Селекция растений
С самого начала осознанной деятельности человек стремился отобрать для своего использования те растения, которые отвечали потребностями человека. Это касалось различных качеств растений. Для одних целей требовались определенные вкусовые качества, для других – определенный внешний вид растения, для третьих – устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды. Для того, чтобы получить растения с желаемыми качествами, возникла такая отрасль научно-практической деятельности, как селекция.
Селекция – это совокупность способов деятельности человека, направленных на создание новых и улучшения существующих разновидностей живых организмов (сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов).
Особенность селекции растений заключается в том, что на протяжении года происходит вегетация и созревание плодов. Одно растение может дать большое количество семян. Это означает, что при организации опытной работы можно в течении года получить результаты в большом количестве, которые легко отобрать по фенотипу и обработать статистически.
Общая характеристика методов селекции растений
Как известно, основными методами селекции являются гибридизация и искусственный отбор. Эти методы применяются одновременно и взаимно дополняют друг друга.
Гибридизация дает возможность получить организмы с определенным генотипом, а искусственный отбор позволяет отобрать организмы с определенными внешними признаками (фенотипом) и продолжить работу по их закреплению.
Кроме того в селекции растений применяется метод прививок. Это позволяет искусственно объединить части разных растений для дальнейшей селекционной работы.
Эффективность селекционной работы зависит от разнообразия исходного материала. В селекции растений эту проблему удается решить. Используя различные формы гибридизации в сочетании с искусственным мутагенезом. Благодаря применению последнего и дальнейшему отбору среди мутантных форм были созданы сотни новых сортов пшеницы, ржи, ячменя и других культурных растений. Теперь познакомимся с методами селекции растений подробнее.
Гибридизация
В селекции растений используются различные формы гибридизации: внутривидовое (близкородственное и неродственное) и межвидовое скрещивание.
- Близкородственным считается такое скрещивание, когда скрещиваемые особи имеют общих близких предков. Этот метод позволяет получить чистые линии растений с высоким процентом гомозиготности по большинству признаков.
- Неродственное скрещивание проводится между растениями одного вида, но не имеющими общих предков. Оно позволяет сочетать в гибридах различные качества одного и того же вида.
- Межвидовое скрещивание проводится между растениями, принадлежащими к разным видам.
Но довольно часто межвидовые гибриды стерильны. Причина заключается в количестве хромосом в кариотипе организмов. Но современная наука научилась преодолевать стерильность межвидовых гибридов. Например, И. В. Мичурин применял метод посредника. Чтобы преодолеть нескрещиваемость двух видов растений, он брал третье растение, скрещивал его с первым, а полученный гибрид скрещивал со вторым растением.
Полиплоидия
Полиплоидия – это явление увеличения количества хромосом в ядре клеток растения.
Достигается это различными способами. Если удвоение хромосом не сопровождается делением клетки, то мы можем получить диплоидную половую клетку, а затем – триплоидный гибрид. Еще есть способы получения явления полиплоидии – слияние соматических клеток или их ядер; образование гамет с нередуцированным числом хромосом вследствие нарушения мейоза.
Ученый-генетик Г. Д. Карпеченко применял методику воздействия на веретено деления различными мутагенами (химическими веществами, ионизирующим излучением, критическими температурами) с целью получения гамет с диплоидным набором хромосом и получением тетраплоидного гибрида.
Применяют и мутации, приводящие к кратному уменьшению числа хромосом. Это позволяет быстро получать формы растений, гомозиготные по большинству генов.
Метод прививок
Один из классических методов селекции растений заключается в искусственном объединении частей разных растений. На растущее растение (подвой) прививают часть (почку, побег) другого растения. Часть прививаемого растения называется привой. Прививка не является настоящей гибридизацией. Она приводит только лишь к ненаследуемым изменениям фенотипа объединенного растения, не изменяя генотип исходных форм. Но прививки способствуют сближению биохимических и физиологических процессов объединенных растений. Целью применения данного метода является усиление желаемых изменений фенотипа в результате сочетания свойств привоя и подвоя (например, морозоустойчивость северного подвоя и вкусовые качества южных сортов привоя или устойчивость подвоя против болезней). Кроме того в результате прививок могут проявляться новые качества, которые можно использовать в дальнейшей селекционной работе.
Некоторые сорта культурных растений при их размножении семенами быстро возвращаются к фенотипам предковых форм – «дичают». Поэтому единственным способом поддержания таких сортов является или вегетативное размножение, или их прививка к дичку.
