Біологія - Навчальный посібник - В. О. Мотузний 2009

Частина І. Загальна біологія
10. Основи селекції і біотехнології

Завдання сучасної селекції. Методи селекції використовують у сільському господарстві для підвищення продуктивності існуючих та виведення нових, продуктивніших сортів культурних рослин, порід свійських тварин і штамів мікроорганізмів, добре пристосованих до умов сучасного агровиробництва. Все це спрямовано на забезпечення максимального виробництва харчових продуктів за мінімальних витрат.

Основні методи селекції. Основними методами селекції є такі: підбір вихідного матеріалу — може бути масовим (частіше його використовують у рослинництві) й індивідуальним. Масовий застосовують у разі нечіткого прояву бажаних критеріїв для отримання необхідних результатів.

Гібридизація (отримання гібридів поєднанням генетичного матеріалу різних організмів) дає змогу мати різні комбінації генетичного матеріалу, який за відповідного добору може дати бажані результати. Застосовують різні форми схрещування: внутрішньовидове (споріднене або неспоріднене) і віддалене (міжвидове).

Отриманий матеріал не завжди задовольняє вимоги селекціонерів, тому вони відбирають (масово або індивідуально) необхідний матеріал, з яким працюватимуть у напрямку підсилення необхідних показників.

Для прикладу розглянемо, як М. Ф. Іванов вивів білу степову українську породу свиней в Асканії-Новій. Вихідним матеріал були свиноматки місцевої породи і чистопородні кнури білої англійської породи. Місцеві породи мали добру плодючість, були невибагливими й витривалими, але малопродуктивними. Серед отриманих потомків відібрали лише одного кнура — Асканія-І, який найкраще відповідав вимогам селекції. Для вирівнювання і закріплення ознак створюваної породи (швидкий ріст, велика маса, високі якості м’яса тощо) застосували близькоспоріднене схрещування. Асканія-І схрещували з його потомками упродовж кількох поколінь, проводячи також суворий добір. Поряд з лінією Асканія-І аналогічно створювали й інші лінії. В подальшому проводили міжлінійну гібридизацію, також здійснюючи жорсткий добір. Так було створено високопродуктивну, добре пристосовану до місцевих умов групу тварин, яка поклала початок новій породі.

Крім зазначених загальних методів, у селекції рослин застосовують поліплоїдію і щеплення, а при відборі вихідного матеріалу — штучний мутагенез.

Поліплоїдією долають стерильність міжвидових гібридів. Разом з тим її використовують і для виведення нових сортів сільськогосподарських рослин. Останнім часом створено високопродуктивні поліплоїдні сорти жита, гречки, кукурудзи, проса, льону, кавунів.

Тварини розмножуються тільки статевим способом, і цінні якості гібридів неможливо закріпити вегетативним розмноженням. У тварин використовують лише індивідуальний відбір вихідного матеріалу і особливо добір гібридів.

Оскільки не завжди можна оцінити якості тварин (наприклад, плідників), у їх селекції використовують метод визначення якості плідників за якостями потомків.

Останнім часом ембріони цінних порід сільськогосподарських тварин вирощують «у пробірці», а потім пересаджують у матку самки іншої породи для подальшого розвитку. Це прискорює процес селекції і забезпечує отримання значної кількості потомків із новими або важливими для практичного використання властивостями.

Поняття про сорт, породу і штам. Порода — група сільськогосподарських тварин одного виду, спільного походження, схожих за екстер’єром, конституцією, продуктивністю та іншими господарсько-корисними ознаками, які стало передаються потомству. Породи сільськогосподарських тварин створюють і розвивають відповідно до економічних потреб суспільства упродовж тривалого часу (звідси порода — це штучно створена популяція тварин). У породі створюються лінії, тобто групи тварин, які походять від особливо визначних плідників. Потомство від найкращих самок називають родинами.

Сорт — штучно створена у процесі селекції форма (різновид) культурних рослин, які мають у конкретних умовах вирощування певні біологічні й господарські властивості. Сорти створюють дослідно-селекційні установи методами індивідуального або масового відбору із застосуванням гібридизації, індукційного мутагенезу, поліплоїдизації тощо.

