Таңдап өсіру

Селекция

Таңдап өсіру кейде жасанды сұрыптау деп аталады (ағылш. Selective breeding немесе artificial selection)) жануарлардың асыл тұқымын, өсімдіктердің сорттарын, микроорганизмдердің штампыларын шығарудың, жаңартудың әдістерін және биологиялық негізін зерттейтін ғылым. "Селекция" — сұрыптау деген мағынаны білдіреді. Генетика селекцияның ғылыми негізі болып есептелінеді. Тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің негізгі заңдылықтары барлық организмге тән қасиет. Жануарлардың, өсімдіктердің жаңа тұқымы мен сорттарын шығаруда осы заңдылықтарды білудің маңызы зор. Себебі, ол тұқым қуалайтын өзгергіштікке негізделген. H.И.Вавилов селекцияның теориялық негізін қалады.

1. Жануарлардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің тұқымдық, сорттық, түрлік және туыстық ерекшеліктерін зерттеуді көрсетті.
2. Тұқым қуалайтын өзгергіштік белгілер мен қасиеттердің дамуына сыртқы орта факторларының әсер ететіндігін анықтады.
3. Организмдердің пайдалы белгілері мен қасиеттерінің тұрақтандырылуына жағдай жасайтын қолдан сұрыптау жүйесін жасады.

Селекцияның басты мақсаты мен міндеті — адам баласына қажетті мол өнім беретін, суыққа, ауруға төзімді өсімдік сорттарын, мал тұқымдарын және микроорганизмдердің штампыларын қысқа мерзімде шығару және жақсарту. Сорт немесе тұқым дегеніміз не? Жануарлардың асыл тұқымы немесе есімдіктердің сорттары деп тұқым қуалайтын морфологиялық, биологиялық және шаруашылық белгілері мен қасиеттері ұқсас, сұрыптаудың нәтижесінде шығарылған бір түрге жататын даралар жиынтығы. Н.И.Вавиловтың айтуы бойынша: "Селекция үшін қажетті бастапқы материалды білмей, олардың шығу тегі мен эволюциясын зерттемей тұрып, жануарлардың, өсімдіктердің қазіргі сорттарын, тұқымын жаңарту, жақсарту мүмкін емес". Сонымен қатар жануарлардың, өсімдіктердің жабайы арғы тегі формаларының, мәдени формаларына қарағанда бай екенін көрсетті. Сондықтан өсімдіктердің жаңа сорттарын, малдардың асыл тұқымын шығаруда олардың ата тегінің бағалы белгілері бар түрлерін будандастыруға пайдалану қажет екендігін анықтап берді. Ол мәдени өсімдіктердің ата тегінің шығу орталықтарын анықтау, зерттеу және олардың генофондысын сақтау мақсатында дүние жүзінің әр түкпірінде 180-нен астам экспедиция ұйымдастырды. Осы жұмыстың нәтижесінде 1700 түрге жататын 250 мыңнан асатын ауыл шаруашылығы есімдіктері үлгілерінің коллекциясын жасады. Өсімдіктердің сол уақыттағы жиналған коллекциясы осы күнге дейін мәдени өсімдіктердің жаңа сорттарын шығаруға пайдаланылады. Н.И.Вавилов барлық географиялық аймақтарда мәдени өсімдіктердің алуантүрлілігі бірдей емес екендігін анықтай келіп, аса маңызды жаңалық ашты. Ол мәдени өсімдіктер шығуының жеті орталығын белгіледі. Әрбір орталық белгілі бір мәдени өсімдіктердің шыққан отаны болып есептелінеді. Бұл орталықтар, негізінен, жазық жер емес, таулы аудандар. Көптеген орталықтар ертедегі егін шаруашылығы орталықтарымен сәйкес келеді. Н.И. Вавилов мәдени өсімдіктердің шығу орталықтарын анықтау барысында жалпы бір заңдылықты байқаған. Өсімдіктер өзінің түр ретінде түзілген орталықтарынан алыстаған сайын, олардың түсінің өзгеретінін көрген. Мысал ретінде, Мексикада өсетін жүгері сабағының боялған қара түсі, Тынық және Атлант мұхиттарына жақын аудандарда ағаратынын көрген. Ал Еуропада өсетін бидайдың, арпаның, қара бидайдың ақ масақтары Африкадағыдан өзгеше болып келеді. Мәдени өсімдіктер шығу орталықтарынан басқа аудандарға тараған сайын олардың доминатты белгілері (гендерінің әсері) төмендеп, рецессивті формалары арта бастайды. Бұлай болу себебі, таулы, аралды және шөлді аймақтар рецессивті гені бар формаларды оқшауландырып, олардың көбеюіне жағдай туғызады. Мысалы, бір жағын Арал теңізі, екінші жағын Қарақұм алқабы қоршаған Хиуа (Өзбекстан) жерінде Н.И.Вавилов бастаған экспедиция зығыр өсімдігінің гүлінің түсінде рецессивті белгілері бар және дөні ақ түрлерін анықтаған. Сонымен шығу орталықтарынан алыстаған сайын есімдіктердің доминантты гендері әсерінің төмендеуін, ал керісінше, рецессивті формаларының арту заңдылығын "Вавилов әсері" деп атады.

Селекцияның негізгі әдістері: сұрыптау, будандастыру және мутациялық селекция.

Адамның қатысуымен жүретін сұрыптауды қолдан аррыптау деп атайды. Чарлз Дарвин өзінің қолдан сұрыптау туралы ілімінде оның екі түрін анықтаған: мақсатсыз және мақсатты сұрыптау. Адамдар жануарларды үй жағдайына қолға үйретудің алғашқы кезеңінде мақсатсыз сұрыптауды пайдаланды. Олар өздеріне ыңғайлы, жуас ұрпақ өрбітетін малдар мен мол өнім беретін өсімдіктердің түрін қалдырып, қолға үйретуге қиын, мінез-құлқы шәлкес малдарды жойып немесе күштеп үйретуге тырысты. Сонымен адам санасыз сұрыптаудың арқасында малдарды мінез- құлқына қарап, біртіндеп үй жағдайына үйрете бастады. Мысалы, қазіргі иттердің арғы тегі қасқыр екені анықталды. Жануарлармен қатар өсімдіктерді де санасыз сұрыптады. Мысалы, астық тұқымдас өсімдіктердің жабайы түрінің орта жағдайына бейімделуіне байланысты масағы сынғыш келеді. Олардың масағынан дәндері төгіліп тұрады. Адам бидай өнімін жинау барысында масағы мықты өсімдіктерді сұрыптау арқылы оның осы уақыттағы мәдени түрін алды. Санасыз сұрыптаудың нәтижесінде біртіндеп малдардың тұқымы мен өсімдіктердің түрлері жаңара түсті. Әйтсе де, осы санасыз сұрыптау, барлық мәдени өсімдіктердің, үй жануарларының алуан түрлілігінің шығуына ықпалын тигізді.

Саналы сұрыптау.

Үй жағдайында жануарлар мен өсімдіктерді өсіру кезінде, адамдар бағалы, пайдалы белгілері бар ата-аналық даралар өздеріне ұқсас, жетілген ұрпақ әкелетінін байқаған. Оларды бірнеше ұрпақ бойы қадағалап, көбейтіп, өсіріп отырған. Адам саналы сұрыптау барысында белгілі бір мақсат қойып, қандай нәтиже шығатынын да болжай алады. Осы сұрыптаудың нәтижесінде жануарлардың белгілері өзгеріп, адам қажетіне керек, жабайы ата тегінен өзгеше, жаңа түрлері пайда болады. Сұрыптаудың шығармашылық маңызы осында. Қолдан сұрыптаудың екі түрі бар. Ол — жаппай және жеке сұрыптау. Жаппай сұрыптау деп фенотипі (сыртқы белгілері, қасиеттері) бойынша сұрыптауды айтады. Мұнда генотип есепке алынбайды, фенотип жағынан бірдей даралардың тобын іріктейді. Жеке сұрыптау кезінде жекеленген өсімдіктің немесе жануарлардың біреуін іріктеп, оның ұрпақтарының генотипін зерттейді. Ұрпақтарына бағалы, қажетті қасиеттер мен белгілерін тұрақты беретін дараларды сұрыптайды. Жеке сұрыптаудың маңызы генотипі жағынан бағалы бір дарадан көп ұрпақ алуға болатынында. Мысалы, қолдан ұрықтандырудың тәсілдерін пайдалана отырып, бір бұқадан, қошқардан ондаған, жүздеген ұрпақ алуға болады. Жеке сұрыптаудың жаппай сұрыптаумен салыстырғанда маңыздылығы жоғары. Өсімдіктерде жеке сұрыптауды кеңінен қолданады. Кез келген өсімдікті оның ұрпағы бойынша бағалау жүргізу үшін жеке-жеке көбейтіп, таза сорттармақ жағдайына жеткізеді. Таза сорттармақ, дегеніміз — бір жұп ата-анадан тараған белгілері бойынша гомозиготалы ұрпақтар. Адам қолдан сұрыптаудың әдістері арқылы популяцияда қажетті, бағалы белгілері бар дараларды көбейтеді.

