2.2. Мутационная изменчивость.

законы мутационной теории

Возникновение мутаций происходит внезапно.

Мутантные формы константны с момента своего возникновения.

Мутационная изменчивость не связана с модификационной и независима от нее.

Мутации происходят во всех возможных направлениях.

Одни и те же мутации могут возникать повторно.

любая мутация является лишь “материалом” для естественного отбора.

2.3. Спонтанные мутации.

Спонтанные (случайные) мутации возникают постоянно как у самоопыляющихся растений, так и у перекрестноопыляющихся. При этом следует признать, что часто бывает довольно сложно отличить возникшую мутацию от редкой рекомбинации, особенно при сильном сцеплении генов.

→отличить выщепление редких комбинаций генов значительно сложнее у перекрестников, чем у самоопылителей. Дело в том, что у самоопылителей гомозиготность, а следовательно и константность, достигается значительно быстрее.

Считается, что естественный отбор отсеивает вредные мутации, сохраняя только те, которые содействуют повышению жизненности организма. Мутации в естественных условиях возникают случайно и частота их зависит от гена. Мутации одних генов возникают значительно чаще, чем других. Иногда многие спонтанные мутации растений оказались очень полезными для селекции.

Общаямутабильность организма может повышаться при наличии генов - мутаторов (мобильные элементы), а также при определенных биохимических и физиологических изменениях в клетках.

2.4. Прямые и обратные мутации.

Большинство спонтанных мутаций является рецессивными, то естьАа. Это “прямая мутация”. Встречаются и “обратные мутации”аА.

большинство мутантов микроорганизмов утрачивают способность к синтезу какой-либо аминокислоты→неспособен расти на средах, лишенных этой аминокислоты. Однако, если происходит обратная мутация, то отдельные колонии начинают расти.

3. Индуцированные мутации.

Так и подразделяются в настоящее время мутагенные факторы на: физические и химические.

К физическим мутагенам относятся:рентгеновские лучи, -лучи, -лучи, протоны, нейтроны, α-частицы, ультрафиолетовый свет (неионизирующее излучение).

Химические мутагены – это вещества, вызывающие мутации у организмов (растений, насекомых и т.п.).они классифицируются следующим образом:

Ингибиторы азотистых оснований нуклеиновых кислот (ДНК, РНК).

Аналоги азотистых оснований, включающиеся в нуклеиновую кислоту.

Алкилирующие агенты.Окислители, восстановители и свободные радикалы.

Акридиновые красители.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА 2-ГИБРИДНОГО ПОКОЛЕНИЯ, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ГОМОЗИГОТ ПО СЕЛЕКТИРУЕМЫМ ПРИЗНАКАМ.

с увеличением числа особей F₁вероятность получения благоприятных комби­наций генов в F₂повышается. Существует прямая зависимость между численностью растений F₁ и шансами возникновения при образовании зигот всех возможных сочетаний генов, а сле­довательно, появления в F₂и последующих поколениях особей, объединяющих все желательные признаки обоих родительских компонентов. И какими бы методами не проводили селекцию в дальнейшем, при ограниченной численности растений F₁у са­моопылителей нельзя в F₂а тем более в последующих поколе­ниях получить все возможные комбинации генов или хотя бы большую их часть. Это связано с одним из важнейших генети­ческих последствий самоопыления, которое заключается в сле­дующем: в результате процессов перехода популяции в гомози­готное состояние после распределения генов по различным выщепляющимся растениям они уже никогда не могут снова со­единиться в одной особи без повторного скрещивания.

Расчеты показывают, что гетерозиготные растения с таким же генотипом, как и F₁, появятся и в последующих поколениях, но их доля с каждым поколением будет уменьшаться в геомет­рической прогрессии, причем особенно быстро в случаях гетерозиготностиF₁по многим генам.

У перекрестноопыляющихся культур в отличие от самоопы­лителей ценные комбинации генов обусловливаются не только численностью популяции F₁ они могут появляться и в после­дующих потомствах в результате перекрестного опыления рас­тений в расщепляющихся поколениях.

Практически можно увеличить число особей F₁путем прове­дения скрещиваний в больших масштабах или путем вегетатив­ного размножения гибридов F₁там, где это возможно. Большие перспективы открывает метод культуры меристемы.

3. Огромное количество признаков, большое число вариантов их комбинаций и широкий диапазон изменчивости признаков и свойств в пределах нормы создают возможности выведения невероятно большого количества разнообразных сортов огурца.

Но проблема несколько сужается, если учесть, что в различных регионах земного шара, характеризующихся своеобразием климатических условий, специфичностью патогенной флоры, вредителей и т. д., существуют сложившиеся веками требования к новым сортам, особенно к форме и размеру плода. Накладываются национальные критерии оценки. На территории Юго-Восточного Китая и островах Японии широко распространены крупнобугорчатые и сильнобороздчатые длинноплодные (60-80 см) сорта (var. falcatus Gab.). Для населения стран Европы подобные плоды огурца эстетически неприемлемы. В Средней Азии и на Ближнем Востоке идеальным считается короткий (13-16 см), гладкий, блестящий плод огурца.

Иногда патоген оккупирует новые экологические ниши, завоевывает новые территории. В этом случае задача селекционера — выявить инорайонный, устойчивый к заболеванию исходный материал и ввести гены устойчивости в распространенные в данном регионе сорта, сохранив при этом их внешние признаки.

Сорта и гибриды огурца ля ОТК.грунта: Водолей, Дебют, Засолочный, Малыш, Единство

Билет 30.

1. Цитоплазматическая и ядерная мужская стерильность.

Мужская стерильность (стерильность или нежизнеспособность пыльцы) существует двух типов:

генная мужская стерильность (определяется ядерными генами);

цитоплазматическая мужская стерильность (определяется мутациями мт-ДНК).

Молекулярно-генетическая детерминация ЦМС.

Цитоплазматическая мужская стерильность описана белее чем у 300 высших растений. Среди сельскохозяйственных культур - это кукуруза, лук, фасоль, морковь, сахарная свекла, сорго, просо и многие др. Первым растением, у которого была открыта цитоплазматическая мужская стерильность, была кукуруза. Честь открытия ЦМС в 1930-1932 гг. принадлежит М.Хаджинову (бывший СССР) и М.Родсу (США). У кукурузы различают три типа стерильности: молдавский (М), техасский (Т) и бразильский (С). Было показано, что цитоплазматическая мужская стерильность определяется особенностями цитоплазмы, вызванными мутациями некоторых митохондриальных генов. ЦМС связана с мутациями мт-ДНК. Установлено, что у кукурузы с ЦМС Техасского типа выявлен митохондриальный ген Т-urf13, детерминирующий образование белка 13 кД. Этот белок-кодирующий ген образуется из генных фрагментов исходно кодирующих РНК рибосом. У риса с ЦМС типа ЦМС–bо (“Chinsurah boro II”) показано наличие в мт-ДНК дополнительной модифицированной копии гена atp6: ß-atp6, а у фасоли (виды Phaseolus vulgaris и Phaseolus coccineus) область мт-ДНК, вызывающая ЦМС, состоит из двух генов orf98 и оrf239. Продукт гена orf239 обнаруживается только в генеративных тканях. У редиса с ЦМС установлен на 5’-конце ген orf105, который нарушает структуру рамки считывания гена atp6 и вызывает ЦМС.

Цитоплазма у стерильных растений обозначается как цит^S, а у нормальных растений цит^N.

Восстановление фертильности растений при ЦМС.

На проявление цитоплазматической мужской стерильности оказывают влияние и ядерные гены (rf).

Для кукурузы взаимодействие стерильной цитоплазмы с ядерными генами выглядит следующим образом:

- цит^S rfrf стерильная пыльца - цит^S RfRf* фертильная пыльца

- цит^S Rfrf фертильная пыльца - цит^N rfrf фертильная пыльца

- цит^N RfRf фертильная пыльц - цит^N Rfrf фертильная пыльца

Линии кукурузы, пыльца которых закрепляет стерильность, получили название “закрепители стерильности”. Их генетическая формула – цит^N rfrf. Если пыльца линий восстанавливает фертильность, то такие линии называют “восстановители фертильности”. Их генетические формулы: цит^N RfRf и цит^S RfRf.

2. Техника гибридизации растений: изоляция, кастрация, опыление.

Способы изоляции при гибридизации

При скрещивании прибегают к изоляции: простран­ственной, изоляции во времени или используют спе­циальные изоляторы. Последние бывают двух типов: одни служат для изоляции целых растений или не­большой группы, другие — отдельных частей растений (ветвей, соцветий). При скрещивании применяют преимущественно изоляторы для отдельных частей растения. Их обычно склеивают или сшивают в виде рукавов, открытых с обоих концов, или в виде мешоч­ков, открытых с одного конца. В качестве материала для изолятора используют пергаментную бумагу, раз­ные виды ткани, пленку, металлические и синтетиче­ские сетки.

У крупноцветковых растений (огурец, тыква, бак­лажан, томат) для изоляции цветки покрывают тон­ким слоем ваты.

Техника скрещивания овощных растений. Для скрещивания нужно перенести пыльцу с цветков растения одного сорта на рыльца цветков другого. В связи с особенностями биологии цве­тения техника скрещивания овощных растений может быть раз­личной. Ее разнообразие в какой-то мере возрастает из-за раз­личных требований, предъявляемых к гибридным семенам (ко­личество, допустимо или нет наличие примеси сортовых).

Скрещивание растений с раздельнополыми цветками лучше проводить на изоляционных участках. При скрещивании двудом­ных многолетних растений (спаржа) у одного сорта отбирают и высаживают на изоляционный участок лучшие женские расте­ния, а у другого — мужские. При скрещивании двудомных одно­летних растений (шпинат) высевают семена или высаживают рассаду каждого сорта отдельными чередующимися рядками. Когда растения достигнут такого состояния, что можно будет определить их пол, у одного сорта удаляют все мужские расте­ния. Оставшиеся женские растения будут опылены пыльцой мужских растений другого сорта. При скрещивании однодомных растений (тыква, огурец, кукуруза), выращиваемых на изоляци­онном участке, у растений сорта, взятого в качестве женского компонента скрещивания, удаляют мужские цветки до раскры­тия пыльников. Этим обеспечивается опыление пыльцой расте­ний другого сорта. Так как в плодах культур семейства Тыквен­ные образуется много семян, скрещивание чаще проводят вруч­ную на отдельных изолированных цветках.

Растения с обоеполыми цветками скрещивают без кастрации и с кастрацией. В зависимости от требуемого количества гибрид­ных семян, наличия изоляционных участков и числа комбина­ций скрещивание без кастрации можно выполнить несколькими способами. При работе с перекрестноопыляющимися растения­ми, при наличии достаточного числа изоляционных участков и необходимости получения сравнительно большого количества семян растения двух скрещиваемых сортов высаживают чередую­щимися рядками на отдельном участке для свободного переопы­ления. Если изоляционные участки отсутствуют и необходимо выполнить большое число комбинаций скрещивания, растения двух скрещиваемых сортов высаживают небольшими группами или парами под большие изоляторы. Иногда в один небольшой изолятор помещают только ветви растений скрещиваемых сор­тов, выращиваемых рядом. При необходимости скрестить расте­ние с каким-либо другим, растущим в отдалении, с отцовского растения срезают несколько побегов с соцветиями и, поставив в сосуд с водой, помещают под изолятор вместе с материнским растением.

Для переноса пыльцы под изоляторы пускают пчел, шмелей или мух. Кастрация обязательна при скрещивании самоопыляющихся протерандричных растений, у которых самоопыление происходит до раскрытия цветка (горох) или при прохождении рыльца в процессе роста через трубку из тычинок (салат). Кастрация оп­равданна и при скрещивании перекрестноопыляющихся расте­ний, если у них крупные цветки и в плодах бывает много семян.

При кастрации из бутонов накануне их раскрытия пинцетом с острыми кончиками удаляют пыльники прежде, чем они начнут растрескиваться и из них станет высыпаться созревшая пыльца. Очень молодые бутоны кастрировать не следует, так как они при этом повреждаются и часто гибнут.

При скрещивании протогиничных растений (томат, капуста, редька, редис и др.), у которых рыльце способно воспринимать пыльцу за 1—2 дня до раскрытия цветка, цветки опыляют вслед за кастрацией и помещают их в изолятор. При скрещи­вании протерандрических растений кастрированные цветки по­мещают в изолятор и опыляют через 1—4 дня, когда созреют рыльца.

Пыльцу для опыления собирают с одного или нескольких растений одного сорта. Последнее дает лучшие результаты, так как вследствие внутри сортового разнообразия растений гибрид­ному потомству передаются различные сочетания наследствен­ных факторов, что обеспечивает более широкие возможности для выбора нужных растений.

Чтобы избежать засорения инородной пыльцой, при сборе пыльцы с отцовских растений срывают готовые к раскрытию бутоны и вносят их в помещение, где пинцетом, иглой или проволочной петлей из них извлекают пыльники и расклады­вают тонким слоем на глянцевую бумагу. Когда пыльники подсохнут и раскроются, пыльцу собирают в небольшие ко­роткие пробирки, которые закрывают ватой. Хранят пыльцу в эксикаторах в прохладных помещениях, в местах, недоступных прямым солнечным лучам. В отдельных случаях ветви или соцветия отцовского растения перед раскрытием цветков сре­зают, помещают в сосуд с водой, который ставят на глянцевую бумагу. Во время цветения пыльца из треснувших пыльников осыпается или стряхивается на бумагу, откуда ее собирают. При опылении насекомоопыляемых растений пыльцу на рыльце наносят мягкой кисточкой или пером, иногда пользуются ма­леньким кусочком резины, насаженным на препаровальную иглу. Ветроопыляемые растения опыляют вдуванием вовнутрь изолятора пыльцы, набранной в стеклянную трубочку или толс­тую соломину.

3. Создание гетерозисных гибридов с использованием ЦМС растений. В практике сельскохозяйственного производства ряда стран все шире применяются гибридные семена различных культур, получаемые на основе ЦМС растений.

В настоящее время работу по гетерозису лука с использованием ЦМС проводят в ряде научно-исследовательских учреждений (ВИР, ВНИИССОК, Украинский НИИ овощеводства и бахчеводства и Молдавский НИИ орошаемого земледелия и овощеводства), где с использованием различных сортов получены стерильные линии и перспективные гибриды.

Большинство гибридных комбинаций проявили гетерозис по урожаю, лежкости, скороспелости, из которых наиболее перспективные подготовлены к передаче в госсортоиспытание.

Созданы межсортовые гибриды лука, полученныерпутем естественного переопыления двух совместно высаженных обычныхрсортов, и линейносортовые гибриды, полученные с использованием материнских форм, обладающих цитоплазматической мужской стерильностью(ЦМС).

В результате переопыления между сортами завязывается до 50% гибридных семян и столько же сортовых семян. Мужская стерильность позволяет производить 100%-ные гибриды.

Среди сортимента репчатого лука имеется лишь один гетерозисный гибрид на стерильной основе Ft Антей, созданный Приднестровским НИИСХ.

для получения линейносортовых гибридов на стерильной основе высаживают рядами стерильные растения материнской формы и фертильные растения сорта-опылители в соотношении 3:1 с изоляцией отдельных растений и их групп от переопыления. Используют пергаментные марлевые изоляторы для соцветий, индивидуальные марлевые изоляторы для растений, в которых проводят опыление вручную, и групповые изоляторы - кабины или домики под двойным слоем марли или оетки, препятствующие проникновению насекомых. Опыление в них проводят с помощью пчел или специально разводимых мух.

Сорта и гибриды лука репчатого: Арзамасский местный, Ростовский репчатый, Золотничок, кармен, Трой, Геркулес, Спирит