Селекция растений - раздел селекции, занимающийся выведением новых и улучшением существующих сортов культурных растений, используемых человеком. Сортами называют искусственно созданные человеком популяции растений, характеризующиеся определенными наследственными признаками. Основные методы селекции растений: гибридизация, мутагенез и искусственный отбор.
Для отбора необходимо наличие различий между особями. Поэтому сначала проводят гибридизацию.
Гибридизация - это получение гибридов от различных типов скрещиваний. В селекции используют внутривидовую и отдаленную (межвидовую) гибридизацию. Внутривидовая гибридизация включает: близкородственное скрещивание - инбридинг и скрещивание не родственных организмов - аутбридинг.
ГИБРИДИЗАЦИЯ РАСТЕНИЙ
/
внутривидовая отдаленная (межвидовая)
/
инбридинг аутбридинг
Близкородственная гибридизация (инбридинг) растений основана на самоопылении перекрестноопыляемых растений. Самоопыление - процесс переноса пыльцы с пыльников на рыльце пестика того же цветка. Это приводит к переходу генов в гомозиготное состояние. Потомство, полученное от одной самоопыляемой особи, называется чистой линией. У особей чистых линий снижается жизнеспособность и урожайность. Это связано с тем, что в природе постоянно происходит мутационный процесс. Доминантные отрицательные (снижающие жизнеспособность) мутации сразу попадают под действие естественного отбора и элиминируются (устраняются). Поэтому большинство вредных (отрицательных) мутаций рецессивные и не проявляются у гетерозигот. При самоопылении рецессивные мутировавшие гены переходят в гомозиготное состояние и проявляются фенотипически, снижая жизнеспособность организмов. Не смотря на это, самоопыление широко используется в селекции растений для получения чистых линий, поскольку при скрещивании разных чистых линий между собой (межлинейная гибридизация) в первом поколении наблюдается эффект гетерозиса - гибридной силы (повышение жизнеспособности, урожайности, плодовитости у гибридов первого поколения). Гетерозис объясняется переходом почти всех генов в гетерозиготное состояние. Использование этого явления в сельском хозяйстве позволяет на 20-30% повысить урожайность сельскохозяйственных растений. Эффект гетерозиса ослабевает при последующих скрещиваниях, но его можно закрепить при вегетативном размножении (клубнями у картофеля, черенками у плодовых деревьев).
Скрещивание не родственных организмов (аутбридинг) позволяет объединить в одном организме ценные признаки различных сортов культурных растений. Аутбридинг широко использовался И.В. Мичуриным для выведения морозостойких сортов плодовых деревьев. Так, им был выведен сорт груши Бере зимняя Мичурина, который являлся гибридом зимостойкой уссурийской дикой груши, которая имела мелкие плоды, и южного теплолюбивого сорта Бере рояль с крупными сочными плодами. Полученный гибрид характеризовался крупными вкусными плодами, а само растение могло переносить морозы средней полосы России.
Отдаленная гибридизация растений позволяет сочетать в одном организме ценные признаки разных видов и родов. Получены гибриды: пшеницы и ржи - тритикале (Цицин); пшеницы и пырея (Цицин); малины и ежевики (Мичурин). Межвидовые гибриды обычно бесплодны, поскольку невозможна конъюгация хромосом разных видов при мейозе. Для преодоления бесплодия межвидовых гибридов используют аллополиплоидию (капустно-редечный гибрид).
Полиплоидия - это кратное гаплоидному набору увеличение числа хромосом (Зп, 4п и т.д.).
Полиплоидия
/
Автополиплоидия аллополиплоидия
Автополиплоидия - кратное увеличение числа наборов хромосом одного вида. Широко встречается у растений и используется в селекции для выведения новых сортов растений, поскольку полиплоиды имеют более крупные размеры, они более стойки к неблагоприятным условиям среды. Полиплоидными являются: рожь, ячмень, пшеница, яблоня, груша, хризантемы и многие др. У сахарной свеклы наиболее урожайны триплоидные сорта (3n). Поскольку триплоиды стерильны, необходимо каждый раз получать гибридные семена от скрещивания диплоидных и тетраплоидных форм. Возникновение полиплоидов связано с нарушением мейоза.
Аллополиплоидия - увеличение числа наборов хромосом двух разных видов. Карпеченко предложил использовать аллополиплоидию для преодоления бесплодия межвидовых гибридов. Так, он скрещивал редьку и капусту. Каждый исходный вид имеет 18 хромосом. Гаметы несут по 9 хромосом. Гибрид, полученный от скрещивания, имел 18 хромосом и был бесплоден, поскольку хромосомы разных видов не конъюгировали друг с другом. После удвоения числа хромосом каждого вида, был получен гибрид с 36 хромосомами (18 «капустных» и 18 «редечных»), в котором были созданы возможности для конъюгации хромосом редьки между собой и капусты между собой. Таким образом, полученный межвидовой гибрид стал плодовитым. В настоящее время искусственно получены аллополиплоиды при гибридизации различных видов растений.
После появления разнообразных организмов в результате гибридизации, проводят искусственный отбор - выбор человеком особей растений и животных, обладающих ценными хозяйственными признаками, для последующего разведения. Ч. Дарвин показал, что искусственный отбор является основным фактором, обусловившим возникновение сортов сельскохозяйственных растений и пород домашних животных.
ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР
/
бессознательный методический(сознательный)
/
массовый индивидуальный
Бессознательный искусственный отбор человек осуществлял уже с началом развития земледелия и одомашнивания животных. При этой форме отбора определенная цель не ставилась, а просто на племя оставлялись более ценные организмы.
С развитием селекции начал производиться методический искусственный отбор (отбор с заранее поставленной целью), благодаря которому создано существующее многообразие сортов культурных растений.
Различают две формы методического отбора: массовый и индивидуальный.
Массовый отбор основан на отборе по фенотипу. При этом выделяется группа особей, имеющих ценные для селекционера признаки. Однако поскольку один и тот же фенотип может быть при различных генотипах, поэтому при дальнейшем скрещиваниях отобранных особей наблюдается расщепление. В связи с этим массовый отбор используется многократно. Он эффективен, когда отбираются особи по качественным, просто наследуемым признакам (красные или белые цветки, желтая или зеленая окраска семян). Но при отборе особей по количественным, сложно наследуемым признакам (содержание крахмала в клубнях картофеля, количество зерен в колосе пшеницы), когда нужна предельно точная оценка генотипа, наиболее эффективен индивидуальный отбор.
Индивидуальный отбор базируется на выделении особей с известным генотипом и получению от них потомства. При этой форме желаемый результат достигается значительно быстрее. Работа селекционера начинается с создания группы растений с одинаковыми генотипами в результате самоопыления. В результате индивидуального отбора получаются сорта, представляющие собой одну чистую линию.
В процессе селекционной работы селекционер должен учитывать, что одновременно с искусственным отбором, который является основным средством изменения сорта, на организмы действует естественный отбор. Растения подвергаются воздействию факторов окружающей среды: температуры, влажности, освещения; вступают в сложные взаимоотношения с сорняками, вредителями, возбудителями заболеваний и т.д. Следовательно, естественный отбор действует одновременно с искусственным отбором и повышает приспособленность растений к условиям среды. Создаваемые селекционерами сорта всегда являются результатом двух одновременно действующих отборов: искусственного и естественного.
За предшествующие 100 лет селекция растений достигла значительных успехов. Так, если в начале века средняя урожайность злаковых была около 10-15 центнеров с гектара, то сейчас во многих развитых странах получают урожаи более 100 ц/га. Урожайность картофеля, сахарной свеклы, подсолнечника и других культур также возросла за это время в 5-10 раз. Селекционеры постоянно создают все новые сорта. Так, в настоящее время средняя урожайность картофеля в нашей стране составляет около 250 ц/га, а по новым сортам зарегистрирован урожай почти в 1000 ц/га. Своими работами селекционеры показывают, что творческие возможности человека в селекции растений безграничны.