Скрещивание разных сортов растений
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 18.09.2024
Мы не будем рассматривать в данной статье биологические гибриды в мире животных, а рассмотрим гибриды из мира ботаники — растений разных пород, сортов, видов, родов.
Гибрид — генетический термин — относится к любому потомству в результате смешения двух генетически различных индивидуумов.
Многие гибриды создаются людьми, но естественные гибриды в дикой природе регулярно производятся так же. Скрещивание между двумя близкородственными видами на самом деле является обычным явлением в природе.
Все современные сорта пшеницы являются гибридами древних пород пшеницы.
Зерно пшеничное — это гексаплоидный гибрид трёх диких трав; дурум (макаронные изделия) пшеница является тетраплоидным гибридом двух диких трав.
Гибридизация является естественным генетическим процессом, в котором спариваются две генетически различные популяции. Это может происходить как в пределах одного вида, так и между двумя различными видами.
Ряд видов растений являются результатом гибридизации и полиплоидии со многими видами растений — легко опыляются (перекрёстное опыление) и производят жизнеспособные семена.
Различие каждого вида часто поддерживается географической изоляцией или разностью периода цветения.
Так как растения часто скрещиваться без особого труда, они преимущественно создаются людьми с целью получения улучшенных растений. Эти усовершенствования включают в себя производство улучшенных семян, плодов или других частей растений.
Селекция улучшает рост, внешний вид, зимостойкость или засухоустойчивость растений — любые качества, которые будут полезны для использования в садоводстве. Большая работа делается в настоящее время с гибридами сельскохозяйственных и садовых культур для получения растений более устойчивых к болезням.
Во многих группах растений гибридизация была использована для получения более крупных и более эффектных цветов.
Примеры растительных гибридов
- Тритикале — гибрид пшеница/рожь
- Логанова ягода — гибрид малины и ежевики
- Лаймкват — цитрусовый гибрид, полученный от лайма и кумквата
- Плуот — гибрид сливы и абрикоса
- Пичерин — результат скрещивания персика и нектарина
- Танжело (Tangelo) — гибрид апельсина, мандарина и помело — они известны в Азии около 3500 лет
- Грейпфрут — гибрид, в котором участвуют помело и ямайский сладкий апельсин. При чём, этот гибрид создала сама природа (человек не создавал этот гибрид)
- Нектакотум — гибрид нектарина, абрикоса, сливы
- Клементин — гибрид мандаринов с померанцем
- Энотеры — цветок, который был предметом известных экспериментов полиплоидности голландского ботаника Уго де Фриза
Плющ обыкновенный и японская аралия дали гибридный бином Fatshedera lizei
Гейхерелла — результат скрещивания между двумя различными родами, Гейхера и Тиарелла (Heuchera и Tiarella).
Филагерия (Philageria veitchii) — этот гибрид дали Лапажерия розовая и Филезия магеланика
Существуют очень удачные, а потому известные, гибриды магнолий, платанов, дубов.
Кроме древесных культур, мир растений знает большое число гибридов среди травянистых культур, например, мяты.
В зависимости от родителей, существует целый ряд различных типов гибридов:
- Однократным скрещиванием получают гибридов поколение F1 (первое потомство).
- Двойные поперечные гибриды — результат скрещивания двух различных гибридов F1
- Три-факторные перекрёстные гибриды — результат от скрещивания, когда одним из родителей является гибрид F1 , а другой из инбредной линии.
- Тройного скрещивания гибриды — результат скрещивания двух различных трёхходовых гибридов.
Межвидовые гибриды — это результат скрещивания двух видов, как правило, из того же рода, чьё потомство приобретает черты и характеристики обоих родителей.
Гибриды могут быть стерильными (не жизнеспособными) или плодородными (жизнеспособными). Потомки межвидового креста очень часто бывают стерильны; гибридная стерильность предотвращает перемещение генов от одного вида к другому, сохраняя оба вида различными. Бесплодие часто связывают с разным количеством хромосом у двух видов.
Гибриды иногда сильнее, чем любой из его родителей. Явление весьма распространенное между растительными гибридами, которое известно как гетерозис или преимущество гетерозигот.
Трансгрессивный фенотип имеет более экстремальные характеристики, чем любой сорт из линии родителей. Растениеводы используют ряд методов для производства гибридов, в том числе лайнбридинг и формирование сложных гибридов.
Экономически важным примером является гибрид кукурузы. Кукуруза, её гибридные семена обеспечивают значительное преимущество урожая и доминируют на коммерческом рынке в Соединенных Штатах, Канаде и других крупных странах производства кукурузы.
Для выведения новых сортов растений селекционеры применяют мутагенез, искусственный отбор (массовый и индивидуальный), внутривидовую и отдалённую (межвидовую) гибридизацию, полиплоидию.
Исходный материал создаётся с помощью искусственного мутагенеза , который во много раз увеличивает частоту мутаций.
для выведения безостых и низкорослых сортов злаковых растений использовалось рентгеновское излучение. Новые сорта декоративных и овощных культур получают с помощью химических мутагенов.
Полученные мутантные растения после отбора подвергаются скрещиванию для получения новых ценных комбинаций признаков.
В основе инбридинга ( близкородственного скрещивания ) у растений лежит принудительное самоопыление перекрёстноопыляющихся форм. Инбридинг используется для перевода генов в гомозиготное состояние и получения чистых линий .
таким способом получают гибридные семена большинства овощных культур, которые выращиваются в сельском хозяйстве.
Используется в селекции растений и отдалённая гибридизация . Полученные межвидовые гибриды обычно бесплодны, так как у них нарушается протекание мейоза при образовании половых клеток. Для преодоления бесплодия таких гибридов применяют особые методы, одним из которых является полиплоидия .
В \(20\)-х г. \(ХХ\) в. была успешно проведена гибридизация пшеницы и ржи и получены пшенично-ржаные гибриды ( тритикале ). В \(30\) г. Н. В. Цицин скрестил пшеницу с пыреем, а И. В. Мичурин смог создать межвидовые гибриды плодово-ягодных культур.
Большинство современных видов культурных растения являются полиплоидными . Триплоидные, тетраплоидные и даже октоплоидные формы получены с помощью колхицина, которым обрабатывают семена растений.
- размножение животных происходит только половым путём;
- потомство обычно небольшое;
- животные становятся половозрелыми через несколько лет после рождения;
- невозможно самооплодотворение, поэтому сложнее получать чистые линии;
- отдельные признаки (молочность, яйценоскость) не проявляются у самцов.
Основные методы (отбор и гибридизация) используются и в селекции животных. Отбор применяется только индивидуальный.
Межпородное скрещивание ( аутбридинг ) проводится для закрепления необходимых человеку качеств, имеющихся у обеих пород. У гибридов наблюдается увеличение жизнеспособности, продуктивности, устойчивости к болезням, т. е. проявляется гетерозис.
при скрещивании двух пород уток получают гетерозисных бройлерных уток, которые быстро растут и отличаются от обычных уток большим весом.
Все о палисадниках, клумбах и цветниках – в фотографиях и статьях
Выводим собственные сорта цветов
Мы расскажем, как скрестить между собой два сорта одного вида растения – этот метод называется гибридизацией. Пусть это будут растения разных окрасок или отличающиеся формой лепестков, листьев. Или, возможно, они будут отличаться сроками цветения или требованиями к внешним условиям?
Выбирайте растения, которые быстро зацветают, чтобы ускорить ход эксперимента. Лучше также для начала выбирать неприхотливые цветы – например, наперстянки, календулы или дельфиниумы.
Ход эксперимента и дневник наблюдений
Для начала сформулируйте свои цели – что вы хотите получить от эксперимента. Какие желаемые признаки должны быть у новых сортов?
Заведите тетрадь-дневник, куда вы запишете цели и будете фиксировать ход эксперимента от начала и до конца.
Не забудьте подробно описать исходные растения, а затем и полученные гибриды. Вот наиболее важные момент: здоровье растений, интенсивность роста, размеры, окраска, аромат, время цветения.
Строение цветка
В нашей статье в качестве примера будет рассматриваться цветок морозника, его вы видите на схеме и на фотографиях.
 |
Внешний вид цветов у разных растений может значительно отличаться, однако строение цветков в основном одинаково.