Штам — чиста культура мікроорганізму, яку створено в контрольованих умовах з однієї вихідної клітини, із заданими ознаками, набутими здебільшого внаслідок мутацій. Різні штами одного і того самого мікроорганізму можуть відрізнятися один від одного низкою ознак, наприклад вірулентністю, чутливістю до антибіотиків тощо. Продуктивність штучно створених штамів для мікробіологічної промисловості (синтез білків, антибіотиків, вітамінів, органічних кислот тощо) вища (результат селекції), ніж диких.

Штучний добір і його форми. Аналізуючи причини різноманітності багатьох видів сільськогосподарських тварин і рослин, Ч. Дарвін дійшов висновку, що породи й сорти постійно змінювалися, поступово ставали досконалішими й різноманітнішими за проявом ознак, які цікавили людину. У процесі досліджень та аналізу фактичного матеріалу Ч. Дарвін установив, що всі породи свійських курей походять від дикої банківської курки, яка нині трапляється в Індії. Прародичами великої рогатої худоби були два види тура (мал. 1.60), а собаки — вовк. Уся різноманітність сортів капусти бере початок від одного виду — дикої європейської капусти, а голуби — від європейського сизого голуба.

Мал. 1.60. Породи великої рогатої худоби:

1 — червона степова: 2 — чорно-ряба; 3 — українська білоголова; 4 — симентальська; 5 — холмогорська; 6 — лебединська; 7 — костромська; 8 — тур, один із вимерлих предків великої рогатої худоби

Викладене дає підстави для висновку, що різноманітність порід і сортів є результатом різноспрямованої роботи людини, яка зберігала для розведення тварин з бажаними для неї проявами ознак і властивостями. При цьому всі форми рослин і тварин, використовуваних людиною в господарстві, зазнали істотних змін.

Створення нових порід, на думку Ч. Дарвіна, полягає у можливості людини нагромаджувати зміни за допомогою добору: природа послідовно дає зміни, людина накопичує їх у відомих, корисних для неї напрямах. Добір, який проводить людина, Ч. Дарвін назвав штучним.

Ч. Дарвін виділив дві форми штучного добору — несвідомий і свідомий, або методичний. Несвідомий добір — найранніша форма селекційного процесу. Людина не ставила перед собою завдання поліпшити одомашнених нею тварин і введених у культуру рослин. Проте вона намагалася зберегти для розмноження кращих тварин і краще насіння рослин, а менш цінних тварин і рослини використовувала в їжу.

Несвідомий добір існує й сьогодні повсюдно в селянських господарствах. При цьому діє принцип збереження кращих і вибракування (елімінація) гірших. За несвідомого добору його позитивні якості виявляються досить повільно.

Свідомий, або методичний, добір полягає в тому, що селекціонер ставить за мету вивести нову форму тварин чи рослин, які б мали певні цінні для нього ознаки. Відповідно до конкретних завдань селекціонер застосовує ті чи інші методи селекції. Далі, вже починаючи з першого потомства, методично із покоління в покоління проводять суворий добір кращого матеріалу і вибраковують той, що не відповідає визначеним критеріям.

Отже, методичний добір завжди є творчим процесом, результатом якого є утворення нових порід і сортів. Користуючись цим методом, селекціонер, як скульптор, ліпить нові органічні форми за заздалегідь складеним планом.

Вчення про штучний добір дало змогу Ч. Дарвіну з’ясувати причини і форми еволюції в природі, де змінюються існуючі види і виникають нові незалежно від бажання і впливу людини.

Системи схрещувань організмів та їх генетичні наслідки. Успішність селекції залежить не тільки від форми штучного добору, а й від вдалого підбору батьківських форм та застосованої схеми схрещування організмів (гібридизації). Схрещування можливе як у межах одного виду (внутрішньовидова гібридизація), так і між особинами різних видів (міжвидова, або віддалена, гібридизація).

Внутрішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим. Найтісніші форми спорідненого схрещування спостерігаються серед самозапильних рослин і самозапліднюваних гермафродитних тварин. В організмів із перехресним заплідненням тісний інбридинг відбувається у разі схрещування братів і сестер, батьків та їхніх потомків тощо.

За спорідненого схрещування з кожним наступним поколінням підвищується гомозиготність гібридів. Це можна пояснити тим, що генетична близькість батьків збільшує ймовірність поєднання одних і тих самих алелів різних генів. У самозапильних рослин уже в 10-му поколінні спостерігається майже повна гомозиготність (до 99,9 %), а при схрещуванні братів із сестрами чи батьків із потомками такий результат може бути досягнутий після 20-го покоління. Проте досягти 100 % гомозиготності за всіма генами не вдається, бо вона порушується внаслідок мутацій, що постійно виникають.

Може спостерігатися і явище розпаду вихідної популяції на ряд генотипово відмінних між собою гомозиготних ліній. Наприклад, гетерозиготна за одним геном (Аа) популяція розпадеться на дві гомозиготні (АА і аа).

Біологічним наслідком спорідненого схрещування є ослаблення і навіть виродження потомків, оскільки в таких гомозиготних організмів збільшується ймовірність фенотипового прояву летальних чи сублетальних рецесивних алелів. Отже, тісний інбридинг часто призводить до появи організмів із різноманітними спадковими аномаліями.

У селекції споріднене схрещування застосовують для отримання чистих ліній, інбридинг дає змогу отримати цінні ознаки в гомозиготному стані й закріпити їх у потомків.

Неспоріднене схрещування застосовують для поєднання в потомстві цінних властивостей, притаманних різним лініям, породам або сортам. За своїми генетичними наслідками воно прямо протилежне інбридингу. За неспорідненого схрещування з кожним наступним поколінням підвищується гетерозиготність потомків.

За неспорідненого схрещування часто спостерігається явище гетерозису. Гетерозис — це підвищення життєздатності та продуктивності гібридів першого покоління від схрещування різних чистих ліній порівняно з батьківськими формами. Для подальшого розмноження гетерозисні гібриди зазвичай не використовують. Гетерозисний ефект у рослин закріплюють вегетативним розмноженням.

Віддалена гібридизація. Це схрещування особин, які належать до різних видів і навіть родів, з метою поєднання у гібридах цінних спадкових ознак представників різних видів. Наприклад, гібриди пшениці й пирію, пшениці і жита (тритікале) мають високу продуктивність. Відомі гібриди малини й ожини, сливи і терену, горобини та сибірського глоду тощо. У тваринництві також виведено значну кількість міжвидових гібридів. Продуктивність мула (гібрид кобили й осла), архаромериноса (гібрид тонкорунних мериносів і дикого гірського архара), бестера (гібрид білуги й стерляді) значно вища, ніж батьківських форм.

Подолання стерильності міжвидових гібридів. У багатьох випадках міжвидові гібриди безплідні, й селекціонери шукають шляхи подолання цього дефекту. Наприклад, безплідність гібрида капусти й редьки, виведеного Г. Д. Карпеченко, була подолана методом поліплоїдизації. Рослинні безплідні гібриди розмножуються вегетативно, а тваринні намагаються створити клонуванням.

Біологічне значення гетерозису. Максимальний прояв гетерозису спостерігається у гібридів першого покоління. Єдиної теорії гетерозису немає. Теорія домінування пояснює гетерозис накопиченням у гібриду сприятливих домінантних алелів у якомога більшій кількості локусів. Ці домінантні гени пригнічують експресію шкідливих рецесивних алелів і взаємодіють між собою за принципом комплементарності, але це не узгоджується з деякими фактами.

Сучасні дані про гетерозиготність популяцій свідчать, що особини, гетерозиготні за численними рецесивними алелями, часто виявляються більш життєздатні, ніж гомозиготи з домінантних генів. За теорією наддомінування, гетерозиготний стан генного локусу має перевагу (АА < Аа > аа) навіть тоді, коли рецесивний алель а в гомозиготі є летальним.

Ці теорії ґрунтуються на тому, що основою гетерозису є гетерозиготність організму. Чим значніші генетичні відмінності у батьків, тим сильніше виявляється гетерозис у гібридів. Іноді гетерозис забезпечується гетерозиготністю тільки за одним геном (моногібридний гетерозис).

