Значение исследований Дарвина, Мичурина, Вавилова в формировании и развитии науки селекции

     Одна из важных задач генной инженерии — получение растений, устойчивых к вирусам, так как в настоящее время не существует других способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур. Введение в растительные клетки генов белка оболочки вируса, делает растения устойчивыми к данному вирусу. В настоящее время получены трансгенные растения, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

     Другая важная задача генетической инженерии связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Применение инсектицидов не всегда является эффективным в связи с их токсичностью и возможностью смыва инсектицидов с растений дождевой водой. В генно-инженерных лабораториях Бельгии и США были успешно проведены работы по внедрению в растительную клетку генов земляной бактерии Bacillus thuringiensis, которые позволяют синтезировать инсектициды бактериального происхождения. Эти гены были введены в клетки картофеля, томатов и хлопчатника, вследствие чего трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника оказались устойчивыми к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке. Применение генной инженерии в сельском хозяйстве позволило сократить использование инсектицидов на 40 — 60%. Генными инженерами были выведены трансгенные растения с удлиненным сроком созревания плодов. Это дает возможность снимать такие помидоры с куста красными с уверенностью, что они не перезреют при транспортировке.

     Список растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, пополняется. В него входят яблоня, виноград, слива, капуста, баклажаны, огурцы, пшеница, рис, соя, рожь и множество других сельскохозяйственных культур.

27.Виды мужской  стерильности растений. Использование  цитоплазматической мужской стерильности  в производстве гибридных семян  кукурузы и других семян

     Стерильность пыльцы, вызванная цитоплазматическими факторами, носит название цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС). Свое название ЦМС получила потому, что этот признак наследуется по материнской линии, через цитоплазму яйцеклетки, и не передается спермиями, т. е. через мужского родителя. ЦМС возникла в ходе эволюции цветковых и проявляется обычно в популяциях растений спонтанно. Она обусловливается определенными ядерно-цитоплазматическими отношениями и выражается в дегенерации большинства пыльцевых зерен и пыльников на определенных этапах их развития. У многих видов, наиболее четко это показано для кукурузы, признак ЦМС, или стерилизующие свойства цитоплазмы, закодирован в митохондриальном геноме, а у некоторых видов растений ЦМС связывают с геномом пластид. Этот вопрос еще не совсем ясен, поскольку некоторые исследователи полагают, что ЦМС обусловлена вирусной природой. В настоящее время это явление обнаружено у сотен видов растений и используется в связи с гетерозисом для получения гибридных семян первого поколения по принципу восстановления. Отцовская линия, как правило, несет доминантные гены и при массовой гибридизации восстанавливает фертильность в потомстве. Таким образом, высевая гибридные семена, можно получить гетерозисное потомство и фертильные семена, дающие высокий урожай растения. Наиболее четко этот признак изучен у кукурузы, где, имея источник стерильности — стерильную линию, можно путем обратных насыщающих скрещиваний перевести любую женскую линию на стерильную основу, т. е. сделать ее стерильной.

     Генетические условия получения стерильной линии — наличие рецессивных мутантных генов rf,, rf2 в гомозиготном состоянии и соединение их в зиготе со стерилизующей цитоплазмой. Растения такого типа образуют абортивную пыльцу, в то время как их семяпочки совершенно нормальны и фертильны. По генетическим признакам и реакции на различные линии, закрепляющие в потомстве признак ЦМС, и линии, восстанавливающие фертильность, а также по характеру и времени абортивности пыльцы выделяют различные типы ее стерильности: техасский — Т-тип, молдавский — М-тип, «С»-стерильность пыльцы у кукурузы и др. Источником ЦМС у пшеницы могут служить различные виды эгилопса и такие виды пшениц, как Т. timopheevi, Т. zhukovskyi, Т. timonovum, Т. araraticut, Т. dicoccoides inf. Восстановление фертильности у пшеницы осуществляется полигенной системой главных факторов и генами-модификаторами. Характерным цитологическим признаком развития стерильной пыльцы для большинства растений является начало деструктивных процессов в постмейотический период, т. е. сразу же после освобождения микроспор из каллозной оболочки тетрад. У кукурузы, в частности техасского типа стерильности, это выражается в ненормальной вакуолизации цитоплазмы микроспоры и в отсутствии развития центральной вакуоли; дифференцирующего митоза не происходит. При других типах стерильности, как например S-тип у кукурузы, развитие идет до образования 2-клеточного пыльцевого зерна, а затем наступает его дегенерация.

     Детальное эмбриологическое исследование ЦМС у пшеницы выявило, что фаза вакуолизации микроспоры наиболее уязвима при развитии пыльцевого зерна. Изучение цитологии мужской стерильности у различных культурных растений показало, что процесс стерилизации пыльцевых зерен в пыльнике происходит несинхронно. Для пыльцевых зерен с ЦМС характерны аномальная вакуолизация генеративных и вегетативных клеток, гидратация кариоплазмы ядра вегетативной клетки, нарушение движения генеративной клетки, нарушение движения ядер в микроспоре и вегетативной клетке.

     Кроме того, в пыльце ЦМС отмечается уменьшение количества крахмала, а также пикноз ядер и цитоплазмы. Характерный признак развития пыльника при ЦМС — задержка лизиса тапетального слоя клеток, а для многих растений с ЦМС свойственны его гипертрофия, многоядерность и активное разрастание в полость гнезда пыльника. Это наблюдается у пшеницы, сорго, подсолнечника, сахарной свеклы и т. д. Все указанные выше нарушения приводят к тому, что к моменту созревания пыльцы у кукурузы, пшеницы, ржи, ячменя и других видов растений с ЦМС наблюдается масса «пустых» зерен (без цитоплазмы и ядер) в дегенерирующих пыльниках. В настоящее время интенсивно ведутся работы по изучению генетической, цитологической и эмбриологической природы ЦМС. Это явление открывается у все новых видов культурных растений и широко используется в селекционно-семеноводческой практике для массового получения гибридных семян первого поколения. При исследовании ЦМС нужно помнить, что пыльник — сложная интегрированная система, где развитие пыльцы тесно связано с окружающими его тканями (стенка пыльника), поэтому изучать это явление необходимо усилиями специалистов разного профиля — генетиков, селекционеров, цитологов и обязательно эмбриологов.

(38)Оценка селекционного  материала на засухоустойчивость.

Значительная часть  территории нашей страны подвержена действию засухи, поэтому селекция на засухоустойчивость очень важна. Наибольший вред засуха наносит растениям в критический для них период. Засухоустойчивость отрицательно коррелирует с высокой продуктивностью, и селекция на сочетание этих показателей весьма трудна. Селекционеры обращают большое внимание на соотношение между листовой поверхностью растения и его корневой системой. Лучше переносят засуху форы с хорошей корнеобеспеченностью.

Для оценки засухоустойчивости чаще всего пользуются прямыми методами. Наиболее надежна оценка на фоне естественной засухи. При этом в засушливый год определяют урожайность зерна и его выполненность, а также динамику прироста зеленой массы и зерна, озерненность колоса, степень завядания листьев и т.д. сравнение показателей образца в сухие и благоприятные годы позволяет судить об его устойчивости к засухе.

Степень устойчивости сорта  против почвенной засухи часто определяют с помощью метода засушника. Засушник – это легкий каркас, на который  перед дождем натягивают пленочное покрытие. Семена каждого образца высевают как в засушнике, так и вне его. Сравнение показателей с укрываемых и контрольных делянок позволяет судить о засухоустойчивости образца. Косвенным показателем засухоустойчивости является сохранение высокой интенсивности прироста сухого вещества во время засухи. Для определения его берут через каждые 2 – 3 дня пробу по 50 – 100 растений.

К посевным методам относится  и изучение особенностей корневой системы: ее мощное развитие, высокая энергия  образования узловых корней, интенсивный прирост в длину, большая разветвленность. Изучают корневую систему при селекции на засухоустойчивость, выращивая растения в сосудах, или путем взятия проб в поле, отмывки корней и оценки корневой системы. Эти методы громоздки и трудоемки. Проще методы оценки корневой системы в начале онтогенеза растений. Семена проращивают в пробирках на питательных смесях, а затем отбирают растения с наиболее мощной корневой системой.

Для оценки засухоустойчивости применяют и другие лабораторные методы, например отбор семян, проросших в концентрированном растворе сахарозы. Если семена прорастают с высоким осмотическим давлением, значит, они способны  использовать малые запасы влаги в почве и устойчивы к почвенной засухе. Стойкость растений к атмосферной засухе определяют в суховейных камерах. Здесь засуху создает поток воздуха, скорость, температуру и степень обезвоживания которого можно регулировать. Но малая вместимость камер не позволяет изучать много образцов.

При селекции на засухоустойчивость очень ценен исходный материал из засушливых зон, засухоустойчивость которого выработалась в течение многих десятков и сотен лет.

(44)Выбор, изучение  и подготовка участка для селекционного  процесса.

Процесс выведения  новых сортов охватывает большой  комплекс вопросов, связанных с применением специфических селекционных методов (проведение скрещиваний, отборов, оценки полученного материала) и использованием ряда технических приемов при посеве, уходе, наблюдениях, уборке урожая. Сюда входят также выбор участка и подготовка его для селекционной работы, организация и осуществление по установленным схемам испытания и размножения сортов и селекционных номеров, обработка полученных данных и т. д.

Селекционный  процесс завершается выведением сорта. Сорта создаются для производства, и поэтому во время испытания в научно-исследовательских учреждениях им нужно давать всестороннюю    характеристику    в   производственно-достоверном   полевом опыте. Это означает, что если новый, выведенный в научно-исследовательском   учреждении   сорт   превосходит   по   урожайности старый, районированный сорт по данным сортоиспытания, например на 0,4 т с 1 га, то и в производственных условиях эта прибавка должна иметь примерно такую же величину. Чтобы получить   производственно-достоверные   результаты   при   испытании сортов и селекционных материалов,  необходимо на всех этапах селекционного процесса обеспечивать типичность и точность опыта и  соблюдать  принцип  единственного различия.

При испытании  сортов и селекционных материалов все агротехнические условия должны быть для них совершенно одинаковыми (почвенное плодородие, обработка почвы, норма высева и глубина посева семян, способ вспашки и т. д.). Единственное различие в любом таком опыте — это норма реакции разных сортов (их наследственность) на одинаковые производственно-агротехнические условия.

Изучаемый фактор в сортоиспытании один — сорт. Следовательно, для получения при сортоизучении достоверных результатов необходимо проводить его в типичных условиях с соблюдением принципа единственного различия и высокой точностью. Только в этом случае результаты сортоиспытания будут высоковоспроизводимыми  и  производственно достоверными.

    Участок,  на котором предполагается проводить  селекционные посевы и сортоиспытание, должен быть типичным для данной местности по рельефу, почвенному покрову, предшествующей агротехнике и выравненным по почвенному плодородию, рельефу и другим условиям в такой степени, чтобы ошибки в оценке сортов, вызванные неодинаковыми условиями, при размещении их на участке были наименьшими, а точность опыта достаточно высокой. Все сорта нужно размещать по одному предшественнику. Совершенно одинаковой на всем участке должна быть обработка почвы, удобрения следует вносить как можно более равномерно по площади и на глубине их заделки. Рельеф на всей площади участка должен быть горизонтальным или с небольшим уклоном в каком-либо одном направлении (не более 2,5° на 10 м).

На   участке,   где   предполагается   сортоиспытание,   проводят •тщательное  почвенное обследование.

Уравнительные посевы. Для уменьшения пестроты плодородия почвы на участках, выделенных под селекционные питомники и

сортоиспытание, проводят уравнительные посевы. Высевают один сорт какой-либо яровой зерновой культуры. Очень эффективны для выравнивания плодородия почвы глубокая вспашка, внесение больших доз извести и навоза. Однако необходимо равномерное распределение их по всей площади поля.

Значение  уравнительных посевов сильно возрастает, если их применяют не однократно, а в течение 2—3 лет, сохраняя принятое в севообороте чередование культур. Обычно при этом уравнительный посев и сортоиспытание чередуются на определенном месте через год. Половину поля занимают сортоиспытанием или другими селекционными посевами, а вторую половину используют для размножения лучших перспективных сортов. Для выравнивания микрорельефа целесообразно применять почвообрабатывающие агрегаты ВИП-5,6, РКВ-3,6, плоскорезы и другие орудия.

(51)Порядок  включения новых сортов и гибридов  в государственное сортоиспытание. Районирование.

Чтобы лучше использовать достижения селекции, сорта, создаваемые  в научно-исследовательских учреждениях, необходимо окончательно оценивать  и определять районы их будущего возделывания. Эти задачи решаются государственным  сортоиспытанием. Государственное сортоиспытание представляет собой независимую от селекционно-опытных учреждений систему всесторонней оценки новых сортов сельскохозяйственных культур для правильного их размещения по территории страны. Главная задача государственного сортоиспытания состоит в том, чтобы быстро давать всем испытываемым сортам и гибридам сельскохозяйственных культур всестороннюю объективную и точную оценку и отбирать наиболее урожайные, ценные по качеству продукции и другим свойствам и признакам сорта и гибриды для их районирования и внедрения в производство. 
        Попытки проведения сравнительного испытания культур и сортов для определения целесообразности их использования в местных условиях предпринимали в России еще в прошлом столетии. В 1848 г. К. И. Арсеньев опубликовал первую научную работу по испытанию сельскохозяйственных культур и сортов в разных почвенно-климатических условиях и наметил общие принципы районирования. Но организованное, плановое сортоиспытание в нашей стране было осуществлено только при Советской власти. В 1923 г. начала работать сеть сортоиспытательных участков, созданная Всеукраинским обществом семеноводства (Укрсортсеть). В 1924 г. на территории РСФСР была организована государственная сеть сортоиспытания (Госсортсеть) при Государственном институте опытной агрономии (ныне Всесоюзный научно-исследовательский институт растениеводства имени Н. И. Вавилова). В 1929 г. в нашей стране провели первое сортовое районирование зерновых культур. В 1932 г. вся работа по государственному сортоиспытанию была объединена в отделе единой Госсортсети ВИР. В то время Госсортсеть насчитывала на территории страны 450 сортоучастков, работавших в основном на базе селекционных и опытных станций. 
        В соответствии с постановлением правительства от 29 июня 1937 г. «О мерах по улучшению семян зерновых культур» была создана Государственная комиссия по сортоиспытанию зерновых культур при Наркомземе СССР (ныне Государственная комиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур в системе Госагропрома СССР) с 1055 государственными сортоучастками в различных почвенно-климатических зонах страны, по одному на каждые 2—3 административных района. В дальнейшем число сортоучастков увеличивалось и происходила их специализация.