Опыление цветка
1. Начните с выбора двух растений. Одно будет опылителем, а другое – семенным растением. Выбирайте здоровые и крепкие растения.
2. Внимательно следите за семенным растением. Выберите нераспустившийся бутон, с которым будете проводить все манипуляции, пометьте его. Кроме того, его придется изолировать еще до открытия – завязав его в полотняный светлый мешочек. Как только цветок начнет открываться, срежьте у него все тычинки во избежание случайного опыления.
3. Как только цветок семенного растения полностью раскроется, перенесите на него пыльцу с растения-опылителя. Пыльцу можно перенести с помощью ватной палочки, кисточки, или вырвав тычинки цветка-опылителя и поднеся их непосредственно к семенному. Пыльцу наносите на рыльце пестика цветка семенного растения.
4. Наденьте на цветок семенного растения полотняный мешочек. Не забудьте сделать необходимые отметки в дневнике наблюдений – о времени опыления.
5. Чтобы подстраховаться, через некоторое время повторите операцию с опылением – например, через пару дней (зависит от сроков цветения).
Выберите два цветка – один будет служить опылителем, другое растение станет семенным.
Сразу, как только цветок семенного растения распустится, срежьте у него все тычинки.
Нанесите пыльцу, взятую с цветка-опылителя, на пестик цветка семенного растения.
Опыленный цветок обязательно следует пометить.
Получение гибридов
1. Если опыление прошло удачно, то вскоре цветок начнет вянуть, а завязь будет увеличиваться. Не снимайте мешочек с растения, пока не созреют семена.
2. Полученные семена высаживайте как на рассаду. Когда получите молодые растения-гибриды, то выделите им отдельное место в саду или пересадите их в ящики.
3. Теперь дождитесь цветения гибридов. Не забывайте описывать все наблюдения в дневнике. Среди первого, да и второго поколения, могут быть цветы точь-в-точь повторяющие родительские свойства без изменений. Такие экземпляры забраковывают сразу. Сверьтесь со своими целями и отберите среди полученных новых растений те, которые максимально подходят под нужные признаки. Можете опылить их также вручную, либо изолируйте их.
Цветок семенного растения следует защищать мешочком из текстиля.
Когда получите семена, высаживайте их на рассаду. Молодые растения разместите в ящиках.
Внимательно следите за своим новым гибридом, записывайте в дневник свои наблюдения.
Если вы решили заниматься выведением новых сортов всерьез, то вам будет необходим совет специалиста-селекционера. Дело в том, что вам нужно будет выяснить, действительно ли вы вывели новый сорт или идете уже проторенной кем-то дорожкой. Конкуренция в области создания новых сортов очень высока.
Тем же, кто решил поэкспериментировать с гибридизацией в качестве домашнего хобби, мы желаем получить от этого занятия море удовольствия, сделать множество радостных открытий и подарить наконец всем своим друзьям-садоводам новый сорт какого-нибудь чудесного цветка, названный своим именем.
Селекция – наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений и пород животных. Она возникла на основе практической деятельности человека в области сельского хозяйства. Существующие ныне культурные растения и домашние животные – результат одомашнивания их диких предков человеком. Культуры выводятся с определенной целью получить необходимое хозяйственное качество, важное для человека.
Самым древнейшим методом селекции следует считать бессознательный отбор. Человек, желая культивировать растения или размножить животных в качестве семенного материала выберет наиболее плодовитых и жизнеспособных особей, с наиболее важными для него хозяйственными качествами (например, среди яйценосных кур он для размножения отберет самых плодовитых здоровых родителей; при выборе растения для получения от него семян он выберет самое крупное растение, с обильным урожаем и т. д.).
Попытки выведения новых пород животных и сортов растений предпринимались еще в древности. В Египте и Месопотамии задолго до новой эры выводили мулов путем искусственного скрещивания осла и лошади, переопыляли финиковую пальму и получали первые гибриды, которые давали большие урожаи по сравнению с их дикими предками.
Селекция приобрела статус науки в 19 веке. Предпосылки этому послужили работы Ч. Дарвина о движущих силах эволюции.
