Тема. Основы селекции

Все культурные растения, выращиваемые в настоящее время, произошли от дикорастущих предков. Преобладающее число растений, возделываемых на полях, огородах и в садах разных областей земного шара, приобрело свой культурный облик под воздействием человека.

Селекция – наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами.

Рассмотрим основные методы селекции.

  Искусственный отбор - выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами. Предшественник и основной метод современной селекции. Результатом искусственного отбора является многообразие сортов растений и пород животных.

 Для перекрестноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными.

 Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путём самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты.

Полиплоидия - Суть данного процесса заключается в увеличении числа наборов хромосом в клетках тканей организма, кратное одинарному (гаплоидному) набору хромосом В результате происходит увеличение размеров самих клеток и всего организма в целом. Это фенотипические проявление полиплоидии. Примерно 80% существующих ныне сортов разных видов культурных растений являются полиплоидами. К ним относятся овощные и плодово-ягодные культуры, злаковые, цитрусовые, технические, декоративные и лекарственные растения.

Ярким примером результата полиплоидии служит триплоидная сахарная свекла, которая в отличие от обычной, имеет большую урожайность вегетативной массы и более крупные размеры корнеплодов в сочетании с их повышенной сахаристостью и устойчивостью к различным болезням. Но триплоидные растения не дают потомства. Поэтому селекционеры могут получать гибридные семена только при скрещивании тетраплоидной и диплоидной форм. Вследствие доказанной стерильности триплоидных гибридов были получены бессеменные плоды арбуза, винограда, банана, которые пользуются большим спросом.

Гибридизация — основной метод селекции растений. Гибрид получают от скрещивания двух растений, относящихся к разным разновидностям, сортам, видам и родам. При слиянии половых клеток — гамет—получается зигота, дающая начало гибридному организму. Успех работы при гибридизации зависит от подбора родительских пар для скрещивания. Их подбирают по разным показателям: по экологическому признаку, по продуктивности и др.

Инбридин г (близкородственная) Самоопыление у перекрестноопыляющихся растений путем искусственного воздействия для получения гомозиготных (чистых) линий.

Аутбридинг (неродственная) Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций и гетерозиса. Потомство может быть бесплодным.

В разработку теории и практики селекции растений большой вклад внес ученый – селекционер Иван Владимирович Мичурин. знаменитый биолог- селекционер, создатель многих современных сортов плодово-ягодных культур. Произвел свыше 300 новых сортов плодовых деревьев и кустарников: яблони- 45 сортов, груши- 20 сортов, вишни- 13 сортов, черешни- 6 сортов, рябины- 3 сорта и т. Д Мичурин занимался межвидовой гибридизацией. Рассмотрим некоторые работы Мичурина.

Межвидовая гибридизация –скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами.

Вишня Краса севера - Этот гибридный сорт произошел от всхода (в 1885 г.) косточки вишни Владимирская ранняя, известной в г. Владимире под названием Бели, цветы которой были оплодотворены в 1884 г. пыльцой черешни Винклера белая. Скрещивание произведено при тщательной кастрации с принятием всех мер предосторожности при опылении. Таким образом, мы имеем в этом новом выведенном сорте гибрид простой кислой вишни с черешней. Плоды первых трех лет плодоношения были выдающейся величины, до 30 мм в диаметре, и совершенно белой окраски, вследствие чего новый сорт был сначала назван мною Белая морель, но в размножении его окулировкой на подвои из сеянцев простой красноплодной вишни (вероятно, под влиянием подвоя) привитые деревца стали приносить плоды розовой окраски с желтоватым боком, впоследствии перешедшим в сплошную розовую окраску всего плода. Из этого опыта становится очевидным, что новый белоплодный сорт вишни не следовало бы рано подвергать влиянию подвоя из сеянцев красной вишни. Изменение окраски плода вынудило меня заменить прежнее несоответствующее виду плодов название новым. Ввиду особой окраски плодов нового сорта и замечательной выносливости его к морозам я нашел более подходящим дать ему название Краса севера. Этот сорт вишни требует хорошей черноземной почвы, на которой он является очень урожайным. в своей работе Мичурин также использовал Межродовую гибридизацию – скрещивание представителей разных родов для получения новых растений.

Церападусы – это неизвестные ранее растения – гибриды между вишней и черемухой, которые в свое время были получены еще И.В. Мичуриным. С целью повышения зимостойкости вишен он решил ввести в их наследственность ген зимостойкости черемухи. У церападусов кисти плодов напоминают черемуху, а размеры плодов – вишню. Деревья церападусов высоко зимостойки, имеют мощную корневую систему и отличаются высокой устойчивостью к болезням, поэтому И.В. Мичурин предсказал этому растению большое будущее и рекомендовал поработать с ним с целью получения зимостойких подвоев для вишни и урожайных сортов вишни с кистями плодов, как у черемухи. Получение сорта с новыми, улучшенными характерными признаками называется гибридизацией. Как правило, она осуществляется посредством скрещивания местного сорта с южным с более высокими вкусовыми качествами. Однако из-за исторической приспособленности местного сорта к условиям существования данной местности у полученных гибридов доминирующими были признаков местного сорта.

