Какие растения вывели селекционеры

Лекция № 23. Селекция растений

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

Центры происхождения	Местоположение	Культивируемые растения
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 2 Аа 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.

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)

Источник

ТОП-10: Фрукты, орехи и овощи, которые были созданы искусственно

Некоторые фрукты, орехи и овощи, которые мы едим сегодня, являются искусственно созданными гибридами. Они появились в результате селекции, процессу, когда высаживаются только растения с благоприятными признаками. В редких случаях за создание гибридных растений были ответственны насекомые из-за перекрестного опыления. Однако насекомые не смогли бы перекрестно опылять растения, если бы люди не посадили хотя бы одно в данном районе. Большинство растений, включенных в этот список, вас удивят, потому что многие из них — фрукты, орехи и овощи, происхождение которых мы считаем естественным.

10. Белокочанная капуста, брокколи, цветная капуста, капуста Кале и многое другое

Белокочанная капуста, брокколи, цветная капуста, капуста Кале, брюссельская капуста, кольраби и несколько близко родственных овощей произошли от одного и того же вида растений, Brassica oleracea. Его дикая форма известна как дикая горчица и существует оно до сих пор. Около 2500 лет назад дикая горчица росла только в некоторых частях Европы и Средиземноморья. Ее вкус сильно варьировался в зависимости от региона произрастания. Древние римляне и греки вскоре поняли, что они могут употреблять ее в пищу. Они стали заниматься селекцией экземпляров с крупными листьями. В результате появились овощи, которые мы называем капустой Кале и листовой капустой.

Селекция продолжалась и в 1600-е годы, когда люди разводили дикую горчицу с более крупными листьями. В результате получился новый овощ, покрытый большим количеством листьев. Это была первая капуста. Дикая горчица, которую отбирали за крупные побеги, стала кольраби, а та, у которой были мелкие соцветия — брюссельской капустой, с большими соцветиями — брокколи и цветной капустой. Гибридизация дикой горчицы и ее производных продолжалась вплоть до 20 века. В 1928 году русский биолог Георгий Дмитриевич Карпеченко скрестил редьку с капустой. Этот гибрид казался невозможным, потому что редис не имеет отношения к капусте.

Однако растение так и не прижилось, потому что не смогло стать ни редиской, ни капустой. В 1993 году японская компания скрестила брокколи с капустой Кай-лан, получив брокколини. Кай-лан не очень популярен в США. Это производное дикой горчицы и китайская версия брокколи.

9. Апельсин

Сегодня существует много разновидностей апельсина. Однако каждый сорт появился от рукотворного гибрида, который в свою очередь появился в результате скрещивания помело с мандарином. Помело почти такой же горький, как грейпфрут, в то время как мандарин сладкий. Мандарин оранжевый, и некоторые люди ошибочно считают, что это разновидность апельсина. Это не так! Мандарин является предком апельсина.

История апельсина не совсем ясна, но считается, что впервые он появился в Южном Китае. На протяжении многих лет люди селективно разводили апельсины для получения разных сортов, поэтому апельсин легко спутать с другими цитрусовыми. Для того, чтобы плод мог называться апельсином, он должен происходить от помело и мандарина.

Танжерин не считается апельсином, потому что в нем нет ничего от помело. Однако танжело, о котором мы поговорим ниже, находится в своего рода серой зоне. Это смесь мандарина и помело. И как мы уже упоминали, танжерин произошел от мандарина.

8. Арахис

Современный арахис – это гибрид двух более старых типов арахисов, Arachis ipaensis и Arachis duranensis. Последний растет в долинах Анд между Боливией и Аргентиной, в то время как Arachis ipaensis растет на территории Боливии.

Оба растения были так далеко друг от друга, что не могли скрещиваться естественным путем. Исследователи обнаружили, что первые поселенцы в Южной Америке привезли с собой Arachis duranensis из Анд, когда 10 000 лет назад мигрировали в современную Боливию.

Однако, не поселенцы стали теми, кто вывел новый вид, а пчелы. Они стали опылять оба арахиса. Появившийся в результате новый арахис стал родоначальником современного арахиса.

7. Банан

Банан – это искусственно выведенный гибрид диких видов бананов Musa acuminata и Musa balbisiana. У Musa acuminata мясистая мякоть, но очень неприятный вкус. У Musa balbisiana приятный вкус, но в нем содержится слишком много семян. Эти виды банана естественным образом скрещиваются в лесах Южной Азии. Однако полученный в результате банан, являющийся предком современного банана, оказался стерильным.

Около 10 000 лет назад ранние люди открыли для себя этот гибрид и узнали, что могут пересаживать побеги, чтобы растить новые деревья. Они занимались селекционным разведением и пересаживали только бананы с благоприятными признаками. Это привело к появлению современного банана.

Хотя нам удалось создать идеальный банан, мы не смогли придумать способ выращивания бананов из семян. Таким образом, если мы прекратим их сажать, бананы вымрут. Отсутствие семян также означает, что все бананы обладают теми же генетическими свойствами, что и пересаженные из побега другого дерева. В результате, все банановые деревья в мире может уничтожить одна болезнь.

6. Миндаль

Миндаль — это гибрид дикого миндаля, который отличается горьким вкусом и может привести к смерти, если употреблять его в больших количествах. История появления современного миндаля неясна, и ученые не могут определить, какой именно сорт дикого миндаля был выбран для селекции.

Ученые подозревают, что диким предком миндаля является Amygdalus fenzliana — дерево, семена и плоды этого растения напоминают современный миндаль. Этот вид также произрастает в Армении и Азербайджане, где, как полагают, и был выведен современный миндаль. Кроме происхождения, ученые не могут определить, как нашим предкам удалось создать идеальный и сладкий миндаль, потому что дикий миндаль ядовит.

5. Грейпфрут

Впервые грейпфрут появился после 1693 года, когда капитан Шаддок (Shaddock) привез в Вест-Индию семена помело и посадил их рядом с апельсиновыми деревьями. Позже между помело и апельсином произошло перекрестное опыление, и появился грейпфрут. Однако, грейпфрут был все еще неизвестен за пределами Карибского бассейна.

Европейцы узнали об этом цитрусовом фрукте только в 1750 году, когда преподобный Гриффит Хьюз (Griffith Hughes) увидел его. Хьюз был так удивлен открытием, что назвал грейпфрут «запретным плодом». Так его называли до 1814 года, когда Джон Лунан (John Lunan) назвал его грейпфрутом, потому что во время роста и созревания грейпфруты напоминали гроздь винограда.

В США грейпфрут появился в 1823 г. но его ошибочно считали помело. Только в 1837 году его стали считать другим плодом. Однако ботаники до сих пор не были уверены в его происхождении. Только в 1948 году они обнаружили, что это гибрид помело и апельсина.

4. Бойзенова ягода

О Бойзеновой ягоде вы, наверное, никогда не слышали. Раньше она была популярна. Бойзенова ягода была выведена Рудольфом Бойзеном (Rudolph Boysen) в 1920-х годах. Ее считают разновидностью ежевики, хотя на самом деле это гибрид ежевики и Логановой ягоды, или красной малины. Насколько нам известно, она может быть даже гибридом всех трех. Тем не менее, ягода больше похожа на ежевику.

Есть предположение, что Бойзенова ягода на самом деле нечто среднее между Восточной ежевикой и Логановой ягодой. Логанову ягоду вывел в 1881 году Джеймс Логан (James Logan), скрестив малину с дикой ежевикой. Однако, Бойзенова ягода не имела коммерческого успеха из-за короткого срока хранения. Она портилась всего через два дня после сбора урожая.

Магазины пытались продлить срок годности этой ягоды, собирая ее раньше созревания и доставляя в магазин. План в конечном счете не удался, потому что недозревшие ягоды были кислыми на вкус. Сегодня Бойзенова ягода продается только на фермерских рынках.

3. Танжело

Как мы уже упоминали ранее, танжело — это гибрид танжерина и помело. Именно поэтому фрукт получил свое название. Тем не менее, люди часто путают танжело с танжерином, мандарином и апельсином. Путаницы добавляет и то, что существуют различные сорта танжело, и не все они созданы из танжеринов и помело. Одна известная разновидность — Миннеола танжело, гибрид танжерина и грейпфрута Дункана. Другая разновидность была создана путем скрещивания мандарина с помело, что теоретически делает его апельсином.

Полагают, что танжело впервые появился в лесах Юго-Восточной Азии 3500 лет назад, когда насекомые перекрестно опыляли мандарины и цитрусовые, бывшие ближайшими родственниками грейпфрута. Тем не менее, современные танжело являются результатом селекционной программы разведения, которая началась в 1800-х годах. На переднем крае проекта по разведению танжело находилось Министерство сельского хозяйства Соединенных Штатов (United States Department of Agriculture USDA), которое создало популярный Миннеола танжело, продававшийся по всей территории США. Министерство сельского хозяйства США представило семена Миннеола танжело в 1931 году. Фрукт назван в честь города Миннеола (Minneola), штат Флорида.

2. Морковь

Морковь не всегда была оранжевой. Натуральная морковь была либо белой, либо фиолетовой и, вероятно, несъедобной. Есть сведения, что белую морковь ели в Римской Империи, но историки считают, что это может быть пастернак, белая морковь или и то, и другое. Оранжевая морковь — это гибрид желтой моркови, которая является гибридом белой моркови.

Самый ранний из известных предков современной моркови появился в Персии в 10 веке. Некоторые записи говорят, что та морковь была белой, а другие свидетельствуют, что фиолетовой. В отличие от современной моркови, у этого овоща было много более мелких корнеплодов разного размера. Персы отбирали морковь с самыми большими корнеплодами, чтобы получить еще более крупные, и в конечном счете, получился один большой корнеплод.

По мере продолжения селекции морковь мутировала из белой или фиолетовой в желтую и, наконец, оранжевую. Селекция моркови продолжалась до наших дней, чтобы улучшить ее вкус и цвет.

1.Клубника

Современная клубника — это искусственно выведенный гибрид более мелкой земляники, у которой короткий срок годности, а также у клубники лучше вкус и аромат. Современная клубника впервые появилась во Франции в 18 веке. Однако программа гибридизации началась гораздо раньше. В 1300х годах, французские ботаники начали высаживать с своих садах дикую землянику, и поняли, что она воспроизводится клонированием. Интересно, что некоторые растения никогда не давали плодов, а половина тех, что давали, внезапно переставали плодоносить через несколько лет.

Французам удалось вывести землянику, которая была в 15-20 раз больше обычной ягоды, но она все равно была мелкой. Современную клубнику создал Антуан Николя Дюшен (Antoine Nicolas Duchesne) 6 июля 1764 года, когда скрестил мужское растение Fragaria moschata с женским растением Fragaria chiloensis из Чили. До триумфа Дюшена, французские ботаники не подозревали, что у клубники есть мужские и женские растения. Это и было причиной того, что некоторые растения никогда не плодоносили, поскольку ботаники сажали только женские или только мужские растения. Дюшен продолжал работать над клубникой до Французской революции, после чего улучшать ее стали американские и английские ботаники, чтобы получить современную клубнику.

Источник