Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Междисциплинарная концепция эколого-генетического мониторинга крупномасштабных селекционных программ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Междисциплинарная концепция эколого-генетического мониторинга крупномасштабных селекционных программ"

РГБ ОД 1 3 Фей 1935

-----------------МИНИСТЕРСТВО__СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА_______________________

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Красноярский государственный аграрный университет

На правам рукописи

РОМАНОВА Елена Михайловна

ББК 28.681.4: 072. 1: 658: 659:046+46. 28: 31

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КРУПНОМАСШТАБНЫХ СЕЛЕКЦИОННЫХ ПРОГРАММ

Специальность 03.00.16 - экология 03.00.15 - генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Красноярск - 1994

Работа выполнена в Красноярском государственном аграрном университете

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Н.О. Сухова доктор биологических наук, профессор Я.И. Пухова

доктор сельскохозяйственных нау! про|ессор П.М.Огнев

Ведущая организация: Красноярский государственный

университет

Защита состоится сре^^^ии^ 1995* года в

на заседании специализированного совета Д 120.45.01. защите докторских диссертаций на соискание ученой степс доктора наук при Красноярском государственном аграр! университете по адресу:660049,Красноярск, проспект Ыира-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноя; кого государственного аграрного университета

Автореферат

Ученый секретарь специализированного совета, доктор сельскохозяйственных наук

Р.М.Бабинце

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа работа представляет собой теорети-ское обобщение материалов, полученных автором, в процессе полнения плановык научно-исследовательских работ кафедры ге-гики и биотехнологии Красноярского государственного аграрно-университета в период с 1987 по 1994 год. Исследования про-дились в рамках "Межвузовской отраслевой научно-технической □граммы", по разделу "Разработать комплексную информацион--прогностическую систему оценки племенных животных для соз-ния программ селекционного совершенствования стад молочных род" и координировались Главным управлением высших учебных ведений. На краевом уровне с 1987 года по 1994 год заказчи-и научно-исследовательских работ по теме: Система эколо--генетического контроля в племенном молочном скотоводстве ая" являлось Краевого управление сельского хозяйства.

По характеру изучаемых явлений диссертационная работа по-¡пцена исследованию природы эколого-генетических процессов в <усственно созданных популяциях племенных животных под влия-эм селекционных воздействий разной интенсивности и направ-«шсти. Работа сочетает теоретические и экспериментальные текты решения проблемы, включая в спектр методических подхо-i обследование, наблюдение, концептуальное моделирование с юльзованием современных биологических, генетических, физио-^ических, морфологических, биохимических, математических, временных информационных технологий.

Актуальность работы. Стратегией современной селекции яв-гтся реализация крупномасштабных программ, способных измерь в короткие сроки породный состав крупных регионов. При чествующей шкале оценок определяющим фактором их результа-шости является достигнутый уровень продуктивности, который, с правило, оказывается значительно ниже прогнозируемого.

Уровень продуктивности, который проявляют животные и оце->ается на практике как генетический потенциал, на самом деле 7яется лишь его реализованной составляющей, адекватной усло-ш окружающей среды, и зависит от того, насколько животные к к адаптированы.

Теоретической основой крупномасштабной селекции является

популяционная генетика, но ее закономерности не могут быть полной мере применены к искусственно созданным и жестко кон ролируемым антропогенным фактором популяциям животных, котор нельзя рассматривать как консервативно устойчивые группы, из лированные на протяжении поколений в пределак среды обитани Для понимания сути процессов, происходящих в искусственно-со данных популяциях, необходима новая, качественно иная метод логия, базирующаяся на органическом слиянии экологических генетических подходов.

По общему признанию, проблема выбора критериев оцен эколого-генетических процессов в популяциях сельскохозяйстве ных животных еще далека от разрешения; по мнение автора, и пользование системного подхода а решении этой проблемы спосо но дать весьма обнадеживающие результаты.

Bos taurus является биологическим видом, для которого естественных природных условиях характерен гаремный тип орг низации. Но в условиях крупномасштабной селекции целенапра ленно формируются сообщества, которым, с точки зрения их стр туры, аналогов в природе нет, это популяции самцов (быки племпредприятиях) и, изолированные от них, гаремные популяц самок. Термин "популяция" или"стадо" в этом случае приобрета специфические черты, поскольку они сформированы, во-первы искусственно, во-вторых, по принципу разделения полов, третьих - в них ослаблен естественный отбор и замещен жестк искусственным отбором по продуктивности.

Как биологический вид Bos taurus не имеет стереотипно о работанных механизмов адаптации к условиям современной селе: ции. Нормой сегодняшнего дня стали искусственное осеменен криоконсервированной спермой, доставляемой из любой точки sei ного шара и повсеместная, принявшая необычайно широкий разма межпородная гибридизация. Это формирует непрерывные потоки г нетической информации, мигрирующей через географическое прос ранство качественно изменяющие в короткие сроки породный со< тав крупных регионов и реализующиеся в сложном переплетен технологических режимов и новых экологических условий. Hapai тающая "мозаичная гетерогенность" биотических и физико-хим) ческих свойств среды обитания, обусловленная индустриализаци! аграрного производства, характеризует одну иэ важнейших oci

енностей адаптации современных искусственно созданных популя-ий (Казначеев, 1980).

Высокая миграционная подвижность, ставшая закономерным влением, резко увеличила скорость микроэволюционных процес-ов, исключив возможность стабилизации взаимоотношений вида с нешней средой обитания и затруднив селекционный процесс. В тих условиях система эколого-генетического мониторинга, спо-обного давать мобильный адекватный прогноз, является острой еобходимостыо.

Современные требования к системам мониторинга ориентируют а использование системного подхода, сочетающего структурную ногоуровневость при характеристике биосистемы (от молекуляр-ого до популяционного), и привлечение новейших достижений ла-эраторной диагностики. Ключевые закономерности, лежащие в особ е повышения продуктивности и адаптации популяций крупного эгатого скота, а современных условиях могут быть правильно ценены только с позиций междисциплинарного эколого-генетичес-эго подхода.

Рабочая гипотеза. Подходы к управлению биосистемами носят эждисциплинарный характер. Используемые для этих целей методы элжны удовлетворять требованиям чувствительности, неспецифич-эсти, оперативности. Для искусственно созданных сообществ се-ьскохозяйственных животных, не вписывающихся в рамки традици-яного в экологии трофо-энергетического подхода, необходимо здойти к описанию их структуры независимо от трофических от-эшений. Целостную структуру биосистемы можно представить как атрицу, элементы которой меняются в зависимости от времени, эостранства и состава. Изучение динамики и пространственных ариаций элементов матрицы создает представление о ее информа-«энной структуре и связях, позволяет описывать их взаимодейс->ие в виде динамических моделей. Специфика изучаемых биосис-;м, в свою очередь, предопределяет изменение этик моделей во эемени. Управление биосистемами, требует надежной информации их состоянии в определенные моменты времени и набора крите-!ев, позволяющих выбирать адекватные поставленным целям воз-зйствия. Подобно тому, как в биосфере выделяют виды - индика-эры сообщества, так можно выделить индикаторные популяции, шиторинг которых наиболее существенен.

Цель работы: Основываясь на принципах системного подход разработать и апробировать концептуальную аколого-генетическ модель иыпактного мониторинга крупномасштабных селекционн программ, воздействующими факторами в которой являются межп родная гибридизация и акклиматизация.

Задачи исследований:

1. Изучить специфику эколого-генетических процессов п межпородной гибридизации,в Красноярском крае,на разных уровн биологической организации: от молекулярного до популяционног

2.Осуществить скрининг результатов, полученных на раз уровнях организации.

3. Разработать адекватные оценочные критерии системно анализа искусственно-созданных сообществ племенных животных.

4. Оценить информативность междисциплинарного подхода системах эколого-генетического мониторинга.

5. Выработать системный подход прогнозирования эколого-г< нетических процессов при крупномасштабной селекции.

Научная новизна. Вопросы эколого-генетического монитори; га искусственно-созданных сообществ племенных животных подн: маются впервые. Автором, на основе системного подхода, излож! на оригинальная концептуальная модель импактного многоуров№ вого мониторинга искусственно созданных популяций вида Воз игиз, в которой воздействующим фактором является ыежпородн; гибридизация. При апробации модели использован метод индию торных сообществ, отработаны методические подходы, адекватн] решаемым задачам, и продемонстрирован полученный результат.

До настоящего времени в отечественной и зарубежной иссл< довательской практике не предпринималось попыток использован] системного подхода, методов системного анализа, корреляционн* адаптометрии, хорошо зарекомендовавших себя в экологическ» мониторинге естественных природных сообществ для оценки сост< яний искусственно-созданных биотических сообществ животных о: ного вида, которые из-за плохих динамических качеств облада! малой экологической надежностью и нуждаются в постоянном на) людении.

Экология агробиоценозов вообще, и сообществ животных частности, является новой, неразработанной, междисциплинарн< областью знаний о закономерностях их взаимодействия с внешн< средой. Изложенные подходы оценки эколого-генетических проце!

в в искусственно-созданных сообществах животных одного вида ляются принципиально новыми.----------------------------------------------------------------------

На защиту выносится: Концепция эколого-генетического моторинга крупномасштабных селекционных программ, базирующаяся принципах междисциплинарного многоуровневого системного дхода.

Практическая значимость. С 1989 года системой мониторинга ло охвачено 15-ти тысячное поголовье племенных популяций упного рогатого скота Красноярского края.

Ежегодные результаты импактного эколого-генетического моторинга, формировавшего мобильный прогноз для научно-обосно-нного управления селекционным процессом использовались для екватной интерпретации направленности и эффективности селек-онных воздействий и предотвращения экономического ущерба от зможных селекционных ошибок.

Результаты работ регулярно использовались для составления левых селекционных программ, корректировки селекционного оцесса, при определении эффективности и первоочередных задач нкретного периода, а также для оптимизации вариантов ротаций ний и подбора родительских пар. Внедрение в практическую секцию осуществлялось через ПО "Красноярское", обеспечивающее ермопродукцией все хозяйства края, и Научно-производственную стему "Селекция", объединяющую ведущие племенные хозяйства ая. Исследования, представлявшие непосредственный практичес-й интерес, выполнялись по заданию Краевого сельскохозяйс-енного управления, которое обеспечивало их финансирование, и ординацию через Научно-технический Совет.

Теоретические и практические результаты исследований явись основой разработки ряда спецкурсов; они также эффективно пользовались в общих курсах "Генетики" и "Экологии" в Крас-ярском аграрном университете. Созданная под данное направле-е материально-техническая база обеспечивает выполнении науч--исследовательских работ студентов, магистров, стажеров и пирантов. Развитие эколого-генетического направления, с пользованием стратегии междисциплинарного подхода формирует рокий исследовательский кругозор и всеобъемлющее представле-е о закономерностях развития живого, это позитивно сказалось уровне подготовки дипломированных специалистов и аспиран-в, т.е. кадров высокой квалификации.

Апробация работ, выполненных по тема. Материалы исслед ваний представлялись и обсуждались на Международной конфере ции в Киеве, 1993г.,Всесоюзных конференциях(Львов,1990, Целино рад 1991),Всероссийских конференциях (Сумы, 1992),Зональн (Красноярск,1991), Краевых (Красноярск, 1989, 1990, 1992, Ба наул,1990). Ежегодно результаты исследований обсуждались научно-техническом Совете Крайагропрома, конференциях НПС "С лекция" Красноярского края, на НТО и ежегодных научных конф ренциях Красноярского агроуниверситета.

Публикация материалов исследования.

По материалам исследования опубликовано 37 работ.

Структура работы. Диссертация изложена на 409 страниц: машинописного текста, содержит 64 таблицы,56 рисунков, 138 ф* тографий, библиографию из 354 наименований. Диссертация сост< ит из введения, четырех глав, завершающихся выводами, заключ! ния, приложений. Краткое содержание работы приведено ниже. 1. СТРАТЕГИЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПОДХОДА ПРИ РЕШЕНИИ

СЕЛЕКЦИОННЫХ ЗАДАЧ Раздел 1.1 посвящен многогранности междисциплинарно] подхода и его широким возможностям.

