3150

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический

университет им. Г.Ф. Морозова»

СИНТЕТИЧЕСКАЯ СЕЛЕКЦИЯ

Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению 35.06.02 - Лесное хозяйство (направленность программы - Лесные культуры, селекция, семеноводство)

Воронеж 2017

1

УДК630*165.6: 631.147(075.8)

Синтетическая селекция [Электронный ресурс] Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению 35.06.02 - Лесное хозяйство (направленность программы - Лесные культуры, селекция, семеноводство)/ А. И. Сиволапов; Мин-во обр. и науки РФ, ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. лесотехн. университет им. Г.Ф. Морозова». Воронеж, 2017. – 10 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова.

Рецензент д. с.-х. наук, профессор, зав. лабораторией селекции ВНИИЛГИСбиотех А.П. Царев

2

ВВЕДЕНИЕ

Селекция растений – теория и практика улучшения существующих и выведение новых сортов растений. Слово селекция в переводе с латинского selektio означает отбор или выбор. Для улучшения лесных пород на основе селекции возможны два основных пути:

1.Отбор и использование для разведения естественно возникших в природе ценных форм (аналитическая селекция);

2.Получение новых ценных форм экспериментальным путем (методами гибридизации, мутагенеза, полиплоидии, генной инженерии и др.)

иих использование (синтетическая селекция).

Отбор лучших форм из дикорастущих видов растений – наиболее древний метод селекции. Первоначальное понятие селекции соответствовало содержанию работ по выведению новых сортов путем отбора и размножения лучших форм. Современная селекция применяет отбор, используя при создании исходного материала гибридизацию, полиплоидию и мутагенез.

Н.И. Вавилов называл селекцию наукой об эволюции растений и животных, управляемой человеком. Он писал, что селекция как наука включает следующие теоретические разделы:

1.Учение об основных направлениях селекционной работы (селекция на иммунитет, селекция на урожайность и технические качества продукции).

2.Учение об исходном материале.

3.Учение о наследственной изменчивости.

4.Учение о роли среды в выявлении сортовых признаков и свойств.

5.Теорию гибридизации.

6.Теорию селекционного процесса.

7.Частную селекцию отдельных культур (селекцию пшеницы, селекцию сосны и т.д.).

Для успешного решения этой задачи важное место имеет внедрение в лесоводство методов селекции. Получение новых ценных форм экспериментальным путем (методами гибридизации, мутагенеза, полиплоидии и др.) является более быстрым методом получения сортов.

В лесной селекции, самой молодой, интенсивно развивающейся отрасли лесоводства, первый путь имеет в настоящее время основное значение для практики и массового применения селекции в лесном хозяйстве. Гибридизация на гетерозис – это основное направление получения

3

новых форм искусственным путем. Исследования по мутагенезу и полиплоидии рассматриваются чаще всего в научных исследованиях аспирантов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

1.Самостоятельная работа аспирантов

Аспиранты преимущественно изучают отдельные вопросы науки самостоятельно.

Лекции дают достаточно в полном объеме содержание дисциплины, но для глубокого изучения отдельных вопросов необходимо самостоятельное изучение литературных источников.

Лектор сообщает аспирантам содержание разделов по дисциплине и рекомендует литературу для изучения. Кроме теоретических вопросов преподаватель демонстрирует методики проведения исследований по гибридизации, мутагенезу, получению полиплоидов, апомиктов и т.п.

Тема 1. Направления и методы лесной селекции Синтетическая селекция. Направления и методы синтетической селекции.

Цель работы: ознакомиться с обзором исторического развития селекции древесных растений, еѐ связи с другими науками. Направления и методы получения новых форм растений.

Методические рекомендации

При проработке темы необходимо усвоить основные этапы развития селекции древесных растений, ее связи с другими дисциплинами, краткой историей развития науки. Плановые исследования по селекции в ведущих вузах и НИИ, это работы В.Н. Сукачева, Н.П. Кобранова, А.И. Колесникова, позднее – А.С. Яблокова, С.С. Пятницкого, А.В. Альбенского, А.М. Березина, Л.Ф. Правдина, Н.А. Коновалова, Ф.Л. Щепотьева, М.М. Вересина, Г.П. Озолина, А.Я. Любавской, Р.И. Дерюжкина, М.М. Котова. В настоящее время работы А.П. Царева, Ю.Н. Исакова, Р.Н. Матвеевой, Н.В. Лаур, С.П. Погиба,

ресурсоведения. Аспиранту необходимо ознакомиться с основными разделами искусственного получения новых форм растений: гибридизацией, мутагенезом, полиплоидией, генной инженерией.

Тесты для самоконтроля: назовите и объясните основные методы синтетической селекции древесных растений. Назовите ведущих ученых, имеющих достижения в области гибридизации, мутагенеза, полиплоидии, генной инженерии.

Тема 2. Гибридизация древесных растений. Спонтанная гибридизация. Гетерозис. Теории гетерозиса. ОКС, СКС. Способы определения.

Цель работы: уяснить цели и задачи гибридизации растений, изучить теории гетерозиса, уяснить понятия общей комбинационной (ОКС) и специфической комбинационной способности (СКС), отработать способы их определения. Спонтанная гибридизация.

Методические рекомендации

При работе над темой следует иметь в виду, что гибридизация есть основной путь получения новых форм растений. Детально изучить: теории гетерозиса (генетические – теория доминирования и сверхдоминирования и физиологические теории). Способы получения гибридных семян. Общая комбинационная способность (ОКС), специфическая комбинационная способность (СКС), способы определения комбинационной способности.

Спонтанная (интрогрессивная) гибридизация. Примеры интрогрессивной гибридизации у хвойных и лиственных древесных пород. Роль интрогрессивной гибридизации в видообразовании.

Тесты для самоконтроля: Дать определение гибридизации; Что такое гетерозис, теории гетерозиса; половая и вегетативная гибридизация. Что такое ОКС и СКС, методы определения комбинационной способности.

Тема 3. Виды скрещиваний. Комбинированные скрещивания. Трангрессивные, гетерозисные скрещивания.

Цель работы: Изучить виды скрещиваний (комбинированные скрещивания, трансгрессивные и гетерозисные скрещивания).

Методические рекомендации

При изучении характеристик видов скрещивания древесных растений необходимо различать половую и вегетативную гибридизацию.

5

Комбинированные скрещивания предполагают использование экологогеографического метода, подбор пар на основе структуры урожая, по продолжительности отдельных фаз вегетации, на основе различия по устойчивости сортов к заболеваниям.

Гибридизация половая и вегетативная, гибридизация соматических клеток.

Трансгрессивные скрещивания, когда проявляется эффект суммирующего действия полимерных генов, например гибриды лиственницы европейской и японской.

Гетерозисные скрещивания, когда гибриды обладают гибридной мощностью, например гибриды тополя белого и осины (проявляется гетерозис соматический, адаптивный и репродуктивный).

Тесты для самоконтроля: Дать определение половой и вегетативной гибридизации. Гибридизация соматических клеток, значение. Что такое трансгрессивные скрещивания, примеры для лесных пород. Что такое гетерозисные скрещивания, примеры для лесных пород.

Тема 4. Методы гибридизации. Техника гибридизации Цель работы: Изучить основные методы половой гибридизации, их

применимость к отдельным видам деревьев. Изучить технику скрещиваний.

Методические рекомендации

Изучить типы скрещиваний, применямых при гибридизации. Скрещивания простые (диаллельные, реципрокные), их значение. Скрещивания сложные (множественные, возвратные, насыщающие и конвергентные, ступенчатые, межгибриные). Принципы подбора родительских пар. Способы получения гибридных семян древесных растений.

Скрещивание на растущих деревьях и срезанных ветвях. Гибридизация двудомных и однодомных древесных пород.

Тесты для самоконтроля: дать определения простых и сложных скрещиваний. Подбор родительских пар. Какие вы знаете способы получения гибридных семян? Объяснить технику скрещиваний на растущих деревьях и срезанных ветвях.

Тема 5. Гибридизация двудомных древесных пород. Биология цветения тополя. Определение пола по цветочным почкам.

6

Гибридизация однодомных древесных пород с раздельнополыми цветками. Биология цветения дуба, березы, ольхи, лещины

Цель работы: ознакомиться с техникой скрещивания тополей, ивы. Изучить биологию цветения тополей. Уяснить определение пола у тополей. Ознакомиться с техникой гибридизации дуба, березы, ольхи, лещины. Изучить биологию цветения дуба, березы, ольхи, лещины, сосны, ели, кедра сибирского.

Методические рекомендации

Изучение темы необходимо начать со значения гибридизации, четко разделить гибридизацию двудомных (тополь, ива) и однодомных (дуб, береза, клен, сосна). Для навыков по гибридизации отдельных пород изучить биологию цветения этих пород. Определения пола рассмотреть на примере осины.

Тесты для самоконтроля: Техника скрещиваний тополей, ивы, дуба, березы, лещины, ореха. Биология цветения тополя, осины, дуба, березы, лещины, ореха грецкого, сосны обыкновенной, кедра сибирского, ели. Определение пола у тополей.

Тема 6. Способы преодоления нескрещиваемости. Получение, хранение гибридных семян, испытание гибридного потомства. Гибридизация соматических клеток. Гибридизация на уровне молекул ДНК.

Цель работы: Изучить методы преодоления нескрещиваемости. Изучить технологии хранения гибридных семян. Испытание гибридного потомства. С какой целью проводят гибридизацию соматических клеток. Уяснить гибридизацию на уровне молекул ДНК.

Методические рекомендации

Изучение способов преодоления нескрещиваемости рассматривают с предложений И.В. Мичурина. Роль цитологических исследований для успешной гибридизации. Значение условий хранения гибридных семян для получения гетерозисного потомства. Испытание гибридного потомства и отбор элитных растений.

Рассмотреть задачи гибридизации соматических клеток.

В заключении ознакомиться с задачами и методами генной инженерии, генетически модифицированных (трансгенных) организмов и генетически

7

модифицированных источников, основными способами получения трансгенных клеток и организмов; их сравнительной характеристикой, с достижениями генной инженерии, перспективами развития генной инженерии, этическими и технологическими проблемами генной инженерии. Опыты получения генмодифицированных древесных растений.

Тесты для самоконтроля: обосновать способы преодоления нескрещиваемости. Роль цитологических исследований для успешной гибридизации. Значение условий хранения гибридных семян для получения гетерозисного потомства. Испытание гибридного потомства и отбор элитных растений. С какой целью проводят гибридизацию соматических клеток.

Охарактеризуйте метод генной инженерии; Что такое плазмиды? Какова их роль в генной инженерии? В чем заключается метод соматической гибридизации клеток? В чем сущность метода трансплантации эмбрионов?

Тема 7. Мутагенез в селекции древесных растений. Экспериментальный мутагенез. Способы получения мутантов у древесных пород

Цель работы: уяснить роль мутагенеза в селекции древесных растений. Возможности индуцированного мутагенеза для получения новых форм растений.

Методические рекомендации

При изучении данного вопроса следует обратить внимание на мутации. Классификация мутаций. Мутагенные факторы, их классификация и оценка эффективности. Теоретические основы индуцированного мутагенеза. Факторы, влияющие на эффективность мутагенеза: вид мутагена и его доза, биология объекта и его состояние, внешняя среда. Порядок работы при проведении индуцированного мутагенеза, примеры у древесных пород.

Тесты для самоконтроля: что такое мутагенез, мутации у растений, типы мутаций. Индуцированный мутагенез, физические и химические мутагены. Технологические особенности получения новых форм растений с помощью мутагенов. Примеры у древесных растений.

Тема 8. Селекция и размножение полиплоидов. Искусственное получение полиплоидов древесных пород. Значение полиплоидии в селекции и эволюции. Миксоплоидия у древесных растений. Значение

8

миксоплоидов в селекции.

Цель работы: уяснить значение полиплоидии у древесных растений. Аутополиплоиды и аллополиплоиды, их хозяйственное значение. Селекция и размножение полиплоидов.

Методические рекомендации

При изучении вопросов полиплоидии надо усвоить определение полиплоидов и их классификация. Полиплоидия как фактор эволюции. Хозяйственное значение. Причины возникновения спонтанных полиплоидов. Оптимальное число плоидности. Аутополиплоиды и аллополиплоиды. Полиплоидия и морфогенез. Искусственное получение полиплоидов. Полиплоидия и апомиксис. Криптополиплоидия и псевдополиплоидия. Диагностика полиплоидов. Миксоплоидия у древесных растений, значение миксоплоидов в селекции.

Тесты для самоконтроля: явление полиплоидии у древесных растений, аутополиплоиды и аллополиплоиды, их различия и хозяйственное значение. Роль миксоплоидии в селекции древесных растений, размножение полиплоидов. Искусственное получение полиплоидов древесных пород.

Тема 9. Значение синтетической селекции в получении сортов древесных растений

Цель работы: уяснить значение синтетической селекции в получении сортов древесных растений.

Методические рекомендации

При изучении роли синтетической селекции надо знать определение сорта. Сорт как конечный этап селекционного процесса. Типы сортов по способу получения: сорт-популяция, сорт-гибрид, сорт-линия, межлинейные гибриды, сорт-клон. Порядок работы при получении сорта и сортоиспытании. Организация авторского права на сорт.

Тесты для самоконтроля: назовите и объясните основные методы синтетической селекции древесных растений. Определение сорта древесной породы, типы сортов по способу их получения. Сортоиспытание и методы организации авторского права на сорт. Достижения в области гибридизации, мутагенеза, полиплоидии, генной инженерии древесных пород.

9

Термины и определения

Аблактировка – прививка сближением, при которой осуществляется сращивание побегов двух расположенных рядом растений без отделения от маточника. После того как компоненты прививки срастаются, привой отрезают ниже места прививки от своего корня, а у подвоя выше места прививки срезают крону.

Акклиматизация – в широком смысле понимается как приспособление организмов к жизни в новых, непривычных для них климатических условиях на основе изменения наследственности. В узком смысле акклиматизация – это одна из форм интродукции, когда приспособление к новым условиям среды происходит вследствие генетического сдвига на основе естественного и искусственного отбора.

Акклиматизация ступенчатая – разновидность акклиматизации как формы интродукции, при которой продвижение интродуцируемого растения в новый район осуществляется путем постепенного ступенчатого перемещения последовательно нескольких поколений (генераций семенного происхождения) во все более и более отличные от родины климатические условия, которые более близки к предполагаемому району интродукции.

Аллополиплоид – полиплоидный организм, содержащий хромосомные комплексы двух или большего числа разных исходных видов.

Амфимиксис – это нормальный процесс оплодотворения, слияние двух половых клеток.

Аналитическая селекция – селекция, основанная на отборе (выделении) исходного материала из естественного формового разнообразия популяций.

Анемофильное растение – растение опыляемое ветром.

Апомиксис – бесполосеменное размножение растений.

Ареал – территория произрастания какого-нибудь рода, вида, популяции или другого таксономического подразделения растений или животных.

Архивно-маточные плантации (коллекционные) – плантации, создаваемые с целью сохранения генетического фонда отобранных плюсовых деревьев (ценных древесных пород) на основе применения вегетативных

10