Селекция и семеноводство цветочных культур

Министерство сельского  хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Пермская государственная  сельскохозяйственная академия имени 

академика Д.Н.Прянишникова

 

 

 

 

 

Кафедра лесоводства и ландшафтной архитектуры

 

 

 

 

 

 

 

Селекция и  семеноводство цветочных культур

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                             Выполнил студент

                                                             зочного отделения

                                                    Шифр Л-09-8

                                                                 Томилина Екатерина

                                                  Васильевна

 

                                                           Проверил доцент

                                                       Рогозин М. В.

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2013

В современном  растениеводстве  возделывают сорта и гибриды, продукты отрасли сельско-хозяйственного производства, именуемой селекцией. Они призваны обеспечить высокую урожайность и качество продукции.

Селекции доступны такие изменения качества продукции, которые не под силу агротехнике, например, изменение цветовой гаммы цветов декоративных культур, состава масла у масличных культур, резкое улучшение хлебопекарных качеств муки у пшеницы, увеличение содержания ценных лекарственных веществ. Прогнозируется дальнейшее увеличение роли селекции в росте урожайности и совершенствовании качества продукции возделываемых культур.

Изложение селекционных технологий увязывается с генетическими  закономерностями. Когда это возможно и необходимо – приводятся формулы  и алгоритмы, позволяющие определить параметры селекционного процесса, обещающие успех.

Примитивная селекция растений возникла одновременно с земледелием. Начав возделывать растения, человек  стал отбирать, сохранять и размножать лучшие из них. Многие культурные растения возделывались примерно за 10 тысяч  лет до нашей эры. Селекционеры древности  создали прекрасные сорта плодовых растений, винограда, многие сорта пшеницы, бахчевых культур. Но значительное влияние  на развитие селекции растений оказала  работа западно-европейских селекционеров-практиков 18 века, например, английских ученых Галлета, Ширефа, немецкого ученого Римпау. Они создали несколько сортов пшеницы, разработали способы выведения новых сортов. В 1774 под Парижем основана селекционная фирма «Вильморен», селекционеры которой первыми стали оценивать отбираемые растения по потомству. Им удалось вывести сорта сахарной свёклы, которые содержали почти в 3 раза больше сахара, чем исходные. Эта работа доказала огромное влияние селекции на изменение природы растений в нужную человеку сторону. С развитием капитализма в конце 18 - начале 19 веков в Европе и Северной Америке возникают промышленные семенные фирмы и крупные селекционно-семеноводческие предприятия; зарождается промышленная селекция растений, на развитие которой большое влияние оказали достижения ботаники, микроскопической техники и мн. др.

И в России И.В. Мичурин  начал работы по селекции плодовых культур. Успешно применив ряд новых  оригинальных методов, он создал много  сортов плодовых и ягодных культур. Большое значение для теории и  практики селекции растений имели его  работы по гибридизации географически  отдаленных форм. В это же время  в США Л. Бёрбанк путем тщательного проведения скрещиваний и совершенного отбора создал целый ряд новых сортов различных сельскохозяйственных культур. Некоторые из них относились к формам, ранее не встречавшимся в природе (бескосточковая слива, неколючие сорта ежевики).

В селекции растений особое значение имеют развитие научных  основ отбора и гибридизации, методы создания исходного материала - полиплоидия, экспериментальный мутагенез, гаплоидия, клеточная селекция, хромосомная и генная инженерия, гибридизация протопластов, культура зародышевых и соматических клеток и тканей растений; изучение генетических и физиолого-биохимических основ иммунитета, наследование важнейших количественных и качественных признаков (белка и его аминокислотного состава, жиров, крахмала, сахаров). В современной селекции растений в качестве исходного материала используют естественные и гибридные популяции, самоопыленные линии, искусственные мутанты и полиплоидные формы. Большинство сортов сельскохозяйственных растений создано методом отбора и внутривидовой гибридизации. Получены мутантные и полиплоидные сорта зерновых, технических и кормовых культур. Успех гибридизации в значительной степени определяется правильным подбором для скрещивания исходных родительский пар, особенно по эколого-географическому принципу. При необходимости объединить в гибридном потомстве признаки нескольких родительских форм используют ступенчатую гибридизацию. Этот метод широко применяется во всем мире. Для усиления в гибридном потомстве желаемых свойств одного из родителей применяют возвратные скрещивания. Для сочетания в одном сорте признаков и свойств разных видов или родов растений применяют отдаленную гибридизацию.

Селекция цветочных культур

Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности  — отбор и гибридизация. Для  перекрестноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Эти сорта не являются генетически однородными. Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками.

Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.

Несмотря на неблагоприятные  последствия самоопыления, его часто  применяют у перекрестноопыляемых растений для получения гомозиготных («чистых») линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Эффект гетерозиготной (или гибридной) мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина — объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.

В селекции растений широко применяется экспериментальная  полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидный клевер, рожь и твердая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений.

Путем искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные  сорта ячменя и пшеницы. Этими  же методами удалось получить новые  штаммы грибов, выделяющие в 20 раз больше антибиотиков, чем исходные формы. Сейчас в мире культивируют более 250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных  при помощи физического и химического  мутагенеза. Это сорта кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, декоративных растений.

При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон  гомологических рядов Н. И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.

К одному из достижений современной  генетики и селекции относится преодоление  бесплодия межвидовых гибридов. Впервые  это удалось сделать Г. Д. Карпеченко при получении капустно-редечного  гибрида. В результате отдаленной гибридизации было получено новое культурное растение — тритикале — гибрид пшеницы  с рожью. Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве.

Основные направления  исследований

1. Создание новых сортов  методами межсортовой и межвидовой  гибридизации:

- высокодекоративных, высокопродуктивных  цветочных культур (тюльпана, фрезии, анемоны корончатой, герберы, хризантемы), устойчивых к стрессовым факторам в субтропическом климате Черноморского побережья Краснодарского края.

- высокоурожайных, устойчивых  к курчавости листьев сортов  персика, а также с целью  создания сортов, обеспечивающих  непрерывный конвейер созревания  плодов.

- высокопродуктивных сортов  мандарина, более зимостойких по сравнению с существующими.

2. Селекция in vitro - получение новых селекционных форм и генетического разнообразия с использованием методов эмбриокультуры и культуры не оплодотворённых семяпочек.

3. Разработка и совершенствование  методов микроклонального размножения  для производства оздоровленного  посадочного материала цветочных  культур (гербера, хризантема), редких  исчезающих видов природной флоры.

4. Создание растущих коллекций  ценных генотипов в условиях  in vitro (cубтропических, цветочно-декоративных культур, редких видов природной флоры).

5. Разработка методики  получения гаплоидов герберы из неоплодотворённых семяпочек с целью создания гомозиготных линий.

6.Разработка технологии  сохранения in vitro цитрусовых (лимоны) и редких видов природной флоры Кавказа (колокольчики).

Селекционная работа начинается с подбора исходного материала, в качестве которого могут быть использованы культурные и дикие формы растений.

 

Исходный материал для селекции

В современной селекции применяют  следующие основные виды и способы получения исходного материала.

I. Естественные популяции.  К этому виду исходного материала  относятся дикорастущие формы,  местные сорта культурных растений, популяции и образцы, представленные  в мировой коллекции сельскохозяйственных растений ВИР.

II. Гибридные популяции,  создаваемые в результате скрещивания  сортов и форм в пределах  одного вида (внутривидовые) и  получаемые в результате скрещивания  разных видов и родов растений (межвидовые и межродовые).

III. Самоопыленные линии (инцухт-линии). У перекрестноопыляющихся растений важный источник исходного материала — самоопыленные линии, получаемые путем многократного принудительного самоопыления. Лучшие линии скрещивают между собой или с сортами, а полученные семена используют в течение одного года для выращивания гетерозисных гибридов. Гибриды, созданные на основе самоопыленных линий, в отличие от обычных гибридных сортов нужно ежегодно воспроизводить.

IV. Искусственные мутации  и полиплоидные формы. Этот  вид исходного материала получают  путем воздействия на растения  различными видами радиации, температурой, химическими веществами и другими  мутагенными средствами.

Значение различных видов  исходного материала в развитии селекции неодинаково.

 

Основные методы селекции – отбор и гибридизация. Отбор, проводимый человеком, называют искусственным. Известны две формы искусственного отбора: стихийный и методический.

Стихийный, или бессознательный, отбор человек производил, не имея научных знаний и целей. Человек  сохранял особей с наиболее ценными  признаками для получения от них  потомства. При этом постепенно происходило  улучшение породы или сорта. Однако это был очень длительный процесс. Тем не менее он привел к появлению почти всех культурных растений и домашних животных.

При методическом, или сознательном, отборе человек заранее ставит перед  собой цель и предвидит ее результаты. Например, на одной из сельскохозяйственных выставок демонстрировалась порода петухов со стоячими гребнями. Через 5-6 лет уже многие селекционеры смогли вывести такие же породы.

Различают массовый и индивидуальный методический отбор. Массовый отбор  проводится по фенотипу. При этом отбирается группа сходных по фенотипу особей. Например, при отборе кур породы леггорн оставляют несушек с  яйценоскостью 150-200 яиц в год и  массой 1,8 кг. Всех остальных кур  выбраковывают. Генотипы отобранных по фенотипу кур разные, поэтому интересующий человека признак (например, яйценоскость) не всегда сохраняется и передается по наследству.

При индивидуальном отборе выделяют одну особь, а затем исследуют  ее потомство, чтобы изучить генотип  этой особи. Такой отбор трудоемкий, но более эффективный, чем массовый.

Однако методом отбора человек не может получить принципиально новые признаки у создаваемых сортов и пород, поскольку при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород животных и сортов растений применяют метод гибридизации. Различают два типа гибридизации, или скрещивания: близкородственное скрещивание – инбридинг (от англ. in – внутри и breeding – разведение) и неродственное скрещивание – аутбридинг (от англ. out – вне, вон и breeding).