Добір. Це основний метод створення вихідного матеріалу картоплі. На ранніх етапах селекційного процесу проводять негативний добір сіянців (F1), на більш пізніх – позитивний фндивідуальний або масовий добір клонів за комплексом господарсько цінних ознак. Добір сіянців проводять у нащадків від самозапилення сортів або гібридів (внутрішньо- або міжвидових). Так у США в ХІХ столітті був створений сорт Рання роза.
Головним методом спрямованого створення вихідного матеріалу є гібридизація.
Внутрішньовидова гібридизація. Наукова селекція картоплі в Україні розпочата на початку минулого століття, коли стали створюватися за державні і земські кошти дослідні станції. Міжсортовими схрещуваннями між інтродукованими з різних країн сортами картоплі були одержані перші українські сорти, які мали високу врожайність і відносну стійкість до низки хвороб. Але подальша гібридизація між сортами S. tuberosum ssp. europaeum не мала успіху, оскільки нащадки від таких схрещувань були нестійкими до хвороб і шкідників. Після створення міжвидовою гібридизацією нових сортів S. tuberosum ssp. hubridum знову стало можливим одержання високоврожайного, відносно стійкого до хвороб вихідного матеріалу.
Міжсортова гібридизація до цього часу широко використовується для створення сортів картоплі в Україні, Російській Федерації, Білорусі, Англії, Франції, Угорщині і інших країнах. При використанні даного метода важливі правильний підбір компонентів схрещування і одержання великого об’єму гібридних популяцій для спрямованого добору клонів з бажаними господарськими ознаками.
Міжвидова гібридизація. Цей метод створення вихідного матеріалу для селекції картоплі почав широко використовуватися на початку 30-х років минулого століття. До схрещувань залучалися дикі і культурні види картоплі, стійкі до різноманітних хвороб. Наприклад, вид S. demissum використовували для створення фітофторостійких сортів. Достатньо широко застосовується в селекції на підвищення крохмальності і польвої стійкоті до фітофтори і нематод вид S. аndigenum.
Міжвидова гібридизація утруднена в результаті несхрещуваності багатьох видів з сортами і сильного домінування небажаних ознак диких видів у гібридних нащадків (довгі столони, дрібні бульби, поганий смак і ін.). Щоб позбутися цих небажаних ознак, використовують насичуючі схрещування.
Метод насичуючих схрещувань. Сутність насичуючих схрещувань полягає в проведенні одноразових або багаторазових схрещувань кращих відібраних міжвидових гібридів F1 з сортом-рекурентом, який беруть за батьківську або материнську форму. Сорти картоплі можуть бути різними, оскільки насичуючі схрещування проводяться на рівні видів. Серед одержаних гібридів ВС1 добирають форми з найбільшим проявом позитивних ознак і, при необхідності проводять ще одне (ВС2) або декілька насичуючих схрещувань (ВС3, ВС4 і т.д.). Безперервне насичуюче схрещування застосовують при передачі моногенної домінантно спадкової ознаки при наявності надійних морфологічних маркерних ознак для визначення гібридних рослин. Якщо ознака контролюється рецесивними або множинними генами проводять переривчасте насичуюче схрещування. Бажані гібридні рослини добирають в F2 і повторно схрещують з кращими рослинами рекурентного сорту. В випадку передачі кількісної ознаки нащадків від кожного насичуючого схрещування можна вирощувати до одержання ліній F3. Якщо успадкування ознаки низьке і вона визначається полігенно, треба мати великі популяції F2 i F3. Для одержання високогетерозисних форм буває достатньо одного-двох насичувань – успіх залежить від конкретного дикого виду і рекурентного сорту. Цей метод широко використовується в багатьох країнах.
Для подолання несхрещуваності видів з сортами використовують різноманітні методи – посередника, запилення сумішшю пилку, але відомі і більш результативні.
Якщо від форми-донора необхідно передати дві або більше ознак, це зазвичай краще вдається при роздільній передачі кожної з них. Після завершення обох програм насичення ознаки можна об’єднати схрещуванням між собою відновлених форм.
Використання насичуючих схрещувань в селекції картоплі вимагає виконання трьох умов: 1) повинен існувати гарний рекурентний сорт, який необхідно покращити за однією або небагатьома ознаками; 2) повинні існувати батьки-донори, які мають ознаки, яких невистачає рекурентному сорту; бажано, щоб кожна з цих ознак визначалася одним або небагатьома генами; 3) число насичуючих схрещувань повинно бути достатнім для відновлення рекурентного сорту.
Специфічні переваги насичуючих схрещувань полягають у наступному: 1) оскільки покращення проводиться поетапно, попередні досягнення не втрачаються; 2) проведення селекційної програми може не залежати від умов зовнішнього середровища; 3) немає необхідності випробовувати одержані сорти; 4) дають змогу швидко досягати мети; 5) не потребують великого числа рослин; 6) одержані результати можна передбачати; 7) можливе повторення селекційної програми з таким самим результатом. Насичуючі схрещування найбільш реультативно застосовують при створенні сортів, які стійкі до хвороб.
Експериментальна поліплоїдія. Данний метод застосовують для перводу картоплі на більш високий рівень плоїдності і стимулювання їх схрещуваності з культурними сортами. Це проводять з використанням 0,4%-ного водного розчину колхіцину двома способами: капельним, коли колхіцин наносять на точку росту в фазі розвернутих сім’ядолей, і шляхом замочування насіння до появи корінців довжино 2 мм.
Експериментально одержані автотетраплоїди (з диплоїдів) або октоплоїди (з аллотетраплоїдів) схрещують з S. tuberosum. При цьому долається несхрещуваність, яка обумовлена відмінностями за рівнем плоїдності. Одержані поліплоїдні форми багатьох видів картоплі, що представляють інтерес для селекції, і деякі з них (S. acaule, S. stoloniferum, S. chacoense і ін.) залучені в гібридизацію з культурними сортами.
Диплоїдні сорти використовують у схрещуваннях з допомогою амфідиплоїдії. Більшість з них досить успішно утворюють між собою диплоїдні гібриди F1. Потім їх колхіцинують і схрещують з сортами, наприклад (S. vernei x S. chacoense) x S. tuberosum. В результаті одержують трьохвидові гібриди (3F1), які можна залучати в наступну гібридизацію з сортами, як батьківські або материнські форми, оскільки вони фертильні. З допомогою поліплоїдних форм одержані сорти-гібриди Бізон, Сафір, Грацилія, Біла ніч, Пересвіт.
Експериментальна гаплоїдія. Метод створення вихідного матеріалу грунтується на здатності культурних диплоїдних видів індукувати утворення дигаплоїдів в результаті гаплопартеногенезу у тетраплоїдних сортів і видів при запилення останніх пилком диплоїдів.
Перші дигаплоїди одержані Е.В. Івановською в 1939 р. при схрещуванні S. tuberosum x S. rubinii (2n = 24). В теперішній час для створення дигаплоїдів S. tuberosum i S. andigenum їх схрещують з кульурними диплоїдними видами S. phyreja, S. rubinii, S. stenotomum і іншими, але з використанням спеціально підібраних диплоїдних форм, які мають маркерні ознаки. Дигаплоїди можна одержувати і спрямованою дією хімічними реагентами, опроміненням пилку, затримкою запилення, з культури пиляків.
Дигаплоїди одного сорта сильно варіюють за низкою господарсько корисних ознак (урожайність, число і крупність бульб, забарвлення квіток, стебел і клубенів, темп розвитку і ін.) і часто мають стерільний пилок (дія S-алельної системи), тому в гібридизації використовуються в основному як материнські форми, але поодинокі дигаплоїди відрізняються фертильністю Вони гарно схрещуються з диплоїдними дикими і культурними видами і використовуються для переносу від останніх у диплоїдні гібриди генів, які контролюють позитивні ознаки. Оскільки вірогідність добору домінантних гомозигот при самозапиленні гібридів на диплоїдному рівні більша, ніж на тетраплоїдному, увагу селекціонерів привертає можливість роботи на диплоїдному рівні.
Селекція на гетерозис. У картоплі встановлено прояв ефекта гетерозису, особливо при міжвидових схрещуваннях сортів з культурним тетаплоїдом S. аndigenum, дигаплоїдними гібридами і диплоїдними видами. В Канаді при вивченні гібридних нащадків від схрещування S. tuberosum x S. tuberosum (T x T), S. tuberosum x S. andigenum (T x A), S. tuberosum x диплоїдні гібриди (4х х 2х) був виявлекний гетерозис за загальною врожайністю в комбінаціях Т х А і 4х х 2х, і відмічена його відсутність в комбінації Т х Т.
Гетерозис у схрещуваннях типу 4х х 2х обумовлений функціонуванням у диплоїдних форм нередукованих (2х) гамет, що виникають в результаті мейотичної ядерної реституції (відновлення). Ядерне відновлення, яке призводить до утворення ядер з нередукованим числом хромосом, може відбуватися при порушеннях як у першому поділі мейозу (FDR-гамети), так і в другому (SDR-гамети). Ці типи ядерного відновлення істотно різняться за характером і генетичними наслідками.
При утворенні FDR-гамет у першому поділі відсутня редукція хромосом, відбувається поділ центромер, спостерігається виникнення паралельних веретен в анафазі ІІ мейоза, яке контролюється гомозиготним рецесивним геном psps, і в нередуковані мікроспори потрапляють сестринські хроматиди. Такі гамети в значній мірі подібні одна одній і на 80% передають нащадкам генотип батьківської форми, При утворенні SDR-гамет в першому поділі мейоза відбувається редукція хромосом, в результаті чого в нередуковані мікроспори потрапляють гомологічні хромосоми. SDR-гамети більш гетерогенні, в них втрачається значна частка неалельних взаємодій, вони передають генотип батьківської форми лише на 40%.
Нащадки від схрещування 4х х 2х з участю FDR-гамет на 30 – 50% перевищують по врожайності нащадків від схрещуваннях 4х х 2х, але з участю SDR-гамет. У схрещуваннях типу 2х х 4х гетерозис грунтується на тому ж принципі виникнення нередукованих FDR-гамет лише в клітинах мегаспор. Продукуюча такі гамети батьківська форма зветься дипландроїдом, а материнська – диплогіноїдом. Подібні гамети знайдені у видів серії Сommersoniana, Coneoalata, Megistacroloba, Tuberosa, Pinnatisecta.
Крім того, в диплоїдів і вторинних дигаплоїдів знайдені мутантні десинаптичні форми, в метафазі І яких утворюються лише уніваленти, які дають в анафазі ІІ діаду 2х-гамет, що повторюють на 100% генотип диплоїдної батьківської форми. Такий механізм порушення поділу мейоза контролюється гомозиготним рецесивним геном dsds; життєздатні лише гамети, що одержані при дії механізма FDR (гамети FDR-Sy).
Опрацьовано декілька схем селекції картоплі з використанням гетерозиса.
1. 4х х 2х FDR – однонаправлена статева поліплоїдізація у диплоїдних гібридів-запилювачів (дипландроїд). У таких схрещуваннях в США перевищення врожайності гетерозисних популяцій порівняно з батьківськими формами становило від 7 до 29%.
2. 2х FDR x 2xFDR – двохстороння статева поліплоїдізація у диплоїдних видів.
3. 2хFDR x 4x – однонаправлена статева поліплоїдізація самонесумісних материнських диплоїдних форм (диплогіноїд).
4. 2хFDR x 2xFDR – двохстороння статева поліплоїдізація (десинаптичні форми) вторинних дигаплоїдів (мал. 44) стор. 427. Така схема вважається в США найбільш перспективною в селекції картоплі на гетерозис. Ефективність її залежить від ступеня генетичних відмінностей двох диплоїдних гібридів.
Мутагенез. У картоплі можуть виникати як генеративні, так і вегетативні (соматичні) мутації. Вони виникають спонтанно або під впливом мутагенних чинників. Спонтанні вегетативні мутації представляють в основному зміни забарвлення клубенів і квіток, пігментації листових пластинок, їхньої форми, розмірів. Господарсько цінні мутації при цьому виникають дуже рідкісно. Відомі сорти, які були відібрані в посівах як мутантні форми: Рассвєт, Бербанк, Ред Варба і ін
Індуковані мутанти картоплі одержують при використанні іонізуючого опромінення (гамма- і рентгенівське опромінення, швидкі нейтрони) і хімічні речовини (етіленімін і ін.). Обробляють насіння, бульби, вічка, паростки. Кількість і спектр мутацій залежать як від об’єктів обробки і їх фізіологічного стану, так і від виду мутагена, його дози, потужності і експозиції. Критичні значення дози опромінення для клубенів нижче, ніж для насіння, для наклюнутого насіння нижче, ніж для сухих. Дія гамма-опромінення більш жорстка, утворює більше хромосомних порушень, ніж інші види опромінення і хімічні мутагени. Найбільше число господарсько цінних ознак одержують при використанні швидких нейтронів. Найбільший вихід позитивних мутацій спостерігається при опроміненні гамма-променями насіння картоплі в дозі 150 Гр, на клубені – в дозі 40 – 60Гр.
Інбридинг. Це основний метод створення вихідного матеріалу гомозиготних ліній. Однак у картоплі він утруднений через стерільність багатьох сортів і неможливості одержати нащадків від їх самозапилення. У фертильних сортів уже в другому поколінні різко зменшується врожай клубенів і знижується здатність до ягодоутворення. Від схрещування інбредних ліній не одержано жодного високоврожайного сорту. З використанням інбридингу були виділені гомозиготні по скоростиглості лінії. Вони залучені до гібридизації і з їх участю створені скоростиглі сорти (Варба і ін.).
Клітинна селекція. Даний метод також дає змогу одержувати різноманітний вихідний матеріал для добору і наступної селекційної роботи.
Культуру тканини, як метод створення вихідного матеріалу для селекції, спочатку передбачалося використовувати для покращення старих сортів, які мають окремі недоліки. В процесі роботи стало зрозуміло, що рослини-регенеранти (протоклони, сомаклони) утворюють мінливість по великому числу ознак, інколи перевищуючи за їх значенням вихідні сорти.
Такий широкий спектр мінливості пояснюється не лише накопиченням точкових мутацій і хромосомних аберрацій в процесі вегетативного розмноження картоплі. Він виникає також при культивуванні популяції протопластів, клітин або каллусних експлантантів у селективних умовах, під впливом стимуляторів росту, в результаті соматичного кросинговеру.
В результаті вирощування на селективних середовищах одержані протоклони картоплі, стійкі до токсинів гриба Аlternaria solani, раси 1, 2, 3, 4, фітофтори, парші звичайної, а також регенеранти з каллусних експлантантів, що стійкі до токсину кільцеватої гнилі.
Метод злиття протопластів дає змогу створювати соматичні гібриди між окремими видами картоплі, коли виникнення їх статевим шляхом неможливе. Так, в Канаді слиттям протопластів одержані гібриди між видами S. tuberosum i S. brevidens.