání optimálních kombinací znaků (například kombinace vysokého výnosu a odolnosti vůči suchu) se používá hybridizace s následnou selekcí.
Příbuzenská plemenitba se používá v případech, kdy chtějí převést většinu genů odrůdy do homozygotního stavu a v důsledku toho upevnit ekonomicky cenné vlastnosti, které jsou zachovány v potomcích.
Čisté linie získané v důsledku příbuzenské plemenitby se přitom liší nejen různými vlastnostmi, ale také mírou snížení životaschopnosti (často je pozorováno oslabení organismů a jejich postupná degenerace), v důsledku přechodu do homozygotního stavu. všech recesivních mutací, které jsou převážně škodlivé – to vede k depresi (snížení životaschopnosti) hybridů.
Při vzájemném křížení dvou různých čistých linií se zvyšuje heterozygotnost hybridů, což je spojeno s efektem heterózy.
Heteróza, nebo hybrid мощность je fenoménem zvýšené životaschopnosti a produktivity hybridů první generace ve srovnání s oběma rodičovskými formami.
V dalších generacích jeho účinek slábne a mizí.
Samostatně stojí za to zdůraznit vzdálenou hybridizaci.
Vzdálená hybridizace je složitější a časově náročnější metoda výroby hybridů. Hlavní překážkou pro získání vzdálených hybridů je nekompatibilita zárodečných buněk zkřížené páry a sterilita hybridy první a dalších generací.
K překonání neplodnosti mezidruhových hybridů byly vyvinuty metody, díky nimž byly získány hybridy pšenice s žitem (triticale) a s pšeničnou trávou (pšenično-pšeničné hybridy), které úspěšně kombinují nejlepší vlastnosti původních forem (vysoký výnos zrna a zelená hmota s mrazuvzdorností).
3. Mutageneze
Varování! Mutageneze se v chovu zvířat nepoužívá
K obnovení plodnosti u mezidruhových hybridů v roce 1924 sovětský genetik G.D.Karpechenko navrhl použití zdvojnásobení počtu chromozomů u vzdálených hybridů, což vede k tvorbě amfidiploidů.
G.D. Karpechenko zkřížil ředkvičky a zelí. Počet chromozomů v těchto rostlinách je stejný (2n = 18). Jejich gamety tedy nesou 9 chromozomů. Kříženec zelí a ředkvičky má 18 chromozomů, ale je sterilní, protože chromozomy těchto rostlin se během meiózy nekonjugují, takže proces tvorby gamet nemůže probíhat normálně. V důsledku zdvojnásobení počtu chromozomů se ukázalo, že sterilní hybrid má 36 chromozomů, složených ze dvou úplných diploidních sad ředkvičky a zelí. To vytvořilo normální příležitosti pro meiózu: chromozomy zelí a chromozomy ředkvičky byly navzájem konjugovány. Každá gameta nesla jednu haploidní sadu ředkvičky a zelí (9 + 9 = 18). Zygota měla opět 36 chromozomů; mezidruhový hybrid se stal plodným. Z hlediska fenotypu nový rostlinný organismus kombinoval vlastnosti ředkvičky a zelí například ve stavbě lusku.
Polyploidní květy kapusty: A – 2n, B – 4n, C – 8n
Spontánní и indukovaný mutageneze. Spontánní mutanti se používají především ve šlechtění rostlin. Na základě mutantu žluté lupiny bez alkaloidů tak bylo získáno několik odrůd sladké lupiny, které se pěstují jako krmivo pro hospodářská zvířata. Vlčí bob obsahující alkaloidy (obsahující dusík organické připojení), je pro tento účel nevhodný, protože ho zvířata nežerou.
Slovo „výběr“ pochází z latiny. “selectio”, což v překladu znamená výběr, výběr.” Selekce je věda, která vyvíjí nové způsoby a metody získávání odrůd rostlin a jejich kříženců a plemen zvířat. Toto je také odvětví zemědělství, které se zabývá vývojem nových odrůd a plemen s vlastnostmi nezbytnými pro člověka: vysoká produktivita, určité kvality produktů, odolnost vůči chorobám, dobře přizpůsobené určitým podmínkám růstu. Teoretickým základem selekce je genetika a jí vyvinuté zákonitosti dědičnosti a variability organismů. Evoluční teorie Charlese Darwina, zákony Gregoryho Mendela, doktrína čistých linií a mutací umožnily chovatelům vyvinout metody kontroly dědičnosti rostlinných a živočišných organismů. Hybridologický rozbor hraje v chovatelské praxi důležitou roli.
