Селекция растений – это наука, изучающая методы создания высокопродуктивных, устойчивых к
вредителям, болезням и неблагоприятным факторам среды сортов растений.
Сорт представляет собой группу растений одного вида с определенными наследственными свой-
ствами. Сорта, полученные в результате вегетативного размножения одного исходного растения, на-
зываются сорта-клоны. Сорта, полученные путем индивидуального отбора среди самоопыляющихся
растений, называются линии. Относительно гомогенные группы перекрестно опыляемых растений на-
зываются сорта-популяции.
Высокопродуктивные и/или устойчивые сорта создаются в определенных условиях (на селектив-
ных фонах). При изменении этих условий ценные качества сортов могут снижаться.
Особенности селекции
• Использование «центров происхождения»
Выдающийся русский ученый Н. И. Вавилов разработал учение о центрах происхождения культур-
ных растений. Согласно этому учению каждый вид имеет свой центр (см. таблицу), в котором наблюда-
ется его наибольшее генетическое разнообразие.
Центры происхождения некоторых культурных растений
Центр происхождения Растения
Средиземноморский Капуста, свёкла, маслины
Абиссинский Злаковые, сорго, кофе, арбуз
Центральноамериканский Кукуруза, подсолнечник, фасоль, тыква, какао
Южноамериканский Картофель, табак, томаты, ананас
Южноазиатский Рис, сахарный тростник, цитрусовые
Восточноазиатский Соя, просо, гречиха, слива, яблоня
Юго-западноазиатский Пшеница, виноград, горох, плодовые
Знание центров происхождения культурных растений имеет важное значение для селекционеров,
т. к. позволяет:
- получить необходимый для опытов исходный материал;
- знать гомологичные ряды наследственной изменчивости;
- выбрать методы получения новых сортов.
• Применение гибридизации
Гибридизация может быть близкородственной (скрещивание особей, линий или сортов одного
вида) и отдаленной (скрещивание растений разных видов или родов).
В зависимости от уровня, на котором осуществляется скрещивание, различают два типа отдален-
ной гибридизации:
1. in vivo
- основан на скрещивании генетически отличающихся особей;
- позволяет изучить механизмы несовместимости;
- позволяет сочетать в одном организме ценные признаки различных видов и родов;
- лежит в основе получения новых сортов.
Путем отдаленной гибридизации удалось получить гибриды редьки и капусты, пшеницы и ржи.
Скрещивая отдаленные сорта пшеницы, П. П. Лукьяненко получил новый сорт Безостая 1, давший на-
чало еще двум сортам – Аврора и Кавказ.
74 2. Селекция организмов. Биотехнологии
Культивирование растений in vitro:
а – исходные экспланты хризантемы; б – каллусная масса хризантемы; в – ризогенез (образование корней) у мяты;
г – регенерация растений хризантемы; д – регенерация растений гвоздики
a)
б) в)
г) д)
2. Селекция организмов. Биотехнологии 75
2. in vitro
- основан на слиянии генетически отличающихся клеток вне растительного организма;
- позволяет изучить на клеточном уровне и преодолеть механизмы несовместимости;
- позволяет переносить клеточные органоиды;
- находит применение для получения новых линий и сортов.
• Использование экспериментального мутагенеза
В отличие от животных, у растений можно получать мутантные формы, отличающиеся от исходной
большей продуктивностью и устойчивостью.
Преимущества экспериментального мутагенеза:
- предоставляет разнообразный исходный материал для селекции;
- позволяет получать высокопродуктивные сорта (например, пшеницы, сахарной свёклы, виногра-
да, картофеля, гречихи, овса и др.).
В качестве мутагенных факторов используют облучение и различные химические соединения (кол-
хицин и др.).
• Использование гетерозиса
Искусственное самоопыление (инбридинг) используется в селекции перекрестноопыляемых рас-
тений, что позволяет через 5–10 поколений получить чистые, гомозиготные линии. Как правило, эти
линии не обладают хозяйственно-ценными качествами, но при скрещивании двух чистых линий по-
лучают гибриды, имеющие повышенную продуктивность. Это явление получило название гетерозис.
Механизм гетерозиса достаточно сложен. Предполагают, что это может быть связано с: переходом
большинства генов в гетерозиготное состояние, взаимодействием генов, сверхдоминированием и др.
Полученные гибриды на 20–30 % превосходят родительские формы по урожайности. Но этот эф-
фект проявляется только в первом поколении гибридов, а в последующих поколениях постепенно
уменьшается.
Гетерозис применяется в селекции кукурузы, картофеля, томатов и др.
• Использование факторов внешней среды
Используя факторы внешней среды в качестве фона отбора, можно получить сорта с определенны-
ми свойствами.
Известный русский ученый-селекционер И. В. Мичурин для получения устойчивых к неблагопри-
ятным факторам среды растений выращивал исходный материал в условиях пониженной температуры
или на бедных почвах, вносил изменения в условия питания, заражал растения патогенами и т. д.
Путем отдаленного скрещивания французской груши с дикой уссурийской И. В. Мичурин получил
новый сорт, который сочетал в себе качества плодов с устойчивостью к заморозкам. Для этого он ис-
пользовал метод ментора: прививал в ствол гибридных деревьев побеги растений с плодами высшего
качества.
Кроме этих методов И. В. Мичурин использовал и другие, которые позволили ему создать более 300
сортов плодовых культур.
• Использование нетрадиционных методов селекции
В настоящее время, наряду с традиционными методами (массовый, индивидуальный отбор), всё
большее применение в селекции находят нетрадиционные методы и подходы – гаметная селекция, кле-
точная селекция.
Гаметная селекция
- проводится на уровне гамет (как правило, пыльцы);
- позволяет расширить спектр разнообразия исходного материала для отбора, т. к. каждое пыльце-
вое зерно представляет определенный генотип;
- открывает новые пути получения сортов с хозяйственно-ценными признаками (устойчивость к
неблагоприятным температурам, патогенам и др.).
Клеточная селекция
- проводится на клеточном уровне с использованием культур изолированных клеток;
76 2. Селекция организмов. Биотехнологии
- сокращает время получения нового сорта до 2–5 лет;
- совершенствует методы селекции растений.
В основе клеточной селекции лежат культуры изолированных тканей и клеток in vitro (см. рисунки
на с. 74). Благодаря этому методу можно выращивать фрагменты, ткани и клетки растений вне организ-
ма, на специально подобранных питательных средах, и получать путем регенерации новые растения.
Эта технология обеспечивает:
- клональное размножение ценных или исчезающих форм растений;
- получение безвирусного посадочного материала (декоративные растения, плодовые культуры и
др.);
- получение биологически важных веществ (алкалоиды, каротиноиды и др.).
В современной селекции используют и последние достижения молекулярной биологии. К ним от-
носится технология рекомбинантной ДНК, которая позволяет переносить гены и получать генетиче-
ски модифицированные (трансгенные) растения. С помощью этой технологии можно перенести гены
синтеза биологически активных веществ, гены устойчивости к патогенам и вредителям, пестицидам,
гены аромата фруктов и т. д.
В настоящее время получены трансгенные растения многих видов, однако их производство и упо-
требление требует осторожности по ряду причин, и, в первую очередь, для того, чтобы не нарушить
динамическое равновесие в природе.
вредителям, болезням и неблагоприятным факторам среды сортов растений.
Сорт представляет собой группу растений одного вида с определенными наследственными свой-
ствами. Сорта, полученные в результате вегетативного размножения одного исходного растения, на-
зываются сорта-клоны. Сорта, полученные путем индивидуального отбора среди самоопыляющихся
растений, называются линии. Относительно гомогенные группы перекрестно опыляемых растений на-
зываются сорта-популяции.
Высокопродуктивные и/или устойчивые сорта создаются в определенных условиях (на селектив-
ных фонах). При изменении этих условий ценные качества сортов могут снижаться.
Особенности селекции
• Использование «центров происхождения»
Выдающийся русский ученый Н. И. Вавилов разработал учение о центрах происхождения культур-
ных растений. Согласно этому учению каждый вид имеет свой центр (см. таблицу), в котором наблюда-
ется его наибольшее генетическое разнообразие.
Центры происхождения некоторых культурных растений
Центр происхождения Растения
Средиземноморский Капуста, свёкла, маслины
Абиссинский Злаковые, сорго, кофе, арбуз
Центральноамериканский Кукуруза, подсолнечник, фасоль, тыква, какао
Южноамериканский Картофель, табак, томаты, ананас
Южноазиатский Рис, сахарный тростник, цитрусовые
Восточноазиатский Соя, просо, гречиха, слива, яблоня
Юго-западноазиатский Пшеница, виноград, горох, плодовые
Знание центров происхождения культурных растений имеет важное значение для селекционеров,
т. к. позволяет:
- получить необходимый для опытов исходный материал;
- знать гомологичные ряды наследственной изменчивости;
- выбрать методы получения новых сортов.
• Применение гибридизации
Гибридизация может быть близкородственной (скрещивание особей, линий или сортов одного
вида) и отдаленной (скрещивание растений разных видов или родов).
В зависимости от уровня, на котором осуществляется скрещивание, различают два типа отдален-
ной гибридизации:
1. in vivo
- основан на скрещивании генетически отличающихся особей;
- позволяет изучить механизмы несовместимости;
- позволяет сочетать в одном организме ценные признаки различных видов и родов;
- лежит в основе получения новых сортов.
Путем отдаленной гибридизации удалось получить гибриды редьки и капусты, пшеницы и ржи.
Скрещивая отдаленные сорта пшеницы, П. П. Лукьяненко получил новый сорт Безостая 1, давший на-
чало еще двум сортам – Аврора и Кавказ.
74 2. Селекция организмов. Биотехнологии
Культивирование растений in vitro:
а – исходные экспланты хризантемы; б – каллусная масса хризантемы; в – ризогенез (образование корней) у мяты;
г – регенерация растений хризантемы; д – регенерация растений гвоздики
a)
б) в)
г) д)
2. Селекция организмов. Биотехнологии 75
2. in vitro
- основан на слиянии генетически отличающихся клеток вне растительного организма;
- позволяет изучить на клеточном уровне и преодолеть механизмы несовместимости;
- позволяет переносить клеточные органоиды;
- находит применение для получения новых линий и сортов.
• Использование экспериментального мутагенеза
В отличие от животных, у растений можно получать мутантные формы, отличающиеся от исходной
большей продуктивностью и устойчивостью.
Преимущества экспериментального мутагенеза:
- предоставляет разнообразный исходный материал для селекции;
- позволяет получать высокопродуктивные сорта (например, пшеницы, сахарной свёклы, виногра-
да, картофеля, гречихи, овса и др.).
В качестве мутагенных факторов используют облучение и различные химические соединения (кол-
хицин и др.).
• Использование гетерозиса
Искусственное самоопыление (инбридинг) используется в селекции перекрестноопыляемых рас-
тений, что позволяет через 5–10 поколений получить чистые, гомозиготные линии. Как правило, эти
линии не обладают хозяйственно-ценными качествами, но при скрещивании двух чистых линий по-
лучают гибриды, имеющие повышенную продуктивность. Это явление получило название гетерозис.
Механизм гетерозиса достаточно сложен. Предполагают, что это может быть связано с: переходом
большинства генов в гетерозиготное состояние, взаимодействием генов, сверхдоминированием и др.
Полученные гибриды на 20–30 % превосходят родительские формы по урожайности. Но этот эф-
фект проявляется только в первом поколении гибридов, а в последующих поколениях постепенно
уменьшается.
Гетерозис применяется в селекции кукурузы, картофеля, томатов и др.
• Использование факторов внешней среды
Используя факторы внешней среды в качестве фона отбора, можно получить сорта с определенны-
ми свойствами.
Известный русский ученый-селекционер И. В. Мичурин для получения устойчивых к неблагопри-
ятным факторам среды растений выращивал исходный материал в условиях пониженной температуры
или на бедных почвах, вносил изменения в условия питания, заражал растения патогенами и т. д.
Путем отдаленного скрещивания французской груши с дикой уссурийской И. В. Мичурин получил
новый сорт, который сочетал в себе качества плодов с устойчивостью к заморозкам. Для этого он ис-
пользовал метод ментора: прививал в ствол гибридных деревьев побеги растений с плодами высшего
качества.
Кроме этих методов И. В. Мичурин использовал и другие, которые позволили ему создать более 300
сортов плодовых культур.
• Использование нетрадиционных методов селекции
В настоящее время, наряду с традиционными методами (массовый, индивидуальный отбор), всё
большее применение в селекции находят нетрадиционные методы и подходы – гаметная селекция, кле-
точная селекция.
Гаметная селекция
- проводится на уровне гамет (как правило, пыльцы);
- позволяет расширить спектр разнообразия исходного материала для отбора, т. к. каждое пыльце-
вое зерно представляет определенный генотип;
- открывает новые пути получения сортов с хозяйственно-ценными признаками (устойчивость к
неблагоприятным температурам, патогенам и др.).
Клеточная селекция
- проводится на клеточном уровне с использованием культур изолированных клеток;
76 2. Селекция организмов. Биотехнологии
- сокращает время получения нового сорта до 2–5 лет;
- совершенствует методы селекции растений.
В основе клеточной селекции лежат культуры изолированных тканей и клеток in vitro (см. рисунки
на с. 74). Благодаря этому методу можно выращивать фрагменты, ткани и клетки растений вне организ-
ма, на специально подобранных питательных средах, и получать путем регенерации новые растения.
Эта технология обеспечивает:
- клональное размножение ценных или исчезающих форм растений;
- получение безвирусного посадочного материала (декоративные растения, плодовые культуры и
др.);
- получение биологически важных веществ (алкалоиды, каротиноиды и др.).
В современной селекции используют и последние достижения молекулярной биологии. К ним от-
носится технология рекомбинантной ДНК, которая позволяет переносить гены и получать генетиче-
ски модифицированные (трансгенные) растения. С помощью этой технологии можно перенести гены
синтеза биологически активных веществ, гены устойчивости к патогенам и вредителям, пестицидам,
гены аромата фруктов и т. д.
В настоящее время получены трансгенные растения многих видов, однако их производство и упо-
требление требует осторожности по ряду причин, и, в первую очередь, для того, чтобы не нарушить
динамическое равновесие в природе.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu