Селекция растений в домашних условиях

Сегодня предлагаем ознакомиться со статьей на тему: "Селекция растений в домашних условиях" с комментариями специалистов. Мы подготовили материал на основе различных точек зрения и постарались полностью раскрыть тему.

Селекция

Это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика.

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.

Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала. Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры.

Центры происхождения культурных растений, выявленные Н.И. Вавиловым

1. Южноазиатский тропический Тропическая Индия, Индокитай, о-ва Юго-Восточной Азии Рис, сахарный тростник, цитрусовые, баклажаны и др. (50% культурных растений)
2. Восточноазиатский Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня и др. (20% культурных растений)
3. Юго-Западноазиатский Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, чеснок, виноград и др. (14% культурных растений)
4. Средиземноморский Страны по берегам Средиземного моря Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер (11% культурных растений)
5. Абиссинский Абиссинское нагорье Африки Твердая пшеница, ячмень, бананы, кофейное дерево, сорго
6. Центральноамериканский Южная Мексика Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник
7. Южноамериканский Западное побережье Южной Америки Картофель, ананас, хинное дерево
Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор

Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

Индивидуальный отбор

Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.

Естественный отбор

Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

Инбридинг (инцухт)

В центре гете­розис­ная куку­руза, слева и справа роди­тель­ские особи.

Так называется близкородственное скрещивание. Инбридинг имеет место при самоопылении перекрестноопыляемых растений. Для инбридинга подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса. Такие подобранные растения в течение ряда лет подвергаются принудительному самоопылению. В результате инбридинга многие рецессивные неблагоприятные гены переходят в гомозиготное состояние, что приводит к снижению жизнеспособности растений, к их «депрессии». Затем полученные линии скрещивают между собой, образуются гибридные семена, дающие гетерозисное поколение.

Гетерозис («гибридная сила») — явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30%. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии, тем больше эффект гетерозиса.

Р ♀AAbbCCdd × ♂aaBBccDD
F1    AaBbCcDd 

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Растения диплоид­ной (2n = 16) и тетра­плоидной (2n = 32) гре­чихи.

Аа × Аа
АА   2Аа   аа

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.

Отдаленная гибридизация

Восстановление плодови­тости капустно-­редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-­редечный гибрид.

Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.

Методика преодоления бесплодия у отдаленных гибридов была разработана в 1924 году советским ученым Г.Д. Карпеченко. Он поступил следующим образом. Вначале скрестил редьку (2n = 18) и капусту (2n = 18). Диплоидный набор гибрида был равен 18 хромосомам, из которых 9 хромосом были «редечными» и 9 — «капустными». Полученный капустно-редечный гибрид был стерильным, поскольку во время мейоза «редечные» и «капустные» хромосомы не конъюгировали.

Далее с помощью колхицина Г.Д. Карпеченко удвоил хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе «редечные» (9 + 9) хромосомы конъюгировали с «редечными», «капустные» (9 + 9) с «капустными». Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.

Использование соматических мутаций

Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

Читайте так же:  Цветок комнатный на длинной ножке

Экспериментальный мутагенез

Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.

  • Перейти к лекции №22 «Методы генетики человека»

  • Перейти к лекции №24 «Селекция животных»

  • Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Похожий материал:

►Методы селекции растений

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовыйииндивидуальный.

1. Массовый отборприменяют при селекцииперекрестноопыляемыхрастений, таких, как рожь, кукуруза, подсолнечник. При этом выделяют группу растений, обладающих ценными признаками. В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя даже от одного материнского растения обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

2. Индивидуальный отборэффективен длясамоопыляемыхрастений (пшеницы, ячменя, гороха). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, являетсягомозиготными называетсячистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. У любой особи тысячи генов, и так как происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.

3. Естественный отборв селекции играет определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует целый комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

4. Инбридингиспользуют присамоопылении перекрестноопыляемых растений, например, для получения чистых линий кукурузы. При этом подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальныйэффект гетерозиса— жизненной силы, образуют початки более крупные, чем початки родительских форм. От них получают чистые линии — на протяжении ряда лет, производят принудительное самоопыление — срывают метелки с выбранных растений и, когда появляются рыльца пестиков, их опыляют пыльцой этого же растения. Изоляторами предохраняют соцветия от попадания чужой пыльцы. У гибридов многие рецессивные неблагоприятные гены при этом переходят в гомозиготное состояние, и это приводит к снижению их жизнеспособности, к депрессии. Затем скрещивают чистые линии между собой для получения гибридных семян, дающих эффект гетерозиса.

Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминированияпредполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии — тем больший эффект гетерозиса, и первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30% (рис. 339).

А

Рис. 339. В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа чистые линии родительских форм.

АbbCCddxaaBBccDD

F1AaBbCcDd

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования: иногда гетерозиготное состояние по одному или нескольким генам дает гибриду превосходство над родительскими формами по массе и продуктивности. Но начиная со второго поколения эффект гетерозиса затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Аа хАа

АА2Аааа

5. Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Рассмотрим, как это практически выполняется при создании новых сортов пшеницы. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в банке с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

6. Очень перспективен метод получения полиплоидов, у растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

В

Селекция растений в домашних условиях 125

иды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются аутополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становится тетраплоидными (рис. 340).

Рис. 340. Растения диплоидной (2n= 16) и тетраплоидной (2n= 32) гречихи.

7. Отдаленная гибридизация — скрещивание растений, относящихся к разным видам. Но отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не конъюгируют), и не образуются гаметы.

В 1924 году советский ученый Г.Д.Карпеченко получил плодовитый межродовой гибрид. Он скрестил редьку (2n= 18 редечных хромосом) и капусту (2n= 18 капустных хромосом). У гибрида в диплоидном наборе было 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных, но при мейозе редечные и капустные хромосомы не конъюгировали, гибрид был стерильным.

С

Селекция растений в домашних условиях 121

Рис. 341. Восстановление плодовитости капустно-редечного гибрида.

помощью колхицина Г.Д.Карпеченко удалось удвоить хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе редечные (9 + 9) хромосомы конъюгировали с редечными, капустные (9 + 9) с капустными. Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), (рис. 341) пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а

затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.

8. Использование соматических мутаций применимо для селекции вегетативно размножающихся растений, что использовал в своей работе еще И.В.Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

9. Экспериментальный мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использование химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций, сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.

Многие методы селекции растений были предложены И.В.Мичуриным. С помощью метода ментора И.В.Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества; или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В.Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах, повышается их морозостойкость.

Читайте так же:  Домашний цветок кливия

В гетевские времена, как вспоминал сам Гете, в Карлсбаде — на карте не ищите, теперь это Карлови Вари — на водах отдыхающие любили определять в букетах растения по Линнею. Эти букеты пьющим в тени колоннады минеральные воды (гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридно-натриевые — к сведению собирающихся в Karlovy Vary) доставлял ежедневно молодой красивый садовник, вызывающий у бледных одиноких дам повышенный интерес.

Правильное определение каждого растеньица было делом чести и успеха у садовника, поощрявшего за скромную плату невинные ботанические увлечения. Трудно сказать почему — из-за ревности ли к садовнику, или к Линнею, но поэт жестко разошелся с Линнеем в принципах систематики растений. Линней, как известно, искал в растениях различия, Гете же стал искать общее и этим, надо сказать, сделал первый шаг к генетической систематизации растений.

Увлечение женщин ботаникой можно было понять: система Линнея была до изумления проста и понятна. Это вам не «Определитель высших растений европейской части СССР» Станкова-Талиева более чем в тысячу страниц, приводящий студентов в предынфарктное состояние.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Линней, сроду не любивший арифметики, тем не менее заложил ее, можно сказать, в основу своей системы. Он подразделил растения на 24 класса, из которых 13 выделены по числу тычинок. Растения с одной тычинкой в каждом цветке помещены в первый класс, с двумя — во второй и так далее до десятого класса, к которому отнесены растения с десятью тычинками. Класс 11-й включал растения с 11—20 тычинками, 20 и более тычинок в цветке говорило о принадлежности к 12-му и 13-му классу. Эти два класса различали по уровню расположения основания тычинок относительно места прикрепления пестика. Растения 14-го и 15-го классов имеют тычинки неравной длины. В цветах классов 15—20-го тычинки у растений сращены между собой или с пестиком. В 21-й класс были помещены однодомные растения, имеющие частью тычиночные, частью плодущие (пестичные) цветки. В 22-й класс попали двудомные растения, развивающие на одних растениях лишь тычиночные, на других — только плодущие цветки. Класс 23-й включал растения с хаотичным разбросом мужских и женских цветков (в том числе порою и совместном) на растении. В 24-м классе были объединены «тайнобрачные» растения — все бесцветковые растения, начиная с папоротникообразных и кончая водорослями. Названы последние «тайнобрачными» по той причине, что ботаники не знали, как они размножаются. Это сейчас биологам известны их организация и размножение лучше, чем цветковых растений.

Линней отнес 20 из 23 классов к явнобрачным обоеполым цветкам. Именно их он посчитал правилом в растительном царстве, остальные — любопытным исключением. Оно вроде бы логично, для растений удобнее — тычинки и пестики рядом, значит, брак без заминки; итог любви — плод и семя появляются в результате самоопыления, зашифрованного биологами латинским словом autogamia.

Уже после Линнея выяснилось, что некоторые растения имеют лишь с виду обоеполые цветки. Хотя у них в цветках рядом и тычинки, и пестики, но пыльцевые клетки в пыльниках недоразвиты и все растение евнух евнухом — смотреть противно. Другие цветки сами себя не могут оплодотворить, но их пыльца способна к производству потомства при опылении пестиков чужих растений.

Поскольку повелось исстари у ботаников все называть латинскими именами, то совокупность тычинок цветка они наименовали андроцеем, а совокупность пестиков (или просто пестик) — гинецеем. Но так как ни один ученый на уже достигнутом однажды ни за что не остановится, то ботаники в дальнейшем в зависимости от строения цветков подразделили их на обоеполые (содержат андроцей и гинецей) и однополые (содержат либо андроцей, либо гинецей). Если мужские и женские цветки расцветают на одном растении, его называют однодомным (кукуруза), если же на разных — двудомным (конопля). У полигамных видов на одном растении бывают обоеполые и однополые цветки (дыня, подсолнечник). Однако, по-видимому, в пику ученым-ботаникам природа порой подставляет их пытливому оку все формы перехода от одного полового типа цветка и растений к другому, вплоть до пустоцветов, вовсе лишенных тычинок и с недоразвитыми пестиками.

Чрезвычайно раздражающее огородников сорное растение мокрица, или топтун, имеет в двух пятичленных мутовках десять тычинок, из которых обыкновенно 5 внутренних с некоторым добавлением таковых же из внешней мутовки сморщены и лишены пыльцы. Цветковые головки черноголовника (Poterium polygamum) содержат кроме чисто плодущих и чисто тычиночных цветков еще и настоящие обоеполые цветки. Они представляют все примеры перехода от настоящих обоеполых к цветкам чисто материнского типа. Кстати, этот ботанический род исключителен среди розоцветных своей склонностью к ветроопылению.

Необычайно разнообразны также степени обособления среди ложнообоеполых плодовитых и тычиночных цветков. Бодяк, спаржа, хурма, виноград, некоторые скабиозы, камнеломки, валерьяны имеют цветки на первый взгляд обоеполые. В них хорошо развиты пестики, видны и тычинки, в пыльниках которых может быть или отсутствовать пыльца. В последнем случае это ложнообоеполые цветки. Что делать, и в природе «лжедмитрии» встречаются. То же самое можно сказать и о части цветков в кистях конских каштанов и некоторых видов щавеля, а также в цветках в центре корзинок мать-и-мачехи и ноготков, имеющих вид настоящих обоеполых цветков, но чьи завязи не дают всхожих семян, так как рыльце не способно пропускать через себя пыльцевые трубки.

В кистях явора (один из видов клена) можно заметить все возможные переходы от ложнообоеполых тычиночных цветков с хорошо развитыми крупными завязями к таким, в которых пестики недоразвиты или совершенно отсутствуют. Переходы от настоящих обоеполых цветков к пустоцветам можно встретить у нескольких видов степного гиацинта.

Известны также трехдомные виды: у них одни растения несут только мужские, другие — только женские, а третьи — обоеполые цветки (смолевка). Из курьезов растений можно отметить смену пола с возрастом или в отдельные годы. Виноград сердцевидный, относящийся на своей родине к типично двудомным, в Венском ботаническом саду представлен кустами с тычиночными цветками. Но в некоторые годы виноградные кусты приводят экскурсоводов в замешательство, поскольку образуют кроме тычиночных настоящие обоеполые цветки.

У многих растений самооплодотворению препятствует неодновременное созревание тычинок и пестиков в цветке — дихогамия (подсолнечник, малина, груша, яблоня, слива), при которой различают протерандрию, когда тычинки пылят раньше созревания пестиков, и протогинию, когда пестики созревают раньше тычинок.

Главным образом протерандричны сложноцветные, губоцветные, мальвовые, гвоздичные и бобовые; протерогиничны ситники и ожики, кирказоновые и дафниевые, жимолостные, глобуляриевые, пасленовые, розоцветные и крестоцветные. Протерогиничны все однодомные растения: осоки, рогозы, ежеголовники, ароидные с однодомными цветками, кукуруза, однодомная крапива жгучая, уруть, черноголовник, дурнишник, бешеный огурец, молочайные растения, ольха, береза, грецкий орех, платан, вяз, дуб, орешник, бук. У названных здесь деревьев и кустарников пыльники начинают пылить с опозданием в 2—3 дня. У альпийской зеленой ольхи эта разница равна 4—5 дням, а у мелкого рогоза — даже девяти.

Читайте так же:  Какие комнатные цветы можно поливать перекисью водорода?

Большей частью протерогиничны двудомные растения. В больших ивовых зарослях по не травленным химией берегам наших рек некоторые виды все еще представлены многочисленными кустарниками. Часть их несет тычиночные цветки, другая — пестичные. Они практически находятся в одних условиях, но, несмотря на одинаковые внешние условия в одной и той же местности, кусты с пестичными цветками всегда ловко опережают в цветении своих «мужчин» с тычиночными цветками. У белотала, пурпурного лозника, корзиночной вербы и ракиты рыльца в своем созревании на 2—3 дня опережают вскрытие тычиночных цветков. То же самое у альпийских ив — убедитесь, если доведется побывать в Альпах. Но тут разница во времени ограничена всего лишь одним днем, из чего правомерно заключить, что наши ивы — самые протерогиничные ивы в мире.

У растений конопли, растущих рядом, в начале цветения можно заметить рыльца, готовые к восприятию пыльцы, хотя ни единый тычиночный цветок еще не раскрыт — они раскроются лишь через 4—5 дней. У пролески, или кур-зелья, растущей по лиственным лесам и кустарникам, рядом расположены материнские и отцовские особи. Тем не менее пестичные цветки у них открываются за два дня до тычиночных. То же у хмеля и многих других двудомных растений.

У немногих растений самооплодотворение затруднено из-за такого расположения тычинок и пестиков, при котором пыльце трудно попасть на рыльце пестика своего цветка. Например, при гетеростилии одни особи имеют цветки с длинными пестиками и короткими тычинками, а другие — наоборот. К гетеростильным (разностолбчатым) относятся некоторые горечавковые (например, вахта, или трилистник), гречиха, различные виды ленца, многочисленные первоцветные (к примеру, проломник, турча, примула, или первоцвет), а также многие бурачниковые (незабудки, медуница и др).

Вахта обладает очень изящными мохнатыми белорозовыми цветками-звездочками, собранными кистью на безлистном стебле. Одни цветки обладают низким столбиком и укрепленным над ним пыльником, другие, напротив, — высокими столбиками и укрепленными под ними пыльниками. Рыльца у растения созревают раньше тычинок. Насекомые, посещающие цветки вахты, касаются одной и той же частью своего тела то пестиков, то тычинок, осуществляя строго перекрестное опыление. Однако в долгое ненастье цветок закрыт и вынужден самооплодотворяться.

Примула, среди детей более известная как баранчики, распускает цветки одной из первых среди весенних цветов. Отсюда и латинское название primus — первый. Опыляют растение только шмели и бабочки. Благодаря разностолбчатости пестики одних цветков могут быть опылены пыльцой только с других цветков. Если шмель садится на цветок с низким пестиком, он касается головой высокостоящих тычинок. Перелетая на цветок с высокостоящим пестиком, он касается головой рыльца и производит перекрестное опыление.

Явление разностолбчатости впервые было открыто на цветках турчи болотной, а потом и на других растениях. Первенство турчи в этом отношении кажется даже невероятным, если учесть, что все растение погружено в воду, и только в июле цветки появляются над водой. Другая примечательность турчи в том, что корней она не имеет, и всасывающие функции у нее исполняют клетки кожицы листьев.

У гречихи, по клятвенному заверению генетиков, длинностолбчатость контролируется рецессивной аллелью s, а короткостолбчатость — доминантной аллелью S (напоминаем, что аллель — одна из форм coстояния одного и того же гена). Поскольку опыления в пределах одного типа цветка не происходит, то в популяциях все время поддерживается равное соотношение растений с генотипами Ss и ss; это видно из решетки Пеннета, известной из школьного курса биологии:

то есть расщепление 1:1, как и у человека, на мальчиков (АТ) и девочек (XX) в потомстве.

По строению цветка гречиха приспособлена к перекрестному опылению преимущественно насекомыми (мухами, шмелями и особенно пчелами), которых привлекает нектар, и лишь отчасти — ветром. При нормальном (легитимном) опылении, когда пыльца коротких тычинок попадает на рыльца коротких столбиков и, соответственно, пыльца длинных тычинок — на рыльца длинных столбиков, завязывается наибольшее количество семян.

Плакун-трава (Lythrum salicaria) — одно из самых интересных наших растений. Дело в том, что цветки плакун-травы имеют пестики трех различных величин и 12 тычинок, расположенных поровну в два круга. В одних цветках пестик выше обоих кругов тычинок, в других — он находится между ними и в третьих — ниже обоих кругов. Следовательно, тычинки располагаются на различных высотах так же, как и пестики, что обеспечивает перекрестное опыление. Насекомое, прилетая за нектаром, вымазывается пыльцой и отдает ее на рыльце пестика, по длине соответствующего тычинке, с которой снята пыльца. Оплодотворение происходит нормально, когда пыльца переносится с тычинки, одинаковой по длине с пестиком. Зерна пыльцы с тычинок трех различных высот разнятся между собой по величине и отчасти по цвету, а соответственно этому длина сосочков на рыльцах трех различных высот также различная, — ведь рыльца должны улавливать разную пыльцу. Процесс опыления в деталях впервые исследован Ч. Дарвином.

У некоторых растений тычинки и пестики расположены в строгой очередности, подставляясь насекомым для «разгрузки» пыльцы или «погрузки» рыльца. У нашей руты обыкновенной, встречаемой на склонах и холмах в лесах Южного Крыма, цветок содержит десять пыльников, поддерживаемых прямыми, расположенными звездой нитями. Сначала поднимается одна нить, устраивая поддерживаемый ею пыльник в середине цветка по линии, ведущей к нектару, который выделяется мясистым кольцом у основания пестика. Она сохраняет такое положение около суток, затем возвращается в прежнее положение. В то время как первая тычинка отгибается, поднимается другая — и все повторяется. Это продолжается, пока все десять пыльников, один за другим, не постоят в середине цветка. Когда, наконец, и десятая тычинка отогнется назад, в центре цветка оказывается рыльце, ставшее в это время восприимчивым к опылению.

В обоеполых цветках постенницы из семейства крапивных рыльце развивается еще до распускания цветка и первым выдается из зеленоватого бутона цветка. Пыльники на согнутых ножках, словно на пружинах, закрыты смыкающимися мелкими зеленоватыми покроволистиками. Но прежде чем они позволят пыльникам подняться с «колен», выпрямиться и рассеять свою пыльцу в виде облачка в воздухе, рыльце вянет и столбик отделяется вместе с рыльцем от завязи. Так что ко времени освобождения пыльцы из пыльников завязь оканчивается острием — засохшим основанием отпавшего столбика.

Обычно у растений все это происходит иначе: сначала в цветке опадают пыльники и тычинки, и лишь после этого рыльце приобретает способность воспринимать пыльцу. В цветках бальзамина пыльники срощены между собой и образуют нечто вроде колпачка над рыльцем. После того как цветок раскрылся и сделался доступным прилетающим насекомым, пыльники тотчас растрескиваются, и перед нами предстает образованный вскрывшимися пыльниками колпачок. Но вот нити тычинок отделяются, и колпачок вываливается из цветка. Лишь теперь показываются рыльца, вполне уже созревшие. То же можно наблюдать у крупноцветковых видов журавельника и герани.

В обоеполых цветках традесканции, разводимой дома и по недоразумению называемой «бабьими сплетнями», пыльники вскрываются чуть раньше, чем рыльца станут восприимчивыми к пыльце. Но как только рыльце готово к опылению, тычинки свертываются в спираль, а вскоре за этим увядают покроволистики, покрывающие собой пыльники на свернувшихся нитях. Столбик же выдается, и рыльца восприимчивы к пыльце еще весь следующий день. Эти цветки навещают насекомые с короткими хоботками, чтобы полакомиться соком смятых покроволистиков, скрывающих тычинки, при этом они касаются рылец и опыляют их пыльцой, принесенной с других цветков. Опыление же пыльцой своих пыльников уже невозможно.

Читайте так же:  Комнатные цветы с плотными листьями

Дихогамии ботаники, опирающиеся в своих изысканиях лишь на морфоэкологические различия, без учета содержания геномов, обязаны изобилию видов осок, бесконечно вновь открываемых, а то и переоткрываемых. Тем более что так называемые «виды» осок легко скрещиваются друг с другом, выдавая множество промежуточных форм, охотно принимаемые за новые «виды» (авторов видов привлекает возможность увековечить свое имя в латинской транскрипции). Несовершенная (неполная) дихогамия у ботанических родов с однодомными цветками обеспечивает, например, у осок вначале так называемое межвидовое, а позднее внутривидовое скрещивание. Это понятно, так как рыльце самого первого расцветающего растения протерогиничного вида может быть опылено только пыльцой других, еще раньше зацветших «видов».

Лысенко считал, что «диалектический материализм, развитый и поднятый на новую высоту трудами товарища Сталина, для советских биологов, для мичуринцев является самым ценным, наиболее мощным теоретическим оружием в решении глубоких вопросов биологии, в том числе и вопроса о происхождении одних видов из других». Потому и дано им сверхдиалектическое определение вида на этой новой высоте: «Вид — это особенное, качественно определённое состояние живых форм материи. Существенной характерной чертой видов растений, животных и микроорганизмов являются определённые внутривидовые взаимоотношения между индивидуумами». Вот так-то.

Не все ботаники желают видеть, что в диалектическом единстве формы и содержания определяющим является содержание. Содержание же вида — это единство генетического строения популяций, его составляющих. Внешне оно проявляется в фенотипическом сходстве, свободной скрещиваемости, особенно же в способности давать плодовитое потомство при скрещивании. Наследственная информация — вот то, что качественно определяет вид и составляет его содержание. Трудно сказать, возникла ли жизнь одновременно с наследственностью (подозреваю, что одновременно), но одно не вызывает сомнений: с появлением дискретной наследственности на земном шаре появились виды.

С учетом известных науке формулировок определение вида может быть таким: вид — качественно обособленное на данном этапе эволюционного процесса, сложное и подвижное сообщество организмов, характеризующееся единством происхождения, общностью генетической конституции, наследственной устойчивостью и плодовитостью потомства. Большинство выделенных «видов» осок и ив этому определению не соответствуют.

При выделении «хороших», или настоящих, видов по скрещиваемости и образованию плодовитого потомства нельзя забывать о явлении самонесовместимости — невозможности самооплодотворения у некоторых гермафродитных организмов или перекрестного оплодотворения между особями вида с одинаковыми генетическими факторами несовместимости. Основная функция систем самонесовместимости — предотвращение самооплодотворения и содействие скрещиванию между неродственными особями.

Различают гаметофитную, спорофитную и гетероморфную самонесовместимость. Гаметофитная самонесовместимость — самая распространенная (злаковые, свекла, люцерна, плодовые, картофель и др.). Эта система характеризуется независимым действием в пыльце и столбике двух аллелей локуса несовместимости S. присутствующего в каждой особи. Например, пыльца растения с генотипом S1S2 ведет себя как S1 или S2 в зависимости от того, какую аллель содержит пыльцевое зерно. Ни одна из аллелей не проявляет доминирования или иной формы межаллельного взаимодействия. Такая же полная независимость действия наблюдается и в столбике.

Реакция несовместимости проявляется в столбике пестика: рост пыльцевых трубок, несущих данную аллель, прекращается в столбиках, содержащих идентичную аллель. Если все аллели, участвующие в гибридизации, различны, например S1S2XS3S4, то все пыльцевые трубки совместимы, завязь получается нормальной и в потомстве образуются 4 перекрестно совместимых генотипа. У огромного большинства изученных видов гаметофитной несовместимостью управляют один-два локуса.

Спорофитная несовместимость впервые была описана у гваюлы. При спорофитной самонесовместимости поведение каждого пыльцевого зерна зависит от генотипа столбика. Так, если S1 доминирует над S2, вся пыльца растения S1S2 будет реагировать как S1 и сможет проникать в столбики, несущие аллель S2, независимо от генотипа пыльцевой трубки — S1 или S2.

Гетероморфная несовместимость возникает на основе гетеростилии, уже описанной нами ранее.

Одним из приспособлений растения для осуществления перекрестного оплодотворения служит мужская стерильность. В последние десятилетия мужская стерильность у культурных растений вызывает у селекционеров и семеноводов огромный интерес, так как позволяет в широких масштабах получать гетерозисные гибриды первого поколения, которые дают прибавки урожая до 40 процентов по отношению к обычным сортам, отличаются ранним и дружным созреванием, высокой выравненностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды.

К настоящему времени описаны цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) и генная мужская стерильность (ГМС), контролируемая генами ядра клетки. Цитоплазматическая мужская стерильность у растений обусловлена взаимодействием стерильной цитоплазмы (S) с 1—3 парами рецессивных генов ядра (rf). В присутствии доминантных генов ядра (RF) восстанавливается фертильность пыльцы. ЦМС широко используется для получения гетерозисных гибридов в промышленных масштабах у кукурузы, сорго, Сахарной свеклы, лука, моркови. Как правило,

для использования ЦМС в семеноводстве гибридов первого поколения (они обозначаются F1) используют фертильные закрепители стерильности с генотипом Nrfrf (N — нормальная цитоплазма), их стерильные аналоги — Srfrf и восстановители фертильности — RfRf.

Генная мужская стерильность используется для получения гетерозисных семян у томатов, перца, ячменя. При производстве гибридных семян на основе одного рецессивного гена ГМС расщепление в Fi идет по Менделю в соотношении 3 фертильных : 1 стерильное растение, поскольку, в отличие от ЦМС, мужская стерильность передается как через женские, так и через мужские гаметы.

Скрещивания, как известно, широко применяются в селекции и семеноводстве растений. Возможность искусственного получения гибридов впервые предположил немецкий ученый Р. Камерариус в 1694 году, и, как это часто бывает, ему никто не поверил. Только в 1760 году немецкий ботаник и почетный член Петербургской академии наук Йозеф Кёльрёйтер получил гибрид перуанского табака метельчатого с махоркой. С этого года ученые начинают сознательную гибридизацию.

В зависимости от степени родства скрещиваемых форм различают внутривидовую и отдаленную — межвидовую и межродовую гибридизацию. Если в скрещивании участвуют две родительские формы, говорят о простой, или парной, гибридизации, если более двух — о сложной. Различают прямые (A×B) и обратные (В×А) скрещивания, носящие в целом название реципрокных. Скрещивание гибридов с одним из родителей, например (A×B)×A или (А×В)×В, называют беккроссом, или возвратным.

Для обозначения гибридов и родительских форм используют символы: Р — родительская форма; F1 — гибрид первого поколения; F2 — второго и т. д.; В1, или ВС1, — первое поколение беккросса; В2, или ВС2 — второе и т. д. Материнскую форму обозначают значком ♀, отцовскую — ♂. Впрочем, чаще всего обходятся без последних, помещая в записи комбинации скрещивания материнскую форму на первое место, а отцовскую — на второе.

Методика и техника скрещивания зависят от биологии цветения и опыления, оплодотворения, особенностей строения цветков (обоеполые, раздельнополые), расположения последних на растении и в соцветии, от способа опыления, продолжительности сохранения жизнеспособности пестика и пыльцы и условий скрещивания.

Читайте так же:  Как сажать комнатные цветы?

Селекционеры используют принудительное, ограниченно-свободное и свободное скрещивания, для осуществления которых часто необходима кастрация растений. Кастрация заключается в удалении незрелых пыльников или их повреждении подрезанием, термической стерилизацией (горячим воздухом или водой) или химической кастрацией — применением специально подобранных гаметоцидов.

При принудительном скрещивании кастрированные и изолированные материнские растения опыляют пыльцой отцовского растения. При свободном скрещивании родительские формы высевают чередующимися рядками. Кастрированные, мужскистерильные или биологически женские материнские растения опыляются пыльцой произрастающих рядом отцовских растений.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как получить качественный посевной материал овощей в домашних условиях, в чем отличие сортов от гибридов? Ответы на эти и другие вопросы по семеноводству вы найдете в приведенном ниже материале.

Селекция растений в домашних условиях 16

 

Получение семян из томатов, перцев, баклажан

Томаты и другие пасленовые — культуры самоопыляющиеся (т.е. плоды завязываются от опыления своей собственной пыльцой). Для получения своих собственных семян нужно, чтобы между одним сортом (или гибридом) в открытом грунте была пространственная изоляция около 50 м, а если место защищено деревьями, кустарниками — не менее 30 см.

Селекция растений в домашних условиях 70

 

В настоящее время у многих овощных культур селекционеры выводят не сорта, а гибриды (F1). Такие гибриды называют гетерозисными. Гетерозис — это способ получения гибридов первого поколения (F1), которые превосходят родительские формы (отцовскую и материнскую) при скрещивании. Гетерозисные гибриды более урожайны, устойчивы к болезням и вредителям, имеют много других полезных свойств по сравнению с сортами. Однако из их плодов не следует брать семена, так как при посеве таких семян на следующий год произойдет расщепление, в потомстве будут обнаруживаться признаки материнских и отцовских растений (растения будут иметь разнообразную высоту, окраску и форму плодов, позже или раньше созревать и т.д.).

Сорта по сравнению с гибридами имеют главное положительное свойство — они не будут расщепляться при соблюдении условий для получения чистосортных семян.

Томат, перец, баклажан — теплолюбивые культуры, они не переносят ранних весенних заморозков. Для получения семян необходимо вырастить качественную рассаду. Рассада к моменту высадки должна иметь высоту 25-35 см, 7-8 листьев, бутоны цветков. Перед высадкой на постоянное место отбирают ровные растения.

Селекция растений в домашних условиях 55

 

Высаживают растения в теплицу или в открытый грунт. На юге (Волгоградская область, Краснодарский и Ставропольский края) эти культуры хорошо растут в открытом грунте и дают полноценный урожай семян и плодов. Но в Нечерноземье и в северных регионах их надо выращивать в теплице.

Семенные растения требуют усиленных подкормок минеральными и органическими удобрениями, более частых поливов. После высадки растения подвязывают к опоре. Для лучшего завязывания плодов рекомендуется аккуратно постукивать по стеблю палочкой, чтобы пыльца попала на рыльце цветка. Тогда семян в плодах будет гораздо больше.

Первые плоды на растении имеют самые сильные и жизнеспособные семена. Семена надо выделять из плодов, которые созрели прямо на растении.

Хорошо созревшие плоды томата моют водой, разрезают поперек, извлекают семена вместе с мякотью в чашку или банку, оставляют на 2-3 дня. После того как семена забродят, промывают их водой и просушивают. Затем хорошо просушенные семена высыпают в бумажные пакетики и хранят до посева.

Селекция растений в домашних условиях 29

 

Следует помнить, что для получения семян перца надо соблюдать главное правило — высаживать сладкие сорта отдельно от острых сортов (т.е. надо соблюдать пространственную изоляцию: на открытом участке — 2000 м, на защищенном — 1000 м). Иначе сладкие сорта перца — их плоды и семена — станут острыми. Лучше всего на дачном участке выращивать какой-нибудь один сорт или вид перца (либо сладкий, либо острый).

Получение собственных гибридных семян

При получении собственных гибридных семян томата и других пасленовых культур самое главное заключается в технике опыления цветков. Предварительно выбирают один сорт — отцовскую форму. С 8 до 10 утра на распустившихся цветках находят созревшие пыльники (тычинки с пыльцой), обрывают их пинцетом и складывают в стеклянную баночку.

Селекция растений в домашних условиях 81

 

Затем выбирают другой сорт — материнскую форму. На этом сорте аккуратно пинцетом раскрывают нераскрывшиеся бутоны (они раскроются завтра-послезавтра), обрывают тычинки и наносят на рыльце пестика пыльцу отцовской формы, предварительно вскрыв пинцетом пыльники. Для опыления одного цветка рекомендуется наносить пыльцу из 2-3 пыльников (повышается гарантия завязывания плода и в плоде образуется больше семян).

После нанесения пыльцы на рыльце цветки изолируют от насекомых (надевают на них мешочек из нетканого материала), на цветоножку вешают этикетку (на ней записывают отцовскую и материнскую форму и дату опыления).
На следующий день мешочки можно снять с цветков. Уже через несколько дней станет ясно, как прошло скрещивание: если завязь начнет увеличиваться в размерах — значит опыление прошло успешно.

Таким образом, можно получить собственные гибридные семена, т.е. гибрид первого поколения (F1).

Выход семян из одного плода перца сладкого — 150-250 шт., перца острого — 300-700 шт., баклажана — 600-1300 шт., томата — 600-1800 шт. Семена томата сохраняют всхожесть до 7-8 лет, перца и баклажана — 2-3 года.

Собственные семена гороха и фасоли

Овощной горох и фасоль — самоопыляющиеся растения. Используя это свойство для получения собственных семян, можно высадить несколько сортов, соблюдая расстояние между ними 20-50 см.

Селекция растений в домашних условиях 123

 
Семена гороха сеют в грунт в конце апреля — начале мая, а фасоли — в конце мая — начале июня. Расстояние в ряду между растениями — 10-12 см (для фасоли) и 5-6 (для гороха), между рядами — 20-30 см.
После появления всходов проводят рыхления, подкормки минеральными или органическими удобрениями перед цветением или во время него.

Для получения семян отбирают типичные для сорта растения, здоровые и однородные. Отбор и прочистки нужно вести начиная с появления всходов, затем в период цветения и формирования бобов.

Убирают растения после пожелтения. Аккуратно выдергивают их, связывают и просушивают под навесом для дозаривания. Затем полностью высохшие стручки с семенами обмолачивают (очищают). С одного семенного растения можно получить 30-40 шт. семян фасоли овощной, 100 и более шт. семян гороха овощного.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Источники:

  1. Крышень А. М. Растительные сообщества вырубок Карелии; Наука — , 2006. — 264 c.
Селекция растений в домашних условиях
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here