Використання гетерозису в практиці пов’язане з проведенням гібридизації, міжпородного (міжсортового) і міжлінійного схрещування, що збільшує урожайність сільськогосподарських культур і продуктивність тварин на 10-30 %. У рослинництві гетерозис широко використовують у вирощуванні гібридних форм кукурудзи, буряку, сорго та інших сільськогосподарських культур. У тваринництві, особливо в свинарстві та м’ясному скотарстві, застосовують здебільшого промислове (міжпородне) схрещування. Проблеми закріплення гетерозису в рослин вирішують, застосовуючи вегетативне розмноження гібридів (плодово-ягідних культур, картоплі), подвоєння в них наборів хромосом, використання апоміксису, створення гетерозиготних структур, які стійко передаються у спадок.

Центри різноманітності та походження культурних рослин. У селекції важливо правильно вибрати вихідний матеріал. Метод пошуку вихідного матеріалу для селекції запропонував видатний генетик і селекціонер, академік М. І. Вавилов. Вивчаючи світові рослинні ресурси, він довів, що різноманітність форм виду найбільша в тих районах, де цей вид виник. На підставі цього він виділив (1926) сім основних центрів походження культурних рослин, тобто географічних районів, де утворилися основні форми культурних рослин і звідки людина поширила їх на Землі. Це місця інтенсивного видоутворення цих рослин, де генофонд їх найбагатший. Тому в дикій природі цих центрів найбільша різноманітність предків культурних рослин.

За М. І. Вавиловим, є такі основні центри походження культурних рослин: 1) Східноазіатський (Центральний і Східний Китай, Корея, Непал, Японія) — батьківщина близько 20 % культурних рослин (сої, проса, гречки, груші, яблуні, сливи, чайного куща, апельсинів, мандаринів, редьки та ін.); 2) Південноазіатський тропічний (Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії) — батьківщина близько 30 % культурних рослин (рису, цукрової тростини, квасолі, лимона, баклажанів, кокосової пальми та ін.); 3) Південно-Західноазіатський (Мала Азія, Середня Азія, Іран, Афганістан, Північно-Західна Індія) — батьківщина близько 14 % культурних рослин (пшениці, жита, гороху, льону, конопель, бавовнику, яблуні, груші, абрикоса, винограду, мигдалю, дині та ін.); 4) Середземноморський (узбережжя Середземного моря) — батьківщина приблизно 11% культурних рослин (маслини, буряку, цибулі, часнику, капусти, вики, бобів, оливкового дерева, гірчиці, салату та ін.); 5) Абіссінський (Ефіопія) — батьківщина приблизно 4 % культурних рослин (деяких видів пшениці, ячменю, кавового дерева, рицини); 6) Центральноамериканський (Північна Мексика) — батьківщина близько 8% культурних рослин (кукурудзи, овочевого перцю, помідорів, шоколадного дерева, американської квасолі, гарбуза, перцю, какао, американського бавовнику тощо); 7) Південноамериканський (Андійський) (гірські райони Перу, Болівії, Еквадору) — батьківщина приблизно 10 % культурних рослин (картоплі, тютюну, арахісу, хінного дерева, ананасу тощо.

Райони одомашнення тварин. Такими є райони з давніми центрами землеробства. Однак визначити місця походження свійських тварин значно важче, ніж рослин, через значне переміщення їхніх диких предків у межах первісних ареалів, які тепер установити складно. Одомашнення могло відбуватись у будь-якому місці такого первісного ареалу, а поширення порід пов’язане не з природним середовищем, а з діяльністю людини. Більшість свійських тварин одомашнено 8-10 тис. років тому. У процесі одомашнення тварин значно змінювалися їхня будова, життєві функції та онтогенез, поведінка.

Однією з найдавніших свійських тварин є собака. Вважають, що собаку було виведено 10-15 тис. років тому в кількох місцях Євразії від різних видів вовків. Нині налічується понад 350 порід собаки свійського, селекція якого здійснюється у різних напрямках: службові, мисливські, декоративні породи.

Кішку одомашнено значно пізніше (близько 5 тис. років тому) в Єгипті для захисту запасів зерна від гризунів. Її предком була дика лівійська кішка, що мешкає на півночі Африки.

