Тема 3 создание исходного материала методом гибридизации – 2 ч

Тема 3 Создание исходного материала методом гибридизации – 2 ч

1 Понятие о гибридизации

2 Внутривидовая гибридизация.

2.1 Подбор родительских форм для скрещивания

2.2 Типы скрещиваний

3 Отдаленная гибридизация

4 Способы получения жизнеспособных отдаленных гибридов

 

Понятие о гибридизации

 

Гибридизация - это скрещивание между собой двух или большего числа разных родительских форм. В результате ее получается новые организмы - гибриды.

Гибриды - организмы, которые получаются в результате искусственного или естественного скрещивания и объединяющие свойства и признаки разных особей.

Гибридизация делится на:

- внутривидовую - если скрещивающиеся особи принадлежат к одному виду;

- межвидовую и межродовую - еслискрещивающиеся особи принадлежат к разным видам или родам.

Гибридизация делится также на:

- искусственную;

- естественную (спонтанную). Она широко распространена в природе. Происходит не только между особями одного сорта, разновидности или вида, но и между растениями различных видов и родов. Так, при близком произрастании может происходить во время цветения скрещивание разных сортов мягкой яровой пшеницы, яровой пшеницы с озимой, кормовой свеклы с сахарной (из-за этого вырождение сорта), тыквы с кабачками и цукиниями (вырождение сорта) и т.д.

Гибридизация – это не простое арифметическое суммирование признаков и свойств растений. Основой формообразования при использовании метода гибридизации являются перекомбинация генов и трансгрессии. Родительские организмы передают своему потомству не признаки, а гены, на основе которых в каждом поколении гибридов признаки, контролируемые этими генами, развиваются вновь.

Например, При скрещивании двух сортов пшеницы, имеющих среднюю длину колоса, в гибридном потомстве часто обнаруживаются растения с большей или меньшей его длиной. Это новообразование связано с трансгрессией, т.е.суммирующим действием полимерных генов, определяющих длину колоса. При трансгрессии происходит объединение в гибриде генотипов, дополняющих друг друга (рис. 2 и 3).

Трансгрессии возникают в тех случаях, когда одна или обе родительские формы, имея одновременно и доминантные и рецессивные аллели, контролирующие развитие какого-либо количественного (полигенного) признака, не обладают крайней степенью его выражения. В такой генетической системе при расщеплении могут появляться гибриды с крайними фенотипическими выражениями определенных признаков.

Внутривидовая гибридизация -это основой метод создания исходного материала, ее формообразовательные возможности очень велики.

 

 

Внутривидовая гибридизация

Типы скрещиваний

 

Гибридизация растений осуществляется путем скрещивания. В практической селекции применяют различные типы скрещиваний.

Условия, влияющие на выбор типов скрещивания:

· биологическими особенностями культуры, с которой ведется селекция;

· характером исходного материала;

· требованиями, предъявляемыми к будущему сорту и т.д.

Основные типы скрещиваний, применяемых в современной селекции, можно представить в виде следующей схемы:

 

Простые скрещивания. Простыми называются скрещивания между двумя родительскими формами, производимые однократно. Если одну из них обозначить А, а другую Б, то простое скрещивание между ними можно представить в виде формулы А х Б. Разновидность парных скрещиваний составляют реципрокные (взаимные) скрещивания. Их можно представить в виде формулы А х Б, и Б х А. Реципрокные скрещивания применяются в двух случаях:

1) когда наследование какого-либо важного хозяйственно-биологического свойства связано с цитоплазмой; например, иногда при скрещивании двух сортов озимой пшеницы, из которой один имеет более высокую морозостойкость, гибриды наследуют это свойство сильнее в том случае, если морозостойкий сорт используют в качестве материнской формы;

2) когда наблюдается различная завязываемость семян в зависимости от того, в качестве материнской или отцовской формы берется тот или иной сорт.

