Как создать свой вид растения. Скрещивания видов растений

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

Культурные формы	Дикие формы
развиты признаки, полезные для человека и часто вредные в естественных условиях	наличие признаков, неудобных для человека (агрессивность, колючесть и т. п.)
высокая продуктивность	низкая продуктивность (мелкие плоды; низкая масса, яйценоскость, удойность)
хуже адаптируются к меняющимся условиям среды	высокая адаптивность
не имеют средств защиты от хищников и вредителей (горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек и т. п.)	наличие естественных защитных приспособлений, повышающих жизнестойкость, но неудобных для человека

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:

Получение изолированного гена.
Введение гена в вектор (плазмиду) для переноса в организм.
Перенос вектора с геном (рекомбинантной плазмиды) в модифицируемый организм.
Преобразование клеток организма.
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.

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.
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.
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.
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.
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.

Обычно скрещивание проводят в рамках растений одного рода, однако иногда скрещивают и растения разных родов. Цель таких работ – закрепление и умножение благоприятных характеристик и избавление от неблагоприятных особенностей. Скрещивание проводят в стерильных условиях, где можно полностью контролировать и не допустить самоопыления растений. Во время скрещивания с женского растения удаляют лепестки и тычинки (мужские части), оставшееся закрывают бумажным колпаком, пленкой или очень мелкоячеистой сеткой – все это необходимо, чтобы не допустить самоопыления. Когда пестик (женский орган) станет липким, при помощи кисточки на него наносят пыльцу с мужского растения. Затем цветок снова закрывают колпаком и ждут созревания семян. Созревшие семена собирают и высевают. Получение нового растения и его выведение на рынок иногда занимает около 15 лет. Когда скрещивают два растения и получают новое, так называемый гибрид, надо вырастить и опылить наилучшие экземпляры нового поколения, чтобы убедиться в том, что желаемые особенности закрепились. Затем растения выращивают в нескольких разных местах, чтобы проверить, как они себя чувствуют в садах в условиях разного климата. Елена Премудрая

В гетевские времена, как вспоминал сам Гете, в Карлсбаде - на карте не ищите, теперь это Карлови Вари - на водах отдыхающие любили определять в букетах растения по Линнею. Эти букеты пьющим в тени колоннады минеральные воды (гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридно-натриевые - к сведению собирающихся в Karlovy Vary) доставлял ежедневно молодой красивый садовник, вызывающий у бледных одиноких дам повышенный интерес.

Правильное определение каждого растеньица было делом чести и успеха у садовника, поощрявшего за скромную плату невинные ботанические увлечения. Трудно сказать почему - из-за ревности ли к садовнику, или к Линнею, но поэт жестко разошелся с Линнеем в принципах систематики растений. Линней, как известно, искал в растениях различия, Гете же стал искать общее и этим, надо сказать, сделал первый шаг к генетической систематизации растений.

Увлечение женщин ботаникой можно было понять: система Линнея была до изумления проста и понятна. Это вам не «Определитель высших растений европейской части СССР» Станкова-Талиева более чем в тысячу страниц, приводящий студентов в предынфарктное состояние.

Линней, сроду не любивший арифметики, тем не менее заложил ее, можно сказать, в основу своей системы. Он подразделил растения на 24 класса, из которых 13 выделены по числу тычинок. Растения с одной тычинкой в каждом цветке помещены в первый класс, с двумя - во второй и так далее до десятого класса, к которому отнесены растения с десятью тычинками. Класс 11-й включал растения с 11-20 тычинками, 20 и более тычинок в цветке говорило о принадлежности к 12-му и 13-му классу. Эти два класса различали по уровню расположения основания тычинок относительно места прикрепления пестика. Растения 14-го и 15-го классов имеют тычинки неравной длины. В цветах классов 15-20-го тычинки у растений сращены между собой или с пестиком. В 21-й класс были помещены однодомные растения, имеющие частью тычиночные, частью плодущие (пестичные) цветки. В 22-й класс попали двудомные растения, развивающие на одних растениях лишь тычиночные, на других - только плодущие цветки. Класс 23-й включал растения с хаотичным разбросом мужских и женских цветков (в том числе порою и совместном) на растении. В 24-м классе были объединены «тайнобрачные» растения - все бесцветковые растения, начиная с папоротникообразных и кончая водорослями. Названы последние «тайнобрачными» по той причине, что ботаники не знали, как они размножаются. Это сейчас биологам известны их организация и размножение лучше, чем цветковых растений.

