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
Что такое чистые линии в биологии? Селекция на службе человека
В наше время активно развиваются биотехнологии и генетика. В России генетику и кибернетику в конце тридцатых годов прошлого века постигла плачевная судьба. «Народный» академик Трофим Денисович Лысенко, обласканный Советской властью, объявил генетику «продажной девкой империализма». Все разработки были прекращены, ученые, занимающиеся этой наукой, репрессированы. После 1956 года исследования были возобновлены. Для получения точных результатов опытов для генетических экспериментов необходимы генетически чистые линии животных и растений. Так что такое чистая линия в биологии?
Основное понятие о чистой линии
Чистая линия в генетике – это группа организмов, имеющих некоторые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. (Из свободной энциклопедии).
Таково определение чистой линии в биологии.
Эти организмы однородны, поскольку их генетический код идентичен. Они происходят от одного предка, либо у растений получены в результате самоопыления.
Выведением чистых линий селекционеры занимались задолго до появления генетики и понятии о генетическом коде. Например, знаменитая линия орловских рысаков. Изначально все они являлись потомками знаменитого Сметанки, рысака графа Орлова.
С помощью искусственного отбора в потомстве отбирались признаки, которые представляли интерес. Сейчас существует 11 чистых линий рысаков.
Так же выводились чистые линии кур с повышенной яйценоскостью и чистые линии коров, коз и других сельскохозяйственных животных. Что такое чистые линии и какое значение они имеют для сельского хозяйства? Это позволяет улучшать требуемые свойства животных, увеличивать их поголовье, получать продукцию нужного качества.
Естественный отбор в чистых линиях
Грегор Мендель, основоположник современной генетики, тоже интересовался, что такое чистые линии, и занимался их выведением у растений. Мендель использовал 22 подобные линии гороха. Исследуя изменчивость в организмах, он сформулировал свои знаменитые законы. Кроме того, он заметил, что чистые линии при естественном отборе часто нежизнеспособны.
В дикой природе при изменении внешних условий популяция с определенным набором генов часто не может быстро измениться.
Лабораторные мыши
Трудно переоценить, какое значение для науки имеют лабораторные мыши. Их используют и в клинических исследованиях, и как подопытных животных. Мыши заинтересовали исследователей, так как очень быстро размножаются. Лабораторные мыши были выведены в 19-м веке путем близкородственных скрещиваний (инбридинга). Через 18-20 поколений получаются животные, генетически абсолютно идентичные.
Их используют при исследованиях и в медицине. Поскольку они абсолютно идентичны, есть возможность сравнить группу, получающую определенный препарат, и контрольную. Причем результаты объективны и повторяются, чего невозможно достигнуть, используя обычных животных.
Правда, некоторые ученые считают, что называть лабораторных мышей чистой линией – это неправильно.
Особи одной группы могут внешне отличаться друг от друга. Это описывает понятие «норма реакции», т. е. возможный диапазон различия внешних признаков.
Так, что такое чистая линия, хорошо понятно также на примере самоопыления растений.
Использование в селекции чистых линий растений и животных совместно с современными методами генной инженерии обещают фантастические результаты. Может быть, отпадет необходимость убивать животных для получения мяса? Как в фантастических произведениях, животные будут давать мясо с живого тела? (Причем безболезненно?) Или мы будем иметь растения, не боящиеся вредителей и с повышенной урожайностью?
Источник
Методы селекции растений
Селекция – наука о выведении новых и улучшении имеющихся сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Для создания культурных сортов растений используют различные методы селекции.
Селекция
Большинство растений, которые современное человечество употребляет в пищу, является результатом селекции (картофель, томат, кукуруза, пшеница). На протяжении нескольких веков люди выращивали дикие растения, переходя от собирательства к земледелию.
Результатом селекции растений являются:
- высокая урожайность;
- питательная ценность растений (например, содержание белка в пшенице);
- улучшенный вкус;
- устойчивость культур к погодным условиям и болезням и вредителям;
- скороспелость плодов;
- интенсивность развития (например, «отзывчивость» на удобрения или полив).
Селекция решила проблемы с нехваткой пищи и продолжает развиваться, внедряя методы генной инженерии. Селекционеры не только улучшают вкусовые качества и повышают урожайность растений, но и делают их более полезными, насыщенными витаминами и важными для метаболизма химическими элементами.
Для успешной селекции необходимо понимать закономерности наследования признаков, особенности влияния среды, способы размножения культивируемых растений.
Методы
Основными методами селекции являются:
которые читают вместе с этой
Источник