Ядерный материал и при прямом и при обратном скрещивании родительские формы передают поровну, цитоплазма же передается гибридам только по материнской линии. При реципрокных скрещиваниях в одних случаях слияние цитоплазмы материнской формы может быть очень существенным, в других оно не проявляется.

Сложные скрещивания - скрещивания, в которых используют более двух родительских форм или когда гибридное потомство повторно скрещивают с одной из них. Сложные скрещивания делятся на: ступенчатые и возвратные.

Ступенчатые скрещивания применяют, когда необходимо последовательно объединить в гибридном потомстве наследственность нескольких родительских форм. Его можно представить в виде следующих примерных простейших формул:

 

1) [ (А х Б) х В] х Г (четыре родительские формы)

2) [ (А х Б) х (В х Г)] х Д (пять родительских форм)

 

В первом случае гибрид, полученный от скрещивания двух родительских форм А и Б, дополнительно скрещивают с формой В, а затем с формой Г; во втором случае сначала скрещивают между собой попарно сорта А и Б, В и Г, а потом их гибридное потомство скрещивают между собой, а затем с формой Д. В обоих случаях скрещивания осуществляются последовательно, ступенчато.

Ступенчатая гибридизация очень широко применяется в современной селекции. Переход к ней от парной гибридизации был вызван повышением требований к сортам сельскохозяйственных культур, так как скрещивание двух родительских форм, как правило, не обеспечивает получения сорта с нужными качествами. Для формирования нового сорта требуется участие 4-5, а иногда и большего числа исходных форм.

Метод сложной ступенчатой гибридизации был впервые разработан и успешно применении Шехурдиным А.П. Таким путем был создан сорт яровой пшеницы Саратовская 29 (рис.)

Белотурка х Полтавка

↓

Лютесценс 91 х Сарроза

↓

Альбидум 24 х Лютесценс 55/11

↓

Саратовская 29

 

Селекционная практика показывает, что метод сложной ступенчатой гибридизации имеет огромные неисчерпаемые возможности для формообразования.

Возвратными называют скрещивания, при которых гибрид повторно скрещивают с одной из родительских форм. Их применяют в двух случаях:

1. Для преодоления бесплодия гибридов первого поколения при отдаленной гибридизации; такое скрещивание можно представить в виде формулы (А х Б) Х Б.

2. Для усиления в гибридном потомстве желаемых свойств одной из родительских форм. Формула такого скрещивания:

А х Б → АБ х Б → АББ х Б → АБББ х Б →АББББ х Б и т.д.

Во втором случае возвратные скрещивания называют насыщающие насыщающими. Смысл этого названия состоит в том, что в ряду поколений гибридное потомство последовательно дополняется насыщается ядерным наследственным материалом отцовской формы. Цитоплазма при этом у всех поколений гибридов остается материнская.

Гибриды первого поколения имеют равное количество материнского и отцовского ядерного материала, в дальнейших поколениях удельный вес последнего непрерывно нарастает.

Каждое последующее скрещивание гибридного потомства с отцовской формой называется беккроссом. В результате первого беккросса количество отцовского ядерного материала увеличивается до 75 %, после шестого оно равно 99,2 %, т.е. происходит почти полное поглощение материнской наследственности отцовской. Гибридное потомство насыщающих скрещиваний после шестого беккросса обычно размножают и отбирают из него лучшие линии – высокоурожайные и устойчивые к заболеваниям.

Используя насыщающие скрещивания, удается совмещать в гибридном организме цитоплазму одного сорта и ядерное вещество другого. Этот прием очень широко применяется в настоящее время при использовании ЦМС (цитоплазматической мужской стерильности) в селекции гетерозисных гибридов кукурузы, сорго и других культур, а также для создания односемянных сортов сахарной свеклы.

 

 

Конвергентные скрещивания.

Одной из разновидностей возвратных скрещиваний являются конвергентные скрещивания (от лат. Convergere – приближаться, сходиться). При насыщающих скрещиваниях гены одной родительской формы почти полностью, за исключением отдельных из них вытесняются у гибридов генами другой. В ряде случаев это не нужно, а, наоборот, требуется обеспечить более или менее равномерное сочетание в гибридном потомстве признаков и свойств обеих родительских форм. Для этого проводят две серии возвратных скрещиваний. Гибриды первого поколения скрещивают в двух направлениях: одни – с отцовской формой, другие – с материнской. После 3-4 таких повторных скрещиваний получают две сближенные (конвергентные) линии, их скрещивают между собой, размножают и в полученном гибридном потомстве ведут отбор лучших растений на ценные признаки и свойства, как при обычно насыщающем скрещивании.

В беккроссах от скрещивания с материнским сортом А отбор ведут главным образом по признакам, свойственным отцовскому сорту Б и, наоборот, в других беккроссах отбор ведут преимущественно по признакам материнского сорта А.

 

Схематически конвергентные скрещивания можно представить так:

1-й год	Скрещивание родительских форм	А х Б
2-й	1-й беккросс	АБ х А х АБ х Б
3-й	2-й беккросс	АБА х А х АББ х Б
4-й	3-й беккросс	АБАА х А х АБББ х Б
5-й	Завершающее скрещивание	АБААА х АББББ
6-й	Размножение гибридов конвергентных линий
7-й	Отбор лучших элитных растений

 

Опыление

Через 1-3 дня, когда цветки в изоляторе распустятся, их опыляют заранее заготовленной пыльцой подобранных сортов. Чем больше пыльцы нанесено на рыльце пестика, тем лучше происходит оплодотворение и образование ягод.

После опыления на опыленное соцветия снова надевают изолятор (вату). На кисть вешают этикетку из вощеной бумаги, подписанную только простым карандашом (пишут номер комбинации, название материнского сорта, дату опыления и фамилию лица, проводившего ее).

*Продолжительность восприимчивости рылец колеблется от 3 до 10 дней и сильно зависит от метрологических условий.

**Лучше время для проведения опыления – ранние утренние часы, когда рыльце наиболее восприимчиво к пыльце и когда обеспечивается наилучшее ее прорастание.

Техника скрещивания других полевых культур имеет некоторые особенности, но в принципе она мало отличается от описанной.

Кастрация и в особенности опыление растений – очень трудоемкие и малопроизводительные процессы. Даже работник, хорошо освоивший технику скрещивании, за один рабочий день обычно кастрирует не более 60-80 колосьев и опыляет 30-40 колосьев. Для повышения производительности труда и получения большей результативности скрещиваний селекционно-опытные учреждения разработали ряд приемов, позволяющих совершенствовать технику искусственного опыления растений.

В КНИИСХ разработан и широко применяется во многих селекциях групповой способ опыления. Сущность его состоит в следующем. Пять-шесть кастрированных колосьев материнского сорта заключают в один общий изолятор размером 20 35 см, в который через 3-5 дней вводят вставленные в бутылку или банку с водой колосья отцовского сорта (по полтора-два колоса на каждый кастрированный колос). Колосья сорта-опылителя берут с созревшими желтыми пыльниками в момент начала растрескивания отдельных из них. Их ставят под изолятор несколько выше колосьев материнского сорта и перемешивают с ними, что обеспечивает хорошее переопыление. Групповой способ по сравнению с обычным, описанным выше, позволяет повысить производительность труда при проведении опыления растений более чем в 10 раз, а количество завязавшихся зерен увеличивается при этом в 3-4 раза.

В некоторых институтах применяют опыление методом сближения скрещиваемых растений. Заранее подобранные родительские формы высевают смежными рядками.

Кастрированные колосья материнского сорта помещают под общий изолятор с колосьями рядом растущего отцовского сорта-опылителя. Результативность оплодотворения и производительности этого способа еще выше, чем группового. Но он имеет и недостатки. Применение его затрудняется в том случае, если скрещиваемые сорта значительно различаются по продолжительности вегетационного периода или когда растения материнского сорта выше растений отцовского сорта. Кроме того, применение этого способа предполагает заблаговременный подбор родительских пар.

В Мексиканском международном селекционном центре (СММИТ) при гибридизации пшеницы применяют так называемые твел-метод (twirl method). Кастрацию колосьев материнской формы проводят обычным способом, но колосковые и цветковые чешуи обрезают очень низко- почти над самой рыльцем пестика. На кастрированный колос надевают прозрачный пергаментный изолятор и закрепляют его снизу канцелярской скрепкой. Колосья отцовской формы, отбираемые от расчета по одному на каждый колос кастрированного материнского растения, ставят на 4-5 часов в банку с водой. Затем у них для ускорения созревания пыльников также низко обрезают колосковые и цветковые чешуи. Появление в колосе пыльников из нескольких цветков указывает на готовность пыльцы к опылению. Начиная опыление, отрезают верхнею часть изолятора, осторожно вводят в него колос отцовской формы и несколько раз энергично вращают его. Отсюда и название этого метода (twirl - вращать, вертеть). После опыления верхнюю часть изолятора закрепляют канцелярской скрепкой. Этот метод очень производителен. Обычно работник за один час может опылить до 50 колосьев при 90-95%-ной удаче.

Кодирование гибридных комбинаций и запись результатов скрещиваний производят по определенной форме в книге, называемой «Журнал скрещиваний».

 

Тема 3 Создание исходного материала методом гибридизации – 2 ч

1 Понятие о гибридизации

2 Внутривидовая гибридизация.

2.1 Подбор родительских форм для скрещивания

2.2 Типы скрещиваний

3 Отдаленная гибридизация

4 Способы получения жизнеспособных отдаленных гибридов

 

Понятие о гибридизации

 

Гибридизация - это скрещивание между собой двух или большего числа разных родительских форм. В результате ее получается новые организмы - гибриды.

Гибриды - организмы, которые получаются в результате искусственного или естественного скрещивания и объединяющие свойства и признаки разных особей.

Гибридизация делится на:

- внутривидовую - если скрещивающиеся особи принадлежат к одному виду;

- межвидовую и межродовую - еслискрещивающиеся особи принадлежат к разным видам или родам.

Гибридизация делится также на:

- искусственную;

- естественную (спонтанную). Она широко распространена в природе. Происходит не только между особями одного сорта, разновидности или вида, но и между растениями различных видов и родов. Так, при близком произрастании может происходить во время цветения скрещивание разных сортов мягкой яровой пшеницы, яровой пшеницы с озимой, кормовой свеклы с сахарной (из-за этого вырождение сорта), тыквы с кабачками и цукиниями (вырождение сорта) и т.д.

Гибридизация – это не простое арифметическое суммирование признаков и свойств растений. Основой формообразования при использовании метода гибридизации являются перекомбинация генов и трансгрессии. Родительские организмы передают своему потомству не признаки, а гены, на основе которых в каждом поколении гибридов признаки, контролируемые этими генами, развиваются вновь.

Например, При скрещивании двух сортов пшеницы, имеющих среднюю длину колоса, в гибридном потомстве часто обнаруживаются растения с большей или меньшей его длиной. Это новообразование связано с трансгрессией, т.е.суммирующим действием полимерных генов, определяющих длину колоса. При трансгрессии происходит объединение в гибриде генотипов, дополняющих друг друга (рис. 2 и 3).

Трансгрессии возникают в тех случаях, когда одна или обе родительские формы, имея одновременно и доминантные и рецессивные аллели, контролирующие развитие какого-либо количественного (полигенного) признака, не обладают крайней степенью его выражения. В такой генетической системе при расщеплении могут появляться гибриды с крайними фенотипическими выражениями определенных признаков.

Внутривидовая гибридизация -это основой метод создания исходного материала, ее формообразовательные возможности очень велики.

 

 

Внутривидовая гибридизация