в основе какого метода создания сортов растений лежит кратное увеличение набора хромосом в клетках

В основе какого метода создания сортов растений лежит кратное увеличение набора хромосом в клетках

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.

Все особи такой группы имеют сходные морфологические и физиологические признаки, однотипную реакцию на изменение факторов внешней среды, определённый уровень продуктивности.

Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.

Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор

Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

Индивидуальный отбор

Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.

Естественный отбор

Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.

Инбридинг (инцухт)

В центре гете­розис­ная куку­руза, слева и справа роди­тель­ские особи.

Так называется близкородственное скрещивание. Инбридинг имеет место при самоопылении перекрестноопыляемых растений. Для инбридинга подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса. Такие подобранные растения в течение ряда лет подвергаются принудительному самоопылению. В результате инбридинга многие рецессивные неблагоприятные гены переходят в гомозиготное состояние, что приводит к снижению жизнеспособности растений, к их «депрессии». Затем полученные линии скрещивают между собой, образуются гибридные семена, дающие гетерозисное поколение.

Гетерозис («гибридная сила») — явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30%. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии, тем больше эффект гетерозиса.

Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.

Растения диплоид­ной (2n = 16) и тетра­плоидной (2n = 32) гре­чихи.

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.

Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.

Отдаленная гибридизация

Восстановление плодови­тости капустно-­редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-­редечный гибрид.

Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.

Методика преодоления бесплодия у отдаленных гибридов была разработана в 1924 году советским ученым Г.Д. Карпеченко. Он поступил следующим образом. Вначале скрестил редьку (2n = 18) и капусту (2n = 18). Диплоидный набор гибрида был равен 18 хромосомам, из которых 9 хромосом были «редечными» и 9 — «капустными». Полученный капустно-редечный гибрид был стерильным, поскольку во время мейоза «редечные» и «капустные» хромосомы не конъюгировали.

Далее с помощью колхицина Г.Д. Карпеченко удвоил хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе «редечные» (9 + 9) хромосомы конъюгировали с «редечными», «капустные» (9 + 9) с «капустными». Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.

Использование соматических мутаций

Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

Экспериментальный мутагенез

Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.

Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным

С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.

Источник

В основе какого метода создания сортов растений лежит кратное увеличение набора хромосом в клетках

В селекции для получения новых полиплоидных сортов растений

Полиплоидия – это кратное увеличение набора хромосом при мейозе. В селекции растений такую мутацию вызывают искусственно, разрушая веретено деления во время расхождения хромосом.

Н. И. Вавилов определил центры происхождения растений

Вавилов определил центры происхождения культурных растений.

Массовый отбор как метод селекции в отличие от индивидуального отбора

А,Б,В – характерно для индивидуального отбора.

Массовый отбор – проводится по фенотипу (по экстерьеру).

Индивидуальный отбор – проводится по генотипу, т. е. с учетом данных о фенотипе родителей, потомства и других родственников.

Группа наиболее сходных по строению и жизнедеятельности растений, созданная путём отбора особей с полезными для человека признаками, называется

В селекции растений создаются новые сорта.

Получение селекционерами сортов полиплоидной пшеницы возможно благодаря мутации

Полиплоидные организмы имеют увеличенное количество хромосом, это геномные мутации.

Геномные мутации — это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом. Полиплоидии — кратного изменения числа хромосом.

Хромосомные мутации — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую).

Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т. к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают.

Каким путем осуществляется в селекции растений выведение новых сортов

В селекции растений часто используется скрещивание растений разных сортов (отдаленная гибридизация) и искусственный отбор желаемых признаков.

Для восстановления способности к воспроизведению у гибридов, выведенных методом отдаленной гибридизации,

Отдаленная гибридизация, т. е. скрещивание растений, которые относятся к разным видам и даже родам, перспективна для создания совершенно новых форм растений. Однако гибриды первого поколения, как правило, бесплодны. Причина бесплодия заключается в нарушении конъюгации хромосом в мейозе. Полиплоидизация отдаленных гибридов приводит к восстановлению плодовитости благодаря нормализации мейотического процесса.

Впервые отечественный генетик Г. Д. Карпеченко в 1924 г. на основе полиплоидии создал плодовитый капустно-редечный гибрид

Какое явление наблюдается при скрещивании двух чистых линий между собой и получения в результате высокоурожайного гибрида?

Снижение эффекта гетерозиса в последующих поколениях обусловлено

При скрещивании гетерозисных растений (гетерозигот) рецессивные мутации переходят в гомозиготное состояние и проявляются. При проявлении рецессивных мутаций могут появиться нежелательные признаки, которые не ожидали селекционеры.

Получением высокоурожайных полиплоидных растений занимается наука

Генетика изучает наследственность и изменчивость организмов, физиология – наука о процессах жизнедеятельности организмов, ботаника – наука о растениях.

Для получения полиплоидов на делящуюся клетку воздействуют колхицином, который

Колхицин разрушает нити веретена деления, и хромосомы не расходятся к полюсам во время мейоза, образуется полиплоидный организм.

Популяция растений, характеризующаяся сходным генотипом и фенотипом, полученная в результате искусственного отбора, — это

Искусственно выводят сорта растений. Вид образуется в ходе естественного отбора.

Метод получения новых сортов растений путем воздействия на организм ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами называют

УФ и рентгеновские лучи являются мутагенными факторами, в селекции их используют для получения искусственных мутаций.

У растений чистые линии получают путем

Чистые линии имеют признаки в гомозиготном состоянии, это достигается близкородственными скрещиваниями или самоопылением.

Н. И. Вавилов разработал

Учение о центрах происхождения культурных растений — Н.И. Вавилов

1 – Морган, 2 — Дарвин,

3 — Несколько теорий, много авторов. Например,

Знания центров происхождения культурных растений используются селекционерами при

Вавилов открыл центры многообразия и происхождения культурных растений, что расширило знания для селекционеров. Знания центров происхождения культурных растений используются селекционерами при подборе исходного материала для получения нового сорта

Возможность подбора родительских пар для скрещивания и получения потомства с нужными селекционеру признаками возросла благодаря открытию Н. И. Вавиловым

Вавилов открыл центры многообразия и происхождения культурных растений, что расширило знания для селекционеров.

Районы, где сосредоточено наибольшее разнообразие сортов растений, считают местами их происхождения, так как они

Вавилов определил центры происхождения культурных растений, которые соответствуют древним очагам земледелия.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости установил

Закон гомологических рядов вывел Вавилов.

Какой вклад в генетику и селекцию внес Г. Д. Карпеченко?

Использовал в создании новых сортов отдаленную гибридизацию, и вывел способ преодоления бесплодия межвидовых гибридов.

Межлинейная гибридизация в селекции растений способствует

Для получения чистой линии, то есть генетически однородного сорта, применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от единственной особи с желательными признаками.

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.

Полиплоидия — увеличение числа хромосом в ядре клетки, кратное гаплоидному набору, вызывается ядами, разрушающими веретено деления.

Мутагенез — это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций).

Результатом клонирования клубники становится организм, имеющий

Клонирование — образование идентичных потомков (клонов) путём бесполого размножения. Результатом клонирования является популяция клеток или организмов с одинаковым набором генов (генотип).

Южноамериканский центр происхождения культурных растений — это родина

Перечислим центры происхождения культурных растени и основные происходящие из них культуры:

1) Южноазиатский тропический центр: тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, острова Юго-Восточной Азии. Исключительно богат культурными растениями (около 1/3 известных видов культурных растений). Родина риса, сахарного тростника, множества плодовых и овощных культур.

2) Восточноазиатский центр: Центральный и Восточный Китай, Япония, остров Тайвань, Корея. Родина сои, нескольких видов проса, множества плодовых и овощных культур (около 20% мирового многообразия).

3) Юго-западноазиатский центр: Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Северо-Западная Индия. Родина нескольких форм пшеницы, ржи, многих зерновых, бобовых, винограда, плодовых (в нем возникло 14% мировой культурной флоры).

4) Средиземноморский центр: страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот центр дал около 11% видов культурных растений. В их числе маслины, многие кормовые растения (клевер, одноцветковая чечевица), многие овощные (капуста) и кормовые культуры.

5) Абиссинский центр: небольшой район Африканского материка с очень своеобразной флорой культурных растений, древний очаг самобытной земледельческой культуры. Родина зернового сорго, одного вида бананов, масличного растения нута, ряда особых форм пшеницы и ячменя.

6) Центральноамериканский центр: Южная Мексика. Родина кукурузы, длинноволокнистого хлопчатника, какао, ряда тыквенных, фасоли — всего около 90 видов культурных растений.

7) Андийский (Южноамериканский) центр. Включает часть районов Андийского горного хребта вдоль западного побережья Южной Америки. Родина многих клубненосных растений, и в том числе картофеля, некоторых лекарственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево и др. ).

1) картофель, ананас — Южноамериканский, кукуруза — Центральноамериканский;

2) рис, сахарный тростник — Южноазиатский (Индия);

3) чай — Восточноазиатский (Китай), кофе — Абиссинский (Африка);

4) бананы — Абиссинский (Африка), табак — Центральноамериканский (Мексика).

Южноазиатский: рис, сахарный тростник, цитрусовые.

Восточноазиатский: просо, гречиха, корнеплоды, груши, яблони, сливы.

Юго-Западноазиатский: пшеница, бобовые, виноград, тыквенные.

Средиземноморский: капуста, оливки, свекла.

Эфиопский: зерновые, кофе.

Центральноамериканский: кукуруза, какао, табак, арахис.

Южноамериканский: картофель, ананас.

Чистую исходную линию сорта гороха можно быстрее получить

Потомство одной самоопыляющейся особи называется чистой линией. Таким образом, индивидуальный отбор приводит к выделению отдельных чистых линий. Самоопыление ведет к появлению гомозиготных форм (вспомните моногибридное скрещивание, в результате которого все время уменьшается число гетерозигот и возрастает число гомозигот).

Какой из приведенных примеров служит результатом селекции?

Высокие сосны, линяющие зайцы и эхолокация — результат движущих сил эволюции, полиплоидная пшеница — результат искусственного отбора.

Каким образом размножают выведенный сорт бессемянного растения?

Сорта без семян размножают вегетативно, например черенками.

Капустно-редечный гибрид создан методом

Капустно-редечный гибрид создан методом отдалённой гибридизации. Отдаленной гибридизацией называется такие скрещивания, когда подобранные пары принадлежат различным видам или родам, т. е. являются отдаленными не в географическом, а в родственном отношении.

Что называют чистой линией?

Чистыми линиями часто называют сорта растений, при самоопылении дающих генетически идентичное и морфологически сходное потомство, у которых почти все гены находятся в гомозиготном состоянии.

Перед выведением гетерозисной формы растений необходимо сначала получить

В основе гетерозиса лежит резкое повышение гетерозиготности у гибридов первого поколения и превосходство гетерозигот по определённым генам над соответствующими гомозиготами. Чистая линия — это группа растений, являющихся потомками одной гомозиготной самоопыляемой особи.

На первом этапе создания гетерозисного сорта растения необходимо

На первом этапе создания гетерозисного сорта растения необходимо провести многократное самоопыление у исходных форм и получить чистые линии

Примером организма, полученного в результате отдалённой гибридизации, может служить

Скрещивание организмов, относящихся к разным видам и родам, называется отдаленной гибридизацией.

Отдаленная гибридизация делится на межвидовую и межродовую. Примеры межвидовой гибридизации — скрещивания мягкой пшеницы с твердой, подсолнечника с топинамбуром, овса посевного с овсом византийским и т. д. Скрещивания капусты и редьки, пшеницы с рожью, пшеницы с пыреем, ячменя с элимусом и другие относятся к межродовой гибридизации. Цель отдаленной гибридизации — создание растительных форм и сортов, сочетающих признаки и свойства разных видов и родов.

Эффект гетерозиса обусловлен

Под термином гетерозис в самом широком смысле слова понимают все положительные эффекты, ведущие к превосходству гибридов первого поколения (F1) над родительскими формами.

Увеличение жизнеспособности гибридов первого поколения в результате гетерозиса связывают с переходом генов в гетерозиготное состояние, при этом рецессивные полулетальные аллели, снижающие жизнеспособность гибридов, не проявляются.

Гибридное потомство, полученное Г. Д. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты, оказалось бесплодным вследствие

Отдаленная гибридизация – скрещивание растений разных видов, а иногда и родов, способствующее получению новых форм. Обычно скрещивание происходит в пределах вида. Но иногда возможно получение гибридов от скрещивания растений разных видов одного рода и даже разных родов.

Так получен капустно-редечный гибрид при скрещивании редьки и капусты

Однако отдаленные гибриды бесплодны. Основные причины бесплодия:

– у отдаленных гибридов обычно невозможен нормальный ход созревания половых клеток;

– хромосомы обоих родительских видов растений настолько несхожи между собой, что они оказываются неспособными конъюгировать, в результате чего не происходит нормальной редукции их числа, нарушается процесс мейоза.

Для преодоления бесплодия капустно-редечного гибрида Г. Д. Карпеченко применил метод полиплоидизации, что позволило

Для преодоления бесплодия капустно-редечного гибрида Г. Д. Карпеченко применил метод полиплоидизации, что позволило восстановить парность гомологичных хромосом.

Скрещивание редьки и капусты. Г. Д. Карпеченко. Оба эти вида имеют (в диплоидном наборе) по 18 хромосом. Соответственно их гаметы несут по 9 хромосом (гаплоидный набор). Гибрид имеет 18 хромосом, но он совершенно бесплоден, т. к. «редечные» и «капустные» хромосомы в мейозе не конъюгируют друг с другом.

Г. Д. Карпеченко действием колхицина удвоил число хромосом гибрида. В результате в гибридном организме оказалось 36 хромосом, слагающихся из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты. Это создало нормальные возможности для мейоза, т. к. каждая хромосома имела себе парную. «Капустные» хромосомы конъюгировали с «капустными», а «редечные» – с «редечными». Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18).

Что позволяет преодолеть бесплодие потомков, полученных путём отдалённой гибридизации растений?

Для преодоления бесплодия применяют метод полиплоидизации, что позволяет восстановить парность гомологичных хромосом.

В агроценозах культурные растения, как и сорняки, подвергаются действию

В агроценозах культурные растения, как и сорняки, подвергаются действию естественного отбора.

Неустойчивость агроценоза обусловлена также тем, что защитные механизмы продуцентов — культурных растений — слабее, чем у дикорастущих видов, у которых приспособления совершенствовались в ходе естественного обора в течение миллионов лет. В агроценозах действие естественного отбора ослаблено. В агроценозах действует искусственный отбор, направляемый человеком прежде всего на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Природные экосистемы способны к саморегуляции. Агроценоз регулируется человеком, и если его не поддерживать, он быстро разрушится и исчезнет. Культурные растения не выдержат конкуренции с дикими видами и будут вытеснены. На месте агроценоза сформируется естественный биогеоценоз.

Индивидуальный отбор – проводится по генотипу, результатом является выведение чистой линии, т. е. устойчивого сорта.

Мутагенез — это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез.

Популяционные волны (волны численности, волны жизни) — резкие колебания численности особей популяции вследствие естественных причин. Периодические или апериодические колебания численности особей популяции характерны для всех без исключения живых организмов. Причинами таких колебаний могут быть различные абиотические и биотические факторы среды. Действие популяционных волн, или волн жизни, предполагает неизбирательное, случайное уничтожение особей, благодаря чему редкий перед колебанием численности генотип (аллель) может сделаться обычным и быть подхваченным естественным отбором. Если в дальнейшем численность популяции восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.

Классификация популяционных волн

— Периодические колебания численности короткоживущих организмов характерны для большинства насекомых, однолетних растений, большинства грибов и микроорганизмов. В основном эти изменения вызваны сезонным колебанием численности.

— Непериодические колебания численности, зависящие от сложного сочетания разных факторов. В первую очередь они зависят от благоприятных для данного вида (популяции) отношений в пищевых цепочках: уменьшение хищников, увеличение кормовых ресурсов. Обычно такие колебания затрагивают несколько видов и животных, и растений в биогеоценозах, что может привести к коренным перестройкам всего биогеоценоза.

— Вспышки численности видов в новых районах, где отсутствуют их естественные враги.

— Резкие непериодические колебания численности, связанные с природными катастрофами (в результате засухи или пожаров).

Источник: А. Г. Лебедев «Готовимся к экзамену по биологии»

Источник