что такое гибридизация в биологии
Гибридизация (биология)
Гибридизация — процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.
Может осуществляться в пределах одного вида (внутривидовая гибридизация) и между разными систематическими группами (отдалённая гибридизация, при которой происходит объединение разных геномов). Для первого поколения гибридов часто характерен гетерозис, выражающийся в лучшей приспособляемости, большей плодовитости и жизнеспособности организмов. При отдалённой гибридизации гибриды часто стерильны.
Содержание
Происхождение видов путем гибридизации
При скрещивании различных видов потомство обычно бывает стерильным. Это связано с тем, что число хромосом у разных видов различно. Несходные хромосомы не могут нормально сходиться в пары в процессе мейоза, и образующиеся половые клетки не получают нормального набора хромосом. Однако, если у такого гибрида происходит геномная мутация, вызывающая удвоение числа хромосом, то мейоз протекает нормально и дает нормальные половые клетки. При этом гибридная форма приобретает способность к размножению и утрачивает возможность скрещивания с родительскими формами. Кроме того, межвидовые гибриды растений могут размножаться вегетативным путем.
Существующие в природе естественные ряды гибридных видов растений возникли, вероятно, именно таким путем. Так, известны виды пшеницы с 14, 28 и 42 хромосомами, виды роз с 14, 28, 42 и 56 хромосомами и виды фиалок с числом хромосом, кратным 6 в интервале от 12 до 54. По некоторым данным, гибридогенное происхождение имеют не менее трети всех видов цветковых растений [1].
Гибридогенное происхождение доказано и для некоторых видов животных, в частности, скальных ящериц, земноводных и рыб [2]. Некоторые виды кавказских ящериц, имеющих гибридогенное происхождение, триплоидны и размножаются с помощью партеногенеза.
Гибридное видообразование у растений
Под гибридным видообразованием обычно подразумевают возникновение в потомстве от естественного гибрида новой линии, размножающейся в чистоте и изолированной от родительских видов и от своих сибсов в гибридной популяции. Эта новая линия должна преодолеть гибридную стерильность, и разрушение гибридов.
Рекомбинационное видообразование
Его можно определить как возникновение в потомстве видового гибрида с хромосомной стерильностью нового структурно-гомозиготного рекомбинанта, плодовитого при скрещиваниях с особями своей линии, но изолированного от других линий и от родительского вида преградой, создаваемой хромосомной стерильностью.
Если число независимых транслокаций больше, то хромосомная стерильность, создающая преграды вокруг новых гомозиготных рекомбинантов, усиливается, и новая линия становится более изолированной.
Процесс рекомбинационного видообразования был обнаружен среди потомков экспериментальных гибридов представителей рода табак, у некоторых злаков и других растений. Его роль в природе остается неясной. Вероятно, такое видообразование происходит время от времени, но реже, чем аллополиплоидия.
Гибридное видообразование при участии внешних преград
В селекции
В селекции растений наиболее распространён метод гибридизации форм или сортов в пределах одного вида. С помощью этого метода создано большинство современных сортов сельскохозяйственных растений. Отдалённая гибридизация — более сложный и трудоёмкий метод получения гибридов. Основное препятствие получения отдалённых гибридов — несовместимость половых клеток скрещиваемых пар и стерильность гибридов первого и последующих поколений. Использование полиплоидии и возвратного скрещивания (беккросс) в отдельных случаях позволяет преодолеть нескрещиваемость пар и стерильность гибридов.
Гибридизация ДНК
ГИБРИДИЗАЦИЯ
Полезное
Смотреть что такое «ГИБРИДИЗАЦИЯ» в других словарях:
ГИБРИДИЗАЦИЯ — (от лат. hibrida помесь), скрещивание особей, принадлежащих к разным естественным популяциям, обычно к разным видам, родам и т. п. Гибридизация бывает половая и бесполая, естественная или искусственная. Естественная гибридизация приводит к… … Экологический словарь
ГИБРИДИЗАЦИЯ — ГИБРИДИЗАЦИЯ, скрещивание генетически различных особей, приводящее к образованию гибридов потомства с новыми наследственными свойствами. Скрещивание особей одного и того же вида называется внутривидовой гибридизацией, а различных видов или родов… … Современная энциклопедия
Гибридизация — процесс скрещивания особей, относящихся к различным линиям, сортам, породам, видам, родам растений или животных. Обычно гибридизация сопровождается явлением гетерозиса. Различают естественно происходящую в природе спонтанную гибридизацию и… … Финансовый словарь
Гибридизация — ГИБРИДИЗАЦИЯ, скрещивание генетически различных особей, приводящее к образованию гибридов потомства с новыми наследственными свойствами. Скрещивание особей одного и того же вида называется внутривидовой гибридизацией, а различных видов или родов… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ГИБРИДИЗАЦИЯ — скрещивание разнородных в наследственном отношении организмов. Один из важнейших факторов эволюции биологических форм в природе. Применяют для получения хозяйственных ценных форм животных и растений. Скрещивание особей одного и того же вида… … Большой Энциклопедический словарь
ГИБРИДИЗАЦИЯ — ГИБРИДИЗАЦИЯ, скрещивание растений или животных различных видов для получения потомства, отличающегося определенными наследственными признаками. Обычно гибриды являются результатом человеческого вмешательства. Изменения климата или окружающей… … Научно-технический энциклопедический словарь
ГИБРИДИЗАЦИЯ — ГИБРИДИЗАЦИЯ, гибридизации, мн. нет, жен. (научн.). Скрещение разных пород. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ГИБРИДИЗАЦИЯ — ГИБРИДИЗАЦИЯ, и, жен. Скрещивание организмов, разнородных в наследственном отношении. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Гибридизация — объединение в одну молекулу однонитчатых НК или их фрагментов, принадлежащих разным видам (вариантам) вирусов. Происходит при наличии комплементарных последовательностей нуклеотидов. Важный механизм изменчивости вирусов (см.). Используют в… … Словарь микробиологии
гибридизация — сущ., кол во синонимов: 2 • метисация (3) • скрещивание (27) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Общее представление о гибридизации
Впрочем, не только биология включает данное понятие. И пусть во вступлении был рассмотрен пример с гибридами как полноценными особями непонятного биологического вида. При этом данное понятие может использоваться и в других науках. И значение данного термина будет несколько отличаться. Но при этом кое-что общее все же есть. Это слово «объединение», которое объединяет все возможные значения данного термина.
Где существует данное понятие?
Термин «гибридизация» используется в ряде наук. А поскольку большая часть существующих ныне дисциплин пересекается, то можно смело говорить об использовании каждого значения данного термина в любой науке, так или иначе связанной с естественными исследовательскими отраслями. При этом наиболее активно данный термин используется в:
Как видим, третий пункт находится на стыке двух наук. И это абсолютно нормальная практика. Один и тот же термин может образовывать на стыке двух наук абсолютно другое значение. Давайте более детально рассмотрим понятие гибридизации в этих науках.
Что такое гибрид?
Например, рассказывают о том, что появляются у кошек и собак дети, которые не являются ни одними из них. Иногда гибриды создаются специально. Например, когда к абрикосу прикрепляют вишню, мы имеем дело как раз с специальной гибридизацией.
Гибридизация в биологии
Каждая из этих разновидностей помогает не только эволюции. Ученые также активно стараются скрещивать разные виды живых существ. Лучше всего получается с растениями. Причин этому несколько:
Это причины, по которым скрещивать два растения значительно проще и эффективнее. В случае с животными, возможно, в будущем получится добиться возможности размножения. Но на данный момент официальным в биологии считается мнение, что животные-гибриды утрачивают способность размножаться, так как данные особи являются генетически нестабильными. Следовательно, неизвестно, к чему может привести их размножение.
Виды гибридизации в биологии
Понятие вегетативной гибридизации
Вегетативная гибридизация имеет ряд преимуществ. Это:
Данные плюсы делают такую разновидность скрещивания очень популярной у садоводов. Также есть такое понятие, как соматическая гибридизация. Это когда скрещивают не половые клетки, а соматические, вернее, их протопласты. Данный способ скрещивания производится тогда, когда невозможно создать гибрид стандартным половым путем между несколькими растениями.
Гибридизация в химии
Но теперь мы немного отступим от биологии и поговорим о другой науке. В химии есть свое понятие, называется оно «гибридизация атомных орбиталей». Это очень сложный термин, но если разбираться немного в химии, то ничего сложного в нем нет. Сперва нужно объяснить, что же такое орбиталь.
Это своеобразный путь, по которому движется электрон. Нас этому учили еще в школе. И если происходит такое, что данные орбитали разного типа смешиваются, получается гибрид. Существует три вида явления, называемого «гибридизация орбиталей». Это такие разновидности:
Данная тема достаточно сложная для изучения, и ее нужно рассматривать неразрывно от остальной части теории. Причем понятие гибридизации орбиталей касается больше конца данной темы, а не начала. Ведь нужно изучить само понятие орбиталей, какими они бывают и так далее.
Выводы
Итак, мы разобрались в значениях понятия «гибридизация». Это, оказывается, достаточно интересно. Для многих было открытием то, что в химии также есть данное понятие. Но если бы этого такие люди не знали, то чему бы они могли научиться? А так, есть развитие. Важно не прекращать тренировать эрудицию, так как это обязательно будет характеризовать вас с хорошей стороны.
Гибридизация, гетерозис и полиплоидия
Гибридизация — система скрещивания организмов. Выделяют близкородственную гибридизацию, инбридинг, и отдаленную гибридизацию, аутбридинг.
Инбридинг — метод селекции, при котором скрещивают близкородственные формы. В ходе самоопыления перекрестноопыляемых растений также наблюдается инбридинг. У растения кукурузы гетерозиготные гибриды имеют мощный стебель и початок, хотя исходные гомозиготные родительские особи не отличаются высокой продуктивностью.
Почему инбридинг важен, с какой целью его проводят в селекции?
1. Гибриды растений, предварительно подвергнутых инбридингу, дают высочайший эффект гетерозиса (повышенной продуктивности).
2. Перед гибридизацией для гетерозиса отобранные растения несколько лет подвергаются принудительному самоопылению. Цель — увеличение гомозиготности исходных форм.
3. На последнем этапе скрещивают между собой полученные линии. Гибридные семена дают гетерозисное, сильное поколение.
4. Отметим, что в ходе инбридинга большое количество неблагоприятных рецессивных генов переходят в гомозиготное состояние, а это прямой путь к ухудшению жизнеспособности, к инбредной депрессии. В этом состоит проблема инбридинга.
5. Однако у инбридинга есть одно важное преимущество — сохранение наследственных качеств в поколениях. Многие собаководы никогда не скрещивают своих питомцев с представителями других пород. Только с одинаковой породой в рамках инбридинга.
Аутбридинг — скрещивание неродственных организмов, которых в принципе очень сложно гибридизировать. Именно таким непростым путем выведены, например, гибрид хорька и норки — хонорик и гибрид лошади и осла — мул.
1. Проблема аутбридинга состоит в том, что межвидовые и межродовые гибриды чаще всего бесплодны.
2. Причина бесплодия в том, что конъюгация хромосом разных видов или родов при мейозе невозможна в связи с разными размерами, формой хромосом.
3. Победить стерильность межвидовых гибридов удалось в 1924 году генетику Георгию Дмитриевичу Карпеченко, который получил гибрид капусты и редьки — капредьку, осуществил полиплоидию, в результате которой такой гибрид смог давать потомство. После этого открытия полиплоидия сделалась одним из методов восстановления способности давать потомство у межвидовых гибридов растений. У животных полиплоидия не дала результатов.
Гетерозис («гибридная сила»), уже упомянутый выше, — повышение жизнестойкости растений, их плодовитости. При гетерозисе гибриды по целому ряду признаков лучше, чем родительские формы.
1. Гетерозис наблюдается у гибридов первого поколения, именно это поколение демонстрирует улучшение физических качеств, устойчивости к неблагоприятным условиям до 30 процентов по сравнению с родителями, дает ощутимую прибавку урожая.
2. К сожалению, в следующих поколениях — уже начиная со второго, — эффект гетерозиса затухает, потому что в гомозиготное состояние переходит часть генов.
Эффект гетерозиса может быть объяснен двумя ведущими гипотезами.
1. Гипотеза доминирования гласит, что на эффект гетерозиса влияет количество доминантных генов в гетерозиготном или гомозиготном состоянии. Когда в генотипе большое количество генов в доминантном состоянии — эффект гетерозиса выше.
1) ААbbCCdd + aaBBccDD (по два доминантных гена у родителей)
2) F1: АаВbCcDd (четыре доминантных гена у потомства).
2. Гипотеза сверхдоминирования предполагает наличие эффекта сверхдоминирования. Сверхдоминирование — такое взаимодействие аллельных генов, при котором по всем характеристикам (как то масса, продуктивность и пр.) гетерозиготы превосходят гомозигот. Aa имеет преимущество в синтезе продукта, который контролируется геном, перед гомозиготами АА и аа.
3. Гипотеза компенсационного комплекса генов (предложена генетиком Владимиром Струнниковым). У гомозигот при появлении мутации возникает компенсационный комплекс генов, нейтрализующий вредное действие мутаций. При скрещивании мутанта с нормальной формой мутации переходят в гетерозиготное состояние. Тогда компенсаторный комплекс в гибриде будет работать на гетерозис.
3) ВВСС — компенсационный комплекс генов, который работает на гетерозис.
Полиплоидия — кратное увеличение количества наборов хромосом, чаще всего наблюдается у растений. Иногда полиплоидия происходит самопроизвольно в природе.
1. Полиплоидные растения демонстрируют большую массу вегетативных органов, у них бывают более крупные семена и плоды. Немало имеется культур, которые являются естественными полиплоидами, среди них картофель и пшеница; выведены сорта полиплоидных сахарной свеклы, гречихи.
2. Виды, имеющие один и тот же геном, кратно умноженный, названы автополиплоидами.
3. К аллополиплоидам относят виды, у которых в одном организме сначала объединились разные геномы, а затем произошло их кратное увеличение (как, например, у капредьки).
4. Способ получения полиплоидов, ставший классическим, заключается в обработке проростков алкалоидом колхицином. Он останавливает формирование в митозе микротрубочек веретена деления, в клетках удваивается набор хромосом, и они становятся тетраплоидными. Один из путей получения полиплоидных гибридов — образование диплоидных половых клеток у родительских форм.
Искусственный мутагенез — метод селекции, при котором особи претерпевают обработку различными химическими реагентами или излучением. В результате получают полезные мутации, используемые в селекции.
Что такое гибридизация в биологии
Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.
Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.
Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.
Все особи такой группы имеют сходные морфологические и физиологические признаки, однотипную реакцию на изменение факторов внешней среды, определённый уровень продуктивности.
Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.
Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.
Массовый отбор
Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.
Индивидуальный отбор
Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.
Естественный отбор
Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.
Инбридинг (инцухт)
В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа родительские особи.
Так называется близкородственное скрещивание. Инбридинг имеет место при самоопылении перекрестноопыляемых растений. Для инбридинга подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса. Такие подобранные растения в течение ряда лет подвергаются принудительному самоопылению. В результате инбридинга многие рецессивные неблагоприятные гены переходят в гомозиготное состояние, что приводит к снижению жизнеспособности растений, к их «депрессии». Затем полученные линии скрещивают между собой, образуются гибридные семена, дающие гетерозисное поколение.
Гетерозис («гибридная сила») — явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30%. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии, тем больше эффект гетерозиса.
| Р | ♀ AAbbCCdd | × | ♂ aaBBccDD |
| F1 | AaBbCcDd | ||
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.
Растения диплоидной (2n = 16) и тетраплоидной (2n = 32) гречихи.
Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.
Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.
Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.
Отдаленная гибридизация
Восстановление плодовитости капустно-редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-редечный гибрид.
Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.
Методика преодоления бесплодия у отдаленных гибридов была разработана в 1924 году советским ученым Г.Д. Карпеченко. Он поступил следующим образом. Вначале скрестил редьку (2n = 18) и капусту (2n = 18). Диплоидный набор гибрида был равен 18 хромосомам, из которых 9 хромосом были «редечными» и 9 — «капустными». Полученный капустно-редечный гибрид был стерильным, поскольку во время мейоза «редечные» и «капустные» хромосомы не конъюгировали.
Далее с помощью колхицина Г.Д. Карпеченко удвоил хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе «редечные» (9 + 9) хромосомы конъюгировали с «редечными», «капустные» (9 + 9) с «капустными». Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.
Использование соматических мутаций
Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.
Экспериментальный мутагенез
Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.
Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным
С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.