Šlechtitelský proces je rozdělen do tří odvětví: selekce v rostlinné výrobě, selekce v živočišné výrobě a selekce mikroorganismů.
Najít určitý gen, extrahovat ho z buňky, implantovat do jiné a získat zcela nový organismus, který ideálně splňuje všechny požadavky – o tom se může jen zdát. Najděte správnou kombinaci genů a brambory se už nebudou bát mandelinky bramborové, pšenice se už nebude bát deště a mrazu, sójové boby budou dávat nevídané výnosy, rajčata budou mít dvakrát tolik betakarotenu, začne brokolice k inhibici růstu rakovinných buněk nám kuřata udělají radost vejci bohatými na polynenasycené mastné kyseliny, které se nacházejí pouze v rybách. Nikdy nevíte, čeho dalšího lze manipulací s genovým kódem dosáhnout!
Selekce v rostlinné výrobě
Primitivní výběr rostlin vznikl současně se zemědělstvím. Poté, co lidé začali pěstovat rostliny, začali z nich vybírat, uchovávat a množit ty nejlepší. Mnoho kulturních rostlin bylo pěstováno přibližně 10 tisíc let před naším letopočtem. Starověcí šlechtitelé vytvořili nádherné odrůdy ovocných rostlin, hroznů, mnoho odrůd pšenice a melounů. Významný vliv na rozvoj šlechtění však měla práce západoevropských praktických šlechtitelů 18. století, například anglických vědců Galleta, Shirefa a německého vědce Rimpaua. Vytvořili několik odrůd pšenice a vyvinuli metody pro šlechtění nových odrůd. V roce 1774 byla u Paříže založena šlechtitelská společnost Vilmorin, jejíž šlechtitelé jako první hodnotili vybrané rostliny podle jejich potomků. Podařilo se vyvinout odrůdy cukrové řepy, které obsahovaly téměř 3x více cukru než ty původní. Tato práce prokázala obrovský vliv selekce na změnu povahy rostlin ve směru požadovaném lidmi. S rozvojem kapitalismu na konci 18. a na počátku 19. století se v Evropě a Severní Americe objevily průmyslové semenářské firmy a velké šlechtitelské a semenářské podniky; se zrodilo průmyslové šlechtění rostlin, na jehož rozvoj měly velký vliv výdobytky botaniky, mikroskopické techniky a mnohé další. atd.
A v Rusku I.V. Michurin začal pracovat na výběru ovocných plodin. Po úspěšné aplikaci řady nových originálních metod vytvořil mnoho odrůd ovoce a bobulovin. Jeho práce o hybridizaci geograficky vzdálených forem měly velký význam pro teorii i praxi šlechtění rostlin. V USA přitom L. Burbank pečlivým křížením a dokonalým výběrem vytvořil řadu nových odrůd různých zemědělských plodin. Některé z nich patřily k formám, které se dříve v přírodě nevyskytovaly (švestka bez pecek, odrůdy ostružiny beztrnné).
Ve šlechtění rostlin má zvláštní význam rozvoj vědeckých základů selekce a hybridizace, metod tvorby výchozího materiálu – polyploidie, experimentální mutageneze, haploidie, buněčná selekce, chromozomální a genetické inženýrství, hybridizace protoplastů, kultivace zárodečných a somatických buněk a rostlinné tkáně; studium genetických a fyziologicko-biochemických základů imunity, dědičnost nejdůležitějších kvantitativních a kvalitativních znaků (bílkoviny a jejich aminokyselinové složení, tuky, škrob, cukry). V moderním šlechtění rostlin se jako zdrojový materiál používají přirozené a hybridní populace, samosprašné linie, umělé mutanty a polyploidní formy. Většina odrůd zemědělských rostlin byla vytvořena metodou selekce a vnitrodruhové hybridizace. Byly získány mutantní a polyploidní odrůdy obilnin, průmyslových a krmných plodin. O úspěchu hybridizace rozhoduje do značné míry správný výběr původních rodičovských párů ke křížení, zejména podle ekologického a geografického principu. Je-li nutné kombinovat vlastnosti několika rodičovských forem u hybridních potomků, používá se postupná hybridizace. Tato metoda je široce používána po celém světě. Ke zvýšení požadovaných vlastností jednoho z rodičů u hybridního potomstva se používá zpětné křížení. Ke spojení vlastností a vlastností různých rostlinných druhů nebo rodů v jedné odrůdě se používá vzdálená hybridizace.
