Биология

Особенности селекции растений

В се­лек­ции рас­те­ний раз­ли­ча­ют три ос­нов­ных ме­то­да (рис. 1), два из ко­то­рых ис­поль­зо­ва­лись еще на заре че­ло­ве­че­ства – это отбор и ги­бри­ди­за­ция.

Рис. 1. Основные методы селекции растений (Источник) 

А вот метод, ко­то­рый по­явил­ся срав­ни­тель­но недав­но, носит на­зва­ние ис­кус­ствен­ныйму­та­ге­нез.

Отбор

От­ли­ча­ют два вида от­бо­ра – мас­со­вый и ин­ди­ви­ду­аль­ный (рис. 2).

Рис. 2. Виды отбора (Источник) 

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, так как 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, то есть са­мо­опы­ля­е­мых рас­те­ний, к ним от­но­сят­ся хо­ро­шо зна­ко­мый вам горох, 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 про­во­дится уже раз­мно­же­ние этого кон­крет­но­го ор­га­низ­ма и со­хра­не­ние по­явив­ше­го­ся у него бла­го­при­ят­но­го при­зна­ка.

Гибридизация

Вто­рой метод, ко­то­рый ис­поль­зу­ет­ся в се­лек­ции рас­те­ний, – это ги­бри­ди­за­ция (рис. 3), а проще го­во­ря, скре­щи­ва­ние.

Рис. 3. Гибридизация (Источник) 

На схеме по­ка­за­ны три ос­нов­ных типа ги­бри­ди­за­ции у рас­те­ний. Это от­да­лен­ная ги­бри­ди­за­ция, нерод­ствен­ное скре­щи­ва­ние (аут­бри­динг), а также близ­ко­род­ствен­ное скре­щи­ва­ние (ин­бри­динг).

Близ­ко­род­ствен­ное скре­щи­ва­ние – ин­бри­динг 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, то есть за­креп­ля­ют­ся, но, кроме них, в со­сто­я­ние го­мо­зи­гот­но­сти пе­ре­хо­дят 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 такие ор­га­низ­мы, по­лу­чен­ные в ре­зуль­та­те ин­бри­дин­га, то их потом­ство будет об­ла­да­ть ге­те­ро­зи­сом. Ге­те­ро­зис – это уве­ли­че­ние жиз­не­спо­соб­но­сти и пло­до­ви­то­сти потом­ства в пер­вом по­ко­ле­нии.  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  невы­год­но. Если вы об­ра­ща­ли вни­ма­ние при покупке семян для по­сад­ки их на даче, за на­зва­ни­ем неко­то­рых из них 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. Но 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 – 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, со­от­вет­ствен­но, такие рас­те­ния будут бес­плод­ны­ми. Но се­лек­ци­о­не­рам уда­лось еще в 1924 году пре­одо­леть эту про­бле­му: со­вет­ский уче­ный Г.Д. Карпеченко нашел спо­соб пре­одо­ле­ния бес­плод­но­сти ги­бри­дов путем удва­и­ва­ния числа хро­мо­сом и по­лу­че­ния по­лип­ло­и­да (рис. 4).

Рис. 4. Получение полиплоида (Источник) 

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 кол­хи­ци­на, ко­то­рый яв­ля­ет­ся му­та­ге­ном, уда­лось удво­ить хро­мо­сом­ный набор ги­бри­да (рис. 5).

Рис. 5. Удвоение хромосомного набора гибрида (Источник) 

При этом по­лип­ло­ид стал иметь 36 хро­мо­сом: каж­дая хро­мо­со­ма имела себе пар­ную. Это со­зда­ло воз­мож­ность конъ­юга­ции го­мо­ло­гич­ных хро­мо­сом – ка­пу­сты с ка­пуст­ны­ми, а редь­ки с ре­деч­ны­ми (рис. 6).

Рис. 6. Конъюгация гомологичных хромосом (Источник) 

Каж­дая га­ме­та несла по од­но­му на­бо­ру хро­мо­сом ка­пу­сты и редь­ки, то есть 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 выведены ги­бри­ды мно­гих куль­тур, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся сей­час как кор­мо­вые.

Сле­ду­ю­щий тип ги­бри­ди­за­ции – нерод­ствен­ное скре­щи­ва­ние (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 таких про­блем, как при от­да­лен­ной ги­бри­ди­за­ции, у аут­бри­дин­га нет, по­это­му аут­бри­динг давно и ак­тив­но ис­поль­зу­ет­ся се­лек­ци­о­не­ра­ми.

Искусственный мутагенез

От­но­си­тель­но недав­но по­явив­ший­ся метод се­лек­ции рас­те­ний – ис­кус­ствен­ный му­та­ге­нез – пред­став­ля­ет собой по­лу­че­ние ин­ду­ци­ро­ван­ных, то есть вы­зван­ных че­ло­ве­ком му­та­ций под дей­стви­ем раз­лич­ных му­та­ге­нов, чаще всего это ра­дио­ак­тив­ное из­лу­че­ние или дей­ствие хи­ми­че­ских ве­ществ на­по­до­бие кол­хи­ци­на, ко­то­ро­му под­вер­га­ют­ся се­ме­на рас­те­ний. После такой об­ра­бот­ки в ге­не­ти­че­ском ап­па­ра­те семян про­ис­хо­дит из­ме­не­ние либо на ген­ном уровне, либо на хро­мо­сом­ном, либо на ге­ном­ном. В любом слу­чае воз­ни­ка­ют ка­кие-то новые при­зна­ки, ко­то­рые потом се­лек­ци­о­не­ры отбирают уже с по­мо­щью мас­со­во­го или ин­ди­ви­ду­аль­но­го от­бо­ра. Ис­кус­ствен­ный му­та­ге­нез  при­ме­ня­ет­ся для по­лу­че­ния по­лип­ло­и­дов, а по­лип­ло­и­ды об­ла­да­ют по­вы­шен­ной жиз­не­спо­соб­но­стью, по­вы­шен­ной уро­жай­но­стью и до­ста­точ­но круп­ны­ми пло­да­ми.

Заключение

Все рассмотренные ме­то­ды ха­рак­тер­ны для се­лек­ции рас­те­ний, они нужны в первую оче­редь для того, чтобы че­ло­ве­че­ство по­лу­ча­ло вы­со­ко­уро­жай­ные, устой­чи­вые к вре­ди­те­лям и раз­лич­ным за­бо­ле­ва­ни­ям сорта рас­те­ний. Ведь сей­час, когда население 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.

 

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Postnauka.ru (Источник). 
2. Beaplanet.ru (Источник). 
3. Beaplanet.ru (Источник). 
4. Licey.net (Источник).   

 

Домашнее задание

1. В чем различие между массовым и индивидуальным отбором?
2. Каковы основные типы гибридизации у растений?
3. Что представляет собой искусственный мутагенез?