Гибридизация в селекции
Участок гибридизации фото
Гибридизацией, или скрещиванием, называют искусственное или естественное соединение двух наследственно различных гамет при оплодотворении. На практике скрещивание сводится к контролируемому искусственному или естественному переносу пыльцы с растений одного сорта на рыльца растений другого сорта или вида и принятию мер по защите цветущих растений от возможного занесения посторонней пыльцы (ее проводят до начала цветения). Защита, или изоляция, может быть различной в зависимости от способа опыления растений, строения и размера цветков.
При скрещивании перекрестноопыляющихся растений (капуста, морковь, свекла и др.), особенно двудомных (шпинат и др.), часто применяют пространственную изоляцию — выращивание или размещение выращенных в вазонах или глиняных горшках скрещиваемых растений на отдельных участках, пространственно изолированных от других сортов данной культуры. При скрещивании двудомных растений два сорта выращивают на одном участке, у одного из них удаляют мужские растения.
Видео: Методы селекции растений
Скрещивание перекрестноопыляющихся растений на изолированных участках имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества заключаются в том, что отпадает необходимость в сооружении изоляторов. Пыльца переносится с помощью насекомых или ветром, поэтому не нужно переносить ее вручную, что трудоемко, а у мелкоцветковых растений иногда и невозможно. Преимущество состоит в том, что на изолированном участке можно высадить несколько растений каждого сорта. Это позволяет получить большое количество гибридных семян, что расширяет возможность отбора в первом гибридном потомстве. Кроме того, участие в скрещивании нескольких растений каждого сорта обеспечивает большую вероятность сочетания ценных генотипов.
Недостатком применения пространственной изоляции является то, что при значительном числе комбинаций скрещивания трудно бывает разместить изоляционные участки на небольшой территории. Кроме того, нет гарантии против заноса чужой пыльцы. И, наконец, при естественном переопылении нескольких двуполых растений одного сорта с каким-то количеством другого примерно около половины семян образуется в результате опыления пыльцой растений того же сорта. Правда, этот недостаток легкоустраним, так как гибридные растения можно отличить по отсутствию рецессивных признаков материнского растения, по более быстрому росту и большей продуктивности.
В отдельных случаях при скрещивании быстро отцветающих растений в районах с продолжительным периодом вегетации можно применять изоляцию во времени, т. е. выращивание одних комбинаций скрещивания в одно время, а других на тех же участках — в другое, так чтобы разрыв в сроках цветения служил гарантией против их переопыления.
При необходимости получения полностью гибридных семян или выполнения большого числа скрещиваний при отсутствии изоляционных участков, а также по организационным причинам в селекционной практике пользуются изоляторами — разного рода приспособлениями, защищающими скрещиваемые растения от попадания чужой пыльцы. Конструкции и размеры изоляторов зависят от их назначения: изоляция группы растений, отдельного растения, ветвей, соцветий или отдельных цветков.
Для изоляции сравнительно больших групп растений применяют большие изоляторы с дверью (изоляционные домики), представляющие собой деревянные или металлические каркасы, обтянутые сверху марлей или сеткой (металлической или синтетической). Высота таких изоляторов должна быть достаточной для того, чтобы в них мог работать человек. Для изоляции нескольких растений обычно применяют более простые изоляторы меньшего размера и высоты, достаточной, чтобы не препятствовать росту растений. Скрещивание внутри таких изоляторов затруднено. Если под изолятором находятся растения одной комбинации скрещивания данной культуры, то часто для этой цели туда пускают насекомых, пчел или мух, что требует дополнительных затрат на их разведение и содержание. При необходимости переопыления растений вручную делают приспособления, позволяющие легко проникать в такие» изоляторы. Для этого к стенкам изоляторов пришивают рукава, в определенном месте делают в марле или сетке вставку из прозрачного материала (пленки), чтобы можно было снаружи наблюдать за ходом работы. Чаще во время скрещивания марлю с одной стороны снимают и работают под изолятором.
Для изоляции отдельных ветвей или соцветий применяют небольшие изоляторы из пергаментной бумаги или марли, натянутой на легкий, из тонкой жесткой проволоки каркас или без него. Изоляторы шьют в виде рукавов или мешочков, длина и ширина которых зависят от размера помещаемых в них ветвей или соцветий. Бечевкой или тонкой мягкой проволокой верхний конец изолятора прикрепляют к соседней ветви, колышку или натянутой вдоль ряда растений проволоке, чтобы предохранить срыв изоляторов и поломку соцветий во время дождя и ветра.
При гибридизации растений, имеющих крупные цветки (баклажан, огурец, томат, горох и др.), цветки после кастрации изолируют тонким слоем ваты, завернув края слоя у цветоножки. Для изоляции цветков тыквенных растений применяют специальные зажимы из двух тонких дощечек, скрепленных резиновым кольцом, которые надевают на венчики цветков в начале цветения, чтобы предотвратить занос чужой пыльцы. Во время опыления зажим снимают, а затем вновь надевают и оставляют До начала разрастания завязи.
Преимущества тех или иных изоляторов определяются не только их размерами, но и качеством материала. При работе с растениями, опыляемыми насекомыми, лучше использовать изоляторы из марли, батиста или мелкоячеистой сетки, обеспечивающие хорошую вентиляцию. Для изоляции ветроопыляемых растений лучше применять бумажные изоляторы.
Хорошо зарекомендовали себя комбинированные изоляторы, у которых в качестве изоляционного материала применяется полихлорвиниловая пленка в сочетании с марлей или сеткой. Размещают эти материалы так, чтобы пленка обеспечивала лучшую освещенность растений и возможность, не открывая изолятора, наблюдать за ходом работы, готовностью цветков для скрещивания и результатами гибридизации, а участки из марли или сетки обеспечивали достаточную вентиляцию.
Под изоляторами обычно бывает более высокая температура воздуха при сравнительно низкой освещенности, что снижает завязываемость семян и способствует развитию заболеваний. Поэтому изоляцию ветвей и соцветий проводят только в самом начале цветения и прекращают сразу после его окончания.
Техника скрещивания овощных растений
Для скрещивания нужно перенести пыльцу с цветков растения одного сорта на рыльца цветков другого. В связи с особенностями биологии цветения техника скрещивания овощных растений может быть различной. Ее разнообразие в какой-то мере возрастает из-за различных требований, предъявляемых к гибридным семенам (количество, допустимо или нет наличие примеси сортовых).
Скрещивание растений с раздельнополыми цветками лучше проводить на изоляционных участках. При скрещивании двудомных многолетних растений (спаржа) у одного сорта отбирают и высаживают на изоляционный участок лучшие женские растения, а у другого — мужские. При скрещивании двудомных однолетних растений (шпинат) высевают семена или высаживают рассаду каждого сорта отдельными чередующимися рядками. Когда растения достигнут такого состояния, что можно будет определить их пол, у одного сорта удаляют все мужские растения. Оставшиеся женские растения будут опылены пыльцой мужских растений другого сорта. При скрещивании однодомных растений (тыква, огурец, кукуруза), выращиваемых на изоляционном участке, у растений сорта, взятого в качестве женского компонента скрещивания, удаляют мужские цветки до раскрытия пыльников. Этим обеспечивается опыление пыльцой растений другого сорта. Так как в плодах культур семейства Тыквенные образуется много семян, скрещивание чаще проводят вручную на отдельных изолированных цветках.
Растения с обоеполыми цветками скрещивают без кастрации и с кастрацией. В зависимости от требуемого количества гибридных семян, наличия изоляционных участков и. числа комбинаций скрещивание без кастрации можно выполнить несколькими способами. При работе с перекрестноопыляющимися растениями, при наличии достаточного числа изоляционных участков и необходимости получения сравнительно большого количества семян растения двух скрещиваемых сортов высаживают чередующимися рядками на отдельном участке для свободного переопыления. Если изоляционные участки отсутствуют и необходимо выполнить большое число комбинаций скрещивания, растения двух скрещиваемых сортов высаживают небольшими группами или парами под большие изоляторы. Иногда в один небольшой изолятор помещают только ветви растений скрещиваемых сортов, выращиваемых рядом. При необходимости скрестить растение’ с каким-либо другим, растущим в отдалении, с отцовского растения срезают несколько побегов с соцветиями и, поставив в сосуд с водой, помещают под изолятор вместе с материнским растением.
Для переноса пыльцы под изоляторы пускают пчел, шмелей или мух. Следует учитывать, что пчелы удовлетворительно работают только в больших изоляторах, а мухи опыляют пассивно, ползая по всему растению, в том числе и по цветкам. В маленьких изоляторах переопыление цветков, обычно осуществляют вручную кисточкой или птичьим пером. У моркови и других растений семейства Зонтичные (Сельдерейные) для переопыления зонтики одного сорта прикладывают к поверхности зонтиков другого. Если под изолятором скрещивают ветроопыляемые растения, то переопыление осуществляют периодическим встряхиванием ветвей.
Переопыление без кастрации позволяет при небольших затратах труда получать большие количества гибридных семян. Однако при этом способе скрещивания не исключена примесь негибридных семян. При свободном переопылении нескольких растений каждого сорта гибридных растений бывает 50—70 %, остальные получаются в результате внутрисортового переопыления. Если под изолятором находится по одному растению или по одному соцветию каждого сорта, то доля гибридных семян зависит от степени самонесовместимости скрещиваемых растений. При невысокой самонесовместимости гибридных растений может быть до 70—80 %, а при высокой — до 100 %. Если необходимо получить гибридные семена без примеси сортовых, то применяют кастрацию цветков.
Кастрация обязательна при скрещивании самоопыляющихся протерандричных растений, у которых самоопыление происходит до раскрытия цветка (горох) или при прохождении рыльца в процессе роста через трубку из тычинок (салат). Кастрация оправданна и при скрещивании перекрестноопыляющихся растений, если у них крупные цветки и в плодах бывает много семян.
При кастрации из бутонов накануне их раскрытия пинцетом с острыми кончиками удаляют пыльники прежде, чем они начнут растрескиваться и из них станет высыпаться созревшая пыльца. Очень молодые бутоны кастрировать не следует, так как они при этом повреждаются и часто гибнут.
Видео: Селекция животных и растений
Типы скрещиваний
В зависимости от задач селекционной работы и особенностей имеющегося в распоряжении селекционера материала для получения гибридной популяции требуемого качества применяют разные схемы скрещивания: простые и сложные, в число которых входят возвратные, ступенчатые и двойные.
Скрещивание двух родительских особей, выполненное однократно, называется простым. При простых скрещиваниях первое гибридное потомство формируется на основе объединения в каждом организме наследственных факторов от двух скрещиваемых родительских особей. При этом проявление признаков у растений первого гибридного потомства определяется взаимодействием аллельных пар генов, находящихся в ядрах отцовского и материнского организмов, а также влиянием генов, находящихся в цитоплазме материнского растения, так как гибридному потомству через яйцеклетку передается цитоплазма матери.