Одним з перших об’єктів скотарства, вік одомашнення яких 910 тис. років, були вівці й кози. Вівчарство виникло в гірських районах Греції, Кавказу, Малої та Середньої Азії. Предками свійської вівці були дикі види архар і муфлон, які й тепер мешкають у центрах їх одомашнення. Відомо близько 70 порід свійської вівці. В Україні, зокрема, розводять асканійську, цигайську, каракульську, сокольську, гірськокарпатську та інші породи овець (мал. 1.61). Свійських кіз розводять з тією ж метою, що й овець, їхніми предками вважають кілька видів диких козлів (безоаровий козел та ін.). Останнім часом поголів’я кіз в Україні збільшується.

Мал. 1.61. Породи овець:

а — асканійська; б — кавказька; в — цигайська; г — куйбишевська; д — меринос; е — романівська (а—в, д, е — барани; г — вівця)

Серед перших одомашнених тварин можна назвати й коня (мал. 1.62). Предком свійського коня вважають дикого коня — тарпана, який раніше був поширений у лісостепах Європи й Казахстану. Цей вид повністю винищено до кінця XIX ст. Слід зазначити, що, всупереч поширеній думці, дикий кінь Пржевальського не є предком свійського коня, оскільки вони мають різний хромосомний набір.

Мал. 1.62. Породи коней:

верхові: а — будьоннівська; б — орловська рисиста; в — російська рисиста; г — ваговоз; запряжні: д — торійська; е — естонська

Предком великої рогатої худоби був дикий бик — тур (мал. 1.60), який жив на території лісостепової і степової зон Євразії. Вважається, що його одомашнено близько 4 тис. років тому у Давній Греції. Відомо понад 50 порід великої рогатої худоби, які розводять з метою виробництва м’яса, молока, шкур і як тяглову силу. Основними напрямами селекції у тваринництві є створення молочних (чорно-ряба, червона степова), м’ясних (герефордська), м'ясо-молочних (симентальська, лебединська) порід.

Дику свиню, що мешкає в різних регіонах Євразії, одомашнили землеробські племена 5—9 тис. років тому. Від дикого предка свійська свиня відрізняється більшою плодючістю, а новонароджені поросята не мають смугастого забарвлення. Різні породи свійської свині (велика біла, українська степова біла та ряба, миргородська, беркширська, дюрокджерсейська тощо) людина розводить заради м’яса, сала та шкур.

Людина одомашнила також багато видів птахів. Так, свійські кури походять від диких банківських і червоних курей, одомашнених 5—6 тис. років тому на території Південної та Південно-Східної Азії. Залежно від напрямів селекції розрізняють несучі (леггорн, російська біла), м’ясні (корніш), м’ясо-несучі (загорська, плімутрок, нью-гемпшир, родайланд) породи. Індіанські племена Центральної Америки одомашнили близько 2 тис. років тому інших представників ряду куроподібних — індичок (предок — дика індичка), яких, як і курей, розводять заради м’яса, яєць і пуху. Свійська качка походить від дикої качки — крижня, поширеного в Північній півкулі. Різноманітні породи свійської качки (українську, пекінську, московську тощо) розводять заради м’яса та яєць. Приблизно в той самий час (близько 4 тис. років тому) людина одомашнила сіру гуску.

Голуба свійського було одомашнено заради м’яса, а деякий час його використовували для транспортування кореспонденції («голубина пошта»). Численні породи свійського голуба (понад 450 декоративних, поштових і м’ясних порід) походять від дикого скельного голуба, який мешкає в гірських місцевостях помірних широт Євразії та Північної Африки. Нині людина одомашнила таких птахів, як перепели, куріпки, фазани, тетеруки та ін.

Багато декоративних порід золотих рибок виведено у Китаї від сріблястого карася майже 5 тис. років тому. Предком порід коропа (дзеркального, рамчастого, українського, ропшинського тощо) був сазан, який мешкає у прісних водоймах Євразії.

Людина одомашнила і деякі види безхребетних тварин. Понад 5 тис. років тому в Китаї виникло шовківництво. Нині шовковичний шовкопряд є лише свійською комахою і в дикому стані в природі не трапляється. Приблизно в ті самі часи в тропічних і субтропічних регіонах Євразії виникло бджільництво. Невідома в дикому стані й медоносна бджола, не з’ясованим залишається і точне місце її одомашнення.

Отже, за відносно короткий історичний період (починаючи з 10— 14 тисячоліття до н. е.) людина одомашнила значну кількість видів диких тварин, які стали родоначальниками сотень порід. Цей процес триває і нині.

Для отримання нових сортів використовують соматичні мутації, поліплоїдію. Новий сорт отримують із тієї вегетативної частини рослини, яка має цінні соматичні мутації. Частоту мутацій підвищують штучним мутагенезом.

Вагомий внесок у виведенні нових сортів сільськогосподарських рослин зробили М. В. Цицин, П. П. Лук’яненко, В. М. Ремесло, Ф. Г. Кириченко, В. Є. Писарєв, В. Є. Пустовойт, І. М. Хаджинов та інші вчені.

За віддаленої гібридизації широко використовують методи посередника, вегетативного зближення, використання суміші пилку тощо.

Особливості селекції рослин і тварин. Основні принципи селекції тварин не відрізняються від принципів селекції рослин. Нові породи тварин отримують на базі спадкової мінливості методом добору. Як для рослин, так і для тварин потрібні певні умови середовища, сприятливі для якнайповнішого прояву генетичних задатків і розвитку бажаних якостей.

Методи розведення і організаційні заходи, застосовані в роботі зі створення, підтримання та вдосконалення порід, у сукупності становлять племінну справу. Особливості її полягають у тому, що свійські тварини, на відміну від рослин, розмножуються тільки статевим шляхом, а статева зрілість у деяких із них настає через кілька років. Самка народжує тільки одного або кількох малят, що сповільнює процес селекції.

У селекційній роботі з тваринами використовують переважно схрещування. Споріднене схрещування (інбридинг) — між братами і сестрами або між батьками і потомством — застосовують тоді, коли селекціонер ставить за мету перевести більше генів певної породи в гомозиготний стан. Таке схрещування, подібне до самозапилення в рослинництві, призводить до гомозиготизації. Воно супроводжується суворим добором за необхідними господарськими якостями і здебільшого зумовлює ослаблення тварин, зниження стійкості їх до дії зовнішніх чинників, до захворювань і т. ін. Тому, щоб запобігти цим несприятливим наслідкам, застосовують схрещування різних ліній і порід. Цінність спорідненого схрещування полягає в тому, що воно закріплює в породі корисні якості. Контрольоване неспоріднене схрещування в межах породи або між породами дає змогу підтримувати корисні якості й підсилювати їх у наступних поколіннях.

Як у рослин, так і у тварин спостерігається явище гетерозису. За наступних схрещувань гібридів між собою ці якості слабшають, мабуть, внаслідок вищеплення гомозигот. Гетерозис застосовують у вівчарстві, молочному скотарстві, свинарстві. Прикладом особливо ефективного використання гетерозису є виведення гетерозиготних курчат — бройлерів.

Останнім часом ембріони цінних порід великої рогатої худоби й інших тварин вирощують у штучних умовах, а потім пересаджують у матку самки іншої породи для подальшого розвитку. Це дає змогу прискорити процес й мати значну кількість потомків з новими або важливими для практики властивостями.

Значення поліплоїдії в селекції рослин. Трапляються поліплоїдні форми багатьох рослин. Можна припустити, що еволюція деяких груп квіткових рослин відбувалася методом поліплоїдизації. Більшість культурних рослин є поліплоїдними. Економічно вони вигідніші за диплоїдні. І поліплоїдна рослина, і її клітини зазвичай більші, ніж у диплоїдної. Поліплоїди також здебільшого стійкіші до несприятливих чинників середовища. На півночі і в горах багато видів рослин є поліплоїдами.

Для забезпечення поліплоїдії використовують колхіцин, який під час мітозу руйнує веретено поділу, але не порушує процесу подвоєння хромосом.

В Україні останніми роками широко вирощують високоврожайні поліплоїдні сорти гречки, цукрових буряків, проса, кукурудзи, льону, редиски та деяких інших рослин.

Особливості селекції мікроорганізмів. Мікроорганізми (бактерії, гриби, мікроскопічні водорості) застосовують у промисловості, сільському господарстві та медицині. Швидкими темпами нині розвивається мікробіологічна промисловість, пов’язана з виробництвом життєво важливих продуктів: білків, амінокислот, ферментних препаратів, антибіотиків, спиртів, поліцукрів, бактеріальних добрив, гормонів тощо. При цьому як поживні середовища використовують нехарчові продукти: рідкі парафіни нафти, синтетичні спирти, відходи лісопереробної промисловості та ін. Вироблені таким чином у великих кількостях білково-вітамінні препарати дають змогу прискорити розв’язання питання нестачі білка та підвищити інтенсивність виробництва кормів.

Створенням нових штамів останнім часом займається генна інженерія. При цьому ізолюють фрагменти ДНК, які зв’язуються, отримуючи рекомбінантну ДНК. Її вносять у бактерію за допомогою фагів або бактеріальних плазмід (позахромосомні фактори спадковості, генетичні елементи, що можуть існувати в клітині в стані, не пов’язаному з хромосомами; найчастіше це дволанцюгові молекули ДНК, здатні проникати в бактеріальні клітини і розмножуватися в них). Отримано, зокрема, нові штами мікроорганізмів, які синтезують цінні гормони, ферменти, антибіотики, білки тощо.

Звичайно, досягнення мікробіології треба ширше застосовувати для підвищення родючості ґрунтів, врожайності сільськогосподарських культур, для консервації кормів, а в перспективі — для мікробіологічного виробництва продуктів харчування.

Метод аналізу спадкових якостей плідників за властивостями потомків. Багато видів цінної тваринницької продукції (молоко, яйця) дають тварини жіночої статі. Тому тварин протилежної статі можна оцінювати за їх родоводом та якістю їхніх потомків. Так, племінні якості бугая можуть бути оцінені за молочною продуктивністю його предків по материнській лінії, його сестер і особливо його дочок.

Біотехнологія. Біотехнологією називають свідоме виробництво потрібних для людини продуктів і матеріалів за допомогою біологічних об’єктів і процесів. Біотехнологія виникла на зорі цивілізації, коли первісні люди навчилися не тільки збирати корисні для них рослини, а й вирощувати їх на оброблюваних ними полях, не тільки полювати на диких звірів, а й розводити свійських тварин. Ця первісна біотехнологія значно полегшила життя людей, бо вони стали виробляти значно більше їжі й сировини для виготовлення одягу, витрачаючи на це менше праці. Поступово біотехнологія вдосконалювалася, люди стали створювати нові сорти культурних рослин і породи свійських тварин, вчилися краще їх використовувати.

Свідомим поєднанням випадкових спадкових змін (мутацій) люди стали створювати дедалі досконаліші сорти й породи, а також різновиди (штами) корисних мікроорганізмів, на основі яких виникла мікробіологічна промисловість.

Нині в мікробіологічній промисловості різні види бактерій і мікроскопічних грибів використовують для виробництва антибіотиків (пеніциліну, стрептоміцину, еритроміцину та ін.), вітамінів, гормонів, ферментів, кормових білків тощо. Удосконалюються біотехнологічні процеси і в харчовій промисловості, де застосування їх дає змогу збільшувати випуск харчових продуктів (наприклад, кисломолочних продуктів, сирів, пива) і кормів (силосу, кормових дріжджів та ін.) підвищеної якості.

Біотехнологічні процеси застосовують для очищення навколишнього середовища від побутових і промислових забруднень, зокрема стічних вод, у розробленні біологічних методів боротьби зі шкідниками сільського та лісового господарств, кровосисними й паразитичними тваринами тощо. Зокрема, використовуючи штами певних видів мікроорганізмів (вірусів, бактерій, грибів), виготовляють препарати, які ефективно знижують чисельність шкідливих видів, не забруднюючи середовища токсичними хімічними сполуками. Важливою умовою використання біопрепаратів є їхня безпечність для нешкідливих видів організмів.

У 50-х роках XX ст. виникла така наука, як молекулярна біологія, а ще через 20 років на її основі — генетична інженерія. Всього 10 років знадобилося їй, аби біотехнологія змогла свідомо створювати організми, які продукують сполуки і здійснюють процеси, необхідні для людини. Тобто можна стверджувати, що виникла нова біотехнологія, яка обіцяє людині небувалий прогрес.

