шпоры по селекции 2012 год. Селекция как наука и отрасль с х. производства
 Скачать 229.79 Kb.
|
|
16. Планирование и масштабы скрещивания. Успех селекции растений определяется не только подбором пар и выбором методов скрещивания. Наряду с этим большое значение имеет число проведённых комбинаций скрещивания в F1 и число растений, выращиваемых в F2. Число комбинаций скрещиваний для получения семян F1 зависит: 1) от особенностей строения генеративных органов и возможности осуществления скрещивания; 2) принципа подбора родительских пар; 3) комбинационной способности родителей; 4) наличия обслуживающего персонала при проведении скрещиваний; 5) селекционного учреждения и автора-селекционера. Некоторые селекционеры проводят небольшое число скрещиваний (менее 100), обращая основное внимание на тщательный подбор родительских пар. В таком случае подбор пар проводится на основе концепции признака (гена). При этом сорта должны иметь больше положительных и меньше отрицательных признаков. В большинстве селекционных учреждений при работе с пшеницей и другими мелкосемянными культурами проводят от 100 до 700 комбинаций скрещиваний. В международных центрах число комбинаций выше (в СИММИТ по озимой пшенице 3–5 тыс.). Если комбинационная способность родительских форм неизвестна, то количество комбинаций увеличивают. В.Н. Ремесло, Ф.Г. Кириченко и некоторые другие исследователи, при хорошей изученности сортов-доноров ежегодный объём скрещиваний может ограничиваться 30–60 комбинациями. При использовании в скрещиваниях слабо изученных сортов и форм объём скрещиваний необходимо увеличить до 100 комбинаций и более. В институте раст-ва им. В.Я. Юрьева комбинации скрещивания подразделяют на основные (20–30) и разведочные (рекогносцировочные) (180–200). При этом 30% объёма составляет твёрдая, 65 – мягкая пшеница и 5% – межвидовые скрещивания. В основных комбинациях кастрируют по 30–50, в разведочных – 5–15 колосьев. Группу основных комбинаций планируют на основе анализа гибридов F1. Число комбинаций скрещивания не должно быть одинаковым в каждый конкретно взятый год. При разработке новых программ и изменении целей селекции ежегодно проводят по несколько сотен комбинаций скрещиваний в течение ряда лет. При отсутствии множества новых родительских пар число комбинаций скрещиваний уменьшают на несколько десятков. Для культур, у которых получение F1 окупается производством гибридных семян (кукуруза, рожь, лук, огурец и др.), рекомендуется обязательно проводить несколько сотен комбинаций скрещиваний ежегодно, чтобы выделить из них формы, проявляющие гетерозис. Результаты мейоза F1 имеют решающее значение в создании наследственного разнообразия в F2. Мейоз в F1 – это единственный момент у данной гибридной комбинации, когда все хромосомы (в гаплоидном наборе) одного родителя конъюгируют со всеми хромосомами другого. Только в F1 создаются условия для максимальной рекомбинации хромосом и генов. В последующих поколениях вероятность конъюгации всех хромосом компонентов скрещивания очень низка. Математические расчёты показывают, что с увеличением числа особей F1 вероятность получения благоприятных комбинаций генов в F2 повышается. При ограниченной численности растений F1 у самоопыляющихся культур нельзя в F2 и последующих поколениях получить все возможные комбинации генов. Это связано с тем, что в результате перехода популяции в гомозиготное состояние после распределения генов по различным выщепляющимся растениям они уже никогда не могут снова соединиться в одной особи без повторного скрещивания. Расчёты также показывают, что гетерозиготные растения с таким же генотипом, как и F1, появятся и в последующих поколениях, но их доля с каждым поколением будет уменьшаться в геометрической прогрессии, причём особенно быстро в случаях гетерозиготности F1 по многим генам. Увеличить число особей F1 можно путём проведения скрещиваний в больших масштабах или путём вегетативного размножения гибридов F1 методом культуры меристем. При работе с зерновыми культурами желательно получить по каждой гибридной комбинации до 300–500 гибридных семян (по другим данным, 1000–2000 гибридных семян). В F1 рекомендуется иметь не менее 200–600 растений в каждой комбинации. В институте пшеницы им. В.И. Ремесло при общем объёме скрещиваний 200–250 комбинаций чаще по перспективным комбинациям подвергают кастрации 10–20 колосьев (по 20 цветков в колосе), а в рекогносцировочных – от 5 до 10 колосьев. У сои для получения 1000 растений в F2 нужно получить по каждой комбинации всего 3–5 семян в F1. У кукурузы, чтобы провести испытание только F1 в повторностях, нужно искусственно опылить 3–5 початков (получить около 100 зёрен с початка), и этого оказывается достаточно. У культур, формирующих большое число семян из одной завязи, получить необходимое число гибридных семян легче. Например, у табака каждый кастрированный и опыленный цветок может дать от 2 до 8 тыс. семян. Успех отбора новых генотипов, представляющих рекомбинации генов родительских форм, зависит от числа растений в гибридных популяциях F2 по отдельным комбинациям скрещиваний. Чем меньшим числом генов контролируется селекционный признак, тем меньше требуется вырастить растений F2. Если необходимо получить рекомбинанты по сцепленным генам, необходимо увеличить число растений в F2, чтобы реализовать кроссоверные рекомбинанты, возникшие в F1. В связи с этим поколение F2 должно быть достаточно большим по численности (не менее 1000–10000 растений). Следует выращивать такое количество растений в F2, которому соответствует наибольшая вероятность (свыше 50%) появления именно тех рекомбинаций генов и признаков, с целью получения которых предпринято скрещивание. Считается, что в F2 у видов с высокой густотой посева (зерновые, бобовые и др.) можно получить от 3 до 10 тыс. растений. У видов, высеваемых реже (картофель и др.), такое число растений обычно меньше и зависит от материальных возможностей и наличия рабочей силы. От комбинаций скрещиваний, родители которых обладают комплексом положительных признаков, комбинационная способность которых частично выяснена и они неплохо зарекомендовали себя в F1, обычно отбирают больше семян и выращивают больше растений в F2. У перекрёстноопыляющихся культур в отличие от самоопылителей ценные комбинации генов обусловливаются не только численностью популяции F1, они могут появляться и в последующих потомствах в результате перекрёстного опыления растений в расщепляющихся поколениях. У растений-перекрёстников, имеющих гетерозиготных родителей, новые комбинации генов формируются уже в F1. Для размножения ценных генотипов растений-перекрёстников стремятся создавать инбредные линии и использовать только F1 или размножать генотипы вегетативно (картофель, виноград, плодовые деревья). 17. Методика и техника скрещивания у самоопыляющихся культур. Техника скрещивания зависит от вида растения, особенностей его биологии, строения и размера цветка, способа размножения и оплодотворения. Скрещивание включает следующие этапы: 1) подготовка соцветия к скрещиванию; 2) кастрация и изоляция цветка; 3) сбор пыльцы с отцовского растения; 4) непосредственное опыление кастрированного материнского растения. При работе с культурами, у которых кастрированный цветок может дать только одно семя (пшеница, ячмень, рожь и другие злаки), требуются большие затраты труда на получение нужного количества гибридных семян в отличие от мака, табака, у которых один цветок образовывает несколько сотен и тысяч семян. К выбору цветка (соцветия) предъявляются следующие требования: 1) к моменту его кастрации он не должен быть оплодотворён; 2) цветок (или соцветие) должен быть нормально развит. Подготовка колоса (пшеница, рожь, ячмень), намеченного к кастрации, сводится к следующему. Сначала с помощью пинцета удаляют менее развитые нижние и верхние колоски, оставляя обычно по пять с каждой стороны (у остистых форм предварительно обрезают ости). Затем у культур, у которых в колоске более двух цветков (пшеница, рожь, овёс), удаляют менее развитые средние цветки. В результате проведённой операции на подготовленном к кастрации соцветии оставляют чаще 18–22 цветка, после чего приступают непосредственно к кастрации. У некоторых культур перед кастрацией удаляют венчик и чашечку цветка. У зерновых культур (пшеница, рис) можно обрезать верхнюю половину околоцветника вместе с пыльниками, не повреждая рыльце. Срезанные пыльники удаляют с помощью форвакуумного насоса ВН-461. У самоопыляющихся культур кастрация при скрещивании обязательна. Для скрещивания выбирают хорошо развитые цветки. У пшеницы оставляют 10–12 колосков в средней части колоса, а в каждом колоске – два нижних, самых развитых цветка. Кастрацию пшеницы лучше проводить, когда колос выйдет из раструба верхнего листа на 2/3. Кастрацию начинают с нижнего колоска. У ячменя цветки не собраны в колоски, а прикрепляются к стержню колоса самостоятельно. Опыление происходит до колошения, поэтому кастрацию проводят раньше, чем у пшеницы – в момент обозначения колоса в раструбе верхнего листа видны только верхушки остей. На каждом уступе оставляют только по одному среднему колоску. Созревание пыльников у овса идёт одновременно с выбрасыванием метёлки из раструба верхнего листа. Поэтому цветки кастрируют в тот момент, когда покажутся первые 3–4 колоска. Пыльца овса очень чувствительна к температурным условиям. В жаркую сухую погоду она быстро теряет жизнеспособность, поэтому опыление лучше проводить в закрытых помещениях с ровной температурой в вегетационных сосудах или горшках. Рыльце цветка очень нежное и быстро отмирает под действием прямых солнечных лучей и сухого тёплого воздуха. Поэтому скрещивать овёс лучше вечером или рано утром. Для кастрации на метёлке оставляют по 8–12 наиболее развитых цветков, по одному нижнему в каждом колоске. У проса растение к скрещиванию готовят на 2–3-й день после начала цветения метёлки. Пинцетом удаляют все малоразвитые верхние и нижние бутоны и отцветшие цветки, оставляя 60–70 самых развитых цветков в средней части. Лучшее время кастрации – утро (до 11 ч) и вечер (после 16 ч). Пыльники удаляют пинцетом или иглой. Кастрацию гороха проводят в момент полного развития бутона. Отцветшие и недоразвитые цветки удаляют. В кисти оставляют 1–2 пригодных для кастрации цветка. Пинцетом отгибают в сторону флаг и крылья, прикрывающие лодочку. Затем препаровальной иглой разрезают лодочку вдоль киля и удаляют все тычинки. При удалении пыльников концом пинцета необходимо брать за тычиночные нити, так как пыльцевые мешочки легко разрываются. Опыление производят перенесением созревших пыльников с отцовского растения кисточкой или пинцетом сразу после кастрации или через 1–2 дня после неё, в момент созревания рыльца. 18. Методика и техника скрещивания у перекрёстноопыляющихся культур и картофеля. У картофеля для скрещивания оставляют 3–5 бутонов в соцветии, которые должны раскрыться, остальные удаляют. Пыльники удаляют остро отточенным карандашом после вскрытия венчика. После кастрации всё соцветие помещают в пергаментный изолятор. Можно не кастрируя изолировать только одно рыльце, надев на него полую соломину длиной 3–4 см. Опыляют сразу после кастрации, так как рыльце созревает на 3–4 ч раньше пыльников. Опыляют карандашом или пипеткой. Через 10–12 дн. после опыления изолятор снимают. Собранные ягоды дозаривают в тёплом помещении. У перекрёстноопыляющихся культур кастрацию проводят в тех случаях, когда аутостерильность встречается редко или не обнаруживается совсем. У ржи зрелые пыльники выходят из цветка ниже рыльца, поэтому пыльца на рыльце своего цветка не попадает. Кастрацию не проводят, а прямо опыляют колос одного растения пыльцой другого. Колос материнского растения сразу после выхода из трубки изолируют. Как только начинает зацветать отцовское растение, один из его колосьев подводится под изолятор, где и остаётся до конца созревания. Подведение отцовского колоса осуществляют путём подстановки сосудов (при выращивании в