Получение и оценка новых сортов растений
Получение и оценка новых сортов растений
Дата создания сайта: 08 / 12 /2012
Дата обновления главной страницы: 15.04.2019 20:45
![]() ![]() icq: |
613603564 |
Полезные ссылки
Доска объявлений:
Каталог ссылок:
Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений. Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный. Массовый отборМассовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления. Индивидуальный отборИндивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние. Естественный отборЭтот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму. Инбридинг (инцухт)В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа родительские особи. Так называется близкородственное скрещивание. Инбридинг имеет место при самоопылении перекрестноопыляемых растений. Для инбридинга подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса. Такие подобранные растения в течение ряда лет подвергаются принудительному самоопылению. В результате инбридинга многие рецессивные неблагоприятные гены переходят в гомозиготное состояние, что приводит к снижению жизнеспособности растений, к их «депрессии». Затем полученные линии скрещивают между собой, образуются гибридные семена, дающие гетерозисное поколение. Гетерозис («гибридная сила») — явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30%. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии, тем больше эффект гетерозиса.
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние. Растения диплоидной (2n = 16) и тетраплоидной (2n = 32) гречихи. Аа × Аа Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов. Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы. Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными. Отдаленная гибридизацияВосстановление плодовитости капустно-редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-редечный гибрид. Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы. Методика преодоления бесплодия у отдаленных гибридов была разработана в 1924 году советским ученым Г.Д. Карпеченко. Он поступил следующим образом. Вначале скрестил редьку (2n = 18) и капусту (2n = 18). Диплоидный набор гибрида был равен 18 хромосомам, из которых 9 хромосом были «редечными» и 9 — «капустными». Полученный капустно-редечный гибрид был стерильным, поскольку во время мейоза «редечные» и «капустные» хромосомы не конъюгировали. Далее с помощью колхицина Г.Д. Карпеченко удвоил хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе «редечные» (9 + 9) хромосомы конъюгировали с «редечными», «капустные» (9 + 9) с «капустными». Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами. Использование соматических мутацийСоматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур. Экспериментальный мутагенезОснован на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами. Методы селекции растений, предложенные И.В. МичуринымС помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость. Перейти к лекции №22 «Методы генетики человека» Перейти к лекции №24 «Селекция животных» Смотреть оглавление (лекции №1-25) Получение и оценка новых сортов растенийЛучшие растения оценивают и отбирают по комплексу признаков: декоративности, продуктивности, продолжительности вегетационного периода, пригодности к тому или иному использованию (открытый или защищенный грунт и др.), устойчивости к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям среды, пригодности к механизированному возделыванию и уборке урожая и т. д. На ранних стадиях работы, когда объем селекционного материала очень велик и различия между растениями значительны, для выделения родоначальника будущих потомств обычно применяют визуальную оценку. Лучшие растения, выделенные из исходного материала, проходят различные методы отбора. Существуют два вида отбора: массовый и индивидуальный. У каждого из них свои вариации и изменения. Массовый отбор бывает негативным или позитивным. Индивидуальный отбор с оценкой по потомству (семьям) — значительный шаг вперед в истории методов селекции. Наследственная ценность отобранного растения бывает скрыта и выглядит лучше или хуже, а потомство позволяет оценить его генотип. Среди растений линии (поколения) F1 выбраковывают лишь экземпляры, полученные в результате случайного самоопыления. Растения F2 выращивают семьями, поэтому можно начинать отбор хороших растений, которые в линии F3 еще расщепляются, так что объединять растения отдельных линий F3 нельзя. В линиях вновь отбирают лучшие растения. Для культур с низким коэффициентом размножения (душистый горошек, настурция и др.) применяют несколько измененный метод индивидуального отбора. В линии F2 посев проводят по семьям, чтобы исключить материал, появившийся от самоопыления, затем все семьи объединяют. После нескольких лет размножения — пересева смеси (три-четыре года) начинают отбор растений. При работе таким методом требуется больше времени, чем при отборе на ранних стадиях, и линию D (сорт) получают лишь в поколении F11. Из исходной популяции отбирают три лучших растения, семена которых объединяют. Половину семян сохраняют. Растения, выросшие из хранившихся семян, скрещивают с хорошо изученным тест-клоном. На третий год проверяют и отбирают семьи с высокой комбинационной способностью. На четвертый год высевают половину семян семей, отобранных по высокой комбинационной способности. Переопыление между потомством трех растений дает возможность обновить генотипы с сохранением нужных генов. Снова отбирают три лучших растения и объединяют их семена. Потомства этих растений опять проверяют скрещиванием с тест-клоном. Половину семян лучших групп (семей) высевают для дальнейшей селекционной работы. Затем лучшие растения размножают вегетативно.
Каждую пару высаживают под один изолятор или на отдельный участок. С каждого растения-пары семена собирают отдельно, и семьи выращивают на специальных участках. Из лучших семей выделяют лучшие растения и снова распределяют их по парам. Чтобы исключить появление инцухтированной депрессии, объединяют растения, выросшие из семян, принадлежащих разным парам. Если в процессе селекционной работы выясняют, что гибридные растения не обладают достаточно полным комплексом признаков одного из родителей, то такие гибриды скрещивают повторно (возвратные, насыщающие скрещивания). При работе с вегетативно размножаемыми растениями гибриды сначала создают, затем отбирают в питомнике сеянцев. От лучших отобранных растений вегетативным размножением (луковицами, бульбочками, чешуями луковиц, кусочками корневищ, почками, черенками и т. д.) закладывают клоны. Их оценивают в селекционном питомнике и из сотен клонов отбирают несколько десятков, которые в процессе испытания размножают, а затем они переходят в контрольный питомник. Здесь после тщательной оценки на основе полученного в контрольном питомнике посадочного материала выделяют единичные клоны и направляют их в станционное сортоиспытание, а при благоприятной оценке — в дальнейшее размножение и производственное испытание. При такой схеме создания сорта у вегетативно размножаемых растений на всех этапах отбора лучших клонов проводят непрерывный негативный массовый отбор для очистки клонов от примесей. В современной селекции растений широко используют метод in vitro культуры тканей, клеток и протопластов, который дает большие возможности для улучшения цветочных культур. При селекционной работе на клеточном уровне проводят индивидуальный клоновый отбор, затем проверку индивидуальных клонов продолжают в грунте (in vivo). Клоны высаживают на отдельных грядах для следующего цикла оценки и отбора. Наиболее распространено так называемое клональное микроразмножение из верхушек побегов, стеблевых черенков, цветоножек. Метод применяют для размножения ценного селекционного материала и ускорения внедрения новых сортов в производство. При этом ведут жесткий массовый клоновый негативный отбор (удаление недоразвитых, уклонившихся от размножаемого сорта и больных растений). Культура in vitro позволяет проводить селекционную работу круглый год. Растения в стерильных боксах сохраняются много лет. Способы оценки признаков , по которым из популяций отбирают и выбраковывают формы, делят на две группы: объективные и субъективные. Методы современной селекции. Отбор и его творческая роль.Как организовать дистанционное обучение во время карантина? Помогает проект «Инфоурок» Тема: Методы современной селекции. Отбор и его творческая роль. Образовательная – познакомить учащихся с основными методами селекции, обеспечить усвоение базовых понятий сорт, порода, штамм, научить различать сорта и гибриды. Развивающая – расширить познания учащихся о современных методах селекции. Воспитательная – подчеркнуть роль трудолюбия, любви к своему делу, свойственной увлечённым селекционерам. Тип урока: изучение нового материала. II. Изучение нового материала Что изучает селекция? ( Работа с понятием селекция. Запись понятия в словарь. Составление синквейна на понятие «селекция»). 1 строчка – одно слово – название стихотворения, тема, обычно существительное. 2 строчка – два слова (прилагательные или причастия). Описание темы, слова можно соединять союзами и предлогами. 3 строчка – три слова (глаголы). Действия, относящиеся к теме. 4 строчка – четыре слова – предложение. Фраза, которая показывает отношение автора к теме в 1-ой строчке. 5 строчка – одно слово – ассоциация, синоним, который повторяет суть темы в 1-ой строчке, обычно существительное. 2. Работа с понятиями сорт, порода и штамм. ( ЦОР № 4530 , глоссарий). Запись понятий в тетрадь. Из определения селекции видно, что целью практической деятельности селекционеров является создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, обладающих нужными для человека качествами. 3.Какой вклад в развитие селекции внёс Н.И.Вавилов? 4. Работа в малых группах . Ответы учащиеся записывают на листах бумаги, которые раздаются каждой группе. Представьте, что вы селекционеры, вам необходимо создать новый сорт томатов. Какими признаками вы наделили свой новый сорт? Почему именно на эти признаки вы обратили внимание? Вам необходимо вывести новый сорт томата, пригодного для механизированной уборки плодов. Какими признаками вы наделили бы свой сорт? Почему? Какими способами, методами вы будете пользоваться при выведении нового сорта? Где вы будете искать источники новых генов, формирующих лучшие продуктивные качества вашего сорта? После завершения работы в группах заслушиваются варианты решения поставленных задач, проводится беседа, в ходе которой учитель подводит учащихся к формулировке задач селекции. повышение урожайности сортов растений и продуктивности пород животных Повышение экологической пластичности сортов (выведение сортов, которые можно выращивать в различных климатических условиях – вспомнить понятие “ районирование”) Выведение сортов, устойчивых к различным заболеваниям (на примере фитофтороустойчивых сортов картофеля) Выведение сортов растений, пригодных для механического выращивания и пород животных для промышленного разведения 5. Каковы же методы селекции, которые помогут решить поставленные задачи? Основные методы селекции – отбор и гибридизация. Отбор бывает массовый и индивидуальный. При индивидуальном отборе выбирают отдельную особь с нужными признаками и получают от неё потомство. Индивидуальный отбор применяется для самоопыляющихся растений и животных. Массовый отбор применятся в селекции перекрёстноопыляемых растений некоторых животных. Вопрос : кто производит данный отбор? Как он называется? (искусственный) Сравните искусственный и естественный отбор. (заполнение таблицы) Исходный материал для отбора Индивидуальные признаки организма Индивидуальные признаки организма Путь благоприятных изменений Отбираются, становятся производительными Остаются, накапливаются, передаются по наследству Путь неблагоприятных изменений Отбираются, бракуются, уничтожаются Уничтожаются в борьбе за существование Творческий – направленное накопление признаков на пользу человеку Творческий – отбор приспособительных признаков на пользу особи, популяции, вида, приводящий к возникновению новых форм Новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов Массовый, индивидуальный, бессознательный, методический Движущий, стабилизирующий, дестабилизирующий, дизруптивный, половой Гибридизация это процесс скрещивания родительских форм и получение от них гибридов. Различают два вида гибридизации – близкородственную и отдалённую (иногда даже межвидовую). Рассмотрим упрощённую схему комбинационной селекции для получения нового сорта самоопыляющегося растения (например пшеницы). 1 этап – скрещивание между собой двух родительских форм. 2 этап – оценка гибридов до восьмого поколения (при самоопылении к 7-8 поколению достигается почти 100% уровень гомозиготности) Таким образом цель отбора для многих селекционных программ является получение максимально гомозиготных форм. Что же такое гомозиготность? Гомозиготность – это такое состояние наследственного аппарата, при котором гомологичные хромосомы имеют одну и ту же форму аллельных генов. 3 этап – отбор лучших потомков, их оценка, испытание на урожай и другие признаки. Заключительный этап – лучшее потомство становится сортом. Аналогично получают и породы животных, к примеру, если заниматься разведением чистокровных такс, спаривание полных братьев и сестёр приводит к 90% -ной гомозиготности к 8 поколению, а при скрещивании двоюродных братьев и сестёр гомозиготность достигает 65% лишь к 15-16 поколению. 6.( работа с ЦОР № 4530, гибридизация, виды – схема, № 4531, родственное скрещивание) Методы селекции растенийСелекцияБольшинство растений, которые современное человечество употребляет в пищу, является продуктом селекции (картофель, томат, кукуруза, пшеница). На протяжении нескольких веков люди культивировали дикие растения, переходя от собирательства к земледелию. Направлениями селекции являются:
Рис. 1. Сравнение дикой и сельскохозяйственной кукурузы. Селекция решила проблемы с нехваткой пищи и продолжает развиваться, внедряя методы генной инженерии. Селекционеры не только улучшают вкус и повышают питательность растений, но и делают их полезными, насыщенными витаминами и химическими элементами, важными для метаболизма. Для успешной селекции необходимо понимать закономерности наследования признаков, особенности влияния среды, морфологическое строение и способы размножения культивируемых растений. МетодыОсновными методами селекции являются:
Искусственный отбор включает в себя два вида – индивидуальный (по генотипу) и массовый (по фенотипу). Гибридизация бывает двух видов:
Классические методы селекции растений описаны в таблице. Метод Примеры Проводят по отношению к самоопыляемым растениям. Выведение единичных особей с нужными качествами и получение от них улучшенного потомства Пшеница, ячмень, горох Проводят по отношению к перекрестноопыляемым растениям. Растения скрещиваются массово. Из полученного потомства отбирают лучшие экземпляры и снова проводят скрещивание. Может повторяться до тех пор, пока не будут выведены нужные качества растений Происходит при самоопылении перекрёстноопыляемых растений. В результате получают чистые (гомозиготные) линии, чтобы закрепить полученный признак. Наблюдается снижение жизнеспособности (инбредная депрессия), т.к. потомки постепенно переходят в гомозиготное рецессивное состояние Сорта груш, яблонь Скрещиваются разные виды, потомки обычно стерильны, т.к. при скрещивании нарушается мейоз, не образуются гаметы. В первом поколении наблюдается эффект гетерозиса – превосходство потомков над родительскими формами за счёт образования гетерозиготных генов. Чем отдалённее в родстве родители, тем ярче проявляется гетерозис Гибриды пшеницы и ржи (тритикале), смородины и крыжовника (йошта) Подвергают растения ионизирующему, лазерному излучению, химическому или биологическому воздействию, в результате чего возникают мутации. Чаще всего таким способом вырабатывают устойчивость к заболеваниям и вредителям. Метод усовершенствовала генная инженерия – нужный ген можно «включить» или «выключить» вручную без потери других полезных признаков Рис. 2. Примеры гибридов. Неудачный опыт селекции – борщевик Сосновского. Растение культивировалось в качестве корма для скота. Однако впоследствии выяснилось, что новый борщевик легко проникает в экосистемы, вытесняя естественные растения, а также содержит вещества, повышающие чувствительность к ультрафиолету. Попав на кожу, сок вызывает ожог на солнце. Рис. 3. Борщевик Сосновского. Что мы узнали?Из урока узнали о том, для чего необходима селекция и какие методы применяются в селекции растений. Рассмотрели классические методы селекции – индивидуальный и массовый отбор, внутривидовую и отдалённую гибридизацию, мутагенез. Adblockdetector |