Линней отнес 20 из 23 классов к явнобрачным обоеполым цветкам. Именно их он посчитал правилом в растительном царстве, остальные - любопытным исключением. Оно вроде бы логично, для растений удобнее - тычинки и пестики рядом, значит, брак без заминки; итог любви - плод и семя появляются в результате самоопыления, зашифрованного биологами латинским словом autogamia.

Уже после Линнея выяснилось, что некоторые растения имеют лишь с виду обоеполые цветки. Хотя у них в цветках рядом и тычинки, и пестики, но пыльцевые клетки в пыльниках недоразвиты и все растение евнух евнухом - смотреть противно. Другие цветки сами себя не могут оплодотворить, но их пыльца способна к производству потомства при опылении пестиков чужих растений.

Поскольку повелось исстари у ботаников все называть латинскими именами, то совокупность тычинок цветка они наименовали андроцеем, а совокупность пестиков (или просто пестик) - гинецеем. Но так как ни один ученый на уже достигнутом однажды ни за что не остановится, то ботаники в дальнейшем в зависимости от строения цветков подразделили их на обоеполые (содержат андроцей и гинецей) и однополые (содержат либо андроцей, либо гинецей). Если мужские и женские цветки расцветают на одном растении, его называют однодомным (кукуруза), если же на разных - двудомным (конопля). У полигамных видов на одном растении бывают обоеполые и однополые цветки (дыня, подсолнечник). Однако, по-видимому, в пику ученым-ботаникам природа порой подставляет их пытливому оку все формы перехода от одного полового типа цветка и растений к другому, вплоть до пустоцветов, вовсе лишенных тычинок и с недоразвитыми пестиками.

Чрезвычайно раздражающее огородников сорное растение мокрица, или топтун, имеет в двух пятичленных мутовках десять тычинок, из которых обыкновенно 5 внутренних с некоторым добавлением таковых же из внешней мутовки сморщены и лишены пыльцы. Цветковые головки черноголовника (Poterium polygamum) содержат кроме чисто плодущих и чисто тычиночных цветков еще и настоящие обоеполые цветки. Они представляют все примеры перехода от настоящих обоеполых к цветкам чисто материнского типа. Кстати, этот ботанический род исключителен среди розоцветных своей склонностью к ветроопылению.

Необычайно разнообразны также степени обособления среди ложнообоеполых плодовитых и тычиночных цветков. Бодяк, спаржа, хурма, виноград, некоторые скабиозы, камнеломки, валерьяны имеют цветки на первый взгляд обоеполые. В них хорошо развиты пестики, видны и тычинки, в пыльниках которых может быть или отсутствовать пыльца. В последнем случае это ложнообоеполые цветки. Что делать, и в природе «лжедмитрии» встречаются. То же самое можно сказать и о части цветков в кистях конских каштанов и некоторых видов щавеля, а также в цветках в центре корзинок мать-и-мачехи и ноготков, имеющих вид настоящих обоеполых цветков, но чьи завязи не дают всхожих семян, так как рыльце не способно пропускать через себя пыльцевые трубки.

КЕНТАВРЫ В МИРЕ РАСТЕНИЙ

"Кентавры" в мире растений. Достижения российских, европейских и американских учёных. Как появилась слива и всеми любимая клубника. Создание новых сортов пшеницы. Главное достижение российских ученых - капусторедька.

Еще один, не менее древний способ получения новых сортов растений и пород животных - это скрещивание, или, как говорят ученые, гибридизация между собой разных видов. Представьте себе, что в руках агронома оказалось два растения, каждое из которых обладает какими-то полезными свойствами. Естественно, очень заманчивой выглядит идея получить одно растение, которое совмещало бы в себе признаки их обоих. Как осуществить эту идею? Конечно, скрестить между собой оба эти растения. Этим приемом люди начали пользоваться еще в далекой древности, сначала неосознанно - просто отбирая время от времени возникающие в природе естественные гибриды, затем - целенаправленно скрещивая разные формы. Примеров тому огромное множество. Взять хотя бы такое всем известное культурное растение, как слива. Наверное, мало кто из вас знает, что в дикой природе нет такого вида растений. Слива - это гибрид, возникший в результате естественной гибридизации двух других видов - терна и алычи, и сочетающий свойства и того, и другого растения. В горах Кавказа и сейчас иногда можно обнаружить дикие гибриды этих видов. Обыкновенная - это тоже результат межвидовой гибридизации в природе. Она появилась еще в глубокой древности от скрещивания черешни со степной вишней - неказистым кустарником, не превышающим в высоту 1-2 метров.

Но, как известно, люди очень редко довольствуются только тем, что дает им природа. Очень быстро они научились сами скрещивать различные дикие виды в результате чего появились такие гибриды, которых природа никогда не знала. Перечислим лишь несколько примеров. Так, любимая всеми садовая земляника (ее у нас часто неправильно называют клубникой) произошла от гибридизации двух диких видов земляники - чилийской и виргинской. И хотя предки ее родом из Америки, выведена она все же в Европе. Широко использовал межвидовую гибридизацию американский селекционер Бербанк. Пожалуй, одним из самых примечательных его достижений было создание четырехвидового гибрида карликового съедобного скороспелого каштана, дающего плоды уже на второй год после посева.

Подлинной сенсацией стало в свое время создание американским генетиком Н.Борлоугом так называемых короткостебельных пшениц. Исследователь случайно обнаружил в коллекции пшениц США чрезвычайно низкорослую пшеницу, которую издавна выращивали в Индии. Наличие короткого стебля - очень важное качество для зерновой культуры - в противном случае большая часть питательных веществ идет на рост стебля, а не на образование зерна. Вот и получалось: соломы много, а зерна - не очень. Борлоуг скрестил эту пшеницу с другой карликовой формой - на этот раз японской (у нее удалось обнаружить целых три гена карликовости). На основе этих двух форм американскому селекционеру удалось вывести сразу несколько превосходных карликовых и полукарликовых сортов пшеницы, которое в настоящее время повсеместно выращиваются в тропических и субтропических районах земного шара. Только благодаря этому достижению генетики и селекции удалось поднять урожаи зерна в два, а кое-где и в три раза!

Чрезвычайно трудной, однако успешно завершившейся, была работа английских селекционеров по гибридизации дикорастущего диплоидного вида ежевики с тетраплоидной культурной ежевикой, отличавшейся необыкновенно вкусными плодами, но крайне позднеспелой. Вначале исследователям повезло: случайно была найдена ежевика без шипов. Но, несмотря на многочисленные усилия по скрещиванию этих двух видов, удалось получить всего лишь четыре гибридных сеянца и, увы, все с шипами. Кроме всего прочего, три из них были триплоидными (то есть с тройными наборами хромосом) и, соответственно, семян не дали. Но последний сеянец обрадовал ученых - он оказался плодоносящим тетраплоидом. Когда дождались плодоношения, посеяли и вырастили новое потомство, было обнаружено, что 37 растений без шипов, а 835 несут шипы. Из первых отобрали одно и скрестили с колючим культурным сортом. В новом потомстве на каждые три растения с шипами пришлось по одному без шипов. Из бесшипных селекционерам приглянулось только одно растение - оно и стало родоначальником знаменитого английского сорта Мертон Торн лесс.

Однако подлинным шедевром селекции по праву считается получение настоящих растительных «кентавров» - гибридов между растениями, принадлежащими не только к разным видам, но и к разным родам. Самые известные из таких опытов - это работы российского селекционера Г.Д.Карпеченко. В результате генетического эксперимента, проведенного исследователем, на свет появилось новое растение - капусторедька. На его побегах покачивались наполовину капустные, наполовину редечные плоды. Давайте поподробнее познакомимся с историей его создания.

Каждый селекционер, который пытался скрещивать разные виды растений, знает, что самое трудное - это не получить новый гибрид , а добиться того, чтобы он начал давать семена. Ведь если новый сорт не сможет размножаться, все труды окажутся напрасными - полученное растение рано или поздно погибнет, не оставив после себя потомков. Почему же плодовитые гибриды - это очень большая редкость? Чтобы ответить на этот вопрос, нам опять, в который раз, придется обратиться к механизму образования половых клеток - гамет. Вспомним, что каждая гамета, и мужская, и женская возникает в результате особого процесса деления клеток, который называется мейоз. Во время мейоза уменьшается число хромосом в клетках, поэтому гаметы несут ровно в два раза меньше хромосом, чем клетки родительского организма. Но в самом начале мейоза происходит еще одно очень важное событие - парные или, как говорят ученые, гомологичные хромосомы плотно прижимаются друг к другу и обмениваются между собой кусочками ДНК. А что будет, если хромосомы «не узнают» друг друга и не смогут обменяться генами? А ничего - нормальные гаметы возникнуть не смогут.

А теперь представим себе гибрид , возникший при скрещивании двух разных видов растений или животных. Каждая хромосома из пары гомологичных хромосом в его клетках происходит от разных организмов. В случае с капустой и редькой на каждую «капустную» хромосому приходится одна «редечная» - оба эти растения несут в половых клетках по 9 хромосом. Но гены капусты ничего общего с генами редьки не имеют (эти растения вообще относятся к разным биологическим родам). Значит, даже если удастся получить гибридное растение (например, путем «насильственного» опыления цветов капусты пыльцой редьки), хромосомы «не узнают» друг друга, и гибриды окажутся не способными к размножению.

Неужели нет никакой возможности получить способный к размножению гибрид? Как известно, безвыходных ситуаций не бывает. Ведь никто не говорил, что у гибридных растений вообще не образуются гаметы - нет, они все-таки появляются, но несут не строго определенное число хромосом (9, как полагается капусте и редьке), а случайное, например, 5 или 8. Значит, существует очень маленькая вероятность того, что появится гамета с 18 хромосомами - 9 капустных и 9 редечных хромосом окажутся в одной клетке. Из массы скрещиваний капусты с редькой, окончившихся неудачей, в одном случае Карпеченко получил растение, которое выросло и даже зацвело, после чего завязалось одноединственное семечко. Это и был тот самый счастливый случай: все 18 хромосом попали в одну гамету.

Необычная гамета случайно встретилась с гаметой, также несущей 18 хромосом, в результате выросло растение с 36 хромосомами, то есть обычный одинарный набор из 9 хромосом повторялся у него 4 раза (мы уже знаем, что такие растения обычно называют тетраплоидами). Таким образом, здесь мы опять сталкиваемся с уже знакомым нам явлением полиплоидии - увеличения количества хромосом. Деление клеток и образование гамет у этого гибрида прошло благополучно - каждая из девяти редечных хромосом теперь нашла себе пару, то же самое было и с капустными хромосомами.. Потомство такие организмы давали. Когда из семени выросло первое гибридное растение, его природа проявилась самым удивительным образом: половина плодов оказалась капустной, а другая половина - редечной. Капусторедька вполне оправдала свое название. Но Карпеченко не остановился на достигнутом. Гамету полученного гибрида он соединил с нормальной редечной гаметой. Теперь редечных хромосом оказалось вдвое больше, чем капустных, что не замедлило сказаться и на плодах: две трети каждого плода имели редечную форму и только одна треть - капустную. Так благодаря полиплоидии впервые сумели преодолеть природную нескрещиваемость двух разных родов.

Список растительных «кентавров» вовсе не ограничивается капусто-редечными гибридами. Так, в результате скрещивания двух зерновых культур - ржи и пшеницы - ученые получили целый ряд форм, объединенных общим названием тритикале. Тритикале обладает хорошей урожайностью, зимостойкостью и устойчивы ко многим болезням пшеницы. Благодаря гибридизации пшеницы и злостного полевого сорняка - пырея - селекционеры получили ценные сорта растений - пшенично-пырейные гибриды, устойчивые к полеганию и обладающие высокой урожайностью. Другой известный российский селекционер - И.В.Мичурин - скрестил вишню пенсильванскую (очень морозостойкий в отличие от привычной нам вишни вид) с черемухой и синтезировал новое растение, которое назвал церападусом. Лишь гораздо позднее обнаружилось, что церападусы самопроизвольно возникают на Памире, но чуть иначе.

Мы расскажем, как скрестить между собой два сорта одного вида растения – этот метод называется гибридизацией . Пусть это будут растения разных окрасок или отличающиеся формой лепестков, листьев. Или, возможно, они будут отличаться сроками цветения или требованиями к внешним условиям?

Выбирайте растения, которые быстро зацветают, чтобы ускорить ход эксперимента. Лучше также для начала выбирать неприхотливые цветы – например, наперстянки, календулы или дельфиниумы.

Ход эксперимента и дневник наблюдений

Для начала сформулируйте свои цели – что вы хотите получить от эксперимента. Какие желаемые признаки должны быть у новых сортов?

Заведите тетрадь-дневник, куда вы запишете цели и будете фиксировать ход эксперимента от начала и до конца.

Не забудьте подробно описать исходные растения, а затем и полученные гибриды. Вот наиболее важные момент: здоровье растений, интенсивность роста, размеры, окраска, аромат, время цветения.

Строение цветка

В нашей статье в качестве примера будет рассматриваться цветок , его вы видите на схеме и на фотографиях.

Внешний вид цветов у разных растений может значительно отличаться, однако в основном одинаково.

Опыление цветка

1. Начните с выбора двух растений. Одно будет опылителем , а другое – семенным растением . Выбирайте здоровые и крепкие растения.

2. Внимательно следите за семенным растением. Выберите нераспустившийся бутон, с которым будете проводить все манипуляции, пометьте его. Кроме того, его придется изолировать еще до открытия – завязав его в полотняный светлый мешочек. Как только цветок начнет открываться, срежьте у него все тычинки во избежание случайного опыления.

3. Как только цветок семенного растения полностью раскроется, перенесите на него пыльцу с растения-опылителя. Пыльцу можно перенести с помощью ватной палочки, кисточки, или вырвав тычинки цветка-опылителя и поднеся их непосредственно к семенному. Пыльцу наносите на рыльце пестика цветка семенного растения.

4. Наденьте на цветок семенного растения полотняный мешочек . Не забудьте сделать необходимые отметки в дневнике наблюдений – о времени опыления.

5. Чтобы подстраховаться, через некоторое время повторите операцию с опылением – например, через пару дней (зависит от сроков цветения).

Выберите два цветка – один будет служить опылителем, другое растение станет семенным.

Сразу, как только цветок семенного растения распустится, срежьте у него все тычинки.

Нанесите пыльцу, взятую с цветка-опылителя, на пестик цветка семенного растения.

Опыленный цветок обязательно следует пометить.

Получение гибридов

1. Если опыление прошло удачно , то вскоре цветок начнет вянуть, а завязь будет увеличиваться. Не снимайте мешочек с растения, пока не созреют семена.

2. Полученные семена высаживайте как на рассаду. Когда получите молодые растения-гибриды , то выделите им отдельное место в саду или пересадите их в ящики.

3. Теперь дождитесь цветения гибридов. Не забывайте описывать все наблюдения в дневнике. Среди первого, да и второго поколения, могут быть цветы точь-в-точь повторяющие родительские свойства без изменений. Такие экземпляры забраковывают сразу. Сверьтесь со своими целями и отберите среди полученных новых растений те, которые максимально подходят под нужные признаки. Можете опылить их также вручную, либо изолируйте их.

Цветок семенного растения следует защищать мешочком из текстиля.

Когда получите семена, высаживайте их на рассаду. Молодые растения разместите в ящиках.

Внимательно следите за своим новым гибридом, записывайте в дневник свои наблюдения.

Если вы решили заниматься выведением новых сортов всерьез, то вам будет необходим совет специалиста-селекционера. Дело в том, что вам нужно будет выяснить, действительно ли вы вывели новый сорт или идете уже проторенной кем-то дорожкой. Конкуренция в области создания новых сортов очень высока.

Тем же, кто решил поэкспериментировать с гибридизацией в качестве домашнего хобби, мы желаем получить от этого занятия море удовольствия, сделать множество радостных открытий и подарить наконец всем своим друзьям-садоводам новый сорт какого-нибудь чудесного цветка, названный своим именем.

Как получить качественный посевной материал овощей в домашних условиях, в чем отличие сортов от гибридов? Ответы на эти и другие вопросы по семеноводству вы найдете в приведенном ниже материале.

Получение семян из томатов, перцев, баклажан

Томаты и другие пасленовые - культуры самоопыляющиеся (т.е. плоды завязываются от опыления своей собственной пыльцой). Для получения своих собственных семян нужно, чтобы между одним сортом (или гибридом) в открытом грунте была пространственная изоляция около 50 м, а если место защищено деревьями, кустарниками - не менее 30 см.

В настоящее время у многих овощных культур селекционеры выводят не сорта, а гибриды (F1). Такие гибриды называют гетерозисными. Гетерозис - это способ получения гибридов первого поколения (F1), которые превосходят родительские формы (отцовскую и материнскую) при скрещивании. Гетерозисные гибриды более урожайны, устойчивы к болезням и вредителям, имеют много других полезных свойств по сравнению с сортами. Однако из их плодов не следует брать семена, так как при посеве таких семян на следующий год произойдет расщепление, в потомстве будут обнаруживаться признаки материнских и отцовских растений (растения будут иметь разнообразную высоту, окраску и форму плодов, позже или раньше созревать и т.д.).

Сорта по сравнению с гибридами имеют главное положительное свойство - они не будут расщепляться при соблюдении условий для получения чистосортных семян.

Томат, перец, баклажан - теплолюбивые культуры, они не переносят ранних весенних заморозков. Для получения семян необходимо вырастить качественную рассаду. Рассада к моменту высадки должна иметь высоту 25-35 см, 7-8 листьев, бутоны цветков. Перед высадкой на постоянное место отбирают ровные растения.

Высаживают растения в теплицу или в открытый грунт. На юге (Волгоградская область, Краснодарский и Ставропольский края) эти культуры хорошо растут в открытом грунте и дают полноценный урожай семян и плодов. Но в Нечерноземье и в северных регионах их надо выращивать в теплице.

Семенные растения требуют усиленных подкормок минеральными и органическими удобрениями, более частых поливов. После высадки растения подвязывают к опоре. Для лучшего завязывания плодов рекомендуется аккуратно постукивать по стеблю палочкой, чтобы пыльца попала на рыльце цветка. Тогда семян в плодах будет гораздо больше.

Первые плоды на растении имеют самые сильные и жизнеспособные семена. Семена надо выделять из плодов, которые созрели прямо на растении.

Хорошо созревшие плоды томата моют водой, разрезают поперек, извлекают семена вместе с мякотью в чашку или банку, оставляют на 2-3 дня. После того как семена забродят, промывают их водой и просушивают. Затем хорошо просушенные семена высыпают в бумажные пакетики и хранят до посева.

Следует помнить, что для получения семян перца надо соблюдать главное правило - высаживать сладкие сорта отдельно от острых сортов (т.е. надо соблюдать пространственную изоляцию: на открытом участке - 2000 м, на защищенном - 1000 м). Иначе сладкие сорта перца - их плоды и семена - станут острыми. Лучше всего на дачном участке выращивать какой-нибудь один сорт или вид перца (либо сладкий, либо острый).

Получение собственных гибридных семян

При получении собственных гибридных семян томата и других пасленовых культур самое главное заключается в технике опыления цветков. Предварительно выбирают один сорт - отцовскую форму. С 8 до 10 утра на распустившихся цветках находят созревшие пыльники (тычинки с пыльцой), обрывают их пинцетом и складывают в стеклянную баночку.

Затем выбирают другой сорт - материнскую форму. На этом сорте аккуратно пинцетом раскрывают нераскрывшиеся бутоны (они раскроются завтра-послезавтра), обрывают тычинки и наносят на рыльце пестика пыльцу отцовской формы, предварительно вскрыв пинцетом пыльники. Для опыления одного цветка рекомендуется наносить пыльцу из 2-3 пыльников (повышается гарантия завязывания плода и в плоде образуется больше семян).

После нанесения пыльцы на рыльце цветки изолируют от насекомых (надевают на них мешочек из нетканого материала), на цветоножку вешают этикетку (на ней записывают отцовскую и материнскую форму и дату опыления).

На следующий день мешочки можно снять с цветков. Уже через несколько дней станет ясно, как прошло скрещивание: если завязь начнет увеличиваться в размерах - значит опыление прошло успешно.

Таким образом, можно получить собственные гибридные семена, т.е. гибрид первого поколения (F1).

Выход семян из одного плода перца сладкого - 150-250 шт., перца острого - 300-700 шт., баклажана - 600-1300 шт., томата - 600-1800 шт. Семена томата сохраняют всхожесть до 7-8 лет, перца и баклажана - 2-3 года.

Собственные семена гороха и фасоли

Овощной горох и фасоль - самоопыляющиеся растения. Используя это свойство для получения собственных семян, можно высадить несколько сортов, соблюдая расстояние между ними 20-50 см.

Семена гороха сеют в грунт в конце апреля - начале мая, а фасоли - в конце мая - начале июня. Расстояние в ряду между растениями - 10-12 см (для фасоли) и 5-6 (для гороха), между рядами - 20-30 см.

После появления всходов проводят рыхления, подкормки минеральными или органическими удобрениями перед цветением или во время него.

Для получения семян отбирают типичные для сорта растения, здоровые и однородные. Отбор и прочистки нужно вести начиная с появления всходов, затем в период цветения и формирования бобов.

Убирают растения после пожелтения. Аккуратно выдергивают их, связывают и просушивают под навесом для дозаривания. Затем полностью высохшие стручки с семенами обмолачивают (очищают). С одного семенного растения можно получить 30-40 шт. семян фасоли овощной, 100 и более шт. семян гороха овощного.