Для того, чтобы гибридизация прошла успешно, Мичурин брал для скрещивания родителей из очень отдаленных между собой географических зон. Мичурин считал, что в этом случае не произойдет одностороннего доминирования, так как ни для одной из родительских форм условия существования не будут привычными. Основываясь на этом, можно управлять развитием нового полученного гибрида. В дальнейшем Мичурин практически доказал справедливость вышеприведенного утверждения, получив совершенно новый сорт груши Бере зимняя Мичурина. Он отличался крупными, лежкими плодами с хорошим вкусом, в то время как само гибридное растение переносило холод до — 36°. В качестве отца был взят южный сорт груши Бере рояль с крупными сочными плодами, а в качестве матери - дикая уссурийская груша с мелкими плодами и высокой зимостойкостью. Для обоих родителей условия средней полосы России были необычными.

Другой советский ученый, который работал над преодолением бесплодия межвидовой гибридизации был Георгий Дмитриевич Карпеченко. советский учёный - генетик. Как генетик известен своими работами в области отдаленной гибридизации. За счёт искусственно вызванной полиплоидии он впервые в мире смог получить плодовитые гибриды растений, относящихся к разным родам. Карпеченко работал с капустно-редечным гибридом, полученным в результате скрещивания растений из разных родов семейства крестоцветных. Как и многие межвидовые гибриды, он был стерилен, поскольку в каждой из клеток присутствовало по одной копии гаплоидного хромосомного набора редьки капусты. Хромосомы редьки и капусты не вступали в конъюгацию при мейозе, в результате чего невозможно было получить пыльцу и семезачатки, из которых после оплодотворения могли бы развиться семена гибридного растения. Разрушив веретено деления в мейозе, Карпеченко в 1924 году искусственно вызвал полиплоидию, удвоив хромосомный набор капустно-редечного гибрида. У этой новой полиплоидной формы каждая клетка содержала диплоидный набор хромосом редьки и диплоидный набор хромосом капусты. В результате конъюгация снова стала возможна, и способность к мейозу была восстановлена.

Хотя работа не оправдала надежд на получение капусто-редьки, сочетавшей полезные качества обоих овощей (гибрид был пригоден только для скармливания скоту), Карпеченко показал принципиальную возможность преодоления стерильности, возникающей при отдаленной гибридизации. Тем самым он заложил теоретические основы для использования отдаленной гибридизации в селекционной работе и существенно пополнил представления о возможных путях генной инженерии цветковых растений. Классическая работа Карпеченко по капустно- редичным гибридам была опубликована в 1927 году.

Николай Васильевич Цицин - советский ботаник, генетик и селекционер. С самого начала его заинтересовала проблема создания более продуктивных сортов главной продовольственной культуры — пшеницы — на основе отдаленной гибридизации культурных растений с дикорастущими видами. Работая агрономом одного из отделений зерносовхоза «Гигант» Сальского района Ростовской области, Цицин скрестил пшеницу с пыреем и впервые получил пшенично-пырейный гибрид, что стало началом его работы в этом направлении. Он широко вовлекал в скрещивание дикорастущие и культурные растения, прошедшие самостоятельные эволюционные пути, определившие их генетическую обособленность. Исследования, проводимые ученым в этом направлении, позволили создавать новые сорта растений, такие как многолетняя и зерно-кормовая пшеницы, межродовые пшенично-пырейные, пшенично-элимусные и ржано-пырейные гибриды. Тритикале — гибрид ржи и пшеницы. Создан в конце XIX века. Выращивался, в основном, на корм животным. Сегодня тритикале используется и как продовольственная, и как кормовая культура. Тритикале обладает повышенной морозостойкостью (больше чем у озимой пшеницы), устойчивостью против грибковых и вирусных болезней, пониженной требовательностью к плодородию почвы Тритикале является перспективной культурой для получения хлебопекарной муки и других продуктов питания, таких как печенье, макаронные изделия, тесто для пиццы и сухие завтраки. Основная трудность при переработке зерна тритикале с целью получить высококачественные сорта муки — отделить оболочки от эндосперма. В СССР пшенично-ржаные гибриды получали ещё начиная с 1920-х годов (Мейстер, Лебедев, Державин, Писарев).

Гетерозис (в переводе с греческого языка — изменение, превращение) — увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей. Сначала выводят ряд отличающихся друг от друга чистых линий, а затем производят межлинейное скрещивание. Межсортовые гибриды являются результатом скрещивания двух сортов. В селекции кукурузы чаще применяют сортолинейные и двойные межлинейные гибриды.

Мутагенез - важность искусственного мутагенеза трудно недооценить, ведь именно он служит важнейшим источником получения исходных материалов в селекции растений. Биологи уже научились применять ионизирующее излучение и химические мутагены, с помощью которых возможно увеличить число мутаций. Правда, вначале учёные не особо придавали значение искусственному мутагенезу, считая его просто очередным экспериментом. Вся важность этого открытия была понята не сразу, но когда, наконец, биологи осознали, насколько важен искусственный мутагенез в селекции растений, то сразу взяли на вооружение эту технологию.