Селекція рослин: основні методи і роль природного відбору
Селекція рослин: основні методи і роль природного відбору. Самозапилення перекрестноопиляемих рослин. Гетерозис. Поліплоїдія і віддалена гібридизація. Досягнення селекції рослин
В основі селекції рослин лежить штучний відбір, коли людина відбирає рослини з важливими його ознаками. До XVI-XVII ст. відбір відбувався несвідомо, тобто людина, наприклад, відбирав для посіву кращі, найбільші насіння пшениці, не замислюючись про те, що він змінює рослини в потрібному йому напрямку.
Тільки в останні століття людина, ще не знаючи законів генетики, став використовувати відбір свідомо чи цілеспрямовано, схрещуючи ті рослини, які задовольняли його в найбільшою мірою.
Однак методом відбору людина не може отримати принципово нових властивостей у розводяться організмів, так як при відборі можна виділити тільки ті генотипи, які вже існують в популяції. Тому для отримання нових порід і сортів тварин і рослин застосовують гібридизацію, схрещуючи рослини з бажаними ознаками і надалі відбираючи з потомства ті особини, у яких корисні властивості виражені найбільш сильно. Наприклад, один сорт пшениці відрізняється міцним стеблом і стійкий до вилягання, а інший сорт з тонкою Соломія не заражається стебловий іржею. При схрещуванні рослин з двох сортів в потомстві виникають різні комбінації ознак. Але відбирають саме ті рослини, які одночасно мають міцну соломину і не хворіють стебловий іржею. Так створюється новий сорт.
Основні методи селекції взагалі і селекції рослин зокрема – відбір і гібридизація.
Для перекрестноопиляемих рослин застосовують масовий відбір особин з бажаними властивостями. В іншому випадку неможливо отримати матеріал для подальшого схрещування. Таким чином отримують, наприклад, нові сорти жита. Ці сорти не є генетично однорідними.
Якщо ж бажано отримання “чистої лінії”, тобто генетично однорідного сорту, то застосовують індивідуальний відбір, при якому шляхом самозапилення отримують потомство від однієї єдиної особини з бажаними ознаками. Таким методом були отримані багато сортів пшениці, капусти та ін.
Для закріплення корисних спадкових властивостей необхідно підвищити гомозиготність нового сорту. Іноді для цього застосовують самозапилення перекрестноопиляемих рослин. При цьому можуть фенотипически проявитися несприятливі дії рецесивних генів.
Основна причина цього – перехід багатьох генів в гомозиготний стан. У будь-якого організму в генотипі поступово накопичуються несприятливі мутантні гени. Вони найчастіше рецесивні та фенотипически не проявляються. Але при самозапилення вони переходять в гомозиготний стан, і виникає несприятливе спадкове зміна. У природі у самозапильних рослин рецесивні гени мутантів швидко переходять в гомозиготний стан, і такі рослини гинуть, вибраковивая природним відбором.
Незважаючи на несприятливі наслідки самозапилення, його часто застосовують у перекрестноопиляемих рослин для отримання гомозиготних (“чистих”) ліній з потрібними ознаками. Це призводить до зниження врожайності. Проте потім проводять перехресне запилення між різними самозапильні лініями і в результаті в ряді випадків отримують високоврожайні гібриди, що володіють потрібними селекціонерові властивостями. Це метод межлинейной гібридизації, при якому часто спостерігається ефект гетерозису: гібриди першого покоління мають високою врожайністю і стійкістю до несприятливих впливів. Гетерозис характерний для гібридів першого покоління, які виходять при схрещуванні не тільки різних ліній, а й різних сортів і навіть видів. На жаль, ефект гетерозисний (або гібридної) потужності буває сильним тільки в першому гібридному поколінні, а в наступних поколіннях поступово знижується.
Основна причина гетерозису полягає в усуненні в гібридах шкідливого прояву накопичених рецесивних генів. Інша причина – об’єднання в гібридах домінантних генів батьківських особин і взаємне посилення їх ефектів. У селекції рослин широко застосовується експериментальна поліплоїдія, так як поліплоїди відрізняються швидким зростанням, великими розмірами і високою врожайністю.
В основі явища поліплоїдії лежать такі причини: кожному виду живих організмів притаманний суворо певний набір хромосом. У статевих клітинах всі хромосоми різні. Такий набір називається гаплоїдний і позначається буквою п. Клітини тіла (соматичні) зазвичай містять подвійний набір хромосом, званий диплоїдним (2n). Якщо хромосоми, подвоївши в процесі розподілу, не розійдуться в дочірні клітини, а залишаться в одному ядрі, то виникає явище кратного збільшення числа хромосом, зване полиплоидией. У сільськогосподарській практиці широко використовуються триплоїдні цукровий буряк, четирехплоідние конюшина, жито і тверда пшениця, а також шестіплоідная м’яка пшениця.
Отримують штучні поліплоїди за допомогою хімічних речовин, які руйнують веретено поділу, в результаті чого подвоїти хромосоми не можуть розійтися і залишаються в одному ядрі. Одне з таких речовин – колхіцин. Застосування колхіцину для отримання штучних полиплоидов є прикладом штучного мутагенезу, що застосовується при селекції рослин.
Шляхом штучного мутагенезу і подальшого відбору мутантів були отримані нові високоврожайні сорти ячменю і пшениці. Цими ж методами вдалося отримати нові штами грибів, що виділяють у 20 разів більше антибіотиків, ніж вихідні форми.
Зараз у світі культивують більше 250 сортів сільськогосподарських рослин, створених за допомогою фізичного та хімічного мутагенезу. Це сорти кукурудзи, ячменю, сої, рису, томатів, соняшнику, бавовнику, декоративних рослин.
При створенні нових сортів за допомогою штучного мутагенезу дослідники використовують закон гомологічних рядів М. І. Вавилова. Організм, який отримав в результаті мутації нові властивості, називають мутантом. Більшість мутантів має знижену життєздатність і відсіюється в процесі природного відбору. Для еволюції чи селекції нових порід і сортів необхідні ті рідкісні особини, які мають сприятливі або нейтральні мутації.
Віддалена гібридизація – це метод, при якому проводять схрещування рослин різних видів одного роду або навіть різних родів. Існують гібриди жита і пшениці, пшениці та дикого злаку егілопс. Однак віддалені гібриди, як правило, безплідні, так як у них неможливий нормальний процес дозрівання гамет через нездатність хромосом кон’югованих в профазі I мейозу.
До одного з досягнень сучасної генетики та селекції відноситься подолання безпліддя міжвидових гібридів. Вперше це вдалося зробити Г. Д. Карпеченко при отриманні капустяно-редечного гібрида. В результаті віддаленої гібридизації було отримано нове культурне рослина – тритикале – гібрид пшениці з житом (лат. Triticum – пшениця і Secale – жито). Віддалена гібридизація широко застосовується в плодівництві.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)