Основные методы селекции растений
Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.
1. Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений, таких, как рожь, кукуруза, подсолнечник. При этом выделяют группу растений, обладающих ценными признаками. В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя даже от одного материнского растения обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.
2. Индивидуальный отбор эффективен для самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя, гороха). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. У любой особи тысячи генов, и так как происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.
3. Естественный отбор в селекции играет определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует целый комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.
4. Инбридинг используют при самоопылении перекрестноопыляемых растений, например, для получения чистых линий кукурузы. При этом подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса — жизненной силы, образуют початки более крупные, чем початки родительских форм. От них получают чистые линии — на протяжении ряда лет, производят принудительное самоопыление — срывают метелки с выбранных растений и, когда появляются рыльца пестиков, их опыляют пыльцой этого же растения. Изоляторами предохраняют соцветия от попадания чужой пыльцы. У гибридов многие рецессивные неблагоприятные гены при этом переходят в гомозиготное состояние, и это приводит к снижению их жизнеспособности, к депрессии. Затем скрещивают чистые линии между собой для получения гибридных семян, дающих эффект гетерозиса.
Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии — тем больший эффект гетерозиса, и первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30% (рис. 339).
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования: иногда гетерозиготное состояние по одному или нескольким генам дает гибриду превосходство над родительскими формами по массе и продуктивности. Но начиная со второго поколения эффект гетерозиса затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.
5. Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Рассмотрим, как это практически выполняется при создании новых сортов пшеницы. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в банке с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.
6. Очень перспективен метод получения полиплоидов, у растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.
Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются аутополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становится тетраплоидными (рис. 340).
7. Отдаленная гибридизация — скрещивание растений, относящихся к разным видам. Но отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не конъюгируют), и не образуются гаметы.
В 1924 году советский ученый Г.Д.Карпеченко получил плодовитый межродовой гибрид. Он скрестил редьку (2n = 18 редечных хромосом) и капусту (2n = 18 капустных хромосом). У гибрида в диплоидном наборе было 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных, но при мейозе редечные и капустные хромосомы не конъюгировали, гибрид был стерильным.
затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.
8. Использование соматических мутаций применимо для селекции вегетативно размножающихся растений, что использовал в своей работе еще И.В.Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.
9. Экспериментальный мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использование химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций, сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.
Многие методы селекции растений были предложены И.В.Мичуриным. С помощью метода ментора И.В.Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества; или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В.Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах, повышается их морозостойкость.
Источник
Особенности и методы селекции растений
В самом начале своей осознанной деятельности люди пытались отобрать для себя и использовать отвечающие их потребностям растения. Речь шла о различных качествах растений. С одной целью человеку были нужны определенные вкусовые качества, с другой — определенный внешний вид, с третьей — устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды.
Селекция как отрасль научно-практической деятельности и возникла потому, что появилась необходимость получить растения с желаемыми качествами.
Если говорить о селекции растений кратко, или вообще о селекции, то она представляет собой совокупность способов человеческой деятельности, которые направлены на создание новых и улучшение существующих разновидностей живых организмов.
Если речь идет о растениях, то это сорта растений. В иных случаях — породы животных и штаммы микроорганизмов.
Селекция растений имеют одну важную особенность: на протяжении года происходит процесс вегетации и созревания плодов. Даже одно растение способно дать очень много семян. Это значит, что в ходе организации опытной работы даже за год можно получить отличные результаты. Их можно легко отобрать по фенотипу и обработать статистически.
Методы селекции растений
Какие методы применяются в селекции растений? Известно, что основные методы селекции растений — гибридизация и искусственный отбор. Они всегда идут вместе и взаимно друг друга дополняют.
Благодаря гибридизации можно получить организмы, имеющие определенный генотип. Искусственный отбор же позволяет выбрать организмы с особенными внешними признаками (фенотипом) с продолжением работ по их закреплению.
Также в селекции растений может быть применен метод прививок. За счет этого метода есть возможность искусственного объединения частей разных растений для последующей селекционной работы.
Разнообразие исходного материала во многом определяет эффективность селекционной работы. Если говорить о селекции растений, то эта проблема вполне решаема: с помощью использования различных форм гибридизации в сочетании с искусственным мутагенезом. В частности, за счет искусственного мутагенеза и последующему отбору среди мутантных форм были созданы сотни новых сортов пшеницы, ячменя, ржи и прочих культурных растений.
Остановимся подробнее не отдельных методах селекции растений.
Метод гибридизации
В селекции растений применяют разные формы гибридизации: внутривидовое (неродственное и близкородственное) и межвидовое скрещивание.
Близкородственное скрещивание — это такое скрещивание, при котором у особей есть общие близкие предки. С помощью этого метода получают чистые линии растений с большим процентом гомозиготности по большинству признаков.
Неродственное скрещивание проводится между растениями одного вида: у них нет общего предка. Благодаря такому скрещиванию в гибридах сочетаются различные качества одного и того же вида.
Межвидовое скрещивание проводят между растениями, которые относятся к разным видам.
Часто межвидовые виды отличаются стерильностью. Все дело в количестве хромосом в кариотипе организмов. Однако современные ученые уже могут преодолевать стерильность межвидовых гибридов. К примеру, еще Мичуриным применялся метод посредника. Для преодоления нескрещиваемость двух видов, он брал третий вид и скрещивал его с первым. Полученный гибрид скрещивался со вторым растением.
Полиплоидия
Полиплоидия представляет собой явление, при котором увеличивается количество хромосом в ядре клеток растения.
Этого результата можно достичь несколькими путями. В случае, если при удвоении хромосом не происходит деление клетки, то можно получить диплоидную половую клетку, а после — триплоидный гибрид. Из других способов — слияние соматических клеток или их ядер, образование гамет с нередуцированным числом хромосом в результате нарушения мейоза.
Ученым-генетиком Г. Д. Карпеченко использовалась методика воздействия на веретено деления с помощью различных мутагенов: химических веществ, ионизирующего излучения, критических температур. Целью ученого было получение гамет с диплоидным набором хромосом, а также получение тетраплоидного гибрида.
Также применяются мутации, которые приводят в итоге к кратному уменьшению числа хромосом. Благодаря этому можно быстро получить гомозиготные по большинству генов формы растений.
Метод прививок
Классический метод селекции растений, суть которого — в искусственном объединении частей разных растений. На растущее растение (подвой) прививается часть (почка или побег) другого растения. Часть растения, которое прививается, называется привой. Прививку нельзя считать настоящей гибридизацией. В ее случае речь идет только о ненаследуемых изменениях фенотипа объединенного растения, а генотип исходных форм не меняется.
Однако за счет прививок происходит сближение биохимических и физиологических процессов объединенных растений. Цель использования этого метода — усилить желаемые изменения фенотипа в результате сочетания свойств привоя и подвоя. К примеру, можно говорить о морозоустойчивости северного подвоя и вкусовых качествах южных сортов привоя, или устойчивости подвоя против различных болезней.
Также в ходе прививок возможно проявление новых качеств, которые впоследствии можно использовать в селекционной работе.
Отдельные сорта культурных растений в случае размножения семенами быстро возвращаются к фенотипам предковых форм или, другими словами, «дичают». В этом случае единственное решение, направленное на поддержание таких сортов — вегетативное размножение либо их прививка к дичку.
Источник