Скрещиваются ли растения. Как скрещивать растения в домашних условиях? Выводим собственные сорта цветов

Человек в своем стремлении улучшить природу движется все дальше. Благодаря современным достижениям генетики аграрии получают все больше необычных и интересных гибридов, способных удовлетворить самые смелые желание потребителей.
Кроме того глобализация приводит к распространению видов растений, нехарактерных для данной климатической зоны. У нас уже давно вышли из экзотики ананасы и бананы, стали привычными гибридные нектарины и миниолы и т.д.

Желтый арбуз (38 ккал, витамины А, С)

Снаружи это привычный полосатый арбуз, но при этом ярко-желтый внутри. Еще одной особенностью является очень небольшое количество косточек. Этот арбуз результат скрещивания дикого (желтого внутри, но совершенно невкусного) с культурным арбузом. Результат получился сочный и нежный, но менее сладкий, чем красный.
Выращивают их в Испании (округлые сорта) и Таиланде (овальные). Есть сорт «Лунный» выведенный селекционером Соколовым из Астрахани. Этот сорт как раз отличается очень сладким вкусам с некоторыми экзотическими нотками, похожими на привкус манго или лимона, или тыквы.
Есть и украинский гибрид на основе арбуза («кавуна») и тыквы («гарбуза») – «кавбуз». Он больше похож на тыкву с ароматом арбуза и идеален для приготовления каш.

Фиолетовый картофель (72 ккал, витамин С, витамины группы В, калий, железо, магний и цинк)

Картошка с розовой, желтой или фиолетовой кожурой уже никого не удивляет. Но ученым из Colorado State University удалось получить картошку с фиолетовым окрасов внутри. Основой сорта стала андский высокогорный картофель, а цвет вызван высоким содержанием антоцианов. Эти вещества являются сильнейшими антиоксидантами, свойства которых сохраняются и после приготовления.
Назвали сорт «Фиолетовое величество», его уже активно продают в Англии и начинают в Шотландии, климат которой наиболее подошел сорту. Популяризации сорта способствовал английский кулинар Джейми Оливер. Эта фиолетовая картошка с привычным вкусом великолепно смотрится в виде пюре, непередаваемого насыщенного цвета, запеченной, и конечно фри.

Капуста романеско (25 ккал, каротин, витамин С, минеральные соли, цинк)

Неземной вид этого близкого родственника брокколи и цветной капусты, прекрасно иллюстрирует понятия «фрактала». Его нежно-зеленые соцветия имеют конусообразную форму и располагаются по спирали на кочане. Эта капуста родом из Италии, в широкой продаже она находится около 10 лет, а ее популяризации способствовали голландские селекционеры, слегка улучшившие овощ, известный итальянским домохозяйкам с XVI века.

В романеско мало клетчатки и много полезных веществ, за счет этого она легко усваивается. Что интересно, при приготовлении этой капусты не возникает характерного капустного запаха, который дети так не любят. Кроме того, экзотический вид космического овоща вызывает желание его пробовать. Готовят романеско как обычную брокколи - варят, тушат, добавляют в пасту и в салаты.

Плуот (57 ккал, клетчатка, витамин С)

От скрещивания таких видов растений как сливы (plum)и абрикосы (apricot) получены два гибрида плуот, который внешне больше похож на сливу, и априум, больше напоминающий абрикос. Оба гибрида названые по первым слогам английский названий видов-родителей.
Внешне плоды плуота окрашены в розовый, зеленый, бордовый или фиолетовый цвет, внутренность - от белого до насыщенно-сливового. Вывели эти гибриды в питомнике Dave Wilson Nursery 1989 году. Сейчас в мире уже два сорта априума, одиннадцать сортов плуота, один нектаплама (гибрида нектарина и сливы), одни пичплама (гибрида персика и сливы).
Используют плоуты для приготовления сока, десертов, домашних заготовок и вина. На вкус этот фрукт намного слаще и сливы, и абрикоса.

Арбузный редис (20 ккал, фолиевая кислота, витамин С)

Арбузный редис полностью соответствует своему названию – он яркий малиновый внутри и покрыт бело зеленой кожицей снаружи, точно как арбуз. Формой да и размером тоже (диаметр 7-8см) он напоминает некрупную редьку или репку. По вкусу он вполне обычный – горький у шкурки и сладковатый к середине. Правда более твердый, не такой сочный и хрустящий как обычный.
Он чудесно смотрится в салате, просто нарезанный ломтиками с кунжутом или солью. Так же рекомендуют делать из него пюре, запекать, добавлять к овощам для жарки.

Йошта (40 ккал, антоцианы, обладающие антиоксидантными свойствами, витамины С, Р)

Скрещивание таких видов растений как смородина (johannisbeere) и крыжовник (stachelbeere) дало ягоду йошту с плодами близкого к черному цвету, размером с вишню, кисло-сладким немного вяжущим вкусом, приятно отдающие смородиной.
Еще Мичурин мечтал создать смородину размерами с крыжовник, но при этом не колючую. Он успел вывести крыжовник «Мавр черный» темно-фиолетового цвета. К 1939 году в Берлине Пол Лоренц так же занимался выведением подобных гибридов. В связи с войной эти работы были остановлены. И только в 1970 году удалось получить идеальное растение Рудольфу Бауэру. Теперь есть два сорта йошты: «Черный» (коричнево-бордового цвета) и «Красный» (блекло-красного цвета).
За сезон с куста йошты получают 7-10 кг ягод. Используют их в домашних заготовках, десертах, для ароматизации газировки. Йошта хорошо помогает при желудочно-кишечных заболеваниях, для выведения из организма тяжелых металлов и радиоактивных веществ, улучшения кровообращения.

Брокколини (43 ккал, кальций, витамины А, С, железо, клетчатка, фолиевая кислота)

В семействе капуст в результате скрещивания обычной брокколи и китайской брокколи (гайлана) получили новую капусту похожую на спаржу на макушке с головкой брокколи.
Брокколини немного сладковата, не имеет резкого капустного духа, с перечной ноткой, нежная на вкус, напоминает спаржу одновременно и брокколи. В нем множество полезных веществ и при этом низкокалориен.
В США, Бразилии, странах Азии, Испании, брокколини привычно используют как гарнир. Его подают свежим, политым маслом или слегка обжаривают в масле.

Нэши (46 ккал, антиоксиданты, фосфор, кальций, клетчатка)

Еще один результат скрещивания растений – это нэши. Получили его от яблока и груши в Азии несколько столетий назад. Там его называют азиатской, водяной, песочной или японской грушей. Выглядит плод как круглое яблоко, а на вкус как сочная, хрустящая груша. Цвет нэши - от бледно-зеленого до оранжевого. В отличии от обычной груши нэши тверже, поэтому лучше хранится и транспортируется.
Нэши достаточно сочное, потому его лучше использовать в салатах или соло. Так же хорош в качестве закуски к вину вместе с сыром и виноградом. Сейчас выращивают порядка 10 популярных коммерческих сортов в Австралии, США, Новой Зеландии, Франции, Чили и на Кипре.

Юзу (30 ккал, витамин С)

Юзу (японский лимон) это гибрид мандарина и декоративного цитруса (ичангской папеды). Фрукт размером с мандарин зеленого или желтого цвета с бугристой кожицей имеет кислый вкус и яркий аромат. Его используют японцы еще с VII века, тогда буддийские монахи завезли с материка на острова этот фрукт. Юзу популярен в кулинарии Китая и Кореи.
У него совершенно необычный аромат - цитрусовый, с цветочными оттенками и нотами хвои. Чаще всего применяют для отдушки, цедру используют в качестве приправы. Эту приправу добавляют к мясным и рыбным блюдам, в суп мисо, лапшу. Так же с цедрой готовят джемы, алкогольные и безалкогольные напитки, десерты, сиропы. Сок похож на лимонный (кислый и ароматный, но более мягкий) и является основой соуса понзу, так же используют в качестве уксуса.
Имеет и культовое значение в Японии. 22 декабря в праздник зимнего солнцестояния принято принимать ванны с этими плодами, которые символизируют солнце. Его аромат отгоняет злые силы, защищает от простуды. В эту же ванну окунают животных, а водой потом поливают растения.

Типы скрещивания

В селекционной практике используется два типа скрещивания:

– простое (однократное) – скрещивают между собой два сорта (А Х Б)

Вариации:

Простые парные

Реципрокные

Множественные

Топкроссы

Диаллельные

– сложное (многократное) – три сорта и больше [(А х Б) х С] х Д

Вариации:

Возвратные (бккроссы)

Конвергентные

Ступенчатые

Межгибридные

Простые скрещивания

Отбор проводят непосредственно в гибридных потомствах.

На основе простых парных скрещиваний работа с гибридным материалом сводиться к отбору в расщепляющихся поколениях гибридных растений и оценке их потомств.

Такой тип скрещивания имеет большое значение при межсортовой гибридизации, чем при межвидовой, когда для получения необходимого сочетания признаков у гибрида недостаточно однократного скрещивания.

Реципрокные скрещивания

Реципрокное (прямое и обратное скрещивание, родительская форма меняется местами) –

каждый из двух родительских компонентов используют в одном случае в качестве материнской формы, а во втором случае в качестве отцовской.

Этот тип скрещивания особенно важен при отдаленной гибридизации, когда в прямых и обратных комбинациях результаты могут получиться разными как по завязываемости семян, так и качеству гибрида.

Требуется для проверки наличия генетического материала в цитоплазме родительских форм.Ядерный материал при прямом и обратном скрещивании передаётся поровну; цитоплазма же передаётся гибридам только по материнской линии. При реципрокных скрещиваниях в одних случаях влияние цитоплазмы материнской формы может быть существенным, в других - не проявляться совсем.

11. Сложные ступенчатые и межгибридные скрещивания.

Ступенчатые скрещивания

При ступенчатой гибридизации полученные гибридные растения повторно скрещивают с третьим сортом, а если необходимо, то затем в скрещивание вовлекают и четвертый сорт или вид и т. д. Таким образом, в этих скрещиваниях участвуют несколько родительских форм, которые последовательно (ступенчато) включаются в гибридизацию.

При ступенчатых скрещиваниях создается гибридный материал, включающих зародышевую плазму нескольких сортов или даже видов растений. Подбирая, например, последовательность ступенчатой гибридизации сорта, один из которых - скроспелый, второй - высокоурожайный, третий - устойчивый к болезням, можно расчитывать получить гибрид, сочетающий все три указанных свойства.

Межгибридные скрещивания

Для создания исходного материала с большой широтой генетической изменчивости целесообразно использовать метод сложного или межгибридного, скрещиания.

Сущность его заключается в том, что популяция создается путем скрещивания большой группы родительских форм, причем как правило, скрещиваются сразу же особи F1.

Например, схема скрещивания 16 родительских сортов будет иметь следующий вид:

1-й год: (1х2); (3х4); (5х6); (7х8); (9х10); (11х12); (13х14); (15х16).

2-й год: (1х2)х(3х4); (5х6)х(7х8); (9х10)х(11х12); (13х14)х(15х16).

3-й год: [(1х2)х(3х4)]x[(5х6)х(7х8)]; [(9х10)х(11х12)]x[(13х14)х(15х16)].

4-й год: {[(1х2)х(3х4)]x[(5х6)х(7х8)]}x{[(9х10)х(11х12)]x[(13х14)х(15х16)]}.

С помощью этого способа в течение четырех поколений срещивания создается предпосылка для образования рекомбинированного генотипа, гены которого могут происходить из всех 16 сортов или линий.

Вариант 1 - сложное ступенчатое скрещивание

А х Б => F 1 (пересеять) => F 2 – выбираем заметные признаки А и Б, скрещиваем с сортом С => F 1 (пересев) => F 2 – выбираем заметные признаки А, Б, С, скрещиваем с Д => F 1 (пересев) => F 2 отбираем АБСД (1 из 256). Затрачено 6 лет.

Вариант 2 - межгибридное:

Высеваем параллельно А х Б и С х Д => их F 1 скрещиваем между собой => F 1 пересеваем => F 2 отбираем АБСД (1 из 4096 – огромная работа). Затрачено 4 года.

Практически всегда используют первый вариант.

Селекция - наука, разрабатывающая пути создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Создание новых сортов и пород основывается на таких важнейших свойствах живого организма, как наследственность и изменчивость. Именно поэтому генетика - наука об изменчивости и наследственности организмов - является теоретической основой селекции.

Имея свои собственные задачи и методы, селекция твердо опирается на законы генетики, является важной областью практического использования закономерностей, установленных генетикой. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук. На сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами.

Сорт, порода и штамм - устойчивая группа организмов, искусственно созданная человеком и имеющая определенные наследственные особенности.

Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды.

Основные направления селекции:

• высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных;
• улучшение качества продукции (например, вкус, внешний вид плодов и овощей, химический состав зерна - содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.);
• физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям).

• выведение стрессоустойчивых пород (для разведения в условиях большой скученности - на птицефабриках, фермах и т. п.);
• пушное звероводство;
• рыбоводство - разведение рыбы в искусственных водоемах.

ОТЛИЧИЕ КУЛЬТУРНЫХ ФОРМ ОТ ДИКИХ

основные методы селекции

Основные методы селекции:

• подбор родительских пар
• отбор
• гибридизация
• искусственный мутагенез

Подбор родительских пар

Данный метод применяется прежде всего в селекции животных, т. к. для животных характерно половое размножение и немногочисленное потомство.

Выведение новой породы - процесс длительный, требующий больших материальных затрат. Это может быть целенаправленное получение определенного экстерьера (совокупности фенотипических признаков), повышение молочности, жирности молока, качества мяса и т. д.

Разводимые животные оцениваются не только по внешним признакам, но и по происхождению и качеству потомства . Поэтому необходимо хорошо знать их родословную. В племенных хозяйствах при подборе производителей всегда ведется учёт родословных, в которых оцениваются экстерьерные особенности и продуктивность родительских форм в течение ряда поколений.

работы И. В. Мичурина

Особое место в практике улучшения плодово-ягодных культур занимает селекционная работа И. В. Мичурина. Большое значение он придавал подбору родительских пар для скрещивания. При этом он не использовал местные дикорастущие сорта (так как они обладали стойкой наследственностью, и гибрид обычно уклонялся в сторону дикого родителя), а брал растения из других, отдалённых географических мест и скрещивал их друг с другом.

Важным звеном в работе Мичурина было целенаправленное воспитание гибридных сеянцев: в определённый период их развития создавались условия для доминирования признаков одного из родителей и подавления признаков другого, т. е. эффективное управление доминированием признаков (разные приёмы обработки почвы, внесение удобрений, прививки в крону другого растения и т. п.).

Метод ментора - воспитание на подвое. В качестве привоя Мичурин брал как молодое растение, так и почки от зрелого плодоносящего дерева. Этим методом удалось придать желаемую окраску плодам гибрида вишни с черешней под названием «Краса севера».

Мичурин применял также отдалённую гибридизацию. Им получен своеобразный гибрид вишни и черемухи - церападус, а также гибрид терна и сливы, яблони и груши, персика и абрикоса. Все мичуринские сорта поддерживают путём вегетативного размножения.

Отбор

Искусственный отбор - сохранение для дальнейшего размножения особей с интересующими селекционера признаками. Формы отбора: массовый и индивидуальный.

• Интуитивный (бессознательный) отбор - самая древняя форма отбора, используемая ещё древним человеком: отбор особей по фенотипу, т.е. с наиболее полезными сочетаниями признаков.
• Методический отбор - отбор для размножения особей с чётко определёнными признаками, согласно цели и с учетом их фенотипов и генотипов.

• Массовый отбор - устранение из размножения особей, не имеющих ценные признаки, либо имеющих нежелательные признаки (например, агрессивных).

Массовый отбор может быть эффективен в том случае, если отбираются качественные, просто наследуемые и легко определяемые признаки. Массовый отбор обычно проводят среди перекрестноопыляемых растений. При этом селекционеры отбирают растения по фенотипу с интересующими их признаками. Недостаток массового отбора заключается в том, что селекционер не всегда может определить лучший генотип по фенотипу.

• Индивидуальный отбор - выделение отдельных особей с интересующими человека признаками и получение от них потомства.

Индивидуальный отбор более эффективен при отборе особей по количественным, сложно наследуемым признакам. Этот вид отбора позволяет точно оценить генотип благодаря анализу наследования признаков у потомства. Индивидуальный отбор применяют по отношению к самоопыляемым растениям (сорта пшеницы, ячменя, гороха и др.).

Гибридизация

В селекционной работе с животными применяют в основном два способа скрещивания: инбридинг и аутбридинг .

Инбридинг - скрещивание близкородственных форм: в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство.

Результат: получение гомозиготных организмов → разложение исходной формы на ряд чистых линий.

Минусы: пониженная жизнеспособность (рецессивные гомозиготы зачастую несут наследственные заболевания).

Такое скрещивание в определённой степени аналогично самоопылению у растений, которое также приводит к повышению гомозиготности и, как следствие, к закреплению хозяйственно ценных признаков у потомков. При этом гомозиготизация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем быстрее, чем более близкородственное скрещивание используют при инбридинге. Однако гомозиготизация при инбридинге, как и в случае растений, ведет к ослаблению животных, снижает их устойчивость к воздействию среды, повышает заболеваемость.

В селекции инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения породы. За ним следует скрещивание разных межлинейных гибридов, в результате которого нежелательные рецессивные аллели переводятся в гетерозиготное состояние и вредные последствия близкородственного скрещивания заметно снижаются.

Аутбридинг - неродственное скрещивание между особями одной породы или разных пород животных в пределах одного вида.

Результат: получение большого количества гетерозиготных организмов → поддержание полезных качеств и усиление их выраженности в ряду следующих поколений.

Отдалённая гибридизация - получение межвидовых и межродовых гибридов.

Отдалённая гибридизация в селекции животных применяется значительно реже, чем в селекции растений.

Межвидовые и межродовые гибриды животных и растений чаще всего бесплодны, так как нарушается мейоз и гаметогенез не происходит. При этом восстановление плодовитости у животных представляет более сложную задачу, поскольку получение полиплоидов на основе умножения числа хромосом у них невозможно.

Преодоление бесплодия межвидовых гибридов растений впервые удалось осуществить в начале 20-х годов ХХ века советскому генетику Г. Д. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты. Это вновь созданное человеком растение не было похоже ни на редьку, ни на капусту. Стручки занимали как бы промежуточное положение и состояли из двух половинок, из которых одна напоминала стручок капусты, другая - редьки. Каждая из исходных форм имела в половых клетках по 9 хромосом. В этом случае клетки полученного от них гибрида имели 18 хромосом. Но некоторые яйцеклетки и пыльцевые зёрна содержали все 18 хромосом (диплоиды), а при их скрещивании создано растение с 36 хромосомами, которое оказалось плодовитым. Так была доказана возможность использования полиплоида для преодоления нескрещиваемости и бесплодия при отдалённой гибридизации.

Бывает, что бесплодны особи только одного пола. Например, у гибридов высокогорного быка яка и рогатого скота бесплодны (стерильны) самцы, а самки плодовиты (фертильны).

Но иногда гаметогенез у отдалённых гибридов протекает нормально, что позволило получить новые ценные породы животных. Примером являются архаромериносы, которые, как и архары (горные бараны), могут пастись высоко в горах, а как мериносы дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного (индийского) крупного рогатого скота с зебу. При скрещивании белуги и стерляди получен плодовитый гибрид - бестер, хорька и норки - хонорик, продуктивен гибрид между карпом и карасём.

В природе встречаются гибриды зебры и лошади (зеброид), бизона и зубра (зубробизон), тетерева и куропатки (межняк), зайца-русака и зайца-беляка (тумак), соболя и лисицы (кидус), а также тигра и льва (лигр).

В качестве примеров межродовых гибридов растений можно назвать гибрид пшеницы и ржи (тритикале), пшенично-пырейный гибрид, гибрид смородины и крыжовника (йошта), гибрид брюквы и кормовой капусты (куузика), гибриды озимой ржи и житняка, травянистого и древовидного томатов и др.

Гетерозис - явление повышенной жизнеспособности, урожайности, плодовитости гибридов первого поколения, превышающих по этим параметрам обоих родителей.

Уже со второго поколения гетерозисный эффект угасает. По-видимому, это происходит вследствие снижения числа гетерозиготных организмов и повышения доли гомозигот.

Классическими примерами проявления гетерозиса являются мул (гибрид кобылы и осла) и лошак (гибрид коня и ослицы) (рис. 1,2) . Это сильные, выносливые животные, которые могут использоваться в значительно более трудных условиях, чем родительские формы.

Рис. 1. Мул Рис. 2. Лошак

Продолжительность их жизни значительно выше, чем у родительских видов.

Лошак меньше мула ростом и строптив, поэтому менее удобен для использования в хозяйственной деятельности человека.

Гетерозис широко применяют в промышленном птицеводстве, например - бройлерные цыплята, отличающиеся очень быстрым ростом. Цыплёнок-бройлер - финальный гибрид, полученный в результате скрещивания нескольких линий разных пород кур (мясных родительских форм), проверенных на сочетаемость. Первоначально для такого скрещивания использовали породы корниш (в качестве отцовской формы) и белый плимутрок (в качестве материнской формы).

искусственный мутагенез

Искусственный мутагенез чаще всего используется как метод селекции растений. Он основан на применении физических и химических мутагенов для получения форм растений с выраженными мутациями. Такие формы в дальнейшем используются для гибридизации или отбора.

В селекции растений широко используется полиплоидия.

Полиплоидия - увеличение числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному (одинарному) числу хромосом; тип геномной мутации.

Половые клетки большинства организмов гаплоидны (содержат один набор хромосом - n), соматические - диплоидны (2n). Организмы, клетки которых содержат более двух наборов хромосом, называются полиплоидами, три набора - триплоидами (3n), четыре - тетраплоидами (4n) и т. д. Наиболее часто встречаются организмы с числом хромосомных наборов, кратным двум, - тетраплоиды, гексаплоиды (6n) и т. д.

Полиплоиды с нечётным числом наборов хромосом (триплоиды, пентаплоиды и т. д.) обычно не дают потомства (стерильны), т. к. образуемые ими половые клетки содержат неполный набор хромосом - не кратный гаплоидному.

появление полиплоидии

Полиплоидия может возникнуть при нерасхождении хромосом в мейозе. В этом случае половая клетка получает полный (нередуцированный) набор хромосом соматической клетки (2n). При слиянии такой гаметы с нормальной (n) образуется триплоидная зигота (3n), из которой развивается триплоид. Если обе гаметы несут по диплоидному набору, возникает тетраплоид. Полиплоидные клетки могут возникнуть в организме при незавершённом митозе: после удвоения хромосом деления клетки может не происходить, и в ней оказываются два набора хромосом. У растений тетраплоидные клетки могут дать начало тетраплоидным побегам, цветки которых будут вырабатывать диплоидные гаметы вместо гаплоидных. При самоопылении может возникнуть тетраплоид, при опылении нормальной гаметой - триплоид. При вегетативном размножении растений сохраняется плоидность исходного органа или ткани.

Благодаря полиплоидии выведены высокоурожайные полиплоидные сорта сахарной свеклы, хлопчатника, гречихи и др. Полиплоидные растения часто более жизнеспособны и плодовиты, чем нормальные диплоиды. О их большей устойчивости к холоду свидетельствует увеличение числа видов-полиплоидов в высоких широтах и в высокогорьях.

Поскольку полиплоидные формы часто обладают ценными хозяйственными признаками, искусственную полиплоидизацию применяют в растениеводстве для получения исходного селекционного материала.

Получение полиплоидов в эксперименте тесно связано с искусственным мутагенезом. С этой целью используют специальные мутагены (например, алкалоид колхицин), нарушающие расхождение хромосом в митозе и мейозе.

Получены урожайные полиплоиды ржи, гречихи, сахарной свёклы и других культурных растений; стерильные триплоиды арбуза, винограда, банана популярны благодаря бессемянным плодам.

Применение отдалённой гибридизации в сочетании с искусственной полиплоидизацией позволило отечественным учёным получить плодовитые полиплоидные гибриды растений (Г. Д. Карпеченко, гибрид-тетраплоид редьки и капусты) и животных (Б. Л. Астауров, гибрид-тетраплоид тутового шелкопряда).

Шелкопряды Астаурова

Очень редки случаи естественной полиплоидии у животных. Однако, академик Б. Л. Астауров разработал метод искусственного получения полиплоидов от межвидового гибрида шелкопрядов Bombyx mori и В. mandarina. У обоих этих видов n = 28 хромосомам.

При синтезировании тетраплоида использовался метод искусственного партеногенеза. Вначале были получены партеногенетические полиплоиды В. mori - 4 n, 6 n. Все полученные особи оказались фертильными (плодовитыми) самками.

Затем произвели скрещивание партеногенетических самок В. mori (4n) с самцами другого вида В. mandarina (2n). В потомстве от такого скрещивания появлялись триплоидные самки 2n В. mori + 1 n В. mandarina.

Эти самки, стерильные в обычных условиях, размножались путем партеногенеза. При этом партеногенетически иногда возникали 6n самки (4n В. mori + 2n В. mandarina).

В потомстве от скрещивания этих самок с 2n самцами В. mandarina были отобраны 4n формы обоего пола с удвоенным набором хромосом каждого вида (2n В. mori +2n В. mandarina).

Если гибрид 1n В. mori + 1n В. mandarina был бесплодным, то тетраплоид (4n) оказался плодовитым и при разведении дал плодовитое потомство. С помощью полиплоидии, таким образом, удалось синтезировать новую форму шелкопряда.

биотехнология

Биотехнология - наука, изучающая возможность модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека.

Применение биотехнологии (рис. 3):

• производство лекарств, удобрений, средств биологической защиты растений;
• биологическая очистка сточных вод;
• восстановление ценных металлов из морской воды;
• коррекция и исправление генетических патологий.

Рис. 3. Возможности биотехнологии

Например, включение в геном кишечной палочки гена, ответственного за образование у человека инсулина, позволило наладить промышленное получение этого гормона (рис. 4).

Рис. 4. Биотехнология получения инсулина

В биотехнологии успешно применяются методы генной и клеточной инженерии.

ГЕННАЯ И КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Генная инженерия - искусственное, целенаправленное изменение генотипа микроорганизмов с целью получения культур с заранее заданными свойствами.

Исследования в области генной инженерии распространяются не только на микроорганизмы, но и на человека. Они особенно актуальны при лечении болезней, связанных с нарушениями в иммунной системе, в системе свертывания крови, в онкологии.

Основной метод генной инженерии: выделение необходимых генов, их клонирование и введение в новую генетическую среду. Например, введение определённых генов с помощью плазмиды в организм бактерии для синтеза ею определённого белка (рис. 5).

Рис. 5. Применение генной инженерии

Основные этапы решения генно-инженерной задачи следующие:

1. Получение изолированного гена.
2. Введение гена в вектор (плазмиду) для переноса в организм.
3. Перенос вектора с геном (рекомбинантной плазмиды) в модифицируемый организм.
4. Преобразование клеток организма.
5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Клеточная инженерия - это направление в науке и селекционной практике, которое изучает методы гибридизации соматических клеток, принадлежащих разным видам, возможности клонирования тканей или целых организмов из отдельных клеток.

Включает культивирование и клонирование клеток на специально подобранных средах, гибридизацию клеток, пересадку клеточных ядер и другие микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособных клеток из отдельных фрагментов.

На данный момент удалось получить гибриды между клетками животных, далёких по систематическому положению, например мыши и курицы. Соматические гибриды нашли широкое применение как в научных исследованиях, так и в биотехнологии.

Гибридные клетки, полученные от клеток человека и мыши и человека и китайского хомячка, участвовали в расшифровке генома человека.

Гибриды между опухолевыми клетками и лимфоцитами обладают свойствами обеих родительских клеточных линий: они неограниченно делятся и могут вырабатывать определённые антитела. Такие антитела применяют в лечебных и диагностических целях в медицине.

В эмбриологии для изучения процессов дифференцировки клеток и тканей в ходе онтогенеза используют организмы- химеры , состоящие из клеток с разными генотипами . Их создают путём соединения клеток разных зародышей на ранних этапах их развития.

Клонирование животных - ещё один метод клеточной инженерии: ядро соматической клетки пересаживают в лишённую ядра яйцеклетку с последующим выращиванием зародыша во взрослый организм.

Преимущество клеточной инженерии в том, что она позволяет экспериментировать с клетками, а не с целыми организмами.

Методы клеточной инженерии часто применяют в сочетании с генной инженерией.

работы Н. И. Вавилова

Николай Иванович Вавилов - российский генетик, растениевод, географ.

1. Н. И. Вавилов организовал 180 экспедиций (20−30 гг. ХХ века) по самым труднодоступным и зачастую опасным районам земного шара с целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений.
2. Им была собрана уникальная, самая крупная в мире коллекция культурных растений (к 1940 г. коллекция включала 300 000 образцов), которые ежегодно размножаются в коллекциях Всероссийского института растениеводства имени Н. И. Вавилова (ВИР) и широко используются селекционерами как исходный материал для создания новых сортов зерновых, плодовых, овощных, технических, лекарственных и других культур.
3. Создал учение об иммунитете растений.

   Н. И. Вавилов подразделял иммунитет растений на структурный (механический) и химический. Механический иммунитет растений обусловлен морфологическими особенностями растения-хозяина, в частности, наличием защитных приспособлений, которые препятствуют проникновению патогенов в тело растений. Химический иммунитет зависит от химических особенностей растений.

4. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости: у генетически близких видов и родов существуют гены, которые дают сходные признаки. Таким образом, можно предсказать наличие признаков у других видов известного рода.
5. Установил, что наибольшее разнообразие форм вида сосредоточено в тех районах, где этот вид возник. Н. И. Вавилов выделил 8 центров происхождения культурных растений .

Центры происхождения культурных растений

Центры происхождения культурных растений - географические области, являющиеся родиной дикорастущих предков культурных растений.

Центры происхождения важнейших культурных растений связаны с древними очагами цивилизации и местом первичного возделывания и селекции растений. Подобные очаги одомашнивания (центры доместикации) выявлены и у домашних животных.

Было выделено восемь центров происхождения культурных растений (рис. 6):

1. Средиземноморский (спаржа, маслины, капуста, лук, клевер, мак, свекла, морковь).

2. Переднеазитский (инжир, миндаль, виноград, гранат, люцерна, рожь, дыня, роза).

3. Среднеазиатский (нут, абрикос, горох, груша, чечевица, лен, чеснок, мягкая пшеница).

4. Индо-Малайский (цитрусовые, хлебное дерево, огурец, манго, черный перец, кокосовая пальма, банан, баклажан).

5. Китайский (просо, редька, вишня, яблоко, гречиха, слива, соя, хурма).

6. Центральноамериканский (тыква, фасоль, какао, авокадо, махорка, кукуруза, батат, хлопчатник).

7. Южноамериканский (табак, ананас, томат, картофель).

8. Абиссинский центр (банан, кофе, сорго, твердая пшеница).

В поздних работах Н. И. Вавилова Переднеазиатский и Среднеазиатский центры объединяются в Юго-западноазиатский центр.

Рис. 6. Центры происхождения культурных растений

В настоящее время выделяют 12 первичных центров происхождения культурных растений.

Страница 2 из 4

Известно, что подавляющее большинство растений и животных размножается половым путем. Семенное потомство их возникает лишь в результате оплодотворения - слияния мужских и женских половых клеток, дающего начало новым организмам.
В отличие от вегетативного способа размножения (клубнями, черенками, почками и т. д.), при котором растущие организмы продолжают свое развитие с той стадии, до которой дошло развитие взятой для их получения ткани материнского куста, при половом размножении оплодотворенная яйцеклетка - зигота дает начало новому растению, начинающему свое развитие сызнова.
Процесс оплодотворения имеет громадную биологическую значимость, так как благодаря ему развивающиеся новые организмы приобретают двойственную наследственность - материнскую и отцовскую, а вследствие этого и большую жизненность, которая проявляется в лучшей их приспосабливаемости к разнообразным условиям внешней среды.
По Лысенко, биологическая роль процесса оплодотворения заключается в том, что путем объединения различающихся в определенной степени по своим наследственным свойствам женской и мужской половых клеток в одну клетку и слияния двух ядер их в одно ядро создается противоречивость живого тела, являющаяся причиной саморазвития, самодвижения, т. е. жизненного процесса с присущим ему обменом веществ.
Искусственное скрещивание различных сортов растений и пород животных широко используется в селекционной практике.
Решающими моментами при выведении новых высокопродуктивных сортов растений и пород животных с позиций материалистической мичуринской биологии является осмысленный и умелый подбор для скрещивания исходных родительских пар и дальнейшее управление формирующейся природой гибридного потомства регулированием условий жизни.

Путем многолетней упорной практической работы, имеющей под собой глубоко обоснованный фундамент, И. В. Мичурин последовательно, шаг за шагом, строил свою теорию половой гибридизации. Эта теория опровергает основные положения сторонников формально-генетической науки, утверждающих независимость наследственности организмов от условий их жизни и пропагандирующих «пресловутые гороховые законы Менделя», о применении которых в селекции многолетних культур, как писал Иван Владимирович, не стоит даже и мечтать. Он резко осуждал тех, кто работал по принципу: «Сыпь, подмешивай, болтай, авось что-нибудь выйдет другое». В противоположность этому девиз И. В. Мичурина гласит: «Мы не можем ждать милостей от природы: взять их у нее - наша задача».
Возражая против взглядов на наследственность, высказываемых сторонниками формально-генетической «науки», он не раз утверждал, что при неоднократном скрещивании одних и тех же исходных родительских пар в их последовательных потомствах никогда не получится одинаковое количество гибридов, у которых всегда доминировали бы строго определенные признаки отца или матери согласно менделевскому закону 3:1. Полученные растения во всех случаях скрещивания одних и тех же родительских пар по своим морфологическим и биологическим признакам не бывают тождественны, потому что наследование признаков родителей зависит как от подбора скрещиваемых сортов, так и от многих других причин.
Правильный подбор родительских пар невозможен без знания биологических закономерностей наследования гибридным потомством признаков и свойств родителей и наличия глубоких взаимосвязей между формирующейся природой растительных организмов и условий их воспитания, установленных И. В. Мичуриным, Т. Д. Лысенко и их последователями.
1. Чтобы получить новый сорт с желаемыми качествами, необходимо прежде всего подобрать для скрещивания такие растения, которые обладают хозяйственно ценными признаками, соответствующими селекционному заданию.
И. В: Мичурин неоднократно подчеркивал мысль о том, что современным селекционерам, как правило, незачем проходить опять путь, пройденный до них; благодаря наличию у организмов наследственности, они должны пользоваться результатами трудов многих поколений своих предшественников.
Эту же мысль проводил в своих трудах и Лютер Бербанк. Он образно сравнивал выбор растений для скрещивания с работой архитектора. Как архитектор подбирает строительный материал, соответствующий идейному замыслу будущего здания, так и селекционер намечает для скрещивания растительные формы, обладающие теми признаками, какие он хочет видеть в будущем сорте. При этом в распоряжении селекционера имеется несравненно более богатый и разнообразный материал, который он может привлечь к работе для осуществления своего замысла, чем то количество минералов или пород дерева, какое известно архитектору.
При выведении новых сортов, как указывает Т. Д. Лысенко, очень важно подобрать исходные формы по принципу наличия у них наименьшего количества отрицательных качеств, которые могли бы ограничить в данных конкретных условиях развитие в потомстве лучших признаков и свойств родителей.
2. И. В. Мичурин придавал важное значение сортовой и индивидуальной истории материнского и отцовского растений, т. к. знание ее позволяет предвидеть возможный характер наследования признаков родительских форм гибридным потомством.
«Самой энергичной способностью передачи своих свойств,- указывал Иван Владимирович, - обладают, во-первых, все растения чистых видов, растущих в диком состоянии, во-вторых, большей энергией отличаются все старые культурные сорта растений, а самыми слабейшими в этом отношении нужно считать недавно выведенные молодые сорта плодовых деревьев и ягодных кустов» *.

* И. В. Мичурин, Избранные сочинения, 1948, стр. 69.

Доминирование признаков диких растений при скрещивании их с культурными обусловлено наличием у них значительно более консервативной наследственности, чем у более поздно сформировавшихся в процессе деятельности человека культурных форм.
Еще Ч. Дарвин отмечал, что у растений и животных, распространенных в естественных условиях, не наблюдаются такие резкие и внезапные изменения, какие известны у прирученных животных и культурных растений. Надо полагать, что сам факт окультуривания, т. е. перемещения растений из естественных условий в новые - искусственные, и возделывание их в течение многих поколений под влиянием определенных приемов агротехники и фитотехники способствует формированию у них более пластичной наследственности и более активной реакции их на изменение условий окружающей среды, чем у диких форм.
3. Для получения гибридного потомства с пластичной наследственностью, способного в наибольшей степени поддаваться направленному воспитанию и дающего наиболее богатый по разнообразию форм материал для последующего отбора, И. В. Мичурин рекомендовал применять географически и генетически отдаленное скрешивание.
Как правило, при отдаленной (межвидовой или межродовой) гибридизации полученное гибридное потомство сравнительно легко приспосабливается к тем условиям жизни, которые ему предоставляются.
На большом практическом материале И. В. Мичурин доказал возможность скрещивания далеких по родству форм растений и широко использовал отдаленную гибридизацию в своей практической работе при выведении известных сортов: яблони - Бельфлер-китайка, Кандиль-китайка (гибриды между домашней и китайской яблоней), Бельфлер красный, Бельфлер рекорд (гибриды между домашней яблоней и яблоней Недзвецкого), Таежное (гибрид между Кандиль-китайкой и сибирской яблоней); груши - Бере зимняя Мичурина, Толстобежка, Раковка (гибриды между обыкновенной - культурной грушей и уссурийской); вишни - Краса севера, Бастард черешни (гибриды вишни с черешней); новых растений - церападусов (гибриды степной вишни с японской черемухой); сливы - Прозрачная желтая (гибрид сливы с абрикосом), Ренклод терновый, Терн сладкий (гибриды сливы с диким терном); виноград - Русский Конкорд, Металлический, Буйтур (гибриды между американскими и амурским видами), Коринка Мичурина (гибрид между амурским и культурным видами винограда). Известны также его сорта - гибриды рябины с мушмулой, рябины с боярышником, малины с ежевикой и т. д.
Метод отдаленной гибридизации нашел широкое применение в работе советских селекционеров, так как он открывает большие возможности получения новых форм полезных растений.
Отдаленные по родству растения могут быть также далекими по географическому происхождению и по условиям среды, в которых каждое из них сформировалось.
Скрещивание географически отдаленных растений и воспитание их гибридного потомства желательно проводить в новых природных условиях, чуждых как материнскому, так и отцовскому родителям. В этом случае, согласно мичуринскому учению, как бы исключаются те условия, которые необходимы для сильного проявления в потомстве признаков ближайших предков. Классическим примером практического использования этого положения может служить получение И. В. Мичуриным в условиях Тамбовской области нового высококачественного зимнего сорта груши Бере зимняя Мичурина.
Ему долго не удавалось получить новый сорт груши с плодами хороших вкусовых качеств, пригодными для длительного зимнего хранения. С этой целью он проводил многочисленные скрещивания высококачественных западноевропейских зимних сортов груши (Бере Диль, Бере Клержо, Бере Лигеля, Сен-Жермен) с местными сортами (Тонковетка, Царская, Бессемянка). Однако выращенные сеянцы не обладали желаемым свойством вследствие доминирования у потомства раннего срока созревания плодов, свойственного местным сортам груш. Лишь путем скрещивания итальянского сорта груши Бере Рояль с молодым, впервые зацветшим сеянцем уссурийской груши (родина этого вида груши - Дальний Восток) он получил гибриды с плодами летнего, осеннего и зимнего созревания. Один из них оказался особенно ценным, так как унаследовал наилучшие свойства обоих родителей - морозостойкость, присущую уссурийской груше, и величину плодов, прекрасный десертный их вкус, а также способность к длительному хранению в свежем виде, присущие сорту Бере рояль.
4. На основании многолетних экспериментов и наблюдений И. В. Мичурин открыл еще одну важную закономерность: в процессе скрещивания сортов, равноценных в смысле консерватизма наследственности материнский организм, будучи естественным ментором, как правило, более полно передает свои признаки и свойства потомству, чем отцовский.
Руководствуясь этой закономерностью, советские селекционеры при проведении скрещиваний в роли материнского родителя часто подбирают то растение, хозяйственно ценные признаки и свойства которого желательно видеть в потомстве. Если же возникает необходимость ослабить индивидуальную силу наследственной передачи материнского родителя, то необходимо подбирать в роли матери молодой, впервые цветущий сеянец, с уже расшатанной предварительной гибридизацией наследственностью.
5. Иван Владимирович Мичурин - первый селекционер, применивший для скрещивания смесь пыльцы различных сортов. Правда, он использовал метод смеси пыльцы, в основном в целях преодоления нескрещиваемости при гибридизации растений, отдаленных в родственном отношении, однако последователи его доказали целесообразность применения смеси пыльцы ряда сортов и при обычных скрещиваниях.
Еще Дарвин отмечал, что скрещивание особей, подвергавшихся на протяжении жизни предыдущих поколений различным условиям, оказывает благоприятное действие на потомство, так как в этом случае их половые клетки являются в той или иной степени дифференцированными. При самоопылении цветков такой дифференциации половых элементов не наблюдается, поэтому влияние его на потомство неблагоприятно.
Это наблюдение послужило основанием для другого важного заключения Ч. Дарвина о наличии обязательной избирательности половых элементов растений в естественных условиях. И. В. Мичурин и Т. Д. Лысенко развили дарвинское положение о наличии избирательности оплодотворения растений и доказали, что наследование признаков родителей потомством при искусственной гибридизации находится в большой зависимости от избирательного характера процесса оплодотворения, причем эта зависимость имеет двойственный характер.
Далеко не каждое пыльцевое зерно биологически соответствует определенной яйцеклетке, поэтому чем больше пыльцевых зерен различных сортов наносится при опылении на рыльце кастрированного цветка, тем более широкая возможность предоставляется материнскому растению выбрать наиболее приемлемые из них. Многочисленными экспериментами мичуринцев доказано, что при наличии большого выбора пыльцы цветками оплодотворение происходит активнее, завязавшиеся семена оказываются значительно жизнеспособнее и богаче питательными веществами, а выросшие из них растения - более урожайными.
Кроме того, при опылении смесью пыльцы в результате взаимодействия пыльцевых зерен различных сортов создается качественно новая физиологическая среда, более благоприятная, чем при обычном опылении.
И. В. Мичурин обращал внимание селекционеров и на другую сторону этого процесса. Далеко не всегда при искусственной гибридизации следует ожидать получение относительно более жизнеспособного потомства. Ведь зачастую в качестве родителей привлекаются биологически не соответствующие друг другу растения, скрещивание которых является принудительным. Например, при отдаленной гибридизации иногда получаются растения, не способные к построению даже наиболее жизненно важных органов. Тем не менее, Т. Д. Лысенко подчеркивает, что избирательной способностью растений необходимо пользоваться для получения резких изменений наследственности путем принудительного скрещивания с теми особями, пыльцу которых не избрал бы материнский организм в естественных условиях.
В этой области мичуринская агробиологическая наука выдвигает новые, еще не разрешенные проблемы, имеющие важное теоретическое значение.
Для практических селекционных работ смесь пыльцы для скрещивания подбирается по тем же принципам, которые отмечены ранее, т. е. учитывается селекционное задание, хозяйственно ценные качества родительских сортов (в том числе нескольких отцовских), их биологические особенности и история происхождения.
6. Не всегда путем однократного скрещивания заранее подобранных с учетом указанных закономерностей доминирования наследственности родительских пар селекционеру удается получить гибридное потомство с желаемыми признаками. Чтобы добиться осуществления своей цели, иногда полезно прибегнуть к повторному скрещиванию лучших из полученных гибридных растений с одним из родителей или с каким-либо другим сортом, обладающим нужными качествами.
Придавая исключительное значение повторному скрещиванию первого гибридного поколения плодовых культур, полученных в средней полосе России, с южными сортами, И. В. Мичурин настойчиво указывал селекционерам: «Далее, самым существенно важным в деле выведения новых сортов плодовых растений нужно считать третий способ - способ повторного скрещивания гибридов с лучшими культурными (и иностранными) сортами... Здесь мы в большинстве случаев получим значительное общее улучшение как от влияния введенного в скрещивание сорта с новыми хорошими свойствами, так и от более легкой восприимчивости гибрида в его молодом возрасте и притом еще корнесобственного» *.

* И. В. Мичурин, Соч., т. 1, 1948, стр. 496-498.

В то же время он предостерегал от использования в суровых климатических условиях сеянцев второй или даже третьей генерации от естественного опыления, потому что новые, получаемые при этом формы уклоняются в основном в худшую сторону вследствие повторного отрицательного влияния местных факторов среды на доминирование признаков родителей.
Установленные И. В. Мичуриным, Т. Д. Лысенко и их учениками закономерности доминирования наследственности растений распространяются и на культуру виноградных лоз.
Многолетними исследованиями, проведенными отделом селекции и сортоизучения Украинского научно-исследовательского института виноградарства и виноделия им. Таирова (П. К. Айвазян) установлено, что в первом и втором семенных потомствах половых гибридов наблюдается довольно сложная картина наследования признаков родителей. У одних сеянцев могут преобладать признаки одного родителя, у других - другого, у третьих - может иметь место промежуточное наследование признаков и, наконец, известны случаи, когда в гибридном потомстве появляются совершенно новые признаки и свойства, полностью отсутствовавшие у исходных родительских пар.
Как правило, самыми константными в смысле наследственности оказываются дикорастущие формы чистых видов: Витис Рипариа, Витис Рупестрис, Витис Лабруска, Витис Амурензис и т. д., поэтому при межвидовой гибридизации винограда сеянцы первого потомства, полученные от скрещивания культурного винограда с американскими дикими видами и подвойными сортами и выращиваемые в обычных агротехнических условиях, преимущественно наследуют признаки диких родителей. При этом большая часть растений, уклонившаяся по морфологическим признакам в сторону диких форм, наследует от материнских растений (европейских сортов) неустойчивость к поражению мильдью и низкую морозостойкость, а от отцовских сортов (диких форм) - низкое качество урожая. Сеянцы, приближающиеся по морфологическим признакам к культурным сортам, уступают по качеству урожая материнскому культурному сорту.
Небольшое количество межвидовых гибридов, обладающих практической устойчивостью к мильдью и морозу, по своим морфологическим признакам (побеги и листья), а также по количеству и качеству урожая приближаются к диким видам. Такие сеянцы представляют интерес для повторной и вегетативной гибридизации.
Исследования показали также, что при межвидовой гибридизации лучше всего брать в качестве материнских растений стародавние аборигенные сорта винограда с хорошим качеством урожая. Такие сорта, сформировавшиеся в местных условиях и обладающие более устойчивой наследственностью, легче передают гибридному потомству свои признаки и свойства, чем интродуцированные.
В гибридном потомстве, полученном от повторных скрещиваний межвидовых гибридов с высококачественными сортами, как и следовало ожидать, значительная часть сеянцев представляет собой дикие формы. Получение и в этом случае большого количества сеянцев, отклоняющихся по своим признакам от культурных растений, можно объяснить тем, что в происхождении одного из родителей принимали участие дикие разновидности, которые в силу давности существования отличаются исключительной способностью сохранять свои наследственные свойства.
В пределах одной и той же гибридной комбинации, при одинаковых условиях среды, сорт полнее передает потомству свои признаки и свойства (урожайность, силу роста кустов, величину гроздей и ягод, окраску ягод и сока, качество урожая, устойчивость растений против неблагоприятных условий и другие) в том случае, если он взят в качестве материнского растения. Обеспечивая гибридный зародыш в наиболее молодом его возрасте, начиная с момента образования зиготы, необходимыми питательными веществами, материнский организм как ментор соответственно влияет на формирование наследственности потомства.
Правильный подбор исходных родительских сортов для скрещивания является лишь первым этапом селекционной работы, заканчивающимся получением гибридных семян. Последующий процесс формирования наследственности сеянцев представляет собой весьма сложное биологическое явление, совершающееся под влиянием условий среды и часто сопровождающееся проявлением у них ряда глубоких изменений.