Основы агрономии





Генетика и селекция в земледелии



Значение сортовых семян


В условиях дикой природы растения, отобранные человеком для культурного возделывания, разнообразием сортов и гибридов не отличаются.
значение сортовых семян в растениеводстве Например, родиной такой ценной культуры, как картофель считается Южная Америка, где климатические и почвенные условия благоприятны для произрастания многих растений. В природе существует не более десятка сортов дикого картофеля, и свойства этих родственных культур отличаются мало.
Естественно предположить, что семена дикого картофеля, привезенные из Южной Америки в далекую Сибирь для разведения, разочаруют местных земледельцев - если культура и выживет, то высокими урожаями на новом месте не обрадует, поскольку климатические условия Сибири резко отличаются от климата, к которому она привыкла.

Впрочем, клубни дикого картофеля и на "исторической родине" не отличаются особо крупными размерами и нежным вкусом - те, кто пробовал блюда из огородного картофеля справедливо найдут его более вкусным. Это и понятно - природе незачем "подгонять" вкус дикорастущих растений под запросы гурманов от человечества.

Не удивительно, что растениеводы, осознавая пищевую и кормовую ценность картофеля, захотели выращивать его и в других районах планеты, с более жестким климатом и отличающимися почвенными условиями. Заставляя любимую всеми картошку "привыкать" к новым условиям обитания, земледельцам приходилось изменять свойства и качества этого растения, помогая культуре выжить на новом месте, а затем постепенно улучшать и вкусовые достоинства "новосела".
Подобная насильственная перемена "места жительства" культуры требует учитывать все факторы, влияющие на жизнедеятельность растения – количество тепла, света, влаги, состояние среды питания (почвы) и т. п.

И даже если растение приживется на новом месте, далеко не всегда можно говорить о достижении желаемого результата, поскольку нередко растения теряют многие из своих ценных качеств (пищевых или технологических), из-за которых человек собственно, пожелал их выращивать.
К примеру, плоды сливы или груши, выращиваемые в условиях прохладного климата и недостатке света, менее сладки и сочны, чем плоды, растущие в благоприятных условиях. Тем не менее, настойчивая работа над отбором наиболее удачных сортов и гибридов, постепенно дает хорошие результаты.

Поэтому для того, чтобы наиболее эффективно выращивать ту или иную культуру в конкретных природно-климатических или производственных условиях приходилось и приходится постепенно изменять свойства растений, чтобы они прекрасно чувствовали себя там, где их может и хочет выращивать земледелец. Такая "подгонка" культурного растения к конкретным условиям возделывания и является задачей селекционеров во всем мире. В результате селекции из урожая постоянно отбирают семена растений, обладающие наиболее подходящими и ценными качествами, свойственными данной культуре.

Посев семенами наиболее урожайных, приспособленных к местным условиям сортов и гибридов сельскохозяйственных культур – один из важных и наиболее доступных приемов повышения их урожайности.

Сорт – это совокупность сходных по хозяйственно-биологическим свойствам и морфологическим признакам растений одной культуры, родственных по происхождению, отобранных и размноженных для возделывания в определенных природно-климатических и производственных условиях с целью повышения урожайности и качества продукции.

Сорт – это биологический фундамент урожая. По сегодняшним оценкам, долевое участие селекции в повышении урожайности в мировом земледелии достигает 70%, причем оно будет возрастать, что связано как с общей тенденцией к биологизации и экологизации современного земледелия, так и с возрастающими возможностями селекционирования.

что такое сорт растения

Вместе с тем практика показывает, что роль сорта нельзя переоценивать. Попытки повысить урожайность только за счет сорта не дают результатов.
Более того, в ряде случаев новые сорта при невысоком уровне агротехники оказываются не лучше возделывавшихся ранее. Главная причина этого – несоответствие уровня культуры земледелия высоким требованиям новых сортов, в основном интенсивного типа. В результате потенциал продуктивности таких сортов реализуется лишь на 15-20 %.
Поэтому очень важно иметь не просто высокоурожайные сорта, а сорта с широкой пластичностью, устойчивые к неблагоприятным погодным условиям (засуха, понижение температуры и т. п.), особо опасным болезням и вредителям.

Новые сорта должны обеспечивать получение высококачественного урожая и содержать наибольшее количество тех веществ (белок, жир, крахмал, витамины, волокно и т. д.), ради которых возделывается та или иная культура. Кроме того, они должны быть хорошо приспособлены к механизированному возделыванию.
Во всем мире работа селекционеров ведется в этих направлениях.

***



Теоретические основы селекции растений

Главная теоретическая база селекционного процесса – генетика – наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости живых организмов.

Наследственность – это способность родительских форм передавать свои признаки последующему поколению.

Материальными носителями наследственной информации у всех живых организмов являются гены.
Ген – участок молекулы ДНК, на котором закодирована информация о структуре одного белка. Он является элементарной единицей наследственности и отвечает за формирование у организма каких-либо конкретных признаков и свойств (например, формы, окраски и т. п.), присущих данному растению или животному.
Любой живой организм содержит огромное количество генов (иногда десятки тысяч), причем каждый из этих генов располагается всегда в одном и том же месте (локусе) определенной хромосомы.
Гены (точнее – их комбинация) являются основной причиной появления доминантных (преобладающих) и рецессивных (отклоняющихся от типичных) признаков.

Существует также внеядерная, или цитоплазматическая, наследственность, не связанная с хромосомами. Ее материальными носителями являются молекулы ДНК, расположенные в некоторых органоидах цитоплазмы (хлоропластах, митохондриях). Все наследственные признаки и свойства организма, определяющиеся совокупностью всех его генов, которые находятся в тесном взаимодействии друг с другом, называются генотипом.
На основе генотипа под влиянием условий внешней среды формируется фенотип – совокупность всех признаков и свойств организма, сложившихся в процессе его индивидуального развития.

Наследование различных, в том числе хозяйственно ценных, признаков растений подчиняется определенным закономерностям. Наиболее общие из них – Законы Менделя и Моргана. Их сущность можно кратко изложить следующим образом:

  • при моногибридном скрещивании все гибриды первого поколения единообразны по фенотипу и генотипу (первый закон Менделя);
  • при скрещивании между собой гибридов первого поколения или при их самоопылении в потомстве происходит расщепление фенотипических признаков в соотношении 3:1 (три доминантных и один рецессивный) в случае полного доминирования (второй закон Менделя);
  • пары альтернативных признаков, если определяющие их гены не локализованы в одних и тех же хромосомах, наследуются при скрещивании независимо друг от друга, причем каждая пара дает расщепление в соотношении 3:1 (третий закон Менделя);
  • все гены, входящие в состав одной хромосомы, передаются по наследству совместно, составляя группу сцепления (закон Моргана).

Знание закономерностей и особенностей наследования тех или иных признаков часто определяет методы селекционной работы (отбора и гибридизации).

Изменчивость – способность организмов изменять свои признаки и свойства – имеет не менее важное значение для селекции.

Различают ненаследственную (модификационную, фенотипическую) изменчивость, которая отражает изменение фенотипа под влиянием условий внешней среды (генотип она не затрагивает и по наследству не передается), и наследственную (генотипическую) изменчивость организмов.

Наследственная изменчивость включает комбинационную (комбинативную) изменчивость, основанную на появлении новых сочетаний генов вследствие гибридизации организмов, и мутационную изменчивость, обусловленную появлением различных изменений в структуре генов и хромосом, а также изменений их количества в результате мутаций.

Мутациями называют внезапные наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению признаков организма, а факторы, их вызывающие, называются мутагенными факторами или мутагенами.
По характеру изменений генотипа различают генные мутации, хромосомные мутации и геномные мутации.
По своему проявлению мутации могут быть как доминантными, так и рецессивными, как вредными, так и полезными для организма.
селекция в растениеводстве Мутации могут случайно возникать в естественных условиях (спонтанные мутации), но их частоту можно существенно увеличить, воздействуя различными мутагенами (индуцированные мутации).
Мутации могут возникать в любых клетках организма (и в половых, и в соматических). Соматические мутации можно сохранить в последующих поколениях лишь при вегетативном размножении растений.

Мутации обычно возникают не направленно, однако мутационный процесс все-таки имеет определенные закономерности. Одну из них сформулировал выдающийся российский генетик – академик Н. И. Вавилов.
Сущность закона, сформулированного Вавиловым, сводится к тому, что генетически близкие, связанные между собой единством происхождения виды и роды характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. Зная, какие формы изменчивости встречаются у одного вида, можно предположить существование (или возможности существования и искусственного получения) сходных форм у родственных видов.
Этот закон помогает селекционерам в поисках нужного исходного материала.

Все виды наследственности и изменчивости могут быть использованы при выведении новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур.

***

Выведение новых сортов растений


Подбор исходного материала

Для того, чтобы начать селекционную работу над культурой необходим ее представитель, т. е. исходный материал для селекции.
В качестве исходного материала используются уже имеющиеся в природе сорта и формы растений, например, дикорастущие формы, местные сорта культурных растений, сорта зарубежной селекции, а также формы растений, создаваемых в самом процессе селекции.

Исходный материал для селекционного процесса создают также путем искусственного (индуцированного) мутагенеза, воздействуя на растения различными видами радиации, химическими веществами, температурой и другими мутагенными факторами. Наряду с вредными мутациями при этом нередко обнаруживаются и полезные, которые отбирают и используют в дальнейшей селекционной работе.

Новые возможности получения исходного материала для селекции открывают методы генной инженерии, позволяющие целенаправленно конструировать новые сочетания генов, используя для этого геномы совершенно разных организмов. Например, во многих странах уже широко используются сорта так называемого трансгенного картофеля, в геном которого встроен ген микроорганизма, ответственного за синтез специального токсина, вызывающего гибель колорадского жука.
С помощью методов генной инженерии получены также сорта и некоторых других сельскохозяйственных культур, например, трансгенной сои.

***

Гибридизация

Важное место в селекционном процессе занимает метод гибридизации, или скрещивания.
Сущность гибридизации заключается в слиянии при оплодотворении генотипически разнородных половых клеток (гамет) и развитие из образовавшейся зиготы нового организма, сочетающего наследственные признаки родительских особей.
селекция в растениеводстве Кроме того, при гибридизации идут сложные формообразовательные процессы, в результате которых возникает возможность получения новых организмов, способных не только сочетать признаки и свойства исходных родительских форм, но и развивать совершенно новые качества.

Различают внутривидовую (наиболее распространенную) и межвидовую (отдаленную) гибридизацию.
Межвидовая гибридизация нередко позволяет получать формы растений, обладающие ценными качествами и устойчивые к неблагоприятным внешним факторам, болезням и вредителям. Однако такая гибридизация зачастую бывает невозможна из-за затруднений, возникающих при скрещивании разных видов.
Существует даже межродовая гибридизация. Примеры межродовых гибридов: ржано-пшеничный (тритикале), пшенично-пырейный и т. п.

***

Отбор

Отбор – один из основных методов селекции. Сам термин "селекция" образован от латинского слова "selectio" – выбор, отбор.

Существует две основные формы искусственного отбора, применяемого в селекции – массовый и индивидуальный.

При массовом отборе из исходной популяции отбирают целую группу растений (до нескольких тысяч) с желательными для селекционера признаками, повторяя этот процесс при необходимости несколько лет. При этом новый сорт является потомством всех лучших отобранных растений и не генетически не является совершенно однородным. Такие сорта называют сортами-популяциями. К ним относятся практически все местные сорта народной селекции.

При индивидуальном отборе все исходные отобранные растения многократно проверяются по потомству. Все потомство худших растений выбраковывается.
Индивидуальный отбор в селекции вегетативно размножаемых растений называется клоном (клон – это потомство одного вегетативно размножаемого растения).

Новый сорт при индивидуальном отборе более однороден генетически, чем при массовом отборе. По существу он зарождается от одного элитного растения, поэтому достаточно стойко сохраняет ценные свойства и качества на протяжении многих поколений.
Метод индивидуального отбора значительно более сложен и трудоемок, однако в связи с возможностью оценки и сравнения отбираемых элитных растений по их потомству на всех стадиях селекционного процесса чрезвычайно эффективен.

***

Семеноводство и контроль качества семян