Особенности cелекции растений
В селекции растений различают три основных метода, два из которых использовались еще на заре человечества – это отбор и гибридизация.
А вот метод, который появился сравнительно недавно, носит название – искусственный мутагенез. И сейчас мы поговорим подробно обо всех этих методах. Отличают два вида отбора – массовый и индивидуальный.
Массовый отбор проводят у перекрестно-опыляемых растений, таких как, например, рожь или кукуруза. При массовом отборе отбирают из популяции растений какую-то группу, имеющую важное для человека признаки, т.к. это растения перекрестно-опыляемые, то большинство из них являются гетерозиготами. Отбирают группу для выявления и сохранения в дальнейшем этого благоприятного признака. К сожалению, массовый отбор является достаточно неустойчивым, потому что из-за гетерозиготности признаки могут пропадать со временем. И такой отбор приходится повторять не однажды.
Индивидуальный отбор, соответственно, проводят у растений, которые опыляются сами, т.е. самоопыляемых растений, к ним относятся хорошо знакомый Вам горох, также, допустим, еще пшеница и ячмень. При индивидуальном отборе отбирают уже конкретный организм, обладающий конкретным для человека признаком. Так как растения самоопыляемые, то организмы в генетическом плане будут являться гомозиготными. И в дальнейшем проводят уже размножение этого конкретного организма и сохранение появившегося у него благоприятного признака. Второй метод, который используется в селекции растений, – это гибридизация, а проще говоря, скрещивание.
На схеме показаны три основных типа гибридизации у растений. Это отдаленная гибридизация, неродственное скрещивание (или аутбридинг), а также близкородственное скрещивание (или инбридинг). Давайте поговорим подробно о каждом из этих методов. Итак, близкородственное скрещивание – инбридинг. Близкородственное скрещивание проводят в том случае, если хотят закрепить какой-либо появившийся признак в потомстве. К сожалению, у этого метода есть небольшие недостатки, хотя полезные признаки при инбридинге переходят в состояние гомозиготности, т.е. закрепляются, но также в состоянии гомозиготности переходят также неблагоприятные признаки, а значит, растение постепенно ослабевает. Из-за вот такой потери жизнеспособности часто проводить инбридинг (или как еще его называют – «принудительное самоопыление перекрестных растений») не следует. Однако здесь есть еще и положительные стороны: если скрещивать между собой вот такие организмы, полученные в результате инбридинга, то их потомство обладает явлением гетерозиса. Гетерозис – это увеличение жизнеспособности и плодовитости потомства в первом поколении. Т.е., как уже понятно из определения, гетерозисные организмы получаются достаточно сильными и плодовитыми. Но опять же есть одно но: уже начиная со следующего поколения гетерозисные явления затухают, и поэтому получать семена от таких растений просто невыгодно. Если вы обращали внимание, то, когда ваши родители покупают семена для посадки их на даче, за названием некоторых из семян стоит буква F1, как вы помните в генетике это обозначение первого поколения. Вот такое обозначение характеризует то, что данные семена являются гетерозисными, а это значит, что в этом году вы обязательно получите от них очень хороший урожай. А вот если вы решите получить семена, а потом высадить эти семена на будущий год, то урожай вас разочарует, поэтому надо это учитывать. И если вы берете гетерозисные семена, то покупать такие семена нужно каждый год.
Второй способ гибридизации – это отдаленная гибридизация. Отдаленная гибридизация представляет собой скрещивание организмов, относящихся к разным видам, а иногда даже родам. Несмотря на то, что организмы приобретают новые признаки, у отдаленной гибридизации есть очень серьезная проблема. Дело в том, что в генотипе таких организмов хромосомы не могут конъюгировать, а значит, нарушается процесс мейоза, образование половых клеток. И, соответственно, такие растения будут бесплодными. Но селекционерам удалось еще в 1924 году преодолеть эту проблему, и сейчас мы посмотрим на слайде, как же это было получено. В 1924 году советский ученый нашел способ преодоления бесплодности гибридов путем удваивания числа хромосом и получения полиплоида. Редька и капуста в диплоидном наборе имеют по 18 хромосом, следовательно, гаметы несут по 9 хромосом, полученный гибрид имел 18 хромосом, 9 из которых редечные и 9 капустные. При мейозе редечные и капустные хромосомы не конъюгировали, и гибрид был бесплодный. С помощью химического вещества – клохицина, который является мутагеном, удалось удвоить хромосомный набор гибрида. При этом полиплоид стал иметь 36 хромосом, т.е. каждая хромосома имела себе парную. Это создало возможность конъюгации гомологичных хромосом – капусты с капустными, а редьки с редечными. Следовательно, каждая гамета несла по одному набору хромосом капусты и редьки, т.е. по 18 хромосом. А в зиготе получалось снова 36 хромосом. Таким образом, полученный гибрид стал плодовитым и был похож одновременно на капусту и редьку. Одна половина стручка напоминала стручок капусты, а другая – стручок редьки. После получения такого результата, отдаленную гибридизацию стали активно использовать в селекции, и были получены гибриды многих культур, которые используются сейчас как кормовые.
Следующий тип гибридизации – неродственное скрещивание, или аутбридинг. Аутбридинг представляет собой скрещивание организмов, относящихся к разным сортам, и необходим для получения полезных наследственных качеств. Так как разные сорта все-таки относятся к одному и тому же виду, то проблем, как при отдаленной гибридизации, у аутбридинга нет, поэтому аутбридинг давно и активно используется селекционерами.
Ну а сейчас мы вспомним последний, ну относительно недавно появившийся метод селекции растений – искусственный мутагенез. Искусственный мутагенез представляет собой получение индуцированных (т.е. вызванных человеком) мутаций под действием различных мутагенов, чаще всего, это радиоактивное излучение или действие химических веществ, наподобие клохицина, которому подвергаются семена растений. После такой обработки в генетическом аппарате семян происходит генетическое изменение: они могут быть на генном, могут быть на хромосомном, могут быть на геномном уровне. В любом случае возникают какие-то новые признаки, которые потом селекционеры уже с помощью массового или индивидуального отбора отбирают. Искусственный мутагенез, допустим, применяется для получения полиплоидов, а, как мы говорили на прошлых занятиях, полиплоиды обладают повышенной жизнеспособностью, повышенной урожайностью и достаточно крупными плодами. Все методы, о которых мы только что проговорили, характерны для селекции растений, нужны в первую очередь для того, чтобы человечество получало высокоурожайные, устойчивые к вредителям и различным заболеваниям сорта растений. Ведь сейчас, когда человечество на нашей планете столь велико и свободных земель остается мало, необходимо переходить к интенсивным, высокотехнологичным способам ведения сельского хозяйства. И первым помощником в этом людям является наука селекция.