Селекция растений

Определения и обозначения

Селекция растений — наука и практическая деятельность по созданию сортов с нужными человеку признаками. Она нужна, чтобы получать культурные растения, лучше приспособленные к выращиванию и обладающие ценными свойствами. Например, селекционеры могут работать над урожайностью, устойчивостью к засухе или качеством плодов.

Сорт — созданная селекционерами группа культурных растений одного вида, имеющих общие наследственно закреплённые признаки. Сорт — не отдельное растение, а множество растений, которые сохраняют характерные свойства при размножении. Это позволяет выращивать подходящие формы в сельском хозяйстве.

Гибридизация — скрещивание генетически различающихся растений, чтобы объединить желательные признаки в потомстве. Родительские формы подбирают так, чтобы у каждой были нужные свойства. Затем среди потомков ищут растения, у которых эти свойства сочетаются.

Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Благодаря этому явлению гибрид может давать более высокий урожай или лучше переносить неблагоприятные условия. Эффект особенно важен для культур, семена которых получают от специально подобранных родительских линий.

Как это устроено

Селекция опирается на наследственную изменчивость: растения одного вида могут различаться, а некоторые различия передаются потомству. Искусственный отбор позволяет человеку направлять этот процесс в нужную сторону. Селекционер оставляет для размножения растения с полезными признаками, а затем проверяет, сохранились ли эти признаки у потомков. Если они наследуются, дальнейший отбор помогает закрепить их в сорте.

При массовом отборе выбирают много растений, которые подходят по внешним признакам, например выглядят здоровыми и хорошо развитыми. Это сравнительно простой способ, подходящий для работы с большой группой, но по внешнему виду не всегда можно понять, передастся ли свойство потомству. Индивидуальный отбор позволяет отдельно вырастить и оценить потомство каждого выбранного растения. Так можно точнее проверить наследуемость признака, но метод требует больше времени и места.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание растений одного вида. Её используют, если одна родительская форма обладает одним полезным свойством, а другая — другим: потомки могут получить сочетание признаков обеих форм. Однако само скрещивание не гарантирует нужного результата, потому что наследование признаков у потомства различается. Поэтому важно правильно выбрать родителей, изучить получившиеся растения и продолжить отбор подходящих потомков.

Отдалённая гибридизация соединяет растения разных видов или даже родов и помогает привлечь признаки, которых нет у обычных сортов данного растения. Получить плодородное потомство бывает трудно: родительские формы могут оказаться несовместимыми, а гибриды — стерильными, то есть неспособными образовывать полноценное потомство. Гетерозис чаще проявляется у гибридов первого поколения и может повышать урожайность или устойчивость. Чтобы снова получить такой эффект, поддерживают родительские линии и скрещивают их заново: в потомстве гибрида признаки могут расщепиться.

Методы селекции растений и их применение

Сравнивайте методы по цели: нужно ли отобрать уже имеющиеся растения, объединить признаки или получить эффект гибридов первого поколения. Затем учитывайте ограничения и решайте, как проверять потомство. Ни один метод не отменяет оценки наследуемости признаков.

Разбор задач

Задача 1. В популяции пшеницы нужно повысить устойчивость к засухе. Предложите способ отбора и объясните, что делать с отобранными растениями.

1. Сначала выделите растения, которые лучше других пережили засушливые условия и сохранили нормальный рост. По условию важно найти уже имеющиеся в популяции различия, а не получить признак скрещиванием.
2. Если требуется быстро отобрать подходящую группу, примените массовый отбор. Если нужно узнать, какие растения надёжнее передают устойчивость потомству, используйте индивидуальный отбор и отдельно оцените потомство каждого растения.
3. Выращивайте потомков при сопоставимых условиях и сравнивайте их устойчивость к недостатку воды. Для дальнейшего размножения оставьте растения, у потомства которых признак проявился устойчиво.

Ответ: можно начать с массового отбора устойчивых растений, а для точной проверки наследуемости использовать индивидуальный. Отобранные растения размножают и проверяют по потомству; один внешний признак ещё не доказывает, что устойчивость закрепится в сорте.

