Metódy šľachtenia rastlín

Vytváranie rastlinných foriem odolných voči chorobám a škodcom

V 30. rokoch. minulé storočie N.I. Vavilov poznamenal, že problém vytvárania odrôd plodín odolných voči chorobám sa dá odhaliť dvoma spôsobmi: výberom v užšom zmysle slova (výber rezistentných rastlín z existujúcich foriem) a hybridizáciou (kríženie medzi rôznymi rastlinami). Metódy selekcie rastlín na odolnosť proti patogénnym organizmom nie sú špecifické. Sú to modifikácie konvenčných metód šľachtenia. Hlavnými ťažkosťami pri vytváraní imunitných odrôd je potreba súčasne zohľadniť vlastnosti rastlín a škodcov, ktoré ich poškodzujú. V súčasnosti sa pri výbere rezistencie používajú všetky bežne prijímané moderné metódy šľachtiteľskej práce: hybridizácia, selekcia, ako aj polyploidia, experimentálna mutagenéza, biotechnológia a genetické inžinierstvo..

Jedným z hlavných problémov pri imunite šľachtenia rastlín je genetické spojenie rastlinných znakov, ktoré odrážajú ich fylogenetickú históriu v prírodných ekosystémoch. V procese spontánnej domestikácie a tvorby vysoko produktívnych a kvalitných rastlinných foriem bol oslabený ich imunitný systém. V prípadoch, keď sa výber uskutočňuje bez toho, aby bola venovaná pozornosť imunite, dochádza k oslabeniu imunitného systému v našej dobe.

Najdôležitejšou úlohou šľachtenia, genetiky, molekulárnej biológie a entomológie je hľadanie spôsobov, ako skombinovať vysokú produktivitu a iné ekonomicky cenné vlastnosti rastlín so znakmi ich imunity. Je žiaduce, aby bol základ imunity polygénny.

Otázka sa najjednoduchšie vyrieši, keď je možné izolovať rastliny z populácie existujúcej odrody, ktorá je vysoko imunná voči jednému konkrétnemu patogénu. Na tento výber sa môžu použiť rôzne metódy výberu a analytické metódy, ktoré zohľadňujú heterogenitu populácie odrôd..

Pri vypracúvaní šľachtiteľských programov je veľmi dôležitý typ opeľovania rastlinnej populácie (krížové opelenie, samoopelenie alebo populácia patrí do strednej skupiny). Selekčné práce na imunite voči patogénu by sa mali vykonávať s prihliadnutím na tieto faktory: v populácii rastlín prvej skupiny je analytickou jednotkou jedna rastlina, druhou je populácia (odroda alebo línia)..

Tradičné metódy šľachtenia pri vytváraní genotypov odolných voči chorobám a škodcom

výber. Výber je hlavným procesom získavania nových foriem (formovanie druhov a odrôd, vytváranie plemien, odrôd), a to vo všeobecnosti aj v prírode, ako aj v ľudskej chovateľskej činnosti. Výber je najúčinnejší pri práci s plodinami samoopeľovačmi, ako aj s rastlinami, ktoré sa vegetatívne rozmnožujú (výber klonov)..

Pri šľachtení na rezistenciu sa selekcia účinne používa sama osebe (je to hlavná metóda pri práci s nekrotrofickými patogénmi) a je súčasťou selekčného procesu, bez ktorého je všeobecne nemožné robiť akékoľvek selekčné metódy. V praktickom výbere pre udržateľnosť sa používajú dva typy výberu: masový a individuálny.

Hromadný výber je najstaršou selekčnou metódou, vďaka ktorej vznikali odrody takzvaného ľudového výberu a stále sú cenným východiskovým materiálom pre moderných chovateľov. Toto je druh selekcie, pri ktorom sa vyberie veľké množstvo rastlín z počiatočnej populácie v teréne, ktoré spĺňajú požiadavky pre budúcu odrodu, pričom sa okamžite vyhodnotí súbor znakov (vrátane rezistencie na určité choroby). Plodina všetkých vybraných rastlín sa skombinuje a vyseje budúci rok v podobe jediného pozemku. Výsledkom hromadnej selekcie je potomstvo celkovej hmotnosti najlepších rastlín vybraných pre konkrétne znamienko (znaky)..

Hlavnými výhodami výberu hmoty sú jej jednoduchosť a schopnosť rýchlo vylepšiť veľké množstvo materiálu. Medzi nevýhody patrí skutočnosť, že materiál vybraný hromadnou selekciou sa nedá overiť s potomkami a že sa určuje jeho genetická hodnota, a preto je možné izolovať z populácie rôznych alebo hybridných hodnotných foriem, ktoré sú cenné pri šľachtení, a použiť ich na ďalšiu prácu..

Individuálny výber (rodokmeň) - jedna z najúčinnejších moderných metód šľachtenia na odolnosť. Hybridizácia, umelá mutagenéza, biotechnológia a genetické inžinierstvo sú primárne dodávatelia materiálu pre individuálny výber - ďalšia fáza šľachtiteľskej práce odlišuje najcennejšie od poskytovaného materiálu..

Podstata metódy spočíva v tom, že samostatné rezistentné rastliny sa vyberú z pôvodnej populácie, ktorej potomstvo sa následne množia a študuje samostatne..

Výhodou individuálneho výberu oproti hmotnosti je schopnosť skontrolovať genetickú hodnotu každého z vybraných genotypov, kontrolovať zvláštnosť potomstva vo všetkých fázach výberového procesu. Ale na vytvorenie odrôd z jednej vybranej rastliny pomocou tejto metódy je potrebné veľa času. Individuálna selekcia sa často používa ako metóda selekcie rezistencie na nekrotrofické parazity počas rýchleho hodnotenia rastlín.

Individuálny aj hromadný výber môžu byť jednorazové a opakovane použiteľné.

Jeden výber Používa sa hlavne pri výbere samoopelivých plodín. Jednorazový individuálny výber zabezpečuje sekvenčnú štúdiu vo všetkých častiach šľachtiteľského procesu, ktorá sa vyberie raz podľa určitej charakteristiky rastliny. Výber jednorazovej hmoty sa najčastejšie a najúčinnejšie používa na liečenie odrôd v praxi pri výrobe semien. Preto sa nazýva aj liečenie.

Viaceré výbery vhodnejšie a účinnejšie pri šľachtení krížovo opeľujúcich plodín, ich účinnosť je určená predovšetkým stupňom heterozygotnosti východiskového materiálu. Opakovaným výberom hmoty sa zachováva rezistencia na nekrotrofy - patogény takých chorôb kukurice a slnečnice, ako je fusárium, sivá a biela hniloba atď. Použitím tejto metódy sa odrody slnečnice vysoko odolné voči metlu a slnečnici..

hybridizácia. V súčasnosti je jednou z najpoužívanejších metód chovu rezistencie hybridizácia - kríženie genotypov s rôznymi dedičnými schopnosťami a produkovanie hybridov, ktoré kombinujú vlastnosti rodičovských foriem.

Pri výbere na odolnosť proti chorobám je vhodná a účinná hybridizácia, ak aspoň jedna rodičovská forma je nosičom dedičných faktorov, ktoré môžu poskytnúť genetickú ochranu pre budúcu odrodu alebo hybrid pred potenciálne nebezpečnými kmeňmi a rasami patogénu..

Ako už bolo uvedené vyššie, takéto dedičné faktory (gény efektívnej rezistencie) sa vytvorili v centrách príbuzného vývoja hostiteľských rastlín a ich patogénov. Mnoho z nich už bolo prenesených na pestované rastliny od svojich divých príbuzných prostredníctvom vzdialenej hybridizácie. Teraz sú známe ako gény rezistencie pestovaných rastlín..

Nespornou skutočnosťou je však to, že dnes sa väčšina týchto génov v šľachtení bežne používa a strácajú hlavne účinnosť, čo je prekonané v dôsledku variability patogénov. teda intrašpecifická hybridizácia (medzi rastlinami rovnakého druhu) pri vytváraní odrôd alebo hybridov rezistentných na choroby je v niektorých prípadoch nekompromisná. Na dosiahnutie pozitívnych výsledkov si musí byť chovateľ, ktorý zahŕňa kríženie rodičovských foriem, presvedčený o vysokej účinnosti svojich génov rezistencie voči populácii patogénov choroby v mieste budúceho pestovania odrody (hybrid)..

Na tomto pozadí je čoraz dôležitejšia snaha o rezistenciu vzdialená hybridizácia (medzi rastlinami z rôznych botanických taxónov). Rastliny divých a primitívnych druhov sa napokon vyznačujú najvýraznejšou imunitou. Genómy divokých príbuzných pestovaných rastlín boli a zostávajú hlavným prírodným zdrojom génov rezistencie vrátane komplexnej imunity. Kríženie kultivovaných rastlín existujúcich odrôd s voľne rastúcimi druhmi zvyčajne umožňuje zvýšiť imunogenetické vlastnosti. A ak skôr nebolo používanie vzdialenej hybridizácie príliš populárne kvôli ťažkostiam spojeným s nerovnováhou genómov rodičovských foriem, spojením rezistencie s ekonomicky nežiaducimi vlastnosťami, boli vyvinuté metódy, ktoré umožňujú riešenie problémov..

Vzdialená hybridizácia umožňuje prenos ekologickej plasticity, odolnosti voči nepriaznivým environmentálnym faktorom, chorobám a iným hodnotným vlastnostiam a vlastnostiam z divých rastlín na kultúrne. Na základe vzdialenej hybridizácie sa vytvorili odrody a nové formy obilnín, zeleniny, priemyselných a iných plodín. Napríklad zdroj génov pre imunitu pšenice pre škodlivé korytnačky, švédske mušky a vošky je endokemický pre Zakaukazsko. TriticumdicoccoidesKorn.

Ako ukazuje svetová prax, veľmi efektívnym typom hybridizácie pri šľachtení samoopelivých plodín z hľadiska trvalej udržateľnosti je spätné kríženie (spätné kríženie), keď je kríženec krížený s jednou z rodičovských foriem. Táto metóda sa tiež nazýva „opravná“ metóda odrôd, pretože umožňuje vylepšiť určitú odrodu jedným alebo iným príznakom, ktorý v nej chýba (najmä rezistencia na konkrétne ochorenie). Malo by sa však pamätať na to, že použitie tejto metódy neumožňuje prekročiť produktivitu odrody, ktorá sa „opravuje“ (a podľa požiadaviek štátnej služby na ochranu práv k odrodám rastlín Ukrajiny sa odroda nemôže zaregistrovať, ak nepresiahne úroveň produktivity).

Spravidla sa pri spätnom krížení darcu rezistencie voči chorobám používa ako materská forma a ako rodičovská forma sa používa nestabilná, ale vysoko produktívna odroda (príjemca založená na rezistencii). V dôsledku kríženia sa získajú hybridy, ktoré sa krížia s rodičovskou formou (spätný kríž). Predpokladom je, že materské formy pre každý nasledujúci spätný kríž sa vyberú z odolných hybridných rastlín predchádzajúceho kríža nájdených na infekčnom pozadí. Potomkovia sa vyberajú podľa fenotypu odrody príjemcu. Spätné kríženia sa vykonávajú až do úplného obnovenia genotypu a fenotypu príjemcu, pričom sa súčasne získa rezistencia na chorobu charakteristickú pre darcu..

Zlepšenie účinnosti šľachtenia rastlín na imunitu voči škodcom sa dá dosiahnuť použitím skôr vytvorených takzvaných syntetických imunitných látok (známych napríklad pre kukuricu). Uvedené syntetické látky sa vyrábajú na základe kríženia 8-10 imunitných línií charakterizovaných rozdielnou ekologickou plasticitou a zložením faktorov imunity. Mnohé zo syntetických materiálov sú dobrými zdrojmi na vytváranie imunitných línií pri ďalšom vývoji jednoduchých a dvojitých línií..

mutagenéza. Na rozdiel od hybridizačných metód sú dosť namáhavé a vyžadujú si mnoho rokov práce, aby sa dosiahol konečný výsledok. Experimentálna (umelá) mutagenéza umožňuje krátke obdobie na zvýšenie variability rastlín a získanie mutácií rezistencie, ktoré sa nenachádzajú v prírode..

Experimentálna (umelá) mutagenéza je založená na cielenom pôsobení rôznych fyzikálnych a chemických mutagénov na rastliny (ionizujúce, ultrafialové, laserové žiarenie, chemikálie) na rastliny, v dôsledku čoho sa v rastlinných organizmoch vyskytujú génové mutácie (zmeny v molekulárnej štruktúre génu) a chromozomálne mutácie chromozómové štruktúry) alebo genomické (zmeny v sadách chromozómov).

Najcennejšie génové mutácie vo výberovom pláne, ktoré na rozdiel od chromozomálnych nevedú k pylovej sterilite, neplodnosti alebo nekonštantným mutantným líniám. Génové mutácie rezistencie sa najčastejšie spájajú buď s nahradením bázy v určitej oblasti DNA chromozómu, alebo so stratou, pridaním, pohybom. Dôsledkom toho je zmena genetického kódu, a teda zmena fyziologických a biochemických mechanizmov bunky, čo vedie k inhibícii rastu, vývoja a reprodukcie patogénu..

Metóda umelej mutagenézy pri šľachtení na odolnosť voči chorobám sa používa v mnohých krajinách, nemožno ju však považovať za hlavnú metódu získavania rezistentných foriem rastlín. Táto metóda sa najúčinnejšie používa pri práci na rezistencii u plodín, ktoré sa množia vegetatívnym spôsobom, pretože ich množenie semenami vedie k veľkému rozštiepeniu potomstva kvôli vysokému stupňu heterozygotnosti..