Селекция растений и животных на ЕГЭ по биологии, разбор темы

На кухонном столе лежит пакет муки, по нему крупно напечатано «высший сорт». Старший брат, которому летом сдавать биологию, вертит пакет и спрашивает у отчима, какая пшеница считается высшей. «Да никакая, это про муку», отвечает тот, не отрываясь от плиты, и в целом он прав, потому что на пакете речь о помоле: такую муку мелют из середины зерна, без оболочек, и о самой пшенице надпись ничего не сообщает.

Сорт в биологии означает другое: группу растений, которую создал человек и которая передает свои признаки потомству. На экзамене брату это слово попадется рядом с породой и штаммом, и у всех трех история начинается одинаково, с того, что кто-то отложил на семена лучшее зерно, оставил на племя лучшего теленка или пересеял самую продуктивную плесень. Пшеница из этого пакета появилась около восьми тысяч лет назад, а ее предки попали в руки земледельцев еще раньше.

Обугленный колос из Шулавери Гора

У дикой пшеницы созревший колос рассыпается сам, и зерна падают в землю без чьей-либо помощи, и дикому растению так удобнее. Земледельцу с серпом удобнее наоборот, потому что колос, который держится до жатвы, целиком попадает в сноп, а осыпавшийся остается лежать в поле. Никто из первых земледельцев ничего специально не выбирал. Срезали то, что стояло, сеяли собранное, и через много поколений в посевах преобладали неосыпающиеся колосья. Так шла доместикация, и шла она массовым отбором: в сноп попадало то, что устояло, а что вырастет из каждого отдельного колоса, никто не проверял.

Где именно все это случилось с мягкой пшеницей, уточняют до сих пор. В апреле 2026 года в журнале Национальной академии наук США вышла работа группы Наны Русишвили из Национального музея Грузии. На двух неолитических поселениях, Гадачрили Гора и Шулавери Гора, исследователи узнали мягкую пшеницу по зернам и обломкам стержня колоса, а радиоуглеродный анализ зерен дал примерно 5900–5750 годы до нашей эры. По их оценке, мягкая пшеница возникла около 8 тысяч лет назад на юго-востоке нынешней Грузии, хотя слово «вероятно» в выводах стоит.

Чуть западнее, в Западной Грузии, росла своя пленчатая пшеница, зандури, которую еще называют пшеницей Тимофеева. Ее устойчивость к ржавчине понадобилась далеко от Кавказа, при создании австралийских и американских сортов.

Сорок две хромосомы

В клетках мягкой пшеницы 42 хромосомы. Такое число получилось из скрещивания. Домашняя пшеница с 28 хромосомами однажды опылилась с диким злаком эгилопсом Тауша, у которого их 14, и гибрид унес от родителей по половине, 14 и 7, всего 21. Потом набор удвоился до 42. Третьего предка, эгилопса, в 1944 году назвал японский генетик Хитоси Кихара, и его фамилия еще встретится ниже, в истории про арбуз.

Задолго до Кихары, 4 июня 1920 года, Вавилов выступил в Саратове с докладом о законе гомологических рядов. Через шесть лет вышла его книга о центрах происхождения культурных растений. Пшеницу Вавилов отнес к юго-западноазиатскому центру, а в него входит и Закавказье, так что находки из Шулавери Гора легли на его карту почти точно, спустя век. Картофель по той же схеме пришел из Южной Америки, кукуруза из Центральной, рис из тропической Азии. В списке Вавилова картофель и кукуруза стоят рядом, оба пришли из Нового Света, и разводит их только граница между Южной и Центральной Америкой.

Фасоль Иогансена

Массовый отбор хорошо работает у ржи и других перекрестноопылителей, где каждое растение получает пыльцу от соседей. У самоопылителей картина другая, и в 1903 году Иогансен показал ее на фасоли. Он брал семена из одной чистой линии, потомства одного самоопыленного растения, и раз за разом отбирал самые крупные и самые мелкие. Потомство от этого не менялось, крупные и мелкие семена давали одинаковых наследников. Разница появлялась, когда сравнивали разные линии между собой. Селекционеры самоопылителей с тех пор сеют семена каждого отобранного растения отдельной делянкой и сравнивают делянки между собой, такой отбор называют индивидуальным.

