Селекция растений на устойчивость к вредителям

Селекция на устойчивость к фитопатогенам

Селекция растений на устойчивость к болезням — сложный, многоступенчатый и беспрерывный процесс. Создаваемые сорта и гибриды сельскохозяйственных культур должны также обладать хорошим качеством продукции, высокой урожайностью и другими ценными показателями.

Устойчивость к болезням должна быть относительно стабильной и обеспечивать защиту сортов и гибридов на период возделывания их в производстве. Многие исследователи считают, что длительно сохраняющейся и стабильной может быть как олигогенная вертикальная, так и полигенная горизонтальная устойчивость. Такой устойчивостью, обусловленной «большими» генами и направленной против определенных групп патогенов, могут обладать конвергентные сорта. Для создания конвергентных сортов наибольшую ценность имеют гены устойчивости с широким спектром действия. Более длительно устойчивыми могут быть также сорта, сочетающие вертикальную устойчивость с горизонтальной, т.е. многобарьерные сорта.

Одним из вариантов эффективного использования генов расоспецифической устойчивости является создание мультилинейных сортов. Такие сорта состоят из фенотипически сходных линий, несущих различные гены устойчивости. Они поддерживают стабильность рас в популяциях паразита, снижают скорость нарастания инфекции, т.е. моделируют процессы, происходящие в природных популяциях. В случае поражения какой-то линии, она может быть заменена другой. Такие сорта можно легко модифицировать. Болезнь на них развивается как на сортах с горизонтальной устойчивостью. Эффективность определенного типа устойчивости при создании стабильноустойчивых сортов и гибридов пшеницы зависит от того, против какого возбудителя болезни она направлена, какова скорость его изменчивости, образования вирулентных патотипов и распространения инфекции. Она также зависит от силы и продолжительности эпифитотии, условий окружающей среды и других факторов.

Большинство селекционеров и фитопатологов выступают за генетическое разнообразие и против генетической узости сортов. Уязвимость сортов, частые вспышки массовых эпифитотий являются следствием генетической однородности сортов и использования в селекции одних и тех же или ограниченного числа генов устойчивости [Кривченко, 1981].

Выбор метода селекции определяется поставленными задачами, имеющимися в распоряжении селекционеров и фитопатологов материально-технической базы и другими условиями.

В настоящее время при селекции растений на устойчивость к болезням используются методы гибридизации, мутагенеза и отбора. Селекционерами используются простые и сложные, внутривидовые, межвидовые, отдаленные скрещивания, химические и физические мутагены. Отборы устойчивых генотипов растений проводятся на фонах естественных и искусственных эпифитотий в обычных селекционных посевах и специальных полевых питомниках, в условиях закрытого грунта (теплицы, оранжереи, климатические камеры) и лабораторий [Гешеле, 1978; Бабаянц 2001].

При простых скрещиваниях возможно получение устойчивых генотипов и, даже, трансгрессий устойчивости за счет взаимодействия генов родительских форм. Однако селекционерами чаще всего используются полные и неполные беккроссы, ступенчатые, конвергентные и другие виды сложных скрещиваний. Это связано со следующими причинами. Чем больше признаков и свойств прорабатывается селекционером, тем сложнее программа гибридизации. Часто устойчивость к болезням сцеплена с рядом отрицательных признаков и свойств и наследуется с ними. Или у гибридов вместе с устойчивостью наблюдается промежуточное наследование других основных признаков и свойств. Это вызывает необходимость повторных скрещиваний промежуточных форм с хозяйственно ценными. Такое чаще всего наблюдается в том случае, когда в качестве доноров устойчивости используются недостаточно отработанные формы от межвидовой и межродовой гибридизации. Некоторые из таких форм могут нести даже признаки исходных дикарей.

Сложная гибридизация используется при селекции на групповую или комплексную устойчивость к болезням и вредителям. Методом беккроссов можно создать устойчивые к болезням аналоги поражаемых сортов или близких к ним линий. Он является основным методом селекции на расоспецифическую устойчивость. Однако гены могут обладать различной способностью передавать устойчивость при многократных скрещиваниях с восприимчивым сортом [Смирнова и др., 1977]. В некоторых случаях при беккроссах и других повторных скрещиваниях с восприимчивыми сортами, когда гены устойчивости наследуются независимо друг от друга, селекционеры отбирают формы с меньшей или обедненной устойчивостью. Такие формы обладают меньшим числом генов устойчивости, но в некоторых более удачно могут сочетаться другие ценные признаки и свойства. Если донор обладает многими несцепленными в блоки малыми генами, то при беккроссах устойчивость обусловленная ими распадается.

