WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |

«[Methodical bases of plant breeding] Book · October 2009 CITATIONS READS 2 authors, including: N. P. Goncharov Institute of Cytology and Genetics 103 PUBLICATIONS 742 CITATIONS ...»

-- [ Страница 3 ] --

Т.М. Стевенсон отмечал, что массовый отбор кормовых культур позволяет отбирать экотипы для улучшения перекрестноопыляемых растений, используя результаты естественного отбора; при этом экотипы в последующем, после тщательного подбора компонентов и оценки потомков по кормовой и семенной продуктивности, высеваются в условиях свободного переопыления [Stevenson, 1939]. В НИИ селекции и семеноводства хлопчатника (Ташкентская область, ныне Республика Узбекистан) первые районированные сорта люцерны Ферганская 700, Ташкентская 721, Ташкентская 3192 были созданы методом массового отбора из лучших образцов других сортов, выращенных без изоляции [Бурнашева, 1974].

По мнению К. Пангало [1933], при работе с самоопылителями массовый отбор для получения нового выровненного и однотипного сорта следует проводить в течение 3–5 лет, при работе с перекрестноопыляющимися растениями – приблизительно 8–12 лет. И даже в случае достижения практической выровненности сорта его нельзя оставлять без дальнейшего ухода, отбор необходимо продолжать, иначе сорт, полученный посредством массового отбора, очень скоро “выродится”. Это произойдет вследствие того, что как бы тщательно ни проводился массовый отбор, много растений, однородных по фенотипу, будут генетически разнородны, т. е. в большей или меньшей степени гетерозиготны.

Д. Хейнрикс отметил необходимость сочетания массового отбора с испытанием по потомству [Heinrichs, 1964]. При работе с люцерной он применил 112 Глава 3 три цикла отбора материала, полученного путем поликросса 33 клонов, и выделил форму, превышающую по продуктивности средний показатель.



Сорта люцерны, созданные на Московской селекционной станции с проведением повторных отборов, по семенной продуктивности превысили стандарт (сорт Северная гибридная). На второй год жизни сорт Аугуне II по урожаю семян превосходил значительно стандарт, а также сорта Ладак (США), Казанская 64/95, Межотненская, Дю-Пюи (Франция) [Соколова, 1975].

Биотипический групповой отбор можно считать разновидностью массового.

Ведется он по биотипам, т. е. по группам однотипных растений. Каждая группа клонируется или убирается на семена отдельно, при этом принимаются меры по изоляции, исключающие возможность переопыления биотипов между собой. В пределах каждой группы растения свободно переопыляются, а семена со всех растений объединяют.

В связи с тем, что между важнейшими признаками и свойствами люцерны нередко проявляется обратная корреляционная зависимость (например, между кормовой и семенной продуктивностью), такие отборы в популяции чрезвычайно затруднительны.

Исследования показали, что в составе популяций сортовых и дикорастущих форм люцерны наблюдается чрезвычайно большое разнообразие биотипов как по морфологическим признакам, так и по хозяйственно-биологическим свойствам, что дает богатейший материал для отборов.

Например, в популяции люцерны по морфологическим признакам и массе семян была обнаружена следующая изменчивость:

Число на одно растение, шт.: Среднее Размах изменчивости стеблей 2,3 1–10 соцветий 11,3 3–53 семян 93,0 0–543 Масса семян на одно растение, г 0,17 0–1,00 Подобная картина наблюдалась и в отношении биохимических признаков.

Так, образец люцерны 3h59 в общих посевах представляет собой достаточно выровненную по морфологическим признакам популяцию типично синегибридной группы, которая преобладала, составляя около 2/3. В то же время при оценке по содержанию сырого протеина были выявлены три явно выраженные группы (табл. 3.5). Это позволило провести селекцию на качество, и в результате сорта Таежная и Тулунская гибридная имеют повышенное содержание протеина. Выделенные группы также различались между собой по архитектонике растений, облиственности и продуктивности.





–  –  –

В популяциях возделываемых сортов самые высокопродуктивные растения составляют около 3–4 % от общего количества, поэтому для эффективной работы в питомниках отбора следует иметь не менее 2–4 тыс. растений.

Отбор можно проводить и по косвенным признакам. Например, известно, что более зимостойкие формы многолетних трав медленнее растут и раньше приостанавливают рост осенью, имеют прижатую к поверхности почвы розетку.

Нужные биотипы выделяют как из естественной, так и из искусственной популяции. Если выделена группа растений одного биотипа, то внутри группы возможно свободное переопыление растений; если из популяции отобрано несколько биотипов, то переопыление между разными биотипами не допускается, чтобы не нарушить их однородности. Сформированные биотипы используют как основу нового сорта (сортов) либо на их основе создают новую популяцию для будущего сорта. Из дикорастущей популяции костреца безостого к-3431 в СибНИИСХ путем биотипического отбора создан сорт СибНИИСХоз-88.

В НИИ аграрных проблем Хакасии из коллекционного образца ВИР к-221 путем проведения трех циклов биотипического отбора создан сорт пырейника новоанглийского (бескорневищного) Абакан. Сорт включен в “Государственный реестр…” в 2000 г.

Эффективность массового отбора зависит от эффекта гена(-ов), контролирующего признак, по которому ведется отбор; от характера наследуемости признака; взаимодействия генотип–окружающая среда и величины выборки [Бороевич, 1984]. Кроме того, как отмечают Ф. Бриггс и П. Ноулз [1972], фаза развития растения, на которой проводят отбор, также влияет на его эффективность. Если отбор вести до цветения, то из популяции можно удалить нежелательные растения, а в скрещивании будут участвовать и передавать свои гены следующим поколениям только оставленные для переопыления. Если же отбор проводят после цветения, отобранные растения уже переопылены со всеми другими, имеющимися в популяции, и многие гены, контролирующие нежелательные признаки у выбракованных растений, сохранятся в генотипах выделенных форм. Поэтому отбирать и браковать следует до цветения.

Массовый отбор – исключительно эффективный метод селекции и особенно эффективен, когда имеется большой спектр изменчивости и когда он применяется в отношении признака с высокой степенью наследуемости. В то же время, когда уже удалось добиться улучшения, массовый отбор может оказаться в дальнейшем не эффективным. Если же давление отбора ослабнет, есть вероятность, что популяция вернется к исходному состоянию. Сдвиг выраженности признаков и свойств популяции в нежелательную сторону обычно происходит в малых популяциях при получении семян за пределами того района, где она была селектирована и к внешним условиям которого адаптирована.

Поскольку при проведении как негативного, так и позитивного массового отбора селекционеры имеют дело с фенотипом, применение этих методов при отборе на признаки, сильно модифицируемые условиями внешней среды (например, урожайность), может дать незначительные результаты. При этом в потомстве растений, отобранных по доминантному признаку, из гетерозигот часто выщепляются нежелательные экземпляры с рецессивным признаком, так как гомо- и гетерозиготные формы в таком случае по фенотипу часто неразличимы. Поэтому при позитивном массовом отборе более надежные результаты дает выделение растений по рецессивному слабо модифицируемому признаку.

114 Глава 3 В практической работе успех всегда бывает более надежным при комплексном подходе к проблеме. При отборе из гетерозиготного материала высокопродуктивных форм вначале целесообразно вычленить из популяции путем позитивного массового отбора растения по какому-то рецессивному признаку, например, по голозерности или белозерности, а затем уже в этом достаточно однородном по морфологическим признакам материале отобрать более продуктивные формы. Однако, поскольку большинство количественных признаков, в том числе и урожайность, достаточно сильно модифицируется, то лучше на втором этапе селекции воспользоваться индивидуальным отбором.

Отмечено, что в популяциях неприспособленные биотипы растений удаляются естественным путем под влиянием условий окружающей среды [Хенсон, Карнахан, 1959]. По мнению авторов, массовый отбор дает ряд явных преимуществ при работе с перекрестноопыляемыми растениями, особенно на ранних этапах проведения селекции. Успех в повышении зимостойкости, устойчивости к болезням и продуктивности будет больше в местностях, находящихся за пределами зоны, оптимальной для селектируемого вида. По-видимому, здесь под влиянием несколько отличных условий в отбор попадут формы, не выделяющиеся в основном ареале селектируемого вида.

Главное преимущество массового отбора – это сравнительно быстрое получение большого количества семян улучшаемого сорта. В частности, он очень эффективен при отсутствии селекционных сортов какой-либо культуры в данном районе.

–  –  –

Индивидуальный отбор – это отбор, основанный на оценке материала по потомству отобранных и индивидуально размножаемых лучших растений. У самоопылителей индивидуальный отбор чаще проводят однократно, у перекрестников – многократно и непрерывно. При однократном индивидуальном отборе у самоопыляющихся растений процедура обычно сводится к проведению через все звенья селекционного процесса однажды отобранных элитных растений (рис. 3.7). Различия в применении однократного индивидуального отбора, если исходным материалом не была популяция*, заключаются лишь в том, в каком поколении гибридов (F2, F3 или более поздних) он проводится.

Если для применения массового отбора рекомендуется брать в качестве исходного материала местные сорта, а из иностранных и инорайонных только те, которые давно культивируются в данной местности и хорошо зарекомендовали себя в производстве, то проведение индивидуального отбора позволяет селекционеру придерживаться совершенно иной стратегии. Исходным материалом для индивидуального отбора может служить любой сорт-популяция, незаПопуляция – все генетически неоднородные группы независимо от того, представлены они смесью гомозиготных растений с генетически различной конституцией (у самоопылителей) или преимущественно смесью гетерозиготных растений (у перекрестноопыляемых).

Методы селекции Рис. 3.7. Схема индивидуального отбора у самоопылителей.

1 – семья, отобранная в питомнике 1-го года; 2 – выбракованная семья; 3 – стандарты (исходная популяция и лучшие районированные сорта).

висимо от его происхождения, поскольку даже у самоопыляющихся растений в сортовых популяциях наблюдается значительное разнообразие, а ценные с селекционной точки зрения экземпляры могут встречаться в образцах практически любого происхождения.

Таким образом, при индивидуальном отборе родоначальником нового сорта является одно растение. При этом в отличие от массового, индивидуальному отбору могут подвергаться сразу много популяций, и чем они разнообразнее, тем он более эффективен.

Ф. Бриггс, П. Ноулз [1972] утверждают, что у перекрестноопыляющихся культур индивидуальный отбор лишь в редких случаях используется при создании новых сортов, поскольку одно растение, по их мнению, не содержит в себе достаточное количество различных аллелей, даже с учетом того, что семена получены в результате скрещивания между собой многих растений. В то же время к факультативным самоопылителям индивидуальный отбор применялся довольно часто в виде варианта, получившего название “метод половинок” (см.

ниже с. 134).

Отсутствие необходимости в проведении повторного индивидуального отбора у самоопылителей было показано датским ученым В. Иоганнсеном [1935], разработавшим учение о чистых линиях. Термином “чистые линии” он обозначил потомство одного гомозиготного самоопыляющегося растения, показав однородность его в наследственном отношении, а также бесперспективность отбора внутри него. Проведенный им в течение шести поколений индивидуальный отбор не дал существенной разницы по средней массе зерна фасоли, полученной из семян как мелкой, так и крупной фракции. На основе этого исследования В. Иоганнсен сделал вывод о неэффективности отбора внутри чистой линии, в которой все растения имеют одинаковые генотипы: “…отбор внутри чистых линий не вызывал никакого смещения типа” (с. 67). Однако и в чистой линии могут возникать изменения вследствие спонтанных мутаций, что не исключает в конечном счете возможности получения из них новых сортов.

В. Иоганнсену пришлось опровергать широко распространенное в то время представление, что “постоянно присущие каждой разновидности или расе 116 Глава 3 индивидуальные отклонения от типа (т. е. среднего выражения какого-либо признака) могут стать исходными толчками для смещения этого типа, как скоро выступит на сцену определенно направленный отбор.

Если бы этот взгляд был правилен, то из него, как следствие, вытекало бы представление, что отбор сам по себе является существенным условием для появления особей, все более и более отклоняющихся от первоначального типа.

То есть необходимо было бы самый отбор до некоторой степени рассматривать как причину изменчивости, “стремящейся все далее в направлении отбора” [Иоганнсен, 1923, с. 36].

Учение о чистых линиях легло в основу современных принципов селекции, оградив селекционеров от больших объемов ненужной и в большинстве случаев бесперспективной работы.

С. Бороевич [1984] отмечает, что при проведении индивидуального отбора желательно соблюдать определенную последовательность действий: 1) отбор растений из популяции; 2) посев семян с каждого отобранного растения отдельными рядками или на специальных делянках; 3) отбор наилучшего потомства, т. е. линий из намеченных при первом отборе растений; 4) испытание отобранных линий и их размножение (см. рис. 3.7).

Поскольку индивидуальный отбор проводится с последующим испытанием потомства, то его можно считать отбором генотипическим. Он применяется как для создания новых сортов, так и для поддержания в чистоте уже существующих. Однако в отличие от массового отбора при поддержании сортов можно на следующий после отбора год оценить каждую линию отдельно и уже после этого объединить типичные образцы в качестве обновленного материала для получения элиты в последующие годы.

Чтобы дать каждому отобранному растению генотипическую оценку, надо всесторонне изучить его потомство и по потомкам “узнать” родителей. Показатели отдельного растения в посеве могут модифицироваться под влиянием внешних условий. Однако показатели потомства, представленного группой растений, уже отражают генотипическую структуру родителей. При этом конкурентоспособность потомства оценивают, высевая и изучая растения в условиях, максимально приближенных к производственным, а также оценивают устойчивость к болезням и вредителям, применяя соответствующие фоны.

В данном случае часто срабатывают статистические принципы, ибо продуктивность множества всегда полнее и точнее отражает потенции будущего сорта, чем продуктивность отдельно взятого растения.

Индивидуальный отбор бывает одно- и многократным, а также непрерывным (систематическим). В необходимых случаях возможно сочетание индивидуального отбора с массовым и, кроме того, с методами, обеспечивающими получение форм с большим спектром гетерозиготности (гибридизация, мутагенез и др.).

У перекрестноопыляющихся растений применяется индивидуально-семейственный отбор, а у размножающихся вегетативно – клоновый. При этом данные типы отбора могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами.

Схема проведения индивидуального однократного отбора различна для само- и перекрестноопыляющихся растений (см. рис. 3.7 и 3.8).

Методы селекции Рис. 3.8. Схема индивидуально-группового (семейственного) отбора у перекрестноопыляющихся растений.

Основное отличие индивидуального отбора от массового состоит в том, что в первом случае производится очистка популяции от всего отрицательного, во втором – тщательные поиски всего выдающегося [Пангало, 1933].

Индивидуальный однократный отбор у самоопылителей проводят в том случае, когда используется материал негибридного происхождения. Потомство отобранного самоопыляющегося растения обычно гомогенно, имеет большое сходство с родительской формой, поэтому повторный отбор в таких случаях, как правило, не проводится. Выбранные из этого потомства элитные растения обрабатывают и описывают в лабораторных условиях по общепринятой схеме структурного анализа. Каждое растение (колос) обмолачивают отдельно, взвешивают и подвергают глазомерной оценке. После тщательной оценки худшие выбраковывают, а лучше оставляют, засыпая отобранные семена в отдельные пакеты. Пакеты нумеруют, занося их номера в журнал по установленной в селекционном учреждении индикации (см. разд. 7.6). Если образец по намеченным параметрам удовлетворяет поставленным селекционером задачам, то он под этим номером проходит всю схему селекционного процесса вплоть до признания за ним статуса сорта, т. е. госсортоиспытания.

Индивидуальный многократный отбор применяется, когда образец не удовлетворяет поставленным задачам или в случае его неоднородности. При необходимости могут быть приняты дополнительные меры по приданию ему новых или намеченных ранее признаков и свойств или степени их выраженности с применением различных методов, в частности рекомбинации, мутагенеза и т. д. При работе с перекрестноопыляющимися растениями повторные (многократные) отборы являются обычным делом. При проведении многократного отбора в задачу селекционера входит закрепление у растения намеченного 118 Глава 3 уровня хозяйственно ценных свойств или, в случае самоопылителей, придание новых и усиление уже проявившихся в потомстве качеств. Техника отбора и браковки при многократном отборе та же, что и при однократном. Процедура проведения отбора на завершающем этапе вплоть до создания сорта ничем не отличается от рассмотренной выше для однократного отбора. Если же образцу требуется доработка, проводят повторный отбор, который может выполняться неоднократно, не нарушая этапов прохождения селекционного материала, по ранее намеченной схеме селекционного процесса.

Отбор индивидуальный непрерывный – индивидуальный отбор, применяемый в селекции и семеноводстве перекрестноопыляющихся культур в целях усиления или поддержания у сорта тех или иных признаков в течение всего времени использования его в производстве.

Клоновый отбор, или индивидуальный отбор по клонам, применялся преимущественно при селекции вегетативно размножающихся растений (картофель, луки, некоторые виды многолетних трав, плодовые и др.). Клоном принято считать потомство одного клубня, луковицы или корня, размноженное вегетативно. Все растения, являющиеся потомками одного клона, генетически однородны, поэтому клоны можно условно считать идеальными чистыми линиями. И, тем не менее, путем клонирования удается получать новые сорта, например, у плодовых культур или картофеля. Этому, по-видимому, способствуют соматические мутации, обеспечивающие селекционера необходимой изменчивостью для проведения отбора. И.В. Мичурин в 1888 г. обнаружил у сорта яблони Антоновка могилевская белая соматическую мутацию, послужившую исходной для создания сорта Антоновка полуторафунтовая.

Иногда формы, нуждающиеся в улучшении, вовлекают в гибридизацию и уже из потомства гибридных растений отбирают клоны, а затем размножают их вегетативно и испытывают. Клоновое вегетативное размножение используют и для увеличения коэффициента размножения многолетних трав и хлебных озимых злаков. После оценки лучшие из них можно разделять повторно и высаживать изолированно с применением пространственной или экрановой изоляции, а также искусственных изоляторов. Для получения семян внутри каждого клона проводят самоопыление. Причем при пространственной изоляции часто можно получить больше семян, чем под искусственными изоляторами. Кроме того, размножение при пространственной изоляции дает возможность определить у образцов перекрестноопыляющихся видов степень автофертильности данного клона в естественных условиях.

Семейственно-групповой отбор можно считать разновидностью индивидуального отбора у перекрестноопыляющихся видов, поскольку отбор проводят по одному растению или клону, а затем потомства индивидуально отобранных растений, имеющих сходные морфологические признаки, биологические и хозяйственные свойства, объединяют в группы и выращивают в условиях изоляции, т. е. переопыление происходит только в пределах группы сходных семей (рис. 3.9). В отличие от индивидуально-семейственного отбора (рис. 3.10), при котором изолируются отдельные семьи и растения переопыляются только в пределах одной семьи, что часто вызывает ослабление потомства в результате инбридинга, семейственно-групповой вариант позволяет снизить депрессию от Методы селекции

Рис. 3.9. Схема семейственно-группового отбора, из [Гуляев, Мальченко, 1975].

инбридинга и уменьшить количество используемых изоляторов до числа однородных групп. При отборе в семьях сравнительно быстро достигается выравнивание, усиление и закрепление желаемых признаков, но в силу близкородственного оплодотворения наблюдается в той или иной степени выраженная инбредная депрессия. Хорошие результаты дает предварительное выращивание взятых для переопыления потомств на различных фонах.

В СибНИИРС нами был проведен индивидуально-семейственный отбор среди гибридного материала костреца безостого. При этом выделили два лучших образца, которые включили в конкурсное сортоиспытание. Если сортстандарт Антей в среднем за пять лет (два цикла) испытания дал 358 ц/га зеленой массы, 88,8 – сена и 5 ц/га семян, то образец Г-217 – 377, 94,2 и 5,7 ц/га соответственно, или 105, 107 и 114 %. В конкурсном испытании среднее содержание белка в период массового цветения растения у сорта Антей равнялось 11 %, у образца Г-217 – 12,2 %.

Чтобы не допустить при повторном отборе переопыления лучших растений худшими, хотя и отобранными ранее индивидуальным методом, применяют удаление последних до начала цветения. Удаление проводят в один или несколько приемов в зависимости от биологии селектируемых видов (дружное или растянутое цветение). Дж. Грехем с соавт. провели 11 циклов отбора люцерны на устойчивость к ржавчине и цикадке при повторном заражении отобранных форм и последующем скрещивании их между собой, но в пределах популяции [Grahan et al., 1965]. Работу проводили в теплице и камерах. Уже 120 Глава 3

Рис. 3.10. Схема индивидуально-семейственного отбора, из [Гуляев, Мальченко,1975].

три цикла отбора с заражением оказались эффективными и дали практические результаты.

При использовании любой разновидности индивидуального отбора отбирается всегда большое количество индивидов – тысячи и десятки тысяч, поэтому, замечает К. Пангало [1933], селекционеру необходимо рассчитать как число родоначальников, так и число “семей, которые следует выбраковывать каждый год, учесть и определить строгость отбора для того, чтобы к концу проведения работы не выбраковывать все семьи и не быть принужденным начать дело сначала” (с. 163).

–  –  –

Приступая к синтетической селекции, исследователь рассчитывает, что ему удастся подобрать такие родительские компоненты, которые смогут приМетоды селекции внести в новый сорт желаемые признаки и(или) свойства, способные обеспечить прирост продуктивности, улучшение качества и устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам. Родительские формы желательно оценить по комбинационной способности [Пухальский А.В. и др., 1982]. При этом гибриды должны сохранять преимущество и в последующих поколениях.

Все описанные выше схемы проведения отборов даны без каких-либо деталей и частностей. В зависимости от культуры, с которой работает селекционер, эти методы варьируют и видоизменяют. Считается, что при селекции той или иной культуры селекционер, как правило, не пользуется какой-либо одной схемой отбора или одним методом, а сочетает их, применяя последовательно или одновременно используя сильные стороны каждого.

Комбинированный отбор проводят в том случае, если в поколении, предназначенном для начала отбора, накапливается слишком много растений. Индивидуальный отбор лучших экземпляров делают в таком случае по возможности более строгим и комбинируют его с массовым [Хохлов, 1934].

Тандемный отбор проводится путем отбора признаков по очереди, в ряде последовательных поколений, а не одновременно.

Большие преимущества имеют системы отбора с использованием селекционных индексов [Майо, 1984]. В нашей стране проблема использования индексов в селекции интенсивно разрабатывалась В.А. Драгавцевым с сотр. [1980].

Правда, это в основном затрагивало исторический аспект: авторы анализировали информацию о том, с использованием каких систем индексов можно связать успех того или иного селекционера (например, у В.С. Пустовойта выявили систему “лузга–масло”). В то же время теория – какие системы индексов использовать – и стратегия – для чего – у них достаточно не разработаны (см.

[Драгавцев и др., 2003]).

Семейственный, или полиандрический отбор – разновидность индивидуального многократного отбора. По сути это тот же метод, только проводимый без изоляции и, следовательно, являющийся комбинацией массового и индивидуального отборов: индивидуальный по матери, но массовый по отцу. Подобное сочетание методов приводит и к объединению их отрицательных сторон – медленное получение значительного количества семян (от индивидуального) и длительность достижения гомозиготности материала (от массового).

Для устранения указанных недостатков был разработан парный отбор – метод создания семьи (сорта) на основе двух конкретных родительских растений.

В этом случае стало возможно проводить работу и по отцовскому компоненту.

Отбор родоначальников проводится так же, как и при индивидуальном отборе, с той лишь разницей, что обычно подбирают родителей, незначительно различающихся фенотипически. В потомстве стараются выбраковывать все неоднородные семьи, а родительские пары, подобранные по такому же принципу, пустить в размножение. Парный метод широко применялся при работе с сахарной свеклой и рожью.

В заключение заметим, что не существует никаких правил и запретов для комбинирования различных методов отбора и схем его проведения, – все зависит от селекционера и поставленных им задач.

122 Глава 3

3.3. МЕТОДЫ СИНТЕТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ

Кто хочет – ищет возможности, кто не хочет – ищет причины.

Получение новых сортов при помощи гибридизации с последующим отбором, т. е. синтетическая селекция, составляет один из обширнейших разделов практической селекции. При этом сначала происходит синтез новых форм, а затем уже отбор из них. Следовательно, при синтетической селекции основой селекционного материала для отбора служат формы, созданные путем гибридизации. При этом в одном гибридном растении пытаются объединить признаки (свойства) лучших родительских компонентов.

Исключительное развитие в XX в. синтетическая селекция получила в Канаде, США и Австралии, где не существовало аборигенных сортов большинства сельскохозяйственно важных культур и куда они были завезены из Старого Света. В этих странах должны были создаваться сорта, пригодные для местных агроклиматических условий [Фляксбергер, 1938; Lupton, 1987].

При использовании методов синтетической селекции необходимо определить: а) каким образом подбираются родительские пары для скрещивания (подбор пар, проблема доноров), т. е. подобрать нужную комбинацию для скрещивания и б) каким образом из расщепляющейся гибридной популяции выделить конкретное растение (линию, клон и т. д.), способное стать новым сортом.

Подбор пар для скрещивания, или выбор исходного материала для решения конкретной селекционной задачи, а также примыкающая к нему проблема доноров, связанная с разработкой методов поиска и выявления потенциальных родительских форм как компонентов при скрещивании, будут рассмотрены ниже (см. разд. 3.3.1 и 4.3.2).

Следует отметить, что в большинстве случаев создание генетического разнообразия не является лимитирующим этапом в деле улучшения сельскохозяйственных культур; чаще ограничивают этот процесс возможности эффективного обнаружения и стабильного отбора полезных рекомбинантов [Карлсон, Райс, 1980]. Поэтому существенную часть селекционных программ составляют стратегия и разработка методов отбора при скрещивании.

В общем случае выведение сорта путем скрещивания по сравнению с простым отбором требует нескольких лишних лет работы, и это заставляет уделять особое внимание методам ускорения создания новых сортов, т. е. повышению их эффективности и сокращению материальных и временных затрат.

3.3.1. Отбор при скрещиваниях C’est en forgean, qu’on devient forgeron.

Улучшение сортов – столь же древнее занятие, как и само земледелие.

Простой отбор велся тысячелетиями, пока в XVIII в. для создания новых сортов не были целенаправленно проведены первые скрещивания.

Как мы уже отмечали выше, в настоящее время методы получения новых сортов посредством гибридизации в практической селекции являются основными. Гибридизация в значительной степени расширяет возможности селекМетоды селекции ционеров по созданию селекционного материала, направляя отбор на использование новых, более определенных его источников. При этом трансгрессии генов являются источником дополнительной изменчивости. Это особенно важно для тех культур, “обширные природные сортовые ресурсы которых достаточно широко пропущены через фильтр селекционера” [Федоров, Еремеев, 1935, с. 355]. Г. Вильморен [1939] считал, что гибридизация есть “чудное по своей простоте свойство, простое и быстрое средство передачи разновидности специальных качеств... Это в то же время средство сосредоточить в одном растении особенности, рассеянные в различных разновидностях, лишь бы они не были противоречивыми и несовместимыми” (с. 53).

Только в случае создания гетерозисных гибридов скрещивание само по себе, без использования какого-либо отбора, способно дать новый коммерческий сорт. Однако и тогда проводится оценка материала по потомству, т. е. выбор родоначальников для подходящих комбинаций скрещивания. Поэтому мы рассматриваем эти два вопроса – проблему доноров (см. с. 145) и подбор пар при скрещивании (см. разд. 4.3.2) – раздельно, несмотря на то, что они очень близки.

Отбор по доминантным признакам Процедуры отбора по доминантным и рецессивным признакам имеют целый ряд существенных различий.

Во-первых, отбор по доминантным признакам занимает больше времени, чем по рецессивным. Следовательно, его относительная эффективность, выраженная как функция от времени, значительно ниже. Во-вторых, фенотипическая и генотипическая однородности значительно различаются. Достижение генетической однородности, в отличие от фенотипической, весьма затруднительно. И чем большим числом генов контролируется признак, тем сложнее будет проводить по нему отбор, скорость которого, кроме того, будет зависеть и от используемого метода.

В то же время длительный искусственный отбор по количественному признаку может устойчиво преобразовывать генетическую структуру популяции, и эта преобразованная структура устойчива, если не произойдет мутация или не вмешаются другие факторы [Васильева, 1984]. Чтобы добиться высокой вероятности успеха в работе с доминантными признаками, необходимо главным образом иметь достаточно большое число популяций для первоначального отбора [Майо, 1984]. При поиске редких признаков отбор может потребовать анализа огромного числа популяций. Например, при отборе по трем дискретным признакам (каждый с частотой 10–4) необходимо выделить из популяций свыше 400 тыс. линий, чтобы с вероятностью 95 % получить по крайней мере один фенотип, имеющий одновременно все три искомых признака.

Для двух доминантных признаков объем популяции F2 гибридов, из которой можно выделить n необходимых селекционеру для дальнейшей работы растений, составляет 16n особей. Для общего случая можно воспользоваться формулой 4m n, где m – число признаков, по которым ведется отбор.

Если в семьях F4 гибридов не происходит расщепления ни по одному из интересующих доминантных признаков, то за ними в дальнейшем можно больше не следить, т. е. отбор по доминантным признакам можно прекратить не ранее F4 гибридов.

124 Глава 3 Отбор по рецессивным признакам При отборе по рецессивному признаку уже в F2 гибридов можно выделить нужные индивиды. Однако необходимо проанализировать еще хотя бы одно поколение, например, F3 гибридов. Правда, причины возможной нестабильности (гетерозиготности) гибридного потомства при отборе по рецессивным признакам иные, чем при отборе по доминантным. Достижению полной однородности в естественных (поле) или контролируемых (теплица, фитотрон) условиях будет препятствовать, с одной стороны, то, что удаление (браковка) растений с доминантными признаками происходит обычно после цветения, когда уже могут быть опылены отобранные для размножения экземпляры растений (способ устранения этого препятствия – индивидуальная изоляция материала при отборе на рецессивные признаки); с другой стороны, в число отбираемых экземпляров могут попасть растения из бракуемой группы, являющиеся крайними вариантами и из-за модификационной изменчивости имеющие слабую выраженность доминантного признака, которая служит “основанием” для отбора. В такой ситуации массовый отбор будет самым медленным способом получения гомозиготных по рецессивному признаку форм. Наиболее быстро позволяет решить проблему инбридинг. Остальные методы отбора занимают промежуточное положение и в зависимости от строгости изоляции приближаются либо к массовому отбору, либо к индивидуальному.

Чем большим числом генов контролируется признак, тем больше наследственно разнообразные группы будут перемешиваться при опылении и трансгрессировать в фенотипе. В связи с этим отбор будет идти все медленнее и труднее. Ясно, что выделить неварьирующие рецессивные признаки, к которым относятся некоторые качественные, контролируемые полимерными генами, например, отсутствие окраски колоса, окраски зерна или наличие остей, значительно легче, чем трансгрессирующие количественные признаки. Выбор и применение методов селекции очень сильно зависят от способа размножения и опыления селектируемых растений.

По этому критерию растения делятся на:

1) самоопыляющиеся, 2) перекрестноопыляющиеся, 3) вегетативно размножаемые. У первых опыление происходит в пределах одного и того же цветка, и особенности биологии цветения препятствуют переносу пыльцы с одного цветка (растения) на другой. У вторых опыление возможно только между отдельными растениями благодаря наличию систем, препятствующих самоопылению.

Препятствия могут либо обусловливаться генетически, либо определяться строением цветка, механизмом цветения или оплодотворения. Перекрестноопыляющиеся растения делят на ветро- и насекомоопыляемые. Третью группу растений в обычной (производственной) обстановке размножают посредством клубней, корней или других вегетативных органов.

Подробно способы опыления возделываемых растений описаны в работе Р. Френкеля и Э. Галуна [1982], в которой приведены также перечни в норме самоопыляющихся и перекрестноопыляющихся видов культурных растений.

Отбор у самоопылителей При работе с самоопыляющимися растениями применяют методы и аналитической, и синтетической селекции; при этом селекционеры используют, как правило, два основных способа отбора – массовый и индивидуальный.

Методы селекции А.С. Серебровский [1969] приводит обобщенную схему селекции самоопыляющихся видов, из которой следует, что после изучения исходного материала проводится отбор (рис. 3.11). Он может повторяться, быть индивидуальным, массовым или комбинированным.

При синтетической селекции самоопылителей применяют как однократный, так и дву-, трех- и более кратный массовый отбор. Как правило, применение однократного массового отбора не приводит к значительному по сравнению с исходным материалом улучшению. Многократный отбор ведется в течение ряда лет в потомствах от лучших растений, отобранных в предыдущий год. Таким образом достигается постепенное накопление в будущем новом сорте форм, являющихся наиболее ценными в хозяйственно-биологическом отношении. Любой массовый отбор, независимо от его продолжительности (повторности), приводит к образованию сорта-популяции, состоящего из смеси потомств многих лучших растений.

С момента перевода селектируемого материала в контрольный питомник параллельно начинается его размножение. В качестве контроля желательно использовать лучшие (лучший) районированные сорта для выявления хозяйственной ценности новых форм.

Отбор поддерживаемых в чистоте самоопыляющихся линий применим только в отношении тех видов, у которых в естественных условиях распространен инбридинг. Как правило, однократного отбора в таких популяциях достаточно, чтобы исчерпать имеющуюся изменчивость. Если требуется дальнейшее улучшение сорта, применяют дополнительные скрещивания с последующим отбором внутри расщепляющих популяций. В качестве другого родителя выбирают сорта (формы), способные исправить недостатки или улучшить какиелибо параметры. Если частота рекомбинантов недостаточна для селектирования, то скрещивания повторяют.

Отбор в расщепляющихся поколениях гибридов самоопыляющихся растений можно начинать в F2, но поскольку он обычно проводится на основе одного растения, когда трудно отличить проявления генотипические от фенотипических, то отбор обычно повторяют в F3 гибридов и(или) в последующих поколениях. При этом выбраковывают худшие популяции (семьи) – массовый негативный отбор – или худшие растения внутри популяции (семьи) – индивидуальный негативный отбор.

Отбор у самоопыляющихся растений по признакам, контролируемым олигогенно, эффективен, если фенотипы легко различимы. Его легко провести среди семей F4–F5 “простых” гибридов. Однако при отборе в сложных гибридных популяциях, обладающих значительной гетерозиготностью, и в разных гибридных поколениях возникают определенные проблемы из-за того, что фенотип не отражает генотипа (в такой ситуации в F4–F5 гибридов у селекционера накопится большой объем материала). Преодолеть это можно путем применения негативного отбора начиная с F2 гибридов, и от поколения к поколению следует исключать весь материал, не отвечающий поставленным целям. Однако в таком случае из популяции выпадут и останутся не изученными линии, выбракованные в F2–F3 гибридов.

При самоопылении в каждом последующем поколении частота гетерозигот уменьшается вдвое, что приводит к быстрому достижению гибридами гомоГлава 3

Рис. 3.11. Схема селекции самоопылителей, из [Серебровский, 1969]:

а – при однократном отборе; б – при многократном отборе; СП-1, СП-2 – селекционный питомник 1-го и 2-го года испытания; КП-1, КП-2 – контрольный питомник 1-го и 2-го года испытания; контролем во всех питомниках испытания служат исходные формы и лучшие районированные сорта.

Методы селекции зиготного состояния. Положительно оценивая отбор с ранних поколений (в F2 гибридов), О. Майо [1984] отмечает, что в таком случае на результаты отбора оказывают влияние гетерозис и конкуренция между растениями. Продуктивные гетерозиготы, выделенные в ранних поколениях, могут потерять свое преимущество в последующих поколениях, и отбор окажется неэффективным.

Вместе с тем в генотипически разнородных популяциях, где каждое из растений в отдельности достаточно гомозиготно, могут наблюдаться отличия в их конкурентоспособности. Растения, обладающие низкой конкурентоспособностью, в уплотненных посевах могут выпадать, а другие, наоборот, доминировать.

Это затрудняет оценку каждой отдельной особи, но в то же время дает в руки селекционера достаточно материала для отбора (удачного или неэффективного).

Д.Ф. Петров [1971] отмечает, что преобладание самоопыления у сельскохозяйственных растений накладывает отпечаток на их физиологические и генетические особенности. Самоопыление приводит к тому, что все рецессивные мутации вскоре после своего появления подвергаются воздействию естественного отбора: полезные изменения закрепляются, а вредные элиминируются.

Поэтому в генофонде самоопылителей отсутствуют летальные и полулетальные гены, однако сохраняются рецессивные гены, дающие подобный эффект комплементарно. Популяции самоопыляющихся растений, сложившиеся под влиянием естественного и искусственного отборов, можно рассматривать как сложные смеси различных гомозиготных линий. Они представляют собой богатый материал для селекции.

В противоположность массовому индивидуальный отбор из местных популяций самоопылителей применяется, как правило, однократно, т. е. внутри выделенных лучших линий повторный отбор не проводят. Однако это не абсолютное правило. Например, Г. Нильсон (Свалёф, Швеция) путем индивидуального отбора из стародавнего местного сорта овса вывел сорт Победа, а вскоре германские семеноводы братья Диппе уже из него посредством того же индивидуального отбора вывели новый сорт Победитель (Победитель Диппе), морфологически не отличающийся от первого, но обладающий большей устойчивостью к полеганию, а в ряде районов Германии – и большей урожайностью.

Тем не менее большинство селекционеров отрицательно относится к применению многократного индивидуального отбора в пределах линии. В основном это обусловлено проблемами с обнаружением внутри чистой линии отличающихся генотипов. Хотя возможность проведения отбора внутри чистолинейных сортов может быть в какой-то степени оправдана тем, что многие самоопыляющиеся растения подвержены перекрестному опылению. У некоторых видов самоопылителей – пшеницы, проса, яровой вики и др. – этому благоприятствует открытое цветение части растений. Особенно часто исследователи его наблюдали в высокогорных районах, где имеют место большие перепады температур и высокая инсоляция. В.П. Максименко с соавт. [1975] отмечают, что в Западной Сибири у большинства сортов яровой пшеницы открытое цветение связано с поражением растений корневыми гнилями.

Р.Л. Богуславский и О.В. Голик [2004] считают, что у видов-самоопылителей спонтанные гибриды возникают с достаточно высокой частотой. Цветки пшеницы, в которых не произошло самоопыление, через несколько (2–5) минут закрываются. Однако под давлением разрастающейся неоплодотворенной 128 Глава 3 завязи они через 3–4 дня снова открываются, оставаясь в таком состоянии несколько дней. Такие цветки могут спонтанно опыляться пыльцой других растений. В 1962 г. А.Е. Юдин, З.Г. Юдина [1971] наблюдали высокую степень открытого цветения яровой пшеницы, особенно у сорта Скала, на Тулунской ГСС (Восточная Сибирь). Значительно меньше открытых цветков они обнаружили у саратовского сорта Лютесценс 62. При этом в сухую жаркую погоду степень открытого цветения яровой пшеницы была более высокой, а в холодную дождливую погоду она снижалась. В 1966 г. эти же авторы провели наблюдения за характером цветения сортов пшеницы из различных экологических зон. Ими отмечено открытое цветение у сортов Скала (Предсаянская зона) – 80,4 %, Саратовская 29 – 55,5 %, Лютесценс 62 – 75,5 % (оба из Поволжья), Заволжская – 33,9 % [Юдин, Юдина, 1971]. Хотя далеко не все открытые цветки опыляются, но тем не менее спонтанные гибриды у самоопыляющихся растений могут появляться. И этот факт нельзя исключать при обосновании возможности создания сортов путем отбора из так называемых чистолинейных сортов.

Однако, если абстрагироваться от возможности перекрестного опыления, то у самоопыляющихся растений довольно быстро должен нарастать уровень гомозиготизации. В каждом последующем поколении, начиная с F2, число гомозиготных локусов будет удваиваться, а число гетерозиготных соответственно вдвое уменьшаться.

От поколения к поколению внутри популяции самоопыляющихся растений варианса между линиями возрастает, а генетическая варианса внутри линий уменьшается, доходя до нуля. Чтобы дать оценку каждому растению и затем надежно его отобрать, на ранних этапах, особенно в F2 гибридов, лучше создавать разреженные посевы. Такую схему мы начали применять в 1950-х гг.

на Тулунской ГСС, когда высевали самоопыляющиеся растения пелюшки и яровой вики при индивидуальном стоянии 15 10 см. В 1958 г. из гибридной популяции, полученной скрещиванием пелюшки Вологодской и гороха посевного Торсдаг, в F2 гибридов мы вычленили 160 растений, отличающихся высокой продуктивностью биомассы и семян, а также скороспелостью. Последующие повторные отборы в F3–F4 гибридов позволили получить ультраскороспелую форму, сочетающую в себе высокую кормовую продуктивность с хорошей семенной продуктивностью. Сорт Скороспелая 16 был районирован в Иркутской и Кемеровской областях и в сравнении с сортом Тулунская имеет следующие основные характеристики:

Показатель Тулунская Скороспелая 16

Урожай, ц/га:

сухого вещества 38,5 43,4 зерна 17,2 22,2 Содержание протеина, % 26,5 25,3 Валовой выход протеина, кг/га 463 558 Период вегетации, дней 79 68 Пелюшка Скороспелая 16 вызревает в среднем на 11 дней раньше Тулунской, при этом она продуктивнее по урожаю не только семян, но и сухого вещества. Даже при несколько пониженном содержании протеина в зерне она превзошла стандарт по выходу протеина почти на 100 кг/га, или более чем на Методы селекции 20 %. В государственном сортоиспытании за 1965–1967 гг. на Тайшетском ГСУ Иркутской области Скороспелая 16 превысила стандарт по сухому веществу в среднем на 4 ц/га при уровне урожая 44,8 ц/га, по зерну – на 2,2 ц/га при уровне урожая 18,1 ц/га. Вегетационный период у Скороспелой 16 составил 98, а у сорта-стандарта – 120 дней, т. е. опережение в созревании в неблагоприятной зоне достигло 22 дней. Сорт созревает практически в любой год и в любой зоне, где освоено земледелие.

Отбор у перекрестноопыляющихся видов По мнению М.И. Хаджинова и Б.А. Паншина [1935], смысл отбора у перекрестноопыляющихся видов сводится в силу гетерозиготности популяции к уравновешиванию генного набора и известной стабилизации свойств популяции путем элиминирования нежелательных генотипов и постепенного выравнивания “наследственного состава” или же путем применения метода чистых линий В. Иоганнсена, т. е. “путем стабилизации не свойств потомства, а особенностей родоначальника” (с. 578).

Отбор у перекрестноопыляющихся растений сопряжен с целым рядом трудностей. Во-первых, при отборе растения или их группы в поле мы видим фенотип, сформировавшийся под влиянием внешних условий текущего года, генотип же их неизвестен (потомство отобранного растения в будущем году может расщепляться, если оно произрастало вне изоляции). Генотип можно выявить только путем испытания потомств.

Во-вторых, взяв какое-либо растение в качестве родоначального, мы выделяем только материнский экземпляр, а он уже может быть, если не соблюдены условия изоляции, переопылен другими формами. В этом случае необходимо вырастить два гибрида при строгой изоляции и только после этого оценивать их по потомству. Следовательно, в селекции перекрестноопыляющихся растений на всех этапах необходима строгая изоляция растений, которая требует дополнительных затрат труда и большого количества изоляторов. Особенно сложно решить проблему изоляторов при работе с многолетними растениями, где количество их удваивается (год посева плюс год урожая), а цветение растянуто во времени.

Способов изоляции много. Одни из них более надежны, другие – менее, одни применимы при работе с небольшими образцами, другие используют для получения значительного количества семян, одни требуют только внимания, другие – тщательности и значительных затрат.

Наиболее доступными способами изоляции являются пространственная и экрановая. При первой требуется значительное количество изолированных участков с соблюдением при посеве установленного для каждой культуры расстояния между растениями. Способствует изоляции также использование лесополос и лесных массивов. Можно предохранить сорта от переопыления, высевая между ними более высокорослые растения других видов. При экрановой изоляции требуются дополнительные площади; для ее решения применяется чередование посевов разных видов, нуждающихся в изоляции, но не скрещивающихся между собой. Например, посевы кукурузы чередуют с подсолнечником, озимой ржи – с яровой пшеницей, свеклы – с морковью, люцерны – с клевером, донника – с эспарцетом, пырейника – с тимофеевкой и т. д.

130 Глава 3 Для многолетних растений кроме пространственной изоляции применяется изоляция временная. Например, можно сеять рядом растения одного вида и даже сорта, но в текущем году на семена убирать один сорт, а в следующем – другой.

Существенным недостатком массового отбора у перекрестноопыляющихся видов является то, что селекционер, обычно работая с материнским или материнскими растениями, не знает отцовского компонента. Последний известен в том случае, если в работе применяется ограниченно-групповое опыление либо парное скрещивание. Если же работа ведется при свободном опылении, то известна только “половина наследственности” – материнская форма.

Хотя селекция перекрестноопыляющихся видов является довольно сложной и трудоемкой, у многолетних перекрестноопыляющихся культур есть и преимущество. После того как растения получат оценку, непосредственно или по их потомству, для размножения и дальнейшей селекционной проработки от них можно взять клоны для микроразмножения и пересадить их на изолированные участки.

С преобладанием перекрестного опыления связана высокая гетерозиготность популяций перекрестников и накопление в их генофонде значительного количества различных рецессивных мутаций (в том числе полулетальных и летальных). Сложная гетерозиготность обусловливает в таких популяциях резко выраженный гетерозис, а летальные и полулетальные мутации вызывают гибель и депрессию при случайном или принудительном самоопылении. Поэтому при работе с перекрестниками путем отбора необходимо иметь достаточно большую по объему выборку селектируемого материала. Предотвращение депрессии у перекрестноопыляющихся растений связано с самонесовместимостью, формы и механизмы которой весьма разнообразны.

Самонесовместимость. И. Ист и Дж. Мангельдорф выдвинули гипотезу о том, что несовместимость проявляется в случаях, когда женские органы цветка и пыльца имеют одинаковые аллели генов самонесовместимости S [East, Mangelsdorf, 1925]. Это происходит, когда пыльца и семяпочка принадлежат одному и тому же растению. В результате самооплодотворение оказывается невозможным. Также самооплодотворение невозможно и в потомстве линий, отобранных на гомозиготность по гену S.

Напротив, у самоопыляющихся видов ген S чаще всего заблокирован, и поэтому они способны завязывать семена от любой пыльцы, включая собственную. Но блокада эта часто неполная и не устраняет полиморфизм [Палилова и др., 1981].

Минимальным случаем полиморфизма по S-гену является наличие в популяции двух разных аллелей. Оплодотворение возможно в сочетаниях S1S2 или S2S1, но невозможно при S1S1 или S2S2 (рис. 3.12). При этом столбик и рыльце всегда имеют две разных аллели генов самонесовместимости.

Показано, что фенотипическая выраженность разных алеллей S-гена не одинакова. Кроме того, существуют Sf- и sf-аллели, наличие которых обусловливает автофертильность растений.

Число идентифицированных аллелей S-генов у ряда видов весьма велико:

у клевера их более 200, у люцерны более 50 [Палилова и др., 1981].

По поводу эффективности отбора у перекрестноопыляющихся растений в литературе и селекционной практике существует немало разногласий. Реакция Методы селекции Рис. 3.12. Способность к оплодотворению пыльцевых зерен с различными генами стерильности в зависимости от генотипов тканей столбика, из [Шмальц, 1973].

а – стерильная комбинация; б – частично фертильная комбинация; в – полностью фертильная комбинация. Sn – аллели генов, контролирующих самонесовместимость.

на отбор, по мнению У. Уильямса [1968], будет более быстрой и пределы отбора будут достигнуты в меньшем числе поколений, если изменчивость носит прерывистый характер, а число локусов, контролирующих признак, невелико.

Как показали Л. Бомэн с соавт. при селекции кукурузы, содержание жира в зернах материнских растений тесно связано с содержанием жира у потомства этих же зерен в F2–F3 гибридов (определение проводили без повреждения зерна) [Bauman et al., 1965]. Это увеличивает возможность селекции кукурузы на высокомасличность. Отбор на ранних фазах развития растений по семенам, значительная выбраковка материала – основа успеха при селекции на качество. Скорость и продолжительность отбора зависят также в большей степени от надежности идентификации желаемых генотипов по фенотипу, а это почти всегда проблематично.

Популяция перекрестноопыляемых растений всегда гетерогенна. В ее составе обычно имеется большое разнообразие биотипов, представляющих интерес для отбора. Даже в тех случаях, когда популяция кажется более-менее однородной, при расчленении ее нередко выявляется существенное разнообразие.

Так, например, в составе популяции люцерны 3h59 на Тулунской ГСС по ряду признаков выявлен большой размах изменчивости, зависящий также от способа посева (посадки) растений в предыдущем году:

Параметр Семенами Корнями Высота растения, см 45–91 61–107 Масса растения, г 110–430 130–945 Число стеблей на 1 растение, шт. 25–80 17–117 Масса семян с 1 растения, г 5–45 10–150 132 Глава 3 Наиболее распространенный метод в селекции перекрестноопыляющихся видов – массовый отбор. Анализ методов создания сортов люцерны показал, что из 87 районированных в разное время в бывшем СССР сортов массовым отбором выведено 15, массовым отбором в сочетании с гибридизацией – 39, т. е. всего 54 сорта, что составляет 62 % от общего числа [Гончаров П.Л., Лубенец, 1985].

Массовый отбор сводится к выделению ряда исходных растений, совместному высеву их семян и повторению этой операции в следующем году или в течение ряда лет. Начиная с четвертого поколения гибридов можно прекратить отбор и включить материал в дальнейшую селекционную проработку. В последнем случае репродуцирование сортотипа может проводиться без отбора или с элементарной браковкой нежелательных примесей.

Возможен вариант массово-группового отбора, при котором одна или несколько групп отобранных растений изолируются друг от друга.

С помощью массового отбора, особенно негативного, сравнительно легко устранить нежелательные биотипы из прорабатываемой популяции. При этом необходимо только до начала цветения удалить выбраковываемые растения.

Неприспособленные биотипы могут элиминироваться и естественным путем, правда, для этого потребуется несколько больше времени, так как возможно переопыление выдающихся особей неприспособленными, недостаточно устойчивыми и малопродуктивными.

Экотипический отбор – один из наиболее ускоренных методов выявления, оценки и выделения экотипов, сложившихся в тех или иных экологических зонах. Высадку отобранных растений или посев семян, в том числе собранных с дикорастущих особей, осуществляют на отдаленных участках, обеспечивая пространственную изоляцию. Экотипический отбор может проводиться как среди дикорастущих растений, так и в условиях культуры среди сообществ, отличающихся зимостойкостью, устойчивостью к засухе и болезням, долголетием, продуктивностью и хорошей поедаемостью животными. Такой отбор особенно эффективен в районах с экстремальными условиями (суровыми зимами, засушливым летом, бедными по плодородию почвами и др.), а также в ценозах, прошедших длительный путь развития. Схема экотипического отбора перекрестноопыляющихся растений представлена на рис. 3.13.

На первых этапах селекции экотипический отбор был основным методом, применявшимся в работе с люцерной. Главное внимание селекционеры уделяли размножению наиболее ценных местных популяций этой культуры. Самым продуктивным сортам давали названия по месту их формирования. Например, люцерну, выращиваемую в Хивинском оазисе Узбекистана, назвали Хивинская.

Сорта Славянская местная и Семиреченская местная получили свои названия в связи с возделыванием в Славянском районе Краснодарского края и в Семиречье (Узбекистан). Путем экотипического отбора выделены и в настоящее время широко используются 13 районированных местных сортов люцерны, которые сформировались в результате ввода в культуру лучших дикорастущих популяций, свободного переопыления завезенных сортов с дикорастущими видами, многократных пересевов, применения общепринятых приемов выращивания.

За счет широкой экологической приспособленности местные сорта нередко обладают высокой продуктивностью и дают довольно обильный урожай Методы селекции Рис. 3.13. Схема экотипического отбора в естественном ценозе.

I – растения в естественном ценозе; II – питомник экотипического отбора; III – популяция из семян, собранных в питомнике экотипического отбора; IV – испытание или(и) размножение на изолированном участке.

в разные годы. Они получили распространение во многих областях, краях и республиках. Так, упоминаемый выше сорт Семиреченская местная на большинстве сортоучастков Узбекистана давал самые высокие урожаи или приближался к уровню лучших селекционных сортов, завезенных из других республик. В Кыргызстане широко возделывались выделенные экотипическим отбором районированные сорта Узгенская местная и Токмакская местная, урожаи которых на большинстве сортоучастков республики были самые высокие. В Армении экотипическим отбором выделен сорт Апаранская местная.

В первые годы районирования местные сорта люцерны заняли основные посевные площади. По мере создания более урожайных селекционных сортов количество местных уменьшилось. Так, в 1930-е гг. было районировано 22 местных сорта, в 1980-е гг. число их сократилось до 13, но все же они составляли более 15 % от общего количества районированных сортов, в настоящее время их практически не осталось.

Метод кровных линий дает возможность отбирать лучшие образцы в индивидуальных потомствах растений. Но при этом требуется большое количество растений, которое, правда, будет сокращаться после выбраковки, и размещаться они должны на изолированных участках. Эффективность метода ограничивается трудностью создания большого числа изолированных участков и возможностью проявления у селектируемых растений депрессии, вызванной инбридингом. Вместе с тем существенным преимуществом является чистота получаемого селекционного материала. Если не хватает естественных изоляторов, возможно вырастить достаточное количество инбредного материала с применением искусственных изоляторов в поле или в теплицах и фитотронах, где в течение зимы можно собрать два урожая семян.

134 Глава 3 Преимуществом метода кровных линий является то, что при его использовании можно добиться получения чистолинейного материала. Нежелательные последствия, а именно, переопыление растений, помогает преодолеть метод половинок, при котором после получения оценки образцов вторые половинки используют для дальнейшей работы.

Метод половинок используется в том случае, когда материал поступает “со стороны”. Вначале его изучают, в том числе и на подлинность, а затем, используя метод половинок, продолжают работу с оригинальным материалом.

Это прием использования многократного индивидуального отбора, при котором урожай каждого элитного растения делится на две части (половинки). Одна часть высевается в селекционном питомнике, а другая сохраняется в резерве (рис. 3.14). На следующий год в целях исключения нежелательного влияния отцовских родительских форм селекционный питомник закладывается (с применением изоляции) семенами резервных половинок тех растений, которые положительно проявили себя в предыдущем году. В питомнике предварительного размножения переопыление допускается только между теми линиями, показатели которых были выше средних всех испытанных линий.

Рис. 3.14. Схема многократного отбора у перекрестноопыляющихся растений с использованием метода половинок (резерва).

Методы селекции Изменения в составе популяций возникают не только в естественных условиях, но и при перемещении за границу ареала или при переводе из природных условий в культуру. И сдвиги эти тем больше, чем продолжительнее срок возделывания в какой-либо зоне и чем больше разных генотипов участвует в перекрестном опылении. Например, люцерна Марусинская 81, культивируемая в пойме р. Кашмы с 1923 г., претерпела существенные изменения. Исследованиями, проведенными на Моршанской селекционной станции (Тамбовская область) в 1970–1975 гг., установлено, что за это время облиственность растений и время начала цветения почти не изменились, однако появились значительные сдвиги в соотношении групп по окраске цветков. В 1938 г. растений с фиолетовой окраской цветков в составе сорта было 87 %, с промежуточной между фиолетовой и желтой – 13 %. В 1970 г. их было соответственно 36 и 64 %. В 1974 г. растений с фиолетовой окраской цветков было 41,9 %, с синепестрогибридной – 44,9 %, с желто-голубой и желто-зеленой – 13,2 % [Дурнев, Лисицын, 1978]. Люцерна Тяньшанская, собранная в предгорьях Северо-Западного Тянь-Шаня (хр. Каратау), при акклиматизации в средней полосе России (ВНИИ кормов) снизила транспирацию и повысила продуктивность. Интенсивность транспирации на второй год жизни составляла: у дикорастущей люцерны – 1338 мг/ч, у растений первой репродукции – 1189 мг/ч, седьмой репродукции – 962 мг/ч; на третий год жизни – 1349, 1141 и 1046 мг/ч соответственно. Урожай зеленой массы в первый год жизни растений составлял соответственно 5,8, 18,0 и 60,0 г/м2, площадь листа среднего яруса – 2,71, 4,77 и 5,75 см2.

При изучении в бывшем Казахском НИИ земледелия (ныне НПЦ земледелия и растениеводства, пос. Алмалыбак, Алматинская область) дикорастущая люцерна, собранная в северной части Тянь-Шаня (Заилийский Алатау) на высоте 1100–1300 м над уровнем моря, отличалась высокой твердосемянностью (80–85 %). Полевая всхожесть семян исходной формы – 13,4 %, восьмой репродукции – 59,3 %, твердосемянность и всхожесть семян районированного сорта Семиреченская местная составила 60,7 и 58,9 % соответственно. Полные всходы дикорастущей люцерны появились на 28-й день, семян восьмой репродукции – на 12-й, у сорта Семиреченская местная – на 10-й день, цветение началось соответственно на 130-й, 80-й и 81-й день. То есть люцерна дикорастущая восьмой репродукции по рассмотренным показателям приблизилась к районированному сорту.

Много проблем при возделывании люцерны связано с получением достаточного количества семян. Поэтому сочетание кормовой и семенной продуктивности – одна из самых важных и сложных задач селекции этой культуры.

Анализ количества семян на растении в зависимости от их числа в бобе у разных групп люцерны показал, что у люцерны синегибридной группы бобы были более наполнены семенами, чем у растений желтогибридной группы:

Число Синегибридная Желтогибридная бобов на 1 растение, шт. 19 13 семян на 1 растение, шт. 96 42 семян в бобе, шт. 5,1 3,1 136 Глава 3 Результаты анализа мы использовали при подборе родительских компонентов для гибридизации и в потомствах гибридов отбирали растения с большей закрученностью боба. В бобах, имеющих 2–3 оборота, семян больше, чем в бобах с 0,5–1,5 оборотами. В результате наши районированные сорта Таежная и Тулунская гибридная отличаются более высокой семенной продуктивностью.

Вместе с распространенными способами повышения семенной продуктивности, основанными на создании сортов и гибридов с повышенным проявлением данного признака, применяется селекция на использование энтомофильного опыления, а иногда и выделения из популяций люцерны самофертильных форм, способных давать урожай вне зависимости от внешних условий и наличия опылителей. Созданию таких форм, а следовательно, и применению к перекрестникам методов работы с самоопылителями уделяется немало внимания. О выявлении растений люцерны, склонных к самооплодотворению, пишут А.Ф. Бобер с соавт. [1981]. На возможность выделения самофертильных генотипов у сортов люцерны Бийская 3, Омская 8893 и Марусинская 425 указывают Э.В. Квасова и В.К. Шумный [1975]. Фертильность растений этих сортов в среднем составляла 19,9 %, в I1 – 10,9, в I2 – 11,7, в I3 – 10,2, в I4 – 10,5, в I5 – 13,2 %. Самостерильных растений было соответственно 14,9, 20,4, 27,7, 20,2, 23,2, 20,9 %. Частота образования бобов под изоляторами без механического триппинга составляла соответственно 6,2, 1,0, 1,7, 3,0, 7,7 и 10,7 % от числа изолированных цветков. Доля самораскрывающихся цветков на одно растение при самоопылении возрастала и наблюдалось резкое повышение доли самофертильных растений и уровня самораскрывания цветков. В пятом поколении были выделены формы, у которых самопроизвольно раскрываются почти все цветки. Правда, пока еще не созданы коммерческие сорта люцерны, обладающие стабильной самофертильностью при высоком уровне продуктивности биомассы и устойчивости к стрессам.

В селекции клевера красного (лугового) все больше внимания уделяется использованию полиплоидии. У нас в стране и за рубежом создан ряд полиплоидных сортов этой культуры, например, сорта Тетраплоидный ВИК (ВНИИ кормов) и Ульва, Полл (Швеция). В настоящее время такая работа ведется и в СибНИИ кормов [Полюдина и др., 2005].

В заключение заметим, что наиболее подробно схемы отбора у перекрестноопыляющихся видов кормовых трав приведены в работе А.В. Желниной [1979].

Метод педигри Метод педигри (от англ. pedigree method – метод родословной, генеалогический метод) иногда еще называют линейной селекцией. Это, по существу, сочетание гибридизации (комбинированная селекция) с многократным индивидуальным отбором при постоянной проверке отобранных растений по потомству; при этом каждая линия оценивается в контролируемых условиях. Метод дает возможность изучить наследование признаков у растений, поскольку известна их родословная в ходе всего селекционного процесса. При подборе партнеров учитывают не только их способность передавать потомству положительные свойства при скрещиваниях, но и вероятность передачи отрицательМетоды селекции ных признаков. Естественно, она должна быть наименьшей. Считается, что лучше всего для этой цели подходят формы разного происхождения или формы из различных экологических зон. В качестве отцовского компонента, по мнению Х. Шмальца [1973], лучше брать сорт с явно выраженным доминантным признаком. Тогда уже в F1 гибридов по проявлению этого признака можно видеть, произошли ли растения от гибридизации или от самоопыления. Отборы начинают с расщепляющего F2 гибридов. Но поскольку степень их гетерогенности достаточна большая, расщепление может наблюдаться и в последующих поколениях. Хотя для получения F3 гибридов потомства растений F2 гибридов высевают отдельно, в F3 может потребоваться повторный отбор.

В зависимости от степени гомо- или гетерогенности выбраковывают неудовлетворяющие поставленным задачам семьи, а в лучших может возникнуть необходимость проведения индивидуального отбора с посевом потомства снова по семьям. В семьях F4 гибридов, а при необходимости и в следующих поколеРис. 3.15. Модифицированный метод педигри (по [Майо, 1984] из кн.: [Breakwell, Hutton, 1939]).

138 Глава 3 ниях, повторяют те же приемы. Как правило, удовлетворяющая селекционера однородность растений в семьях устанавливается к F5–F6 гибридов. После этого семена растений внутри каждой линии убираются совместно, лучшие образцы включают для изучения в селекционный питомник 1-го года (СП-1), а далее проработка ведется по схеме (рис. 3.15). Выявление отдельных генотипов успешно осуществляется селекционером только при выращивании индивидуальных потомств отдельных растений, и их оценка методом педигри должна проводиться в относительно одинаковых условиях [Купцов, 1971].

Отбор проводят с такой интенсивностью, чтобы примерно к F7 гибридов избавиться от неперспективных форм и выделить лучшие. Размножение осуществляют таким образом, чтобы в F5 гибридов иметь необходимый объем материала для конкурсного и производственного испытаний.

Метод педигри с повторным скрещиванием состоит в том, что до F6–F7 гибридов работа проводится как и при методе педигри с прерывающимся индивидуальным отбором, затем скрещивают лучшие линии и высевают F1 гибридов от этого скрещивания без отбора, а затем вновь в F2 гибридов применяют индивидуальный отбор лучших растений. Могут быть и другие модификации метода педигри; все они направлены на то, чтобы упростить громоздкую схему метода, сохранив его преимущества. Рассмотрим более подробно эти модификации.

Метод потомства F2, или метод педигри с прерывающимся индивидуальным отбором, предложили О. Окерман, Дж. Мак-Кей [1955] и Ф. Луптон, Р. Вайтхаус [Lupton, Whitehouse, 1957].

В F2 гибридов проводится индивидуальный отбор растений, потомство которых (F3 гибридов) выращивают индивидуально. В семьях F4 гибридов потомство каждого растения из F3 гибридов без применения отбора испытывают на урожайность в питомнике предварительного испытания. У гибридов F5 и F6 также без отбора в питомнике сравнительного испытания оценивают урожайность, после чего и производят отбор (рис. 3.16).

Метод относят к одному из самых результативных. Однако он имеет ряд существенных недостатков: 1) необходимо иметь большое количество (не менее 1000) растений в F2 гибридов; 2) даже при 50%-й браковке происходит существенное разрастание находящегося в работе материала до объемов, с которыми трудно управиться физически [Бороевич, 1984].

Метод ОСП (одно семя на потомство) также направлен на ускорение селекционного процесса. Метод ОСП предложен С.Н. Гульденом [Goulden, 1939] и ставит своей задачей испытание потомства каждого растения F2 гибридов (рис. 3.17).

В каждом последующем поколении от каждого индивидуального растения берется только одно семя. Отбор начинают проводить с F5 гибридов, и их индивидуальные потомства (F6 гибридов) высевают на отдельных рядках. В F7 гибридов идет отбор на урожайность.

Дж. Грейфьюс считает, что индивидуальный отбор можно проводить не только в полевых условиях, но и в камерах искусственного климата [Grafius, 1965]. Если отбирать при этом только одно зерно от каждого растения из F2 гибридов, то гомозиготизация форм, по его мнению, будет достигнута в короткий срок. Для того чтобы обеспечить чистоту линейного материала, можно повторить отбор по потомству в полевых условиях.

Методы селекции Рис. 3.16. Метод педигри с прерывающимся индивидуальным отбором, или метод потомства F2, у растений-самоопылителей, по [Бороевич, 1984].

РО – предварительное испытание; КО – сравнительное испытание; st – сорт-стандарт.

Преимущество этого метода – в малом числе растений в F3–F5 гибридов, что позволяет интенсивно использовать для их получения фитокамеры и теплицы и в итоге дает существенный выигрыш во времени.

К недостатком метода можно отнести то, что часть информации в виде рекомбинантных генотипов теряется. Кроме того, наступает дрейф генов, также вызывающий потери, особенно если родители существенно отличались генотипами. И, наконец, использование теплиц задерживает выбраковку материГлава 3 Рис. 3.17. Метод одно семя на потомство (на примере сои), по [Бороевич, 1984].

I – скрещивание сортов; II – выращивание растений F1; III – выращивание растений F2, отбор семян от каждого растения методом случайной выборки; IV – как в F2; V – как в F3;

VI – отбор отдельных растений; VII – выращивание отобранных растений в рядках, отбор лучших рядков (линий); VIII – проверка отобранных линий в предварительном испытании (РО) со стандартом (st); IX – дальнейшая проверка по урожайности лучших линий в сравнительном испытании (КО).

ала по “полевым” признакам, особенно таким, как конкурентоспособность и урожайность.

Дж. Хэмблин, К. Доналд не обнаружили взаимосвязи между продуктивностью одного растения F3 гибридов и урожаем F5 гибридов с полевой делянки [Hamblin, Donald, 1974]. Возможно, урожайность в чистом посеве и высокая конкурентоспособность в ранних поколениях находятся в обратной зависимосМетоды селекции ти, что значительно затрудняет проведение отборов. Однако существует и другая точка зрения, и отбор в гибридной популяции ведется в разреженных посевах при так называемом гексагональном посеве [Мережко, Капешинский, 1984].

Метод отбора в смеси, или метод популяций (от англ. bulked population method), впервые был введен в селекционную практику в начале XX столетия Г. Нильсоном-Эле в Швеции. Одно время назывался методом массовых пересевов, или Рамш-методом (от нем. Ramsch – брак). При использовании этого метода семена F2 гибридов не высевают отдельными семьями, а скрещивают вместе и высевают в течение не менее 5 лет, после чего производится индивидуальный отбор лучших растений. Материалы к этому времени становятся все более и более гомозиготными, поэтому идет отбор линий. Так как самоопылители в гибридных потомствах очень быстро гомозиготизируются и число гомозигот уже к F6 гибридов составляет 96,9 %, то возникают сложности с получением рекомбинации генов в гетерозиготном состоянии. Исходя из этого используется метод отбора в смеси после гибридизации растения-самоопылителя (рис. 3.18). Дальнейшие теоретические и практические разработки проводили Х. Харлан с сотр. [Harlan et al., 1940].

Преимуществом метода является получение огромного числа комбинаций скрещиваний, не требующее больших затрат труда и средств на проведение наблюдений и отборов. Недостатки – возможность потери некоторых ценных генотипов из-за не слишком эффективного использования материала и некоторое увеличение сроков создания сорта из-за перенесения отборов в F6 или даже более высокие поколения гибридов.

Данным методом создан шедевр канадской селекции – сорт яровой мягкой пшеницы Marquis. В 1892 г. на одной из канадских опытных ферм в Agassiz были скрещены индийский сорт Hard Red Calcutta и американский Red Fife.

Потомство от этого скрещивания высевалось в течение десяти лет в смеси, пока в 1903 г. Сh. Saunders не сделал удачный отбор из этой “популяции”, получив сорт Marquis (см. рис. 3.3 на с. 102).

О ценности данного метода, которая определяется эффективностью естественного отбора в поколениях от F2 до F6 гибридов, происходящего ввиду конкуренции между различными генотипами в популяции, ведется дискуссия.

Улучшение метода отбора в смеси достигается за счет более раннего – не в F6 гибридов, a в F4 – начала индивидуального отбора. Возможно также применение позитивного или негативного отбора уже в F3 гибридов [Бороевич, 1984].

Последнее слово в усовершенствовании сортов принадлежит отбору. Эффективность отбора повышается, во-первых, увеличением коэффициента размножения потомств отдельных растений, во-вторых, отнесением окончательного выделения комбинации к следующему поколению. Ко второму способу прибегают, как правило, только у перекрестноопыляемых видов, да и то редко.

При отборе нужно иметь в виду, что комбинации нужных, находящихся в гомозиготном состоянии генов встречаются чрезвычайно редко. К. Мазер и Дж. Джинс [1985] в своей работе подробно приводят расчеты вероятности появления таких сочетаний. В.Я. Юрьев [1939] на практике придерживался точки зрения, что в F2 гибридов надо иметь не менее 5 тыс. растений каждой комбиГлава 3 Рис. 3.18. Метод отбора в смеси после гибридизации растения-самоопылителя, по [Бороевич, 1984].

I – скрещивание отобранных родительских сортов; II – посев в смеси семенами F1; III – получение растений F2 в смеси; IV – образец из растений F2 выращивают в смеси F3, но можно провести и негативный отбор растений в F2; V – как в F3; VI – начало отбора лучших растений; VII – посев отдельными растениями из F5; VIII – семена с лучших отобранных рядков или линий высевают в предварительном испытании (РО); IX – лучшие линии поступают в сравнительное испытание (КО) со стандартом (st); X – дальнейшее испытание лучших линий в сравнительном испытании, принятие их комиссией и размножение.

Методы селекции нации скрещивания, поскольку такие признаки, как зимостойкость, скороспелость, качество зерна, обусловливаются не менее чем двумя-тремя, а часто и большим числом генов.

Периодически обсуждается вопрос, с какого поколения гибридов вести отбор растений в популяциях.

Отбор со 2-го поколения. Отбор по доминантным признакам эффективен уже во втором поколении, так как позволяет отбраковать растения, имеющие признак в рецессивном состоянии. К. Доналд подчеркивает, что отбор в ранних поколениях благоприятствует выявлению более конкурентоспособных растений, тогда как в чистом посеве желательно минимальное проявление этого признака [Donald, 1968].

В случае отбора по рецессивным признакам браковка в F2 гибридов не производится. Допускается лишь разбивка на группы по наличию или отсутствию данного признака. Потомства растений первой группы, имеющих интересующий признак, проверяются на константность, второй группы – опять делятся на две части и далее по той же схеме. Константные группы переводят в питомник испытаний.

Так как при самоопылении частота гетерозигот в любом изолированном локусе уменьшается за каждое поколение наполовину и состояние гомозиготности достигается довольно быстро, ряд ученых поддерживают идею о целесообразности проведения отбора на продуктивность в ранних поколениях [Shebeski, 1967].

Отбор с более поздних поколений. У самоопылителей ранние поколения отбора – это ожидание, когда растения станут относительно гомозиготными и дадут достаточное количество семян для проведения отбора среди новых комбинаций генов [Riley, 1974]. Так, например, сорт пшеницы Саратовская 29 был отобран из F12, Саратовская 36 – из F15, Саратовская 39 – из F18 гибридов комбинации скрещивания Белотурка на Полтавку, из которого ранее были отобраны Сарроза и Саррубра (рис. 3.19).

Теоретически гибриды должны достичь гомозиготности за 9–10 генераций. Однако ждать такое время, учитывая, что на создание сорта уходит около 15 лет, селекционер часто не может. Исходя из этого на практике отборы начинают проводить уже в семьях F4–F5 гибридов, т. е. в тот момент, когда гибридные популяции достигают так называемой рабочей гомозиготности (в F5 – 94 %). Абсолютной гомозиготности достигнуть практически не удается. Правда, у вегетативно размножаемых культур гомозиготы могут быть зафиксированы немедленно при вегетативном размножении.

Тесное сцепление между генами, контролирующими желательные и нежелательные признаки, может отдалить момент начала отбора.

Э. Хейн, Дж. Смит [1970] отмечают, что существуют две точки зрения на использование гибридизации: 1) если у родительских сортов нет признака, то его нечего искать и у трансгрессивных форм; 2) поиск на авось, и приводят ряд примеров.

Правда, есть сообщения, что испытание на продуктивность в F3 гибридов не оправдывает дополнительных затрат труда из-за низкой корреляции проявления этого признака в F3 и F5 гибридов [Knott, Kumar, 1975]. Кроме того, оказалось, что топ-линии F6 гибридов, полученные методом ОСП, всего лишь не хуже топ-линий F5 гибридов, полученных при испытании на продуктивРис. 3.19. Схема создания исходного гибридного материала при выведении сортов Саррубра и Сарроза (в качестве исходных Глава 3 сортов были взяты местные сорта Белотурка и Полтавка).

Полученный от их скрещивания в 1912 г. гибридный материал изучался в течение 13 поколений – с 1913 по 1925 г., по [Мамонтова, 1980].

Методы селекции ность F3 и F4 гибридов. На основании этого авторы делают общее заключение, что получение поколений интеркросса окажется пустой тратой времени и что отбор в ранних поколениях будет более выгодным, чем его отсутствие. Главным образом это будет отбор по качественным признакам; отбор на продуктивность в F2 гибридов может оказаться преждевременным [Майо, 1984]. Вообще, как и многие другие методические вопросы, этот вопрос до конца не проработан и не получено окончательных заключений по эффективности применения отбора в ранних поколениях.

Проблема доноров Проблема доноров – проблема исходного материала для синтетической селекции (рис. 3.20). Она в последнее время выделена из проблемы подбора пар для скрещивания и интенсивно разрабатывается в основном сотрудниками ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова, ищущими пути возможного практического приложения богатейшей мировой коллекции [Зарубайло, 1976, 1977;

Изучение…, 1985; Мережко, 1982, 1984а, 1989, 2005].

Постановка проблемы доноров вызвана смещением акцентов в селекционной практике. Если раньше использовали гибридизацию внутри местного материала либо гибридизацию местного материала с лучшими мировыми коммерческими сортами, то в настоящее время необходим поиск и целенаправленная разработка стратегии интрогрессивной гибридизации (рис. 3.21, 3.22), т. е.

введения ценных в сельскохозяйственном отношении признаков от родственных видов в создаваемые сорта. При этом одни признаки можно передавать, не ухудшая остальные параметры сорта-реципиента, другие – нет. Носители первых признаков определены как доноры, вторых – как источники [Зарубайло, 1976]. Главное отличие между ними заключается в методах работы. Сорта-до

–  –  –

Рис. 3.21. Пул генов пшениц включает разнообразие образцов-источников ценных для селекции признаков (схема предоставлена А.Ф. Мережко).

ГП-1, ГП-2, ГП-3 – уровни генофонда (генных пулов) для данной культуры.

–  –  –

да, когда она будет базироваться не на случайных нескольких сортах, а на определенно подобранном, хотя бы выборочном материале, учитывая вид как сложную систему” (с. 111).

По мнению Н.И. Вавилова [1935г], возможность планирования селекционного процесса – одна из важнейших задач теории селекции. С этой целью он предпринял анализ родословных лучших селекционных сортов мира, обосновав так называемый метод родословных (см. подробнее разд. 4.3.2).

3.3.2. Отбор при инбридинге Сорта и формы перекрестноопыляющихся растений гетерозиготны. Поэтому для данных видов чрезвычайно важна задача выбора форм, наиболее выдающихся по отдельным признакам, и закрепления в потомстве выраженности этих признаков на определенном уровне. Методы создания инбредных линий у различных культур, для которых характерно перекрестное опыление, неодинаковы. Одни виды, имеющие мощные генетические преграды самоопылению, с большим трудом выдерживают его на протяжении нескольких поколений, другие принудительно самоопыляются довольно легко. Поэтому в одних случаях возможно принудительное самоопыление потомства одного растения, в других – изоляция нескольких (10–15) растений со сходным проявлением признаков, в третьих – скрещивание двух сестринских растений. Причем у однодомных растений возможен самый строгий инбридинг. Как правило, инбридинг у перекрестноопыляющихся растений в норме приводит к уменьшению высоты растения, снижению мощности, понижению урожайности, проявлению отклонений от нормы, часто летальных или полулетальных [Эллиот, 1961].

Метод инбридинга может быть использован не только для быстрого получения гомозиготных сортов, но и для выделения из популяций или “старых” сортов генотипов с новыми ценными признаками [Писарев, 1935].

В основном же инбредные линии находят применение в других методах селекции (см., например, разд. 4.5).

3.3.3. Создание синтетических популяций Развитие селекционной работы шло от использования сортов-популяций народной селекции к аналитической, а затем синтетической селекции. Одним из методов последней является метод создания синтетических популяций, в качестве компонентов которых используют инбредные линии, клоны либо линии от скрещивания сибов. В данном случае под синтетическими сортами понимают “смешанный материал” [Бриггс, Ноулз, 1972]. В настоящее время это, пожалуй, единственный из забытых методов селекции, к которому вновь вернулись в своей работе селекционеры.

Синтетический сорт получают, как правило, по следующей схеме:

1) оценка компонентов по комбинационной способности;

2) размножение для будущих синтезов;

3) объединение компонентов для получения случайных скрещиваний, иногда в определенных пропорциях.

Методы оценки комбинационной способности рассматриваются в разд. 4.3.1, и здесь мы на них останавливаться не будем. Заметим только, что в 148 Глава 3 данном случае высокая общая комбинационная способность более желательна, чем специфическая. Для синтетических коммерческих сортов также важно, чтобы комбинационная способность проявлялась не только в syn-1 и syn-2, но и в более поздних поколениях. Поэтому высокое качество syn-1 не имеет большого значения.

В качестве примера создания синтетического сорта приведем результаты испытания в Сибирском НИИ растениеводства и селекции сорта люцерны Сибирская 8, полученного на основе восьми компонентов: Таежная (Тулунская ГСС, Иркутская область), Омская 8893 (СибНИИСХоз, Омская область), Камалинская 530 (Красноярский НИИСХ), Забайкалка (бывшая Сретенская ГСС, Читинская область), 511h72 (Тулунская ГСС, Иркутская область), Алтайская дикорастущая (Алтайский край), Северная гибридная (ВНИИ кормов, Московская область), Vernal (США). В качестве стандарта взят лучший районированный по Новосибирской области сорт люцерны Тулунская гибридная.

Урожай зеленой массы и сена оценивался в среднем за 4 цикла (10 лет), семян – за 4 цикла (6 лет) и у сорта Сибирская 8 превысил показатели сорта-стандарта:

Урожай, ц/га: Тулунская гибридная Сибирская 8 зеленой массы 292 318 сена 72,5 78,3 семян 3,08 3,42 Для синтетических сортов, составленных из инбредных линий, ожидаемая продуктивность может быть рассчитана по формуле Райта F2 = F1 ( F1 P ) N, где F2 – ожидаемая продуктивность F2 гибридов; F1 – средняя продуктивность F1 гибридов от всех комбинаций инбредных линий; P – средняя продуктивность инбредных линий, N – их число.

Для оценки сортов, созданных на основе объединения гетерозиготных клонов, данная формула не применима, и их ценность может быть определена только экспериментально. Важную роль в анализе компонентов для синтетических сортов играет поликросс-метод.

Ф. Бриггс, П. Ноулз [1972] считают, что создание синтетических сортов – усовершенствованный метод селекции перекрестноопыляющихся культур. В качестве примера они приводят факт использования в США синтетических сортов кукурузы в тех зонах “кукурузного пояса”, где ее низкая урожайность не окупает затрат на получение гибридных семян.

Многолинейные сорта У самоопыляющихся культур место синтетических сортов занимают многолинейные сорта. Правда, их распространение в производстве незначительно.

До начала научной селекции крестьяне часто возделывали сорта-популяции.

Затем многолинейные сорта какое-то время создавались для получения высокоадаптивных к болезням линий, где каждая из них несла гены устойчивости к различным патогенам.

В настоящее время метод иногда используется для придания сортам пластичности с целью расширения их ареалов. Например, сорт мягкой пшеницы Методы селекции селекции СибНИИРС Лютесценс 25 составлен из 20 линий, полученных индивидуальным отбором из F3 гибридов от скрещивания сортов Wendell (и-306426) и Саратовская 36; до объединения линий селекция по всем семьям шла независимо.

По сообщению Л.Г. Ильиной [1989], сорт Саратовская 29 объединяет в себе также около 20 биотипов, из которых наиболее представленным является биотип № 6. Сорт яровой пшеницы Омская 9 получен объединением шести биотипов, созданных на базе гибрида озимой мягкой пшеницы Безостая 1 с яровым сортом Саратовская 29.

3.4. НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ

Напомним, что в определение “методы селекции” мы вкладываем понятие методов создания селекционного материала как одного из приемов селекционного процесса. Условно отнеся к традиционным методам аналитические – отбор и синтетические – гибридизацию (рекомбинационная селекция), перейдем к так называемым нетрадиционным методам селекции – созданию селекционного материала. К ним отнесем возвратные скрещивания (беккроссирование, или аналоговую селекцию), индуцированный мутагенез, экспериментальную полиплоидию, апомиксис, биотехнологию, генную инженерию и трансгенез.

В основном все новые методы селекции сводятся либо к новым методам создания селекционного материала, которые будут рассмотрены в разд. 4.7, либо к упрощению процедуры отбора или анализа исходного материала. Заметим, что в последние два десятилетия значительное влияние на селекцию оказали три новые экспериментальные области – молекулярные маркеры, культура органов и тканей и генетическая трансформация.

К собственно нетрадиционным методам, с нашей точки зрения, относится так называемая альтернативная селекция, рассчитанная на иное, нежели в настоящее время, ведение сельского хозяйства и получение не максимального, а оптимального уровня экологически чистой продукции. В последнем случае к альтернативной селекции относится получение “безнитратной” продукции, т. е. продукции с низким уровнем содержания нитратов, а также селекция растений на мутуалистические взаимоотношения с микроорганизмами, когда незначительное использование последними сельскохозяйственной продукции не рассматривается как антагонистическое явление. При этом возможны варианты заселения сельскохозяйственных растений авирулентными (экологически безопасными) микроорганизмами, обусловливающими стимулирующее воздействие на рост и развитие растений и обладающими конкурентоспособностью по отношению к патогенной микрофлоре почвы, мутуалистическим или индифферентным отношением к непатогенной микрофлоре и способностью стабильно сохраняться в агроценозе [Клечковская, 1989].

К нетрадиционным методам можно также отнести селекцию на несимбиотическую, или ассоциативную, азотфиксацию. По некоторым прогнозам, в этом случае возможно повышение урожайности с минимальным использованием азотных удобрений или даже без их применения. Исследователи приводят следующие оценки вклада ассоциативной азотфиксации в обеспечение растеГлава 3 ний злаков азотом: для риса он составляет 20–30 %, для сахарного тростника – 17 %, для пшеницы – 15–30 %, для кукурузы – 12 % [Elmerich, 1984].

В результате получается экологически чистая продукция, что в настоящее время выдвигается как одно из основных требований к продукции растениеводства. Хотя удельная продуктивность ассоциативной азотфиксации ниже симбиотической, ее суммарный вклад более значителен, так как общие площади, занятые в мире под бобовыми культурами, составляют только 10–15 % от засеваемых злаками [Rennie, 1981].

Показана возможность ведения отбора на повышение ассоциативной азотфиксации у кукурузы [Bulow von, Dobereiner, 1975; Ela et al., 1982]. Хотя анализ 1450 растений из 180 высокоурожайных линий кукурузы, возделываемых в центральных и западных районах США, выявил у большинства из них низкую нитрогеназную активность, у некоторых линий из Южной Америки она была значительно выше.

З.Ю. Ткачук с соавт. [1986] создали путем обработки семян экзогенной ДНК с последующим отбором растений по признаку nis (от англ. nitrogen supportive – поддерживание азота) сорт проса Полесское песчаное с высоким уровнем способности поддерживать ассоциативную азотфиксацию. Китайские исследователи показали возможность повышения уровня несимбиотической азотфиксации у пшеницы в результате гибридизации [Xintian et al., 1985].

Долгое время селекционеры предпринимали попытки повысить ассоциацию в ризосфере небобовых растений внесением “бактериальных удобрений” (культур бактерий, отселектированных по высокой способности к азотфиксации). Положительные результаты получены не во всех экспериментах. Кроме того, высокоэффективные штаммы обладают низкой конкурентоспособностью и вытесняются местной популяцией ризосферных бактерий. В данном случае, вероятно, более успешной будет селекция и микроорганизмов, и растений, проводимая параллельно. Однако работы подобного плана крайне редки. При данном направлении селекции происходит возврат к сортам экстенсивного типа, не отзывающимся на высокие дозы азотных удобрений, но способным стимулировать развитие “прикорневой” азотфиксирующей микрофлоры. Изучение стародавних сортов пшеницы показало наличие у них высокой способности к несимбиотической азотфиксации и не дает однозначного ответа на этот вопрос [Степаненко, Гончаров Н.П., 1993], хотя разброс по признаку у них очень большой. На этом примере можно наблюдать, как внесение всего одного нового параметра значительно меняет существующую модель сорта.

П. Карлсон и Т. Райс [1980] считают первоочередной задачей применения нетрадиционных методов в селекции распространение общих идей молекулярной биологии на изучение признаков, имеющих важное агрономическое значение. Однако в настоящее время преобладает мнение, что непосредственное использование этих методов в селекции нецелесообразно из-за их сложности и дороговизны. Например, в случае с несимбиотической азотфиксацией перенос nif-генов в бактерии методами генной инженерии, произведенный в модельных экспериментах [Кордюм и др., 1986], оказался значительно сложнее и дороже, чем селекция на повышение способности растения поддерживать рост и активность азотфиксирующих бактерий [Vose, 1983]. Более подробная информация по ассоциативной азотфиксации может быть получена из работ М.В. БазилинМетоды селекции ской [1988] и В.К. Шумного, И.Л. Степаненко [1991], а по симбиотической – из коллективной монографии “Биологический азот в сельском хозяйстве СССР” [1989].

–  –  –

читься двумя-тремя скрещиваниями [Briggs, 1958]. Затем проводится самоопыление и отбираются линии с необходимым рецессивным признаком.

Уже в самом начале использования данный метод оценивался не как основной, а как вспомогательный для традиционных методов селекции [Сапегин Л.А., 1936]. В нашей стране он применялся при работе с пшеницей [Мережко, 1980; Коваль, 1986; Крупнов и др., 1988; и др.], горохом (Шульга П.М.

во ВНИИЗБК), пелюшкой (Гончаров П.Л., Гончарова А.В. в СибНИИРС) и рядом других культур.

Интересно, что полученные беккроссом иммунные аналоги пшеницы в большинстве случаев менее урожайны, чем исходные сорта (табл. 3.6). Однако при эпифитотиях они оказываются более продуктивными.

При существующей в нашей стране системе районирования ни один из данных аналогов не был бы районирован, так как эпифитотии не бывают несколько лет подряд. А в прочих равных условиях превосходства иммунных аналогов нет (см. табл. 3.6). В других случаях, когда в аналог вводятся признаки, резко изменяющие фенотип, при сравнении с районированными стандартами могут наблюдаться существенные различия.

В 1980-е гг. в СибНИИРС путем 6-кратного беккроссирования гибрида пелюшки Скороспелая 16 с горохом Неосыпающийся 1* с использованием камер УВР П.Л. Гончаров, А.В. Гончарова получили неосыпающуюся форму пелюшки Новосибирская 1 (сорт районирован в 1994 г.) (рис. 3.23). Применив двукратный индивидуальный отбор в разреженном травостое, в F2BC6 и F3BC6 * Неосыпающийся 1 – первый селекционный сорт гороха, в котором использован обнаруженный в 1965 г. А.Я. Разелем ген def (development funiculus), обусловливающий прочное прикрепление семян к створкам боба [Гужов и др., 2003].

Методы селекции Рис. 3.23. Схема создания неосыпающегося сорта пелюшки Новосибирская 1.

выделили три линии, отличающиеся скороспелостью, высокой продуктивностью биомассы и зерна. Неосыпающаяся форма пелюшки сохранила все хозяйственно ценные свойства исходного сорта (табл. 3.7). После станционногоконкурсного и производственного сортоиспытаний линия после ВС6 была подготовлена для государственного сортоиспытания.

Т а б л и ц а 3.7 Конкурсное испытание пелюшки Новосибирская 1

–  –  –

Путем создания иммунных аналогов в СибНИИРС и ИЦиГ СО РАН получены новые формы, например, яровая пшеница Лютесценс 101, обладающая комплексным иммунитетом к ряду болезней [Коваль и др., 2001]. На ее основе созданы сорт Терция и ряд других сортов мягкой яровой пшеницы.

Более сложным случаем является конвергентный метод, когда различные признаки (гены, их контролирующие) должны быть собраны от нескольких сортов, при этом одновременно проводится беккроссирование по некоторым из них. Затем почти изогенные линии самоопыляются и скрещиваются между собой для последующего отбора рекуррентного генотипа со всеми “вбеккроссированными” генами, т. е. метод сочетает в себе беккроссную селекцию и метод педигри.

Преимущества использования F1BC1 по сравнению с самоопыляющимся потомством F1 гибридов – в меньшем числе растений, требующихся для того, чтобы с высокой вероятностью отобрать в потомстве необходимую трансгрессивную форму. Особенно очевидным это становится с увеличением числа генов, контролирующих проявление признака (табл. 3.8).

Но не всегда все обстоит так просто. Например, в работе Т.А. Пшеничниковой с соавт. [1988] показано сохранение чужеродных компонентов глиадина, контролируемых генами, локализованными на хромосоме 6А, даже до 7-го беккросса.

3.4.2. Создание замещенных линий (скрещивание с ограниченной рекомбинацией) Впервые этот метод создания новых сортов был предложен Р. Райли и К. Ло [Riley, Law, 1966] и с тех пор постоянно находит поддержку исследователей John Innes Centre (Англия). Представители данной школы считают, что межсортовые замещенные линии могут использоваться в селекции как косвенно, в основном по пути хромосомной локализации генов и составления генетических карт, так и непосредственно [Bingham, 1984].

В последнем случае применение замещенных линий позволяет провести “нерекомбинируемое” введение желательной хромосомы сорта-донора в сортреципиент при одновременной возможности рекомбинации всех остальных хромосом обоих партнеров скрещивания. Этот процесс назван скрещиванием с ограниченной рекомбинацией. Метод считается полезным, когда признак детерминирован олигогенно [Меттин, 1981]. Однако некоторые исследователи, например К. Ло, оценивают его в некоторых случаях как основной метод, поМетоды селекции лагая, что он более эффективен, чем педигри, когда гены, обусловливающие большой эффект по хозяйственным признакам, расположены только в одной или немногих хромосомах. В качестве примера Дж. Бингхем приводит устойчивость пшеницы к глазковой пятнистости, вызываемой Cercosporella herpotrichoides Fron [Bingham, 1984]. Признак контролируется у Aegilops ventricosa Tausch генами, локализованными в хромосоме 7D, а у сорта мягкой пшеницы Cappelle-Desprez – в хромосоме 7A. Таким образом, данные гены устойчивости могут быть легко скомбинированы в одном образце посредством замещения хромосом.

Замещения хромосом могут иметь значение также как процедура скрининга для определения полезных вариаций среди неадаптивных сортов [Law et al., 1987]. Одна из схем замещения хромосом представлена на рис. 3.24.

Однако имеется и ряд отрицательных последствий, которыми сопровождается замещение хромосом. По данным К. Персон, во всех линиях моносомные растения сорта мягкой пшеницы Thatcher после семи беккроссов имели частичный асинапсис, в некоторых потомствах сопровождавшийся сменой унивалента [Person, 1956]. Имеются сообщения о длительном сохранении нестабильности и в потомствах замещенных линий, полученных на основе других моносомных серий. В то же время в некоторых случаях, например, при замещении хромосомы Nicotiana tabacum на хромосому N. glutinosa, несущую устойчивость к вирусу табачной мозаики, получены цитогенетически стабильные формы [Лобашев М.Е. и др., 1979].

–  –  –

3.4.3. Отбор с использованием ДНК-маркеров* Молекулярные маркеры применяются для широкого спектра исследований, начиная от картирования генов и заканчивая улучшением растений с помощью селекции по определенным маркерам. В последнее время все чаще молекулярные маркеры (MAS – marker assistance selection) используются в селекции растений [Tanksley et al., 1989; Buerstmayer et al., 2002].

Совершенствование растений усилиями селекционеров всегда происходило посредством создания, оценки и отбора необходимых аллельных комбинаций. Сейчас поиск наиболее ценных аллелей в сегрегирующей популяции с использованием молекулярных маркеров, их картирование и клонирование становятся все более доступными [Yan et al., 2003, 2006], и у селекционеров появляется новое мощное средство, позволяющее более эффективно управлять сложным комплексом генетических признаков.

Одним из важных аспектов генетики и селекции растений является детальная характеристика селектируемого материала. Созданные в результате селекции сорта растений сочетают уникальные комбинации аллелей генов, обеспечивающих адаптацию к абиотическим и биотическим факторам, а также высокую выраженность хозяйственно важных признаков. Необходимо создать надежную систему молекулярно-генетических маркеров, выявляющих и отражающих особенности соответствующих локусов.

Селекция с использованием ДНК-маркеров дает в руки селекционера ряд неоспоримых преимуществ в сравнении с традиционным отбором по фенотипу.

К наиболее важным характеристикам идеального молекулярного ДНК-маркера относятся:

• высокополиморфная природа;

• кодоминантное наследование (возможность различать гомо- и гетерозиготные состояния у диплоидного организма);

• частая встречаемость в геноме;

• селективная нейтральность по отношению к условиям окружающей среды;

• легкая и быстрая оценка;

• высокая воспроизводимость;

• легкий обмен информацией между группами исследователей.

Главное преимущество ДНК-маркеров – они многочисленны и на них не влияют условия внешней среды.

Кратко рассмотрим основные методы, используемые при проведении отборов с использованием ДНК-маркеров.

Полиморфизм длин фрагментов рестрикции. Метод RFLP (от англ. restriction fragment length polymorphism – полиморфизм длин фрагментов рестрикции). Включает выделение из конкретного растения высокомолекулярной ДНК, обработку ее ферментами рестрикции (эндонуклеазами) и последующее разделение полученных фрагментов электрофорезом. Эндонуклеазы рестрикции (или рестриктазы, лат. restrictio – ограничение) – группа ферментов, относящихся к классу гидролаз, катализируют реакцию гидролиза нуклеиновых * Раздел написан канд. биол. наук К.А. Головниной.

Методы селекции кислот. В отличие от экзонуклеаз, рестриктазы расщепляют нуклеиновые кислоты не с конца молекулы, а в середине. При этом каждая рестриктаза узнает определенную последовательность ДНК длиной от четырех пар нуклеотидов и расщепляет нуклеотидную цепь внутри участка узнавания или вне его.

RFLP-маркеры позволяют анализировать полиморфизм ДНК, исходя из наличия нуклеотидных замен в сайте узнавания ферментом рестрикции, что изменяет количество и длину рестрикционных фрагментов. Таким образом, возможно исследовать наряду с кодирующими районами некодирующие области и “молчащие” замены, не приводящие к замене аминокислоты.

Молекулярные маркеры, основанные на методе полимеразной цепной реакции. Прорыв в использовании молекулярных маркеров был совершен после разработки более простого и информативного, чем RFLP, метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) [Saiki et al., 1985]. Этот экспериментальный метод молекулярной биологии позволяет значительно увеличить копийность определенных фрагментов ДНК в биологическом материале (пробе). С помощью ПЦР участок ДНК, который удовлетворяет заданным условиям, может быть амплифицирован и проанализирован у значительного числа особей без выделения больших количеств ультрачистой геномной ДНК. Метод основан на процедуре ферментативного синтеза фрагментов ДНК в искусственных условиях (in vitrо).

В отличие от амплификации ДНК в живых организмах (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК (при стандартных условиях – до нескольких тысяч пар нуклеотидов). Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты: ДНК-матрица, два праймера, комплементарные противоположным концам разных цепей требуемого фрагмента ДНК, термостабильная ДНК-полимераза, дезоксинуклеозидтрифосфаты, ионы Mg2+, буферный раствор.

Реакция ПЦР, как правило, состоит из 25–30 циклов, каждый из которых включает три основных этапа:

предварительную денатурацию ДНК (94–96 °С), отжиг праймеров (42–60 °С) и элонгацию (72 °С) (рис. 3.25). Процесс синтеза проводится в амплификаторе –

–  –  –

приборе, обеспечивающем периодическое охлаждение и нагревание пробирок.

Полученные фрагменты разделяются электрофорезом и визуализируются.

Микросателлиты (microsatellites). Первыми широко распространенными маркерами, использующими все преимущества ПЦР-метода, были микросателлиты [Litt, Luty, 1989; Tautz, 1989]. Они представляют собой тандемно-повторенные последовательности небольшой длины, где повторяющийся мотив менее 10 нуклеотидов. Такие последовательности могут быть амплифицированы стандартным ПЦР-методом. Микросателлиты высокополиморфны, многочисленны и достаточно равномерно распределены в геноме.

RAPD и его производные методы. Данный класс молекулярных маркеров включает: RAPD (randomly amplified polymorphic DNAs) – полимеразная цепная реакция со случайными праймерами; DALP (direct amplification of length polymorphism) – прямая амплификация фрагментов, имеющих полиморфизм длин; ISSRs (inter simple sequence repeats) – полиморфизм последовательностей простых повторов; IRAPs (inter retrotransposon amplified polymorphism) – полиморфизм последовательностей амплифицированных ретротранспозонов и AFLP (amplified fragment length polymorphism) – полиморфизм длины амплифицированных фрагментов.

Вышеперечисленные методы молекулярных маркеров основаны на использовании ПЦР-праймеров, которые могут отжигаться c большим количеством сайтов в геноме.

Это может быть достигнуто с использованием ПЦР-праймеров: а) коротких – RAPDs [Williams et al., 1990]; б) длинных – DALP [Desmarais et al., 1997]; в) комплементарных повторенным участкам генома:

микросателлитам – ISSRs [Zietkiewicz et al., 1994], ретротранспозонам – IRAPs [Kalendar et al., 1999], микросателлитам с одной стороны и LTR-ретротранспозонам с другой – REMAR [Kalendar et al., 1999], интрон-экзонным соединениям [Weining, Langridge, 1991], генам тРНК [Welsh, McCleland, 1990], 5sРНК [Kolchinsky et al., 1991], а также генам, кодирующим белки с Zh пальцами [Unkles et al., 1992]. Альтернативным методом является AFLP, где рестрикционные фрагменты после связывания с линкером могут быть селективно амплифицированы [Vos et al., 1995]. Во всех случаях различия между индивидами будут определяться по наличию или отсутствию соответствующей полосы (бэнда) в паттерне амплификации каждого организма. RAPDs-, ISSRs- и AFLPsмаркеры не требуют предварительных знаний о последовательностях ДНК исследуемых видов растений и могут быть автоматизированы, что является их несомненным преимуществом перед гибридизационными методами.

RAPD-анализ – это один из первых молекулярных методов оценки генетического полиморфизма [Williams et al., 1990]. В его основе лежит случайная амплификация геномной ДНК с использованием коротких олигонуклеотидных праймеров (длиной около 10 нуклеотидов) произвольно выбранной последовательности. При малой длине праймера вероятность нахождения в геномной ДНК двух сайтов на небольшом расстоянии друг от друга и противоположных по ориентации достаточно велика. Продукты ПЦР длиной примерно 400– 2000 п.н., как правило, анализируются в агарозном геле. Вариации в паттернах амплификации зависят от произошедших в ДНК мутациях, нарушающих сайт праймера. Если такое изменение ДНК произошло, фрагмент до следующего Методы селекции праймера может быть слишком велик для того, чтобы успешно амплифицироваться. Это вызовет отсутствие определенного фрагмента для данного образца или изменение его размера.

RAPD-маркеры в настоящее время практически не используют ввиду сложности воспроизведения полученных результатов [Schierwater, Ender, 1993].

Однако это сравнительно простой и недорогой метод, с помощью которого можно сделать предположения о сходстве или различиях геномов. На основе этого метода созданы другие более совершенные и воспроизводимые маркеры.

SCARs (sequence characterized amplified regions for amplification specific band). Этот подход использует последовательности охарактеризованных RAPDмаркеров для амплификации специфического бэнда с более длинными праймерами (22–24 п.н.) [Martin et al., 1991; Michelmore et al., 1991]. Наличие или отсутствие соответствующего бэнда говорит о существовании вариабельности по данному локусу. Наличие полиморфизма позволяет использовать их при физическом картировании, скринировании геномных библиотек, установлении локус-специфичности, т. е. при сравнительном картировании и исследованиях гомологии среди близкородственных видов [Filho et al., 2002; Ye et al., 2006].

CAPS (cleaved amplified polymorphic sequences) [Konieczny, Ausubel, 1993].

Данный метод предполагает проведение ПЦР с праймерами для известных последовательностей из банков данных и последующей рестрикции ПЦР-продукта для определения полиморфизма рестрикционных фрагментов. Из банков данных могут быть взяты как геномные, так и кДНК-последовательности, а также RAPD-маркеры с известной нуклеотидной последовательностью. Поэтому, чтобы получить CAPS кодоминантные маркеры и легко определить полиморфные сайты у изучаемого растения, можно провести секвенирование ампликонов из группы индивидуумов и, если повезет, обнаружить полиморфный сайт, содержащий сайт рестрикции [Laporte, Charlesworth, 2001]. Преимуществом данного метода являются высокая воспроизводимость и предсказуемость позиции соответствующего фрагмента.

3.5. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИ

–  –  –

Предметом селекции растений является популяция, линия, клон или растение в зависимости от того, с какой категорией работает исследователь. Результатом его деятельности является сорт или гибрид. Метод – отбор – неизменен с доисторических времен. Он имеет модификации, обусловленные характером материала, с которым работает селекционер, – индивидуальный, семейственный, массовый отбор и др.

Методы создания селекционного материала еще более разнообразны: это использование дикорастущей флоры, коллекций научных учреждений, в том числе мировой коллекции ВНИИ растениеводства; гибридизация, включая и отдаленную, мутагенез, полиплоидия, биотехнологические методы и т. д.

Селекция может быть успешной, если она применяет надежный метод, если она умело пользуется достижениями других наук, если она дает в руки 160 Глава 3

–  –  –

исследователя четкий метод изучения, оценки и размножения материала, широко использует экологические особенности среды и той ниши, для которой она работает, владеет статистическими методами. Являясь учением о выведении сортов в соответствии с потребностями человека, селекция также должна учитывать требования и возможности растений. Выбирая между продуктивностью биомассы и генеративных органов, между количеством и качеством, между продуктивностью и скороспелостью, между продуктивностью и иммунностью и другими обратно коррелирующими показателями, она должна во всем находить золотую середину.

Чтобы судить о достоинствах или недостатках того или иного метода селекции, необходимо дать ему оценку, которая при любой системе будет субъекМетоды селекции тивна. Кроме того, различные методы чаще всего сочетаются и дополняются один другим. Это можно проследить на основе анализа методов создания районированных в стране сортов люцерны (табл. 3.9).

Как видим, при создании ряда районированных сортов люцерны использовались разнообразные методы (см. табл. 3.3, 3.4). При этом первые сорта создавались преимущественно путем отбора из местного материала. Затем селекционеры стали применять гибридизацию – парную, сложную, ступенчатую. В основе всех методов селекции лежит создание популяции с широким спектром генетической изменчивости и последующий отбор на уровне растения рекомбинантов с хозяйственно важными свойствами.

В настоящее время ясно, считает Н. Дженсен, что селекционер может увеличить шансы на успех, используя в одной селекционной программе сразу несколько методов [Jensen, 1983]. Например, при селекции пшеницы на устойчивость к стеблевой ржавчине предлагается использовать: 1) программу беккроссов; 2) программу гибридизации с несколькими родителями и рекуррентную селекцию; 3) программу мутагенеза для уменьшения высоты уже отобранных устойчивых растений.

Селекция растений – процесс медленный, поэтому селекционерам всегда следует пользоваться методами, позволяющими очень быстро создавать полезный с коммерческой точки зрения материал [Майо, 1984]. Правда, “экспресспродукт”, как правило, не является шедевром и недолговечен. Тем не менее в “науке всякий метод (т. е. путь к истине) хорош, если он ведет к цели” [Берг, 1922, с. 31]. Однако недочеты применения какого-либо метода еще не означают точности самого метода [Мейн, 1984].

3.6. SUPPORT-ОТБОР (ПОДДЕРЖАНИЕ ГОМЕОСТАЗА)

–  –  –

Проблема “вырождения” сортов существует многие столетия. Кубанские казаки заповедной считали тайну семенного зерна и свято ее берегли. После окончания налива колосьев из всего изобилия старики выбирали колосья-богатыри с большим числом зерен, с сильным стеблем [Птушкина, 1980].

В.Е. Писарев [1935] сообщает, что им еще в 1913 г. на Тулунском опытном поле были получены от Русского сельскохозяйственного агентства в Вашингтоне сорта “шведского регенеративного (обновленного, возрожденного) овса”, причем к списку сортов прилагалось пояснение, что “регенерация” овса производилась путем скрещивания отдельных растений внутри сорта. К этому не встретившему сочувствия селекционеров методу, подвергнутому опытной проверке и заброшенному, у нас в стране вернулись по инициативе Т.Д. Лысенко [1938]. Один из последних примеров изучения внутрисортовой гибридизации – работа [Boha, Orenak, 1968]. Как было многократно установлено и ранее, этот вид гибридизации оказался бесполезен и поэтому больше не применяется [Лелли, 1980].

162 Глава 3 Можно ожидать, что случайная мутация ослабит эффект селекции [Майо, 1984]. Поэтому в настоящее время для поддержания стабильности сорта используют support-отбор, или поддержание гомеостаза. Понятие гомеостаза пришло из физиологии, где под ним подразумевается устойчивость основных физиологических функций организма. В отечественной растениеводческой литературе в качестве меры гомеостаза предложено использовать коэффициент мультикативности, определяемый как увеличение выраженности признака в данном интервале экологических условий [Драгавцев, Аверьянова, 1983; и др.].

В.В. Хангильдин [1989] считает, что в селекции применимо определение гомеостаза как совокупности адаптивных реакций, направленных на минимизацию неблагоприятных воздействий биотических и абиотических факторов на урожай, т. е. пластичности сорта.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
Похожие работы:

«ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 2. Кошкина B.C. Экология и здоровье населения лургии. Магнитогорск: МаГУ, 2004. 204 с. крупного промышленного центра черной металСведения об авторах Боброва Ольга Борисовна – ст. преп. факультета ст...»

«Вольперт Я. Л., Шадрина Е. Г.ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (НА ПРИМЕРЕ ЯКУТИИ) Адрес статьи: www.gramota.net/materials/1/2007/6/9.html Статья опубликована в авторской...»

«Л.В. Забровская ИИАЭ ДВО РАН Проблемы охраны окружающей среды Северо-Восточного Китая В последние десятилетия наблюдается стремительный экономический рост промышленного произ...»

«Положение о Географической олимпиаде-квесте "Дорогами де Геннина"1. Введение 1.1.Географическая олимпиада-квест "Дорогами де Геннина" (далее – Олимпиада) организуется Русским Географическим Обществом, географобиологическим факультетом Уральского государственного педагогического универс...»

«УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Том 147, кн. 2 Естественные науки 2005 УДК 616.34+008.87+085.37+053.2:547.722.5 ПРОИЗВОДНЫЕ НИТРОФУРАНА И ПРОБИОТИКИ В КОРРЕКЦИИ МИ...»

«Расчеты показали, что при росте объема производства на поспе вне­ 15 % дрения на заводе "Дормаш" нового гидрофильтра можно обеспечить прирост прибыли на млрд руб. в год. 2,986 Таким образом, реализация предложе...»

«ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА ПРИ ДОБЫЧЕ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА Кулинич К. С., Замерина О. С. Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Воронеж, Россия ENVIRONMENTAL APPLICATIONS OF RISK IN F...»

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Назарова Елизавета Петровна Разработка автоматизированного рабочего места для оценки экологической безопасности на базе обеспечения "1С" Магистерская диссертация "К З...»

«Налобин Денис Сергеевич Влияние биорегуляторов, выделенных из печени и сыворотки крови млекопитающих, на заместительную регенерацию печени мыши 03.03.05 – биология развития, эмбриология Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научные руководители: доктор биологических наук, профессор, В.А....»

«ИНСТРУКЦИЯ по применению тест-системы "ГРИПП" для выявления и дифференциации вируса гриппа птиц методом полимеразной цепной реакции (организация-производитель ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, г.Москва) Тест-система "ГРИПП" для выявления РНК вируса гриппа А (Influenza virus A) и идентификации субтипов в биологическом материале мет...»

«1948 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК Т. XXXV, вып. 2 РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ ИОДА Б. Г. Дзантиев и М. Б. Нейман ВВЕДЕНИЕ Применение искусственно-радиоактивных элементов " различных областях химии, физики и биологии т...»

«ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НАДЫМСКОГО ВОДОЗАБОРА. Т. А. Фарносова Т юменский государственный нефтегазовый университет. Т юмень, ул. Володарского 38, E-mail: lykov@igig.tgngu.tymen.ru The retrospective a...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук (ЛИН СО РАН) УТВЕРЖДАЮ председатель Ученого совета, академик РАН _ М.А. Грачев " " февраля 2013 г. ПРОГРАММА кандид...»

«Белорусский государственный университет " 29 " декабря 2015 г. Регистрационный № УД -1263/уч. Регуляторные механизмы клетки Учебная программа учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальности: 1-31 01 01 Биология (по направлениям) специализаций 1-31 01 01-01 25 Мол...»

«РЕСПУБЛИКА КРЫМ БАХЧИСАРАЙСКИЙ ГОРОДСКОЙ СОВЕТ РЕШЕНИЕ 46-й сессии 1-го созыва г. Бахчисарай 459 10.06.2016 № от О внесении изменений в решение 17 сессии 1 созыва от 03.03.2015 №180 "Об утверждении Положения об аренде муниципального имущества городского поселения Бахчисарай Бахчисар...»

«УДК 612.6 ОСОБЕННОСТИ МОТОРНОГО ВОЗРАСТА ШКОЛЬНИЦ, ПРОЖИВАЮЩИХ В ГОРОДСКОЙ И СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ Ф.А. Чернышева – кандидат биологических наук, доцент Н.М. Исламова – кандидат биологических наук Н.И. Киамова – кандидат биологических наук, доцент Камская государственная академия физич...»

«ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА КУРЕНЦОВА A. I. Kurentsov's Annual Memorial Meetings _ 2003 вып. XIV УДК 595.773:577.4 К ФАУНЕ И ЭКОЛОГИИ АНТОМИИД (DIPTERA, ANTHOMYIIDAE) ПРИМОРСКОГО КРАЯ Н. В. Репш Уссурийский государственный педагогический институт, г. Уссу...»

«1. Вид практики: (тип), способы и формы проведения практики Практика является базовой учебной общебиологической (БУОбП) и разбивается на два модуля: ботаника и зоология. БУОбП практика является обязательным этапом обучения бака...»

«Лябзина С. Н., Приходько А. Н., Лаврукова О. С. Метод изучения некрофильных насекомых на трупах крупных животных // Принципы экологии. 2016. № 2. С. 91-99. DOI: 10.15393/j1.art.2016.5022 УДК 57.085.4 МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ НЕКРОФИЛЬНЫХ НАСЕКОМЫХ НА ТРУПАХ КРУПНЫХ ЖИВОТНЫХ Петрозаводский...»

«Автор: Слюсарева Елена Павловна, педагог дополнительного образования муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей станция юных натуралистов г.Славянска-на-Кубани муниципального образования Славянский район, Слет юных экологов-краеведов. Интеллектуальная игра, 2011 год Методическая разработка инте...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №1. С. 139–141. УДК 676.038.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНИСТОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕСТ-ЛАЙНЕРА Г.В. Свердлик1, И.Н. Ковернинский2* © ООО "Экологиче...»

«Елькина Т. С., Домрачева Л. И., Хитрин С. В., Фукс С. Л., Девятерикова С. В. Определение степени токсичности отходов производства фторполимеров по реакции почвенной микрофлоры и цианобактерии Nostoc paludosum Ktz // Принципы экологии. 2014. № 1. С. 43–52. DOI: 10.15393/j1.ar...»

«Костина Ирина Борисовна СТАНОВЛЕНИЕ ИНТЕГРАТИВНОЙ МОДЕЛИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЗНАНИЯ (ФИЛОСОФСКО-АНТРОПОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ) Специальность 09.00.13 – философская антропология, философия культуры ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата философских н...»

«Тувинский государственный университет Основная образовательная программа по направлению подготовки 06.03.01 Биология Программы практик ...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.