Глубокий анализ мировых растительных ресурсов в свое время был проведен советским генетиком Н.И. Вавиловым. Многочисленные экспедиции дали основания определить центры происхождения многих культурных растений. Вавилов установил 8 таких центров:
Индийский – родина риса, сахарного тростника, цитрусовых;
Среднеазиатский – родина мягкой пшеницы, гороха, бобовых;
Китайский – родина хлебных злаков, проса, гречихи, сои;
Переднеазиатский – родина пшеницы, ржи, многих видов фруктовых деревьев;
Средиземноморский – родоначальник многих овощей;
Абиссинский (Африка) – родина твердых пшениц, ячменя, кофе;
Южноамериканский – дает начало расселению кукурузы, хлопчатника, какао;
Южномексиканский – дал миру картофель и табак.
В этих центрах сосредоточено наибольшее количество сортов, разновидностей, мутаций. Трудами экспедиций Н.И. Вавилова была собрана коллекция, насчитывающая несколько сотен тысяч мировой коллекции растений, что послужило прекрасной базой для выведения новых сортов.
Новые породы домашних животных также выводились с древнейших времен от диких предков. Человек вывел многочисленные виды животных из небольшого числа их предков:
Волки и шакалы – родоначальники собак;
Европейский тур – дал начало крупному рогатому скоту;
Европейский муфлон – предок овец;
Дикий кабан – предок свиней;
Дикая лошадь – предок современных пород лошадей
Индийский петух – родоначальник современных пород кур;
От дикой утки произошли все существующие домашние виды уток и т. д.
В настоящее время селекция животных проводится по тем же принципам, что и селекция растений.
Большой вклад в селекцию растений внес выдающийся селекционеров И.В. Мичурин. В своих работах он использовал три основных форм воздействия на растительные организмы: гибридизацию, воспитание гибрида и отбор.
Гибридизация – метод скрещивания двух сортов растений, с целью получения гибрида, обладающего ценными хозяйственными качествами обоих родителей. Естественно, что в природных условиях возникновение гибрида невозможно (разные виды в природе не скрещиваются между собой), поэтому приходилось преодолевать нескрещиваемость различными методами (например, опыление рыльца пестика смесью пыльцы). И.В. Мичурин скрещивал подобным образом уссурийскую дикую грушу (мелкие плоды, но зимостойкая) и южный сорт (плоды крупные, сочные, но растение теплолюбивое). У гибрида появились нужные селекционеру качества: полученный сорт Бере зимняя выдерживает температуру атмосферы до – 36 °С, давая в осенний период времени хороший урожай крупных плодов. Кроме скрещивания близкородственных форм И.В. Мичурин применял метод отдаленной гибридизации – т. е. скрещивание разных видов и родов растений. Таким образом были получены церападусы (гибриды вишни и черемухи), тернослива (гибрид сливы и терновника) и др. интересные разновидности гибридов.
При воспитании гибридов растительных культур И.В. Мичурин адаптировал молодые саженцы растений к изменениям условий окружающей среды (например воспитание теплолюбивых растений к условиям низких температур). Чаще всего в воспитании использовался метод прививки: сеянец воспитуемого растения прививался к растению-ментору (ментор – растение-воспитатель заданных качеств). Таким образом удалось получить некоторые сорта южных растений, адаптированных к условиям северных регионов.
Отбор – это древнейший метод, который применялся человеком бессознательно и давал хорошие результаты. И.В. Мичурин применял этот метод к семенам гибридов (отбирались семена самые крупные и правильной формы) от самых жизнеспособных и плодовитых растений.
Таким образом, применяя методы гибридизации, воспитания и отбора, Мичурин вывел сотни новых сортов растений, приспособленных к различным климатическим зонам и обладающих поразительной урожайностью, устойчивостью к заболеваниям и высокими вкусовыми качествами плодов.
Методы гибридизации, воспитания и отбора существуют также и в селекции животных. Пример соблюдения этих принципов в селекции животных – работы М.Ф. Иванова по выведению и адаптации новых пород свиней. Применение искусственного осеменения при отдаленной гибридизации позволили получить сильных и выносливых мулов (гибрид кобылицы и осла), архаромериносов (гибрид тонкорунных овец и горных архаров), гибридов яка и крупного рогатого скота, гибридов кур, обладающих поразительной яйценоскостью и т. д., а воспитание способности противостоять местным неблагоприятным факторам окружающей среды дало возможность расселять таких гибридов повсеместно.
Открытия генетики и молекулярной биологии широко применяются для получения новых форм растений, животных, микроорганизмов. В настоящее время применяют 4 основных метода: метод гетерозиса, метод полиплоидии, мутагенез, генная инженерия.
1. Метод гетерозиса
Под гетерозисом подразумевают усиление жизнеспособности за счет скрещивания разных пород животных (или разных сортов растений). В первом поколении гибридов наблюдается мощное развитие. Оно объясняется взаимодействием благоприятных доминантных генов. Подобным образом получено множество сортов растений, обладающих рядом ценных свойств. Метод гетерозиса широко применяется и в селекции животных. Межпородное скрещивание приводит к резкому подъему продуктивности гибридов.
Полиплоидией называют увеличение гаплоидного набора хромосом. На клетки растений, подготовленные к делению, воздействуют специальными веществами. Клетки перестают делиться, однако число хромосом в них увеличивается вдвое, вчетверо и т. д. Такие крупные клетки дают начало полиплоидным растениям: тетраплоиды (4n), гексаплоиды (6n) и т. д. В результате были получены полиплоидные яблони, груши, гречиха, рожь, пшеница, томат и многие другие сорта, приносящие удивительно крупные плоды. Урожайность с одного растения-полиплоида во много раз превышала урожайность его дикого предка.
Метод полиплоидии используется только в селекции растений.
Мутагенез – это метод воздействия на клетки растений различными мутагенами: химические вещества, облучение радиацией и т. д. Эти воздействия изменяют структуру ДНК, и, соответственно, свойства организма. Вредные изменения выбраковываются, а полезные закрепляются и используются в селекции.
В селекции микроорганизмов в основе своей применяют метод мутагенеза. Мутагены изменяют структуру ДНК прокариот, появляются мутантные бактерии с новым характером белков, а значит и признаков.
4. Генная инженерия
Генная инженерия – это совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии.
Биотехнология – использование живых организмов и биохимических процессов в производстве.
С древних времен человек использовал микроорганизмы в таких видах производств, как: хлебопечение, пивоварение, сыроварение, виноделие и др.
В настоящее время, помимо пищевой промышленности, достижения биотехнологии с успехом применяются в сельском хозяйстве – как экологически безопасное средство борьбы с вредителями выращиваемых культур, сорняками, болезнями растений. Разработаны промышленные методы получения аминокислот и белков, используемые в качестве кормовых добавок в животноводстве. Кроме того, специфические штаммы[41] используются для очистки сточных вод: благодаря особому виду бактерий полностью очищаются сточные воды городских канализаций. Возможна очистка вод и от синтетических неразлагающихся отходов за счет специальных искусственных штаммов микроорганизмов, полученных в результате мутагенеза.
В медицине благодаря биотехнологии получены многие разновидности антибиотиков (производятся бактериями и грибами), гормонов, ферментов и других биоактивных веществ. Получение вакцин и антител позволяют предупредить и излечить многие опасные заболевания.
Развитие биотехнологии и генной инженерии позволяют получать ранее недоступные препараты, как например: инсулин, гормон роста человека, интерферон и др. Широкое распространение получили так называемые гибридомы (гибридные клетки) и продуцируемые ими антитела, используемые в качестве уникальных реагентов. Их применение позволяет получать новые данные о функционировании генетического аппарата клеток.
Биотехнология и генная инженерия – науки, которые в современном мире продолжают активно развиваться, постоянно создавая новые открытия и достижения во благо человечеству.
1. Что такое селекция и что она изучает?
2. Приведите примеров центров возникновения современных культурных сортов растений и пород животных.
3. Какими методами селекции (сознательными и бессознательными) пользовались люди в прошлые времена?
4. Какие методы селекции используются в современное время?
5. Какие методы селекции являются новейшими? Какие методы, на ваш взгляд, являются наиболее перспективными в селекции будущего?
6. Что такое биотехнология и генная инженерия? Какие вещества получают при помощи достижений этих наук?
Читайте также: