Тема 4.4.1 Самоопыление перекрёстно-опыляемых культур. Гетерозис

Основная задача селекции – создание высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов, наилучшим образом удовлетворяющих пищевые, технические, эстетические и другие потребности человека.

Породой и сортом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком, которая характеризуется специфическим генофондом, наследственно закреплёнными морфологическими и физиологическими признаками, определённым уровнем и характером продуктивности. Каждой породе или сорту свойственна присущая ему норма реакции. Фенотип наиболее полно проявляется при определённых условиях, и для каждого района с теми или иными климатическими условиями, агротехническими приёмами и т.д. необходимо иметь свои сорта и породы, которые называются районированными.

Интенсификация сельского хозяйства стала актуальной задачей нашего времени в связи с острой нехваткой продуктов питания в обширных регионах мира. Огромное значение имеет дефицит белка, особенно такого, в состав которого входят незаменимые аминокислоты, без которого невозможно нормальное развитие. Решается эта проблема разными способами, включающими совершенствование агротехники, подбор пород животных и сортов растений, наиболее продуктивных в данных условиях, производство кормового белка для животных из нетрадиционных источников и т.д. К числу таких способов относятся и широкое использование современных методов селекции.

Отбор и гибридизация. Это основные и традиционные методы селекции. В растениеводстве по отношению к перекрёстноопыляющимся растениям нередко применяют массовый отбор. При таком отборе в посеве сохраняют растения только с желательными качествами. При повторном посеве снова отбирают растения с нужными признаками. Так были выведены сорта ржи (Вятка). Сорт, получаемый этим способом, не является генетически однородным и отбор время от времени приходится повторять.

Для выведения чистой линии – генетически однородного сорта, применяют индивидуальный отбор, который сводится к выделению отдельных особей и получению от них потомства. На основе такого отбора были выведены многие ценные сорта культурных растений.

Однако этим методом отбора нельзя получить ничего нового, он позволяет выделить только генотипы, уже имеющиеся в популяции. Кроме того, сочетание разных признаков у чистых линий часто оказывается неблагоприятным. Поэтому для внесения в генофонд создаваемого сорта растений или породы животных ценных генотипов и получения оптимальных комбинаций признаков применяют гибридизацию с последующим отбором. Так какой либо сорт пшеницы может иметь прочный стебель и быть устойчивым к полеганию, но в то же время легко поражается ржавчиной, другой же сорт, с тонкой и слабой соломиной, устойчив к ржавчине. При скрещивании этих двух пшениц в потомстве обнаруживаются различные комбинации и может возникнуть несколько новых и ценных растений, сочетающих признаки устойчивости к полеганию и ржавчине. Такие гибриды отбираются и используются для посева.

В животноводстве трудно получить массовый материал для отбора из-за малого числа потомков, поэтому широко используются индивидуальный отбор с тщательным учётом хозяйственно полезных признаков и гибридизация.

У сельскохозяйственных животных проводят или близкородственное скрещивание с целью перевода большинства генов в гомозиготное состояние, или неродственное скрещивание между породами или видами. Неродственное скрещивание имеет целью комбинацию нескольких полезных признаков. Такое скрещивание при последующем строгом отборе приводит к улучшению свойств породы.

При скрещивании разных пород животных или сортов растений, а также при межвидовых скрещиваниях в первом поколении гибридов повышается жизнеспособность и наблюдается мощное развитие. Это явление получило название гибридной силы или гетерозиса. Оно объясняется переходом многих генов в гетерозиготное состояние и взаимодействием благоприятных доминантных генов. При последующих скрещиваниях гибридов между собой гетерозис затухает, по-видимому, вследствие выщепления гомозигот и уменьшения количества гетерозиготных особей.

Одно из выдающихся достижений современной селекции – разработка способов преодоления бесплодия межвидовых гибридов, которые не имеют гомологичных хромосом и не могут образовывать полноценные гаметы. Впервые это удалось осуществить в начале 20-х годов генетику Г. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты. Оба вида имеют в диплоидном наборе по 18 хромосом. Соответственно их гаметы несут по 9 хромосом. Гибрид имеет 18 хромосом, но совершенно бесплоден, т.к. «редечные» и «капустные» хромосомы в мейозе не коньюгируют друг с другом. Г. Карпиченко удвоил число хромосом гибрида. В результате в гибридном организме оказалось 36 хромосом, слагающихся из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты. Это создало нормальные возможности для мейоза, т.к. каждая хромосома имеет себе пару. Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18), а в зиготе вновь оказывалось 36 хромосом. Таким образом, полученный межвидовой гибрид стал плодовитым.

Методом отдалённой гибридизации получена новая зерновая и кормовая культура – гибрид пшеницы с рожью. Это гибрид – тритикале, удачно сочетает в себе ценные признаки пшеницы и ржи, давая высокие урожаи зерна и зелёной массы с высокими питательными качествами.

Искусственный мутагенез. Естественно возникающие мутации, сопровождающиеся появлением полезных для человека признаков, появляются очень редко. На их поиски приходится затрачивать много сил и времени. Частота мутаций резко повышается при воздействии мутагенов. К ним относятся некоторые химические вещества, излучения и другие факторы. Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной резкого возрастания частоты мутаций. Наряду с вредными мутациями нередко обнаруживаются и полезные, которые либо отбираются естественным отбором в природных условиях, либо используются учёными в селекционной работе. Примером служит получение высокопродуктивных сортов ярового и озимого ячменя и сорта яровой пшеницы Новосибирская-67, высеваемой на большой площади. Таким путём удалось вывести такие штаммы бактерий и грибов, активно синтезирующих необходимые человеку продукты – витамины и антибиотики.

Путём воздействия мутагенами в растениеводстве получают и полиплоидные растения, отличающиеся крупными размерами, высокой урожайностью. Широко распространены полиплоидные сорта клевера, сахарной свеклы, турнепса, ржи, гречихи, масличных растений.

Контрольные вопросы

1. Особенности проявления фенотипа в популяциях.

2. Отбор и гибридизация – основные методы селекционной работы.

3. Скрещивание в селекции и его виды.

4. Явление гетерозиса и его применение в сельском хозяйстве.

5. Преодоление бесплодия межвидовых гибридов.

6. Искусственный мутагенез и его значение.

7. Явление полиплодии и механизм её образования