Селекция и семеноводство

Контрольная работа №1

Вопрос №10. Организация  и сеть в стране селекционных центров, их задачи.

В России началом развития научной селекции считается 1903 г.-год  организации Д.Л.Рудзинским при Московском сельскохозяйственном институте  селекционные  станции, на которой были выведены первые  в  стране  сорта зерновых культур  и  льна. Больших успехов достигла селекция после Октябрьской революции 1917 г. В 1921 г. был принят декрет «О семеноводстве», подписанный В.И.Лениным, заложивший основы единой государственной системы  селекционно-семеноводческие  работы в СССР.

В 20—30-е гг. создана  сеть  новых научно-исследовательских  селекционных  учреждений, организовано государственное сортоиспытание, проводится сортовое районирование, развернулись большие генетические  и  селекционные  исследования. Открытый Н.И.Вавиловым гомологических рядов закон в наследственной изменчивости, обоснованные им теория  центров  происхождения культурных растений, учение об исходном материале растений  и  иммунитете растений стали широко использовать в  селекционной  практике.

Селекция в Российской Федерации представлена в основном  селекционными   центрами  Россельхозакадемии, которые имеют большой  селекционный  потенциал основных сельскохозяйственных культур (табл. 1). Негосударственные  селекционные   центры  в стране представлены слабо, в основном это подразделения крупных семеноводческих компаний.

В системе Россельхозакадемии работает 42  селекционных   центра, в которых ежегодно создаются от 300 до 400 новых сортов и гибридов сельскохозяйственных растений. Всего за период с 1991 по 2009 годы было включено в Государственный реестр  селекционных  достижений, допущенных к использованию, 1214 сортов и гибридов зерновых культур. На 2010 год в указанном реестре зарегистрировано 194 сорта озимой пшеницы (из них сильные – 48, ценные – 68), 16 сортов озимой твердой пшеницы, 177 сортов яровой мягкой пшеницы, 41сорт яровой твердой пшеницы, 26 сортов озимого ячменя, 158 сортов ярового ячменя (из них ценных – 35 сортов, пивоваренных – 27 сортов, ценных и пивоваренных – 34 сорта), овса – 92 сорта.

В решении  задач  современного растениеводства в устойчивом росте его продуктивности, ресурсоэкономичности, природоохранности, рентабельности центральное место принадлежит селекции, созданию и использованию новых сортов и гибридов зерновых культур. По имеющимся оценкам вклад селекции в повышении урожайности за последние десятилетия оценивается в 30-70 %, а с учетом изменяющегося климата роль её будет возрастать.

Табл. 1Научное обеспечение селекции и  семеноводства  Российской Федерации

Наибольшую долю отечественных  сортов и гибридов имеют зерновые, крупяные и зернобобовые культуры.

Стратегические преимущества развития зернового хозяйства в  Российской Федерации обусловлены  первостепенной значимостью зерна  в обеспечении национальной безопасности, а также возможностью с наибольшей эффективностью использовать разнообразные  почвенно-климатические ресурсы  конкретных регионов. Производство зерновых является системообразующей отраслью агропромышленного комплекса.

В  задачу  селекционно-семеноводческого  центра  входит создание новых высококачественных, конкурентоспособных сортов и гибридов F1 овощных, бахчевых, пряно-вкусовых и цветочных культур с комплексной устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам среды; ведение первичного и товарного  семеноводства  в ассортименте и объемах, удовлетворяющих спрос на семена овощных и цветочных культур селекции ВНИИССОК.

Вопрос №16. Закон  гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И.Вавилова и его  значение в селекции.

Гомологических  рядов  закон  изменчивости, разработанный советским учёным Н.И.Вавиловым  закон, устанавливающий параллелизм в  изменчивости  организмов. Ещё Ч. Дарвин (1859—68) обратил внимание на далеко идущий параллелизм в  изменчивости близких видов  и  родов животных  и  растений. В 19  и  начале 20 вв.  ряд  ботаников  и  зоологов (например, франц. учёный М.Дюваль-Жув, 1865; швейцарский миколог Э.Фишер, 1896;  немецкий ботаник Э.Цедербауэр, 1907, 1927; русский зоолог В.М.Шимкевич, 1906, 1921,  и  др.) специально изучали параллельную  изменчивость  разных видов растений  и  животных. Советский генетик Ю.А.Филипченко подытожил (1922)  ряд  таких, преимущественно зоологических, данных в статье о параллелизме  изменчивости  в живой природе, который  он  объяснял систематической  и  филогенетической близостью родов  и  видов, входивших в изучаемые группы.

Лишь Н.И.Вавилов подошел  к проблеме параллелизма в изменчивости близких видов и родов с  генетических позиций и на основе сравнительного изучения обширнейшего мирового материала (в природных условиях, культурах и в опытах) по изменчивости ряда семейств растений, богатых хорошо изученными культурными видами, - главным образом злаков. Это позволило ему в 1920 г. на 3-м Всероссийском съезде селекционеров в Саратове выступить с докладом «закон гомологических рядов в наследственной изменчивости» Н.И.Вавилов  показал, что если все известные у наиболее изученного в данной группе вида вариации расположить в определённом порядке в таблицу, то можно обнаружить  и  у других видов почти все те же вариации  изменчивости  признаков. Более того, по мере развития исследований видов, входящих в данную группу, «пустые» места в таблице заполняются и  параллелизм в  изменчивости  близких видов становится всё более полным. Принципиально сходный, но слабее выраженный параллелизм характеризует  изменчивость  различных родов в пределах семейства,  и  ещё менее полный — различных семейств в пределах группы более высокого ранга.

Таким образом, закон  гомологических рядов сводится к  следующему: близкие виды благодаря  большому сходству их генотипов (почти  идентичные наборы генов) обладают сходной  потенциальной изменчивостью (сходные  мутации одинаковых генов); по мере эволюционно-филогенетического удаления изучаемых групп (таксонов), в связи с появляющимися генотипическими различиями параллелизм наследственной изменчивости становится менее полным. Следовательно, в основе параллелизмов  в   наследственной   изменчивости  лежат мутации гомологичных генов  и  участков генотипов у представителей различных таксонов, то есть действительно гомологичная  наследственная   изменчивость. Однако  и  в пределах одного  и  того же вида внешне сходные признаки могут вызываться мутациями разных генов; такие фенотипические параллельные мутации различных генов могут, конечно, возникать  и  у разных, но достаточно близких видов.  

 Сначала исследования  касались в основном морфологических  признаков; затем они были распространены  на биологические, физиологические   и  биохимические свойства. Многочисленные подтверждения закон гомологических рядов были получены на простейших, низших растениях, большом числе семейств высших растений  и  на животных. 

Закон гомологических рядов отражает всеобщее  и  фундаментальное явление в живой природе.  Он  имеет огромное практическое  значение  в растениеводстве  и  селекции, а также в животноводстве. На основе этого  закона  растениеводы  и  животноводы могут целенаправленно искать  и  находить нужные признаки  и  варианты у различных видов в почти бесконечном мировом многообразии форм как культурных растений  и  домашних животных, так  и  у их диких родичей. Эти поиски, особенно среди культурных растений  и  их диких предков, значительно облегчаются учением Н.И.Вавилова  (1926  и  др.) о центрах происхождения культурных растений и  его  работами (1927, 1928, 1930) о географических закономерностях в распределении генов культурных растений. 

Закон  гомологических  рядов  наследственной  изменчивости  успешно используется в селекционной практике. Работа по созданию семенных коллекций сортов культурных растений  и  их дикорастущих предков, начало которой положил Н.И.Вавилов, в наше время продолжается. В России в настоящее время коллекция включает более 320 тыс. образцов, относящихся к 1041 виду растений. Сюда входят дикие виды, сородичи культурных растений, старые местные сорта, все лучшее  и  новое, что создано за последнее время усилиями селекционеров всех стран мира. Из мирового генофонда ученые выделяют генетические источники хозяйственно ценных признаков: урожайности, скороспелости, устойчивости к болезням  и  вредителям, засухоустойчивости, устойчивости к полеганию  и  др. Современные генетические методы дают возможность добиваться  в  селекции  растений очень крупных успехов. Так, использование ценных генов дикого эфиопского ячменя позволило создать выдающийся по продуктивности сорт ярового ячменя Одесский 100.

Вопрос №24. Использование  метода полиплоидии и гаплоидии в селекции. Типы полиплоидов и их селекционная ценность.

Изучение хромосомного состава дикой и культурной флоры  показало, что ряд важнейших сельскохозяйственных растений представляет собой полиплоидные формы. Они встречаются среди  зерновых, плодовых, ягодных, цитрусовых, технических, лекарственных, декоративных и других культур.

Когда та или иная сельскохозяйственная культура представлена в производстве видами разной плоидности, то обычно более продуктивны формы  с большим числом хромосом. Так, гексаплоидная пшеница мягкая – самая продуктивная и наиболее распространенная. На ее долю приходится 4/5 всей площади посева этой культуры. Тетраплоидная пшеница обычно несколько уступает по урожайности пшенице мягкой; наиболее ценная из тетраплоидов пшеница твердая занимает 10-11% мировых посевов этой культуры. Диплоидный же вид культурной однозернянки высевают лишь на незначительных площадях. Поэтому селекционеры проявляют большой интерес к использованию полиплоидов при выведении новых сортов.

 Примеры полиплоидных  культурных растений: овес (2n=42), картофель (2n=48) и другие. Однако у отдельных культур полиплоидных видов не обнаружено, например  рожь (2n=14), ячмень (2n=14), свекла (2n=18) представлены только диплоидными формами.

В селекции растений полиплоидию стали применять  непосредственно в качестве практического  приема для создания новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, после того как нашли эффективный  метод получения желаемых полиплоидных форм.

Гаплоиды – это особи обычно диплоидных или аллополиплоидных видов, в соматических клетках которых содержится в 2 раза меньше хромасом, чем у исходных форм. При этом из каждой пары гомологичныххромасом представлена только одна хромасома.

Явление гаплоидии (моноплоидии) привлекает все большее внимание селекционеров. Использование гаплоидных растений позволяет решать целый ряд как теоретических, так и практических вопросов. Гаплоидия у высших растений дает возможность глубже изучать их генетику и эволюцию. Впервые на перспективность применения гаплоидов для решения селекционных задач указал в 1929 г. Г.Д.Карпеченко.

Поскольку в любой популяции  желательное сочетание генов  в гаметах бывает значительно  чаще, чем в зиготах, то теоретически гораздо проще и быстрее получить гомозиготную форму с нужным сочетанием признаков путем прямого удвоения числа хромасом у гаплоидов. Для сравнения возможностей селекции на гаплоидном и диплоидном уровнях применимы формулы: 2ⁿ–для гаплоидов и 4ⁿ– для диплоидов. Первая формула позволяет определить все теоретические возможные комбинации генов на гаплоидном уровне при образовании гамет; во второй формуле вычисляют минимальное число растений F₂, в пределах которого могут возникать все теоретически возможные сочетания гаплоидов на диплоидном уровне. Так, для получения всех возможных типов гомозиготных линий на основе перекомбинации 7 пар независимых генов теоретически необходимо перевести на диплоидный уровень только 128 гамет гибрида F₁. На диплоидном уровне для достижения такого же результата потребуется не менее 16384 растений F₂. При увеличении значений  nэта разница стремительно возрастает. При n=10 указанные числа составят соответственно 1024 и 1048576. Их сравнение показывает, что эффективность комбинационной селекции возрастает в сотни раз при разработке способа массового получения гаплоидов для последующего перевода их на диплоидный уровень.

Использование гаплоидов позволяет более эффективно проводить селекцию на устойчивость к болезням и решать другие задачи. Путем удвоения числа хромасом у гаплоидов можно сразу получить гомозиготные линии, на создание которых при селекции на гетерозис у перекрестноопыляющихся культур приходится затрачивать до 7-10 лет.

Для экспериментального получения  гаплоидных растений можно рекомендовать  четыре основных метода: 1) отбор близнецов, 2) межвидовые скрещивания, 3) гибритизация на разных уровнях плоидности, 4) культура микроспор. Последний метод, предложенный индийскими и японскими учеными, наиболее перспективен.

Таким образом, можно констатировать, что использование гаплоидии в селекции растений уже принесло определенные успехи.