Будандастыру әдісі.

Селекция

Өсімдіктердің сорттарын, жануарлардың жаңа тұқымын шығару үшін будандастыру әдісін қолданады. Олар туыстық будандастыру (инбридинг) және туыстық емес будандастыру (аутбридинг) болып бөлінеді. Туыстық будандастыру немесе инбридинг будандастыруда туған ұрпақта гендердің гомозиготалы күйге ауысуына байланысты гомозиготалы даралардың үлесі арта түседі. Мал шаруашылығында бір ата-анадан туған төлдерді бір-бірімен, не ата-анасын өз төлімен шағылыстырады. Бұл өсімдіктердің өздігінен тозаңдануына ұқсайды және гомозигота санын кебейтуге әкеледі. Осымен қатар ұрпақта пайда болған (рецессивті гомозиготалы жағымсыз) мутациялар даралардың өнімділігіне, тіршілік қабілетіне кері әсер етеді. Жақын туыстарды бір-бірімен будандастырудың тиімді жағы да бар. Ұрпақта бағалы белгілер беки түседі және бұл қасиет ата-анасында бірдей болса, болашақ ұрпақтарына беріліп отырады. Туыстас будандастыру жануарлар мен өсімдіктердің селекциясы үшін қажетті сорттармақтар алу үшін кеңінен қолданылады. Туыс емес организмдердің будандасуын аутбридинг деп атайды. Аутбридинг: түр ішіндегі будандастыру және әріден будандастыру болып бөлінеді.

Гетерозис.

Гетерозис кезінде ата-анасымен салыстырғанда буданның тіршілік қабілеті артып, мол өнім береді. Бірақ бұл қасиет кейінгі ұрпақтарында біртіндеп төмендеп өше бастайды. Гетерозис құбылысын өсімдіктер және жануарлар селекциясында жиі қолданады. Бұл құбылысты ең алғаш 1914 жылы Америка ғалымы В. Шелл жүгері өсімдігінен байқайды. В. Шеллдің тәжірибесі бойынша, жүгері өсімдігі гетерозисті буданының бірінші ұрпағының өнімі екінші ұрпағының өніміне қарағанда — 35%-ға, үшінші ұрпағында 50%-ға төмендегенін көрсеткен. Гетерозистің швед ғалымы А. Густафсон анықтағандай, өсімдіктерде бірнеше түрі бар. Олар жыныстық гетерозис — жыныс органдарының жақсы дамуына байланысты тұқым мен жемістің өнімі артады. Денелік гетерозис — вегетативті органдарының іріленуі. Бейімделгіш гетерозис — будан өсімдіктердің ортаға бейімделіп тіршілік қабілетінің артуынан туады. Гетерозис ірі қара малдарда жиі кездеседі. Мысалы, ірі қара малдың Герефорт және Шортгорн тұқымдарын будандастырғанда, будандардың еті мол және өте жоғары сапалы болған. Ал қазақтың Ақ бас сиырын Санта-гертруда тұқымымен будандастырғанда, будан ұрпақтары етті болады. Бір өркешті түйені (нарды) екі өркешті түйемен будандастырғанда, сондай-ақ жылқы мен есекті будандастырғанда, ұрпақтарында гетерозис құбылысы байқалады. Қашар — екі түрге жататын жылқы мен есекті шағылыстыру нәтижесінде алынған ұрпақ, бермейтін будан. Күші жағынан ата- анасынан бірнеше есе артық болады. Гетерозигота құбылысының табиғаты, оның молекулалық сыры әлі толық анықталған жоқ. Әріден будандастыру. Әр түрге және туысқа жататын организмдердің будандасуын әріден будандастыру дейді. Мұндай шағылыстырудың мақсаты — бір түрге жататын дараларды будандастыруда беріле алмайтын белгілер мен қасиеттердің тұқым қуалауын зерттеу. Өсімдіктердің мәдени сортымен жабайы түрін будандастыру арқылы сапалы будан алуға болады. Мысалы, қарабидай мен бидайдың бидай мен эгилопс деп атайтын жабайы астың тұқымдастың будандары бар. Әріден будандастыруды алғаш зерттеген И.Г. Кельрейтор болды. Ол 1760 жылы темекі мен махорканың арасынан алғаш рет будан алды. Әріден будандастырумен Г. Мендель, И.В. Мичурин, Н.В. Цицин, т.б. ғалымдар айналысты. Түраралық, туысаралық будандардың саны аз, тіршілік қасиеті төмен, ұрпақ бермейді. Ұрпағының болмау себебі, бір жағдайда — жыныс органдарының дұрыс дамып, пісіп жетілмеуінен болады. Өсімдіктерде тозаңның толық пісіп жетілмеуінен тозаңқап толық ашылмайды. Екінші жағдайда — будандастыруға алынған организмдердің хромосомалар санының және жұптарының өзгеруінен туады. Мысалы, будандастыруға алынған А түрге жататын организмнің 14 хромосомасы, Б түрге жататынның 28 хромосомасы бар делік. Бірінші ұрпақ буданында 21 хромосома болады. Сонда Б түрге жататын дараның 7 хромосомасымен конъюгацияға түсетін жұп (гомологті) хромосомалар жоқ. Бұл жағдай мейозда хромосомалардың ретсіз бөлінуіне және тіршілігі жоқ гаметалардың пайда болуына әсерін тигізеді. Кейбір будандардың ұрпақ, бермейтін кемшілігін, оларды полиплоидті түрге ауыстыру арқылы түзеуге болады. Бірінші рет Ресейде 1924 жылы Г.Д. Карпеченко қырыққабат пен шомырды будандастыру арқылы мол ұрпақ беретін түраралық будан алды. Бұл жағдайда будан өсімдіктердің хромосома санын екі есе көбейтеді. Хромосомалар санының екі еселенуі барысында мейоз процесі дұрыс жүріп, шомыр мен қырыққабат хромосомалары өз жұптарын тауып, конъюгацияланады. Әріден будандастыруда академик Н.В. Цицин бидайды бидайықпен будандастыру арқылы дәнді дақылдардың құнды сорттарын алды. И.В. Мичурин жұмыстарында әріден будандастыруды пайдаланып, сиырбүлдірген мен таңқурайдың, алхоры мен шомырттың, шетен мен сібір доланасының будандарын алды. Оларды вегетативті жолмен көбейтті. Мутациялық селекция. Өсімдіктердің сорттарын микроорганизмдердің жаңа штампыларын шығаруда дәстүрлі әдістермен қатар мутацияларды да пайдаланады. Мутацияны шығу табиғатына қарай: табиғи (спонтанды) және қолдан тудырған мутациялар деп бөледі. Табиғи мутациялар ғалымдардың пікірі бойынша, зат алмасу кезінде ДНҚ ретінің рекомбинациясы, екі еселенуі, репарация және репликация процестерінен туындайды деген болжам бар. Табиғи мутациялар: гендік, хромосомалық, соматикалық, генеративтік мутациялар болып бөлінеді. XX ғасырдың 20—30-жылдарында рентген сәулелері және химиялық қосылыстардың кейбір түрлері тірі организмде тұқым қуалайтын мутациялар тудыратыны анықталды. Селекция үшін генетиктер мутацияны қолдан тудыратын әдістерді жасай бастады. Сонымен мутациялық селекция пайда болды. Мутация тудыратын факторларды мутагендер деп атады. Мутацияның пайда болу процесін мутагенез дейді. Көпшілік жағдайда организмде пайда болған мутациялар жағымсыз әсері болғандықтан, оның тіршілік қасиеттерін төмендетеді. Сонымен қатар селекция үшін маңызы бар мутациялар да кездеседі. Әсіресе олар микроорганизмдер селекциясында кеңінен қолданылады. Мысалы, ультракүлгін сәулемен әсер ету арқылы пенициллиум саңырауқұлағының жаңа штампысы алынды. Олар бастапқы түрлеріне қарағанда пенициллинді мың есе көп түзеді. Сол сияқты рентген және басқа да сәулелермен әсер етіп, практикада мукор, ашытқы саңырауқұлақтарының, азотобактериялардың жаңа қасиетке ие жаңа түрлері алынды. Осы мәселеге байланысты Қазақстан Республикасы Ұлттық ғылым академиясының микробиология және вирусология институтында сүт қышқылы бактерияларынан жемшөпті сүрлеуге қажетті арнаулы ашытқылар алынып, солардың көмегімен мыңдаған тонна сүрлем дайындалды. Институт ғалымдары пропион қышқылы бактерияларынан жаңа ашытқылардың штампыларын шығарып, оларды сынақтан өткізді. Жүгеріні пропион қышқылы бактериялары мен ашытқы саңырауқұлақтарды қосып сүрлегенде, азықтың сапасы жақсарып, ондағы "В" витаминдерінің мөлшері артты. Осының әсерінен сиыр сүтінің майлылығы, тауықтың, үйректердің жұмыртқалағыштығы артатындығы байқалды. Әр түрлі мутагендерді пайдалана отырып, өсімдіктердің де жаңа сорттары алынды. Дүние жүзінде осы әдістің көмегімен 500-ден астам өсімдіктердің жаңа тиімді мутанттары алынған. Мысал ретінде Новосібір қаласындағы Цитология және генетика институтының ғалымдары шығарған жаздық бидайдың "Новосибирская-67" сортын айтуға болады. Бұл сорт "Новосибирская-7" сортының тұқымын рентген сәулелерімен өңдеу арқылы, сұрыпталу нәтижесінде алынған. Қазақстанда Қазақтың егіншілік ғылыми-зерттеу институтында химиялық және физикалық факторларды қолдану нәтижесінде күздік және жаздық бидайдың және басқа дақылдардың мол өнім беретін, жоғары сапалы мутантты түрлері алынды. Полиплоидия. Полиплоидия — жасушаның хромосомалар санының өзгеруінен туындайтын геномды мутацияларға жатады. Егер эукариотты организмдер жасушасының хромосома жиынтығы екіден артық рет еселенсе, ондай организмдерді полиплоидті дейді. Полиплоидия табиғатта кең тараған құбылыс. Бұл әсіресе гүлді есімдіктерде жиі кездеседі. Полиплоидия жасушаның митоздық, мейоздық бөліну фазаларына ішкі-сыртқы орта факторларының әсер етуінен және будандастырудан да пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыс жануарларда сирек кездеседі. Академик Б.А. Астауров жібек құртының жұмыртқаларына әр түрлі температурамен әсер ету арқылы партеногенез жолымен полиплоидті түрін алды. Өсімдікте полиплоидия құбылысын қолдан тудыру арқылы, олардың өнімділігін арттыруға болады. Мысалы, ғалымдар қызылша өсімдігінің тұқымын алкалоид колхицин ерітіндісімен өңдеу арқылы полиплоидті түрін алып, Оңтүстік Қазақстан облысының шаруашылықтарына енгізді. Өсімдіктердің ішінде маңызды полиплоидтік топқа астық тұқымдастарын жатқызады. Дүние жүзінде кең тараған бидайдың түрі — жұмсақ бидай. Оның жасушаларында 2п = 42 хромосома бар. Жұмсақ бидай осыдан 8000 жыл бұрын орталық Еуропада өсірілген 2п=28 хромосомасы бар бидайдың түрі, 2п=14 хромосомасы бар жабайы бидай түрімен табиғи жағдайда будандасу нәтижесінде пайда болған. Ертеде олардың қажетті қасиеттерін байқаған диқандар егіп, өсіріп, ұрпақтан-ұрпақка қалдырып отырған. Ал жұмсақ бидайдың арғы тегінің бірі — 28 хромосомалы бидай. Таяу Шығыста өскен (2п х 14) хромосомалы жабайы бидайдың екі түрінің будандасуынан шыққан. Қазір 28 хромосомалы бидайдың түрлерін, 42 хромосомалы бидайлармен қатар егіп жүр. Қазақстанда 28 хромосомалы қатты бидайдың сорттары "Алмаз", "Меляно-пус-40", "Харьковская-46" "Саратовская-40" Солтүстік және Орталық аумақтарда егіліп, сапасы жоғары болғандықтан макарон жасауда қолданылады. Табиғатта өсімдіктердің полиплоидті түрлерін, адамның қатысуынсыз қоршаған орта жағдайлары іріктейді. Сондықтан өсімдіктер дүниесін жартысынан артығы — полиплоидті. Ауыл шаруашылығы өсімдіктерінің ішінде бидайдан басқа, полиплоидті мақта, балқурай, банан, картоп және басқа мәдени өсімдіктердің түрлері бар.