Michurin a jeho dílo
I.V. Michurin je vynikající vědec-chovatel, jeden ze zakladatelů vědy o šlechtění ovocných plodin. Žil a pracoval v okresním městě Kozlov (provincie Tambov), přejmenovaném na Michurinsk v roce 1932. Zahradničení bylo jeho oblíbenou činností už od mládí. Stanovil si cíl svého života obohatit zahrady Ruska o nové odrůdy a dosáhl naplnění tohoto snu, navzdory neuvěřitelným potížím a útrapám.
Vyvinul originální praktické metody výroby hybridů s novými vlastnostmi prospěšnými pro člověka a učinil také velmi důležité teoretické závěry.
Michurin si dal za úkol propagovat jižní odrůdy ovocných stromů do středního Ruska a nejprve se to pokusil vyřešit aklimatizací těchto odrůd na nové podmínky. Ale jižní odrůdy, které pěstoval, v zimě vymrzly. Jediná změna podmínek existence organismu nemůže změnit fylogeneticky vyvinutý stabilní genotyp, navíc v určitém směru.
Michurin, přesvědčený o nevhodnosti aklimatizační metody, zasvětil svůj život šlechtitelské práci, ve které využíval tří hlavních typů vlivu na povahu rostliny: hybridizace, odchov vyvíjejícího se hybrida v různých podmínkách a selekce.
Hybridizace, tedy získání odrůdy s novými vylepšenými vlastnostmi, se nejčastěji prováděla křížením místní odrůdy s jižní, která měla vyšší chuťové kvality. Zároveň byl pozorován negativní jev – dominance vlastností místní odrůdy u hybridu. Důvodem bylo historické přizpůsobení místní odrůdy určitým životním podmínkám.
Michurin považoval výběr rodičovských párů za jednu z hlavních podmínek přispívajících k úspěchu hybridizace. V některých případech bral za křížení rodiče, kteří byli vzdáleni ve svém geografickém prostředí. Pokud u rodičovských forem podmínky existence neodpovídají jejich obvyklým podmínkám, uvažoval, pak hybridy získané z nich budou moci snadněji
přizpůsobit se novým faktorům, protože nedojde k jednostranné dominanci. Poté bude chovatel schopen řídit vývoj hybrida a přizpůsobit se novým podmínkám.
Tato metoda byla použita k vývoji odrůdy Bere zimní Michurina hrušně. Za matku byla vzata divoká hruška ussurijská, význačná drobnými plody, ale zimovzdorná, za otce jižní odrůda Bere Royal s velkými šťavnatými plody. Pro oba rodiče byly podmínky ve středním Rusku neobvyklé. Hybrid vykazoval vlastnosti rodičů, které šlechtitel potřeboval: plody byly velké, skladovatelné, měly vysokou chuť a samotná hybridní rostlina snášela chlad až -36°.
V jiných případech Mičurin vybral místní mrazuvzdorné odrůdy a zkřížil je s jižními teplomilnými odrůdami, ale s jinými vynikajícími vlastnostmi. Michurin vychoval pečlivě vybrané hybridy ve spartských podmínkách a věřil, že jinak se u nich vyvinou vlastnosti milující teplo. Tak byla získána odrůda jabloně Slavyanka křížením Antonovky s jižní odrůdou ananasu Ranet.
Kromě křížení dvou forem patřících do stejné systematické kategorie (jabloň s jabloní, hrušeň s hrušní) použil Michurin také hybridizaci vzdálených forem: získal mezidruhové a mezirodové hybridy.
Získal křížence mezi třešní a třešní ptačí (cerapadus), mezi meruňkou a švestkou, švestkou a trnkou, jeřábem a sibiřským hlohem atd.
V přirozených podmínkách není cizí pyl jiného druhu mateřskou rostlinou přijímán a nedochází ke křížení. K překonání nekřížitelnosti během vzdálené hybridizace použil Michurin několik metod.
