Подготовка растений к гибридизации техника проведения

Обновлено: 05.10.2024

Гибридизация - это скрещивание между собой двух или большего числа разных родительских форм. В результате ее получается новые организмы - гибриды.

Гибриды - организмы, которые получаются в результате искусственного или естественного скрещивания и объединяющие свойства и признаки разных особей.

Гибридизация делится на:

- внутривидовую - если скрещивающиеся особи принадлежат к одному виду;

- межвидовую и межродовую - еслискрещивающиеся особи принадлежат к разным видам или родам.

Гибридизация делится также на:

- искусственную;

- естественную (спонтанную). Она широко распространена в природе. Происходит не только между особями одного сорта, разновидности или вида, но и между растениями различных видов и родов. Так, при близком произрастании может происходить во время цветения скрещивание разных сортов мягкой яровой пшеницы, яровой пшеницы с озимой, кормовой свеклы с сахарной (из-за этого вырождение сорта), тыквы с кабачками и цукиниями (вырождение сорта) и т.д.

Гибридизация – это не простое арифметическое суммирование признаков и свойств растений. Основой формообразования при использовании метода гибридизации являются перекомбинация генов и трансгрессии. Родительские организмы передают своему потомству не признаки, а гены, на основе которых в каждом поколении гибридов признаки, контролируемые этими генами, развиваются вновь.

Например, При скрещивании двух сортов пшеницы, имеющих среднюю длину колоса, в гибридном потомстве часто обнаруживаются растения с большей или меньшей его длиной. Это новообразование связано с трансгрессией,т.е.суммирующим действием полимерных генов, определяющих длину колоса. При трансгрессии происходит объединение в гибриде генотипов, дополняющих друг друга ( рис. 2 и 3).

Трансгрессии возникают в тех случаях, когда одна или обе родительские формы, имея одновременно и доминантные и рецессивные аллели, контролирующие развитие какого-либо количественного (полигенного) признака, не обладают крайней степенью его выражения. В такой генетической системе при расщеплении могут появляться гибриды с крайними фенотипическими выражениями определенных признаков.

Внутривидовая гибридизация -это основой метод создания исходного материала, ее формообразовательные возможности очень велики.

Внутривидовая гибридизация

Типы скрещиваний

Гибридизация растений осуществляется путем скрещивания. В практической селекции применяют различные типы скрещиваний.

Условия, влияющие на выбор типов скрещивания:

· биологическими особенностями культуры, с которой ведется селекция;

· характером исходного материала;

· требованиями, предъявляемыми к будущему сорту и т.д.

Основные типы скрещиваний, применяемых в современной селекции, можно представить в виде следующей схемы:

Простые скрещивания.Простыми называются скрещивания между двумя родительскими формами, производимые однократно. Если одну из них обозначить А, а другую Б, то простое скрещивание между ними можно представить в виде формулы А х Б. Разновидность парных скрещиваний составляют реципрокные (взаимные) скрещивания. Их можно представить в виде формулы А х Б, и Б х А. Реципрокные скрещивания применяются в двух случаях:

1) когда наследование какого-либо важного хозяйственно-биологического свойства связано с цитоплазмой; например, иногда при скрещивании двух сортов озимой пшеницы, из которой один имеет более высокую морозостойкость, гибриды наследуют это свойство сильнее в том случае, если морозостойкий сорт используют в качестве материнской формы;

2) когда наблюдается различная завязываемость семян в зависимости от того, в качестве материнской или отцовской формы берется тот или иной сорт.

Ядерный материал и при прямом и при обратном скрещивании родительские формы передают поровну, цитоплазма же передается гибридам только по материнской линии. При реципрокных скрещиваниях в одних случаях слияние цитоплазмы материнской формы может быть очень существенным, в других оно не проявляется.

Сложные скрещивания - скрещивания, в которых используют более двух родительских форм или когда гибридное потомство повторно скрещивают с одной из них. Сложные скрещивания делятся на: ступенчатые и возвратные.

Ступенчатые скрещивания применяют, когда необходимо последовательно объединить в гибридном потомстве наследственность нескольких родительских форм. Его можно представить в виде следующих примерных простейших формул:

1) [ (А х Б) х В] х Г (четыре родительские формы)

2) [ (А х Б) х (В х Г)] х Д (пять родительских форм)

В первом случае гибрид, полученный от скрещивания двух родительских форм А и Б, дополнительно скрещивают с формой В, а затем с формой Г; во втором случае сначала скрещивают между собой попарно сорта А и Б, В и Г, а потом их гибридное потомство скрещивают между собой, а затем с формой Д. В обоих случаях скрещивания осуществляются последовательно, ступенчато.

Ступенчатая гибридизация очень широко применяется в современной селекции. Переход к ней от парной гибридизации был вызван повышением требований к сортам сельскохозяйственных культур, так как скрещивание двух родительских форм, как правило, не обеспечивает получения сорта с нужными качествами. Для формирования нового сорта требуется участие 4-5, а иногда и большего числа исходных форм.

Метод сложной ступенчатой гибридизации был впервые разработан и успешно применении Шехурдиным А.П. Таким путем был создан сорт яровой пшеницы Саратовская 29 (рис.)

Белотурка х Полтавка

Лютесценс 91 х Сарроза

Альбидум 24 х Лютесценс 55/11

Селекционная практика показывает, что метод сложной ступенчатой гибридизации имеет огромные неисчерпаемые возможности для формообразования.

Возвратными называют скрещивания, при которых гибрид повторно скрещивают с одной из родительских форм. Их применяют в двух случаях:

1. Для преодоления бесплодия гибридов первого поколения при отдаленной гибридизации; такое скрещивание можно представить в виде формулы (А х Б) Х Б.

2. Для усиления в гибридном потомстве желаемых свойств одной из родительских форм. Формула такого скрещивания:

А х Б → АБ х Б → АББ х Б → АБББ х Б →АББББ х Б и т.д.

Во втором случае возвратные скрещивания называют насыщающие насыщающими. Смысл этого названия состоит в том, что в ряду поколений гибридное потомство последовательно дополняется насыщается ядерным наследственным материалом отцовской формы. Цитоплазма при этом у всех поколений гибридов остается материнская.

Гибриды первого поколения имеют равное количество материнского и отцовского ядерного материала, в дальнейших поколениях удельный вес последнего непрерывно нарастает.

Каждое последующее скрещивание гибридного потомства с отцовской формой называется беккроссом. В результате первого беккросса количество отцовского ядерного материала увеличивается до 75 %, после шестого оно равно 99,2 %, т.е. происходит почти полное поглощение материнской наследственности отцовской. Гибридное потомство насыщающих скрещиваний после шестого беккросса обычно размножают и отбирают из него лучшие линии – высокоурожайные и устойчивые к заболеваниям.

Используя насыщающие скрещивания, удается совмещать в гибридном организме цитоплазму одного сорта и ядерное вещество другого. Этот прием очень широко применяется в настоящее время при использовании ЦМС (цитоплазматической мужской стерильности) в селекции гетерозисных гибридов кукурузы, сорго и других культур, а также для создания односемянных сортов сахарной свеклы.

Конвергентные скрещивания.

Одной из разновидностей возвратных скрещиваний являются конвергентные скрещивания (от лат. Convergere – приближаться, сходиться). При насыщающих скрещиваниях гены одной родительской формы почти полностью, за исключением отдельных из них вытесняются у гибридов генами другой. В ряде случаев это не нужно, а, наоборот, требуется обеспечить более или менее равномерное сочетание в гибридном потомстве признаков и свойств обеих родительских форм. Для этого проводят две серии возвратных скрещиваний. Гибриды первого поколения скрещивают в двух направлениях: одни – с отцовской формой, другие – с материнской. После 3-4 таких повторных скрещиваний получают две сближенные (конвергентные) линии, их скрещивают между собой, размножают и в полученном гибридном потомстве ведут отбор лучших растений на ценные признаки и свойства, как при обычно насыщающем скрещивании.

В беккроссах от скрещивания с материнским сортом А отбор ведут главным образом по признакам, свойственным отцовскому сорту Б и, наоборот, в других беккроссах отбор ведут преимущественно по признакам материнского сорта А.

Схематически конвергентные скрещивания можно представить так:

1-й год	Скрещивание родительских форм	А х Б
2-й	1-й беккросс	АБ х А х АБ х Б
3-й	2-й беккросс	АБА х А х АББ х Б
4-й	3-й беккросс	АБАА х А х АБББ х Б
5-й	Завершающее скрещивание	АБААА х АББББ
6-й	Размножение гибридов конвергентных линий
7-й	Отбор лучших элитных растений

Опыление

Через 1-3 дня, когда цветки в изоляторе распустятся, их опыляют заранее заготовленной пыльцой подобранных сортов. Чем больше пыльцы нанесено на рыльце пестика, тем лучше происходит оплодотворение и образование ягод.

После опыления на опыленное соцветия снова надевают изолятор (вату). На кисть вешают этикетку из вощеной бумаги, подписанную только простым карандашом (пишут номер комбинации, название материнского сорта, дату опыления и фамилию лица, проводившего ее).

*Продолжительность восприимчивости рылец колеблется от 3 до 10 дней и сильно зависит от метрологических условий.

**Лучше время для проведения опыления – ранние утренние часы, когда рыльце наиболее восприимчиво к пыльце и когда обеспечивается наилучшее ее прорастание.

Техника скрещивания других полевых культур имеет некоторые особенности, но в принципе она мало отличается от описанной.

Кастрация и в особенности опыление растений – очень трудоемкие и малопроизводительные процессы. Даже работник, хорошо освоивший технику скрещивании, за один рабочий день обычно кастрирует не более 60-80 колосьев и опыляет 30-40 колосьев. Для повышения производительности труда и получения большей результативности скрещиваний селекционно-опытные учреждения разработали ряд приемов, позволяющих совершенствовать технику искусственного опыления растений.

В КНИИСХ разработан и широко применяется во многих селекциях групповой способ опыления. Сущность его состоит в следующем. Пять-шесть кастрированных колосьев материнского сорта заключают в один общий изолятор размером 20 35 см, в который через 3-5 дней вводят вставленные в бутылку или банку с водой колосья отцовского сорта (по полтора-два колоса на каждый кастрированный колос). Колосья сорта-опылителя берут с созревшими желтыми пыльниками в момент начала растрескивания отдельных из них. Их ставят под изолятор несколько выше колосьев материнского сорта и перемешивают с ними, что обеспечивает хорошее переопыление. Групповой способ по сравнению с обычным, описанным выше, позволяет повысить производительность труда при проведении опыления растений более чем в 10 раз, а количество завязавшихся зерен увеличивается при этом в 3-4 раза.

В некоторых институтах применяют опыление методом сближения скрещиваемых растений. Заранее подобранные родительские формы высевают смежными рядками.

Кастрированные колосья материнского сорта помещают под общий изолятор с колосьями рядом растущего отцовского сорта-опылителя. Результативность оплодотворения и производительности этого способа еще выше, чем группового. Но он имеет и недостатки. Применение его затрудняется в том случае, если скрещиваемые сорта значительно различаются по продолжительности вегетационного периода или когда растения материнского сорта выше растений отцовского сорта. Кроме того, применение этого способа предполагает заблаговременный подбор родительских пар.

В Мексиканском международном селекционном центре (СММИТ) при гибридизации пшеницы применяют так называемые твел-метод (twirl method). Кастрацию колосьев материнской формы проводят обычным способом, но колосковые и цветковые чешуи обрезают очень низко- почти над самой рыльцем пестика. На кастрированный колос надевают прозрачный пергаментный изолятор и закрепляют его снизу канцелярской скрепкой. Колосья отцовской формы, отбираемые от расчета по одному на каждый колос кастрированного материнского растения, ставят на 4-5 часов в банку с водой. Затем у них для ускорения созревания пыльников также низко обрезают колосковые и цветковые чешуи. Появление в колосе пыльников из нескольких цветков указывает на готовность пыльцы к опылению. Начиная опыление, отрезают верхнею часть изолятора, осторожно вводят в него колос отцовской формы и несколько раз энергично вращают его. Отсюда и название этого метода (twirl - вращать, вертеть). После опыления верхнюю часть изолятора закрепляют канцелярской скрепкой. Этот метод очень производителен. Обычно работник за один час может опылить до 50 колосьев при 90-95%-ной удаче.

Тема 3 Создание исходного материала методом гибридизации – 2 ч

1 Понятие о гибридизации

2 Внутривидовая гибридизация.

2.1 Подбор родительских форм для скрещивания

2.2 Типы скрещиваний

3 Отдаленная гибридизация

4 Способы получения жизнеспособных отдаленных гибридов

Понятие о гибридизации

Гибридизация делится на:

- внутривидовую - если скрещивающиеся особи принадлежат к одному виду;

- межвидовую и межродовую - еслискрещивающиеся особи принадлежат к разным видам или родам.

Гибридизация делится также на:

- искусственную;

Растения с закрытым или открытым типом цветения, двух или однополые нуждаются в разной подготовке к скрещиванию и разным приемам опыления. Важная также длительность жизнеспособности пыльцы. Рассмотрим методы искусственного опыления, которые применяют при скрещивании.

Принудительное опыление осуществляется искусственным перенесением пыльцы из мужского растения на материнское. Пинцетом собирают из цветков пыльники, которые имеют желтую расцветку, но еще были нераскрывшимися, их вмещают в бюксы. Снимают изолятор из кастрированного материнского соцветия (цветков) и проводят опыление, захватывая пыльник пинцетом и вкладывая его в кастрированный цветок. При этом уместно на пыльник набрать пыльцы, которая вытряслась в бюксы из пыльников, что треснули. Закончив опыление, опять надевают изолятор.

При ограниченно свободном опылении после кастрации материнских растений на них надевают изоляторы, под которые подводятся мужские растения с зрелыми пыльниками, по два мужских колоса на один колос материнской формы. Если сроки цветения не совпадают, растения выращивают в вегетационных сосудах и размещают около материнских растений. Большинство селекционных учреждений применяют Краснодарский метод, за которым срезанные мужские растения вмещают в банки с водой и подводят под изолятор. Время вот времени растения полезно стряхивать. При скрещивании насекомоопыляющихся растений, например клевера, под изолятор пускают насекомых, какие опыляют это растение в естественных условиях.

Ограниченно свободное опыление можно проводит и без изолятора. Для этого родительские растения высевают поочередно рядами. Перед цветением материнские растения подготавливают к скрещиванию, потом кастрируют, а опыление происходит естественно. В этом случае необходима пространственная изоляция до 1—2 км форм, какие скрещивают, вот вторых сортов.

Свободно групповое опыление отличается вот ограниченно свободного тем, которое проводится не одной, а несколькими мужскими формами (сортами). Этот метод можно осуществлять под изоляторами и без них.

Свободное опыление перекрестноопыляющихся культур проводят при определенных условиях естественным путем. Рядом с позитивным (большой процент завязывания семян) негативным есть выборочность опыления, что ухудшает качество гибридов.

Изготовление изоляторов. Для большинства растений, которые опыляются ветром, применяют пергаментные изоляторы. их изготовляют, сшивая или склеивая клеем, который не размокает. Этот клей готовят так: 400 г столярного клея варят в 500 мл воды к консистенции гуммиарабику, охлаждают, добавляют к нему 4—5 мл насыщенного раствору дихромата калию и тщательным образом перемешивают.

Для изготовления изоляторов можно использовать и целлофан. Зависимо вот способа опыления применяют разные изоляторы. При принудительном опылении можно пользоваться малыми одиночными изоляторами, которые надевают на отдельный колос. Это склеенная из пергамента трубочка, которую завязывают сверху нитью, надевают на колос и завязывают снизу нитью, предварительно поместив в месте завязывания вату, чтобы предотвратить проникновение под изолятор насекомых. При ограниченно свободному опылении використовують групповые изоляторы. Размеры изолятора зависят вот размера соцветия. На изоляторе простым карандашом пишут название материнской формы (ставят знак 0, дату кастрации и фамилию сотрудника, который выполнял эту операцию) Проведя опыление, на изоляторе пишут название мужской формы (ставят знак 0, дату опыления и фамилию исполнителя).

Изоляторы для растений, что опыляются насекомыми, сшивают в виде мешочков из марли или батиста в зависимости вот особенностей строения цветка и биологии цветения. Как изолятор можно использовать ватту (соевую, лляну). Цветки некоторых растений вообще не изолируют.

Техника гибридизации отдельных культур

Пшеница. Кастрацию проводят после выколошивания растений. На колосе удаляют нижние колоски и верхушку. Из каждого колоска удаляют средние цветки, оставляя лишь две боковые. Потом обрезают ости и остеоподобные отростки с небольшой частью цветочной чешуи. У безостых форм верхнюю часть колосковой и цветочной чешуи можно не обрезать. Из каждого цветка пинцетом удаляют три тычинки, которые содержатся между цветочными чешуей, не травмируя рыльца

Кастрированный колос изолируют этикетируют, о чем делают запись в специальном журнале.

Для опыления используют зрелые тычинки желтого або-жовто-зеленого цвета, которые собирают в бюкси. Самыми благоприятными для опыления есть утренние (до 10 год) и вечерние (с 17 к 20год) часы.

При принудительном опылении кусочки тычинок с пыльцой на носят пинцетом на рыльце пестика.

Рыльца пестика способны принимать пыльцу 7—9 суток после; кастрации. Дневная норма техника — 50 кастрированных и запыленных

Колос.При ограниченно свободному методе опыления 3—5 кастрированных, колоса материнского сорта вмещают под один общий изолятор. Колос родительского сорта срезает и вмещает в баночки с водой, которые привязывают к кольям и размещают под этим самим изолятором, чтобы они находились выше колоса материнского-сорту. Размеры изолятора из пергамента 25Х10 см.

В этом случае используют одиночные изоляторы. Чешуя при подготовке материнского колоса к кастрации подрезает. Колос родительской формы, который вот-вот должен зацвести или в него уже раскрылись одна два цветка, срезают, подрезают чешую (при этом удаляют и ости) и, согревая в руках, ожидают, когда начнется цветение. Тогда раскрывают верхнюю часть изолятора, не снимая его из колоса, вводят колос, который зацвел, и вращают над колосом материнской формы так, чтобы осыпать его пыльцой. Потом колос мужской формы вынимают, углы изолятора загинають, чтобы закрыть отверстие, и скрепляют канцелярской скрепкой.

При свободном ветроопылении материнскую форму высевают в массиве сорта опылителя. Перед началом цветения колос материнского сорта кастрирует, лишние срезают, во избежание самоопыления.

Искусственно стерилизовать пыльцу без повреждения рыльца можно, выдерживая, колос в фазе полного выколошивания за 72 год к началу цветения в пергаментных изоляторах, внутренняя поверхность которых смоченная керосином, или обрабатывая молодые растения гидрозид-малеиновой кислотой (ГМК) в концентрации 250 мг/л при двукратном опрыскивании.

В естественных условиях пыльца пшеницы и вторых зерновых культур хранит способность оплодотворять в течение ЗО—40 хв. При хранении срезанного колоса (опылителя) в холодильнике (t=0… 4 °С) или в бюксі на льду пыльца хранит жизнеспособность в течение 6 суток и больше.

Ячмень. Для кастрации выбирают колос, у которого тычинки в цветках средней части колоса достаточно развитые, однако еще зелени. Чаще всего это совпадает во времени с появлением остей из влагалища листка.

При подготовке колоса к кастрации можно обойтись без удаления боковых недоразвитых колосков, если в них не образуется пыльца или их цветение сильно опаздывает.

Жизнеспособность пыльцы ячменя может сохраняться в течение 26 суток, если его выдерживать при температуре — 2 °С в эксикаторе над хлоридом кальция. В обычных условиях пыльца хранит жизнеспособность не больше суток.

Овес. Кастрируют метелки, в которых из слоеного влагалища появилось несколько колосков. Метелку осторожно вынимают из влагалища, оставляют 10—15 хороший развитых колосков, остальные срезают ножницами, а из оставленных колосков пинцетом удаляют второй и третий цветки. Нижние (первые) цветки с зелеными тычинками кастрируют. На метелку надевают изоляторы. Для проведения опыления изолятор снимают, после опыления его опять надевают и оставляют на метелке к уборке урожая. Цветки опыляют, когда их рыльца становятся перистыми, приблизительно через 3 сутки после кастрации (в холод ну погоду через 4—5, в жарку— 1—2 сутки). На кастрированный цветок переносят 2—3 тычинки, пыльцу на рыльце можно переносить щеточкой.

В естественных условиях пыльца овса хранит жизнеспособность не больше 1 часа. Если хранить его при температуре 4 °С, то вел пригодный для опыления в течение 2—4 часа.

Просо. Для кастрации оставляют 10—15 хороший развитых цветков в верхней и средней частях метелки, остальные удаляют. Цветки кастрируют в момент раскрытия цветочной чешуи, то есть в начале цветения. Опыление лучше проводит в день кастрации. Ручная кастрация с принудительным опылением у проса достаточно трудоемкая. Для повышения производительности и увеличение выхода гибридных семян применяют разные методы искусственного скрещивания. На Веселоподолянской опытно селекционной станции процесс принудительного опыления заменили многоразовым стряхиванием мужских метелок над кастрированными цветками материнских в момент их открытого цветения. Для раскрытия цветков нужно потереть метелки между ладонями.

В Институте земледелия УЛАН (И. В. Яшовский) проводят кастрацию водным методом. Метелку периодически окунают в сосуд с водой, а затем легкими ударами, ее по ладони вытрясают из цветков тычинки, что намокли.

В Институте растениеводства им. В. Я. Юръева кастрацию проса проводят горячим воздухом с помощью прибора ПТУ (полевой термостат универсальный). При 52 °С но экспозиции 6—8 хв пилочек погибает, а рыльце остается жизнеспособным.

