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 гете-розис-ная куку-руза, слева и справа роди-тель-ские 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 |
| F 1 | 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 диплоид-ной (2n = 16) и тетра-плоидной (2n = 32) гре-чихи.
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 плодови-тости 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.
Ежегодно магазины удивляют покупателей все новыми и новыми необычными овощами и фруктами. Хотя чему тут удивляться - еще не так давно самый обыкновенный банан был для большинства наших соотечественников диковинкой.
Сегодня на полках магазинов царствуют гибриды, которые появились в результате межвидового скрещивания растений, а не из-за генетических манипуляций над ними. Никого уже не удивляют нектарины и миниолы, многим вообще кажется, что они были всегда в продаже.
Но ассортимент магазинов далеко не исчерпывается лишь этими двумя фруктами. Мы смогли отобрать 10 самых любопытных овощей и фруктов, которые сегодня благодаря чуду селекции стало возможным купить и попробовать.
Желтый арбуз. Энергетическая ценность 38 ккал. В этом необычном продукте есть полезные витамины А и С. Внешне он ничем не отличается от обычного арбуза , такой же полосатый. А вот внутри гибрид ярко-желтого цвета. Но отличия кроются не только в необычном окрасе мякоти, здесь намного меньше, чем обычно, косточек. Для того чтобы создать такой арбуз, скрестили дикую его разновидность (которая как раз желтого цвета, правда, неприятная на вкус) с обычной. Новый гибрид такой же нежный и сочный, только вот не такой сладкий, как красный. Сейчас круглые желтые арбузы выращиваются летом в Испании , а овальной формы - зимой в Таиланде . В этой стране, кстати, желтый арбуз особенно почитаем, ведь местные поверия гласят, что этот цвет притягивает деньги. В России также выращивают желтые арбузы, в Астрахани. Разработка над выведением нового сорта велась во Всероссийском НИИ орошаемого овощеводства и бахчеводства около десяти лет назад. В результате на свет появился новый сорт - "Лунный". Его достоинством является высокая сладость, в отличии от иностранных. Экзотический же привкус напоминает то ли тыкву, то ли манго. Эксперименты по выведению желтого арбуза ведутся в нескольких странах и довольно давно. Украинским ученым добиться успеха своих российских соседей не удалось. В результате скрещивания получился гибрид "кавбуз", который от первоначального арбуза имеет только аромат, а все остальные свойства перенял у тыквы. Такой гибрид хорошо подходит для приготовления каши.
Фиолетовый картофель. Энергетическая стоимость картофеля - 72 ккал, а богат он витаминами группы В, витамином С, а также железом, цинком, калием и магнием. Не знаете где найти? Отправляйтесь в английский онлайн магазин Sainsbury’s. Сегодня картофель с желтой, розовой и даже фиолетовой кожурой является обычным делом, а вот видели ли Вы фиолетовые внутри клубни? Их появлению мы обязаны ученым из Университета Колорадо, которые для получения оригинального фиолетового цвета долго "колдовали" над картофелем из высокогорий Анд. Такой насыщенный оттенок картофель приобрел благодаря высокому содержанию в нем антоцианов. Они обладают антиоксидантными свойствами, не исчезающими даже после приготовления. Самым популярным сортом является "Фиолетовое величество", он продается в Англии уже около года. Для выращивания такого гибрида наилучшим образом подходит климат Шотландии. Популяризировал необычный сорт в стране известный английский кулинар Джейми Оливер, не пугающийся экспериментов с едой. Он сумел научить готовить оригинальное фиолетовое пюре, картошка также смотрится гармонично запеченной в компании с другими овощами, да и вариант "фри" выглядит весьма привлекательным. А вот по вкусу фиолетовые плоды от обычных ничем не отличаются.
Капуста романеско. Энергетическая ценность всего 25 ккал. В составе есть каротин, минеральные соли, витамин С и цинк. Овощ можно принять за какое-то внеземное растение. Тем не менее это близкий родственник привычных нам брокколи и цветной капусты. Только нежно-зеленые соцветия имеют не округлую форму, а конусообразную, располагаясь на кочане по спирали. Такая форма капусты породила множество шуток. Говорят, что кочан романеско не был выведен учеными в Италии, а лишь выпал там из летающей тарелки. Настоящая же история гибрида довольно банальна. Капуста романеско появилась в продаже уже 10 лет назад. Популяризовали ее голландские селекционеры, которые смогли улучшить этот привычный итальянским домохозяйкам еще с XVI века овощ. Романеско отличается тем, что в ней много полезных веществ, а вот клетчатки - мало. Это дает хорошую усвояемость. Да и родителям такая капуста по нраву, намного проще ребенка заставить ее есть - характерного запаха, нелюбимого детьми, не возникает. Да и малышей наверняка прельстит необычный, космический вид овоща. Готовить же романеско не так сложно, ее можно как обычную брокколи тушить, варить и добавлять в салаты или пасту. Любопытно, но необычный овощ связан не только с кулинарией, но и математикой. Ученые считают, что на примере романеско можно легко объяснить, как выглядит фрактал.
Плуот. Энергетическая ценность составляет 57 ккал. Плуот богат клетчаткой и витамином С. Купить этот фрукт можно в конце лета. Название этого гибрида абрикоса и сливы родилось благодаря сложению двух частей английских слов "plum" (слива) и "apricot" (абрикос). Внешне плуот все же больше похож на сливу, у него есть, кстати, родной брат - априум, который больше напоминает уже абрикос. Если снаружи плуот может быть зеленого, розового или фиолетового цвета, то внутри оттенки меняются от белого до насыщенного сливового. Создали гибрид еще в 1989 году в Калифорнийском питомнике "Dave Wilson Nursery". Сначала там выращивали саженцы обычных плодовых деревьев на продажу, а затем сумели наладить производство собственных сортов. В итоге в мире сегодня создано уже одиннадцать сортов плуота, два сорта априума и один сорт нектаплама, гибрида нектарина и сливы. Есть также сорт пичплама, гибрида персика и сливы. Считается, что плуот дает очень хороший и вкусный сок, из того фрукта получаются отменные десерты, домашние заготовки и вино. Да и в свежем виде плуот - самое настоящее лакомство. Ведь он гораздо слаще и сливы, и абрикоса.
Арбузный редис. Энергетическая ценность такого продукта - 20 ккал, а ценен он содержанием витамина С и фолиевой кислоты. Купить семена можно на фермерских рынках Англии и Америки, а также на Amazon.com. Арбузный редис выглядит так, как будто вывернулся наизнанку. Он малиновый внутри, а не снаружи. Сверху гибрида располагается бело-зеленая шкурка, которая и делает похожим его на арбуз. Свое формой и размерами такой редис напоминает небольшую репку или редьку, диаметр обычно 7-8 сантиметров. Редис сладковатый лишь ближе к середине, а снаружи он, как и обычный, горький. Также стоит отметить, что он не такой сочный и хрустящий, как традиционный сорт, да и гораздо тверже. Арбузный редис хорош для запекания и изготовления из него пюре, его добавляют к овощам при жарке или же в салат. Если ломтики арбузного редиса посыпать черным кунжутом или черной солью, то они будут смотреться весьма эффективно. Это поняли в Калифорнии, создав в своих ресторанах такой хит. Пучки лучшего арбузного редиса закупщики выискивают на фермерских рынках. А вырастить на даче такой овощ несложно даже в нашем климате.
Йошта. Энергетическая ценность такого продукта - 40 ккал, а содержатся в нем витамины C и Р, антоцианы, которые обладают антиоксидантными свойствами. Купить йошту можно на фермерских рынках Европы, Америки и России и в некоторых специализированных интернет-магазинах. Для названия этого уникального плода союза смородины и крыжовника, были объединены два немецких слова - johannisbeere (смородина) и stachelbeere (крыжовник). В итоге ягоды йошты имеют черный цвет, а размер их сравним с вишней. Вкус у гибрида вязкий и кисло-сладкий, при этом есть привкус смородины. Идея соединить крыжовник со смородиной, да еще и без колючек, витала давно, об этом мечтал еще Мичурин. Он даже сумел вывести собственный вид крыжовника темно-фиолетового оттенка под названием "Мавр черный". Параллельно с нашим ученым над созданием гибрида в Германии трудился Пол Лоренц. К началу Второй мировой войны он сумел вырастить 1000 саженцев, но дальнейшему отбору помешали боевые действия. Лишь в 1970 году немецкий ученый Рудольф Бауэр смог создать полноценный и идеальный гибрид. Сегодня создано два сорта йошты. "Черный" имеет ягоды коричнево-бордового цвета, а "Красный" - блекло-красного. За сезон один куст йошты дает от 7 до 10 килограмм ягод, которые используются в десертах и домашних заготовках. Есть даже газировка с ароматом этих ягод. Йошту рекомендуют употреблять при желудочно-кишечных заболеваниях, а также для улучшения кровообращения и выведения из организма тяжелых металлов и радиоактивных веществ. На прилавках наших магазинах йошту найти довольно тяжело, купить ее можно лишь на фермерских рынках. Но самым дешевым вариантом будет вырастить необычный куст на собственной даче.
Брокколини. Энергетическая ценность такого гибрида - 43 ккал. В нем содержатся витамина А, С, железо, кальций, клетчатка и фолиевая кислота. В ряду капусты много родственников - брюссельская и савойская, брокколи и кольраби. Недавно к ним добавилась еще и брокколини. Ее получили путем Скрещивания обычной брокколи и овоща гайлан, именуемого еще китайской брокколи. В результате новое растение похоже на спаржу с головкой брокколи на своей макушке. У брокколини нет обычного резкого капустного запаха, она слегка сладковата, но присутствуют и нотки перца. Вкус у такой капусты нежный, он напоминает одновременно и спаржу, и брокколи. Хотя в новом овоще и присутствует множество полезных веществ, он низкокалориен. Брокколини стала привычным гарниром в США, Испании, Бразилии и азиатских странах. Эта капуста обычно слегка поджаривается в масле или подается в свежем виде, политом маслом. Брокколини гармонично вписывается в ориентальные и итальянские блюда. Для самых настоящих поклонников брокколини часто встречаются интересные вакансии. Так, было предложение поработать на ферме в австралийском Станторпе. Работодатель предлагал за час прополки, сбора и перевязывания брокколини в букетики сумму в 17 долларов.
Нэши. Его энергетическая ценность составляет 46 ккал, а в состав помимо клетчатки и антиоксидантов входят фосфор и кальций. Нэши представляет собой гибрид груши и яблоки. Уже множество столетий он культивируется в Азии. Именно поэтому нэши называют азиатской, водяной, песочной или японской грушей. У круглого на вид яблока сочный и хрустящий вкус груши. У фрукта может быть разный цвет - от бледно-зеленого до оранжевого. При этом гибрид имеет преимущества перед обычной грушей - он тверже, поэтому транспортировка и хранения облегчены. Обычно нэши используют в салатах, так как в плодах довольно много воды. А вот для термической причины по этой же причине они не очень хороши. Также нэши является отличной закуской к вину, наряду с сыром и виноградом. Сегодня в мире создано множество сортов этого гибрида, 10 из них являются популярными и коммерчески успешными. Выращиваются эти сорта в США и Австралии, Новой Зеландии и Чили, Франции и на Кипре.
Юзу. Энергетическая его ценность - 30 ккал, особо выделяется высокое содержание витамина С. Юзу часто называют японским лимоном. Этот гибрид соединил в себе мандарин и декоративный цитрус ичангскую папеду. Фрукт обладает желтым или зеленым цветом, размером с мандарин и бугристой кожицей. Вкус при этом у юзу кислый, зато очень яркий аромат. Японцы пользуются этим гибридом еще с VII века. Именно тогда с материка на остров его привезли буддийские монахи. Юзу с успехом используется в кулинарии Кореи и Китая. Главное применение фрукта - отдушка. У юзу потрясающий цитрусовый аромат, с нотками хвои и оттенками цветов. А цедра этого фрукта вообще считается одной из самых популярных в Японии приправ. Ее используют и в мясных блюдах, и в рыбных, добавляют в лапшу и суп мисо. Эта цедра лежит в основе изготовления алкогольных и безалкогольных напитков, сиропов, джемов и десертов. Сок юзу ароматный и кисловатый, но не такой прямолинейный, как у лимона. Его используют в качестве уксуса, а также как важную часть популярного соуса понзу. Но применение фрукта не ограничивается одной лишь кулинарией. Он является участником японского праздника зимнего солнцестояния, проводимого 22 декабря. В ходе него принято делать ванны с плодами юзу, в которых купаются и дети, и взрослые. Сам же фрукт символизирует как раз солнце. Находясь в горячей воде, фрукт начинает благоухать еще сильнее, по поверьям это позволяет отгонять злые силы. Примета гласит, что приняв ванну с юзу, человек целый год не будет болеть простудой, особенно если после окончания водных процедур еще и полакомится тыквой, которая также символизирует солнце. Вера в волшебную силу юзу настолько велика, что в ванну окунают даже домашних животных, а оставшаяся вода идет на поливку растений.
Желтая свекла. Ценность такого продукта - 50 ккал, в нем содержится фолиевая кислота, калий, клетчатка и витамин А. Желтая, ее также именуют золотой, свекла едва ли получит признание на отечественном рынке. Разве можно представить себе желтый борщ, свекольник, винегрет или селедку под желтой шубой? Это только американцы, которым нас не понять, обожают желтую свеклу. Ведь она обладает важным достоинством - не пачкается при приготовлении. Вкус же овоща ничем не отличается от привычного нам. Он все такой же сладкий и ароматный, хорошо сочетаясь практически с любым продуктом - от сыра и копченого мяса, до цитрусовых. Эта свекла хороша в запеченном виде, с ней делают даже чипсы. Листья же этого желтого гибрида также можно использовать в пищу - в свежем виде в салатах.
На сегодняшний день в Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию, почти две трети всех районированных томатов и белокочанной капусты, большинство перцев и моркови — гибриды. Таким образом, по основным овощным культурам гетерозисные гибриды выходят в лидеры.
Настоящий «взрыв» в первом поколении
Из курса биологии вспомним, что гетерозис — явление, которое наблюдается в первом поколении при скрещивании растений различных видов, линий, сортов и выражается в повышенных темпах жизненного развития и продуктивности гибридов.
По сравнению с сортами гибриды F1 урожайнее, более устойчивы к неблагоприятным условиям, болезням, отличаются высоким качеством плодов. Причем гетерозис проявляется по одному или нескольким признакам. Нередко гибриды превосходят родительские растения по своим качествам (современные гибриды не только овощных культур, но и цветочных, например, виола, жасмин, петуния и многие другие.
Первые гибриды были получены садоводом Т. Ферчайлдом в 1717 году при скрещивании различных видов гвоздики. Практически все растения, которые растут в нашем саду — работы современных селекционеров, поэтому и размножаются большинство растений вегетативно, чтобы в дочерних растениях повторились .
Свойства гибридов
Согласно законам генетики, необыкновенные свойства гибридов сохраняются только в первом поколении . Если попробуете собрать семена с растений гибрида первого поколения (F1), то в следующем поколении (F2) получите «букет» различных признаков, а иногда появляются новые, которых не было у «родителей»: растения могут быть совсем без плодов или с разной урожайностью, измененной формой куста, листа, плода, а главное, эффект гетерозиса исчезает. Такие растения можно размножить только вегетативно .
Поэтому-то селекционеры каждый раз получают семена гибрида заново путем скрещивания двух или более родительских форм, специально созданных для этих целей. А исходные родительские линии обычно держат в секрете.
Первыми оценили преимущества гибридов агрономы - тепличники: гибриды раньше вступают в плодоношение и меньше болеют. За то время, что томаты растут в теплице, длина стебля может достигать пяти - шести метров, при этом на нем образуется до 25 завязей с плодами по 100 - 115 г.
Вслед за агрономами «раскусили» гибриды огородники-любители. А уж раз рынок повернулся лицом к гибридам, то и селекционеры стали работать в основном с гибридами.
Конечно, недостатки у гибридов есть: более высокая, чем у сортов, цена семян (семена гибридов стоят гораздо дороже, чем семена сортов из-за несовершенства техники скрещивания. Ведь до недавнего времени скрещивание приходилось делать вручную;
невозможность их самим получить;
высокие требования гибридов к агротехнике и уходу.
Но кто же из нас сможет устоять перед гибридами, не взирая на все трудности, чтобы насладиться урожаем? Несомненно, гетерозисные гибриды в XXI веке если не прогонят, то еще больше потеснят с рынка семена сортов.
Примеры гибридов овощей
Томат Булат F1 - представитель серии современных гибридов нового поколения, позволяющих получать суперурожаи в условиях открытого грунта и пленочных теплиц.
Гибрид Булат F1 характеризуется сочетанием многих удобных качеств, делающих его очень удобным не только для выращивания на личных садовых участках, но и с целью получения ранней товарной продукции для рыночных продаж. Гибрид ультраранний (от всходов до начала созревания плодов 80 - 85 дней, отдача урожая дружная и продолжительная. Плоды округлые, красные, плотные, транспортабельные, вкусные. Масса плодов до 200 г. урожайность этого невысокого гибрида достигает 15 кг с 1 кв. м. Кисти гибрида крепкие, без заломов, с пятью - семью ровными вкусными плодами. Плоды прочные, легко переносят перевозку. Рекомендован для выращивания как в открытом грунте, так и под пленочными укрытиями.
Гибрид перца F1 Пламенный создан специально для зимневесеннего и продленного оборотов. Раннеспелый - от полных всходов до технической спелости плодов проходит 101 - 104 дня. Растение штамбовое. Плод призмовидный, вначале зеленый, созревший - красный, плодоножка слабо вдавлена в плод, вершина тупая. Гибрид устойчив к вирусу табачной мозаики. Ценность гибрида в стабильной по годам урожайности. А еще у Пламенного очень вкусные плоды.
Гибрид капуста белокочанная Сахарная голова F1 - позднеспелый. Гибрид включен в Госреестр по Центральному, Волго-Вятскому, Цетрально-Черноземному регионам. От полных всходов до начала технической спелости 130 - 160 дней. Лист среднего размера, темно-зеленый с восковым налетом. Кочаны округлые, плотные, выровненные, сочные, сладкие, с высоким содержанием сахара, с хорошей внутренней текстурой, массой до 3 кг. Вкусовые качества высокие. Используется в свежем виде, кулинарной переработке, позднего квашения и зимнего хранения. Для ускорения всхожести семян, оздоровления растений, улучшения завязываемости плодов рекомендуется пользоваться специально разработанными стимуляторами роста и развития растений.
Испокон веку человек создает гибриды как растений, так и животных. Наиболее древними в практике животноводства являются гибриды лошади с ослом (мул, лошак) и зеброй (зеброид), одногорбого верблюда с двугорбым (нар), яка и зебу с крупным рогатым скотом. В свиноводстве практикуется гибридизация домашних свиней с диким кабаном для улучшения приспособляемости к местным условиям. XX век породил тьму новых гибридов: в птицеводстве, рыбоводстве и скотоводстве. А тут еще лигры с тигронами. И конца этому не видно…
Улитка или растение?
Не так давно в СМИ появилось сообщение о находке гибрида растения с животным. Речь шла о морской улитке, длина которой составляет три сантиметра, живущей на Атлантическом побережье Северной Америки. Обнаружившая этот чудо-организм группа ученых из университетов США и Южной Кореи назвала его Elysia chlorotica.
По данным журнала New Scientist, эти морские улитки «являются формой, живущей на солнечной энергии: они едят растения и обладают способностью к фотосинтезу». Найденный гибрид — своего рода желатиновый завод зеленого цвета. Он выглядит как кусок дерева и частично обладает его потенциалом, сохраняюмесяцев, благодаря генам водорослей, которые он потребляет. Мало того что улитка получает хлоропласты — внутриклеточные органоиды растительной клетки, где осуществляется фотосинтез, позволяющий растениям преобразовывать солнечный свет в энергию, — она еще хранит их в своих клетках, расположенных вдоль кишечника. Самое любопытное заключается в том, что если Elysia chlorotica в первое время (две недели) питается водорослями, то всю оставшуюся жизнь — в среднем продолжительность ее не превышает года — она может не потреблять пищи. Пока ученые не смогли раскрыть все тайны этого странного существа, ДНК хлоропластов которого содержит лишь 10% кодированного белка, необходимого для активной жизни улитки. Тем не менее, ряд наблюдений и выводов они опубликовали в журналах американской Академии наук.
Не может быть, потому что…
Обнаружение гибрида растения с животным вызвало в ученом мире сенсацию, однако идея скрещивать животных с животными близких видов осенила человечество еще много лет назад. Классическим примером гибридизации является мул — гибрид кобылы и осла.
Это сильное, выносливое животное, которое используют в значительно более тяжелых условиях, чем родительские формы. Этим мул обязан явлению, названному учеными гетерозисом и наблюдаемому как у домашних животных, так и у растений: при межпородных или межвидовых скрещиваниях у гибридов первого поколения происходит особенно мощное развитие и повышение жизнеспособности.Кстати, гетерозис широко применяют в промышленном птицеводстве, например, при разведении бройлерных цыплят и в свиноводстве. В природе случаи скрещивания дикого животного с представителями других видов крайне редки. Скажем, газели Гранта и Томпсона счастливо сосуществуют в смешанных группах. Эти виды имеют очень много схожего, и отличить их друг от друга могут только эксперты. Несмотря на это, случаев скрещивания этих двух видов не отмечено.
Домашние собаки могут спариваться с другими видами без разбора, но дикие виды собачьих, такие как волки, лисы и койоты, размножаются только внутри своего вида. Помимо очевидных причин, этому мешает еще и то, что во многих группах животных и растений при межвидовых скрещиваниях образуются мощные, но стерильные гибриды, иллюстрацией чему служит упомянутый мул. Поскольку примеров стерильных гибридов множество, ученые пришли к выводу, что обмен генами между различными популяциями или популяционными системами ослабляется или предотвращается разного рода преградами, и коль скоро они мешают повсеместной гибридизации животных или растений близких видов, то в еще большей степени должны мешать появлению гибрида растения с животным.
Из многочисленных опытов ученые сделали вывод, что гибриды почти всегда появляются в неволе в результате неестественных условий обитания или искусственного осеменения. Гибриды забавные…Примером тому может служить величественный лигр — гибрид самца льва и самки тигра — самый крупный представитель семейства кошачьих. Равно как и тигролев — помесь самца тигра и самки льва. Впрочем, тиг-рольвы, или тигроны, наоборот, имеют склонность к карликовости и обычно по размерам меньше своих родителей. Самцы лигров и тигрольвов бесплодны. в то время как самки порой могут приносить потомство. Один тигрон жил с 1978 до 1998 года в Индии, другой в возрасте 24 лет в 2003 году умер в Пекинском зоопарке. В американском Институте охраняемых и редких видов в Майами живет лигр по кличке Геркулес, высота которого в холке составляет 3 м.
Первый лигренок появился в нашей стране в Новосибирском зоопарке в 2004 году, а потом родились еще двое лигрят. Леопардольвом называют результат скрещивания самца леопарда с самкой льва. Голова у него похожа на мамину, а тело — папино. А есть ведь еще и гибриды гибридов — это помеси между самцом тигра и самкой лигра/тигрольва или самцом льва и самкой лигра/тигрольва. Такие гибриды второго уровня чрезвычайно редки и находятся главным образом в частной собственности. Начало процесса скрещивания больших кошек восходит к тем дням, когда владельцы зоопарков хотели заполучить как можно больше странных существ для привлечения публики. Гибридизация берет свое начало в 1800-х, когда зоопарки представляли собой бродячие зверинцы, предназначенные для извлечения прибыли, а не для сохранения видов животных. В Индии, например, межвидовое скрещивание впервые было зафиксировано в 1837 году, когда принцесса индийского штата Джамнагар представила гибрид большой кошки королеве Виктории. Несмотря на то, что все эти гибриды великанов из породы кошачьих неизменно привлекают посетителей зоопарков, многие ученые полагают, что такой путь гибридизации бесперспективен и даже вреден. Во всяком случае, практической пользы от таких гибридов нет, в то время как сами они подвержены болезням и ранней смерти. …и полезные...
Недавно в отечественных СМИ появились сообщения об успешной гибридизации волчицы и пса в питомнике кинологического факультета Пермского военного института внутренних войск. Значительная часть полученных там гибридных животных обладает хорошо выраженными признаками толерантности, то есть терпимости к человеку, а это значит, что едва ли не главный барьер на пути практического использования волчьей спермы в собаководстве в принципе может быть преодолен.Кроме того, все волкособаки в эмоциональном плане весьма сдержанны. Они обладают значительно большей, чем собаки, физической выносливостью. Быстро осваивают площадку с препятствиями, забор высотой более 2 метров легко перепрыгивают с места, выстрелы и взрывы их не пугают. При дрессировке они очень быстро понимают и усваивают, что от них требуется, и, помимо того, несомненно, обладают прекрасным чутьем. Так, скорость обнаружения условного правонарушителя в схронах при обыске объекта у них не превышает одной минуты, у собак же, 1,5-4 минуты при нормативе до 6 минут. Разумеется, волкособаки, холодоустойчивые гибриды карпов с амурским сазаном, овец с муфлоном и архаром не столь впечатляют, как лигры и тигрольвы, но пользы человечеству приносят не в пример больше. А что нам ждать в будущем от крохотной улитки — покажет жизнь.
Несколько интересных фото работ...
Цель: Изучить возможности проведение гибридологического анализа на объекте горох (Pisum sativum L.).
Для проведения гибридологического анализа на летней полевой практике можно использовать сорта (линии) разных видов растений, но лучше - имеющих хозяйственное значение с учетом климатических условий района. Для скрещивания обычно используются генетические коллекции культурных растений: генетическая коллекция мутантных внутривидовых форм, чистых линий, сортов. Чистые (гомозиготные) линии имеются у посевного гороха, кукурузы, томатов, пшеницы, ржи, ячменя, люпина и т. д.
Лучшим объектом для проведения скрещиваний является горох (Pisum sativum L., 2n=14). Растение самоопыляющееся, перекрестное опыление происходит редко. Цветки с прицветниками, обоеполые, пятилепестные. Цветок состоит из паруса, двух крыльев и двух сросшихся лепестков - лодочки (рис.1,2). Пестик простой, составлен одним плодолистиком. Столбик пестика сплюснут и изогнут почти под прямым углом вверх, завязь верхняя. В цветке имеется 10 тычинок, 9 из них (редко все 10) срастаются нитями в трубочку, и одна тычинка свободна.
Период цветения у гороха - до двух недель, в зависимости от сорта и погодных условий этот срок может продолжаться от 3 до 40 дней. Самоопыление происходит в бутоне до раскрытия цветка. Созревшие пыльники обычно растрескиваются в бутоне, и пыльца собирается в верхней части лодочки, попадая на рыльце по мере роста пестика.
Цветки раскрываются последовательно снизу вверх, первыми зацветают нижние цветки Перед посадкой гороха тщательно подготавливают. Глубина заделки семян 5-7 см, расстояние между растениями около 10-12 см, между рядами - около 20 см.
Методика скрещивания. Она состоит из следующих операций: подготовки соцветия к скрещиванию, кастрации цветков и опыления.
Ход работы. Главным моментом скрещивания на горохе является кастрация цветка - удаление пыльников из цветка материнского растения до их созревания. Кастрацию обычно проводят в фазе бутонизации (бутоны светло-зеленой окраски).
Опыление кастрированного цветка материнского растения желательно проводить свежесобранной пыльцой или использовать пыльцу сорванного отцовского цветка. Для опыления берут пыльцу только что распустившегося цветка отцовского растения.
Через несколько дней после опыления, когда начинают формироваться бобы, изоляторы снимают. Семена, созревшие в бобах в год скрещивания, являются уже гибридами первого поколения (), на них можно наблюдать доминирование одного из признаков (по форме или окраске семян).
1. Вылущить бобы с растения материнского сорта, подсчитать число семян; убедиться, что все семена имеют желтую окраску.
2. Вылущить бобы с растения отцовского сорта, подсчитать число семян; убедиться, что все семена имеют зеленую окраску.
3. Вылущить бобы трех растений с семенами первого поколения (); убедиться, что все семена имеют желтую окраску, и подсчитать число полученных семян. Определить, какая окраска (желтая или зеленая) доминантная и какая рецессивная.
4. Вылущить бобы 10 растений гороха с семенами второго поколения (), подсчитать число желтых и зеленых семян, вычислить отношение между ними. Затем вычислить теоретически ожидаемое отношение желтых и зеленых семян. Данные лучше записать в таблицу (табл.1).
Таблица 1
Гибридологический анализ при моногибридном скрещивании гороха
|
Проанализировано растений |
Получено семян |
Расщепление |
||||
|
Родительские сорта и гибриды |
В том числе |
Теоретически ожидаемое |
Фактически полученное |
|||
|
Неистощимый 195 |
||||||
|
> Московский 559 |
||||||
|
(общие данные анализа, полученные всей группой студентов) |
В таблицу вписываются все данные по анализу расщепления у гибридов и, полученные всеми студентами. Следует иметь в виду, что чем больше получено семян, тем фактические данные расщепления лучше согласуются с теоретически ожидаемым расщеплением.
Гибридологический анализ у гороха при дигибридном скрещивании
Дигибридным называется скрещивание, при котором родительские формы отличаются одна от другой по двум парам изучаемых альтернативных признаков. У гибридов и анализируется наследование только двух пар признаков или двух пар генов, определяющих их развитие.
Для гибридологического анализа при проведении дигибридного скрещивания были взяты сорта гороха уже, рекомендованные при моногибридном скрещивании: «Московский 558», имеющий гладкие зеленые семена и «Неистощимый 195» с морщинистыми желтыми семенами. . Семена гибридов первого поколения были гладкими и желтыми.
При анализе характера расщепления по окраске и форме семян у гороха были выполнены следующие задания:
Вылущить семена из бобов 5 или более материнских растений сорта «Неистощимый 195», подсчитать число семян и убедиться, что все они желтые и морщинистые;
Вылущить семена 5 или более отцовских растений сорта «Московский 559», они должны быть все гладкими и зелеными;
Вылущить семена гибридов, они все должны быть желтыми и гладкими. Определить какие признаки доминантные, какие - рецессивные;
Вылущить семена и распределить их на четыре фенотипических класса по сочетанию признаков окраски и формы семян: желтые гладкие, желтые морщинистые, зеленые гладкие и зеленые морщинистые;
Чтобы определить характер наследования каждой пары признаков (аллелей) у дигибрида, надо рассчитать расщепление по каждой из них отдельно: на желтые-зеленые и гладкие-морщинистые, - оно должно быть 3:1. Как следует из таблицы 4, соотношение желтых и зеленых семян 1075:365, или 2,94:1, близкое 3:1. Это означает, что признаки окраски и формы семян у гороха наследуются независимо.
Таблица 4
Гибридные семена по окраске и форме образуют 4 фенотипических класса в следующих количественных соотношениях: примерно всех полученных семян будут желтыми гладкими (А- В-), - желтыми морщинистыми (А- вв), - зелеными гладкими (аа В-) и - зелеными морщинистыми (аа вв), или близкие к отношению 9:3:3:1.
Методика проведения скрещивания у злаковых (пшеницы и ржи)
Пшеница (Triticum L.) - род травянистых протерогиничных растений. В культуре возделывают главным образом сорта мягкой (6п=42) и твердой (4п=28) пшениц.
Соцветие пшеницы - сложный колос, состоящий из одинаковых 3-7 цветковых колосков, сидящих в выемках колосового стержня. Цветок пшеницы имеет 3 тычинки и двухлопастное рыльце. Скрещивание начинают с кастрации цветка женских растений.
При опылении в кастрированные материнские цветки либо закладывают треснувшие пыльники, либо наносят пыльцу непосредственно на рыльце пинцетом, кисточкой или плоской тонкой палочкой. Нанесение пыльцы более -надежно
Методика проведения скрещивания у яблони
Яблоня (Malus Mill) - род растений семейства розановые (Rosaceae). Род включает 36 видов. Наиболее широко распространена яблоня домашняя, или культурная. Большая часть сортов диплоидны (2п=34), около четверти сортов триплоидны (3п=51), и единичные сорта тетраплоидны (4п=68).
Строение цветка. Цветки у яблони собраны в зонтиковидные соцветия (рис. 6). Цветок крупный, белый, снаружи розовый. Тычинок много. Пестик с пятью сросшимися при основании столбиками. Пыльники желтые. Чашечка пятираздельная. Завязь нижняя, пятигнездная; в каждом гнезде по 4-6 семяпочек. Яблоня цветет с апреля до июня в зависимости от зоны. Рыльце созревает раньше пыльников, что гарантирует перекрестное опыление, осуществляемое пчелами, шмелями. Продолжительность цветения 8-12 дней.
Техника опыления. На цветке оставляют 2-3 бутона, остальные удаляют. Оставляют бутоны, достигшие окончательной величины, лепестки которых еще не начали раздвигаться. Лепестки осторожно раздвинуть пинцетом, захватить верхнюю часть тычиночной нити с пыльником и извлечь. Удалять лучше по одному пыльнику, чтобы не повредить рыльце пестика. На кастрированные бутоны надеть общий изолятор.
Пыльцу для опыления можно приготовить в день кастрации. Собрать только начавшие распускаться бутоны растения отцовского сорта в бумажный пакетик. У яблони, чтобы опылить 5-10 цветков, достаточно пыльцы одного бутона.
Оценка плодовитости растений по пыльцевым зернам
У высших цветковых растений гаметофит редуцирован и сведен до образования зародышевого мешка (макроспорогенез) и прорастания пыльцы (микроспорогенез). Образование микроспор происходит в микроспорангиях. Зрелые микроспоры у семенных растений называются пыльцой, это совокупность пыльцевых зерен - пылинок, служащих для полового воспроизведения. Анализ микроспорогенеза, а также морфологии зрелых пыльцевых зерен позволяет оценить уровень плодовитости растений. Это особенно важно, когда изучается генетический контроль плодовитости, при выявлении ЦМС у растений, гибридизации и полиплоидии.
Нарушения морфологии пыльцы, резкое снижение ее количества в пыльниках и нарушение прорастания могут быть следствием различных генетических причин.
Существуют специальные методы анализа фертильности растений по прорастанию пыльцевых зерен. В природе пыльца, попадая на рыльце пестика, прорастает, образуя пыльцевую трубку. Прорастает пыльца под влиянием особых веществ, содержащих сахара, которые выделяются клетками зрелого рыльца.
Прорастание пыльцы у некоторых растений при С наблюдается уже через 15-20 мин. Пыльцевые трубки развиваются не одновременно, у одних пылинок трубка короче, у других - длиннее.
Проросшие пыльцевые зерна на покровном стекле можно окрасить ацетоорсеином и увидеть в трубках один или два (в зависимости от длины трубки) ядра (спермия).
Кроме проращивания пыльцы, аномальные клетки можно обнаружить, проводя их морфологический анализ с помощью окрасок. Например, содержащую крахмал пыльцу окрашивают йодом: берут пыльник любого растения с полностью созревшими пыльцевыми зернами и кладут на предметное стекло. С помощью препаровальной иглы разрывают пыльник и распределяют пыльцевые зерна по поверхности стекла. На стекло наносится капля 0,5 % спиртового раствора йода, выявляющего наличие крахмала по специфической синей окраске пыльцевых зерен. Их можно окрашивать ацеторсеином и изучать зерна с аномальной формой, слабоокрашенные, “невыполненные” т. е. долю абортивных клеток.
Задание 1. Используя пыльцу самых различных видов растений,студенты провели анализ изменчивости ее морфологии в капле воды без окраски (прижизненно), применив окраску йодом, ацетокармином.
Задание 2. В период цветения ржи и других культурных растений и окончательного созревания пыльцы у форм с различным генотипом (диплоиды, полиплоиды, анеуплоиды), у форм, произрастающих в различных условиях среды (обратите внимание на те погодные условия, при которых происходил мейоз или процессы завершения морфогенеза пыльцы), определите частоту проявления аномальных зрелых пыльцевых зерен. Классифицируйте аномальные клетки: резкие отклонения в размере, нарушение формы, нарушение цитоплазмы (ее сжатие и отслоение от оболочки и др.). Абортивные пыльцевые зерна часто имеют одно ядро. Для анализа частоты абортивной пыльцы окраску проводите ацеторсеином или ацетокармином.