сосудах), путём подсадки (прикапывания) отцовского растения к материнскому или подсовывания в изолятор срезанного цветущего колоса. Отцовский стебель с корнем можно вставить в пробирку с водой, привязанную к материнскому колосу. К кастрации у ржи прибегают только при скрещивании с целью генетического изучения признаков. В СибНИИСХе цветки материнских форм ржи кастрируют путём подрезания цветка и находящихся в нём пыльников. Подобным образом скрещивают Тимофеевку. Изоляция клевера производится путем надевания мешочка из батиста на соцветие через 2–3 дня после раскрытия бутонов. Кастрация не проводится. При опылении берут вполне расцветшую головку отцовского растения и при помощи заострённой спички переносят с неё пыльцу. Для этого концом спички нажимают на край лодочки, которая отгибается, освобождая пыльники. Проводя по последним краем спички, собирают на её конце пыльцу. Перенесение пыльцы происходит таким же образом. У двудомных растений (конопля, хмель, шпинат, спаржа) из посева устраняют до цветения мужские растения материнского сорта, а остающиеся растения отцовского компонента используют для опыления. Их помещают под общий каркасный изолятор или обеспечивают пространственную изоляцию. У однодомных растений с однополыми цветками удаляют мужские соцветия на материнских растениях, а опыление осуществляют пыльцой с отцовских компонентов. Например, у кукурузы на материнском растении до цветения удаляют метёлку. На отцовском растении перед созреванием пыльцы срезают мужское соцветие и располагают его над початком материнского растения и надевают на них общий изолятор. Основание метёлки ставят в бутылку с водой, которую привязывают к стеблю кукурузы. У насекомоопыляемых растений для изоляции кастрированных цветков или соцветий используют изоляторы, исключающие доступ к ним насекомых; у ветроопыляемых растений применяют плотные изоляторы. Используют также посев родительских компонентов парами в разных местах, осуществляя пространственную изоляцию. Например, у свёклы вокруг родительских пар создают загущенный посев из высокостебельных культур (конопли). Компоненты скрещивания с разными сроками цветения могут быть высеяны вместе – в данном случае обеспечивается временная изоляция. При скрещивании используют также пыльцевую стерильность материнских компонентов, что снижает затраты на механическую кастрацию. 19. Понятие об отдалённой гибридизации, её задачи. Отдалённой гибридизацией называют скрещивание между организмами, относящимися к разным видам одного рода или разных родов, поэтому её подразделяют на межвидовую и межродовую. Цель отдалённой гибридизации – создание форм и сортов, сочетающих в себе признаки и свойства разных видов и родов. Процесс, в результате которого малое количество зародышевой плазмы одного вида передаётся другому виду, называется интрогрессией. Интрогрессия осуществляется путём возвратных скрещиваний. Метод отдалённой гибридизации может быть использован в селекции для решения целого ряда задач: 1. передача культурным видам отдельных хозяйственно-ценных признаков (устойчивость к болезням) от дикорастущих и других возделываемых видов. 2. получение наиболее желательного сочетания ценных признаков родительских форм при скрещивании близкородственных видов на основе генетической рекомбинации. 3. получение нового признака, не свойственного родительским формам (используется в селекции вегетативно размножаемых и декоративных растений). 4. создание аллополиплоидов, объединяющих свойства обоих видов, т. е. синтез новых видовых форм путём межвидовых скрещиваний и последующего удвоения у гибридов числа хромосом. 