НОВЫЕ ПУТИ В СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 

За последние два десятилетия благодаря крупнейшим научным открытиям изменилось лицо биологии, она становится в ряд с такими науками, как физика, химия и математика. Эти науки пришли на помощь биологии в разреше­нии вопроса, что такое жизнь. Мно­гие явления жизни, казавшиеся ранее загадоч­ными, получили строго научное объяснение. Оказалось, что в основе их лежат химические реакции и физические процессы, при анализе которых широко используется математика. Так возникла молекулярная биоло­гия, основой которой является генети­ка — наука о наследственности и изменчиво­сти организмов (см. т. 4 ДЭ, ст. «Наследствен­ность»).

Успехи генетики имеют большое значение для развития эффективных методов селекции растений. Благодаря им на вооружении ученых-селекционеров появились новые методы управ­ления наследственностью. Основные из них: 1) метод генетически регулируемого гетерози­са; 2) метод экспериментальной полиплоидии; 3) получение новых наследственно измененных растений — мутантов — под воздействием иони­зирующих излучений и химических соединений. Гетерозис представляет собой особую повышенную продуктивность и жизнеспособ­ность, свойственную первому поколению гиб­ридов, т. е. потомству, полученному от скрещи­вания разных форм растений и животных. Уже давно приобрели известность отдельные замечательные гетерозисные гибриды, полу­ченные при скрещивании разных видов табака и ряда других растений. Однако долгое время считалось, что гетерозис — очень редкое явле­ние. Сейчас ученые-генетики разработали ме­тоды, которые позволили получать гетерозис даже у тех форм, у которых он раньше и не подозревался. Более того, оказалось возможным регулировать явления гетерозиса, т. е. вызывать его путем определенных типов скрещива­ний растений и изменять его силу. Вот как было сделано это замечательное открытие.

Еще в начале нашего века ученые исследо­вали генетические последствия от принуди­тельного самоопыления кукурузы. Кукуруза имеет отдельные соцветия с мужскими и жен­скими цветками (см. рис. на стр. 118), в то же время это перекрестноопыляющееся растение, самоопыление — чуждый для нее путь размно­жения. Были проведены опыты по принудитель­ному самоопылению кукурузы в течение мно­гих поколений. Полученное потомство, назы­ваемое линией, внешне стало ухудшаться, стало слабее. Но когда скрестили ряд линий, обнару­жили среди полученных растений замечатель­ные высокоурожайные гибриды. В наши дни это уже не отдельные эксперименты. Этот метод широко применяется в массовом производстве гибридных семян кукурузы.

У межлинейных гибридов кукурузы уро­жайность выше сравнительно с исходными сор­тами на 25—30%. Внедрение гибридной кукуру­зы в практику во многих странах мира открыло новые перспективы для увеличения мировых ресурсов продовольствия.

При получении гибридных семян родитель­ские линии высеваются рядом, чтобы пыльца одной линии смогла попасть на рыльца женских цветков растений другой линии. Однако в этих условиях пыльца может попасть и на растения собственной линии. Это нежелательно, так как при таком опылении появятся не гибридные семена, а семена невыгодной для производства данной линии. Чтобы избежать этого, на уча­стках гибридизации приходится на всех расте­ниях одной из родительских линий обламывать метелки, несущие пыльцу. Растения с обло­манными метелками могут быть опылены толь­ко пыльцой от другой линии, и на них разо­вьются гибридные семена. Однако обламывать метелки — очень трудоемкая работа, она резко удорожает производство гибридных семян. Вы­ход был найден в использовании особых линий, обладающих так называемой цитоплазматической мужской стерильностью. Растения этих линий имеют на­следственные особенности, которые не позво­ляют им развивать пыльцу. В то же время се­мена на них при опылении от растений другой, нормальной родительской линии развиваются обычно. Таким образом, на растениях с цито-плазматической мужской стерильностью раз­виваются только гибридные семена. Понятно, что при использовании таких линий не надо об­ламывать метелки, скрещивание автоматически идет в нужном направлении. За разработку это­го нового генетического метода получения гиб­ридной кукурузы М. И. Хаджинов и другие советские ученые в 1963 г. были удостоены Ле­нинской премии (см. стр. 413).

Цитоплазматическая мужская стерильность была открыта не только у кукурузы. В резуль­тате оказалось возможным получать гибридные семена у таких культур, как просо, сорго, лук, сахарная свекла и др., где из-за мелких цвет­ков контролировать скрещивание невозможно.

Межлинейные гибри­ды сорго на 40—80% превышают урожайно­стью простые межсорто­вые гибриды, лука — на 30—45%. Гибридные гетерозисные сорта идут на смену обычным. В Японии все сорта реп­чатого лука в производ­стве гибридные, здесь возделывается много гибридов капусты и огурцов. В Болгарии все посевные площади Под томатами, предназ­наченными на экспорт, заняты гибридными сор­тами.

Используя явления гетерозиса, можно рез­ко поднять и продуктив­ность лесов.

Большие возможно­сти открывает перед се­лекционерами использо­вание эксперименталь­ной полиплоидии. Известно, что ядро

клетки живого организма содержит особые образования — хромосомы, с которыми связа­на передача потомству наследственных призна­ков, причем число хромосом в клетках каждого вида растений и животных постоянно (напри­мер, у ржи 14).

Генетики разработали эффективные методы, позволяющие искусственно изменять число хро­мосом в ядрах клеток и получать организмы с новым числом хромосом. Так, например, поме­щая семена в раствор яда колхицина или нано­ся капли раствора на точки роста, можно на­рушить в клетках процесс деления. В результа­те разделившиеся хромосомы остаются в одной клетке и их число увеличивается в два раза. Клетки с удвоенным, а затем с учетверенным (и т. д.) числом хромосом получили название полиплоидных.

Количество хромосом далеко не безразлично для развития растений. Растения-полиплоиды оказались очень интересными. Как правило, они более мощные, содержат больше витами­нов, их цветки и плоды более крупные, в пло­дах больше сахара, белков и других ценных веществ. Это явление часто возникает и в при­роде, естественным путем.

Обычно ядра носят название диплоидных (приставка «ди» по-гречески означает «два»): в них все хромосомы представлены в двойном числе. В каждой паре одна хромосома имеет материнское, а другая — отцовское происхож­дение. При удвоении числа хромосом возникает тетраплоид («тетра» — четыре), у которого каж­дая хромосома повторена в ядре четыре раза. У ряда форм развитие идет гораздо успешнее, если ядро содержит по три одинаковые хромо­сомы, такие растения называют триплоидами. Триплоиды получают от скрещивания диплоидов с тетраплоидами.

Нужно заметить, что само по себе увеличе­ние числа хромосом далеко не всегда дает на­чало хозяйственно полезной форме. Но поли­плоиды — очень ценный материал для после­дующего отбора и создания новых сортов.

Большое практическое значение полиплои­дии видно из такого примера. Наши селекцио­неры создали гибридные сорта триплоидной сахарной свеклы с крупными корнеплодами и с высоким содержанием сахара в них. В резуль­тате выход сахара с гектара посевов поднялся на 15—20%. В 1965 г. первый сорт триплоидной сахарной свеклы, районированный на Кубани, высевался на полях колхозов и совхозов.

Сейчас уже получено много ценных поли­плоидов, с которыми селекционеры ведут даль­нейшую работу, совершенствуя их при помощи отбора и подбора (см. стр. 93). Среди них осо­бые формы картофеля, проса, ржи, ячменя, клевера, цитрусовых, шелковицы и многих других.

Полиплоидия у яблонь: наверху яблоки с обычного (диплоидно­го) дерева, внизу — яблоки с дерева, в клетках которого удвоенное число хромосом (тетраплоид).

Получено много полиплоидных сортов де­коративных растений — тюльпанов, гиацин­тов, сцилл, львиного зева, роз, цикламенов, хризантем, орхидей, примул, дельфиниумов, ирисов, нарциссов и многих других. Они от­личаются особенно крупными, яркими цветками и более продолжительным цветением.

Новые признаки, передающиеся затем по­томству, возникают в организме в результате внутренних изменений в хромосомах — мута­ций. Мутации в природе возникают не так уж часто. Но оказывается, их можно вызвать искус­ственно. Ученые установили, что ионизирую­щие излучения и некоторые химические соеди­нения, проникая в клетку, изменяют молекуляр­ный состав или строение хромосом, в резуль­тате возникает очень много различных форм растений с новыми признаками. С помощью

Полиплоидия у ржи: справа — зерна обычной ржи (диплоидной); сле­ва — зерна ржи, в клет­ках которой удвоенное число хромосом (тетра­плоид).

Среди растений, выросших из таких семян, или в их потомстве обнаруживаются различные измененные формы. Например, появляются рас­тения с такими ценными признаками, как скороспелость, устойчивость к полеганию, крупнозерность, увеличенное количество белка, сахара, крахмала, масла в семенах и плодах, устойчивость к болезням, зимостойкость, устой­чивость к повышенной радиации и многие дру­гие. Такие растения получили название му­тантов. В нашей стране получены сотни радиационных и химических мутантов с цен­ными хозяйственными признаками.

Впервые опыты по облучению растений были начаты в СССР. Затем исследования в этой об­ласти широко развернулись в Швеции, ФРГ, ГДР, Японии, Индии, Канаде, Франции, Ита­лии, Венгрии, Чехословакии, Польше, Норве­гии, Австрии, Англии и в других странах.

Крупнейший урон сельскохозяйственному производству наносят болезни растений. Куль­турные сорта, как правило, не обладают им­мунитетом, т. е. невосприимчивостью к той или иной болезни. А вот их дикие родственники мо­гут быть вполне устойчивы. В последние деся­тилетия ученые-селекционеры проводили опы­ты по скрещиванию диких форме культурными сортами, стремясь получить гибриды, устойчи­вые против болезней. Однако эта задача оказа­лась очень сложной, потому что гибриды полу­чали от «дикарей» не только иммунность, но и множество других, нежелательных свойств (например, ухудшалось качество семян, сни­жалась урожайность растений). На помощь пришли радиационная и химическая селекция. Под действием радиации у культурных сортов без скрещивания с «дикарями» возникают мно­гочисленные мутанты, устойчивые к грибам и к другим возбудителям болезней. Этим откры­вается новая страница в борьбе против болезней растений.

Человечество обладает сокровищем в виде огромного количества сортов зерновых, тех­нических, овощных, плодовых и других сель­скохозяйственных растений. Все эти сорта созданы старыми методами селекции, основа ко­торых — скрещивание и отбор. Эти способы селекции сохраняют все свое значение и в наше время. Используя их, советские селекционе­ры-растениеводы получили всемирно известные сорта сельскохозяйственных растений. Однако при их применении результаты достигаются не скоро.

Теперь на помощь селекционеру пришли генетика, цитология, исследующая клетку, атомная энергетика, химия и математика. Они дали в руки селекционеру могучие средства изменения наследственности растений. Широкое применение их в ближайшее время изменит темпы и качество работы селекционеров. Воз-

действуя на самые глубинные процессы и структуры в клетке, они смогут быстро и ко­ренным образом изменять свойства растений. Перед селекционерами будущего открывает­ся увлекательная возможность — радикально изменять наследственность растений и тем самым создавать новые высокопродуктивные сельско­хозяйственные растения, удивительной красо­ты цветы, преобразовывать леса на нашей пла­нете и, наконец, обеспечивать космонавтов в их полетах к дальним мирам «зелеными друзья­ми», способными существовать в космических кораблях. Селекция растений стоит в наши дни перед великими свершениями и ждет новых исследователей.