Генетична та клітинна інженерія: основні напрями досліджень і сучасні досягнення. Генетична (генна) інженерія — це прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії, яка розробляє методи перебудови геномів організмів вилученням або введенням окремих генів чи їхніх груп; синтез генів поза організмом; виділення з клітин і перебудову окремих генів або їхніх частин; копіювання і розмноження виділених або синтезованих генів; введення генів чи їхніх груп у геном інших організмів; експериментальне поєднання різних геномів в одній клітині. У генній інженерії користуються способами: злиття соматичних клітин або протопластів різних клітин одного виду чи різних видів організмів (соматична гібридизація), перенесення ядер із клітини в клітину, хромосом або їх фрагментів (клітинна інженерія) чи окремих генів (генна інженерія).Суть генної інженерії полягає у штучному створенні (хімічний синтез, перекомбінації відомих структур) генів із конкретними, необхідними для людини властивостями та введенні їх у відповідну клітину (нині це здебільшого бактеріальні клітини, наприклад, кишкова паличка) — створення «штучної» бактерії-лабораторії з виготовлення необхідного для людини продукту.

Методами генетичної інженерії здійснено синтез деяких білків у промислових кількостях. Поки що це стало можливим і економічно виправданим тільки для кількох білків людини, які використовують у медичній практиці та які є видоспецифічними, тобто не можуть бути замінені аналогічними білками тварин. Ідеться передусім про інсулін, інтерферон і гормон росту — соматотропін. Список цей розширюється.

Результати досліджень генетичної інженерії мають велике значення і для теоретичної біології. Завдяки їм зроблено важливі відкриття стосовно тонкої будови генів, їх функціонування, структури геномів різних організмів. Для подальшого розвитку генетичної інженерії потрібно створювати банки генів — колекції генів різних організмів, що є об’єктами генетичних досліджень, які вбудовані в плазміди та інші переносники і зберігаються за низьких температур.

Робота з геномами вищих організмів крім технічних труднощів пов’язана також з проблемами етичного плану. Втручання в генотип хребетних, а особливо людини, навіть з найкращими намірами може призвести до непередбачуваних наслідків.

Клонування організмів. Клоном називають сукупність клітин або особин, які виникли від спільного предка нестатевим шляхом. Клон складається з генетично однорідного матеріалу. Методика клонування тварин така. З незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро і пересаджують у неї ядро соматичної клітини іншої особини. Таку штучну зиготу пересаджують у матку самки, де розвивається ембріон. Ця методика дає змогу отримувати від цінних за своїми якостями плідників необмежену кількість потомків, які є їхньою точною генетичною копією. Методом клонування з окремих гібридних соматичних клітин вирощують також організми рослин (мал. 1.63). Клонування організмів є перспективним напрямом клітинної інженерії.


Мал. 1.63. Клонування:

а — методика клонування організму шпорцевої жаби; б — розвиток моркви на штучному живильному середовищі з кількох клітин коренеплоду


Нині багато уваги вчені приділяють генетично зміненим, так званим трансгенним організмам. Їх створюють методами генетичної інженерії, вводячи в геном рослин певні гени, які забезпечують стійкість рослин проти пестицидів, шкідників, паразитів, інших несприятливих чинників середовища та ін. Так створено сорти картоплі, в геном яких вбудовано гени бактерій, що робить цю рослину неїстівною для колорадського жука (ця комаха знищує до 40 % врожаю картоплі). Генетично змінені організми часто є високопродуктивними і плодючими, що може допомогти розв’язати проблему забезпечення людства продуктами харчування.

Звичайно, перед цим напрямом генетичної інженерії начебто відкриваються значні перспективи. Однак доти, доки ці організми не пройдуть належної всебічної перевірки, слід ставитися до них обережно. Є дані, що споживання генетично змінених рослин у їжу може спричинити харчові отруєння та алергії, погіршення здоров’я людини тощо. Невідомо також, чи впливатиме споживання їх на генотип людей і як генетично змінені організми впливатимуть на природні екосистеми, їх біологічне різноманіття. Дискусії навколо трансгенних організмів зумовили розроблення Закону України «Про державну систему безпеки під час здійснення генетично-інженерної діяльності». Цей документ передбачає обов’язкове наукове оцінювання ризику застосування генетично змінених організмів. В Україні генетично змінені рослини широко не вирощують, але в різних наукових установах випробували сорти картоплі, стійкі проти колорадського жука, а також озимого ріпаку й цукрових буряків, стійких проти дії гербіцидів.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити