1 Лекция №1. Тема: «Селекция как наука и отрасль с.

1
Лекция №1. Тема: «Селекция как наука и отрасль с.-х.
производства».
План
1. История развития селекции растений.
2. Селекция как наука о методах выведения сортов и гетерозисных
гибридов с.-х. растений.
3. Подразделение отрасли: ВНИИ растениеводства и его функции,
селекционные учреждения, селекцентры.
4. Экономическое значение селекции.
5. Основоположники
отечественной
селекции
и
выдающиеся
селекционеры.
1.История развития селекции растений. Селекция – наука о
выведении новых сортов и гибридов с.-х. растений, пород животных.
Селекция растений – это наука, насущно необходима сельскому
хозяйству. Она имеет длительную историю, свои хорошо разработанные
методы, которые дали возможность получить величайшие достижения в
создании высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур и ценных
пород сельскохозяйственных животных.
Урожай любой сельскохозяйственной культуры определяется не только
природно-агротехническими
условиями
(почва,
климат,
обработка,
удобрения, сроки сева, уход, уборка и т.д.), но и биологическими свойствами
растений (сорт и качество семян).
Как и другие отрасли сельскохозяйственного производства, селекция
прошла длительный путь развития. На данной схеме представлены этапы
развития селекции. (1,2,3,4,5).
1. Естественные популяции растений
2. Примитивная селекция древних 10-12 тыс. лет
Формирование запаса знаний по биологии,
Создание культурных аналогов диких
2
физиологии и технологии возделывания
растений и примитивных сортов
растений и методов селекции
3. Народная селекция (200-500 лет)
Совершенствование методов селекции с
Создание местных сортов возделывания
использованием массового отбора
культур
4. Научная селекция (современное состояние)
Разработка теоретических основ научной
Практическая селекция на научной основе.
селекции. Учение об эволюции растений Ч.
Селекция плодово-ягодных культур (Л.
Дарвина, разработка теории
Бербанк – конец XIX в.- нач. XX в.) с
наследственности (Г. Мендель);
использованием гибридизации и отбора;
«рождение» генетики (Г. де фриз. К.
И.В. Мичурин – с 1874 по 1935 гг. с
Коррнес, К. Чермак, 1900); хромосомная
использованием географически отдаленных
теория наследственности (Т. Морган, 1911
форм и управление доминированием;
г); закон гомологических рядов
селекция Д.Л. Рудзинского (1903), П.П.
наследственной изменчивости (Н.И.
Лукьяненко и В.С. Пустовойта ( с 1934 г.),
Вавилов, 1935 г.); установление
открытие ЦМС ( М.И. Хаджинов, 1931),
возможности искусственных мутаций (Г.
использование полиплоидии и
Надсон, Г. Филлипов, 1925); генетические
искусственного мутаногенеза в селекции (
основы популяций (С.С. Четвертиков, 1924-
А.Н. Лутков, И.А. Раппорт), создание
1927 гг.); начало изучения структуры и
селекцентров в СССР и за рубежом ( 1970-
функционирования гена в хромосоме ( Т.
1980 гг.); практическая селекция ( Н.Г.
Паинтер, 1933 г.); расшифровка строения
Калиненко), П.П. Лукьяненко и другие.
молекул ДНК ( Ф. Крик, Дж. Уотсон, 1953
г.)
5. Генная инженерия (современное и будущее селекции). Использование
биотехнологии и генной инженерии ( конструирование комплекса генов) в
селекционном процессе
Истоки естественных популяций уходят вглубь тысячелетий и
связанны с рождением земледелия.
3 слайд - Предки человека пользовались плодами окружающих его
растений не заботясь о их судьбе. Они просо выбирали среди них те,
которые удовлетворяли их вкусу, потребностям. Этот единственный,
3
совершаемый ежедневно в течение многих поколений акт не прошел
бесследно. Он заложил навыки отбора, которые с развитием интеллекта
постепенно усложнялись.
4 слайд - С переходом к оседлому образу жизни и окультуриванию
диких растений древний человек стал отбирать и размножать лучшие,
более продуктивные формы. Стимулировало такую деятельность
естественное стремление получить больше пищи.
По
мере
накопления
опыта
отбор
становился
все
более
направленным и сознательным. Процесс улучшения растений на заре
зарождения человеческой культуры шел очень медленно. Но это был
чрезвычайно важный этап. В тот период были введены в культуру почти
все основные возделываемые ныне сельскохозяйственные растения.
Первыми приспособленными для нужд человека были хлебные злаки. Зерно
их хорошо сохранялось. Его легко можно было переносить с собой на новые
местожительства. Приготовление пищи из них не требовало сложных
приспособлений.
Несколько позже ввели в культуру овощные, масличные, плодовые и
другие виды растений, дающие более обильный урожай, но требующие
лучшего ухода и определенных условий дл сохранения продукции.
окультуривание растений совершалось в различных частях земного шара, на
разных
континентах.
Интенсивность
последовательность введения
в
этого
процесса,
культуру различных
как
растений
и
была
неодинакова.
Параллельно с развитием земледелия, совершенствованием орудий
труда шел и процесс в селекции.
5 слайд – Накопленный опыт и знания о растениях передавались от
поколения к поколению. Усложнялся и сам отбор. Достигнутые
практически ценные результаты стимулировали проведение его все в
более широких масштабах. Постепенно начала зарождается народная
селекция.
4
Она получила развитие во многих странах мира. Крестьяне России за
многовековой период создали ряд хорошо приспособленных к местным
условиям и приемам возделывания сортов. Широко известны, например,
засухоустойчивые местные сорта яровой пшеницы Полтавка, Гирка, Русак,
Улька, Черноуска, Гарновка; выскозимостойкие с хорошим качеством зерна
сорта озимой пшеницы: Крымка, Сандомирка, Высоколитовка и др.
Народная селекция дала лучшие по зимостойкости и продуктивности
местные сорта среднерусских, пермских, конищевских клеверов, местные
сорта озимой ржи, гречихи, овса, овощных, плодовых, ягодных и др. культур.
Многие из них послужили исходным материалом для выведения новых,
более продуктивных сортов. Часть их возделывается до сих пор.
Развитие производительных сил общества стимулировало дальнейший
прогресс в селекции. В ряде стран стали появляется специальные
селекционные и семеноводческие предприятия, занявшиеся созданием новых
сортов сыгравшие роль в дальнейшем развитии селекции.
Ускорению темпов, совершенствованию приемов и методов создания
новых сортов способствовали открытию в области ботаники, систематики,
расширения работ по сбору и интродукции растений, обмену семенами. В
результате познания процесса завязывания семян более широко стали
использовать
искусственное
скрещивание.
Гибридизация
значительно
расширила возможности отбора. Появились машины и приборы, которые
облегчали труд в селекции.
На смену народной пришли селекция научная. Научная селекция
соединила в себе опыт небезизветсных творцов с научными знаниями
физиологии и генетики построения растительного организма.
На рубеже 30-х годов прошлого века первый директор Всесоюзного
института растениеводства, первый президент ВАСХНИЛ, первый директор
института общей генетики АНСССР академик Н.И. Вавилов скрупулезно
высчитал:
сорт,
скажем,
пшеницы,
максимально
приближенный
к
идеальному должен отвечать 46 требованиям. Основные из них: форма и
5
масса семян, остистость при созревании не обламывающийся колос; не
прорастающее на корню и в снопах зерно; прочная неполегающая соломина;
оптимальное соотношение массы колоса и соломины; соответствующий
химический состав белка; невосприимчивость к болезням и вредителям;
устойчивость к засухе и холоду; пригодность к механизированной уборке и
многое, неполегающая соломина; оптимальное соотношение массы колоса и
соломины; соответствующий химический состав белка; невосприимчивость к
болезням и вредителям; устойчивость к засухе и холоду; пригодность к
механизированной уборке и многое, многое другое.
46 ступеней к идеалу. Н.И. Вавилов сравнивал работу селекционеров с
альпинистами. Подобно им, конструкторы растений начали восхождение, не
ведая, какую на самом деле высоту им предстоит покорить. Ученые передали
земледельцам нашей страны такие сорта, которые позволили поднять урожай
озимой пшеницы на 20-30, яровой на 10-40, ячменя на 36, овса на 23%.
Но сегодня нам нужны новые сорта все культур – отвечающие
требованиям передовых технологий, применяемых в растениеводстве.
Однако, несмотря на значительный прогресс и бесспорные достижения,
селекция длительное время не имела теоретически обоснованной научной
базы. Применяя новые для того времени приемы и методы улучшения
растений, селекционеры продолжали создавать сорта эмпирически, базируясь
на интуиции, наблюдательности, накопленном годами опыте.
2. Селекция как наука о методах выведения сортов и гибридов.
Наряду
с
эволюционным
учением
Дарвина
формирование
современной селекционной науки немыслимо без становления и
развития генетики – науки о наследственности и изменчивости
организмов. Экспериментальные
исследования Менделя, Иогансена,
Нильсона - Эле и многих других послужили теоретическим обоснованием
методов селекции. Селекция все шире начинает использовать цитологию,
физиологию, систематику для объяснения ранее непонятных явлений и
закономерностей при гибридизации. Она заимствует методы из смежных
6
дисциплин. Развитие теории открывает новые возможности перед селекцией,
позволяет более целенаправленно вести работу по созданию новых сортов.
Возникновение научной селекции было связанно с эволюционным
учением
Дарвина.
Этот
великий
естествоиспытатель
объяснил
закономерности развития органического мира, подытожил результаты
селекции и впервые подвел под нее научную основу. «Для научной
селекции эволюционное учение Дарвина стало первоосновной», - так
характеризовал теорию Дарвина выдающийся ученый Н.И. Вавилов. Его
емкое и точное определение «селекция представляет собой эволюцию,
направляемую волей человека» стало крылатым выражением.
Большое значение для теории и практики селекции имели так же работы
выдающихся талантливых селекционеров И.В. Мичурина, Л. Бербанка. Они
не только создали большое количество новых сортов с ценными признаками,
но выдвинули и экспериментально доказали ряд положений о возможности
управления человеком формированием нужных для него свойств у растений.
Перед селекционерами ставится конкретная задача создать и внедрить
сорта, не восприимчивые к болезням и вредителям, с потенциальной
урожайностью озимой пшеницы – не ниже 80-90 ц/га, яровой пшеницы – 4560 ц/га, короткостебельной озимой ржи, озимого и ярового ячменя 55-65 ц/га,
гибридов кукурузы 120-130 ц/га на орошаемых землях и 80-90 ц/га на землях
без орошения, гороха 40-45 ц/га и других зернобобовых 25-30 ц/га.
Решать их стало не под силу одному или нескольким селекционерам, как
бы талантливы они не были. Создание сорта стало немыслимо без участия в
этой работе иммунолога, технолога, биохимика, генетика, физиолога,
цитолога и др. специалистов. Селекция сделалась комплексной наукой, а ее
результаты – плодом коллективного труда каждый из которых трудится над
решением конкретной задачи одного дела.
В творческом коллективе в роли главного руководителя обычно
выступает ведущий селекционер. Он определяет направление главного
поиска и пути достижения намеченной цели. Селекционер, выступающий в
7
роли главного конструктора сорта, должен иметь широкий кругозор и
глубокие знания.
Селекция - творческий процесс, в любом виде творчества важную
роль играет элемент искусства. В любой профессии это сугубо
индивидуальное качество, которое выделяет из сотни тысяч людей,
выполнивших одну и ту же работу, отдельных творцов. Дискуссия
относительно того, что такое селекция – наука или искусство, беспредметна.
И то и другое. Иначе и быть не может. Среди людей, объектом деятельности
которых служит живой организм, мастерство играет не последнюю роль.
Многие селекционеры проводят одни и те же комбинации скрещивания,
работают одними и теми же методами, в близких условиях, но получают не
одинаковые результаты. Часто задают вопрос: почему селекционеры создают
сорта, а других удача обходит стороной? Действительно ли одним везет, а
другим нет? Не отрицая полностью элемент удачливости, а точнее сказать,
благоприятного сочетания обстоятельств все же основой успеха в селекции
служит наука в сочетании с индивидуальным мастерством. Кто станет
отрицать талантливость таких селекционеров как В.С. Пустовойт, П.П.
Лукьянченко, А.П.А.П. Шехурдин, В.Н Ремесло, М.И. Хаджинов и многих
наших выдающихся создателей сортов? Их достижения – плод не только
природного дара, но и огромного труда, глубоких знаний, многолетнего
опыта.
Сложность в работе селекционера состоит в том, что он должен
предвидеть облик будущего роста, основы которого закладываются за
10-15 лет до его появления. Биологические и хозяйственные параметра
сорта должны соответствовать условиям возделывания, отдаленным от
настоящего периода. Ошибка в расчетах обходится дорого. История
селекции знает много примеров, когда задержка с передачей на
государственное испытание оказывались раковой как для сорта, так и
для коллектива создателей. Идти в селекции на один шаг сзади – значит
не достичь намеченной цели. Кратковременная остановка также ведет к
8
отставанию. Селекционный конвейер должен работать не прерывно. В
наш бурный век темпы в селекции так же необходимы, как и в других
областях науки.
Опережение времени в селекции, однако, не всегда полезно. Сорта,
родившиеся раньше времени, могут не найти подходящих условий.
Такие примеры есть. Некоторые из широко известных в настоящее
время сортов пшеницы, ячменя и овса получили признание в ряде зон
лишь при повторном изучении, возобновлении через пять – семь лет.
Следовательно, сорт имеет больше шансов на признании, если он будет
соответствовать условиям времени и появится не раньше и не позже, а
точно в срок.
Все большую роль в создании нового сорта играют специалисты
иммунологи, так как в сумме слагаемых урожая все большую весомость
приобретает устойчивость растений к болезням и вредителям.
Селекция наших дней немыслима также без сложных технологических и
биохимических анализов.
Сельскохозяйственная продукция кроме хороших технологических
средств должна обладать и высоким качеством. Это в равной мере относится
как к продовольственным, так и к фуражным культурам. Питательная
ценность зерна и продуктов его переработки характеризуется многими
показателями. Главнейший из них – белок. Он определяет не только пищевые
достоинства, но и в значительной мере и технологические свойства
продукции.
Проблема увеличения производства белка особо остро стоит в настоящее
время. Поэтому повышение содержания протеина в зерне основных
продовольственных культур – одна из главных проблем селекции.
Уровень содержания протеина еще не определяет пищевую и кормовую
ценность продукции. Она зависит от состава его аминокислот. Недостаток
незаменимых аминокислот в белке зерна, используемого на корм животным
и птице, приводит к перерасходу огромных количеств продукции. Поэтому
9
улучшение аминокислотного состава наряду с повышением содержания
белка рассматривается одна из основных задач современной и будущей
селекции.
В решении сложных задач селекции все больше опирается на
достижение
современной
продуктивности
многих
генетики.
с.-х.
Резкий
культур
был
скачок
в
достигнут
повышении
благодаря
использованию гетерозиса. Гетерозис – это повышенная урожайность
гибридов первого поколения. Прибавка урожая у таких гибридов достигает
30-40%, а по отдельным культурам 80-100 5.
Первые практические шаги в реализации теоретических разработок
генетики в области гетерозиса были сделаны в 30-х годах прошлого столетия
по кукурузе. С тех пор прошло 80 лет. За это время гибриды кукурузы,
подсолнечника, сорго, сахарной свеклы шагнули на миллионы гектаров,
обеспечив дополнительный сбор огромного количества нужной для человека
продукции.
Использованию гетерозиса в широких масштабах способствовало
открытие у растений цитоплазматической мужской стерильности. Это
интересная биологическая особенность, сущность которой заключается
в специфическом характере формирования мужских и женских органов
цветков.
У обоеполых растений, обладающих цитоплазматической мужской
стерильностью, пыльца либо совсем не формируется, либо оказывается
нежизнеспособной. В то же время женский гаметофит (яйцеклетка) развит
нормально и способен завязывать семена.
Причем эта способность передается по материнской линии через
цитоплазму и стойко сохраняется в течении многих поколений. Для
получения гибридных семян растения с ЦМС используются в качестве
материнских форм. Сами они не способны завязывать семена. Поэтому рядом
с ними высевают специальные сорта или линии, которые образуют
10
нормальную пыльцу и в то же время обеспечивают формирование
гетерозисных семян.
Наряду
с
гетерозисом
генетика
разработала
и
теоретические
предпосылки для использования в селекции явления полиплоидии.
Полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом в клетке. В
регуляции непрерывно протекающих внутри процессов главная роль
принадлежит основным компонентам ее ядра – хромосомам. Число их у
разных организмов оказалось строго определенным.
3. Подразделение отрасли: ВНИИ растениеводства и его функции,
селекционные учреждения, селекцентры.
Говоря о селекции нельзя не остановится на роли и значении для
селекции Всероссийского научно-исследовательского института им. Н.И.
Вавилова.
Главная задача ВНИИ растениеводства этого единственного в
стране учреждения – сбор и изучение мировых растительных ресурсов с
целью использования их в селекции. На примере мирового опыта можно
видеть, что успех в селекции во многом решает исходный материал, т.е.
слагаемые будущего сорта.
Действительно, создать сорта, устойчивые к ржавчине, мучнистой росе,
пыльной головне и другим болезным, можно лишь, обладая формами с
такими признаками. В равной мере это относится и к другим хозяйственным
и биологическим признакам. Однако не всегда нужные для создания нового
сорта компоненты можно найти в своей стране. Иногда их приходится
отыскивать за тысячи километров, на других континентах. Так обстояло дело
по многим культурам. Например, вылечить картофель от таких опасных
болезней, как рак и фитофтороз, помогли дикорастущие формы из Южной
Америки. С этого же континента завезли в СССР формы хлопчатника,
устойчивые к вилту, который беспощадно уничтожал растения данной
культуры.
11
Ценные виды пшеницы с комплексной устойчивостью ко многим
болезням, а так же уникальные по зимостойкости, засухоустойчивости и
жаровыносливости формы пшеницы и ячменя произрастают в ряде районов
нашей страны. Их широко используют селекционеры зарубежных стран. Сам
селекционер не в состоянии найти эти крайне необходимые для его работы
формы. Поэтому современной селекции не обойтись без специальной
службы, которая бы постоянно выявляла, изучала и представляла исходный
материал создателям новых сортов. Мобилизация растительных ресурсов
предполагает не просто собрание во время экспедиции и завоз из других
стран семян культур и диких растений, полагаться на долю случая в этом
важном деле нельзя. Необходимо знать, где и что искать в каком районе
земного шара могут встречается растения с определенными признаками и
свойствами. В безбрежном океане растительного мира компасом для
ориентации в поисках таких форм служит разработанное Н.И. Вавиловым
учение и центрах происхождения культурных растений. Оно признанно
учеными всех стран. Руководствуясь им, специалисты побывали с
экспедициями в десятках стран, на всех континентах земного шара, во всех
уголках нашей страны. Непосредственные поиски, а так же обмен сортовыми
ресурсами с другими государствами позволили сосредоточить в нашей
стране
огромное
генетическое
разнообразие,
которое
используется
селекционными учреждениями в своей практической работе ВНИИР им. Н.И.
Вавилова. Коллекция ВНИИР насчитывает более 250 тыс. различных
образцов. Генетический банк ВНИИР постоянно пополняется. Только за
последние годы в него поступило более 19 тыс. новых образцов.
Для размножения этого огромного количества образцов семян во всех
климатических зонах России – от тундры до субтропиков – имеются
специальные опытные станции ВНИИР. Для хранения банка генов, более
ценного, чем золото на Кубани в 1976 г. вступило в строй национальное
хранилище семян коллекционных образцов.
12
Это сложное сооружение, где в специальных контейнерах в вакууме при
низких температурах длительное время поддерживают жизнеспособность
сменяя. Невысокое, непримечательное с виду здание на самом деле является
сложным комплексом, уходящим на много метров под землю и начиненным
различной автоматикой и приборами, которые постоянно поддерживают
заданный режим. Таким образом, селекция из искусства одиночек в прошлом
превратились в наши дни в сложную отрасль с.-х. науки, базирующуюся на
самых новейших достижениях биологии, химии, физики, техники и др.
областях знаний. По сложности и важности решаемых задач селекция стоит
на одном уровне со многими главнейшими направлениями развития мировой
науки.
4. Экономическое значение селекции. Создание и внедрение в
производство нового сорта.
Сорт – одно из средств сельскохозяйственного производства. При
внедрении
в
производство
новых,
лучших
сортов
возрастает
урожайность, увеличивается выход и улучшается качество продукции,
повышается устойчивость к вредителям и болезням, становится
возможным механизировать посев, уход за возделываемыми культурами
и уборку урожая.
5. Основоположники отечественной селекции и выдающиеся
селекционеры.
И.В. Мичурин, Д.Л. Рудзинский, С.И. Жегалов, А.П. Шехудрин, П.Н.
Константинов, П.И. Лисицын, А.Г. Лорх, В.С. Пустовойт, П.П. Лукъянченко,
М.И. Хаджинов, А.В. Алпатьев, П.П. Симиренко, М.А. Лисовенко и др.