Задача 2. У одного сорта растения высокая урожайность, у другого — устойчивость к заболеванию. Как получить потомство, сочетающее оба признака?

1. Определите, что оба исходных сорта относятся к одному виду. Если это так, для соединения полезных свойств подходит внутривидовая гибридизация.
2. Подберите родительские формы: одну с высокой урожайностью, другую с устойчивостью к болезни. Проведите их скрещивание, чтобы получить генетически различающееся потомство.
3. Сравните потомков по обоим признакам, а не только по одному из них. Выберите растения, которые одновременно хорошо урожайны и устойчивы, и проверьте передачу этих свойств следующему поколению.

Ответ: нужно скрестить подходящие сорта одного вида, а затем отбирать и проверять потомство. Скрещивание создаёт новые сочетания признаков, но не гарантирует, что каждый гибрид получит оба нужных свойства.

Задача 3. Гибриды первого поколения между двумя линиями кукурузы урожайнее обеих родительских форм. Объясните явление и почему семена гибрида не всегда сохраняют тот же результат в следующем поколении.

1. Сравните гибрид с обеими родительскими линиями. Если у первого поколения выше продуктивность, это соответствует проявлению гетерозиса.
2. Учтите, что в гибриде сочетаются наследственные варианты от двух родительских форм. В следующем поколении их сочетания могут измениться, поэтому растения могут различаться по урожайности.
3. Чтобы снова получить предсказуемое высокоурожайное первое поколение, сохраняют родительские линии и скрещивают их заново. Семена, собранные с самих гибридов, не обязательно дадут такое же однородное и продуктивное потомство.

Ответ: повышенная урожайность гибрида первого поколения — проявление гетерозиса. В следующем поколении признаки расщепляются, поэтому прежнее сочетание может нарушиться; для повторения эффекта вновь скрещивают исходные линии.

Типичные ошибки

Считать, что любой отбор сразу создаёт новый сорт, — ошибка: отбор только выделяет подходящие растения. Новый сорт получают, когда свойства закреплены в потомстве и проверены. Ошибку допускают, принимая удачный результат одного сезона за устойчивое наследование; проверьте, повторяется ли признак у потомков в следующих поколениях.

Путать сорт с отдельным растением — значит неверно понимать, что именно создаёт селекционер. Сорт объединяет множество растений с общими наследственными признаками. Такое смешение возникает, когда судят по одному яркому экземпляру; проверьте себя вопросом: описывается одно растение или группа, способная сохранять свойства при размножении?

Полагать, что скрещивание само гарантирует сочетание нужных признаков, — значит пропустить работу с потомством. Наследственные признаки распределяются у потомков по-разному, поэтому подходящие растения нужно найти и отобрать. Проверка простая: спросите, оценивали ли гибриды после скрещивания и подтвердили ли, что нужные свойства передаются дальше.

Считать, что преимущество гетерозиса обязательно сохранится у потомков гибрида первого поколения, тоже неверно. В следующих поколениях признаки могут расщепляться, и продуктивность становится менее предсказуемой. Эту ошибку предотвращают, различая семена первого поколения и семена, полученные от этих гибридов: для повторения эффекта обычно заново скрещивают родительские линии.

Связь с другими темами

Чтобы понять селекцию, нужно знать, как наследуются признаки и чем отличаются генотип — наследственная основа организма — и условия среды. Среда может влиять на внешний вид растения, поэтому при проверке потомства важно учитывать условия выращивания. Изучение селекции помогает применять знания генетики и понимать, как получают продуктивные культуры. Эти представления также пригодятся при знакомстве с биотехнологией и способами повышения продуктивности сельского хозяйства.

Что запомнить

• Селекция использует наследственную изменчивость и искусственный отбор.
• Сорт — созданная человеком группа культурных растений с наследственно закреплёнными признаками.
• Массовый отбор оценивает группы растений, индивидуальный — отдельные растения и их потомство.
• Гибридизация помогает сочетать признаки разных родительских форм.
• Отдалённая гибридизация может быть затруднена несовместимостью и стерильностью потомства.
• Гетерозис обычно сильнее проявляется у гибридов первого поколения.