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
Массовый отбор в селекции: примеры
Селекция представляет собой науку, выводящую новые сорта растений, пород животных, микроорганизмов. Основным критерием выбора нового, лучшего материала является индивидуальный и массовый отбор как метод селекции.
Обычно селекционирование проводится скрещиванием и мутацией генов родительских экземпляров, а затем выполняется искусственный отбор. Все новые породы, сорта, штаммы, созданные человеком, имеют определенные морфологические и физиологические свойства. Каждый вид приспособлен для определенных климатических зон. Все выведенные новинки проверяются, сравниваются с другими сортами на специальных станциях.
Массовый метод отбора растений
Массовый отбор в выведении новых сортов растений предусматривает опыление сразу большого количества растений. Чаще всего этот метод применяется при выведении новых сортов ржи, кукурузы, подсолнечника, пшеницы. При отсеве этих культур новые сорта состоят из гетерозиготных представителей вида и обладают уникальным генотипом.
Массовый отбор в селекции позволяет получить новые сорта с улучшенными качествами. Однако этот метод считается неустойчивым из-за высокой вероятности получить незапланированное перекрестное опыление (насекомыми, птицами).
Массовый отбор растений – это определение группы экземпляров растений, схожих между собой по установленным признакам. Для примера можно взять метод выведения нового поколения злаковых культур. Обычно получение сортов массовым методом селекционирования предполагает посев большого количества экземпляров с дальнейшей оценкой их развития и роста, устойчивости к болезням, вредителям. Также оценивается уровень скороспелости, требования к климату, урожайность. При выведении новых сортов ржи селекционерами отбираются только те экземпляры растений, которые оказались более стойкими к различным воздействиям и имеющие крупный колос с наибольшим числом зерен. При повторном посеве полученного материала опять отбираются только те виды растений, которые показали себя с наилучшей стороны. В результате такой работы получается новый сорт, с однородными генами. Это и есть массовый отбор. Примеры селекции ржи показывают, как проводится отбор растений.
Массовый отбор имеет множество достоинств, среди которых главным считается простота, экономичность и возможность в сжатые сроки получить новые сорта растений. К недостаткам следует отнести невозможность получить детальную оценку потомства.
Эффективность массовой селекции
При работе с самоопылителями и перекрестниками используют массовый отбор как метод селекции. Его эффективность зависит от гена, наследственности, величины отобранного образца.
Если отвечающие за признаки гены имеют устойчивые признаки, то результат отбора будет высоким.
При наследовании растениями желаемых признаков отбор прекращается, сорту присваивается название. При плохих показателях работа по отбору продолжается. Она длится до тех пор, пока селекционеры не получат всех желаемых результатов по урожайности, величине плодов, стойкости к вредным факторам, вредителям, болезням. Причем при массовом отборе иногда ранее отобранное потомство отличается от последующего, взятого от родителей с плохими показателями.
Для успешной селекционной работы важное значение имеет величина образца. Если берется материал с низкими показателями, то у растения возможно проявление инбридинговой депрессии, в результате которой снижается урожайность.
Массовый отбор наиболее эффективен при сочетании с дополнительными методами отбора. Чаще всего его применяют совместно с гибридизацией, полиплоидном методом выведения растений.
Гибридизация
Гибрид – это растение первого поколения, которое обладает повышенной жизнеспособностью и более высокой продуктивностью в сравнении с родительскими формами. При дальнейшем использовании семян гибридов заложенные родителями гены разрушаются.
Полиплоидный отбор
Метод полиплоидии также относится к гибридным. При создании новых сортов селекционеры применяют полиплоидию, которая приводит к увеличению размера клеток растения и умножению хромосом.
Большое количество хромосом повышает устойчивость растения к различным болезням и разным неблагоприятным факторам. При повреждении у растений нескольких хромосом остальные остаются неизменными. Все растения, полученные полиплоидным методом отбора, обладают отличной жизнеспособностью.
Примеры массовых отборов
Примером получения гибрида путем массового отбора является тритикале. Это растение получили путем скрещивания пшеницы и ржи. Новый сорт обладает высокой морозостойкостью, неприхотливо и устойчивостью ко многим болезням.
Российским академиком были получены новые пшенично-пырейные сорта растений, обладающие высокой устойчивостью к полеганию. Однако первые растения не подходили для получения посадочного материала, так как в их геноме содержались разные хромосомы, не участвующие в мейозе. При дальнейших исследованиях было предложено удвоить численность некоторых хромосом. Результатом работы стал амфидиплоид.
Селекционеры проводили скрещивание капусты с редькой. У этих растений число хромосом идентичное. Последний результат нес 18 хромосом, но он был бесплодным. Последующее удваивание числа хромосом привело к получению растения с 36 хромосомами и имеющему плоды. Полученный организм имел признаки капусты и редьки.
Еще одним примером гибридизации является кукуруза. Именно она стала родоначальником гетерозисных гибридов. Показатель урожая у гибридной культуры был выше на тридцать процентов, чем у родителей.
Заключение
При появлении новой линии отбираются только чистые растения. В ходе экспериментов определяются наиболее удачные комбинации гибридов. Полученные результаты фиксируются и используются для дальнейшего получения гибридных культур.
Выведение новых сортов, которые получают только массовым отбором, дали возможность получения высокоурожайных сортов пшеницы, риса, кукурузы, ржи. Примером таких работ являются сорта, выведенные российскими селекционерами. Это зерновые культуры «Саратовская-29», «Саратовская-36», «Безостая-1», «Аврора». Они устойчивы к полеганию, практически не болеют, способны давать стабильный урожай в любых климатических условиях.
Источник