Методи селекції рослин

Створення форм рослин, стійких до хвороб і шкідників

У 30-х рр. минулого столетья Н.І. Вавилов відзначив, що проблема створення стійких до хвороб сортів сільськогосподарських культур може бути розв`язана двома шляхами: селекцією у вузькому розумінні цього слова (відбором стійких рослин серед існуючих форм) і за допомогою гібридизації (схрещування між собою різних рослин). Методи селекції рослин на імунітет до патогенних організмів не специфічні. Вони являють собою модифікації звичайних селекційних методів. Основні труднощі в створенні імунних сортів - необхідність одночасного врахування особливостей рослин і шкідливих організмів, які їх пошкоджують. На даний момент в селекції на стійкість використовують всі загальноприйняті сучасні методи селекційної роботи: гібридизація, добір, а також поліплоїдію, експериментальний мутагенез, біотехнологію і генну інженерію.

Однією з основних труднощів в селекції рослин на імунітет є генетичне зчеплення ознак рослин, які відображають їх филогенетическую історію в умовах природних екосистем. В процесі стихійного одомашнення і освіти високопродуктивних і високоякісних форм рослин система їхнього імунітету була ослаблена. У тих випадках, коли селекція здійснюється без уваги до імунітету, ослаблення останнього має місце і в наш час.

Найважливіше завдання селекції, генетики, молекулярної біології та ентомології - пошук шляхів сполучення високої продуктивності та інших господарсько цінних властивостей рослин з ознаками їх імунітету. Бажано, щоб основа імунітету була полігенною.

Найбільш просто питання вирішується, коли з популяції существуещего сорти можливо виділити рослини, які відрізняються високою імунної стійкістю до одного конкретного патогену. Для такого виділення можуть бути використані різні методи відбору і аналітичні методи, які враховують гетерозисний популяції сорту.

При складанні селекційних програм дуже важливим є тип запилення популяції рослин (перехресне, самозапилення або популяція відноситься до проміжної групи). Селекційна робота на імунітет до патогену повинна вестися з урахуванням наступних факторів: в популяції рослин першої групи одиницею аналізу є окрема рослина, інший - популяції (сорт або лінія).

Традиційні методи селекції в створенні генотипів, стійких до хвороб і шкідників

відбір. Як в загальному в природі, так і в селекційній діяльності людини, відбір є основною процесу отримання нових форм (утворення видів і різновид, створення порід, сортів). Відбір найбільш ефективний при роботі з культурами самоопилітель, а також рослинами, які розмножуються вегетативно (клонових відбір).

У селекції на стійкість, відбір результативно використовується і сам по собі (тобто основним методом при роботі з некротрофнимі патогенами), і як складова селекційного процесу, без якої взагалі неможливо обійтися при будь-яких методах селекції. У практичною селекції на стійкість використовують два види відбору: масовий і індивідуальний.

масовий відбір є найдавнішим методом селекції, завдяки йому були створені сорти так званої народної селекції, і до сих пір є цінним вихідним матеріалом для сучасної селекціонерів. Це вид відбору, при якому з вихідної популяції в поле відбирають велику кількість рослин, що відповідають вимогам до майбутнього сорту, оцінюючи відразу комплекс ознак (в тому числі і стійкість до певних хвороб). Урожай всіх відібраних рослин об`єднують і висівають в наступному році у вигляді однієї ділянки. Результат масового відбору - це потомство загальної маси кращих відібраних за певною ознакою (ознаками) рослин.

Основними перевагами масового відбору є його простота і можливість швидко поліпшити велику кількість матеріалу. До недоліків можна віднести те, що відібраний масовим відбором матеріал неможливо перевірити з потомством і визначити його генетичну цінність, а отже, виділити з популяції сорту або гібрида цінні в селекційному відношенні форми і використовувати їх для подальшої роботи.

Індивідуальний підбір (педигри) - один з найбільш ефективних сучасних методів селекції на стійкість. Гібридизація, штучний мутагенез, біотехнологія та генна інженерія є перш постачальниками матеріалу для індивідуального відбору - наступний етап селекційної роботи, виділяє з наданого матеріалу найцінніше.

Суть методу полягає в тому, що з вихідної популяції відбирають окремі стійкі рослини, потомство кожної з яких в подальшому розмножують і вивчають окремо.

Перевагою індивідуального підбору в порівнянні з масовим є можливість перевірити генетичну цінність кожного з відібраних генотипів, контролювати ознака в потомстві на всіх етапах селекційного процесу. Але для створення за допомогою цього методу сорти з одного відібраного рослини, потрібно досить багато часу. Індивідуальний підбір часто використовують як метод селекції на стійкість до некротрофним паразитам при проведенні експрес-оцінки рослин.

Як індивідуальний, так і масовий відбір можут бути одноразовим і багаторазовим.

одноразовий відбір переважно застосовується в селекції самозапильних культур. Одноразовий індивідуальний відбір передбачає послідовне вивчення у всіх ланках селекційного процесу відібраний один раз за певною ознакою рослини. Одноразовий масовий відбір частіше і найбільш ефективно використовують для оздоровлення сорту в насінницької практиці. Тому його ще називають оздоравливающим.

багаторазові відбори більш придатні і результативні в селекції перехресно-обпилювальних культур, ефективність їх визначається насамперед ступенем гетерозиготності вихідного матеріалу. Шляхом багаторазового масового відбору підтримується стійкість до некротрофам - збудників таких хвороб кукурудзи і соняшнику як фузаріоз, сіра і біла гнилі та ін .. Із застосуванням цього методу були створені високостійкі до вовчка та соняшникової вогнівки сорти соняшнику.

гібридизація. В даний час одним з найбільш використовуваних методів в селекції на стійкість є гібридизація - схрещування між собою генотипів з різними спадковими здібностями і отримання гібридів, в яких поєднуються властивості батьківських форм.

У селекції на стійкість до хвороб гібридизація доцільна і ефективна в тому випадку, якщо хоча б одна батьківська форма є носієм спадкових факторів, здатних забезпечити генетичний захист майбутнього сорту або гібрида від потенційно небезпечних штамів і рас збудника.

Як вже зазначалося раніше, такі спадкові чинники (ефективні гени стійкості) були сформовані в центрах спорідненої еволюції рослин-господарів та їх патогенів. Багато з них уже передані культурним рослинам від їх дикорослих родичів за допомогою віддаленої гібридизації. Тепер вони відомі як гени стійкості культурних рослин.

Але незаперечним фактом є те, що на сьогоднішній день більшість цих генів широко використані в селекції і переважно втратили ефективність, подолані в результаті мінливості патогенів. Тому внутрішньовидова гібридизація (Між рослинами одного виду) при створенні стійких до хвороб сортів або гібридів в ряді випадків є малоперспективною. Для отримання позитивних результатів селекціонер, залучаючи в схрещування ті чи інші батьківські форми, повинен бути впевнений у високій ефективності їх генів стійкості до популяції збудника хвороби в місці майбутнього вирощування сорту (гібрида).

На цьому тлі все більшого значення в селекції на стійкість набуває віддалена гібридизація (Між рослинами з різних ботанічних таксонів). Адже найбільш вираженим імунітетом характеризуються рослини дикорослих і примітивних видів. Геноми дикорослих родичів культурних рослин були і залишаються основним природним джерелом генів стійкості, в тому числі і комплексного імунітету. Схрещування культурних рослин існуючих сортів з дикорослими видами зазвичай дозволяє підвищувати імуногенетичні властивості. І якщо раніше використання віддаленій гібридизації було не дуже популярним через труднощі, пов`язаних з незбалансованістю геномів батьківських форм, зчепленням стійкості з небажаними в господарських цілях ознаками, то в даний час розроблені методи, що дозволяють вирішити проблемні питання.

Віддалена гібридизація дає можливість передати від дикорослих рослин культурним екологічну пластичність, стійкість до несприятливих факторів зовнішнього середовища, до хвороб і інші цінні властивості і якості. На основі віддаленій гібридизації створені сорти і нові форми зернових, овочевих, технічних та інших культур. Наприклад, джерелом генів імунітету пшениці до шкідливої ​​черепашки, шведських мух і попелиць є ендемічною для Закавказзя TriticumdicoccoidesKorn.

Як свідчить світова практика, дуже результативним видом гібридизації в селекції самозапильних культур на стійкість є зворотні схрещування (беккроссов), коли гібрид схрещують з однією з батьківських форм. Цей метод називають ще методом «ремонту» сортів, оскільки він дозволяє поліпшити певний сорт з того чи іншого відсутнього у нього ознаки (зокрема, стійкістю до певної хвороби). Але слід мати на увазі, що застосування цього методу не дозволяє перевищити продуктивність сорту, який «ремонтується» (а згідно з вимогами Державної служби з охорони прав на сорти рослин України сорт не може бути зареєстрованим, якщо він по продуктивності не перевищує стандарт).

Як правило, при беккросірованні сорт-донор стійкості до хвороби використовують в якості материнської форми, а нестійкий, але високопродуктивний сорт (реципієнт за ознакою стійкості) - як батьківську форму. В результаті їх схрещування отримують гібриди, які повторно схрещують з батьківською формою (беккросіруют). Обов`язковою умовою є те, що материнські форми для кожного наступного беккроссов підбирають з стійких гібридних рослин попереднього схрещування, виявлених на інфекційному фоні. Потомства підбирають за фенотипом сорти-реципієнта. Беккроссов проводять до тих пір, поки генотип і фенотип реципієнта майже повністю відновиться, одночасно придбавши стійкості до хвороби, характерної для донора.

Підвищення ефективності селекції рослин на імунітет до шкідників може бути досягнуто при використанні попередньо створених так званих синтетиків імунітету (відомих, наприклад, для кукурудзи). Згадані синтетики створюються на основі схрещування 8-10 імунних ліній, що характеризуються різною екологічною пластичністю і складом факторів імунітету. Багато з синтетиків є хорошими джерелами для створення імунних ліній при подальшому виведенні прості і подвійні міжлінійних гібридів.

мутагенезу. На відміну від методів гібридизації досить трудомісткі і вимагають багато років роботи для досягнення кінцевого результату, експериментальний (штучний) мутагенез дозволяє за короткий період посилити мінливість рослин і отримати такі мутації по стійкості, які не зустрічаються в природі.

В основу методу експериментального (штучного) мутагенезу належить спрямовану дію на рослини різних фізичних і хімічних мутагенів (іонізуючого, ультрафіолетового, лазерного випромінювання, хімічних речовин), в результаті чого в рослинних організмах виникають мутації генні (зміни молекулярної структури гена), хромосомні (зміни в структурах хромосом) або геномні (зміни в наборах хромосом).

Найбільш цінні в селекційному плані генні мутації, що, на відміну від хромосомних, не призводять до стерильності пилку, безпліддя або неконстантності мутантних ліній. Генні мутації стійкості найчастіше пов`язані або з заміною підстави в певній ділянці ДНК хромосоми, або її втратою, додаванням, переміщенням. Внаслідок цього відбувається зміна генетичного коду і, відповідно, зміна в фізіолого-біохімічні механізми клітини, що призводить до пригнічення росту, розвитку і розмноження патогена.

Метод штучного мутагенезу в селекції на стійкість до хвороб застосовується в багатьох країнах, але його не можна вважати основним методом отримання стійких форм рослин. Найбільш ефективно цей метод використовується при роботі на стійкість з культурами, які розмножуються вегетативно, оскільки розмноження їх насінням тягне за собою складне розщеплення в потомстві через високий ступінь гетерозиготності.