Рекомендации по изучению разделов дисциплины

Селекция – наука о выведения новых сортов.

Истоки селекции растений относятся к окультуриванию дикорастущих форм и началу развития земледелия, которое возникло примерно 10 тыс. лет назад. Изучите основные этапы развития селекции, уделив особое внимание научному этапу развития, становление которого началось с обоснования эволюционной теории Ч. Дарвина.

Выдающееся значение для теории и практики отечественной и мировой селекции имеют работы Н. И. Вавилова. Основоположниками селекции в нашей стране явились И. В. Мичурин, Д. Л. Рудзинский, В. А. Юрьев, А. П. Шехурдин, Н. В. Рудницкий и др. Студент должен знать основные достижения отечественной селекции. Роль в селекции В. С. Пустовойта, П. П. Лукьяненко, В. Н. Ремесло, В. Н. Мамонтовой, Н. И. Хаджинова, Б. И. Сандухадзе и других селекционеров в создании высокопродуктивных сортов и гибридов. Современное состояние и достижения селекции в зарубежных странах.

Изучите направления и задачи селекции основных сельскохозяйственных растений в настоящее время и в перспективе, экономическое значение селекции.

Студент должен четко уяснить, что такое сорт и гетерозисный гибрид сельскохозяйственных растений, их значение в земледелии, а также классификацию сортов по происхождению, способам выведения, энергосберегающую и экологическую функции сорта. Сорт может раскрыть свой биологический потенциал только в специфических условиях и при соблюдении сортовой технологии. Требования, предъявляемые к сорту, обусловлены зональными условиями, уровнем плодородия почвы, направлением использования продукции. Селекционная работа начинается с создания модели сорта – теоретически обоснованного генотипа. В основе построения модели сорта лежат определенные принципы.

Первым этапом в выведении сорта является подбор исходного материала. Изучите, что такое исходный материал, его классификацию по степени селекционной проработки, по происхождению и способам создания. Большое значение в селекции имеет учение об исходном материале, разработанное Н. И. Вавиловым. Студент должен знать основные положения этого учения: эколого-географическую систематику культурных; закон гомологических рядов в наследственной изменчивости; учение о центрах происхождения культурных растений и их диких сородичей; центры происхождения наиболее важных сельскохозяйственных культур, их значение для селекции и использование. Н. И. Вавиловым было положено начало созданию мирового генофонда растений. Студент должен знать способы его сохранения, пополнения и использования в селекции.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные этапы в истории развития селекции.

2. Каково значение эволюционного учения Ч. Дарвина, работ И. В. Мичурина, Н. И. Вавилова для развития научной селекции?

3. Что такое «сорт» и какие требования предъявляется современное сельскохозяйственное производства к сортам и гибридам?

4. Чем определяются основные направления селекции сельскохозяйственных растений?

5. Что такое «исходный материал» в селекции растений? Что может служить в качестве исходного материала?

Тема 2. Методы селекции: гибридизация, экспериментальный
мутагенез, полиплоидия

Исходный материал, существующий в природе (созданные местные и селекционные сорта, гибриды, популяции дикорастущих растений), далеко не всегда способствует решению задач, стоящих перед современной селекцией. Поэтому необходимо создавать искусственными методами новый исходный материал, характеризующийся генетической изменчивостью признаков и свойств. Этому могут способствовать гибридизация, экспериментальный
мутагенез, полиплоидия.

Гибридизация – основной метод создания популяций для отбора в селекции большинства сельскохозяйственных растений. Он позволяет создать генетически разнокачественный исходный материал, что расширяет возможности выбора родоначальных растений с новыми признаками и свойствами.

Гибридизация может происходить как половым (скрещивания), так и неполовым (вегетативная, соматическая гибридизация, трансформация и трансдукция) путем. В зависимости от видовой принадлежности скрещиваемых форм различают гибридизацию внутривидовую и отдаленную (межвидовая и межродовая). При отдаленной гибридизации в зиготу объединяются гаметы, которые могут различаться и по количеству, и по качеству хромосом. Поэтому потомство будет характеризоваться высоким генетическим разнообразием. Однако возможности отдаленной гибридизации ограничиваются рядом факторов, основными из которых являются анатомические особенности строения цветка, физиологическая несовместимость ядра и цитоплазмы, нежизнеспособность зиготы, погибающей на ранних стадиях развития, стерильность полученных гибридов и др. Современной селекцией разработаны методы преодоления встречающихся трудностей на этапах скрещивания, развития гибридных семян, выращивания F₁.

Успех применения данного метода во многом зависит от правильности подбора родительских компонентов и типа скрещивания. Подбор пар для гибридизации может вестись по принципу взаимного дополнения и по наименьшему числу отрицательных признаков и свойств, по эколого-географическому принципу и другим. В зависимости от решаемой задачи используют однократные или многократные скрещивания, привлекая к скрещиваниям родительские формы не только разных видов и родов, но разных биотипов, экотипов, а также источники и доноры отдельных хозяйственно ценных признаков и свойств.

Экспериментальный мутагенез – процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием естественных или искусственных мутагенных факторов. Данный процесс лежит в основе эволюции растительного мира. Для селекции представляют практический интерес искусственно направляемый мутационный процесс. Для этого применяются физические и химические факторы, имеющие разный мутагенный эффект. Их действие основано на изменение структуры гена, хромосомы или геномного состава. Отсюда различают мутации генные (точковые), хромосомные и геномные. Выбор фактора зависит от поставленной задачи и биологических особенностей культуры. Чувствительность растений к мутагенным факторам зависит от ряда условий: видовых и сортовых особенностей, внешних факторов, возраста, способа обработки, выбранной дозы и т. п.

Вновь полученные мутанты могут служить как основой для создания мутантных сортов, так и служить исходным материалом. Студент должен знать задачи, решаемые методом мутагенеза, достижения и проблемы мутационной селекции.

В особый ряд поставлены геномные мутации – изменение количества хромосом у особи. Они могут быть как кратными основному числу хромосом, так и некратными. Если происходит увеличение количества целых геномов, такое явление получило название полиплоидия, при кратном уменьшении – гаплоидия. Изменение количества хромосом, некратное нормальному, приводит к анеуплоидии. Гаплоидия и анеуплоидия применяются в селекции ограниченно, в основном для решения специфических задач. Более широкое практическое применение получила полиплоидия. Полиплоидные формы могут получаться как при увеличении геномного набора одного вида (аутополиплоидия), так и при соединении и умножении хромосомных наборов разных видов (аллополиплоидия). Хорошо известным аллополиплоидом является новая искусственно синтезированная культура – тритикале. Изучите, у каких сельсуохозяйственных растений достигнуто повышение урожайности и других хозяйственно ценных признаков (качество, устойчивость к биотическим и абиотическим факторам и др.) методом полиплоидии.

Современными методами создания генетической изменчивости являются методы биотехнологии: культура in vitro, генетическая и генная инженерия. Студентам необходимо разобраться с понятием «генетически модифицированные организмы (ГМО)», которое в настоящее время широко обсуждается в прессе и зачастую неверно растолковывается.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите формы гибридизации.

2. Перечислите типы скрещиваний, применяемые в селекции.

3. Какие принципы подбора родительских пар вам известны?

4. Назовите преимущества и недостатки применения в селекции отдаленной гибридизации.

5. Назовите методы получения мутаций.

6. Каково значение мутационной изменчивости в селекции растений?

7. Что такое аллополиплоиды? Как их можно использовать в селекции?

8. Что такое гаплоиды? Как их можно использовать в селекции?

9. Какова роль анеуплоидов в современной селекции?

10. Озвучьте ваше мнение о ГМО.

Тема 3. Аналитическая селекция и методы отбора

Аналитическая селекция связана с отбором из популяции растений с комплексом хозяйственно ценных признаков. Метод аналитической селекции широко применяется на разных этапах селекции, что связано с генетической неоднородностью популяции.

Студент должен знать виды отбора, роль естественного отбора в селекции растений, методы искусственного отбора (массовый и индивидуальный отбор), особенности их применения в зависимости от способа опыления и размножения растений.

Отбор – самая трудная часть селекции. Получить необходимую генетическую изменчивость сравнительно легко, а отобрать растений или группу растений с необходимым сочетанием признаков и свойств очень сложно. В связи с этим, необходимо уяснить достоинства и недостатки методов искусственного отбора. Повышению результативности отбора способствуют провокационные и инфекционные фоны. Студенту необходимо научиться различать эти понятия и знать особенности применения разных фонов.

Изучите классификацию и схемы массового отбора, особенности применения массового отбора в селекции и семеноводстве разных по способам опыления сельскохозяйственных растений. Аналогичным образом изучите метод индивидуального отбора. В селекции самоопыляющихся культур применяются следующие разновидности индивидуального отбора: однократный, многократный, метод пересева, метод педигри. В селекции перекрестноопыляющихся культур нашли применение многократный, непрерывный, индивидуально-семейный, семейно-групповой, метод половинок. Выясните положительные стороны перечисленных вариаций отборов и их недостатки.

Объединением преимуществ массового и индивидуального отборов в селекции перекрестноопыляющихся культур является рекуррентный отбор. При работе с вегетативно размножаемыми растениями применяется клоновый отбор. Изучите особенности применения данных методов отбора.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое отбор? Какова его генетическая основа?

2. В чем сущность естественного и искусственного отборов?

3. Перечислите разновидности массового отбора. Каково их практическое применение в селекции и семеноводстве?

4. Перечислите разновидности индивидуального отбора с самоопыляющимися культурами. Каково их практическое применение в селекции и семеноводстве?

5. Назовите особенности индивидуального отбора при работе с перекрестноопыляющимися культурами. Каково их практическое применение в селекции и семеноводстве?

Тема 4. Селекция гетерозисных гибридов

Гетерозис выражается в повышении урожайности, качества продукции, устойчивости к болезням, вредителям, неблагоприятным условиям возделывания у гибридов первого поколения. В связи с этим в современной селекции гетерозис приобретает все большее распространение при работе с растениями различных биологических групп. Различают гетерозис репродуктивный, вегетативный и адаптивный. Важно и практическое применение гетерозисного эффекта при оценке гибридных популяций и прогнозировании их селекционной ценности.

Необходимо уяснить, что максимального проявления гетерозисного эффекта можно достичь путем скрещивания генетически различных самоопыленных гомозиготных линий (инцухт-линий). Чем сильнее генетические различия вовлекаемых в скрещивания родительских форм, тем можно ожидать более высоко гетерозисного эффекта. Необходимо уяснить, какие косвенные показатели учитывают при подборе исходного материала и родительских компонентов для создания гетерозисных гибридов.

В производстве возделываются различные типы гетерозисных гибридов. Студенты должны знать их производственную характеристику.

Изучите схемы получения гетерозисных гибридов, методы создания и испытания инцухт-линий на комбинационную способность. Необходимо уяснить, какие преимущества имеет производство гибридных семян на основе цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), генной мужской стерильности (ГМС), самостерильности, каковы перспективы использования гетерозиса в селекции полевых культур.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое гетерозис? Его производственное значение.

2. Что такое инцухт-линии?

3. Как можно использовать метод инцухта в селекции на гетерозис?

4. Назовите методы оценки комбинационной способности самоопыленных линий.

5. Перечислите этапы создания гетерозисных гибридов

6. Назовите виды мужской стерильности. Как их применяют при производстве гетерозисных гибридов?

Тема 5. Организация и техника селекционного процесса. Оценка
селекционного материала

Последовательность и интенсивность селекционного процесса определяется в первую очередь биологией культуры и коэффициентом ее размножения. Поэтому схемы селекционного процесса в различных селекционных учреждениях и по разным культурам могут существенно различаться. Тем не менее, селекционный процесс включает три основных этапа: создание (или выбор) популяций для отбора; отбор исходных родоначальных (элитных) растений; испытание их потомств.

Звенья селекционного процесса представлены питомниками, сортоиспытаниями и селекционным размножением. Изучите назначение этих видов посевов, способы их закладки, ведение в них работ. Важно, чтобы в процессе испытания в питомниках и сортоиспытаниях селекционные номера не теряли свою исходную генетическую природу. Это особенно важно при работе с перекрестноопыляющимися культурами. Поэтому предпринимаются различные способы защиты от переопыления (кулисные посевы, применение изоляторов, пространственной изоляции и др.). При работе с вегетативно размножаемыми культурами для создания исходной популяции для отбора возможно применять и семенной способ размножения, в этом случае элитные растения могут быть отобраны уже в первом поколении. При вегетативном размножении легко передается инфекция, особенно вирусная, поэтому в селекционном процессе должны быть предусмотрены звенья, в которых осуществляется работа по обнаружению вирусной инфекции и оздоровлению от нее селекционного материала.

Селекционный процесс – это полевые и лабораторные опыты, в которых сохраняются все принципы любого опыта (единственного различия, типичность и точность), но они имеют свои особенности.

Движение селекционного материала по звеньям схемы селекционного процесса основывается на проведении оценок и браковок. Оценки селекционного материала могут быть прямые и косвенные, полевые, лабораторные и лабораторно-полевые, органолептические (глазомерные), инструментальные, биохимические и биологические. Студентам необходимо разобраться в особенностях их проведения. В целях получения более полной информации о биологических особенностях селекционных линий и номеров применяют инфекционный и провокационный фоны. Студенты должны ознакомиться с основными методами ускорения селекционного процесса.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое «селекционный процесс», «схема селекционного процесса», «звенья селекционного процесса», «селекционный материал»?

2. Что такое типичность, точность опыта и принцип единственного различия в селекции?

3. Виды селекционных питомников и их назначение.

4. Виды сортоиспытаний, их назначение и способы проведения.

5. Значение методов оценки на различных этапах селекции в условиях селекционного процесса.

6. Когда применяют провокационные фоны? Как их создают?

7. Перечислите основные методы оценки селекционного материала на зимостойкость.

Тема 6. Государственное сортоиспытание и охрана селекционных достижений

Результатом селекционной работы является селекционное достижение (сорт или гибрид), но для его внедрения в производство необходима проверка на хозяйственную полезность, установление ареала возделывания нового сорта. Эту функцию выполняет государственное сортоиспытание. Однако задачи государственного сортоиспытания сельскохозяйственных растений не ограничиваются лишь этим. Помимо испытания вновь созданных сортов и гибридов на хозяйственную полезность, государственное сортоиспытание проводит испытание на новизну, отличимость, однородность и стабильность нового сорта (гибрида), ведет Государственный реестр селекционных достижений, обеспечивает охрану селекционных достижений, выдает патенты и авторские свидетельства. Ознакомьтесь с критериями охраноспособности селекционных достижений.

Ознакомьтесь с системой государственного сортоиспытания, узнайте классификацию сортоучастков по используемой производственной базе и характеру работы. Государственное сортоиспытание, где бы оно не проводилось, использует единые методики. Изучите, какие наблюдения, учеты и анализы проводят при испытании сортов на сортоучастках на хозяйственную годность. Ознакомьтесь с методикой испытания селекционных достижений на отличимость, однородность, стабильность (ООС).

Вопросы для самопроверки

1. Задачи государственного сортоиспытания.

2. В чем заключается испытание новых сортов и гибридов на хозяйственную полезность?

3. В чем заключается испытание новых сортов и гибридов на ООС?

4. Как вы понимаете выражение «охраняемый сорт»?

5. Что такое патент и на сколько лет он выдается?

6. Условия и порядок включения новых сортов и гибридов в государственное сортоиспытание.

7. Что входит в систему государственного сортоиспытания? Чем представлена данная система в Удмуртской Республике?

Семена – это биологический объект, которому свойственны все процессы, которые происходят в растении (дыхание, метаболизм, деление клеток и т.д.). В растениеводстве семенами называют части растений, применяемые для их воспроизводства (собственно семена, плоды, соплодия, части плодов – членики). Семенами также называют вегетативные части растений, используемые для размножения – клубни, луковицы, черенки. Студенты должны усвоить, что независимо от характера, общим для всех категорий посевного материала является то, что семена – носители биологических и хозяйственных свойств растения, носители наследственных признаков.

Всякое зрелое семя состоит из трёх составных частей: зародыша, питательной ткани и покровов. Для всех семян свойственны некоторые общие черты в строении этих частей, хотя в деталях они всегда более или менее специфичны для каждого вида растения. Изучите особенности строения семян основных полевых культур, разберитесь в значении отдельных структурных тканей плодовой и семенной оболочек, алейронового и гиалинового слоев.

При определении видовой и сортовой принадлежности семян используют прежде всего морфологические признаки (очертание, форму, поверхность, окраску, крупность, выполненность, выравненность и т. п.). Большое значение при уборке, послеуборочной подработке и хранении семенного материала имеют физические свойства семян: форма семян, характер поверхности, абсолютная и удельная масса, парусность, гигроскопичность, теплопроводность и теплоемкость, сыпучесть, упругость, твердость и другие.

Студенты должны знать методы определения отдельных показателей: массы 1000 семян, выравненности, выполненности семян.

Семена в процессе своего развития от оплодотворения до полной зрелости, когда они готовы дать нормальный росток, проходят ряд периодов и фаз. Каждой фазе присуще совершенно определенное состояние семени.

Согласно Н.Н. Кулешову, весь процесс развития зерновки делится на три периода: формирование, налив и созревание. И.Г. Строна применительно к семенам детализировал этот процесс на более мелкие периоды и фазы. Студенты должны знать, на какие периоды и фазы делится период развития семян, какие морфофизиологические изменения происходят в развивающемся семени, как формируются элементы семени.

Обмен веществ, происходящий в развивающемся семени, зависит от наследственных особенностей, от тех окружающих условий, в которых формируется семя. Необходимо знать факторы, влияющие на формирование семян, их посевные и урожайные свойства.

Послеуборочное дозревание семян – физиолого-биохимический процесс, происходящий в свежеубранных семенах и ведущий к достижению семенами полной физиологической зрелости. Оно связано со сложными биохимическими процессами в семени, протекающими после наступления твердой спелости. Послеуборочное дозревание семян характеризуется глубиной и продолжительностью, на которые влияет ряд факторов – видовые и сортовые особенности, географические особенности региона выращивания семян, условия созревания, уборки и хранения, особенности анатомического строения покровов семени, их целостность. Для сельскохозяйственной практики сокращение продолжительности послеуборочного дозревания имеет определенное значение. Студенты должны знать, как можно сократить период послеуборочного дозревания семян.

Состояние жизнеспособных семян, при котором они не прорастают в благоприятных для данного вида условиях, прорастают замедленно или только при специфических условиях, принято называть покоем семян. Ознакомьтесь с различными классификациями типов покоя и причинами его возникновения.

Семена, как живой объект, характеризуются долговечностью, т.е. продолжительностью периода, в течение которого сохраняется всхожесть семян, предусмотренная ГОСТами (хозяйственная долговечность) или всхожесть хотя бы отдельных семян (биологическая долговечность). Студенты должны знать факторы, влияющие на долговечность.

Вопросы для самопроверки

1. Что вы понимаете под термином «семена»?

2. Назовите основные составные части семени и их значение в жизни семени.

3. Перечислите периоды и фазы развития семян.

4. Какие биохимические изменения происходят в развивающемся семени?

5. Что такое «послеуборочное дозревание»? Что характерно для данного этапа в жизни семени?

6. Чем отличается биологическая долговечность от хозяйственной? Что влияет на долговечность семян?

Тема 2. Прорастание семян