Отсюда до современного селекционера с его журналами и делянками расстояние небольшое. Павел Лукьяненко получил Ленинскую премию в 1959 году за кубанские озимые пшеницы, выведенные скрещиванием и отбором. У одного родителя берут зимостойкость, у другого урожай, и потом годами ищут среди потомков редкие растения, где то и другое оказалось вместе.

Колхицин, редька и капуста

В 1888 году Римпау скрестил пшеницу с рожью. Гибрид вышел почти бесплодным, и всходили только те редкие семена, у которых набор хромосом удвоился сам по себе.

Карпеченко в 1927 году описал тот же путь на других растениях. Он взял редьку и капусту, у обеих по 18 хромосом, и получил гибрид с девятью хромосомами от каждого родителя. Такой гибрид был бесплоден, а растение с удвоенным набором, 36 хромосом, стало плодовитым и дало семена. Карпеченко рассчитывал на капусту с корнеплодом редьки, а вышли листья редьки и корень капусты, так что на огород гибрид не попал, а в учебники попал как пример возвращенной плодовитости.

С 1937 года удвоение уже не ждут. Колхицин, алкалоид безвременника, мешает хромосомам разойтись при делении клетки, и набор удваивается. Только с этим приемом плодовитые тритикале стали получать массово. Твердая пшеница с 28 хромосомами скрещивается с рожью, у которой 14, гибрид получает 21 хромосому (14 от пшеницы и 7 от ржи) и семян не дает, а после колхицина у него 42 хромосомы и нормальное потомство. По подсчетам ФАО, в 2014 году тритикале собрали 17,1 млн тонн в 37 странах.

Кихара в 1939 году взялся за арбуз. Обычный арбуз несет 22 хромосомы. Колхицином обрабатывают точку роста, и тетраплоидом с 44 хромосомами становится примерно одно растение из ста. Тетраплоид берут матерью, обычный диплоид отцом, и из семян вырастает триплоид с 33 хромосомами. Семена в его плодах не созревают, от них остаются белые оболочки, которые и находят в бессемянном арбузе. Самому триплоиду для завязывания плодов нужна пыльца, поэтому на поле рядом сажают диплоидные опылители, около трети растений.

Основные методы по элементу о селекции навигатора ФИПИ для ЕГЭ 2026 года.

Норин 10 и облученный Капелли

В 1935 году в японской префектуре Иватэ Гондзиро Инадзука зарегистрировал сорт Норин 10. Ростом он был от 60 сантиметров до метра с небольшим, когда старые сорта вытягивались примерно до 150. Короткий стебель не полегает даже при обильной азотной подкормке, и удобрение уходит в зерно. После 1945 года американец Сесил Салмон собрал в Японии 16 сортов, в том числе Норин 10. Семена уехали в штат Вашингтон, оттуда к Норману Борлаугу в Мексику, и Борлауг в 1970 году получил Нобелевскую премию мира.

Итальянская история шла параллельно и другим путем. Местная твердая пшеница Капелли вырастала до 130–180 сантиметров и полегала. В центре Казачча под Римом с 1958 года изучали, как радиация действует на растения, и среди облученного Капелли нашелся низкорослый мутант. Его скрестили с линией из мексиканской программы Борлауга, и в 1974 году в реестр внесли сорт Кресо со стеблем 70–80 сантиметров. К 1982 году Кресо занимал больше четверти площадей твердой пшеницы Италии, а в 1980–1990-х давал больше половины ее урожая.

Метелки на семенном поле

На кукурузных полях, где выращивают гибридные семена, у материнских рядов обрывают метелки. Пыльцу для них дают отцовские ряды, и в початках завязываются семена гибрида первого поколения.

Родительские линии перед этим долго ослабляют близкородственным скрещиванием, инбридингом. Вредные рецессивные аллели оказываются у них в двойной дозе, растения мельчают. Зато две такие линии, скрещенные между собой, дают гибрид гетерозиготный и ровный, как по линейке, и в школьном объяснении его вредный рецессивный аллель прикрыт доминантным от второго родителя. Этот перевес гибрида над родителями и есть гетерозис, у кукурузы он прибавляет к урожаю 30% и больше, у пшеницы обычно около 10–15%.

Почему тогда, по данным британского Эрлем-института за 2021 год, гибриды занимали в Великобритании меньше 1% пшеничных полей? Ответ сидит в самом цветке. Пшеница опыляет себя сама, ее пыльца тяжелая и живет недолго, и чтобы на семенном поле получить гибрид, приходится бороться с этим на каждом колосе, отчего семена выходят дорогими. Фермер к тому же платит за них каждую осень заново: стоит пересеять собственный урожай, как в следующем поколении начинается расщепление и прибавка тает. Картофель или яблоню выручает то, что их размножают клубнями и прививкой, а при таком размножении мейоз не участвует, и удачное сочетание признаков переходит от растения к растению годами.

Полиплоидия в учебниках стоит рядом с гетерозисом. У тритикале 42 хромосомы вместо 21 у его бесплодного предшественника, а гибрид кукурузы с семенного поля несет столько же хромосом, сколько каждая из родительских линий, и сила у него берется из сочетания аллелей.

Бык, куры и мул

Быка-производителя проверяют по потомству, по удою его дочерей. Дочери должны родиться, подрасти, отелиться и отдоить сезон, на все уходит около пяти лет, и все это время бык ждет оценки. С конца 2000-х в странах с развитым молочным скотоводством перешли на геномную оценку: теленка генотипируют вскоре после рождения.

Насколько далеко уводит направленный отбор, видно по курам. В исследовании Альбертского университета, опубликованном в 2014 году, на одном и том же корме вырастили три группы птиц. Две контрольные линии поддерживали без направленного отбора с 1957 и 1978 годов, третьей был коммерческий бройлерный кросс образца 2005 года. К 42 дням птица 2005 года весила примерно впятеро больше птицы 1957-го и тратила почти вдвое меньше корма на килограмм прироста.

С отдаленной гибридизацией у животных сложнее. У лошади 64 хромосомы, у осла 62, у мула 63, и мул бесплоден. Удвоение набора, которое выручило Карпеченко, здесь не поможет: удвоить набор у млекопитающих нельзя, лишний полный набор хромосом, как правило, несовместим с развитием зародыша. При этом казахский архаромеринос выведен от гибридов дикого архара с мериносами, и гибриды эти были плодовиты с самого начала, бесплодие преодолевать не пришлось. Где проходит граница близости видов, за которой гибрид уже бесплоден, школьный курс не говорит.

Если здесь хочется получить правило и успокоиться, это раздражение понятно. Честного ответа в учебнике нет, и экзамен его тоже не требует.

Что спрашивают в заданиях 7 и 8

Брату с пакетом муки достанется вариант из 28 заданий на 57 первичных баллов, и на все дадут 235 минут. По проекту спецификации 2027 года селекция вместе с биотехнологией вписана в описание заданий 7 и 8, двух последних в блоке «Клетка и организм», и за каждое можно получить до 2 баллов. В седьмом из нескольких утверждений, иногда с рисунком, нужно выбрать верные, в восьмом без всякого рисунка расставить этапы по порядку. Во второй части своего задания у селекции нет, хотя задание 26, где общую биологию применяют к незнакомой ситуации, вполне может взять сюжет про пересеянный гибрид. Анализирующее скрещивание, на котором держится проверка чистых линий, стоит в задании 4 рядом с моно- и дигибридным.

Для восьмого задания тритикале и арбуз удобны тем, что у каждого шага есть свое число хромосом: у тритикале 21 до колхицина и 42 после, у арбуза 22, 44 и 33 по ходу дела. Кто держит в голове эти числа, тот не поставит обработку колхицином после появления плодовитого растения.

В навигаторе ФИПИ к экзамену 2022 года раздел о селекции умещался в задачи селекции, вклад Вавилова, методы выведения сортов, пород и штаммов и значение генетики. В навигаторе 2026 года к этому добавились, в частности, доместикация, этапы комбинационной селекции, испытание производителей по потомству и отбор по генотипу через анализ ДНК, а из фамилий там по-прежнему один Вавилов. К теме приложены шесть учебников, все для 10 класса, и пять заданий открытого банка.

Частые вопросы про селекцию на ЕГЭ