В настоящее время для повышения генетического потенциа; молочной продуктивности популяций крупного рогатого скота о{ щепризнанной селекционной стратегией является межпородная ги( ридизация с использованием голштинской породы в качестве улу* шающей. По отношению к отечественным породам, голштины являют ся носителями генофонда, сформировавшегося в условиях качест венно иного экогенеза, поэтому вопросы эколого-генетическог прогнозирования развития искусственно-созданных гибридных пс пуляций и их адаптивного потенциала представляют теоретически и практический интерес, который подкреплен тем, что межпоро; ная гибридизация приняла широкие масштабы у нас в стране стала массовым явлением. Проблемы генетики и экологии селекци онного процесса а ходе голштинизации взаимоувязаны, неотдели* и относятся на современном этапе к числу стратегических.

Существование видовых, породных, линейных, семейных раз личий в степени гомеостатической устойчивости свидетельствуе о их наследственной обусловленности. По мнению специалистов без эколого-генетического прогнозирования ориентация на защит селекционных групп от "неблагоприятных воздействий, отражаю

1хс5ца воспроизводительной функции, росте и продуктивности

•пряжена со значит¥льньш1Г нерентабельными затратами,- а в ряде----------

[учаев вообще не эффективна" [Раушенбах, 1985).

Уровень реализованного генетического потенциала продук-[вности популяций сельскохозяйственных животных в разнообраз-ix условиях среды определяется экологической валентностью, •торая генетически обусловлена. Животным с повышенной эколо-[ческой валентностью свойственны более широкая норма реакции нотипа и большая изменчивость морфофизиологических особенней, имеющих адаптивное значение. Разводившиеся до голшти-¡зации в Красноярском крае породы - черно-пестрая и симмен-1льская - обладали значительной экологической валентностью; •хранится ли это позитивное качество в ходе гибридизации с /ивнесением в популяции генофонда голштинов?

Нельзя упускать из вида, что голштинизированные популяции •лжны пройти свой путь микроэволюции и результатом этого пути •лжна быть генетически закрепленная сбалансированность генома • отношению к новым экологическим условиям. Существует эколо-[ческая специфика адаптивной реакции. Отличия в структуре [аптивной реакции у пород разного экогенеза являются резуль-•том селекции изначально гетерогенных, полиморфных популяций, •зитивная роль искусственного отбора возможна только при на-[но-обоснованным управлении селекционным процессом, результа-I которого должны быть четко прогнозируемыми. Этапы создания [бридных черно-пестрых и красно-пестрых голштинизированных •пуляций , в Красноярском крае является одновременно и этапа-[ их адаптации.

Помимо вышеизложенного в первой главе подробно рассматри-•ется ряд основополагающих для данного направления исследова-[й вопросов. Раздел 1.2 посвящен особенностям и приоритетам •лекционно-племенной работы на современном этапе развития жи-•тноводства, включая нетрадиционные методы селекции с исполь-1ванием генетических маркеров и цитогенетического контроля. В •зделе 1.3 освещена актуальность и практическая значимость -юретических основ биологии гамет, заложивших фундамент совре-•нной крупномасштабной селекции, которая основана на искусством осеменении материнских популяций криоконсервированной (ермой быков-производителей выдающихся генотипов. В этом раз-•ле дается характеристика сперматогенеза, рассматриваются его

филогенетические и онтогенетические аспекты, биохимичесю особенности энергетического обеспечения гамет, полиморфизм генетический контроль сперматогенеза, а также селекционно-зн< чимые параметры репродуктивной системы быков-производителей.

Столь многогранный и многоплановый по структуре материи первой главы целенаправленно скомпанован для решения эадг исследования. Такое структурное наполнение открывает возмо) ности многоуровневого междисциплинарного подхода и органичес» увязывает необходимые структурные элементы, которые в дальней шем использовались при разработке критериев системного аналш для оценки популяционных процессов на разных уровнях биолоп ческой организации.

2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД ПРИ РЕШЕНИИ КРУПНОМАСШТАБНЫХ

СЕЛЕКЦИОННЫХ ЗАДАЧ В экологии животных агроценоз - это созданное для получе ния сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаемс человеком биотическое сообщество животных, характеризующеес плохими динамическими качествами, малой экологической надея костью, но обладающее высокой продуктивностью. Под динамичес киии качествами понимаются: изменение численности, полового возрастного состава популяции; вполне понятно, что для каждог конкретного стада эти характеристики контролируются антропс генным фактором, а не естественными внутрипопуляционными прс цессами, которые протекают в природных популяциях. Под устой чивостью популяции понимается способность сохранять свс структуру и функциональные особенности при воздействии внешни факторов. На этой способности популяций базируется закон Шел форда, один из основополагающих принципов экологии, согласи которому присутствие или процветание популяции в данном месте обитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждс му из которых у организма существует определенный диапазон тс лерантности (выносливости). Диапазон толерантности по каждом фактору ограничен его минимальными и максимальными значениями в пределах которых может существовать организм, иначе это на зывается экологическим стандартом вида.

Как правило, в общей экологии закон Шелфорда объединяю вместе с законом Либиха в экологический "принцип лимитирующи факторов". В настоящее время разработан ряд положений, допол няющих закон и заслуживающих внимания при изложении данной ра

>ты, поскольку они важны для интерпретации полученных резуль-нав. Дополнения к закону Либиха-Шелфорда: 1 - диапазоны то-

>рантности к отдельным факторам^и их комбинациям различны; 2 ____

организмы с широким диапазоном толерантности широко расп-1странены; 3 - при превышении одним из факторов пределов то-'рантности, диапазон выносливости к другим факторам сужается.

Взаимодействие искусственно созданных человеком популяций |упного рогатого скота с окружающей средой в современных ус-1виях характеризуется устойчивым неравновесием, поддерживае-1М за счет постоянного напряжения систем, ответственных за ;аптацию. Адаптация в целом ведет от монофакториальности, е. от лимитирования одним фактором или небольшим их числом, полифакториальности - к равнозначности большого числа факто->в. Эффект повышения уровня скоррелированности физиологичес-х параметров при увеличении адаптационной нагрузки базирует-[ на эколого-эволюционном принципе полифакториальности.

В популяционно-экологическом аспекте адаптация - это про-сс повышения жизнеспособности, плодовитости, наращивания при-аков продуктивности и совершенствования видовык характерис-к в ряду поколений. Адаптационные изменения принято класси-цировать по уровням их образования и происхождения; по уров-;м образования различают клеточно- тканевые, системно-орган-:е и нейро-гуморальные, по происхождению - индивидуальные, довые и популяционные. Популяциям могут быть свойственны пличные адаптивные стратегии. Адаптивная популяционная стра-гия - это совокупность популяционных параметров, являющихся испособительными по отношению к тем или иным компонентам еды (Айал, 1980). Поддержание полиморфизма - общая адаптивная пуляционная стратегия. Система характеристик неоднородности !И гетерогенности среды включает пространственную мозаичность, еменную стабильность, пространственно-временную предсказуе-сть.Адаптация может быть выражена в термодинамических, ки-рнетических, биологических и физиологических критериях (Каз-чеев,1980).

Для целей наших исследований необходимо было иметь дос-точно надежную информацию о состоянии индикаторных сообществ определенные моменты времени и корректную системотехнику их исаний и оценки состояний, чтобы экстраполировать полученные зультаты во времени и пространстве на процесс селекции.

- 12 -

В экологии агроценозов системотехника ранее не использс валась, ее применение является первой попыткой исследован1 популяционных процессов в ходе селекции с целью изучен! структуры индикаторных популяций, представляющих собой тополе гию целого, взаимное расположение структурных компонентов способы их объединения.

В сообществах живых организмов выявление конкретных пр! чинно-следственных связей затруднено и, как правило, фиксирз ются статистические зависимости, но положение конкретных эле ментов в структуре целого определяет направление и силу связ> Статистические связи, не отражая функциональные, являются I результирующей, несущей отпечаток целостности.

Априори, моделирование в экологии предваряется статист* ческой обработкой многомерных данных на базе которых рассчитв ваются величины интегральных системных характеристик, несущ} информацию о сообществе в виде компактного и репрезентативно! описания. Корреляционные характеристики оказались намног чувствительнее к адаптационному напряжению, чем абсолютные ве личины параметров организма. Использование метода корреляциог ных графов при анализе многомерных данных позволяет получао информацию о топологической микроархитектуре сообщества, в кс торой параметрами являются системные характеристики.

Корреляционный граф можно рассматривать как граф взаимс действия базовой структуры сообщества в той пространстве! но-временной области, к которой относится матрица исходнь данных. Подобные графы хотя и не ориентированы, но являйте знаковыми, поскольку значения коэффициентов корреляции могз быть как положительными, так и отрицательными. Знак связи ук* зывает на характер отношений между соответствующими элемента» сообщества.

Корреляционный граф способен выявить самое характерное базовой структуре системы для конкретного времени и пространс твенной области, а корреляционная структура сообщества позве ляет выйти на его интегральные характеристики, позволяющ! охарактеризовать состояние исследуемой системы.

Рассматривая популяцию как биологическую систему с поз! ций системного подхода, необходимо иметь информацию о таких с интегральных параметрах как интенсивная мера системности, экс тенсивная мера системности, энтропия, устойчивость и связност!

- 13 -

Интенсивной мерой системности сообщества, описываемого лределенным корреляционным графом, является средняя^сила ста-лстической связи, которая численно равна среднему модулю ко-рфициента корреляции Пирсона (поскольку наличие достоверной эложительной или отрицательной корреляционной связи отличает ястему от простой совокупности элементов). Интенсивную меру «стемности по экологической терминологии называют жесткостью ястемы (®).

Для сравнения отдельных систем между собой используется «стенсивная мера системности, которая выражается произведени-4 жесткости на число связей и отражает суммарную силу связей 1стемы. При этом, число связей играет роль коэффициента пере-зда от интенсивной характеристики к экстенсивной. Поскольку {тенсивная мера системности является величиной, нормированной единице, экстенсивная мера системности - нормированная вели-ша. Для этого нормированным должен быть коэффициент перехода, зхраняя при этом прямую зависимость от числа связей в систе->. В работах Мая (1974-1984) обосновано, что коэффициент подхода в экологических исследованиях отражает связность. Норми-званный переходный коэффициент получают отношением числа свя-;й к их максимально возможному числу в системе из Б элементов з 2.Нормированный коэффициент, в отличие от ненормированного, г зависит от числа элементов в системе.

При заданном уровне жесткости это приводит к максималь-зй величине экстенсивной меры системности. Чтобы сохранить зеле нормирования зависимость переходного коэффициента от юла элементов, относительную насыщенность системы связями звязность) умножают на нормированное число элементов. Для зрмирования последнего используют гиперболическую зависи-зсть, нормированный коэффициент перехода в экологии рассмат-гаается как показатель сложности системы.

Произведение жесткости системы и ее сложности дает экс-гнеивную меру системности - организованность, в экологии -зелость.

Характеристика состояния сообщества (системы) слагается » интегральных системных характеристик: жесткости, сложности, зганизованности. Причем, жесткость и сложность являются неза-!симыми, а организованность является их произведением.

Дополнительной и весьма информативной экстенсивной ме-

рой системности является вес корреляционного графа, выража щийся суммарной силой связей (суммой модулей достоверно выя ленных парных коэффициентов корреляции). Вес корреляционно: графа а экологии может служить мерой адаптационного напряжен: в системе (Смирнова, 1989).

В экологии для оценки устойчивости структуры сообщеси используется критерий Мэя (1972), согласно которому корреляц] онная матрица сообщества устойчива, если средняя сила взаим< действия между элементами графа меньше обратной величины ква; ратного корня из произведения связности графа на число е! элементов.

Современные тенденции комплексного исследования проце< сов, происходящих в окружающем мире неизбежно приводят к ув< личению размерности моделируемых систем, резкому повышен! сложности задач, которые необходимо решать в целях управлеш функционированием и развитием биологических систем, что дела« настоятельно необходимым использование принципиально нов! концепций и прогрессивных подходов к решению таких задач.

Характерной и наиболее важной особенностью является прс тиворечие между необходимостью учета большого количества дейс твующих в биологических системах факторов и необходимое!! быстрого и экономичного получения оценок происходящих процес сов, представленных а обозримой и сопоставимой форме. Одним > методов, обеспечивающих снижение этого противоречия, являете энтропийный анализ.

Энтропия является мерой вероятности определенного сос тояния системы. Неупорядоченные состояния являются много боле вероятными и обладают поэтому более высокой энтропией. Д' дискретных признаков характеризующих биологическую систему щ вычислении энтропии использовалась частота появления 1-г признака и количество признаков включенных в описание систе мы. Если изучаемый признак не дискретен, то определение энтрс пии основывалось на разбиении вариационного ряда в интерва; СХтхп,ХтахЗ на п подинтераалов (где Хшах, ХшШ - максимальнс и минимальное значения наблюдаемого признака).

Величина энтропии является исходной мерой информации возможной (Нт) или фактической (Н) энтропии, которая може быть меньше или равна Нт. Однако, величины Н, вычисленные д; разных признаков, не всегда сопоставимы. Для сопоставимое!

олученных результатов удобнее использовать относительный, из-зняющийся в интервале от 0 до 1, показатель энтропийности си-гемы (Rh). __________

В биологических системах величина Нм определяет возможное чело состояний, которые может принимать система, выраженная аким-либо признаком, a Rh- показывает уровень ее организации, э информативности. Параметры Нш и Rh используются для класси-лкации систем по степени сложности.

Информация понижает энтропию и повышает организацию сис-эмы. Более высокая организация системы связана с более низкой эроятностью случайных процессов. Вполне понятно, что чем бо-эе предсказуемо поведение системы, тем успешнее будет управ-эние ею. Для понимания информации необходимо знание ее кода, э на настоящий момент в биологии известен только код генети-эской информации.

Самостоятельная ветвь в концепции системного подхода от-эдится иммуногенетическому анализу, обладающему уже сложив-эйся (традиционной) системой обработки информации. Наиболыпе-э внимания в этом ответвлении заслуживает кластерный анализ.

Многомерные данные распределения эритроцитарных антигенов ли аллелей групп крови отражают структуру сообщества животных сами обладают определенной структурой в пространстве пере-внных.Исходным объектом анализа служила полная корреляционная атрица парных коэффициентов корреляции, взятых по модулю, этрица обрабатывалась парногрупповым методом кластеризации метод средних групп). На каждом шаге кластеризации выявлялась ара признаков или ранее сформированных кластеров с максималь-ым коэффициентом корреляции /гтах/. Эта пара объектов для альнейшего рассмотрения замещалась эквивалентной совокуп-□стью (кластером) по принципу усреднения. Коэффициенты корре-яции образованного кластера со всеми оставшимися исходными ризнаками или ранее сформированными кластерами вычислялись ак полусуммы соответствующих коэффициентов корреляции двух ыявленных объектов. С каждым шагом размерность задачи умень-алась на единицу аналогично поведению /г max/ и на последнем are все признаки оказывались объектами одного кластера с са-ым низким уровнем приближенности связи. Он характеризует об-ий фон корреляции всех признаков, описывающих исследуемый фе-отип, группу особей или популяцию.

- 16 -

При выполнении исследований в качестве индикаторных сс обществ использовались племенные популяции госплемэаводов "Бс родинский", "Элита"; совхозов, разводящих красно-пестрый ско1 "Канский", "Абанский", "Красный маяк", "Дзержинский"; совхс зов, разводящих черно-пестрый скот: учхоз "Миндерлинский* "Маяк", "Сибирь", " Сухобузимский", а также быки племобъедине ний "Красноярское" и "Хакасское".

Широкомасштабные исследования проводились с 1988 годг за этот период (> 6 лет) во всех племенных популяциях проше период полной смены поколений. Всего обследовано 15100 живоа ных, а их числе красно-пестрые межпородные симмектал-голштинс кие гибриды составили - 7800, черно-пестрое гибридное голшт» визированное поголовье - 7300. Объектом исследования были пс пуляции быков, изолированные гаремные материнские популяции племенное гибридное потомство.

Тестирование групп крови и экспертиза достоверности прс исхождения осуществлялись в лаборатории иммуногенетики Краснс ярского государственного аграрного университета. Использове лись реагенты Армавирской биофабрики 11 генетических систем 4 наименований. Схема анализа полученных результатов включая расчет частоты встречаемости антигенных факторов, построен« упорядоченной диаграммы и по системам групп крови.

Межлинейные и межпопулационные генетические дистанци (Юз) рассчитывали по формуле Серебровского (1970),генетическс расстояние (0п ) между популяциями по частотам аллелей опреде ляли по формуле Нея (1975), определение ошибки шг и подбор рс дительских пар по индексу антигенного сходства выполняли п рекомендациям Хивотовского-Машурова (1974). Генетическое рав новесие в стаде и линиях по В-системе групп крови определял по формуле Гарди-Вайнберга.

При исследованиях на органиэменном уровне в качестве ин дикаторной использовалась воспроизводительная система, дл исследований на клеточном уровне в качестве модельно тест-системы использовали сперматозоиды. Оценка их качеств проводилась по ГОСТ 26030-83 - "Сперма быков замороженная" свежеполученной - по ГОСТ 20909.1,2-75 "Сперма быков неразбав ленная". Исследования на субклеточном уровне осуществлялись использованием электронной микроскопии. На молекулярном уровн проводились биохимические исследования интактных и посткрио

нсервированных гамет с использованием наиболее современных, том числе и биолюминисцентных методов. Измерения активности рментов - лактатдегидрогенаэы-(ЛДР), алкагольдегидрогенаэы ДГ), альдегиддегидрогеназы (АлДГ) проводилось по оригиналь-й методике, разработанной ИБв СО АН Р9. Определение актив-сти ферментов было основано на измерении скорости падения тенсивности биолюминисценции в сопряженной системе: бифер-нтный комплекс ЫАОН/РММ - оксидоредуктаэа/люцефераза саетя-хся бактерий;активность ферментов рассчитывалась по кинетике ада биолюминисценции в условиях недостатка МАОН. Измерение тенсивности биолюминисценции регистрировалось ФЭУ, сигнал с торого передавался на измерительное устройство. Активность еатинкиназы, щелочной фосфатазы, содержание кальция определись традиционными методами.

Выбор метода обработки многомерных массивов данных опре-лялся адекватностью методологических подходов уровню решае-IX задач. Подробно проанализировав достоинства и возможности ложенных в главе 2 методов, определив значимость испольэова-я приведенных интегральных характеристик и обсудив их зколо-ческую интерпретацию, мы провели их практическую апробацию, зультаты которой нашли отражение в последующих главах.

3. ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОПУЛЯЦИЙ ПЛЕМЕННЫХ БЫКОВ 3. 1. Индивидуальные, групповые и возрастные параметры

спермопродукции быков-производителей В условиях крупномасштабной селекции требования к быкам, ¡пользующимся на племпредприятиях резко возрастают, поскольку генотипы тиражируются на многотысячных массивах гаремных ад. При реализации крупномасштабных селекционных программ их :пех (на 70Х) определяется генетической ценностью используе-IX самцов и правильностью их подбора.

Результативность искусственного осеменения, прежде всего, 'ределяется качеством используемой для этих целей спермопро-кции. В гаремных популяциях Красноярского края для искусс-енного осеменения в основном используется спермопродукция, шучаемая от быков-производителей, содержащихся на базе ПО красноярское". В ходе наших исследований выполнена оценка ин-[видуальных и линейных особенностей спермы, исследованы ос-шные параметры, характеризующие качество гамет и их фертиль-

ность, изучена возрастная динамика и влияние генетических фак торов на количественные характеристики спермы, предусмотренны действующими ГОСТами. Исследованы 128 быков-производителей возрасте от 2 до 7 лет. В разделе 3.1 изложены материалы исс ледований 1988-89г., которые в дальнейшем использовались в ка честве фоновых.

Последнее десятилетие в крае эксплуатировались бык голштинских линий: Силинг Трайджун Рокит 252803 (СТР), Розей Ситейшн 267150 (РзС), Монтвик Чифтейн 95679 (МЧ), Вис Бек Ай диал 1013415 (ВБА), Рефлекшн Соверинг 198998 (РС), Пабст Го вернора 882933 (ПГ).

Популяционные исследования динамики основных характерис тических параметров репродуктивного потенциала быков показали что с возрастом самцов нарастал объем эякулята, а концентра ция, подвижность, оплодотворяющая способность гамет достоверн не изменялись.

Для исследования внутрипопуляционной гетерогенности был сформированы родственные группы самцов по принципу их линейно принадлежности. В ходе исследований было установлено, что дл каждой линии присущи индивидуальные особенности реализаци репродуктивного потенциала.

Для дальнейшей обработки полученных результатов нами бы применен векторный метод, широко распространенный в фенетик популяций. Использование векторного метода позволило выявит структуру возрастных взаимосвязей изучаемых параметров. На по пуляционном уровне (рис.1) доминировал вектор подвижност сперматозоидов, в меньшей мере были развиты - векторы концент рации и оплодотворяющей способности при неразвитости вектор объема эякулята.

В трехлетнем возрасте самцов, при существующих техноло гических режимах эксплуатации, геометрическая фигура, отражаю цая взаимосвязи изучаемых параметров претерпевала значительны изменения; доминирующими являлись векторы концентрации и опло дотворяющей способности. В четырех-пятилетнем возрасте преоб ладал вектор оплодотворяющей способности спермы. В 6-7 летне возрасте преимущественное развитие приобретали векторы кон центрации, подвижности и объема эякулята при разной степени и возрастной выраженности. Следовательно, в этом возрастном ин тервале взаимодействия между названными параметрами являютс

:тоявшимиея, а геометрические фигуры, описывающие их взаимо-;йствие подобными.

*с. 1. Возрастные различия в структуре скоррелированности ос-эвных характеристических параметров спермопродукции (I- объем икулята; II-концентрация сперматозоидов; II1-подвижность термиев; IV-оплодотворяющая способность) быков а возрасте: 1 7 лет; 2- 6 лет; 3- 5 лет; 4- 4 лет; 5- 3 лет; 6- 2 лет

Обобщение результатов исследований, изложенных в разделе . 1, позволило сделать следующие

1. Реализация репродуктивного потенциала групп быков раз-ых линий имела отличительные особенности.

2.Анализ трендов изменения объема эякулята свидетельство-ал о наличии тенденции его увеличения с возрастом самцов, энцентрация сперматозоидов с возрастом быков не претерпевала ыраженных изменений, за исключением производителей линии РС,

которых она с возрастом достоверно снижалась.

3. Возрастные тренды изменения подвижности и оплодотворяю-эй способности сперматозоидов для производителей каждой линии мели свои характерные особенности.

4. Анализ структурно-функциональных взаимосвязей между арактеристическими параметрами репродуктивного потенциала вывил возрастную зависимость характера их взаимодействий и спе-ифические особенности каждой возрастной группы.

Исследования основных селекционно-значимых параметров реп-одуктивного потенциала в 1988-89г. явились фоновыми для мони-оринга и были продолжены и расширены в 1992-ЭЗг. с использо-

2

3

ВЫВОДЫ

ванием системного анализа,, результаты которого изложены в раз деле 3.2.

3.2 Новые информационные технологии решения селекционные задач.

Экологический мониторинг - многоцелевая информационна система,основные задачи которой - наблюдение и прогноз состо; ния природной среды под влиянием антропогенного воздействия целью предупреждения о создающихся критических ситуациях. Т территориальному охвату мониторинг подразделяют на локальный региональный и глобальный; по назначению - на фоновый и и* пактный (мониторинг воздействий).

Экологический мониторинг агробиоценозов является подсистб ной общего экологического мониторинга, решающей те же задач» Искусственно созданные и регулярно поддерживаемые человеке для получения сельскохозяйственной продукции биотические соое щества животных (одного вида), обладают малой экологическс надежностью и плохими динамическими качествами, следователь» нуждаются в постоянном наблюдении.