Самым перспективным является химический метод стерилизации пыльцы проса опрыскиванием растений 2,4-дихлорфеноксіоцтовою кислотой (1—5 %-й водный раствор) в фазе полной выброски метелки.

Горох. Для получения гибридных семян кастрацию проводят так. В бутоне, который был еще нераспустившимся, открывают витрильце, иглой разрезают челнок вдоль киля, осторожно раздвигают разрезанные половинки и удаляют все 10 тычинок, пытаясь не повредить рыльца. Пыльцу родительской формы можно наносит одновременно с кастрацией. Жизнеспособность пыльцы сохраняется 2—З суток. Для нанесения пыльцы используют пинцет или канцелярское перо. Кастрированные и запыленные цветки изолируют марлевыми или капроновыми изоляторами или обматывают тонким слоем ваты.

В связи с более ранним дозреванием гинецею искусственное опыление бутонов можно проводит и без предыдущей кастрации. Завязывание гибридных семян достигает 87—96%. Пыльца гороха может сохраняться 3—7 суток, а при низкой влажности воздуха — в течение месяца.

Картофель. Цветки фертильних материнских растений кастрируют. Для опыления используют канцелярское перо или пинцет. Отбирают 5—8 зрелых бутонов, остальные удаляют. После нанесения пыльцы рыльце изолируют как вот собственной, так и вот побочной, пыльцы. Как изолятор используют солому злаков — пшеницы, ржи, ячменя. Диаметр соломины должен быть близким к диаметру рыльца цветка, длина— 1,5—2,0 см. Цветки с ягодами вмещают в марлевые мешочки. Как правило, ягоды в поле не дозревают, потому за 2—3 сутки к уборки урожая их срывают и они созревают в прохладном помещении. Из дозрелых ягод отмывают семена и высушивают к воздушно-сухому состоянию.

Пыльца картофеля в естественных условиях хранит жизнеспособность до 8 суток, однако для опыления нужно использовать пыльцу в течение 1—3 суток после сбора. Над хлоридом кальцию в эксикаторе, вмещенному в холодильник при —2 °С, жизнеспособность пыльцы сохраняется в течение нескольких месяцев.

Гибридизация – это скрещивание особей, различающихся одним или несколькими наследственно обусловленными признаками. Гибридизация бывает естественной (спонтанной) и искусственной (экспериментальной).

Естественная гибридизация подразделяется на аллопатрическую (скрещиваются особи двух дифференцированных видов в зоне контактов их ареалов, например, лиственница сибирская и даурскач, ель сибирская и европейская), симпатрическую (скрещивание особей двух генетически обособленных видов в пределах одной географической области, например, осины и тополя белого) и интрогрессивную (особый вид гибридизации, при которой происходят возвратные скрещивания спонтанных межвидовых гибридов с исходными родительскими видами, обнаружена среди видов дуба, ивы, тополя). Различают также внутривидовую, межродовую и межсемейственную гибридизацию. Скрещивание особей различных форм и сортов, принадлежащих к одному виду, называется внутривидовой гибридизацией. Скрещивание особей принадлежащих к разным видам одного рода, разным родам и разным семействам, называют отдаленной межвидовой, межродовой и межсемейственной гибридизацией.

Гибридизация нашла широкое применение при интродукции лесообразующих видов в лесные культуры и в создании лесосеменной базы лесного хозяйства. Она используется для разработки новых и совершенствования имеющихся методов отбора высокопродуктивных и устойчивых форм древесных растений, выведения и размножения сортов. Гибридизация и селекция лесных древесных пород составляют основу для реализации в практике лесного хозяйства программ сохранения биологического разнообразия растительного мира, и повышения продуктивности лесов России.

Гибридизацию нельзя рассматривать как простое арифметическое суммирование признаков и свойств растений. Родительские организмы передают потомству не признаки, а гены, на основе которых в каждом поколении гибридов признаки, контролируемые этими генами, развиваются вновь. Гибридизация используется в качестве способа изучения наследования, получившего название гибридологического метода генетического анализа. Этот метод позволяет на основе системы скрещиваний в ряду поколений анализировать закономерности наследования отдельных признаков и свойств, а также обнаруживать наследственные изменения организмов при половом размножении

Гибридизация, как метод селекции, включает комплекс приемов, направленных на получение гибридных растений с изменением наследственности и использованием ее для выведения новых сортов. Создавая гибридизацией нужный исходный материал, удается значительно ускорить ход селекционного процесса. Последовательным скрещиванием наследственно расщепляющихся родительских форм селекционеры создают новые формы растений. Выведение новых сортов, в которых с помощью гибридизации достигается сочетание хозяйственно ценных свойств большого количества родительских форм названо

синтетической селекцией. Гибридизацию относят к категории комбинативной селекции, так как основной целью при этом является получение потомства с новой совокупностью генетически обусловленных признаков и свойств. Последующим отбором и направленным воспитанием гибридного потомства новые ценные признаки и свойства закрепляются и усиливаются.

Содержание и порядок работы по селекции методом гибридизации:

Цель работы и разработка модели (образа) будущего гибрида;

Изучение генетического потенциала (наследственности) исходного материала;

Подбор родительских пар;

Подбор и хранение пыльцы;

Подготовка женских цветков к опылению (кастрация и изоляция);

Проведение опыления (техника скрещивания);

Наблюдение за развитием гибридных семян и уход за материнскими растениями;

Сбор гибридных семян и выращивание гибридного потомства;

Отбор лучших гибридных форм и выделение из них отдельных растений (кандидатов в сорта) для сравнительного испытания на сортоиспытательных участках;

Разработка методов массового размножения нового сорта для производства.

Типы скрещиваний применяемые в гибридизации можно представить такой схемой см. рисунок 1.

Простыми скрещиваниями называют однократные скрещивания между двумя родительскими формами. Если родительские виды или сорта обозначить буквами, то этот тип скрещивания можно изобразить как А х Б или В х Г и т.д., после которых в гибридном потомстве проводится отбор элитных растений и оценка их потомства. При простых скрещиваниях гибриды получаются на основе комбинаций генов материнской и отцовской форм. Простые парные скрещивания имеют большое значение при внутривидовой гибридизации.

Парные Диаллельные Множественные Возвратные

Реципрокные Ступенчатые Конвергентные

Рисунок 2 – Типы скрещиваний

Диаллельные скрещивания – каждая испытываемая линия, форма или сорт скрещивается со всеми другими линиями или сортами во всех возможных комбинациях. Например, А х Б, А х В, А х Г, А х Д, А х Е и т.д. Число всех возможных комбинаций при длительных скрещиваниях может быть очень большим и будет возрастать по мере увеличения количества исходных линий, форм или сортов. Диаллельные скрещивания можно применять в работе с древесными растениями с целью изучения варьирования признаков в гибридном потомстве, а также определения отобранных по фенотипу деревьев на проявление хозяйственно ценного признака в гибридном потомстве.

Реципрокными скрещиваниями называются скрещивания растений, при которых каждый из двух сортов или видов в одном случае является материнской формой, во втором - отцовской. Например, скрещивание осуществленное по схеме А х Б и Б х А. Первое скрещивание А х Б называют прямым, второе Б х А - обратным. Реципрокные скрещивания важны при отдаленной гибридизации, так как часто успех работы решается удачным подбором отцовских и материнских видов.

Сложными скрещиваниями называют скрещивания, когда в гибридизацию вовлекается более двух родительских форм или когда гибридное потомство повторно скрещивается с одним из родителей.

Сложные скрещивания имеют в селекционной практике значительно большее значение, чем простые.

Множественные скрещивания, или поликкроссы, - это такие скрещивания, когда материнские растения опыляются смесью пыльцы нескольких видов и сортов.

Основные условия успешного применения метода множественных скрещиваний: растения должны быть многолетними, самостерильными, обладать способностью к клонированию и иметь одинаковые сроки цветения. Таким условиям могут удовлетворять многие древесные породы.

Возвратные скрещивания, или беккроссы, - скрещивания при которых гибрид повторно скрещивается с одной из родительских форм. Этот тип скрещиваний широко применяется в селекционной практике. Он используется в тех случаях, когда у ценных по комплексу признаков сортов имеется дефект, который желательно устранить. Тогда новый сорт стал бы совершеннее, расширились бы возможности его практического использования. При проведении возвратных скрещиваний селекционная цель достигается достаточно быстро.

Насыщающие и конвергентные скрещивания - повторные возвратные скрещивания. Этот метод часто применяется при выведении сортов устойчивых к болезням. При насыщающих скрещиваниях признаки и свойства одного из родителей почти или полностью вытесняются за исключением немногих генов. Вследствие этого среди потомства легче найти желаемую комбинацию признаков.

Ступенчатые скрещивания – полученный от простого скрещивания гибрид повторно скрещивается не с родительской формой, а с третьим сортом или видом растений, затем с четвертым и т.д. При ступенчатых скрещиваниях создается

гибридный материал, включающий наследственные свойства нескольких сортов, или видов растений.

Межгибридными называют такие скрещивания, при которых объединение наследственности нескольких родителей осуществляют не последовательно, как при ступенчатой гибридизации, а параллельно после предварительного получения простых гибридов и последующего их скрещивания.

Конечная цель по гибридизации лесных древесных растений – получение гибридных семян.

Существует несколько способов получения гибридных семян, Гибридные семена древесных растений получают от скрещивания на растущих деревьях, а также на срезанных ветвях.

Непосредственное скрещивание на растущих деревьях процесс очень трудоемкий и ему должно предшествовать построение вокруг дерева стационарной элементарной вышки с рабочими площадками в средней и верхней части кроны, необходимо также устроить лестницы для подъема на рабочую площадку. Для пригибания ветвей с женскими цветками нужны палки с крючками на конце и веревки для закрепления пригнутой ветви.

Для ветроопыляемых растений применяют изоляторы из плотной бумаги или полиэтилена, а для насекомоопыляемых можно применять марлевые мешочки.

Рисунок 3 – Изолятор из пергаментной бумаги

Рисунок 4 – Кастрация обоеполых цветков

После изоляции и кастрации цветков, опыление осуществляют в период самого благоприятного для данной породы восприятия рыльцем пестика. Пыльца

может наносится разными способами: 1) пыльцу можно внести в изолятор путем распыливания шприцем, но после прокола пакета и проведения опыления его обязательно заклеивают; 2) нанесение пыльцы ватным тампоном или препаровальной иглой с насаженным на конце кусочком пробки или обыкновенной резинки. Наносят пыльцу таким образом: предварительно изолятор или снимают или раскрывают, а иглу или тампон осторожно опускают в пыльцу, излишки пыльцы аккуратно стряхивают обратно в пробирку. Затем тампон или иглу подносят к цветку и легко прикасаются к нему, при этом надо убедиться, что пыльца осталась на рыльце пестика. После опыления пакеты закрывают или надевают и обязательно отмечают этикеткой, которая была на нем до этого. Чаще при опылении пород с мелкими рыльцами применяют препаровальные иглы с кусочком пробки, а для пород с крупными рыльцами (орех) применяют ватные тампоны.

В каждом конкретном случае ведется учет изолированных, опыленных цветков и количество образовавшихся завязей.

После окончания цветения, изолятор необходимо снять, чтобы он не препятствовал нормальному развитию плодов. После снятия изоляторов,

вата, которая окружала основание веточки, оставляется, чтобы гибридные плоды были хорошо видны на дереве. Еще лучше в целях сохранения гибридных плодов, изолировать их марлевыми мешочками, тогда потеря ценного селекционного материала сводится до минимума.

Итоги гибридизации подводятся после проведения всех работ и записывают в виде ведомости.

При проведении гибридизации необходимо помнить, что гибридные плоды (особенно у дуба) часто подвергаются нападению вредителей, поэтому необходимо предпринимать все меры предотвращающие это нежелательное явление. В этом плане желательно надеть марлевые мешочки, которые позволят сохранить полностью образовавшиеся завязи и предотвратить повреждение вредителями.

После созревания плодов, их собирают в те же марлевые мешочки с обязательным навешиванием этикетки сверху, а для верности желательно во внутрь поместить бумажную этикетку. В таком виде гибриды доставляются в лабораторию для проведения необходимых исследований по их качеству и для последующего выращивания гибридного потомства.

Скрещивание на растущих деревьях – процесс очень трудоемкий и дорогостоящий. Однако некоторые древесные породы имеют мелкие семена

для своего созревания не требуют большого количества питательных веществ и поэтому скрещивание таких пород можно проводить на ветвях, отделенных от материнских растений.

Преимущество скрещивания на срезанных ветвях:

- опыление может быть проведено задолго до того времени, когда данные виды цветут в природе; - для работы нет необходимости подниматься высоко в крону;

- сроки цветения разных видов могут быть подогнаны к одному времени; - ход опыления и результаты легко контролируются; - процесс опыления в лаборатории более продуктивный;

- опыление на срезанных ветвях позволяет ослаблять влияние материнских растений на гибридное потомство и усиливает развитие отцовских признаков, поэтому селекционер при подборе пар к скрещиванию должен эти обстоятельства учитывать.

Скрещивать на срезанных ветвях можно: ивы, тополя, ильмовые. Возможен он и для берез, но семена их созревают более длительное время и поэтому получить зрелые семена труднее, чем у ив и тополей.

Заготовка ветвей ведется с женских и мужских деревьев, до их распускания, поэтому маточные деревья, отобранные для скрещивания, намечают заблаговременно. Если намеченный для скрещивания вид отсутствует на месте проведения гибридизации, то он может быть выписан из других мест. В том случае, если материнские и отцовские деревья не отмечены заблаговременно, то они могут быть различимы по следующим признакам: одновозрастные деревья с тычиночными цветками обычно крупнее, чем с женскими, ветви их толще, кроны шире. Женские деревья имеют более тонкие ветви, более ажурные кроны в безлиственном состоянии. Цветочные почки у мужских экземпляров крупные и округлые. У женских они мельче, имеют заостренную форму и почти не отличаются от листовых. При раздавливании цветочной почки мужского экземпляра образуется как бы икристая масса, состоящая из еще недоразвитых пыльников. У женских экземпляров пыльников нет и при раздавливании цветочных почек икристости не наблюдается.

Каждая заготовленная ветвь должна быть снабжена этикеткой, на которой указывается: 1) название породы, 2) порядковый номер, 3) географическое положение, 4) возраст, 5) пол (для двудомных видов), 6) дата заготовки ветви.

Ветви для скрещивания заготавливают в средней части кроны, длина их должна быть от 75 до 150 см и толщиной не менее 10 мм.

Заготовление ветви ставят в сосуды с обыкновенной отстоянной водопроводной или колодезной водой, а лучше всего для этих целей приготовить специальный питательный раствор из азотнокислого кальция – 1,0 г, фосфорокислого калия – 0,25 г, сернокислого магния – 0,25 г, хлористого калия – 0,124 г, хлорного железа – следы – 0,02 г. Указанное количество солей дано в расчете на 1 л воды. Использование питательных растворов позволяет улучшить качество гибридных семян.

В сосуд на 3-6 л можно поместить 4-5 ветвей, в ведрах помещается 10 ветвей. Перед опусканием в раствор нижние срезы освежают острым секатором или садовым ножом и лучше эту операцию проводить под водой.

почек приводит к истощению ветвей и преждевременному осыпанию коробочек и соответственно к не вызреванию семян.

Мужские ветви должны в это время находиться в другом помещении, чтобы избежать нежелательного переопыления. На мужских ветвях можно оставлять все цветочные и листовые почки. Если же скрещивание проводится

очень ранние сроки (февраль-начало марта), то часть листовых и цветочных почек надо удалять.

В тепличных и комнатных условиях, при соблюдении необходимых условий, почки распускаются через несколько дней. Срок распускания прежде всего будет зависеть от времени срезания ветви. Чем ближе к срокам зацветания в природе, тем скорее будет наблюдаться распускание в помещении и наоборот. Существенное влияние на распускание почек оказывает температура и освещение. Если возникает необходимость задержать развитие почек, то в этом случае сосуды с ветвями выносят на несколько дней на холод и темноту, температура при этом должна быть порядка +2…+3 0С.

Заготовку пыльцы следует проводить заранее, для чего мужские ветви выставляют в темноту на несколько дней раньше, чем женские.

Пыльца должна быть жизнеспособна, поэтому ее проращивают. Наносят пыльцу на рыльце пестиков, когда они сформировались, мягкой кисточкой пробки на препаровальной игле. Эту операцию необходимо проводить во время, если рыльца делаются подвядшими, суховатыми, значит срок опыления упущен.

Вода в сосудах должна быть свежая, поэтому ее периодически меняют через каждые 3-5 дней с начала цветения и до созревания плодов. При смене воды срезы подновляют под водой. Скрещивание на срезанных ветвях позволяет получить гибридные семена к весеннему посеву и в течение одного года вырастить гибридные сеянцы.

связи с длительным периодом смены поколений у древесных растений, а также для преодоления нескрещиваемости необходимо правильно подбирать родительские пары с учетом многочисленных экспериментальных данных по скрещиванию данной породы, с целью обеспечения в первом поколении гибрида с желательной комбинацией хозяйственно ценных признаков. При этом комбинация признаков должна быть не только экономически выгодна, но и обладать экологической устойчивостью и возрастной стабильностью их проявления.

При подборе исходных родительских пар необходимо:

1) в качестве материнского растения надо брать здоровые, хорошо развитые растения, т.к. они более полно передают свои признаки потомству, чем отцовские;

2) если селекционер желает ослабить влияние материнского растения на гибридное потомство, то его надо брать впервые цветущим;

3) местные формы и виды, данным И.В. Мичурина более приспособлены к местным условиям существования и поэтому обладают большей способностью передавать свои признаки потомству;

4) такой же способностью обладают дикие формы в сравнении с культурными формами;

5) родительские пары должны выбираться из географически отдаленных районов, или из экологически неоднородных местообитаний;

6) при подборе родительских пар надо учитывать филогенетическую отдаленность и отдавать предпочтение видам, стоящим в систематическом отношении далеко один от другого;

7) при подборе родительских пар надо учитывать скрещиваемость видов, родов и т.д.

Выращивать гибридные растения следует с одновременным испытанием гибридного потомства. Подбор площадей под сев, выбор схемы посева и наблюдения за появлением всходов, ростом и развитием гибридных растений, оценка, отбор и выбраковка гибридных семян и отдельных растений должны быть подчинены конечной цели работы и проводиться при постоянном сравнении с контролем. Прежде всего, необходимо сравнивать поведение растений, выращенных из семян от свободного опыления, с вариантами искусственного опыления. В связи с этим опыты по гибридизации следует ставить в нескольких повторностях и гибридное потомство выращивать также в достаточных количествах (повторностях). Некоторые селекционеры рекомендуют все проводить в четырех повторностях и более, однако во всех случаях следует рассчитывать достоверность опыта.

Таким образом, испытание в гибридных популяциях следует вести по частной методике применительно к биологии данной породы и в соответствии с задачами, поставленными перед селекционерами промышленностью.

ГИБРИДИЗАЦИЯ РАСТЕНИЙ, скрещивание - метод получения гибридов, или помесей. Гибридизация растений связана с половым процессом - слиянием мужской (оплодотворяющей) клетки с женской (оплодотворяемой). Гибридизация растений возможна у всех растений, высших и низших, образующих половые клетки. Практически гибридизация растений применяется главным образом у высших цветковых растений. При искусственной гибридизации растений необходимо предохранить женскую клетку от оплодотворения какой-либо иной мужской клеткой. Для этого у растений, до раскрывания цветка, удаляют незрелые тычинки - кастрируют цветок. Затем цветок заключают в мешочек из пергамента или тонкой материи и оставляют дня на 2—3 для дозревания яйцеклеток. После этого, сняв предохранительный мешочек, цветок искусственно опыляют, т. е. на рыльце кастрированного цветка наносят пыльцу от растения, с которым производится гибридизация. Пыльцу наносят стерилизованной кисточкой или же пинцетом, захватывая зрелый пыльник и проводя им по рыльцу цветка. При этом большое количество пыльцы задерживается на рыльце. После опыления снова надевают мешочек и снимают его лишь тогда, когда завянет рыльце и вторичное опыление станет невозможным.

Гибридизация растений удается не всегда, у некоторых семейств лишь с большим трудом (например, вьюнковые), другие же семейства (орхидные) дают гибриды легко. Гибридизация растений легко удается между сортами, расами и разновидностями одного вида, труднее - между видами одного рода, еще труднее - между видами различных родов и не удается между видами различных семейств. Орхидеи дают междуродовые гибриды - бигенерические или тетрагенерические, когда для гибридизации соединяются виды двух или даже четырех разных родов.

Известно скрещивание гибридов с гибридами и с чистыми видами; современные сорта шпажников представляют результат сложной гибридизации - около 18 видов, розы 10 видов, георгины 5—6 видов, хризантемы 4—6 видов, и т. д. Гибридизация растений часто не удается даже между близкими видами одного рода в семействах, где у других родов гибриды образуются легко; например, в семействе пасленовых: у табаков гибридизация происходит легко, у пасленов - трудно. В природе иногда случайно возникают гибриды между видами далеких родов, тогда как искусственно они получаются с большим трудом (гибриды пшеницы с рожью). Причина этого явления еще окончательно не установлена, и исследователи пытаются объяснить его различным составом ядер клетки. Значение гибридизации растений чрезвычайно велико как в теоретическом, так и в практическом отношениях. В теоретическом отношении гибридизация растений позволяет установить законы наследственности и выяснить значение и роль отдельных элементов клетки в наследственности. В практическом отношении гибридизация растений дает средство создавать новые формы растений, отличающиеся новыми полезными свойствами и признаками. Путем гибридизации растений получены урожайные и вместе с тем стойкие к различным заболеваниям сорта многих культурных растений (пшеница, лен, виноград). Систематически проведенная гибридизация растений часто представляет средство для выяснения чистоты сорта, что имеет важное значение в практике.

Читайте также: