Что делают в селекции для получения новых полиплоидных сортов растений

Полиплоидия в селекции растений

Появление генетического разнообразия форм, которые преобразуются в новые подвиды и виды. Роль полиплоидии в видообразовании. Исследование методов, позволяющих экспериментально получать полиплоидные растения. Значение полиплоидии в селекции растений.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Роль полиплоидии в видообразовании

3. Значение полиплоидии в селекции растений

В 1892 году русский ботаник И.И. Герасимов исследовал влияние температуры на клетки зеленой водоросли спирогиры и обнаружил удивительное явление — изменение числа ядер в клетке. После воздействия низкой температурой или снотворным (хлороформом и хлоралгидратом) он наблюдал появление клеток без ядер, а также с двумя ядрами. Первые вскоре погибали, а клетки с двумя ядрами успешно делились. При подсчете хромосом оказалось, что их вдвое больше, чем в обычных клетках. Так было открыто наследственное изменение, связанное с мутацией генотипа, т.е. всего набора хромосом в клетке. Оно получило название полиплоидии, а организмы с увеличенным числом хромосом — полиплоидов.

В природе хорошо отлажены механизмы, обеспечивающие сохранение постоянства генетического материала. Каждая материнская клетка при делении на две дочерний строго распределяет наследственное вещество поровну. При половом размножении новый организм образуется в результате слияния мужской и женской гаметы. Чтоб сохранилось постоянство хромосом у родителей и потомства, каждая гамета должна содержать половину числа хромосом обычной клетки. И в самом деле, происходит уменьшение в два раза числа хромосом, или, ка назвали ученые редукционное деление клетки, при котором в каждую гамету попадает только одна из двух гомологичных хромосом. Итак, гамета содержит гаплоидный набор хромосом — т.е. по одной от каждой гомологичной пары. Все соматические клетки диплоидны. У них два набора хромосом, из которых один поступил от материнского организма, а другой от отцовского. Полиплоидия успешно используется в селекции.

Сравнительная характеристика форм изменчивости

Ненаследственная модификационная (фенотипическая)

Изменение условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом.

Адаптация — приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства.

Белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана. Породы лошадей и коров, завезенных в горы, становятся низкорослыми.

Влияние внешних и внутренних мутагенных факторов, в результате чего происходит изменение в генах и хромосомах.

Материал для естественного и искусственного отбора, так как мутации могут быть полезные, вредные и безразличные, доминантные и рецессивные.

Появление полиплоидных форм в популяции приводит к их репродуктивной изоляции и образованию новых видов, родов — микроэволюции.

Возникает стихийно в рамках популяции при скрещивании, когда у потомков появляются новые комбинации генов.

Распространение в популяции новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора.

Появление розовых цветков при скрещивании белоцветковой и красноцветковой примул. При скрещивании белого и серого кроликов может появиться черное потомство.

Возникает в результате свойства генов влиять на формирование не одного, а двух и более признаков.

Постоянство взаимосвязанных признаков, целостность организма как системы.

Длинноногие животные имеют длинную шею. У столовых сортов свеклы согласованно изменяется окраска корнеплода, черешков и жилок листа.

Изменчивость — это возникновение индивидуальных различий. На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм, которые в результате действия естественного отбора преобразуются в новые подвиды и виды. Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и мутационную, или генотипическую.

Полиплоидия относится к генотипической изменчивости.

Генотипическая изменчивость подразделяется на мутационную и комбинативную. Мутациями называются скачкообразные и устойчивые изменения единиц наследственности — генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Термин “мутация” был впервые введен де Фризом. Мутации обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.

Мутации по характеру проявления бывают доминантными и рецессивными. Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными а несовместимые с жизнью — летальными. Мутации подразделяют по месту их возникновения. Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих изменившийся — мутировавший — ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими.

Мутации классифицируют по уровню их возникновения. Существуют хромосомные и генные мутации. К мутациям относится также изменение кариотипа (изменение числа хромосом).

Полиплоидия — увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору. В соответствии с этим у растений различают триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т. д. В растениеводстве известно более 500 полиплоидов (сахарная свекла, виноград, гречиха, мята, редис, лук и др.). Все они выделяются большой вегетативной массой и имеют большую хозяйственную ценность.

Большое многообразие полиплоидов наблюдается в цветоводстве: если одна исходная форма в гаплоидном наборе имела 9 хромосом, то культивируемые растения этого вида могут иметь 18, 36, 54 и до 198 хромосом. Полиплоиды получают в результате воздействия на растения температуры, ионизирующей радиации, химических веществ (колхицин), которые разрушают веретено деления клетки. У таких растений гаметы диплоидны, а при слиянии с гаплоидными половыми клетками партнера в зиготе возникает триплоидный набор хромосом (2n + n = Зn). Такие триплоиды не образуют семян, они бесплодны, но высокоурожайны. Четные полиплоиды образуют семена.

2. Роль полиплоидии в видообразовании

У растений новые виды достаточно легко могут образовываться с помощью полиплоидии — мутации удвоения хромосом. Возникшая таким образом новая форма будет репродуктивно изолирована от родительского вида, но благодаря самооплодотворению сможет оставить потомство. Для животных такой способ видообразования неосуществим, так как они не способны к самооплодотворению. Среди растений есть немало примеров близкородственных видов, отличающихся друг от друга кратным числом хромосом, что указывает на их происхождение путем полиплоидии. Так, у картофеля, есть виды с числом хромосом, равным 12, 24, 48 и 72; у пшениц — с 14, 28 и 42 хромосомами.

Полиплоиды обычно устойчивы к неблагоприятным воздействиям, и в экстремальных условиях естественный отбор будет благоприятствовать их возникновению. Так, на Шпицбергене и Новой Земле около 80% видов высших растений представлены полиплоидными формами.

У растений встречается и другой, более редкий способ хромосомного видообразования — путем гибридизации с последующей полиплоидией. Близкородственные виды часто различаются своими хромосомными наборами, и гибриды между ними получаются бесплодными вследствие нарушения процесса созревания половых клеток. Гибридные растения, тем не менее, могут существовать довольно продолжительное время, размножаясь вегетативно. Мутация полиплоидии «возвращает» гибридам способность к половому размножению. Именно таким образом — путем гибридизации терна и алычи с последующей полиплоидией — возникла культурная слива (см. рис.).

3. Значение полиплоидии в селекции растений

селекция генетический полиплоидия видообразование

Многие культурные растения полиплоидны, т. е. содержат более двух гаплоидных наборов хромосом. Среди полиплоидов оказываются многие основные продовольственные культуры; пшеница, картофель, онес. Поскольку некоторые полиплоиды обладают большой устойчивостью к действию неблагоприятных факторов и хорошей урожайностью, их использование и селекции оправдано.

Существуют методы, позволяющие экспериментально получать полиплоидиые растения. За последние годы с их помощью созданы полиплоидные сорта ржи, гречихи, сахарной свеклы.

Впервые отечественный генетик Г.Д. Карпеченко в 1924 г. на основе полиплоидии преодолел бесплодие и создал капустно-редечный гибрид Капуста и редька в диплоидном наборе имеют по 18 хромосом (2п = 18), Соответственно их гаметы несут по 9 хромосом (гаплоидный набор). Гибрид капусты и редьки имеет 18 хромосом. Хромосомный набор слагается из 9 «капустных;» и 9 «редечных» хромосом. Этот гибрид бесплоден, так как хромосомы капусты и редьки не конъюгируют, поэтому процесс образования гамет не может протекать нормально, В результате удвоения числа хромосом в бесплодном гибриде оказались два полных (диплоидных) набора хромосом редьки и капусты (36). Вследствие этого возникли нормальные условия для мейоза: хромосомы капусты и редьки соответственно конъюгнровали между собой. Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18). В зиготе вновь оказалось 36 хромосом; гибрид стал плодовитым.

Мягкая пшеница — природный полиплоид, состоящий из шести гаплоидных наборов хромосом родственных видов злаков. В процессе ее возникновения отдаленная гибридизация и полиплоидия играли; важную роль.

Методом полиплоидизацни отечественные селекционеры создали ранее не встречавшуюся в природе ржано-пшеничную форму — тритикале. Создание тритикале — нового вида зерновых, обладающего выдающимися качествами,— одно из крупнейших достижений селекции. Он был выведен благодаря объединению хромосомных комплексов двух различных родов — пшеницы и ржи. Тритикале по урожайности, питательной ценности и другим качествам превосходит обоих родителей. По устойчивости к неблагоприятным почвенно-климатическим условиям и наиболее опасным болезням она превосходит пшеницу, не уступая ржи.

Эта работа, несомненно, относится к числу блестящих достижений современной биологии.

В настоящее время генетики и селекционеры создают всё новые формы злаков, плодовых и других культур с использованием полиплоидии.

Полиплоидия (от греч. polyploos — многократный и eidos — вид) — наследственное изменение, заключающееся в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма. Широко распространена у растений (большинство культурных растений — полиплоиды. Полиплоидия может быть вызвана искусственно (например, алкалоидом колхицином). У многих полиплоидных форм растений более крупные размеры, повышенное содержание ряда веществ, отличные от исходных форм сроки цветения и плодоношения. На основе полиплоидии созданы высокоурожайные сорта сельскохозяйственных растений (напр., сахарной свеклы).

1. Биологическая энциклопедия / Составитель С.Т. Исмаилова. М.: Аванта+, 1996.

2. Богданова Т.Л. Биология. Пособие для поступающих в ВУЗы. М., 1991.

3. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М.: Юнити, 2000.

4. Биологический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989.

Подобные документы

Аутбридинг – скрещивание непосредственных форм одного вида. Примеры гибридов, полученных данным путем. Различия в селекции животных и растений. Понятие полиплоидии, механизм ее возникновения. Использование метода для восстановления плодовитости растений.

презентация [408,8 K], добавлен 26.10.2014

Учение о предковых формах как один из разделов селекции. Цепочка эволюционных изменений. Учения Чарльза Дарвина. Центры происхождения культурных растений в учении академика Н.И. Вавилова. Преимущества генетического разнообразия исходного материала.

реферат [18,6 K], добавлен 21.01.2016

Селекция как наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Центры происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов. Индуцированный мутагенез. Полиплоидия и гибридизация в селекции.

презентация [4,5 M], добавлен 09.12.2011

Виды селекции и ее значение. Методы селекции микроорганизмов и животных. Биотехнология, генетическая и клеточная инженерия. Цели и задачи селекции как науки. Процесс одомашнивания новых видов растений и животных для удовлетворения потребностей человека.

курсовая работа [389,3 K], добавлен 10.09.2010

Задачи современной селекции, породы животных и сорта растений. Центры многообразия и происхождения культурных растений. Основные методы селекции растений: гибридизация и отбор. Самоопыление перекрестноопылителей (инбридинг), сущность явления гетерозиса.

реферат [17,6 K], добавлен 13.10.2009

Источник

Полиплоидные формы и мутанты в селекции растений

Полиплоидные формы это метод создания исходного материала для селекции цветочных культур, который играет важную роль. Полиплоидные сорта созданы более чем у 300 видов. Метод имеет большие потенциальные возможности.

Полиплоидия – наследственные изменения, связанные с увеличением числа целых хромосомных наборов.

У цветочных растений существуют природные полиплоидные виды, например, у тагетеса отклоненного 48 хромосом, тогда как у тагетеса прямостоячего их только 24. Есть полиплоидные виды у львиного зева, петунии, бегонии всегдацветущей, крокусов, нарциссов, ирисов и др. У некоторых видов увеличение числа хромосом способствует улучшению декоративных качеств, например укрупнению цветка и увеличению высоты.

Искусственное получение полиплоидов

Для искусственного получения полиплоидов применяют те же факторы, которые вызывают их появление в природе: температурные воздействия, ионизирующие излучения, механические повреждения, химические вещества и др. Однако наиболее эффективно воздействие алкалоида колхицина во время клеточного деления.

Колхицин останавливает деление в клетках растений в тот момент, когда хромосомы удвоились (разделились продольно), но еще не разошлись. Он парализует образование веретена, и таким образом, деление и расхождение хромосом к полюсам становятся невозможными — появляются клетки с удвоенным числом хромосом. После прекращения действия колхицина в клетке снова начинается митотическое деление, но уже с удвоенным набором хромосом.
Поскольку колхицин влияет только на делящиеся клетки, им обрабатывают прорастающие семена, растущие плоды и проростки, пробуждающиеся почки, молодые бутоны, формирующиеся клубнепочки, клубни, листовые меристемы и др.

После тщательного отбора из многих тысяч полиплоидных форм декоративных растений удалось вывести только несколько сотен хороших сортов, сочетающих высокие декоративные качества с хорошей плодовитостью. Кроме того, полиплоиды некоторых культур обладают устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным погодным условиям.

Искусственные мутации растений

Мутанты также служат исходным материалом для селекции. Их получают с помощью ионизирующей радиации или химических мутагенов. Мутации представляют собой внезапные наследственные изменения в хромосомах или генах.

Искусственно получила мутации у декоративных растений немецкий ученый Э. Штайн в 1918 г., облучая проростки и цветочные почки львиного зева. Данный метод широко применяют, особенно у вегетативно размножаемых растений в сочетании с культурой ткани. Таким образом создано много сортов георгин, хризантем, гвоздик и бегонии.

Для индуцирования мутаций используют различные виды ионизирующих излучений: корпускулярные (протоны, альфа-частицы, электроны, нейтроны) и электромагнитные (ультрафиолетовое, рентгеновское). Для рентгеновского облучения применяют как медицинские, так и специальные рентгеновские установки. При облучении пыльцы эффективны такие источники ультрафиолетового излучения, как ртутно-кварцевые лампы, для корпускулярных излучений—колонки и реакторы.

Известно более 400 химических веществ, обладающих мутагенным действием, однако активность большинства из них низка. Лишь с 1960 г. после открытия И. А. Рапопортом сверхмощных мутагенов (супермутагены), вызывающих у растений 100% и более наследственных изменений, химические мутагены заняли равное место с ионизирующими излучениями в индуцированном мутагенезе.

Многие химические мутагены дают тот же спектр мутаций, что и облучение. То, что химические мутагены вызывают, главным образом, генные мутации, очень ценно для селекционной работы, так как мутантные организмы сохраняют высокую жизнеспособность и плодовитость.

Для получения нового исходного материала вегетативно размножаемых растений черенки, луковицы, листья, столоны, бульбочки, чешуи луковиц и другие органы облучают или обрабатывают химическими мутагенами. При работе с растениями, размножаемыми семенами, обрабатывают семена, бутоны, пыльцу.

Изменения наследственности у мутантов иногда настолько велики, что можно ожидать появления признаков или свойств, отсутствующих у сортов данного вида либо встречающихся очень редко.

Сочетание метода мутагенеза с гибридизацией — наиболее перспективный путь в селекции цветочных культур. Такое сочетание ускоряет процесс создания новых сортов.

Источник

Оцените статью