Шаманин В.П., Трущенко А.Ю. Общая селекция и сортоведение полевых культур

Подождите немного. Документ загружается.

5. Камерный метод

разработан В.А. Зыкиным и В.Ф. Куцом

(1978). Он совмещает преимущества Краснодарского и «твел»-

метода. Для опыления применяют камеру, представляющую собой

картонный или сделанный из оргстекла цилиндр диаметром 8 см с

отверстием в верхней части диаметром 4,0–5,5 см в виде усечённого

конуса (рис. 4.5).

Высота цилиндра камеры 18 см. Отцовские растения при выбра-

сывании пыльников помещают в камеру через усечённый конус

крышки. Камеру вводят до упорного ограничительного кольца в изо-

лятор с материнскими колосьями так, чтобы отцовские колосья их не

касались. При взаимодействии эластичных дуг кольца с отцовскими

колосьями зёрна пыльцы с пыльников полностью сбрасываются, тща-

тельно перемешиваются и попадают в цветки материнских колосьев,

производя их опыление без повреждения.

6. Свободное ветроопыление (свободное неограниченное опы-

ление) – материнское растение может свободно опыляться пыльцой

Рис. 4.5. Устройство для опыления растений: 1 – камера;

2 – усечённый конус крышки камеры; 3 – изолятор; 4 – скрепка;

5 – упорное ограничительное кольцо; 6 – эластичные дуги

(В.А. З

кин, А.Х. Шакирзянов, 2001)

всех

произрастающих вокруг сортов и форм. Растения материнского

сорта высевают посредине посева отцовского сорта. Проводят ка-

страцию подобранных материнских соцветий, остальные соцветия

материнского сорта срезают. Опыление производится растущими во-

круг растениями отцовского сорта.

После опыления на изоляторе и в журнале гибридизации пишут

номер делянки отцовской формы, дату опыления и фамилию селек-

ционера, проводившего опыление.

Гибридизация у перекрёстноопыляющихся ветроопыляемых и

насекомоопыляемых культур, а также у двудомных и однодомных

растений имеет некоторые особенности, связанные преимущественно

с биологией их цветения и опыления.

У перекрёстноопыляющихся культур кастрацию проводят в тех

случаях, когда аутостерильность встречается редко или не обнаружи-

вается совсем. У ржи зрелые пыльники выходят из цветка ниже

рыльца, поэтому пыльца на рыльце своего цветка не попадает. Ка-

страцию не проводят, а прямо опыляют колос одного растения пыль-

цой другого. Колос материнского растения сразу после выхода из

трубки изолируют. Как только начинает зацветать отцовское расте-

ние, один из его колосьев подводится под изолятор, где и остаётся до

конца созревания. Подведение отцовского колоса осуществляют пу-

тём подстановки сосудов (при выращивании в сосудах), путём под-

садки (прикапывания) отцовского растения к материнскому или под-

совывания в изолятор срезанного цветущего колоса. Отцовский сте-

бель 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 Сиб-

НИИСХе цветки материнских форм ржи кастрируют путём подрезания

цветка и находящихся в нём пыльников. Подобным образом скрещива-

ют Тимофеевку.

Изоляция клевера производится путем надевания мешочка из ба-

тиста на соцветие через 2–3 дня после раскрытия бутонов. Кастрация

не проводится. При опылении берут вполне расцветшую головку от-

цовского растения и при помощи заострённой спички переносят с неё

пыльцу. Для этого концом спички нажимают на край лодочки, кото-

рая отгибается, освобождая пыльники. Проводя по последним краем

спички

, собирают на её конце пыльцу. Перенесение пыльцы происхо-

дит таким же образом.

У двудомных растений (конопля, хмель, шпинат, спаржа) из по-

сева устраняют до цветения мужские растения материнского сорта, а

остающиеся растения отцовского компонента используют для опыле-

ния. Их помещают под общий каркасный изолятор или обеспечивают

пространственную изоляцию.

У однодомных растений с однополыми цветками удаляют муж-

ские соцветия на материнских растениях, а опыление осуществляют

пыльцой с отцовских компонентов.

Например, у кукурузы на материнском растении до цветения уда-

ляют метёлку. На отцовском растении перед созреванием пыльцы сре-

зают мужское соцветие и располагают его над початком материнского

растения и надевают на них общий изолятор. Основание метёлки ста-

вят 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 вы-

сокостебельных культур (конопли). Компоненты скрещивания с раз-

ными сроками цветения могут быть высеяны вместе – в данном слу-

чае обеспечивается временная изоляция.

При скрещивании используют также пыльцевую стерильность

материнских компонентов, что снижает затраты на механическую ка-

страцию.

4.8. Необходимый масштаб скрещивания.

Число комбинаций в F

и величина популяции F

Успех селекции растений определяется не только подбором пар и

выбором методов скрещивания. Наряду с этим большое значение

имеет число проведённых комбинаций скрещивания в F

и число рас-

тений, выращиваемых в F

Число комбинаций скрещиваний для получения семян F

зависит:

от особенностей строения генеративных органов и возможности

осуществления

скрещивания; 2) принципа подбора родительских пар;

3) комбинационной способности родителей; 4) наличия обслужива-

ющего персонала при проведении скрещиваний; 5) селекционного

учреждения и автора-селекционера (С. Бороевич, 1984).

Некоторые селекционеры проводят относительно небольшое

число скрещиваний (менее 100), обращая основное внимание на тща-

тельный подбор родительских пар. В таком случае подбор пар прово-

дится 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 ком-

бинаций скрещиваний. В международных центрах число комбинаций

выше (в СИММИТ по озимой пшенице 3–5 тыс.). Если комбинацион-

ная способность родительских форм неизвестна, то количество ком-

бинаций увеличивают.

Как указывают 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.

Таблица 4.4

Объём скрещиваний по различным культурам в СибНИИСХе

Культура

Число комбинаций

скрещивания, шт.

Общее число получа

е-

мых гибридных семян,

тыс. шт.

Яровая мягкая пшеница

Твёрдая пшеница

Озимая рожь

Ячмень

Овёс

Картофель

180

–

200

60–70

30 и более

100–150

80–100

–

16–18

15–18

8–30

1,6–5

–

316

Данные взяты из «Программы работ Западно-Сибирского селекцентра до

2010 г.». – Омск, 1990.

В институте растениеводства им. В.Я. Юрьева комбинации скре-

щивания подразделяют на основные (20–30) и разведочные (реко-

гносцировочные) (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 F

Число комбинаций скрещивания не должно быть одинаковым в

каждый конкретно взятый год. При разработке новых программ и из-

менении целей селекции ежегодно проводят по несколько сотен ком-

бинаций

скрещиваний в течение ряда лет. При отсутствии множества

новых родительских пар число комбинаций скрещиваний уменьшают

на несколько десятков.

Для культур, у которых получение F

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 F

имеют решающее значение в создании

наследственного разнообразия в F

. Мейоз в F

– это единственный

момент у данной гибридной комбинации, когда все хромосомы (в гап-

лоидном наборе) одного родителя конъюгируют со всеми хромосома-

ми другого. Только в F

создаются условия для максимальной реком-

бинации хромосом и генов. В последующих поколениях вероятность

конъюгации всех хромосом компонентов скрещивания очень низка.

Математические расчёты показывают, что с увеличением числа

особей F

вероятность получения благоприятных комбинаций генов в

повышается. При ограниченной численности растений F

у само-

опыляющихся культур нельзя в F

и последующих поколениях полу-

чить все возможные комбинации генов. Это связано с тем, что в ре-

зультате перехода популяции в гомозиготное состояние после рас-

пределения генов по различным выщепляющимся растениям они уже

никогда не могут снова соединиться в одной особи без повторного

скрещивания. Расчёты также показывают, что гетерозиготные расте-

ния с таким же генотипом, как и F

, появятся и в последующих поко-

лениях, но их доля с каждым поколением будет уменьшаться в гео-

метрической прогрессии, причём особенно быстро в случаях гетеро-

зиготности F

по многим генам.

Учитывая большое селекционное значение правильного опреде-

ления оптимального числа растений F

, Ю.Л. Гужов предложил фор-

мулу для определения в последовательном ряду самоопыляющихся

поколений доли, или процента, растений, гетерозиготных по всем тем

генам, что и F

(4.6):

100

⋅

= (4.6)

где H – процент растений, гетерозиготных по всем генам, как и F

;

s – порядковый номер расщепляющегося поколения;

n – число пар генов в гетерозиготном состоянии.

Из приведённой формулы следует, что если селекционер стре-

мится добиться у выводимого сорта благоприятного сочетания не-

скольких или многих генов родительских форм, то он должен обеспе-

чить получение большого количества растений F

. Так, при гетерози-

готности растений F

по 10 локусам (обычно такая гетерозиготность

при межсортовых скрещиваниях бывает минимальной) только

0,09765% растений F

и 0,000095% особей F

будут иметь такой же

генотип, как и F

(Ю.Л. Гужов, 1984).

Увеличить число особей F

можно путём проведения скрещива-

ний в больших масштабах или путём вегетативного размножения ги-

бридов F

методом культуры меристем. При работе с зерновыми

культурами желательно получить по каждой гибридной комбинации

до 300–500 гибридных семян (по другим данным, 1000–2000 гибрид-

ных семян). В F

рекомендуется иметь не менее 200–600 растений в

каждой комбинации.

В УНИИРСиГе наиболее перспективные комбинации озимой

пшеницы для получения требуемого количества гибридных семян ка-

стрируют и подвергают опылению 100–200 колосьев (по 16–20 цвет-

ков в каждом), а в рекогносцировочных комбинациях – от 30 до

50 колосьев.

Однако число колосьев может быть и меньше. Например, для по-

лучения 4000 растений в F

достаточно скрестить всего 2–3 колоса

(пшеница, ячмень). Такое количество растений в F

получается, если в

одном колосе формируется 20 зёрен, F

даёт 40–60 растений и с каждо-

го растения получается около 100 семян (при достаточном кущении).

В Институте пшеницы им. В.И. Ремесло при общем объёме

скрещиваний 200–250 комбинаций чаще по перспективным комбина-

циям 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 F

нужно получить по каж-

дой комбинации всего 3–5 семян в F

У кукурузы, чтобы провести испытание только F

в повторно-

стях, нужно искусственно опылить 3–5 початков (получить около 100

зёрен с початка), и этого оказывается достаточно (С. Бороевич, 1984).

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 F

по отдельным комбинациям скрещиваний. Чем мень-

шим числом генов контролируется селекционный признак, тем

меньше требуется вырастить растений F

. Если необходимо получить

рекомбинанты по сцепленным генам, необходимо увеличить число

растений в F

, чтобы реализовать кроссоверные рекомбинанты, воз-

никшие в F

. В связи с этим поколение F

должно быть достаточно

большим по численности (не менее 1000–10000 растений). Следует

выращивать такое количество растений в F

, которому соответствует

наибольшая вероятность (свыше 50%) появления именно тех реком-

бинаций генов и признаков, с целью получения которых предпринято

скрещивание. Считается, что в F

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 обла-

дают комплексом положительных признаков, комбинационная спо-

собность которых частично выяснена и они неплохо зарекомендовали

себя в F

, обычно отбирают больше семян и выращивают больше рас-

тений в F

У перекрёстноопыляющихся культур в отличие от самоопылите-

лей ценные комбинации генов обусловливаются не только численно-

стью популяции F

, они могут появляться и в последующих потом-

ствах в результате перекрёстного опыления растений в расщепляю-

щихся поколениях. У растений-перекрёстников, имеющих гетерози-

готных родителей, новые комбинации генов формируются уже в F

Для размножения ценных генотипов растений-перекрёстников стре-

мятся создавать инбредные линии и использовать только F

или раз-

множать генотипы вегетативно (картофель, виноград, плодовые дере-

вья).

Одна из центральных задач современной селекции – повышение

уровня реализации рекомбинационного потенциала и эффективное

его использование в селекционных программах. Для повышения эф-

фективности рекомбинационной селекции предложены следующие

приёмы и методы:

1. Выявление и включение в селекционные программы родитель-

ских форм с высокой рекомбинационной способностью.

2. Создание специальных фонов в естественных и искусственных

условиях для выращивания гибридных растений F

путём разного со-

четания водного, температурного, светового, пищевого режимов, что

позволит стимулировать рекомбиногенез. Создание стрессовых усло-

вий во время вступления гибридных растений в генеративную фазу

развития (мейоз, макро- и микроспорогенез).

3. Использование ауксинов, гиббереллинов, кинитинов, различ-

ных ингибиторов и других регуляторов роста и дифференцировки для

индуцирования рекомбиногенеза.

4. Использование радиационного и химического мутагенеза для

индуцирования мутаций в генетической системе (rec-системы), кон-

тролирующей рекомбинационный процесс при внутривидовой и

межвидовой гибридизации.

5. Использование культуры клеток и тканей, сомаклональной из-

менчивости и соматической гибридизации для стимулирования ре-

комбиногенеза.

6. Использование геномной, хромосомной и генной инженерии

для реконструкции рекомбинационной системы (Р.А. Цильке, 2003).

Вопросы для самоконтроля

1. В чём различие между синтетической и аналитической селекцией?

2. Какие генетические закономерности лежат в основе метода ги-

бридизации?

3. Перечислите основные принципы подбора пар для скрещивания.

4. Перечислите основные типы скрещиваний, используемые в се-

лекции.

5. Какие способы кастрации и опыления используют при гибри-

дизации у разных культур?

6. Как совместить сроки цветения родительских форм?

7. От чего зависит число гибридных комбинаций?

8. Какое значение имеют объём скрещиваний и величина гибрид-

ной популяции в F

9. Какие существуют методы для стимуляции процессов реком-

бинации между родительскими генами?

ГЛАВА 5. ОТДАЛЁННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ

5.1. Задачи отдалённой гибридизации

Отдалённой гибридизацией называют скрещивание между орга-

низмами, относящимися к разным видам одного рода или разных ро-

дов, 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 результа-

те которого малое количество зародышевой плазмы одного вида пе-

редаётся другому виду, называется интрогрессией. Интрогрессия

осуществляется путём возвратных скрещиваний.

Метод отдалённой гибридизации может быть использован в се-

лекции для решения целого ряда задач.

1. Передача культурным видам отдельных хозяйственно-ценных

признаков (устойчивость к болезням) от дикорастущих и других воз-

делываемых видов.

2. Получение наиболее желательного сочетания ценных призна-

ков родительских форм при скрещивании близкородственных видов

на основе генетической рекомбинации.

3. Получение нового признака, не свойственного родительским

формам (используется в селекции вегетативно размножаемых и деко-

ративных растений).

4. Создание аллополиплоидов, объединяющих свойства обоих

видов, т. е. синтез новых видовых форм путём межвидовых скрещи-

ваний и последующего удвоения у гибридов числа хромосом.

5. Использование эффекта гетерозиса при скрещивании отдалён-

ных форм. Данное явление отмечено у межвидовых гибридов под-

солнечника, рапса, сарептской горчицы и др.

5.2. Основные группы отдалённых скрещиваний

Расщепляющиеся потомства отдалённых гибридов характеризу-

ются 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 подразделя-

ются на три основные группы:

1. Скрещивание близкородственных видов с одинаковым чис-

лом и высокой гомологичностью хромосом, когда гибридное потом-

ство является плодовитым. Например, скрещивание твёрдой пшеницы

с пшеницей тургидум и польской пшеницей (T. durum x T.

turgidum; T. durum x T. polonicum), скрещивание мягкой пшеницы с

шарозёрной (T. aestivum x T. shaerococcum) и др. Для этой группы

скрещиваний характерны нормальная скрещиваемость растений, от-

сутствие нарушений в мейозе, сравнительно небольшой размах ги-

бридной изменчивости, которые мало отличаются от внутривидовых

скрещиваний. Здесь легко получается рекомбинация родительских

признаков.

2. Скрещивание видов одного рода, различающихся по ге-

номному составу. Гибриды между диплоидными видами, суще-

ственно различающимися по структуре хромосом, обычно стерильны.

Чтобы межвидовой гибрид был фертильный, должно быть некоторое

число полностью или частично гомологичных хромосом. Скрещива-

ние 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 промежу-

точным числом хромосом будут постепенно элиминироваться и в ко-

нечном итоге останутся только две группы растений, приближающи-

еся по внешним особенностям к исходным видам.

В качестве примера можно привести работы академика Ф.Г. Ки-

риченко по созданию сортов озимой твёрдой пшеницы путём скре-

щивания 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 мате-

ринской формой является твёрдая пшеница. При этом завязывается

50% и более семян от числа опылённых цветков. Если опыляют мяг-

кую пшеницу пыльцой твёрдой пшеницы, семян завязывается всего

12–20%. Всхожесть гибридных семян и процент перезимовавших ги-

бридных 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 пше-

ницы № 1266/54, получившую впоследствии сортовое название Ми-

чуринка (1960). Родоначальные растения были отобраны в гибридной

популяции (Одесская 3 х смесь пыльцы озимых форм твёрдой пше-

ницы). Этот сорт устойчив к полеганию и осыпанию, превышает по

урожайности в 2–3 раза яровую твёрдую пшеницу (20–45 ц/га) и при-

ближается или равен по урожайности мягкой озимой пшенице Одес-

ская 3. Сорт Мичуринка отличается высокими технологическими ка-

чествами 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 ма-