У самоопыляющихся культур при ступенчатых скрещиваниях (прерывистые, беспрерывные) представляется возможность решения нескольких задач. Возможно объединение в одном генотипе устойчивости всех участвующих в гибридизации родительских форм к одной или нескольким болезням. Можно получить новую устойчивость или ее трансгрессию за счет полимерного, аддитивного, комплементарного и других взаимодействий генов и действия генов модификаторов.

При селекции многобарьерных и конвергентных сортов, обладающих различными типами устойчивости, действие малых генов может быть маскировано действием больших генов устойчивости. В этом случае необходимо иметь вирулентные к большим генам расы-биотипы-патотипы, на фоне которых можно выявить действие других генов. Если таких патотипов не имеется, то в процессе селекции можно потерять устойчивость обусловленную малыми генами. Этот случай был назван Ван дер Планком (1966) «эффектом Вертифолии». Аналогичная необходимость в вирулентных к различным генам устойчивости «тестирующих» расах возникает при конвергентной селекции. При отсутствии таковых можно использовать различные маркеры генов устойчивости [Попереля, Бабаянц, 1978]. Для определения числа генов устойчивости в селектируемых линиях можно пользоваться методом гибридологического анализа.

При селекции перекрестноопыляющихся культур на устойчивость к болезням селекционеры широко применяют инбридинг или рекуррентную селекцию. Последняя состоит из чередующихся инбридингов и аутбридингов. Эти методы позволяют сконцентрировать в линиях и гибридах гены как с аддитивным, так и с неаддитивным эффектом. Возможны и другие типы скрещиваний (беккросс, синтетические и др.).

Дикие сородичи культурных растений являются источниками устойчивости растений ко многим болезням. В научной литературе имеются многочисленные примеры успешного переноса с помощью отдаленной гибридизации устойчивости к заболеваниям от отдельных видов в большинство сельскохозяйственных культур.

Значимость отдаленной гибридизации при селекции на иммунитет возрастает, т.к. с каждым годом все острее возникает потребность в новых эффективных генах устойчивости. Возможности ее значительно повысились в связи с унификацией и разработкой методов преодоления нескрещиваемости, использованием для этих целей культуры клеток и тканей и других достижений.

При селекции на устойчивость к болезням применяются массовый и индивидуальный отборы. Они могут применяться как самостоятельно, так и чередоваться с гибридизацией и другими методами. В этих случаях индивидуальный отбор (метод Педигри) является основным.

Селекция растений на устойчивость к вредителям

Использование устойчивых к вредителям сортов культурных растений является важнейшей частью интегрированной системы защиты растений (Вилкова, Иващенко, 2001) и обязательно должно быть одной из основ экологической защиты, так как не представляет никакой опасности для экосистем и может быть высоко эффективным.

Здесь было бы желательно использовать множество упомянутых выше самых разнообразных взаимодействий, которые определяют, сможет ли данный фитофаг наносить реальный вред культурным растениям и урожаю в целом. Насколько мне известно, селекция устойчивых к тем или вредителям растений по многим описанным выше аспектам еще не проводилась. Здесь открываются широкие возможности защиты сельскохозяйственной продукции с помощью селекции растений.

Возможности селекции в защите урожая. Как отмечалось выше, можно помешать повреждению культурных растений на разных этапах пищевого поведения насекомого. Поиск кормового растения — это, прежде всего, ориентация по его запаху. При добавлении к нему посторонних запахов, например других растений, или при искусственном увеличении доли какого либо компонента, найти кормовое растение значительно сложнее. Возможна селекция растений, запах которых будет отталкивать вредителей.

Весьма существенна также роль зрительного восприятия. Как отмечалось выше, при изменении цвета или габитуса кормового растения, фитофаг может его не узнать.

Не менее важный этап — прямой контакт с поверхностью растения. В этом случае возможны как механические, так и химические воздействия. Опушение поверхности, наличие трихом, тем более с липкими выделениями, восковой слой, твердая поверхность, прежде всего плодов, — все это существенно сказывается на возможностях фитофага, Большое значение могут иметь и химические вещества на поверхности растения. Они могут быть в ряде случаев репеллентами и/или антифидантами. Здесь, по — видимому, могут быть использованы, в частности, отвары или настойки других растений.

Наконец, уже при поедании самого растения многие из перечисленных выше веществ, особенно, так называемые, вторичные соединения, могут обладать репеллентными, антифидантными и даже ядовитыми свойствами.

Здесь следует помнить, что биохимический состав может быть существенно различным в разных частях растений. Так, ядовитое вещество соланин в больших количествах содержится в картофельной ботве и позеленевших клубнях. Однако он отсутствует в обычных клубнях, употребляемых нами в пищу. Колорадский жук, наоборот, предпочитает растительные ткани, богатые соланином.

Европейские виды виноградной лозы жестоко пострадали после случайного завоза из Америки филлоксеры, повреждающей корни. Американский же виноград имеет корни, высоко устойчивые к повреждениям этим насекомым, благодаря образованию на месте питания филлоксеры защитного пробкового слоя и большой концентрации там дубильных веществ. Выход был найден — европейский виноград стали прививать на американский, используя корневую систему последнего.

Селекция культурных растений приводит в ряде случаев к удивительным результатам. Мы уже упоминали выше, что внедрение сортов подсолнечника с мощным панцирным слоем свела к нулю вред, наносимый подсолнечниковой огневкой (Homoeosoma nebulellum Hb.). Сорта пшеницы, устойчивые к гессенской мухе, уменьшают ее численность в 1000 и более раз.

Численность тлей может быть снижена примерно в 300 раз, а стеблевых пилильщиков — в 100 раз. На хлопчатнике, устойчивом к паутинному клещу, этот вредитель вообще отсутствует. Недавно отмечалось, что из примерно 4000 сортов картофеля обнаружено 7, выведенных обычными методами селекции, и не повреждаемых колорадским жуком. По-видимому, причиной этому является жесткое опушение листьев.

Получение новых сортов растений, устойчивых к тем или иным насекомым, длительный процесс — около 10-15 лет. Примерно столько же времени требуется для создания нового химического пестицида. Однако, пестицид всегда опасен в экологическом плане. Кроме того, всегда рано или поздно у насекомых возникает резистентность к нему. Наоборот, выведенные с помощью селекции сорта растений лишены этих недостатков.

Селекция устойчивых к вредителям-фитофагам растений дает большой экономический эффект. Так, в США ежегодный расход на такую селекцию достигал $ 10 миллионов, а доход был примерно в 30 раз больше.

В России за счет устойчивых сортов капусты численность вредителей этих растений снижается на 25-30 %, а экономический порог вредоносности может быть повышен в 2 раза (Павлюшин, 2008).

Необходимо, однако, отметить, что при селекции, направленной прежде всего на урожайность и на защищенность растений от вредителей и болезней, часто уменьшается концентрация вторичных метаболитов. В результате такая сельскохозяйственная продукция иногда теряет свой специфический вкус.

Итак, этот метод не наносят никакого вреда ни окружающей среде, включая агроэкосистему, ни здоровью человека. В главе, посвященной взаимоотношениям между растениями и фитофагами, описан ряд сложностей, возникающих при поиске кормового растения и при питании им. Специально выведенные сорта растений либо не привлекают, либо отпугивают вредителей. Эти растения в одних случаях оказываются несъедобными или даже ядовитыми, в других — растения быстро ликвидируют урон, нанесенный фитофагами. Конечно, проведение направленной селекции возможно только на основе детального изучения взаимодействий между насекомыми и растениями.

Селекция растений

Селекция растений — совокупность методов создания сортов и гибридов растений с нужными человеку свойствами, которые повышают урожайность и качество культур.

Данный процесс включает в себя объединение родительских растений для получения следующего поколения с наилучшими характеристиками. Селекционеры улучшают растения, отбирая примеры с наибольшим потенциалом на основе данных о производительности, родословной и более сложной генетической информации. Растения улучшаются для производства продуктов питания, кормов, волокон, топлива, укрытий, ландшафтного дизайна, экосистемных услуг и множества других видов человеческой деятельности.

Разведение растений практиковалось на протяжении тысячелетий, почти с самого зарождения человеческой цивилизации. В настоящее время это практикуется во всем мире государственными учреждениями и коммерческими предприятиями.

Селекция предполагает создание генетически разнообразных популяций нескольких поколений, на которых практикуется человеческий отбор для создания адаптированных растений с новыми комбинациями специфических желательных признаков. Процесс отбора определяется биологической оценкой в соответствующих целевых средах и знанием генов и геномов. Прогресс оценивается на основе прироста при отборе, который зависит от генетической изменчивости, интенсивности отбора и времени.

Признаки селекции растений

Классическая селекция растений использует преднамеренное скрещивание близкородственных или отдаленных особей для получения новых сортов или линий сельскохозяйственных культур с желаемыми свойствами. Растения скрещиваются для введения признаков/генов одного сорта или линии в новый генетический фон.

Растения также могут быть скрещены сами с собой для получения инбредных сортов для разведения. Классическая селекция в значительной степени основана на гомологичной рекомбинации между хромосомами для создания генетического разнообразия. Классический селекционер растений может также использовать ряд методов in vitro (в пробирке), таких как слияние протопластов, спасение эмбрионов или мутагенез, для создания разнообразия и получения гибридных растений, которых не существовало бы в природе.

Инбридинг определяется как вероятность того, что две аллели у особи будут идентичны по происхождению, и обычно является результатом спаривания родственных особей.

Черты, которые селекционеры пытались внедрить в культурные растения за последние 100 лет, включают:

1. Повышенное качество и урожайность урожая.
2. Повышенная устойчивость к воздействию окружающей среды (соленость, экстремальные температуры, засуха).
3. Устойчивость к вирусам, грибкам и бактериям.
4. Повышенная устойчивость к насекомым-вредителям.
5. Повышенная толерантность к гербицидам.

Гербициды — это химические вещества для ухода, используемые для манипулирования нежелательной растительностью или борьбы с ней.

Применение гербицидов чаще всего происходит в пропашном земледелии, где они применяются до или во время посадки, чтобы максимизировать урожайность сельскохозяйственных культур за счет минимизации другой растительности. Они также могут быть применены к посевам осенью, чтобы улучшить сбор урожая.

Виды селекции растений

Различные типы существующих процессов селекции растений включают:

• инбридинг;
• обратное скрещивание;
• селекцию мутаций;
• гибридную селекцию;
• генную инженерию.

Все эти процессы включают в себя свои собственные различные методы и способы, которые способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур несколькими способами.

Обратное скрещивание

При этом растение с желаемыми признаками скрещивается с растением, которое не обладает желаемыми признаками, но обладает несколькими другими признаками.

Растение, обладающее желательным признаком, например, устойчивостью к плесени, скрещивается с растением, которое не обладает этим признаком, но желательно по всем остальным признакам. Существует этап контроля качества, чтобы убедиться, что единственным изменением исходного сорта является желаемый признак.

Высокоурожайный горох можно скрестить с устойчивым к плесени горохом. Растение следующего поколения называется потомством. Все потомство, которое все еще устойчиво к плесени, затем скрещивается с их высокопродуктивным родителем. Это повторяется еще несколько раз, всегда возвращаясь к высокопродуктивному родителю и отбирая устойчивое к плесени потомство. Этот процесс гарантирует, что следующее поколение во многом будет похоже на высокоурожайного родителя, добавляя при этом устойчивость к плесени от другого родителя.

Инбридинг

В зависимости от вида некоторые растения могут быть оплодотворены сами по себе. Это делается для получения инбредного сорта, который из поколения в поколение остается точно таким же. Поскольку он сохраняет исходные черты, он полезен тремя способами: для исследований, в качестве новых сортов с истинной селекцией и в качестве родителей гибридов.

Гибридная селекция

В этой ситуации два разных инбредных сорта скрещиваются для получения потомства со стабильными характеристиками и гибридной энергией, где потомство намного более продуктивно, чем любой из родителей.

Селекция мутаций

Мутации в генах растений приводят к появлению новых сортов.

Мутации также могут быть вызваны у растений воздействием на них химических веществ и радиации.

Естественные генетические мутации существуют во всем мире. Если эти случайные примеры будут найдены и восприняты как улучшение, их можно будет использовать для создания новых сортов. В качестве альтернативы мутации можно искусственно стимулировать, подвергая растения воздействию химических веществ или радиации.

Генная инженерия

Генная инженерия помогает в создании скрещивания с желаемыми признаками, вставляя интересующую игру в ДНК культуры. Такие культуры известны как генетически модифицированные культуры. Например, Bt-культуры.

Современные методы генетики могут прививать растениям желаемые черты. Полученные растения называются трансгенными или генетически модифицированными организмами (ГМО).

Селекция и генетика растений

Грегор Мендель (1822-84) считается «отцом генетики». Он разработал законы наследования с помощью экспериментов с гибридизацией растений. Генетика стимулировала исследования по повышению урожайности сельскохозяйственных культур за счет селекции растений.

Генетическая модификация растений достигается путем добавления выбранного гена или генов к растению или путем уничтожения гена с помощью РНК-интерференции для получения желаемого фенотипа. Растения, полученные в результате добавления гена, часто упоминаются как трансгенные растения. Если гены генетической модификации вида или скрещиваемого растения используются для проверки их нативного промотора, то они называются цисгенными растениями. Иногда генетическая модификация может привести к появлению растения с заданным признаком или признаками быстрее, чем классическая селекция, потому что основная часть генома растения не изменяется.

Современная селекция растений

Иногда множество различных генов может влиять на желаемый признак в селекции растений. Использование таких инструментов, как молекулярные маркеры или ДНК-отпечатки пальцев, может нанести на карту тысячи генов. Это позволяет селекционерам проводить скрининг больших популяций растений на предмет людей, обладающих интересующей чертой. Скрининг основывается на наличии или отсутствии определенного гена, определяемого лабораторными процедурами, а не на визуальной идентификации выраженного признака внутри растения.

Классическая или традиционная селекция растений

Одним из основных методов селекции растений является отбор, метод избирательного размножения растений с желаемыми характеристиками и устранения или «выбраковки» растений с менее желательными характеристиками.

Традиционная селекция в значительной степени основана на гомологичной рекомбинации между хромосомами для получения генетического разнообразия. Классический селекционер растений может также использовать различные методы in vitro, такие как слияние протопластов, спасение эмбрионов или мутагенез, для получения разнообразия и получения гибридных растений, которые могут не существовать в природе.

Другой метод заключается в преднамеренном скрещивании близкородственных или отдаленных особей для получения новых сортов или линий сельскохозяйственных культур с желаемыми свойствами. Растения для скрещивания используются для введения признаков или генов одного сорта или линии в замещающий генетический фон.

Основные методы и этапы данного процесса

Улучшение урожая было достигнуто с помощью методов:

1. Селекция.
2. Гибридизация.
3. Интродукция и акклиматизация растений.
4. Размножение мутаций.
5. Селекция на устойчивость к болезням.

Селекция

Отбор хорошего качества является наиболее распространенным методом селекции растений (улучшения урожая) среди культиваторов. Выбор бывает двух видов:

1. Естественный отбор — это непрерывный и автономный процесс, на который влияют природные факторы. Согласно теории Дарвина, наиболее приспособленные могут выжить, а остальные погибнут.
2. Искусственный отбор. В данном методе селекционеры или культиваторы растений отбирают определенные виды растений из смешанной популяции для собственной выгоды. Таким образом, искусственный отбор — это процесс отбора определенных отдельных растений с целью получения лучших урожаев из смешанной популяции, где особи отличаются по характеру.

1. Массовый отбор.
2. Отбор чистой линии.
3. Клональный отбор.

Массовый отбор

Массовый отбор — это наиболее распространенный и простой вид отбора. При массовом отборе отбирается большое количество растений сходного фенотипа, и их семена смешиваются вместе, образуя новый сорт. Растения отбираются на основе их внешнего вида или фенотипа. Поэтому отбор производится по легко наблюдаемым признакам, таким как высота растения, тип колоса, цвет 2 зерен, размер зерна, устойчивость к болезням, способность к кущению, устойчивость к полеганию, устойчивость к разрушению и т. д.

Как правило, растения, отобранные в ходе массового отбора, не подвергаются тестированию на потомство. Потомство, которое является бедным и неполноценным, отвергается.

Для получения нового сорта требуется 8 лет. Это представляет значительную ценность для фермеров, которые хотят улучшить свои урожаи растений.

Преимущества массового отбора:

1. Адаптация исходного сорта не изменяется из-за отбора большого количества растений.
2. Часто обширные и длительные испытания урожайности не требуются. Это сокращает время и затраты, необходимые для разработки нового сорта.
3. Массовый отбор сохраняет значительную генетическую изменчивость.

Недостатки массового отбора:

1. Сорта, выведенные путем массового отбора, демонстрируют вариабельность и не так однородны, как чистолинейные сорта.
2. Улучшение за счет массового отбора, как правило, меньше.
3. При отсутствии теста на потомство невозможно определить гомозиготность растения.
4. Из-за популярности чистолинейных сортов массовый отбор обычно не используется для улучшения самоопыляемых культур.
5. Массовый отбор использует изменчивость, уже присутствующую в сорте или в популяции. Поэтому только те сорта, которые демонстрируют генетическую изменчивость, могут быть улучшены путем массового отбора.

Отбор чистой линии

Чистая линия — это потомство одного гомозиготного самоопыляемого растения.

У самоопыляемых видов ожидается, что все растения будут гомозиготными из-за непрерывного самоопыления. В результате все особи в пределах чистолинейной линии имеют идентичный генотип, и любая вариация в пределах чистой линии — это только из-за окружающей среды. При отборе чистолинейных большое количество растений отбирается из самоопыляемой культуры и собирается индивидуально, оценивается их индивидуальное потомство, и лучшее потомство выпускается как чистолинейный сорт.

Достоинства чистолинейного отбора:

1. Чистолинейные сорта чрезвычайно однородны, так как все растения в этом сорте имеют один и тот же генотип. Эти однородные сорта больше нравятся фермерам и потребителям.
2. Данный вид селекции обеспечивает максимально возможное улучшение по сравнению с исходным сортом.

Недостатки чистолинейного отбора:

1. Сорта, выведенные методом чистолинейной селекции, не обладают широкой адаптацией и стабильностью в производстве.
2. Процедура отбора чистолинейных требует времени, пространства и более дорогостоящих испытаний на урожайность, чем массовый отбор.
3. Верхний предел улучшения определяется генетической изменчивостью, присутствующей в исходной популяции.

Клональный отбор

У некоторых растений семена либо отсутствуют, либо обладают низкой жизнеспособностью. В таком состоянии вегетативные части используются для их размножения, и эти размноженные растения являются клонами.

Клон — это группа растений, полученных путем вегетативного размножения одного растения, или все вегетативные потомки одного растения.

Многие культуры, такие как бананы, картофель, сахарный тростник, лук, чеснок, репа, виноград, имбирь, колоказия, размножаются через их вегетативную часть. Как правило, их коммерческие сорта стерильны из-за отсутствия цветения, мейотических нарушений или других генетических причин и не дают семян. Все растения клона являются потомками одного растения, произошедшего путем митоза в процессе вегетативного размножения, и обладают следующими характеристиками:

1. Все члены клона идентичны или внутри клона нет различий.
2. Все члены клона гомозиготны.
3. Клоны стабильны как чистая линия.
4. Фенотипическая изменчивость внутри клона обусловлена только окружающей средой.

Преимущества клонального отбора:

1. Сорта стабильны и просты в уходе.
2. Гибридная энергия легко используется.
3. Единственный метод улучшения клональных культур — клональная селекция.

Недостатки клонального отбора:

1. Оно применимо только к вегетативно размножаемым культурам.
2. Ото не создает новых вариаций. Прогресс клонального отбора ограничивается выделением лучших генотипов, уже присутствующих в популяции.

Гибридизация

Наиболее часто используемым методом селекции растений является гибридизация. Цель гибридизации состоит в том, чтобы объединить желаемые признаки, обнаруженные в разных линиях растений, в одну линию растений путем перекрестного опыления.

Первым шагом является создание гомозиготных инбредных линий. Обычно это делается с помощью самоопыляющихся растений, где пыльца мужских цветков опыляет женские цветки с тех же растений. Как только создается чистая линия, она скрещивается, то есть объединяется с другой инбредной линией. Затем полученное потомство отбирается для сочетания желаемых признаков. Если признак дикого родственника вида культуры, например устойчивость к болезням, должен быть внесен в геном культуры, большое количество нежелательных признаков (таких как низкая урожайность, плохой вкус, низкая питательная ценность) также переносится на культуру.

Эти неблагоприятные признаки должны быть устранены путем трудоемкого обратного скрещивания, то есть повторного скрещивания с родительской культурой.

Существует два типа гибридных растений:

• межвидовые гибриды;
• межпоколенные гибриды.

За пределами этой биологической границы гибридизация не может быть осуществлена из-за половой несовместимости, что ограничивает возможности внедрения желаемых признаков в культурные растения.

Гетерозис — это эффект, который достигается путем скрещивания высокоинбредных линий культурных растений.

Инбридинг большинства сельскохозяйственных культур приводит к сильному снижению силы и размера в первых поколениях. После шести или семи поколений дальнейшего снижения силы или размеров не наблюдается. Когда такие высокоинбредные растения скрещиваются с другими инбредными сортами, могут получиться очень сильные, крупные, крупноплодные растения.

Наиболее заметным и успешным гибридным растением, когда-либо произведенным, является гибридная кукуруза. К 1919 году в США появилась первая коммерческая гибридная кукуруза. Два десятилетия спустя почти вся кукуруза была гибридной, как и сегодня, хотя фермерам приходится каждый год покупать новые гибридные семена, потому что эффект гетерозиса теряется в первом поколении после гибридизации инбредных родительских линий.

Интродукция и акклиматизация растений

Интродукция растений — это процесс интродукции растений (генотипа или группы генотипов) из их собственной среды обитания в новую среду.

Процесс интродукции может включать новые сорта сельскохозяйственных культур или диких родственников видов сельскохозяйственных культур или совершенно новые виды сельскохозяйственных культур для данной местности.

Интродукцию можно разделить на две категории:

1. Первичная интродукция: когда интродуцированный сорт хорошо подходит для новых условий, его выпускают для коммерческого выращивания без каких-либо изменений генотипа. Например, карликовые сорта пшеницы, такие как «Сонора-64», «Лерма рохо», и карликовые сорта риса, такие как «Тайчжунский уроженец 1», «ИР-8», являются примерами первичной интродукции.
2. Вторичная интродукция: когда интродуцированный сорт подвергается селекции или используется в программе гибридизации с местными сортами для получения улучшенных сортов с некоторыми введенными новыми признаками, это называется вторичной интродукцией.

Акклиматизация — это адаптация организмов к новой среде обитания.

Когда растения культуры тканей переносятся из лаборатории в почву, они подвергаются абиотическим стрессам, таким как изменение температуры, интенсивности света и влажности, а также биотическим стрессам, таким как почвенная микрофлора (микробы, живущие в почве). Таким образом, они нуждаются в поэтапной акклиматизации, чтобы успешно утвердиться в естественной среде.

Размножение мутаций

Вместо того, чтобы полагаться только на внедрение генетической изменчивости из генофонда диких видов или из других сортов, альтернативой является внедрение мутаций, вызванных химическими веществами или радиацией. Полученные мутанты тестируются и далее отбираются по желаемым признакам. Место мутации невозможно контролировать, когда химические вещества или радиация используются в качестве агентов мутагенеза.

Поскольку подавляющее большинство мутантов несут нежелательные черты, этот метод не получил широкого распространения в программах разведения.

Селекция на устойчивость к болезням

Селекция устойчивости является важной стратегией снижения потерь урожая, вызванных болезнями. Врожденная иммунная система позволяет растениям распознавать свои патогены, часто обеспечивая высокий уровень устойчивости. Однако такая качественная устойчивость часто быстро преодолевается по мере того, как патогенные микроорганизмы эволюционируют, чтобы избежать распознавания.

В дополнение к врожденному иммунитету, растения также обладают разнообразными защитными механизмами, которые являются более тонкими по своему воздействию и только начинают пониматься. Количественное сопротивление считается более прочным, чем качественное сопротивление.

Устойчивые подходы к борьбе с болезнями предполагают селекцию генотипов с различными локусами устойчивости, но могут также предусматривать использование разнообразия среди растений в различных пространственных и временных масштабах.

Новые методы селекции могут увеличить улучшение урожая. Однако в процессе селекции необходимо учитывать и оценивать, какие гены устойчивости используются, их эффективность с течением времени (долговечность) и их влияние на другие признаки (компромиссы).

Болезни растений ежегодно приводят к значительным потерям урожая и представляют угрозу глобальной продовольственной безопасности и устойчивости сельского хозяйства.

Риски и особенности селекции

Критики органического сельского хозяйства утверждают, что оно слишком малоурожайно, чтобы быть жизнеспособной альтернативой стандартному сельскому хозяйству. Однако частично эта низкая производительность может быть результатом выращивания плохо адаптированных сортов. Выведение сортов, специально адаптированных к уникальным условиям органического сельского хозяйства, имеет решающее значение для того, чтобы этот сектор полностью осознал свой потенциал.

Это требует отбора по таким признакам, как:

1. Эффективность водопользования.
2. Эффективность использования питательных веществ (особенно азота и фосфора).
3. Конкурентоспособность сорняков.
4. Устойчивость к механической борьбе с сорняками.
5. Устойчивость к вредителям или болезням.
6. Устойчивость к абиотическим факторам (например, засуха, засоление и т.д.).

Селекция растений помогает увеличить биоразнообразие. Она принесла наибольшую пользу благодаря использованию своих продуктов. По сравнению с любыми другими методами селекция растений оказывается простой там, где процесс и идеи по улучшению урожая просты.

Используя генотипирование, специалисты обнаруживают различия в последовательности ДНК, чтобы предсказать, как эти варианты повлияют на производительность растений — это называется генотипированием.

Селекция растений — это древняя практика скрещивания, отбора и улучшения сельскохозяйственных культур по ценным для человека признакам. Это продолжается с тех пор, как сельскохозяйственные культуры были одомашнены более 12 тысяч лет назад, и продолжается в полную силу сегодня, где бы эти культуры ни выращивались.

Большинство фруктов, овощей и злаков, которые мы едим сегодня, являются результатом поколений селекции растений. На самом деле, некоторые из самых популярных фруктов и овощей произошли от растений, которые сейчас было бы почти невозможно идентифицировать.

1. Морковь. Первоначально морковь была желтой и фиолетовой. В 1600-х годах люди начали разводить их, чтобы они были белыми и оранжевыми, а затем в 1700-х годах их вывели, чтобы они были красными. Фиолетовую морковь все еще выращивают в Европе и Азии, а красную морковь выращивают в Китае и Индии.
2. Арбузы. Около 5000 лет назад арбузы были всего два дюйма в диаметре и имели горький вкус, сильно отличающийся от крупных сладких фруктов, которыми мы наслаждаемся сегодня.
3. Бананы. Около 6500 лет назад люди начали разводить «муса заостренная», предка современного банана. Вид «муса заостренная» затем был скрещен с «муса бальбисианой» для получения близкого родственника банана.
4. Кукуруза. Около 10 тысяч лет назад люди открыли теосинте, которое представляло собой растение с маленькими тонкими початками длиной всего 5-8 сантиметров с такими твердыми ядрами, что они могли сломать зубы.
5. Цветная капуста, брокколи, капуста, брюссельская капуста. Эти обычные овощи произошли от обычного дикорастущего растения горчицы около 10 тысяч лет назад.

Этапы селекции растений

Методы селекции растений претерпели множество изменений с тех пор, как они были начаты 9000-1000 лет назад. Современный метод селекции растений осуществляется в следующие этапы:

Источник https://vuzlit.com/2205782/selektsiya_ustoychivost_fitopatogenam

Источник https://www.activestudy.info/selekciya-rastenij-na-ustojchivost-k-vreditelyam/

Источник https://wika.tutoronline.ru/biologiya-prirodovedenie/class/10/selekcziya-rastenij