5. использование эффекта гетерозиса при скрещивании отдалённых форм. Данное явление отмечено у межвидовых гибридов подсолнечника, рапса, сарептской горчицы и др. 20. Группы отдалённых скрещиваний. Расщепляющиеся потомства отдалённых гибридов характеризуются большим разнообразием. Генетическая сбалансированность и стабильность форм наблюдаются в поздних поколениях. Характер и размах изменчивости зависят от генетической близости родительских форм. В связи с этим отдалённые скрещивания условно подразделяются на три основные группы: 1. Скрещивание близкородственных видов с одинаковым числом и высокой гомологичностью хромосом, когда гибридное потомство является плодовитым. Например, скрещивание твёрдой пшеницы с пшеницей тургидум и польской пшеницей, скрещивание мягкой пшеницы с шарозёрной. Для этой группы скрещиваний характерны нормальная скрещиваемость растений, отсутствие нарушений в мейозе, сравнительно небольшой размах гибридной изменчивости, которые мало отличаются от внутривидовых скрещиваний. Здесь легко получается рекомбинация родительских признаков. 2. Скрещивание видов одного рода, различающихся по геномному составу. Гибриды между диплоидными видами, существенно различающимися по структуре хромосом, обычно стерильны. Чтобы межвидовой гибрид был фертильный, должно быть некоторое число полностью или частично гомологичных хромосом. Скрещивание полиплоидных видов, в случае присутствия у них общих геномов, происходит легче. Так при скрещивании мягкой пшеницы (геномная формула ААВВДД) и твёрдой пшеницы (геномная формула ААВВ), общие геномы А и В. В гибридной популяции растения с промежуточным числом хромосом будут постепенно элиминироваться и в конечном итоге останутся только две группы растений, приближающиеся по внешним особенностям к исходным видам. В качестве примера можно привести работы академика Ф.Г. Кириченко по созданию сортов озимой твёрдой пшеницы путём скрещивания мягкой озимой пшеницы с яровой твёрдой пшеницей. По данным Ф.Г. Кириченко, завязываемость семян при скрещивании мягкой пшеницы с твёрдой бывает лучше в том случае, когда материнской формой является твёрдая пшеница. При этом завязывается 50% и более семян от числа опылённых цветков. Если опыляют мягкую пшеницу пыльцой твёрдой пшеницы, семян завязывается всего 12–20%. Всхожесть гибридных семян и процент перезимовавших гибридных растений был выше в том случае, когда материнским сортом была мягкая пшеница. В связи с этим Ф.Г. Кириченко рекомендует в качестве материнской формы брать высокозимостойкие сорта мягкой озимой пшеницы. В результате селекционной работы Ф.Г. Кириченко в 1956 г. выделил гибридную семью озимой твёрдой пшеницы № 1266/54, получившую впоследствии сортовое название Мичуринка. Родоначальные растения были отобраны в гибридной популяции (Одесская 3 х смесь пыльцы озимых форм твёрдой пшеницы). Этот сорт устойчив к полеганию и осыпанию, превышает по урожайности в 2–3 раза яровую твёрдую пшеницу (20–45 ц/га) и приближается или равен по урожайности мягкой озимой пшенице Одесская 3. Сорт Мичуринка отличается высокими технологическими качествами зерна. В стекловидном зерне содержится на 2–4% белка больше, чем у озимой мягкой пшеницы. Из зерна сорта Мичуринка могут вырабатываться хорошие сорта круп, высококачественные макароны, вермишель. В дальнейшем Ф.Г. Кириченко этим же путём создал сорт озимой твёрдой пшеницы Новомичуринка. Подобные исследования проводились и по яровой мягкой пшенице. Например, ещё в 1915 г. на Саратовской опытной станции были начаты работы по гибридизации твёрдой пшеницы с мягкой. В результате выведены яровые сорта мягкой пшеницы, такие как Саррубра, Сарроза и другие, обладающие высокими мукомольно-хлебопекарными качествами. Сорт яровой пшеницы Саррубра получен А.П. Шехурдиным и В.Н. Мамонтовой в результате скрещивания местного сорта яровой твёрдой пшеницы Белотурка с сортом мягкой яровой пшеницы Полтавка. 3. Межродовая гибридизация. Трудность скрещивания и передачи признаков при межродовой гибридизации возрастает в связи с увеличением генетических, цитологических и морфологических различий. Пример, межродовой гибридизации является работа по созданию пшенично-пырейных гибридов (ППГ). Больших успехов в этом достиг Н.В. Цицин. Им впервые в истории селекции были получены зернокормовые гибриды, многолетние пшеницы, многоцветковые и ветвистоколосые формы. Работу по скрещиванию пшеницы с пыреем Н.В. Цицин начал ещё в 1928 г. – в Институте зернового хозяйства Юго-Востока в Саратове с целью создания морозостойкой озимой пшеницы, устойчивой к болезням. Эту работу он продолжал в Сибирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства, а с 1945 г. – в Москве в Академии наук. Н.В. Цицин, Г.Д. Лапченко, Ф.Д. Крыжановский, А.С. Артёмова и другие исследователи путём скрещивания пшеницы с видами пырея создали такие сорта мягкой пшеницы, как Пшенично-пырейный гибрид ППГ 1 (озимый) и яровые – Восток, Грекум 114, ППГ 172. Для условий Сибири созданы сорта яровых ППГ – Ботаническая 2, 3, 4. Эти сорта отличаются высокой урожайностью, крупным зерном, прочной неполегающей соломиной и сравнительно хорошими хлебопекарными качествами. В начале 30-х гг. академик Н.В. Цицин создал многолетний константный пырейно-пшеничный гибрид № 34085, отличающийся устойчивостью к полеганию, засухе, болезням и почвенному засолению. Его недостатки – тугой обмолот, ребристая форма зерна. В Казахстане данный гибрид давал по два урожая в год в течение двух лет. Урожай за два года – 55,2 ц/га (контроль только по 8 ц/га в год). От пырея мягкой пшенице были переданы морозостойкость, прочность соломины и устойчивость к заболеваниям, засухоустойчивость, солонцеустойчивость и многолетний цикл развития. Основной метод создания этих сортов – многократные насыщающие скрещивания и непрерывный отбор. Полученные Н.В. Цициным 56-хромосомные многолетние пшенично-пырейные гибриды выделены в самостоятельный вид под названием Triticum agropyrotriticum Cicin. Диплоидный набор хромосом T. agropyrotriticum заключает три пары семёрок хромосом мягкой пшеницы и две семёрки хромосом пырея. Вследствие этого они значительно ближе к пырею, чем 42-хромосомные ППГ. Гибридные семена от скрещивания пырея сизого с озимой пшеницей удалось получить с большим трудом. Гибридные растения F1 были бесплодны – семена не завязывались, хотя у обоих родителей было одинаковое число хромосом (2n = 42). Только при возвратном скрещивании с материнским растением пшеницы удалось получить единичные гибридные семена – 0,07–0,16% от числа опылённых цветков. Работа по созданию сортов мягкой пшеницы на основе пшенично-пырейных гибридов, начатая Н.В. Цициным, продолжается в настоящее время во многих селекционных учреждениях Западной Сибири. Так, на кафедре селекции, генетики и семеноводства ОмГАУ под руководством доцента Г.М. Серюкова с участием пшенично-пырейных гибридов был создан сорт яровой мягкой пшеницы Голубковская, отличающийся повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам солонцовых почв. Данный сорт в настоящее время проходит Государственное сортоиспытание. Потомства межродовых гибридов в поздних поколениях, также как при межвидовой гибридизации, возвращаются к родительским типам. Получение константной промежуточной формы между родителями возможно только путём амфиплоидизации. Например, в условиях Восточной Сибири В.Е. Писаревым был получен отдалённый гибрид при межродовом скрещивании мягкой яровой пшеницы с яровой рожью. Растения амфидиплоидов были высокорослыми, значительно выше, чем растения исходного сорта пшеницы. Листья у них тёмно-зелёные, соломина прочная, устойчивая к полеганию. Под колосом часто наблюдается опушение, что характерно для ржи. Колос по форме и числу цветков напоминает пшеницу, а строение чешуй характерно для ржано-пшеничных гибридов. Зерно пшеничного типа, но у некоторых растений строение зерна, его окраска и особенно характер поверхности напоминает рожь. Вегетационный период у амфидиплоидов более продолжительный, чем у пшеницы и ржи. Цветение в зависимости от растения открытое или закрытое. Основным отрицательным свойством амфидиплоидов является их низкая плодовитость и часто деформированное зерно со смятым эндоспермом. Форма, крупность и выполненность зерна у амфидиплоида, по-видимому, зависят от материнского сорта пшеницы. Растения с повышенной озернённостью имели и более выполненное зерно. |