Источник
1.2. Гибридизация в качестве основного метода создания гибридов и новых сортов растений
Скрещивание организмов, имеющих разную наследственность хотя бы по одному или нескольким признакам, называется гибридизацией, а особи, возникшие в результате такого скрещивания – гибридами.
Целями гибридизации являются:
1) повышение устойчивости растений против различных заболеваний, повреждений и вредителей, повышение зимостойкости и засухоустойчивости, а также увеличение жизнестойкости и долговечности растений; 2) повышение мощности и быстроты роста; 3) повышение декоративных качеств и комбинирование их с устойчивостью к газам, задымлению и т. п.; 4) повышение урожайности, качества плодов, содержания ценных веществ; 5) улучшение качества древесины – плотности, структуры и пр.
Гибридизация будучи процессом, на основе которого возникает и реализуется комбинативная изменчивость, является одним из факторов эволюции. Гибридизация может быть внутривидовой (в пределах одного вида) и отдаленной (между разными систематическими группами при которой происходит объединение разных геномов).
В селекции растений наиболее распространен метод гибридизации форм или сортов в пределах одного вида. С помощью этого метода создано большинство современных сортов растений. Отдаленная гибридизация – более сложный и трудоемкий метод получения гибридов. Основное препятствие получения отдаленных гибридов — несовместимость половых клеток скрещиваемых пар и стерильность гибридов первого и последующих поколений. Для первого поколения гибридов часто характерен гетерозис, выражающийся в лучшей приспособляемости, большей плодовитости и жизнеспособности организмов.
Различают гетерозис: 1) соматический, проявляющийся в более мощном развитии вегетативных частей у гибридных организмов; 2) репродуктивный, который выражается в более мощном развитии репродуктивных органов и повышении плодовитости и урожайности; 3) адаптивный, проявляющийся в повышении жизнеспособности и приспособленности растений к условиям среды.
В данном подразделе необходимо дать определение гибридизации, указать ее виды, обосновать основные закономерности наследования гомозиготных и гетерозиготных организмов, раскрыть роль гибридизации в создании новых сортов растений. Также необходимо привести основные сведения о гетерозисе как явлении и определить его связь с общей и специфической комбинационной способностью гибридных форм.
1.3. Типы и способы скрещиваний, которые используются при гибридизации
Гибридизация растений осуществляется путем скрещивания. В практической селекции используют различные способы и виды скрещиваний, выбор которых определяется рядом условий (биологическими особенностями растений, характером исходного материала, требованиями, предъявляемыми к новому сорту и пр.).
В настоящее время применяют следующие способы скрещиваний: комбинационное, трансгрессивное, межлинейное и отдаленное внутривидовое скрещивание.
Целью комбинационного скрещивания является комбинирование двух или нескольких признаков, имеющихся у различных особей; трансгрессивного – усиление в потомстве какого-то одного количественного признака. Межлинейное скрещивание – это скрещивание двух чистых, или инбредных линий с целью получения гетерозисного эффекта.
Для достижения поставленных целей селекции и в зависимости от применяемого способа скрещивания в селекции применяются различные типы скрещиваний. Все типы скрещиваний подразделяют на простые и сложные.
При простых скрещиваниях гибриды получаются на основе комбинации материнской и отцовской форм. Среди простых скрещиваний выделяют парные; диаллельные, когда каждая испытываемая линия или форма скрещивается со всеми другими линиями или формами; реципрокные, при которых каждый из двух сортов или форм в одном случае является материнской формой, а в другом – отцовской.
Сложными скрещиваниями называют скрещивания, когда в гибридизацию вовлекается более двух родительских форм или когда гибридное потомство повторно скрещивается с одним из родителей. Они подразделяются на: множественные когда материнское растение опыляется смесью пыльцы нескольких видов и сортов; возвратные, или беккроссы, при которых гибрид повторно скрещивается с одной из родительских форм; конвергентные, или насыщающие скрещивания, представляющие собой возвратные повторные скрещивания; ступенчатые, когда гибрид от простого скрещивания двух растений или двух сортов скрещивается с третьим новым сортом или новым растением, затем с четвертым и т. д.; межгибридные, при которых объединение наследственности нескольких родителей осуществляется не последовательно, как при ступенчатом, а параллельно после предварительного получения простых гибридов и последующего их скрещивания.
В данном подразделе необходимо подробно описать все способы и типы скрещиваний, которые используются при гибридизации, привести их схемы. Также целесообразно указать в каком случае применяется тот или иной тип скрещивания, их преимущества и недостатки.
Источник