Наследственный потенциал в фенотипе реализуется опосредс ванно через адаптивный потенциал, являющийся также генетическ детерминированным и эволюционно сформированным под определен ные экологические ниши, занимаемые животными-носителями этог адаптивного потенциала. Процессы гибридизации, дополнительи осложненные акклиматизацией животных в новых экологических ус ловиях сопровождаются изменением генотипа и, соответственнс преобразованием адаптивного потенциала, которое классифициру ется как микроэволюционное изменение и относится к облай экогенеза. Специфика адаптивной реакции определяется экологе генетической дифференциацией.

В материалах данного раздела изложены результаты анализ системности воспроизводительной функции самцов, генотипы коте рых "тиражируются" при реализации крупномасштабных селекцион ных программ в крае.

В качестве индикаторного сообщества использовалась попу ляция быков-спермодоноров ПО "Красноярское". По своему состав она была неоднородна и включала ряд внутрипопуляционных групп животные, закупленными в ГПЗ "Бородинском", совхозе "Канском" в племенных хозяйствах центральной полосы России и за рубежом Было использовано несколько вариантов "естественной" разбивк

>пуляции на возрастные, родственные группы и группы иммигран-1в, поступивших из-эа рубежа и разных экологических зон.

Популяционные исследования репродуктивного потенциала в 193г. при сопоставлении с результатами 1989 г. не выявили ютоверных изменений. Средние показатели системы воспроиз-|дства групп самцов разной линейной принадлежности также не стерпели существенных изменений.

Следующим этапом работы было изучение характеристик сис-мности репродуктивного потенциала с учетом адаптационного пряжения гибридных генотипов. В основе системного анализа ла корреляционная матрица селекционно-значимых показателей ермопродукции быков с характеристикой силы и направленности язи между пятью выбранными элементами (объем эякулята, кон-нтрация спермиев, подвижность спермиев и оплодотворяющая особность) на уровне популяции и отдельных субпопуляционных упп.

Обследованная популяция быков-спермодоноров в целом и дразделенная на родственные группы разной линейной принад-жности обнаружили связи между оценочными параметрами репро-ктивного потенциала разные по силе и направленности. Ни один оценочных критериев не оказался вне связи с остальными, едовательно, они подобраны правильно и могут быть использо-ны для получения интегральных характеристик системности спроизводительной способности самцов (табл.1).

В таблице для сравнения приведены дна съема показателей, зделенных пятилетним временным интервалом. Данные 1989 г. жно условно принять как фоновые.

Предельный уровень жесткости составляет 1. По результатам новых исследований наиболее жестко были связаны параметры стемы у самцов линии РфС - 0. 74 и СТР - 0,60. У быков линии Р повышенный уровень жесткости сочетался с высоким весом рреляционного графа, отражающего степень адаптационного нап-жения в системе. Для самцов линии МЧ, несмотря на невысокий овень жесткости связей в системе был характерен самый высо-й показатель адаптационного напряжения, по сравнению с дру-ми линиями - РзС, РфС, ВБА. Наибольшая сложность (связность) организованность (зрелость) системы воспроизводства была вы-лена в линии СТР, самые низкие расчетные значения этих пока-гелей были в линии ВБА. Известно, что система устойчива, ее-

Таблица 1.

Интегральные характеристики репродуктивного потенциала резных линий

1988-1909 год 1992- 1993 год

Интегральные характеристики Популяция Линии Пскту ляция Линии ГЬлштины

РэС ВБА СТР МЧ РфС РэС ВВА СТР № РфС ч-п кр-п

Жесткость 0.5287 0.544 0.449 0.603 0.382 0.73В 0.191 0.255 0.522 0.446 0 0.296 0.190 0.222

Вес графа 1.066 1.068 0.449 1.206 1.145 0.736 1.335 1.784 0.522 0.692 0 0.296 0.570 1.330

Стсинэсгь 0.320 0.160 0.080 0.250 0.240 0.080 0.560 0.560 0.080 0.160 0 0.080 0.240 0.480

Организованность 0.066 0.087 0.0Э6 0.151 0.092 0.0ЭЭ 0.107 0.142 0.042 0.071 0 0.024 0.046 0.106

Порог устойчивости 0.707 1.000 1.414 0.866 0.816 1.414 0.535 0.535 1.414 1.000 0 1.414 0.816 0.577

! жесткость меньше расчетной величины порога устойчивости, [я всех исследованных групп это требование выполняется, одна> линия СТР- была наиболее близка к границе потери устойчивости.

Исследование динамики корреляционных связей—в—системе ^производства у быков, принадлежащих к разным линиям, выяви-I существование индивидуальной направленности внутрилинейных юцессов во времени. Радикальные изменения во времени претер->ла корреляционная матрица критериев воспроизводительной спорности линии МЧ; в ней были утрачены, существовавшие ранее, ютоверные корреляции между параметрами, система распалась на •дельные составляющие, статистически и функционально незави-[щие друг от друга, и ее поведение стало непредсказуемым.

В исследованиях, выполненных в 1993 году (табл. 1) быков >драэделяли на две группы межпородных гибридов: черно-пеструю красно-пеструю. Это деление в своей основе имело не только 1сть, но и специфические генетические особенности, о которых 1ло сказано выше. Красно-пестрые быки-спермодоноры отечест-¡нной селекции являются симментал-голштинскими гибридами, а >рно-пестрые - гибриды голштинов с сибирским черно-пестрым :отом.

Корреляционные матрицы показателей, характеризующих >спроизводительную способность красно-пестрых и черно-пестрых 1Ков имели значительные различия. У быков черно-пестрой груп-I выявлено всего три достоверных связи в системе изучаемых 1раметров, у производителей красно-пестрой группы их - 7.

Отдельное параметры репродуктивного потенциал,?. более ;стко скоррелираваны у красно-пестрых быков, по сравнению с фно-пестрыми. Вес корреляционного графа, т. е. степень адап-»ционного напряжения, сложность и организованность у крас-з-пестрых производителей выше и ближе к общепопуляционным. :тойчивость системы, оцененная по критерию Мэя, у черно-пест-1х быков - выше, поскольку значительно удалена от границы ггери устойчивости .

На общепопуляционном уровне сопоставление характеристик !стемности воспроизводительной способности во времени обнару-(ло снижение средней жесткости связей между параметрами, при сличении адаптационного напряжения, сопровождающегося нарас-шием связности между ее элементами и ее зрелости, а также о эиближении границы потери устойчивости.

- 24 -

Следующим этапом наших исследований явилась оценка си( темных параметров воспроизводительной способности в разново; растных популяционных группах. Были выделены шесть возрасти! групп: от двухлеток (спермодоноров начального периода эксплу. тации) до семилеток (табл. 2).

Для системы воспроизводства возраст до 7 лет не являет! фактором, влияющим на приближение к границе потери устойчиво! ти. По всем системным характеристикам быки-четырехлетки - а: критическая возрастная группа, репродуктивный потенциал кок рой испытывает наибольшее адаптационное напряжение.

На следующем этапе исследований было проведено исслед* вание характеристик системности в возрастном аспекте у сперм« доноров разных линий. Это выявило завуалированные на масси] всей популяции характерные особенности репродуктивной систе! (табл. 2) каждой из линий.

Следующим этапом наших исследований явился сравнительн! системный анализ репродуктивного потенциала трех групп сперм< доноров, отличавшихся по генотипу: чистопородных голштиш -иммигрантов, симментал-голштинских гибридов и гибридш

генотипов второго и третьего поколения - ¡¡"2, РЗ, полученю через систему поглотительных скрещиваний (табл. 3).

Чистопородные голштины имели наименьшую жесткость связ< между элементами системы, у гибридов Р1,Р2, РЗ она выше. На] большее адаптационное напряжение отмечается в воспроизвод! тельной системе гибридов Р2 и РЗ. Они характеризуются наибол< высоким, по сравнению с другими группами, адаптационным напр] жением, организованностью и сложностью и их система наибот близка к границе потери устойчивости. Для исключения влиян] внутрипопуляционной гетерогенности, была проведена дополш тельная серия исследований только на представителях линии Рз( наиболее широко представленной на племпредприятии. Эта род* твенная группа оказалась также неоднородной. В ней выделяет! достаточно большая подгруппа чистопородных голштинских быко1 закупленных за рубежом, полученных в условиях многих поколен! чистопородного разведения и вторая подгруппа генотипов, числ) щихся чистопородными, но полученных через систему поглотител] ных скрещиваний на базе материнского генофонда местных поро; Импортные чистопородные голштины были выделены в отдельн; группу, дополнительно были сформированы еще две группы.

Таблица 2.

Возрастной аспект юшггрлльных жар^гсшрмеггик систсмнсхли репрадукпшшого потенцуЕшз популяции и внутрипопулнционных групп розных линий

Интегральные \ Обцепопуляционные I__Линейные харакгристики

хгрэкгериагики 1- -.-,-1 СТР 1 РзС (44 6 ВЙА 1

1 2 1 4 1 5 1 6 I 3 5 13 II 1 4 | 5 7 5 6 7

1 Жесткость 10.373 ! 1 1 I ! 0.437 (0.48010.554 ¡0.850 Ю. 64610.844 1 ! 1 1 ! 0.707 ¡0.821 | 0.977 0.612 0.893 0.599 1 0.810

1 Вес графа ¡0.373 ! ! 1 ! ! 1.310 ¡0. 480 ¡0. 554 ¡0.859 ¡0.84В !0.844 1 2.12010.821 2.930 0.612 о.аез 0. 599 1 1.619

I Сложность ¡0.125 1 0.375 ¡0.125 ¡0.125 |о. 222 ¡0.125 ¡0.222 11111 0.375 0.125 0.375 0.222 0.125 0.222 0.250

1 Оргонизовгм в-юстгъ 1о. 047 1 ! 1 1 I I 0,164 ¡0.060 ¡0. Оби 10.191 ¡0.106 0.188 1 1 1 1 0.Й65 0.103 0.Э66 0.136 0.112 0.133 0.Й02

Порог устойчивости 11.225 ! ! 0.70711.22511.22511.000 11.225 1.000 1 . 1 ! 1 0.707 1.225 0.707 1.000 1 I 1.22511.000 1 0.866

Таблица 3.

Интегральные характеристики системности репродуктивного потенциала линии РвС розных генотипов и в группгзч розных экологических зон

(О N

Интегральные характеристики Обпрпопу-лнционныэ Линей- Уставные генотипы Место приобретения (рождения)

ч/п 3/4 1/2 Конский Бородинский ФРГ

Жесткость 0.191 0.256 0.483 0.647 0.626 0.453 0.324 0.445

Вес графа 1.3Э5 1.784 0.483 1.940 0.626 1.812 0.973 2.227

Сложность 0.560 0.560 о.оео 0.240 0.060 0.3Й0 0.240 0.400

Организованность 0.107 0.143 0.039 0.161ё 0.050 0.145 0.078 0.178

Порог устойчивости 0.535 0.335 1.414 0.816 1.414 0.707 0.816 0.632

Всего было сформировано три группы, поступивших на племп-редприятие из разных экологических зон. Первая - быки, закупленные^ ФРГ, вторая в ГПЗ "Бородинском",_____третья в совхозе

"Канском".

Корреляционные матрицы всех трех групп имели характерную эсобенность - отсутствие сильных корреляций между элементами системы. По структуре и количеству связей в системе выделяется корреляционный граф быков, закупленных в ФРГ.

Обращаясь к интегральным характеристикам системности для зсех трех групп, и сравнивая их с общепопуляционными, следует этметить, что наибольший вес корреляционного графа, а соот-зетственно адаптационного напряжения отмечается в группе производителей, закупленных в ФРГ и являвшихся чистопородными голштинами, затем по убывающей - быки, закупленные в совхоза "Канском", менее выражен этот показатель у быков ГПЗ "Бородинского". Наибольшая сложность и организованность системы у Зыков из ФРГ, затем по - убывающей, у быков, завезенных из :овхоза "Панского", еще ниже у быков, поступивших из ГПЗ "Бородинского". Граница потери устойчивости максимально приближе-*а у импортных быков.

На основании обобщения вышеизложенного можно сделать ВЫВОДЫ:

1.Системный анализ репродуктивного потенциала в проведен-шх семи сериях исследований позволил провести предварительную салибровку использовавшихся интегральных характеристик систем-юсти.

2.Жесткость, или средняя сила связи между функциональ-ю-структурными элементами воспроизводительной системы находи-тась в пределах от 0,190 до 0,997, т.е. от слабой до очень :ильной. Выявлена межлинейная дифференциация по уровню средней сесткости между параметрами воспроизводительной системы, и ее »ременная нестабильность. С возрастом жесткость связей в системе нарастает; при этом проявляется внутрилинейная специфич-гасть.

3. Наиболее высокий уровень адаптационного напряжения об-1аружила воспроизводительная система быков-спермодоноров, эа-:упленных за рубежом и проходивших акклиматизацию в условиях ибири.

4. Фактор акклиматизации вызывал большее адаптационное

напряжение в воспроизводительной системе, по сравнению с межпородной гибридизацией.

5.Минимальное значение показателя организованности (зрелости системы) было установлено у быков-двухлеток, которьк проходили начальные этапы эксплуатации в режиме спермодоноров.

6.В возрастном аспекте наибольшее адаптационное напряжение испытывала воспроизводительная система быков-четырехлеток.

7. Радикальные изменения во времени (1988-1993) претерпела корреляционная матрица критериев воспроизводительной системы линии МЧ; в ней были утрачены, существовавшие ранее, достоверные корреляции между параметрами, система распалась на отдельные составляющие, статистически и функционально независящие друг от друга, и ее поведение стало непредсказуемым.

8.Выявленная внутрипопуляционная гетерогенность системны» характеристик, обусловленная наследственной специфичностью линий позволяет использовать популяционные данные только в качестве ориентировочных, поскольку они могут завуалировать специфические внутрилинейные процессы.

9.Интегральные характеристики позволяют судить о состоянии системы в тот момент времени, к которому относится корреляционная матрица, поскольку она всегда соответствует некоторому пространственно-временному объему.

10.Использованные характеристики системности оказались не соизмеримо информативнее и чувствительнее, по сравнению с традиционными методами биометрической обработки, которые, как показали результаты исследований, не способны уловить изменений репродуктивной системы во времени.

3.3. Метаболизм, функциональные особенности гамет и их приспособленность к криоконсервации

Для быков, эксплуатирующихся на племпредприятиях, исключительную важность имеет адаптированность гамет к криоконсервации. Устойчивость гамет к температурному шоку зависит от и* метаболизма, в частности от энергетики, поэтому в данной работе исследовались ферментные системы, участвующие прямо ил! опосредованно в обеспечении сперматозоидов энергией. Изучалась активность лактатдегидрогеназы - ЛДГ, алкагольдегидрогеназы -АДГ, альдегиддегидрогеназы - АлДГ, определялся уровень пирува-та и активность креатинфосфокиназы - КФК. Основным поставщико» энергии в сперматозоидах является гликолиз, обеспечивающий не-

>бходимый пул. АТФ. Для спермиев энергетически выгоднее запасать энергию в виде креатинфосфата, поскольку при гидролизе АТФ

Ю___АД® выделяется - 7,3 ккал/моль, а__свободная_______анергия

'идролиза креатинфосфата составляет 10,3 ккал/моль. Активность СФК в спермиях является важной характеристикой их энергетичес-:ого обмена. Следует отметить, что биохимия гамет изучена в гастоящее время недостаточно хорошо.

В 1990 году отечественное животноводство включало 42 породы :рупного рогатого скота молочного и комбинированного направле-1ий, однако криоконсервация гамет осуществлялась без учета по-юдных биохимических особенностей.

В диссертационной работе исследовалось влияние активности ¡ерментов на важнейшие функциональные характеристики гамет, »пределяющие их фертильность. Биохимические исследования про-юдились на всем массиве самцов индикаторного сообщества и в юдственных группах разной линейной принадлежности.

На популяционном уровне установлена высокая корреляция [ежду активностью КФК и жизнеспособностью сперматозоидов. Это южет быть обусловлено той биологической ролью, которую играет >бмен креатина в работе сократительного аппарата клетки, обла-[ающей автономной подвижностью. КОК обратимо катализирует фос-юрилирование креатина с помощью аденозинтрифосфата (АТФ).

КРЕАТИН + АТФ <= = = КФК= = = > КРЕАТИНФОСФАТ + АДФ В норме в клетке, обладающей сократительным аппаратом со-[ержание креатинфосфата превышает содержание АТФ в 4-5 р-эз и 1Нергия гидролиза фосфорной связи креатинфосфата, как уже упо-(иналось, значительно выше энергии гидролиза АТФ, поэтому клетке выгоднее запасать энергию в форме креатинфосфата.

В клетке существует единственный путь образования креа-•инфосфата - путем прямого ферментативного переноса этих групп >т АТФ к креатину; единственным путем дефосфорилирования слу-:ит реакция, обратная реакции его образования. Креатинфосфат [вляется системой, аккумулирующей энергию в клетке. С этих позиций отрицательная корреляция между активностью КФК и уровнем :ирувата в сперматозоидах, выявленная при выполнении данной 1аботы, вполне понятна; чем интенсивнее будем утилизироваться ■ируват, тем больше молекул креатинфосфата образуется для кре-тинфосфокиназной реакции, обеспечивающей гаметы энергией для вижения.

- 30 -

Аналогично объясняется отрицательная корреляция межд уровне»! пирувата и подвижность» клетки, чем интенсивнее утили зируется пируват в цикле Кребса (в митохондриях) тем больши: резервом энергии обладает гаметы для своего движения.

Подводя итог этому фрагменту исследований, следует отме тить, что были выявлены взаимосвязи на уровне функциональны биохимических систем, обеспечивающих жизнедеятельность сперми ев и попутно определен характер их роли в обеспечении метабо лизма гамет.

Характерным признаком всех обследованных популяционны групп было наличие высокой корреляционной связи между актив ностью КФК и подвижностью клеток. Поскольку выявленный феноме был характерен для популяции и четко сохраняется во всех попу ляционных группах, с большой степенью вероятности его можн успешно использовать для прогнозирования качества гамет.

Как уже ранее отмечалось, на общепопуляционном уровне бы ла выявлена средняя по величине, отрицательная по направлени корреляционная связь между активностью КФК и уровнем пируват в клетке. Изучаемые линии оказались полиморфными по степен скоррелированности обсуждаемых параметров. Для быков-произво дителей линий: МЧ, СТР, ВБА характерно наличие сильной отрица тельной корреляции между активностью КФК и уровнем пирувата. линиях РзС и РфС корреляционные связи между данными параметра ми отсутствовали.

При интерпретации полученных результатов, безусловн принималось во внимание, что корреляционные связи зачастую мо гу быть опосредованы промежуточными взаимодействиями.

Крупномасштабные селекционные программы, базирующиеся н искусственном осеменении криоконсервированной спермой, диктую жесткий отбор быков-производителей по устойчивости их гамет воздействиям типа криоконсервация-оттаивание.

Спермии являются удобным модельным объектом для изучени процессов адаптации на клеточном уровне и апробации критерие системного анализа. В организме млекопитающих спермии - уни кальные клетки, поскольку они обладающие автономной подвия ностью, соответствующим органом движения - жгутиком и сохрани ют жизнеспособность вне организма. Результаты исследований т тегральных характеристик системности метаболизма спермиев пр» ведены в табл. 4.

Таблица 4

Интегральные характеристики системности метаболизма спермиев

Линейная ! Общепо- Л и н и я —------------- • _____ 1

принадлежность пуляц. РзС ВБА СТР МЧ РфС |

Яесткость 0. 61 0. 759 0. 880 0.954 0. 717 0.919 1

Вес графа 1.83 2. 278 2. 642 2. 861 4.303 1.839 |

Сложность 0.094 0.094 0. 094 0. 094 0. 188 0.063 1

Организованность 0.057 0.071 0. 082 0.090 0. 135 0. 058|

Порог устойчивости 1. 080 1.080 0.935 1.080 0. 764 1.323| 1

Интенсивная мера системности - жесткость - имеет наимень-ее значение на массиве всей популяции. Наиболее жесткая внут-енняя структура характерна для линий СТР и РфС, наименьшая ля МЧ, которая характеризуется наибольшим адаптационным нап-яжением.

Экстенсивная мера системности (организованность) связана братной зависимостью с энтропией системы, поэтому чем больше кстенсивная мера системности, тем меньше энтропия. Известно, го общий адаптационный синдром обеспечивает мобилизацию функ-иональных резервов биологической системы, что ведет к сниже-ию энтропии. Перенапряжение и истощение адаптационных меха-измов сопровождается повышением энтропии ( что проявляется в меньшении согласованности функционирования элементов систем), слаблением корреляционных связей, рассинхронизацией.

Наименьшая величина веса корреляционного графа выявлена а массиве популяции и в линии РфС, которая как уже отмечалось разделе 3.1, характеризуется наименьшей жесткостью внутрен-рх взаимосвязей. Наиболее высокая связность системы обнаружи-ается в линии МЧ и наименьшая в линии РфС. Уменьшение коли-эства и прочности метаболических связей свидетельствует о 1ССинхронизации обменных процессов.

Наибольший уровень организованности выявлен в метаболиз-: гамет быков линии Монтвик Чифтейн, ниже, но примерно на од-

ном уровне, этот показатель в линиях Силинг Трайджун Рокит Вис Век Айдиал. Наименьший уровень организованности был выяв лен на популяционном уровне.

Не менее важным показателем является критерий устойчи вости системы. Система (по Мэю) устойчива, если ее жесткост не достигает границы потери устойчивости. Нельзя не отметить что по своим метаболическим особенностям сперматозоиды самцо линии СТР являются наименее устойчивой системой, по сравнени с другими группами.

В целом, полученные нами результаты свидетельствуют о вы раженной межлинейной дифференциации интегральных системных на рактеристик метаболизма гамет и о различии тактических приемо в общей стратегии адаптации популяционных групп разной линей ной принадлежности.

В условиях крупномасштабной селекции важность исследова ния биохимических особенностей посткриоконсервированных гаме является несомненной. Использование гамет в качестве модел клеточного уровня при изучении адаптационных процессов имее важное значение для развития биотехнологий воспроизводства поскольку адаптация является неотъемлемым свойством биологи ческих систем на всех периодах онтогенеза.

ВЫВОДЫ

1. Выявлены взаимосвязи на уровне функциональных биохими ческих систем, обеспечивающих жизнедеятельность спермиев и оп ределен характер их взаимодействия в метаболизме гамет.

2. Выявлена сильная корреляция между активностью КФК подвижностью клеток; феномен был характерен для популяции в це лом и четко сохранялся во всех популяционных группах, его мож но рекомендовать к использованию в качестве прогностического теста при оценке качества гамет.

3. На популяционном уровне выявлена средняя по величине отрицательная по направлению корреляция между активностью КШК и уровнем пирувата а клетке.

4.В пределах родственных групп - линий корреляция межд активностью КФК и уровнем пирувата в клетке имела разную сте пень выраженности. Для быков-производителей линий: МЧ,СТР, ВЕ было характерно наличие сильной отрицательной корреляции меж; активностью КАК и уровнем пирувата. В линиях РзС и РфС коррЕ ляционные связи между данными параметрами отсутствовали.

- 33 -

. 3. 4. Морфологические исследования интактных. гамет на фертильность

-------Исследовались_гаметы быков ПО^Красноярское^ ПО "Хакасс-

зе" на наличие межпородных, межлинейных морфологических осо-жностей или аномалий, в том числе и генетических дефектов, зуществлялась микроскопия интактной свежеполученной спермы, зи увеличении х450, х700.

При морфологическом исследовании в линии РэС было выявле-з 7 быков, гаметы которых имели явные нарушения структуры теток. Дана подробная характеристика и описание всех случаев .(явленных нарушений, которые проиллюстрированы фотографиями.

При морфологических исследованиях гамет быков-спермодоно-зв линии МЧ обнаружено 6 особей, имевших дефекты сперматозои-зв; в частности, были выявлены повреждения мембран и других груктур головок, значительные изменения акросомальной зоны и зрфологические аномалии жгутиков.

Морфологические исследования гамет быков линии СТР выяви-I 4 особи с разной степенью выраженности широкого спектра зрфологических нарушений, которые зафиксированы на фотографи-(. При анализе спектра выявленных дефектов к числу наиболее 1Сто встречавшихся относились структурные нарушения жгутиков, зторые выражались в их укорочении, либо в "склеивании" между збой. Возможными причинами подобных нарушений (Соколовская )79г. ) могли быть аутоиммунные процессы при ослаблении гема-зтестикулярного барьера, когда организм работал против собс-¡енных гамет, как против чужеродного.

При морфологических исследованиях гамет быков линии РфС и ЗА расширения спектра нарушений, выявленных и охарактеризо-шных на примере других линий, не было отмечено, все случаи склонений от нормы проиллюстрированы фотографиями.

Одной из распространенных аномалий, из числа выявленных, >1ЛО "склеивание" гамет, что может быть следствием потери за-ада на поверхности клеточных мембран. Заряд и его величина оп-гделяются наличием сиаловых кислот на углеводных фрагментах змбранных гликопротеидов и липидов.Отсутствие сиаловых кислот ти снижение их количества может быть первичным или вторично взвившимся, опосредованым процессом. Первичное снижение коли-рства сиаловых кислот на поверхности мембран может быть редствием ускоренного созревания гамет в условиях напряженно-

го сперматогенеза. Сиалирование мембранных гликопротеидоа гликолипидов происходит на самых последних стадиях соэреваш клеток, следовательно нельзя исключить что в условиях напряжс ния продуцируются гаметы, которые не успевают дозреть, т.с окончательно сформировать микроархитектуру внешних мембраг Именно этим, очевидно, объясняется "хрупкость" и незащище* ность таких мембран перед повреждающими воздействиями, особе* но при криоконсервации.

Вторичное отсутствие или уменьшение количества углеводш фрагментов и сиаловых кислот может быть следствием любых вое палительных процессов, протекающих в половых органах и хара* теризующихся десиалированием клеточных мембран, что свойстве* но любому воспалительному процессу. Поскольку в обследованнь препаратах отсутствовали прямые доказательства наличия воспе лительного процесса - лейкоциты и эритроциты, - можно полагав что "слипание" и образование небольших конгломератов являете результатом напряженного сперматогенеза.

ВЫВОДЫ

1. Нарушения структуры свежеполученных гамет могут бьп обусловлены генетическими, алиментарными факторами или техне логическими режимами эксплуатации.

2.Интенсивное использование быков для получения спермог родукции вызывает напряженный сперматогенез и появление гаме с различными структурными дефектами. Продолжительная эксплуе тация спермодоноров в условиях напряженного сперматогенез приводит к истощению адаптационного резерва и компенсаторнь механизмов.

3. Выявленные нарушения структуры гамет свидетельствуют с отсутствии у определенной категории особей достаточного адаг тационного резерва для обеспечения предъявляемых эксплуатац» онных нагрузок и их использования в качестве спермодоноров.

3.5. Феномониторинг посткриоконсервированных гамет

Повсеместное использование глубокозамороженной спермы ДJ искусственного осеменения гаремных стад заставляет обрати* особое внимание на ее качество. Спермопродукция, использующая ся в крае, естественно, проходит лабораторный контроль и удо) летворяет требованиям ГОСТа. Но ее оплодотворяющая спосо( ность, рассчитанная из количества осеменений в пересчете одно плодотворное, не всегда удовлетворяет потребителей, по

<у нельзя исключить, что существуют повреждениям гамет, коже невозможно выявить традиционным перечнем тестов, предус-

гренных действующим ГОСТом.-----------------------------------------------------

При использовании посткриоконсервированных гамет особую гаость имеет сохранение целостности структуры клеток и их шенно важных органелл для обеспечения эффективного участия процессе оплодотворения. Эти аспекты особенно актуальны, жольку в искусственно созданных популяциях сельскохозяйс-жных животных антропогенное воздействие на репродуктивный тенциал является не только регулирующим, но и определяющим, гчетом вышеизложенного, устойчивость гамет к криоконсервации тепловому удару при размораживании является фактором, опре-1яющим пригодность быков-спермодоноров, для использования в :теме крупномасштабной селекции.

Выявление линий и отдельных генотипов, обладающих гамета-хорошо адаптированными к низкотемпературному стрессу с юй стороны, и лимитирующих звеньев нарушения структуры кле-с при криоконсервации, с другой стороны, а также различных затегий адаптации, позволит повысить эффективность и оптими-зовать использование генетических ресурсов.

Предположение о наследственной природе устойчивости к ¡котемпературному шоку и широте нормы реакции на него бази-!алось на том, что защита гамет от повреждений при криокон-звации, в первую очередь, зависит от фазового состояния и :тава мембранных липидов, который генетически детерминиро-

I.

Для оценки полученных результатов была разработана ориги-тьная информационная система с использованием методических 1Ходов, выработанных фенетикой популяций. Теоретической ос-юй фенетики является закон гомологических рядов в наследс-■нной изменчивости. Фены могут быть морфологическими, физио-'ическими, биохимическими, цитологическими, этологическими 5локов,1982).

Для каталогизации криоповреждений была разработана графи-:кая модель, отражающая характер дефектов через состояние ¡точных органелл. По результатам электронной микроскопии га? оценивалось состояние 7 жизненно-важных структур: ядра, гоплазмы, митохондрий, лизосом, эндоплазматического ретику-«а, аппарата Гольджи и жгутика. Семилучевая модель, каждый

луч которой соответствовал одной из вышеперечисленных стру* тур, исчерпывала возможные вариации Генетических поврежден* гамет, которые выражались полной или частичной утратой соот ветствующего луча в модельной конструкции. Состояние ядерног аппарата оценивалось по состоянию хроматина и ядрышка, цитот лазмы - по ее гомогенности и уплотненности, митохондрий - г целостности наружной мембраны и состоянию крист внутренне мембраны, лизосом - по их количеству и наличию повреждений эндоплазматического ретикулума -по состоянию мембран, аппарат Гольджи - по состоянию цистерн, жгутика -по его размерам, кс личеству митохондрий, их целостности; учитывалось состоят аксонемы (рис.2).

4 5

^ X

1 2

Рис. 2. Усредненные Генетические схемы криоповреждений гг мет быков-производителей отдельных линий: 1 - Монтвик Чи{ тейн 95679; 2 - Рефлекшн Соверинг 198998; 3 - Силинг Трай; жун Рокит 252803; 4 - Вис Бек Айдиал 933122; 5 - Розейф С> тейшн 267150 и популяции в целом (6).Длина каждого луча (3 обратно пропорциональна частоте встречаемости криоповрежд« ний конкретной органеллы. Использована 7-лучевая фенетиче< кая модель: I - луч характеризует состояние ядра; II - щ топлазмы; III - митохондрий; IV - лизосом; V -эндоплазмат! ческого ретикулума; VI - аппарата Гольджи; VII - жгутикг Нормальному морфологическому состоянию каждой из клеточн! структур соответствует единичный вектор, при наличии нар; шений - нулевой

6

Гаметы 5031 спермодоноров линии РзС имели дефекты криокон-¡рвации, сперматозоиды 29Х особей обладали низкими адаптаци-[ными возможностями и получали значительные структурные поведения, резко снижающие их фертильность. Наиболее часто отдались повреждения ядерного аппарата, в частности - ядрышка 27.), затем мембран эндоплазматического ретикулума (277.) бы-1В, из числа обнаруживших дефекты. Следовательно, адаптацион-1Й потенциал линии не способен обеспечить в полной мере трепания технологии.

Наиболее характерными дефектами криоконсервации гамет в [нии МЧ были повреждения ядерного аппарата, у 46Х повреждено ¡рышко, у 31Х - ядерный хроматин. К числу часто встречающихся носились повреждения мембранных структур митохондрий, и ап-рата Гольджи (277.), лизосом (23Х), эндоплазматического рети-лума (19Х). Наиболее частые нарушения структуры жгутика кались аксонемы и встречались у 23Х особей.

При исследовании спермы быков линии СТР у 292 быков обнажены незначительные, не снижающие функциональных возможнос-й гамет, криоповреждения.

Распространенным повреждением гамет быков линии РфС также лялись дефекты ядерного аппарата, в частности ядрышка, это !ло установлено в 727., реже отмечались повреждения митохонд-:й, выражавшиеся в нарушении наружной (397.) и внутренней ¡31) мембран.

У быков-спермодоноров линии ВБА, как и во всех предыдущих уппах, основные повреждения гамет были связаны с ядерным ап-ратом и составляли 73Х от числа выявленных дефектов.

Выявленные нарушения субклеточных структур гамет, являют-I следствием криоконсервации, но по-видимому, связаны со спе-фическими условиями эксплуатации быков, базирующимися на хнологии еженедельного двукратного, дуплетного получения ермы, способствующего развитию напряженного сперматогенеза, ходе которого продуцируются гаметы, не успевающие дозреть и еющие несформировавшуюся микроархитектуру клеточной мембра-

ВЫВОДЫ:

1.Гаметы спермодоноров разных линий при криоконсервации ряду с общей адаптационной стратегией обнаруживали индивиду-ьные особенности.

- 38 -

2. Гаметы спермодоноров линии СТР были лучше другин ада тированы к криоконсервации и имели наименьший процент криопо реждений.

3. Наименьшим адаптационным резервом к воздействиям "кри консервация-оттаивание" обладали гаметы быков линии РС.

4.Наибольший процент криоповреждений гамет во всех обсл дованных группах приходился на биомембраны, ядерный аппарат его структуры.

5. Наличие в эякулятах большой группы незрелых клеток являлось свидетельством напряженного сперматогенеза.

6. Гаметы, сохранившие подвижность и соответствую^ стандартам в рамках действующих ГОСТов, по результатам элек ронной микроскопии, в ряде случаев не сохраняли целостное структур, ответственных за оплодотворение.

7. Действующие ГОСТы без заключения электронной микроско пии не обеспечивают в полной мере адекватную оценку качества посткриоконсервированной спермы.

3. 6 Генетический анализ в изучении наследственных аномалий гамет

В основу анализа была заложена общая закономерност проявление наследственно обусловленных аномалий замыкается пределах определенных семейств и родственных групп животны Исходя из этого, основным методом генетического анализа аном лий являлся семейно-групповой метод в пределах одного или не кольких поколений.

Генетические аномалии сперматозоидов в настоящее вре недостаточно изучены, в редких случаях известен характер наследования. Выделяют три группы наследственных дефект спермы, которые выявляются при микроскопических исследования В первую группу дефектов объединяются наследственные аномал акросом: темные компактные утолщения на головках гамет (б ки-носители этой аномалии - стерильны), эксцентрично прикре ленные концы, узость головки или ее отсутствие. Вторая груп наследственных дефектов - скрученность спермиев; третья груп наследственных дефектов - аплазия семенных протоков Вольфа.□ выражается в нарушении спермогенеза - олигоспермии, асперм и дефектах спермиев. Средняя частота наследственных аномал третьей группы в популяциях быков-производителей достигает, последним данным 12-15Х и этот процент прогрессивно нарастас

вникла необходимость стандартизации исследований спермы при !Ждународной^ торговле.

В разделе 3.6 подробно изложены результаты генеалогичес-1Г0 анализа всех случаев выявленных аномалий гамет по данным етовой и электронной микроскопии в сочетании с обработкой 'хивного материала, касающегося причин выбытия быков с племп-дприятий за весь период использования голштинских линий в ае; приведены подробные схемы родословных. По выявленным следственным аномалиям, в каждом конкретном случае, проведен дробный анализ родословной, сделано обоснованное заключение, зультаты исследований распространенности аномалий половой стемы у быков-спермодоноров отражены в интегральной форме на сунках 3 и 4.

ВЫВОДЫ:

1.3а годы эксплуатации голштинских линий выбраковка бы-в-спермодоноров с племпредприятий края из-за аномалий полой системы составила: в линии МЧ- 257., РзС- 24Х, СТР- 24X,

а -17г. рфс- юг.

2. Доля наследственных аномалий а общем числе аномалий повой системы быков-спермодоноров, выбракованных с племпредп-ятий края в линии ВБА составила 75Х, РзС - 73Т., СТР - 497.,

- 40Х, РОС -207..

3. Все выявленные случаи наследственных аномалий спермы носились к третьей группе наследственных дефектов. В линиях , СТР преобладала некроспермия, в линиях ВБА, РзС - олигос-рмия, процент аспермии во всех голштинских линиях был минима-н.

4.Выявлены отдельные ветви линий МЧ и РзС и конкретные оби с их потомством, явившиеся распространителями наследс-внных аномалий половой системы среди быков-спермодоноров емпредприятий края.

3.7 Генетические особенности линий быков, используемых а ализации краевой программы крупномасштабной селекции.

На первом этапе данного раздела исследований ставилась цача выявления общности аллелофонда групп производителей, эдставляющих конкретные линии. Внимание было сосредоточено выявлении маркерных аллелей линий, а впоследствии, где это по возможно, и их распространении и закреплении в материнс-< популяциях племенных стад.

Рис. 3. Распределение причин выбраковки быков-производителей: 1-аномалии половой системы; II-инфекционные болезни; II1-выранжировка; 1У-иные причины

Пинии

Рис. 4. Доля отдельных аномалий сперматогенеза в общем числе выбракованных быков-производителей по причине разного рода нарушений половой функции: I - некроспермия; II - олигоспермия; III - аспермия; IV - опухоли половых органов; V - снижение половой потенции

- 41 -

В селекционном процессе края использовались небольшие уппы быков-производителей, продолжателей линий, однако ана-з их аллелофонда свидетельствует о том, что они не являются ясолидированными группами, носителями четких, присущих конк-гным линиям особенностей и представляют, возможно, ценный, разрозненный генетический материал, использование которого крупномасштабных селекционных программах не поддается прог-эированию. Этот материал объективно не может являться осно-S для выведения генетически маркированных линий.

Использование в племенных стадах столь полиморфного и не-псолидированного селекционного материала противоречит теоре-ческим основам системы линейного разведения. В краевом масш-5е такой подход к селекционному процессу наложил соответс-ующий отпечаток на аллелофонд стад, и способен негативно азаться на результатах селекции, сдерживая ожидаемый генети-жий прогресс по показателям продуктивности.

Популяции красно-пестрого голштинизированного скота края рмировались на основе генофонда симментальской породы, а рно-пестрого - на основе черно-пестрой породы, однако пользовании системы поглотительных скрещиваний в нескольких солениях отбора способно, в значительной мере, элиминировать рактерные отличительные особенности генофонда исходных nocí. При отсутствии выраженных генетических различий между были черно-пестрой и красно-пестрой масти в пределах голштинс-< линий могут возникнуть объективные предпосылки для сужения чофонда и развития комплекса негативных последствий, которые эсобен породить стихийный инбридинг, невыявляемый традицион-

методами контроля. Степень внутрилинейной корреляции эвниваемых групп убеждает в необходимости четкого соблюдения 2темы ведения линий, поскольку внутренние границы отличий тлтинов являются чрезвычайно узкими. Важность этого тезиса укрепляется результатами, полученными при сравнении антиген* спектров групп быков черно-пестрой и красно-пестрой масти иду собой и по отношению ко всей популяции.

Результаты убеждают, что на популяционном уровне индиви-1льные линейные различия нивелируются, а величина коэффици-га корреляции приближается к единице.

Предваряя дальнейшие результаты, уместно отметить, что »логичные процессы отмечены и в материнских популяциях крас-

но-пестрого скота, где расчетные показатели межлинейного межстадного сходства были >0,85. Высокие показатели сходст могут быть следствием беспорядочных кроссов, короткого ротац онного цикла линий. В этих условиях генофонд не успевает пр обрести специфические для линии черты и закрепиться в послед ющих поколениях. В таких условиях планомерная реализация прс рамм крупномасштабной селекции не даст ожидаемого результат а методы традиционного контроля в данной ситуации малоинформ тивны и малочувствительны для отражения истинной сути генет ческих процессов в популяциях племенных животных.

ВЫВОДЫ:

1.Развитие селекционного процесса с первых этапов бы ориентировано на параллельное использование генофонда нескол ких линий. Использовавшиеся при этом группы быков-спермодонор не обнаружили черт внутрилинейной консолидации.

2. Показатели линий быков, рассчитанные с учетом их л нейной принадлежности свидетельствовали о разнокачественное селекционного процесса в них. Квазидетерминированность проце сов в линиях РзС, МЧ, ВБА, СТР черно-пестрых популяций являе ся показателем направленности селекции и более низкой вероя ности случайных процессов в них.

3.Линии РфС и АА ( ГШ<0,1) являются вероятностными сист мами с низкой предсказуемостью.

4.При существующей системе разведения ориентация на л нию, как основную таксономическую категорию, при анализе прогнозировании селекционного процесса наиболее оправдана является объективной.

4.ЗК0Л0Г0 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГАРЕМНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ 4.1 Экспертиза достоверности происхождения потомства Начальным этапом внедрения системы эколого-генетическо контроля являлась экспертиза достоверности происхождения пд менного молодняка. Потомство, которое по результатам эксперт зы обнаружило несоответствие одного из родителей исключалс из племенного разведения. По статистическим данным доля недс товерно по происхождению племмолодняка в стране достигает 4С

В условиях крупномасштабной селекции при жесткой систе выбраковки сомнительного селекционного материала это недоп» тимо, поскольку племенная ценность конкретного животного оп£ деляется племенной ценностью его предков.

- 43 -

В разделе 4. 1 приводится анализ и обобщение результатов эголетних исследований по достоверности происхождения племен-'о потомства.----------------------------------------------------------------

В заключении по разделу отмечено, что экспертиза досто-эности происхождения, как элемент генетического контроля гспечивает отслеживание отдельных показателей, входящих в шлексную характеристику уровня селекционно-племенной рабо-

4.2. Генетические маркеры в управлении селекционным процессом

На протяжении последних 6 лет системой генетического [троля была охвачена сеть 15 ведущих племенных хозяйств ш. Анализ селекционного процесса в них осуществляется с пемзованием генетических маркеров - 47 эритроцитарных антиге-I, относящихся к 11 генетическим системам групп крови. Для (х хозяйств применялась единая схема иммуногенетического 1лиза в сочетании со специальным программным обеспечением, период наблюдений сформирована база данных. Использовались гислительные машины серии ВС и персональные ЭВМ типа 1-РС/АТ.

В диссертационной работе в качестве демонстрационной моги исследований, выполненных в 15 племенных хозяйствах края, гользовалась популяция совхоза "Канский", представленная 1ментал-голштинскими гибридами 1Г1 -

Работа с популяцией совхоза "Канский" на первых этапах [ючала паспортизацию по эритроцитарным антигенам групп крови ¡го массива материнского поголовья, с последующим постоянным :тированием ежегодного ввода в стадо, которое составляло 3071. За время наблюдения прошел период полной смены поколе-[. "Канский" ежегодно продает племенной молодняк в край и за ( пределы, экспертиза достоверности происхождения при этом га обязательной процедурой.

Расчет частоты встречаемости эритроцитарных антигенов вы-:л характерные особенности популяции и составляющих ее ли!. Для исследования генетической структуры популяций важное чение имело изучение полиморфизма по группам крови. Уста-лено наличие переходной формы полиморфизма, четко прослежи-тся тенденция к накоплению одних антигенов и "вытеснению" гих. Антигены Г я Н' являются генетическими маркерами попу-

ляций, т.к. они встречаются у более 8QX животных. К числу и чезающих относились Pi. Р'. 12', 0', У',U',U" (2-5Х); накаплив лись ВЕ2' (51Х), СС1 (55Х), FV (61), II (54 X).

Коэффициенты межлинейного генетического сходства окаэ лись достаточно высокими и указывали на генетическое сходст линий (>0,9}, это может быть следствием беспорядочных кросс и вскрывает теневые стороны системы племенной работы со стад Следующим важным элементом системы селекционно-племени работы со стадом явился подбор родительских пар по индексу а тигенного сходства. Прежде всего, - это одна из возможност получения гетерозиготного потомства, следовательно - гетероз са; кроме того использование метода способствовало сокращен сервис-периода и позволило повысить выход телят и их сохра ность.

В ходе исследований установлено, что при индексе ант генного сходства Ra<=0,2 оплодотворяемость в среднем состави 66,627.; 0, 2<Ra< 0,3 - 21,8Х; 0,3<Ra<0,4 - ИХ; Ra>0,4 - 1,4 Полученные результаты хорошо согласуются с данными других ис ледователей, наиболее благоприятной для осеменения являет величина Ra<0,3.

В данной работе исследовалась связь между признаками пр дуктивности - обильно- и жирномолочностью, в зависимости носительства аллелей В,С и SU систем. Биометрическая обработ подтвердила увеличение продуктивности у дочерей Игора 934966 унаследовавших по "Си-системе аллель CIL', по сравнению с н сительницами аллеля C1WX1.

ВЫВОД:

Использование генетических маркеров - эритроцитарных а тигенов групп крови позволило решить комплексно проблему оце ки генотипа на нескольких уровнях: от молекулярного до попул ционного. Разработанная теория генетических маркеров, cytgeq венно повышает интенсивность селекции. Для совершенствован! селекционно-племенной работы с высокопродуктивными популяция сельскохозяйственных животных необходимо основывать работу учете четких генетических закономерностей.

4.3. Анализ селекционного процесса на промежуточных этаг межпородной гибридизации Без точного знания динамики и направленности генетиче ких процессов а популяциях сельскохозяйственных животных.

висиыости от селекционных воздействий и других факторов, не-зможно правильно оценить ответ на селекционные воздействия в адах и породах. В разделе 4.3 дана характеристика_популяци-ных процессов в ходе межпородной гибридизации. Формирование аых типов Сибирского красно-пестрого и черно-пестрого скота эходило поэтапно с постепенным изменением генофонда исходных род. Современный уровень развития науки позволяет взять под ятроль генетические процессы, которые при этом происходят в туляциях.

В подразделе 4. 3.1 дана характеристика генетических про-:сов в красно-пестрых гаремных популяциях. Высокие расчетные 1чения показателей межлинейного генетического сходства сви-гельствовали об отсутствии генетических различий, следова-1ьно, система линейного племенного разведения в том виде, а гором она реализуется, на данном этапе носит формальный ха-стер. Это побудило произвести расчеты показателей межпопуля->нного сходства, которые также не выявили генетических раздай между голштинизированными стадами красно-пестрого скота.

Все вышеизложенное подтверждает, с одной стороны, слабую •ультативность использования системы линейного разведения, а 1 виде, в котором она реализуется на местах, с другой - макающую опасность сужения генофонда стад в условиях крупноштабной селекции при необоснованном использовании ограничено количества быков на крупных массивах маточных стад.

Следует отметить, что в основе отсутствия генетических личий между животными голштинских линий и гибридных голшти-ированных популяций лежит недифференцированная генетическая уктура исходных симментальских линий.

Слабые генетические различия между линиями в пределах од-о хозяйства объясняются издержками селекционно-племенной оты, которые могут выражаться в необоснованном, зачастую то интуитивном кроссировании в сочетании с использованием откого ротационного цикла, который явно недостаточен приме-ельно к создавшимся условиям.

В подразделе 4. 3.2 охарактеризованы генетические процессы популяциях черно-пестрого типа. Итоговый анализ полученных ультатов привел к заключению, что наибольшее влияние гено-да голштинов, проявилось на массиве стада ГПЗ "Элита". Ис-ьзование тех же самых голштинских линий - ВБА, СТР, РС на

массивам других материнских стад пока не оказало решающ« воздействия на их генофонд. Расчетные значения показателей i нетического сходства свидетельствовали, что на данном эт< формирования Красноярского типа Сибирского черно-пестрого ci та отсутствует главная опасность крупномасштабной селекци! сужение генофонда.

Негативное результирующее влияние существующей сист< племенной работы на развитие селекционного процесса выража! ся, в первую очередь, в незначительных генетических дистанц] между помесями различных голштинских линий внутри каждого с^ да. Можно полагать, что слабо прослеживающаяся межлиней! дифференциация внутри популяций связана с процессами межлин« ной и межпородной миграции генетического материала, a Tai является следствием кроссов линий с несформировавшейся и i консолидированной генетической структурой. Межпородная гиб] дизация черно-пестрого скота с голштинофризами оказывает ме] выраженное, чем можно было бы ожидать, влияние на генетичеа особенности формирующихся популяций.

Ротация линий, в том виде, в котором этот процесс pea. зуется в системе племенной работы в крае, является сдержив) щим фактором. Подводя итог исследованиям, изложенным в дан! разделе следует отметить, что межпородная гибридизация i создании красно-пестрых и черно-пестрых племенных голштини: рованных популяций в Красноярском крае а своей основе им< разные по характеру и направлению развития генетические п] цессы.

В подразделе 4.3.3 рассматриваются и обсуждаются реэу. таты энтропийного анализа, который применялся для характер: тики популяционных процессов.

ВЫВОДЫ:

1. Межпородная гибридизация в Красноярском крае изначал: в своей основе имела не консолидированный по наследственно! исходный селекционный материал "мозаичной" генетической стр; туры.

2. Слабая дифференцированность исходного селекционного i териала в сочетании с мозаичной гетерогенностью генофо! улучшающей породы создала ситуацию, затрудняющую прогнозиро ние развития селекционного процесса.

3. В каждой из племенных популяций ответ на голштиниза:

гл не только отличительные особенности,но и индивидуальный эактер проявления с присущими ему специфическими чертами, горые невозможно экстраполировать на процесс селекции в це-«.

4. Негативным результатом существующей системы племенной 5оты явилось отсутствие выраженной межлинейная дифференциа-I внутри популяций, обусловленной бесконтрольными процессами слинейной и межпородной миграции генетического материала и >ссированием линий с несформировавшейся и неконсолидирован-k генетической структурой.

5. Межпородная гибридизация черно-пестрой и голштинской юд на данном этапе оказала слабое результирующее влияние на жирование генетических особенностей племенных популяций.

6. Двухгодичный ротационный цикл голштинских линий для по-1яций, не имевших четкой межлинейной дифференциации, явился ¿тором, сдерживающим селекционный процесс.

7. Формирование племенных голштинизированных красно-пест-t и черно-пестрых популяций в Красноярском крае в своей ocie имело разные по характеру и направлению развития генети-:кие процессы.

8. Показатели знтропийности и уровня информативности сви-:ельствуют о наличии квазидетерминированных (0,i<Rh<0,3) и гаятностных (Rh<0,1) процессов в племенных популяциях.

9. Наибольшие значения показателя информативности (Rh) гвлены при исследовании гаремных популяций, что свидетельст->т об "определенной" предсказуемости последствий селекцион-i воздействий.

10. Показатели организованности и знтропийности могут слу-•ь оценочными критериями результативности селекционных воз-[ствий, при управлении селекционным процессом. Однако, для [имания информации необходимо знание ее кода, который на :тоящий момент известен только для генетической информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа имела своей целью разра-ку концептуальной модели эколого-генетического мониторинга пномасштабных селекционных программ, в основу которой были заложены принципы междисциплинарного многоуровневого сис-ного подхода.

- 48 -

Особенностью данной работы являлось использование не 1 диционного фонового, а импактного мониторинга, воздействуют факторами в котором являлись межпородная гибридизация в сс тании с адаптацией голотинских иммигрантов из-за рубежа и г ридных генотипов первого-третьего поколений (Р1-Р3) в услон Красноярского края.

При решении проблем мониторинга крупномасштабных прогр проявилась объективная необходимость параллельного веде исследований в популяциях племенных быков и массивов племен гаремных стад. Практическая реализация поставленной цели б взаимоувязана с программой крупномасштабной селекции в Крас ярском крае, а результаты работы, ежегодно внедряясь в прак ческую селекцию, являлись формой контроля за ее развитием способствовали научно-обоснованной своевременной коррекции.

Междисциплинарная концепция эколого-генетического мони ринга, развиваемая автором в диссертации, и комплекс мето ческих разработок направлены на развитие теории системной ганизации селекционной работы в целом, а также на эффектив реализацию программы крупномасштабной селекции в Красноярс крае.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Монография

Эколого-генетическое прогнозирование а реализации к пномасштабных селекционных программ. Изд-во Красноярского сударственного аграрного университета, Красноярск,1994,396с

II. Научные публикации

1.*Изучение белковых компонентов мембраны эритроцит' Известия СО АН СССР серия биологических наук, вып. 2. - Ново бирск. - 1984.- С. 96-99.

2. «Изучение антигенных детерминант эритроцитов в х старения клетки//Тр. Тбилис. ун-та.Часть II/IV Всесоюзная жуниверситетская конференция по "Биологии клетки". 15-20 кабря 1985 г., Тбилиси,1985г. С. 631-633

3.«Полиморфизм групп крови крупного рогатого скота и применение в селекционной работе//Тез. докл. краевой нау конф. 11-12 мая 1988г., Красноярск, 1988г. С.65.

4.*Иммуногенетические исследования в популяциях крупн рогатого скота//Тез. докл. краевой научн. конф. 11-12

- 49 -

Î8r., Красноярск,1988г. С.64.

5.«Оценка уровня генетической дифференциации между попу-}ияыи крупного рогатого скота Красноярского края//Молодежь и гчно-технический прогресс/Тез. докл. краевой конф.19 мая 1989г7 исноярск, 1989г. С.89.

В.«Генетический метод подбора родительских пар в животно-1стве//Молодежь и научнотехнический прогресс/Тез. докл. кра-)й конф. 19 мая 1989г. Красноярск.1989г. С. 90.

7.Иммуногенетический анализ. 4.1. Методические рекоменда-r/Красноярск, КСХИ, 1988г. 17с.

8.«Целевая селекционно-племенная программа по созданию ¡мпродуктора в учхозе "Мендерлинскоеп//Красноярск, 1988. 43с.

9.Биотехнология. Методические указания//Красноярск, КСХИ, )9г. 36с.

10.«Злектронномикроскопические исследования гамет быковп-[зводителей племпредприятий Красноярского края//Красноярск, [И, 1990г. Деп. 28.09.90. N 5195 - В90.26с.

11.«Использование нуклеиновых кислот для прогнозирования гочной продуктйвности//Красноярск,КСХИ,1990г.Деп. 28.09.90. ¡197 - В90.8с.

12. Иммуногенетический анализ в практической селекционной >оте//Красноярск,КСХИ,1990г. Деп. 22. 10. 90. N 5423 - В90. 27с.

13. «Использование элементов системы генетического контроля :елекции крупного рогатого скота//Красноярск, КСХИ,1990г. г. 28.09.90. N 5193 - В90. 11 с.

14.«Оценка иммуноглобулинового статуса крупного рогатого )та племенных хозяйств Красноярского края//Красноярск, КСХИ, Юг. Деп. 28.09.90. N 5196 - В90. 9с.

15.«Биохимические исследования в популяциях крупного рога-•о скота//Красноярск,КСХИ,1990г. Деп. 28.09.90. N 5194-В90.15с.

16.Эмбриоинженерия - проблемы и перспективы//Красноярск, У,1991г. 40с.

17.« Комплексная программа интенсификации молочного ското-ства в колхозах и совхозах Красноярского края на 1990-2000 /Красноярск, 1990. 10 п. л.

18.«Зависимость оплодотворяемости коров от индекса анти-ного сходства с быками-производителями// Иммунология репро-4ии. Киев,1990г./ Тез. докл. 4-го Всесоюз. симпоз. с между. участием. С. 82.

- 50 -

19.Биотехнологические аспекты подбора родительских пар хивотноводстве//Биотехнология и воспроизводство в животново; тве/Теэ. докл., 27-26 ионя 1991г.,Горки, 1991г. С.75-76.

20.Биотехнологические аспекты селекции молочного о та//Всесоюз. конф. по с.-х. биотехнологии, Целиноград, 25-28 ию! 1991.Целиноград, 1991. С. 145-146.

21. «Характеристика красно-пестрого молочного скота Крас! ярского края по эритроцитарным антигенам//Молодежь-аграрж производству/Тез. докл. кон|. Красноярск, 12-15 ноября 1991 Красноярск. 1991. С. 24-25.

22. *Иммуногенетические методы в практической селекцион! работе//Молодежь-аграрному производству/Тез. докл. кон). Кр< ноярск, 12-15 ноября 1991г. Красноярск. 1991. С. 28.

23.АМалый практикум по эмбриоинженерии а сельскохозя! твенном ВУЗе//Биотехнология и воспроизводство в животноводе! /Тез.докл., 27-28 июня 1991г.,Горки. 1991г. С. 77-78.

24.*Цитогенетические исследования быков производителе используемых в системе разведения в Красноярском крае//Мо; дежь-аграрному производству/ Тез. докл. конф. Красноярс 12-15 ноября 1991г. Красноярск. 1991. С. 25.

25.«Разработать и внедрить систему генетического контре и управление совершенствованием молочного стада в племен* хозяйствах. //Краснояр. гос.аграрный ун-т. -Красноярск,1991. -12 - деп.в ВИНИТИ N гос.рег.0100004159.- N инв. 029.20.012630.

26.*Иммуногенетический контроль в племенной работе с к лочным стадом племенных хозяйств края//Крас.гос. агроун-а Красноярск, 1991.-50с.-ДСП. в ВИНИТИ N гос. рег. 01890079932. I

27.* Экспертиза достоверности происхождения племенного I лодняка хозяйств Красноярского края в 1992г./ Наука-сельско> зяйственному производству/Тез. науч. кон), проф. преп. состг КрасГАУ, Красноярск, 1993. С.59-60.

28.«Цитогенетические исследования быков-производителе! Наука-сельскохозяйственному производству/Теэ. науч. конф.пр< преп.состава КрасГАУ, Красноярск, 1993. С. 62-63

29.*Иммуногенетический анализ при оценке потенциала п] дуктивности линий//Научно-технический прогресс и рынок/ Т| докл.Красноярск,29 мая, 1992. Красноярск. 1992. С. 24.

30.*К вопросу о генетической структуре популяций крас пестрого скота ряда племенных хозяйств Красноярского кра

5ГЧНО-технический прогресс и рынок/Тез. докл. Красноярск, 29 я, 1992. Красноярск. 1992. С. 28.

___31. «Динамика показателей____гуморального иммунитета в ходе

пштинизации//Селекция с/х животных на устойчивость ^ болез^-повывение резистентности и продуктивного долголетия. Ы., ДИПлем. 1992.- Вып. 9.- С. 33-34. (Сборник докладов IV Сове-*ия-семинара по проблемам сельскохозяйственных животных, Су-1992г. )

32.«Генетические аспекты мониторинга гамет в условиях |гпномасштабной селекции. //Селекция с/х животных на устойчи-зть к болезням, повышение резистентности и продуктивного 1Голбтия. М., ВНИИПлем, 1992.- Вып. 9. - С. 106-107.(Сборник сладов IV Совещания-семинара по проблемам сельскохозяйствен-{ животных, Сумы 1992г.)

33. «Биохимическая оценка адаптивного резерва быков-произ-штелей разной линейной принадлежности. //Селекция с/х живот-< на устойчивость к болезням, повышение резистентности и )дуктивного долголетия. М., ВНИИПлем, 1992.- Вып. 9.130-131. (Сборник докладов IV Совещания-семинара по пробле-I сельскохозяйственных животных, Сумы 1992г.)

34.«Оценка генетической гетерогенности аллелофонда на мас->е конкретного стада//Интенсификация производства продуктов ютноводства в Красноярском крае / Сб. науч.тр. Красноярск, \У. - 1994.- С. 99-108.

35.«Многофакторная оценка спермопродукции быков-производи-гей с учетом их линейной принадлежности//Интенсификация про-юдства продуктов животноводства а Красноярском крае/Сб. натр. Красноярск, КГАУ. 1994.-С.108-119.

ЗВ.«The humoral immunity singular!tis of the new-born stein cross-breed/ Internftional Symposium "Immunology of iroduction" Oktober 19-22, 1993, Kiev, Ukraine.- 1993.82.

ssasesBix*,,*

аботы в соавторстве

исаз N 311. Объем п. л. 3.0. Тираж 100 экз. »дписано к печати 25.11.94 г.