Какими особенностями отличаются полиплоидные сорта культурных растений
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 19.09.2024
Сейчас стало известно, что полиплоидия в той или иной степени присуща всем классам растений. Среди водорослей, грибов и голосеменных она встречается сравнительно редко, а вот у мхов и покрытосеменных растений доля полиплоидных видов превышает треть. У животных полиплоидия обнаружена только у небольшого количества гермафродитных видов, утративших способность к половому размножению.
Полиплоидия определяет один из путей эволюции растений. Изменение нормы реакции при удвоении хромосом способствует распространению их в новых условиях местообитания. Возникновение полиплоидных видов происходит и к северу, и к югу от исходного центра видообразования. Полиплоидные растения встречаются во всех зонах, но количество их в разных местах неодинаково. Наибольший процент полиплоидов наблюдается в районах с неблагоприятными климатическими условиями. При исследовании флоры Шпицбергена оказалось, что 80 % проанализированных видов - полиплоиды, а среди злаковых трав - даже 22 из 23. Довольно много полиплоидных видов выявлено в горных районах Памира с их резкими температурными контрастами, малым вегетационным периодом развития растений, чрезвычайной сухостью воздуха и почвы. Из 150 изученных видов Памира полиплоиды составляли 86%. В более мягких климатических условиях естественных полиплоидов гораздо меньше.
Самый высокий процент полиплоидов встречается у многолетних трав, у однолетников и древесных растений их гораздо меньше. Установлено, что из многолетников чаще полиплоидны виды с эффективными способами вегетативного размножения корневищами, клубнями, столонами. Логично считать, что возникновение многолетнего образа жизни, так же как и дополнительных способов вегетативного размножения, - прямое следствие полиплоидии. Это связано с прохождением большинством возникших, полиплоидов периода частичной стерильности, которая сохраняется на протяжении нескольких поколений до полной стабилизации. Многолетники, обладающие возможностью вегетативного размножения, лучше приспособлены к преодолению этих отрицательных сторон.
Появившиеся в природе полиплоиды были отобраны и использованы человеком, так как они обладали ценными практическими качествами. По образному выражению советского ботаника П. М. Жуковского, человек питается преимущественно продуктами полиплоидии. Многие из полиплоидов - важнейший источник сырья для промышленности. Главная из зерновых культур - пшеница - представлена тетраплоидиыми (твердая) и гексаплоидными (мягкая) формами. Лучшие и широко распространенные сорта картофеля принадлежат к тетраплоидному виду. Полиплоидные формы характерны для культурных видов овса.
Широко культивируемые сорта хлопчатника с длинным волокном относятся к иовосветским тетраплоидным видам с 52 хромосомами. У диплоидных видов более короткие волокна. Сахарный тростник, люцерна, земляной орех, батат, земляника, бананы, ананас, табак, яблоня, груша, слива, цитрусовые- естественные полиплоиды. Вытеснение многих диплоидных видов полиплоидами в условиях культуры особенно наглядно видно у цветочных декоративных растений. Наряду с высокой продуктивностью полиплоиды характеризуются повышенной концентрацией белка, витаминов, углеводов, имеют более мощное строение и оказываются гораздо устойчивее к неблагоприятным условиям.
Преимущества полиплоидов по сравнению с обычными формами способствовали превращению полиплоидии из объекта познания при биологических исследованиях в практический прием селекции сельскохозяйственных культур. Использование полиплоидов у новых культур оказалось возможным только после того, как были разработаны эффективные методы экспериментального получения форм с увеличенным числом хромосом.
Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
В настоящее время выращивается более 3 тыс. видов пищевых, лекарственных, волокнистых, красильных, технических, эфиромасличных и декоративных растений. Почти все они ведут начало от дикорастущих предков.
Преобладающее число растений, возделываемых на полях, огородах и в садах разных областей земного шара, приобретало свой культурный облик под воздействием человека. Длительный искусственный отбор и целенаправленная работа селекционеров обеспечили создание культурных форм растений, значительно отличающихся от своих древних прародителей.
Однако есть и такие культурные растения, которые приобрели свои свойства в результате внезапной (спонтанной) мутации (т. е. ошибки при воспроизведении генетического материала под влиянием мутагенов), случайной гибридизации между видами или путем полиплоидии. Впоследствии с помощью отбора и целенаправленной гибридизации эти полезные для человека свойства были закреплены и размножены.
В создании новых форм культурных растений сочетается все разнообразие методов селекции.
Основное значение в селекции культурных растений принадлежит мутациям, спонтанной и искусственной гибридизации между разными видами и полиплоидами.
Особенно широко в селекции растений используется полиплоидия. Большинство культурных растений на Земле являются полиплоидами.
Жители Южной Азии, Океании, Тропической Африки, Латинской Америки получают углеводы от полиплоидных батата и банана. Во всем мире потребляется огромное количество полиплоидов сливы, вишни, ананаса, абрикоса, винограда, триплоидов и тетраплоидов яблони и груши, октоплоидов земляники (т. е. клубники) и многих других видов и сортов фруктов и ягод.
Растительные белки дают полиплоиды риса, пшеницы, кукурузы, сорго. Жирные пищевые масла также в основном доставляют в наш организм полиплоидные культуры (арахис, подсолнечник, хлопчатник, рапс, маслина). Полиплоидные корма (люцерну, брюкву) используют в питании домашних животных.
До XX в. земледельцы использовали главным образом полиплоиды, возникшие естественным путем. Но с развитием генетики, когда стала проясняться сущность полиплоидии, начали успешно создавать полиплоидные сорта с нужными качествами, что значительно обогатило сортовое и, главное, качественное разнообразие культурных растений. В подавляющем большинстве случаев полиплоиды значительно превосходят исходные диплоидные растения по многим ценным для человека качествам.
Наиболее часто в селекции пищевых, технических, декоративных и других растений используется искусственная гибридизация с сопутствующим ей явлением гетерозиса. Имеется много примеров успешного получения продуктивных сортов в результате преодоления бесплодности гибридов отдаленной межвидовой гибридизации. Например, отечественный генетик Г. Д. Карпеченко в 1926 г. создал плодоносящий гибрид при скрещивании редьки и капусты, используя экспериментальную полиплоидию.
В 50–х гг. XX в. Н. В. Цицину удалось получить межродовой полиплоидный гибрид пшеницы с пыреем, на основе которого был создан новый сорт зерно–кормовой пшеницы, с большим урожаем зерна и с огромной укосной массой кормовой соломы. Сходным образом получен гибрид пшеницы с рожью, названный тритикале. С получением тритикале была решена одна из важнейших проблем в селекции пшеницы – создание сортов с высокой морозостойкостью.
На первом этапе селекции в нашей стране основным методом был отбор лучших сортов растений, которые выращивались в крестьянских хозяйствах. Так, из местных форм были выведены десятки сортов пшеницы, ржи, гречихи, гороха, лука и других культур с повышенной продуктивностью и урожайностью. Начиная с 20–х гг. XX в. постепенно увеличивалась доля новых сортов гибридного происхождения. Селекционеры совершенствовали технологию гибридизации, разрабатывали принципы подбора родительских пар, методы оценки гибридов и приемы отбора.
Эффективным оказался метод ступенчатой гибридизации, при которой повторно скрещивают ранние поколения гибрида с другими гибридами и сортами. В итоге получают сложный гибридный материал для дальнейшего отбора. Этим методом был получен ценнейший широко распространенный сейчас сорт яровой пшеницы Саратовская–29. П. П. Лукьяненко, используя для гибридизации географически и экологически отдаленные формы, получил один из лучших по продуктивности сорт озимой мягкой пшеницы – Безостая–1. Замечательные сорта озимой пшеницы создал В. Н. Ремесло (Мироновская–808, Юбилейная–50 и др.). Методами скрещивания и отбора В. С. Пустовойт вывел на Кубани ценный сорт подсолнечника, содержащий в семенах более 50% масла. До этого самые высокомасличные сорта подсолнечника содержали в семенах не более 30–32% масла. Методами внутривидовой и отдаленной гибридизации с помощью отбора селекционеры создали много морозоустойчивых сортов плодовых и ягодных культур, что позволило развивать садоводство в условиях севера, в районах рискованного земледелия.
Полиплоидные формы это метод создания исходного материала для селекции цветочных культур, который играет важную роль. Полиплоидные сорта созданы более чем у 300 видов. Метод имеет большие потенциальные возможности.
Полиплоидия – наследственные изменения, связанные с увеличением числа целых хромосомных наборов.
У цветочных растений существуют природные полиплоидные виды, например, у тагетеса отклоненного 48 хромосом, тогда как у тагетеса прямостоячего их только 24. Есть полиплоидные виды у львиного зева, петунии, бегонии всегдацветущей, крокусов, нарциссов, ирисов и др. У некоторых видов увеличение числа хромосом способствует улучшению декоративных качеств, например укрупнению цветка и увеличению высоты.
Искусственное получение полиплоидов
Для искусственного получения полиплоидов применяют те же факторы, которые вызывают их появление в природе: температурные воздействия, ионизирующие излучения, механические повреждения, химические вещества и др. Однако наиболее эффективно воздействие алкалоида колхицина во время клеточного деления.
Колхицин останавливает деление в клетках растений в тот момент, когда хромосомы удвоились (разделились продольно), но еще не разошлись. Он парализует образование веретена, и таким образом, деление и расхождение хромосом к полюсам становятся невозможными — появляются клетки с удвоенным числом хромосом. После прекращения действия колхицина в клетке снова начинается митотическое деление, но уже с удвоенным набором хромосом.
Поскольку колхицин влияет только на делящиеся клетки, им обрабатывают прорастающие семена, растущие плоды и проростки, пробуждающиеся почки, молодые бутоны, формирующиеся клубнепочки, клубни, листовые меристемы и др.
После тщательного отбора из многих тысяч полиплоидных форм декоративных растений удалось вывести только несколько сотен хороших сортов, сочетающих высокие декоративные качества с хорошей плодовитостью. Кроме того, полиплоиды некоторых культур обладают устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным погодным условиям.
Искусственные мутации растений
Мутанты также служат исходным материалом для селекции. Их получают с помощью ионизирующей радиации или химических мутагенов. Мутации представляют собой внезапные наследственные изменения в хромосомах или генах.
Искусственно получила мутации у декоративных растений немецкий ученый Э. Штайн в 1918 г., облучая проростки и цветочные почки львиного зева. Данный метод широко применяют, особенно у вегетативно размножаемых растений в сочетании с культурой ткани. Таким образом создано много сортов георгин, хризантем, гвоздик и бегонии.
Для индуцирования мутаций используют различные виды ионизирующих излучений: корпускулярные (протоны, альфа-частицы, электроны, нейтроны) и электромагнитные (ультрафиолетовое, рентгеновское). Для рентгеновского облучения применяют как медицинские, так и специальные рентгеновские установки. При облучении пыльцы эффективны такие источники ультрафиолетового излучения, как ртутно-кварцевые лампы, для корпускулярных излучений—колонки и реакторы.
Известно более 400 химических веществ, обладающих мутагенным действием, однако активность большинства из них низка. Лишь с 1960 г. после открытия И. А. Рапопортом сверхмощных мутагенов (супермутагены), вызывающих у растений 100% и более наследственных изменений, химические мутагены заняли равное место с ионизирующими излучениями в индуцированном мутагенезе.
Многие химические мутагены дают тот же спектр мутаций, что и облучение. То, что химические мутагены вызывают, главным образом, генные мутации, очень ценно для селекционной работы, так как мутантные организмы сохраняют высокую жизнеспособность и плодовитость.
Для получения нового исходного материала вегетативно размножаемых растений черенки, луковицы, листья, столоны, бульбочки, чешуи луковиц и другие органы облучают или обрабатывают химическими мутагенами. При работе с растениями, размножаемыми семенами, обрабатывают семена, бутоны, пыльцу.
Изменения наследственности у мутантов иногда настолько велики, что можно ожидать появления признаков или свойств, отсутствующих у сортов данного вида либо встречающихся очень редко.
Сочетание метода мутагенеза с гибридизацией — наиболее перспективный путь в селекции цветочных культур. Такое сочетание ускоряет процесс создания новых сортов.
Выберите один правильный ответ. 1. Одноклеточные организмы объединены в царство: 1-грибов, 2-бактерий, 3-растений, 4-животных. 2. Оформленное ядро отсутствует в клетке: 1-грибов, 2-растений, 3-бактерий, 4-животных 3.
Впячивания внутренней мембраны - кристы - находятся в 1) митохондрии 2) хлоропласте 3) эндоплазматической сети 4) лизосоме
Какие функции в клетке выполняет цитоплазма? а) обеспечивает взаимодействие ядра и органоидов; б) придает клетке форму; в) обеспечивает взаимодействие ядра и органоидов; г) защищает содержимое клетки от воздействия среды.
При каких условиях относительные частоты генов в популяции не будут изменяться из поколения в поколение?
Читайте также: