Рост урожайности культурных растений в результате селекции новых сортов до

Обновлено: 04.07.2024

Селекция в буквальном смысле этого слова означает отбор. Но в современном понимании селекция — это широкая комплексная наука, направленная в основном на повышение производительности сельскохозяйственного производства и базирующаяся не только на учении об отборе, но и на ряде других закономерностей биологии.

Выдающийся советский генетик и селекционер акад. Н.И. Вавилов, определяя содержание и задачи современной селекции, указывал, что для успешной работы по созданию сортов и пород следует изучать и учитывать: 1) исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных, являющихся объектом селекционной работы; 2) наследственную изменчивость (мутации); 3) роль среды в развитии и проявлении изучаемых признаков; 4) закономерности наследования при гибридизации; 5) формы искусственного отбора, ведущие к закреплению желательных признаков.

Что такое сорт или порода? Мы часто пользуемся этими понятиями, но не всегда ясно представляем себе их точный смысл и содержание.

Породой животных или сортом растений называют такую совокупность особей (популяцию), искусственно созданную человеком, которая характеризуется определенными наследственными особенностями, наследственно закрепленной продуктивностью, структурными (морфологическими) признаками.

Для каждой породы или сорта характерна определенная реакция на окружающую среду. Фенотип данной породы или сорта наиболее полно проявляется лишь при известных условиях содержания, кормления, агротехники. Для каждого сорта и породы необходим известный комплекс климатических условий, при которых выявляются их положительные качества. Поэтому породы и сорта, выведенные в одной стране, далеко не всегда пригодны для другой страны.

Из сказанного ясно, что не всякую возникшую в результате мутации при гибридизации полезную форму можно назвать сортом или породой. Для этого она должна обладать перечисленными выше свойствами. Выведение новых сортов и пород — важное государственное дело.

Во всех странах, в том числе и в Советском Союзе, существует обширная система научных и научно-практических учреждений: институтов, селекционных станций, племенных хозяйств, которые планомерно занимаются в общегосударственном масштабе этой сложной работой. Для проверки вновь создаваемых сортов культурных растений существует большая сеть сортоиспытательных участков (Госсортосеть), на которых всесторонне изучаются свойства вновь создаваемых сортов. В животноводстве аналогичную работу проводят специальные племенные хозяйства.

За годы существования Советской власти выведены сотни сортов хлебных злаков, бобовых, масличных, прядильных, овощных и других культурных растений. Только по одной пшенице Государственной комиссией по сортоиспытанию апробировано и районировано (указаны районы культивирования) свыше 300 сортов. Среди них можно указать, например, на замечательный сорт Безостая-1, выведенный акад. П.П. Лукьяненко.

Больших успехов достигли советские ученые в селекции подсолнечника — ценной пищевой культуры, снабжающей страну растительным маслом. Лучшие сорта подсолнечника лет 15— 20 назад по масличности не превышали 32—33%. В настоящее время благодаря работам акад. В.С. Пустовойта и возглавляемого им коллектива средняя масличность семян повышена до 49—50%. В масштабах Советского Союза это дает тысячи тонн рафинированного масла.

Многочисленные примеры повышения хозяйственной продуктивности можно привести из области животноводства. В СССР имеется ряд высокопродуктивных пород рогатого скота: холмогорская, ярославская, серая украинская и др. В советское время трудами акад. М. Ф. Иванова создана высокопродуктивная порода украинских белых свиней, порода тонкорунных овец и многие другие.

Центры многообразия и происхождения культурных растений

Чем разнообразнее исходный материал, используемый для селекции, тем большие возможности дает он для отбора и гибридизации. Н.И. Вавилов указывал, что одним из условий, способствующих созданию нового сорта, служит исходное сортовое и видовое разнообразие. Чем больше это разнообразие, тем эффективнее будут результаты селекции. Но где -в природе искать это многообразие? Н.И. Вавилов с большим коллективом сотрудников в результате многочисленных экспедиций, протекавших на территории почти всего земного шара, изучил многообразие и географическое распространение культурных растений. Исследования были предприняты в 20-х и 30-х годах этого столетия Всесоюзным институтом растениеводства (ВИР), директором которого многие годы был Н. И. Вавилов. В этой огромного масштаба поисковой работе участвовали и некоторые другие крупные научные коллективы. Экспедициями были охвачены вся огромная территория Советского Союза и много зарубежных стран: Иран, Афганистан, страны Средиземноморья, Абиссиния, Центральная Азия, Япония, Северная, Центральная и Южная Америка и некоторые другие. Во время этих экспедиций было изучено около 1600 видов культурных растений. Экспедиции везли в Советский Союз тысячи образцов семян культурных растений. Они высевались в питомниках ВИРа, расположенных в разных географических зонах Советского Союза. Эти ценнейшие и уникальные коллекции служат материалом для селекционной работы.

В результате изучения всего этого колоссального материала Н. И. Вавилов установил ряд важных закономерностей, показав, что не во всех географических зонах культурные растения обладают одинаковым разнообразием. Для разных культур существуют свои центры многообразия, где сосредоточено наибольшее число сортов, разновидностей, разнообразных наследственных уклонений. Эти центры многообразия являются вместе с тем районами происхождения сортов данной культуры. Большинство центров совпадает с древними очагами земледелия. Это в основном не равнинные, а горные районы.

Таких центров многообразия Н.И. Вавилов насчитывал сначала 8. В более поздних работах он различает 7 основных центров. Они изображены на прилагаемой карте.

Перечислим эти центры и основные, происходящие из них культуры:

Южноазиатский тропический центр. Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, острова Юго-Восточной Азии. Исключительно богат культурными растениями (около 1 /₃ известных видов культурных растений). Родина риса, сахарного тростника, множества плодовых и овощных культур.
Восточноазиатский центр. Центральный и Восточный Китай, Япония, остров Тайвань, Корея. Родина сои, нескольких видов проса, множества плодовых и овощных культур. Этот центр тоже богат видами культурных растений — около 20% мирового многообразия.
Юго-западноазиатский центр. Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Северо-Западная Индия. Родина нескольких форм пшеницы, ржи, многих зерновых, бобовых, винограда, плодовых. В нем возникло 14% мировой культурной флоры.
Средиземноморский центр. Страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот центр, где располагались величайшие древние цивилизации, дал около 11% видов культурных растений. В их числе маслины, многие кормовые растения (клевер, одноцветковая чечевица), многие овощные (капуста) и, кормовые культуры.
Абиссинский центр. Небольшой район Африканского материка с очень своеобразной флорой культурных растений. Очевидно, очень древний очаг самобытной земледельческой культуры. Родина зернового сорго, одного вида бананов, масличного растения нута, ряда особых форм пшеницы и ячменя.
Центральноамериканский центр. Южная Мексика. Родина кукурузы, длинноволокнистого хлопчатника, какао, ряда тыквенных, фасоли — всего около 90 видов культурных растений.
Андийский (Южноамериканский) центр. Включает часть районов Андийского горного хребта вдоль западного побережья Южной Америки. Родина многих клубненосных растений, и в том числе картофеля, некоторых лекарственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево и др.).

Подавляющее большинство культурных растений связано с одним или несколькими из перечисленных выше географических центров. Но существуют немногие виды, имеющие иное, независимое от этих центров происхождение. Так, например, финиковая пальма была введена в культуру в оазисах Аравии и, может быть, Сахары.

Основными методами селекции растений служат гибридизация и отбор. Обычно эти методы сочетаются.

Методы отбора могут быть различными, что в значительной мере зависит от формы размножения данного вида растений. Различают две основные формы отбора: массовый и индивидуальный.

Первый из них сводится к отбору из исходного материала целой группы особей, обладающей желательными для селекционера признаками. Этот метод отбора может быть однократным или повторным (повторяющимся в целом ряде последующих поколений).

Массовый отбор наиболее часто осуществляется в отношении перекрестноопыляющихся растений, к которым относится рожь. Многие распространенные сорта ржи (например, сорт Вятка) выведены этим методом. Массовый отбор не может привести к выделению генотипически однородного материала. Полученные этим путем сорта обычно требуют повторного применения отбора для поддержания своих свойств. Эта работа осуществляется в семеноводческих хозяйствах.

Индивидуальный отбор, который тоже может быть однократным или повторным, сводится к выделению отдельных особей и получению от них потомства. Этот метод наиболее применим к самоопыляющимся растениям (пшеница, ячмень, овес). Потомство одной самоопыляющейся особи называется чистой линией. Таким образом, индивидуальный отбор приводит к выделению отдельных чистых линий. Самоопыление ведет к появлению гомозиготных форм (вспомните моногибридное скрещивание, в результате которого все время уменьшается число гетерозигот и возрастает число гомозигот). Таким образом, индивидуальный отбор обычно приводит к получению сорта! представляющего собой одну или несколько чистых линий, которые, будучи гомозиготными, сохраняют постоянство генотипа. Разумеется, и в пределах чистых линий происходят мутации, так что это постоянство не является абсолютным.

У растений, размножающихся вегетативным путем (картофель, многие плодовые деревья, разводимые отводками), можно в качестве сорта сохранить и размножить любую гетерозиготную комбинацию, обладающую хозяйственно полезными признаками. Понятно, что при половом размножении свойства таких гетерозиготных сортов не сохранятся и произойдет их сложное расщепление.

4. Самоопыление перекрестноопылителей (инбридинг). Явления гетерозиса

Самоопыление ведет к повышению гомозиготности, к закреплению этим путем наследственных свойств. Можно ли при селекции перекрестноопыляющихся растений прибегать к самоопылению для получения у них чистых линий? Близкородственное скрещивание (самоопыление у растений, скрещивание между родственными животными) называется инбридингом (или инцухтом). Еще Дарвину было хорошо известно, что инбридинг и у растений, и у животных приводит обычно к неблагоприятному результату: снижению жизнеспособности, уменьшению продуктивности, или, говоря в общей форме, к вырождению.

Чем объясняется неблагоприятное влияние инбридинга? Одной из основных причин служит переход большинства генов в гомозиготное состояние. У организмов непрерывно осуществляется мутационный процесс. Большинство мутаций рецессивны и в значительной своей части вызывают неблагоприятные наследственные изменения. У перекрестноопылителей эти рецессивные мутации фенотипичёски не проявляются, так как находятся в гетерозиготном состоянии. При инбридинге они переходят в гомозиготное состояние и оказывают свое действие на развивающийся организм. Иное дело у самоопыляющихся растений. У них не происходит накопления рецессивных неблагоприятных мутаций, так как по мере появления они становятся гомозиготными и отсеиваются естественным отбором.

Несмотря на неблагоприятное влияние самоопыления, у перекрестноопыляющихся растений оно часто и успешно применяется в селекции. Обычно сначала путем инбридинга выводят чистые линии, у которых закрепляются желательные признаки. Вместе с тем происходит резкое снижение урожайности. Затем проводят перекрестное опыление между разными линиями. Это сразу же снижает вредное влияние инбридинга и в ряде случаев ведет к созданию высокоурожайных растений. Этот прием получил название межлинейной гибридизации. Часто при этом проявляется эффект гетерозиса, или гибридной силы.

Сущность гетерозиса заключается в том, что первое гибридное поколение обладает повышенной урожайностью и жизнеспособностью не только по сравнению с инбредными линиями, но и по сравнению с теми родительскими формами, которые были использованы для создания инбредных линий. При дальнейшем размножении межлинейных гибридов, проявивших гетерозис, эффект его обычно несколько снижается. Генетические причины гетерозиса еще не окончательно выяснены, однако несомненно, что тут играет положительную роль высокая гетерозиготность гибридов, связанная с проявлением повышенной физиологической активности.

Практически поступают следующим образом. Сначала создают большое число инбредных линий, затем приступают к скрещиванию между ними. Выявляют опытным путем те комбинации, которые дают наибольший эффект гетерозиса. Далее сохраняют эти инбредные линии и для хозяйственного использования высевают гибридные семена, которые получаются в результате скрещивания линий (межлинейные гибриды). Хотя на первый взгляд этот путь кажется несколько сложным, тем не менее он дает огромный хозяйственный эффект.

Эффективность селекции. От каких факторов зависит эффективность отбора при селекционной работе? Вопрос этот имеет важное практическое значение. Отбор тем эффективнее, чем разнообразнее в наследственном отношении исходный материал. Для получения этого разнообразия пользуются разными путями. Одним из них служит разнообразный в отношении географического происхождения материал. Мы уже знаем, какое большое значение для селекции имеет коллекция культурных растений ВИРа, собранная в различных районах земного шара. Второй путь увеличения разнообразия материала для селекции представляет гибридизация. Скрещивание в сочетании с отбором — один из самых эффективных путей селекционной работы. Наконец, увеличение наследственной изменчивости может достигаться путем повышения мутационной изменчивости действием различных внешних факторов.

В тех случаях, когда наследственное разнообразие исходного материала невелико, отбор малоэффективен. Примером могут служить чистые линии самоопылителей. Отбор в чистых линиях, являющихся гомозиготными по большинству генов, практически не дает никакого результата. В чистых линиях источником наследственных изменений могут быть лишь мутации, но они происходят относительно редко.

У самоопылителей отбор обычно бывает эффективным лишь до тех пор, пока из исходной неоднородной по наследственному составу популяции не будут выделены чистые линии. В дальнейшем он перестает действовать. Для изменения свойств линии следует прибегнуть к гибридизации, которая приведет к неоднородности наследственного состава, за счет чего вновь может эффективно применяться отбор.

Искусственный и естественный отбор в селекции растений. Искусственный отбор на основе наследственной изменчивости служит основным средством изменения организмов. Однако не следует забывать, что искусственный отбор нельзя изолировать полностью от естественного отбора. Это особенно справедливо в отношении растений. При выращивании культурных растений на полях, в питомниках и т. п. они подвергаются воздействию всего комплекса внешних факторов: температуры, влажности, освещения и т. п. Это приводит к тому, что естественный отбор действует параллельно с искусственным и приводит к повышению приспособленности растений к конкретным условиям среды. Поэтому всякий вновь создаваемый сорт является всегда результатом двух одновременно действующих групп факторов: деятельности человека и естественного отбора.

Повышение качества зерна зернофуражных культур – одна из главных проблем селекции.

При всем многообразии требований, предъявляемым к сортам зернофуражных культур, общие требования – способность давать высокий и стабильный урожай зерна хорошего качества. В каждом конкретном районе и области такое свойство обеспечивается комплексом определенных признаков. Важнейший из них – продуктивность, пригодность для механизированного возделывания, устойчивость к болезням и вредителям, оптимальная длина вегетационного периода, высокое качество зерна.

Продуктивность, как и урожайность, - слагаемое многих биологических свойств растения, которые обеспечивают ему наиболее полную реализацию генетического потенциала. В одних случаях это связано с засухоустойчивостью, в других – жаровыносливостью, в третьих – с холодо - или зимостойкостью, особенностями развития, морфобиологической структуры и т.д.

Для резкого повышения урожайности зернофуражных культур необходимо наиболее полно удовлетворять потребности этих растений во влаге, питательных веществах и других факторах с учетом биологических особенностей каждой культуры и зоны возделывания.

Селекция на урожайность многопланова. Она ведется с учетом признаков, среди которых нет второстепенных. В то же время при данном уровне развития сельскохозяйственного производства всегда выделяются узловые моменты, от которых в значительной степени зависит успех выведение сорта. Так, при интенсификации земледелия в связи с применением больших доз удобрения высокие урожаи могут давать только сорта, устойчивые к полеганию. Одновременно повышается и требования к сортам по устойчивости к болезням, так как возрастает уровень поражения гибридными болезнями.

Так к настоящему времени селекция ячменя в России и за рубежом достигла довольно высокого уровня. Возделываемые сорта способны давать урожай в 40-60 ц/га и выше. Многие вновь районированные сорта ярового и озимого ячменя – Луч, Триумф, Надя, Темп, Завет, Старт – обладают очень высоким потенциалом урожайности. Проходят испытания еще более продуктивные сорта. Урожай некоторых из них приближается к 90 ц/га.

Дальнейшее повышение потенциала урожайности зернофуражных культур не мыслимо без систематического и широкого привлечения в селекцию мировых образцов соответствующих культур. Почти все новейшие сорта зерновых культур созданы путем гибридизации с привлечением для скрещивания образцов из мировой коллекции. Некоторые из них (абиссинского, восточно-азиатского, среднеазиатского, европейско-сибирского и других генетических центров происхождения) имеют большую ценность для селекции. Так почти 70% новых сортов созданы в результате использования в качестве исходного материала мировой коллекции. В будущем роль коллекции как исходного материала еще больше возрастет.

Коллекционные образцы служат также донорами при селекции на улучшения кормовых качеств зерна, скороспелость, устойчивость к вредителям, а так же по другим важнейшим хозяйственным и биологическим признакам. При создании новых сортов инорайонные образцы используются, как правило, в качестве источника определенных недостающих признаков. За базовый материал обычно берут районированные сорта. Они лучше приспособлены к местным условиям, обладают большим комплексом хозяйственно-ценных признаков. Поэтому незаменимым компонентом для скрещивания служат прошедшие длительную апробацию в производстве пластичные местные селекционные сорта.

3. Селекция на урожайность

Первое требования, предъявляемое к новому сорту, - высокая урожайность. Величина ее определяется генотипом сорта и его взаимодействием с окружающей средой.

Урожай – комплексный признак, который можно расчленить на отдельные элементы, причем селекционная ценность каждого из них неодинакова. Повышенная урожайность новых сортов обусловлена главным образом их способностью при одинаковой густоте стеблестоя формировать более продуктивный колос(метелку). Но идти по пути увеличения кустичности новых сортов нецелесообразно, поскольку это неизбежно приведет к удлинению вегетационного периода, неравномерному созреванию и другим нежелательным признакам.

Дальнейшая селекция на урожайность должна базироваться на повышении интенсивности фотосинтеза.

Районированные и перспективные сорта обладают достаточно высоким потенциалом продуктивности.

По сравнению с пшеницей и ячменем в селекции овса необходимо уделять большое внимание повышению физиологической устойчивости против отрицательного влияния окружающей среды. Отбор и оценка селекционного материала на различных агрофонах, экологические испытания будут способствовать созданию высокопродуктивных сортов с широкой экологической пластичностью, которые, положительно реагируя на улучшения агрофона, в то же время не так сильно снижают урожай при возделывании их в неблагоприятных условиях. Использования таких сортов в производстве позволит получать стабильные урожаи овса.

При переходе животноводства на промышленную основу возрастает значение концентрированных кормов. В Сибири на концентрированные корма используют главным образом овес, ячмень, пшеницу, горох, вику. Бобовые культуры дают большое количество белка, но посевные площади их очень малы, поэтому они недостаточно влияют на повышение количества протеина в рационах скота. Урожайность зернофуражных культур во многих районах все еще остается низкой, потребность в зерне ячменя и овса удовлетворяется лишь наполовину. Хозяйства вынуждены расходовать на корм большое количество зерна пшеницы, что нельзя считать оправданным ни с экономической, ни с зоотехнической точки зрения.

По кормовому достоинству ячмень выгоднее пшеницы. Он дает также больше корма, скорее созревает и лучше выносит засуху. Однако многие колхозы и совхозы уделяют мало внимания агротехнике ячменя и овса. Как правило, сеют эти культуры в последнюю очередь, по худшим землям, без удобрений, с большими нарушениями агротехники. В результате получают мало зерна при высокой его себестоимости.

Овес, как более влаголюбивая культура, дает устойчивые высокие урожаи в таежной, подтаежной и северной лесостепной зонах. Здесь он превосходит ячмень по урожайности зерна. В зоне южной лесостепи и степи, наоборот, более высокий и устойчивый урожай дает ячмень.

Овес нетребователен к теплу. Семена его начинают прорастать при температуре 1-2 градуса, всходы выдерживают заморозки до 3-4 градуса. Засуху овес переносит хуже яровой пшеницы и ячменя. Он менее требователен к почвам, хорошо растет в различных почвенных зонах. Его можно возделывать на осушенных торфяных и кислых почвах. Поэтому овес заслуживает большего внимания в северных районах земледелия Сибири.

Лучшие предшественники овса – пропашные, зернобобовые, озимая рожь, яровая пшеница, ячмень.

Ячмень по биологическим особенностям во многом сходен с овсом. Он экономно расходует влагу, более засухоустойчив и жаровынослив, чем овес. Поэтому посевные площади его сосредоточены в основном в степной зоне, где урожай ячменя выше, чем овса.

Благодаря короткому вегетационному периоду ячмень проникает далеко на север и поднимается в горы на высоту до 3000м. над уровнем моря, где другие зерновые не возделываются. За короткий срок ячмень успевает образовать большую вегетативную массу. Но ячмень слабее усваивает питательные вещества почвы в первый период, когда корневая система развита слабо, поэтому он требует плодородных почв.

Так же немаловажное значение в повышении урожайности зернофуражных культур имеет и селекция. Нужно выводить новые сорта с более высокой продуктивностью. На сегодняшний день исходным материалом при создании таких сортов служат, с одной стороны лучшие районированные сорта, с другой – образцы из мировой коллекции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азиев К.Г. "Пути увеличения производства фуражного зерна" – Омск, 1984.

2. Коренева Г.В. "Растениеводство с основами селекции и семеноводства" - "Агропромиздат" 1990.

Селекция является одной из важнейших областей практического применения генетики, то есть, генетика – теоретическая основа селекции, так как генетика помогает рационально планировать селекционную работу, исходя из законов наследственности и изменчивости и конкретных особенностей наследования определённого признака.

Кроме этого селекция опирается на достижения других наук, например, систематики и географии растений, цитологии, эмбриологии, биохимии и физиологии растений и животных, молекулярной биологии и др.

Селекция – это наука о методах создания новых и улучшения существующих пород домашних животных и сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов .

Селекция – это эволюционный процесс, в котором человек является главным действующим фактором и направляет весь процесс в соответствии со своими потребностями.

Порода, сорт, штамм – это популяция организмов, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определёнными наследственными особенностями. Все особи внутри сорта, породы или штамма имеют сходный генотип, фенотип и однотипную реакцию на влияние факторов среды, например, молочные породы крупного рогатого скота отличаются величиной удоя, процентом жирности и содержанием белка в молоке.

Ценность сорта определяется урожайностью, пищевыми и кормовыми свойствами.

Ценность породы определяется качеством и количеством, получаемой продукции.

Основные задачи селекции :

повышение урожайности сортов культурных растений, увеличение продуктивности пород домашних животных и штаммов микроорганизмов;
улучшение качества продукции (свойства льна, содержание клейковины в зерне, количества сахара в свекле и др);
улучшение физиологических свойств (скороспелость, морозостойкость и др);
повышение интенсивности развития (у растений - на подкормку, у животных – на условия содержания).

Условия успешной селекционной работы:

- исходный материал (сорт, порода или вид);

- изучение роли мутаций в появлении определённого признака;

- исследование закономерностей наследования при гибридизации;

- роль среды в развитии признака;

- применение искусственного отбора.

(Яркий пример селекции с учётом потребностей рынка – пушное звероводство, так как выращивание норки, соболя лисы идёт соответственно меняющейся моде. Особое значение имеет селекция насекомых для биологических методов борьбы. Для изготовления печенья необходимы мягкие сорта пшеницы, а для изготовления макаронных изделий – твёрдые. Выведены породы кур, не снижающие продуктивность в условиях большой скученности на птицефабриках. Для Белоруссии важно создание сортов растений, продуктивных в условиях бесснежных морозных зим, и в условиях поздних заморозков.)

Успех селекционной работы очень сильно зависит от генетического разнообразия исходной группы организмов. Генофонд существующих пород и сортов намного меньше, чем генофонд диких видов.

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н. И. Вавилов провёл ряд экспедиций по всему земному шару, был собран огромный семенной материал и выделены центры происхождения культурных растений:

1) южноазиатский (Индия) – родина риса, бананов, цитрусовых, сахарного тростника;

2) восточноазиатский (Китай) – родина сои, роса, гречихи, яблоня, груша;

3) юго-западноазиатский (Средняя Азия) – родина пшеницы, гороха, винограда;

4) средиземноморской – родина капусты, свеклы, маслин;

5) абиссинсий (Африка) – родина твёрдой пшеницы, ячменя, кофейного дерева;

6) центральноамериканский (Мексика) – родина кукурузы, какао, перца, фасоли, хлопка;

7) южноамериканский (Южная Америка) – родина картофеля, табака, подсолнечника.

Исследования Вавилова позволяют селекционерам быстрее подбирать исходный материал и в определённой мере предвидеть результаты.

Исходный материал :

- дикие формы (они отличаются рядом полезных свойств, например, устойчивость к резким колебаниям климатических факторов, к заболеваниям, имеют высокую плодовитость, но уступают культурным по продуктивности);

- искусственно полученные мутантные формы;

- формы, полученные в результате комбинативной изменчивости;

- сорта и породы, полученные в других климатических условиях.

Основные методы селекции :

- гибридизация;
получение чистых линий;
использование явления гетерозиса;
индуцированный мутагенез;
использование полиплоидных форм;
искусственный отбор.

Гибридизация – это получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.

а) инбридинг – близкородственное скрещивание;

б) аутбридинг – неродственное скрещивание то есть скрещивание особей одной или разных пород или одного или разных сортов.

Искусственный отбор – это процесс, в результате которого оставляются для размножения лучше приспособленные особи.

На ранних этапах эволюции человека отбор был бессознательным, он начался с одомашнивания, то есть, вначале вероятно проводился отбор по поведению (выживали те особи, которые смогли контактировать с человеком), а в дальнейшем, стали затрагиваться и другие признаки, на племя оставлялись лучшие особи.

На современном этапе в селекции применяют методический отбор:

а) массовый – проводится по внешним фенотипическим признакам в направлении, выбранном селекционером, его недостаток – не даёт генетически однородного материала, всегда необходим повторный отбор;

б) индивидуальный – основан на оценке генотипа.

При искусственном отборе на гибрид одновременно действует и естественный отбор, который повышает его приспособленность к конкретным условиям среды.

В настоящее время в селекции всё чаще используют индуцированный мутагенез, который состоит в повышении количества мутаций в результате воздействия на организм различных мутагенов.

Значительное место в селекции в основном растений отводят получению полиплоидных форм, так как они характеризуются большей урожайностью, обычно используют колхицин, который разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом при мейозе.

Селекционный процесс идёт по пути: исходный материал → отбор → гибридизация → отбор → гибридизация → отбор и т.д.

Селекция растений :

-1) постановка конкретной задачи;

-2) подбор исходного материала, (если не удаётся найти необходимые родительские формы используют искусственный мутагенез, и среди появившихся мутаций находят полезные, которые и используют в дальнейшей работе);

-3) гибридизация – это получение гибридов от скрещивания генетически разнородных организмов.

а) инбридинг – близкородственное скрещивание, оно основано на искусственном опылении своей пыльцой обычно перекрёстноопыляемых растений, такое опыление ведёт к повышению гомозиготности и закреплению наследственных свойств, а потомство, полученное от одного гомозиготного растения путём самоопыления – это чистая линия.

Чистая линия отличается снижением жизнеспособности и падением урожайности.

Если затем скрестить две чистые линии между собой – межлинейная гибридизация, то получим явление гетерозиса или гибридной мощи – это повышенная жизнеспособность и плодовитость у гибридов первого поколения, которая снижается в последующих поколениях.

Гетерозис объясняется переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. Явление гетерозиса можно закрепить путём вегетативного размножения;

Отдалённая гибридизация позволяет соединить в одном организме ценные признаки разных видов и даже родов.

Трудности в осуществлении отдалённой гибридизации:

- несовпадение циклов размножения;

- несовместимость пыльцевых трубок.

Методы преодоления :

- метод вегетативного сближения (предварительная прививка одного вида на другой) (гибрид рябины и груши);

- опыление смесью пыльцы (яблоня + груша);

- метод посредника (гибрид дикого вида с диким, затем с культурным для повышения морозоустойчивости).

-4) искусственный отбор заключается в сохранении для размножения растений с желаемыми признаками:

а) массовый отбор – выделение группы организмов с нужными признаками и получение потомства, причём отбор повторяют из поколения в поколение, так как особи могут давать расщепление;

б) индивидуальный отбор – выращивание потомков одной особи, отбор происходит быстрее, но количество потомков меньше.

При искусственном отборе на сорт одновременно действует и естественный отбор, который повышает приспособленность растений к конкретным условиям среды.

Созданный сорт – это результат деятельности человека и окружающей среды.

Выведение новых высокоурожайных сортов растений позволяет резко интенсифицировать сельскохозяйственное производство.

Успехи селекционной работы :

- академик П. П. Лукъяненко – озимая пшеница Безостая 1 – урожайность до 100 ц/га, Аврора;

- Шехурдин и Мамонтова – Саратовская29, Саратовская -36;

- академик Н. В. Цицын – гибрид пшеницы и ржи – тритикале – высокие мукомольные качества сочетаются со способностью расти на бедных почвах;

- академик В. С. Пустовойт – сорт подсолнечника с содержанием масла в семенах свыше 20 %;

- А. Н. Лутков - новые сорта сахарной свеклы с повышенной сахаристостью и урожайностью;

- М. И. Хаджинов – высокоурожайные сорта кукурузы;

- П. И. Айсмик – высокоурожайные сорта картофеля – Темп, Огонёк, Ласунак, Синтез и др;

- А. Л. Семёнов – многолетние травы;

- А. Г. Волузнев – сорта чёрной смородины: Белорусская сладкая, Катюша, Партизанка, красной смородины: Ненаглядная, крыжовника: Щедрый

Большой вклад в селекцию растений внёс И. В. Мичурин (1855-1935), 60 лет посвятил выведению новых сортов, трудился в г. Козлове (ныне Мичуринск) Тамбовской области. Вначале свой деятельности он пытался акклиматизировать южные сорта путём закаливания в северных районах, но они вымерзали, тогда он использовал методы селекции. В основе его работ лежит сочетание трёх основных методов:

- гибридизации;

Большое внимание Мичурин придавал подбору исходных родительских форм для гибридизации. Он скрещивал местные морозостойкие сорта с южными, получаемые сеянцы подвергал строгому отбору и содержал в относительно суровых условиях. Этим методом был получен сорт Славянка, гибрид Антоновки и южного Ранета ананасного.

Особое значение Мичурин придавал скрещиванию географически удалённых форм, не растущих в той местности, где осуществляется гибридизация. Этим методом был выведен сорт Бельфлёр-китайка, гибрид китайской яблони из Сибири и американского сорта Бельфлёр жёлтый.

Мичурин широко использовал отдалённую гибридизацию:

- он получил гибриды малины и ежевики;

- рябины и боярышника.

Мичурин использовал для преодоления в осуществлении отдалённой гибридизации следующие приёмы:

- метод вегетативного сближения (предварительная прививка одного вида на другой приводит к изменению химического состава тканей, в том числе и генеративных органов, что увеличивает вероятность прорастания пыльцевых трубок в пестике) (гибрид рябины и груши);

- метод посредника (гибрид дикого вида с диким, затем с культурным для повышения морозоустойчивости).

Большинство сортов, выведенных Мичуриным являются сложными гетерозиготами, поэтому для их сохранения используют только вегетативное размножение (отводками, прививками).

Это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика.

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.

Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала. Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры.

Центры происхождения культурных растений, выявленные Н.И. Вавиловым

Центры происхождения	Местоположение	Культивируемые растения
1. Южноазиатский тропический	Тропическая Индия, Индокитай, о-ва Юго-Восточной Азии	Рис, сахарный тростник, цитрусовые, баклажаны и др. (50% культурных растений)
2. Восточноазиатский	Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань	Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня и др. (20% культурных растений)
3. Юго-Западноазиатский	Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия	Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, чеснок, виноград и др. (14% культурных растений)
4. Средиземноморский	Страны по берегам Средиземного моря	Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер (11% культурных растений)
5. Абиссинский	Абиссинское нагорье Африки	Твердая пшеница, ячмень, бананы, кофейное дерево, сорго
6. Центральноамериканский	Южная Мексика	Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник
7. Южноамериканский	Западное побережье Южной Америки	Картофель, ананас, хинное дерево

Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор

Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

Индивидуальный отбор

Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.

Естественный отбор

Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

Инбридинг (инцухт)

В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа родительские особи.

Р	♀ AAbbCCdd	×	♂ aaBBccDD
F₁	AaBbCcDd

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Растения диплоидной (2n = 16) и тетраплоидной (2n = 32) гречихи.

Аа × Аа
АА 2 Аа аа

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.

Отдаленная гибридизация

Восстановление плодовитости капустно-редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-редечный гибрид.

Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.

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.

Читайте также: