Genetica și selecția în agricultură
Valoarea semințelor de înaltă calitate
În sălbăticie, plantele selectate de om pentru cultivare culturală, varietate de soiuri și hibrizi nu diferă.
Este firesc să presupunem că semințele de cartofi sălbatice importate din America de Sud, în îndepărtata Siberie la rasa, dezamagesc fermierii locali - în cazul în care cultura va supraviețui, randamentele ridicate în noua locație nu va fi fericit, deoarece condițiile climatice din Siberia sunt foarte diferite de clima la care era obișnuită.
Cu toate acestea, tuberculii de cartofi sălbatici și "patrie istorică" nu sunt deosebit de mari în ceea ce privește mărimea și gustul delicat - cei care au încercat feluri de mâncare din cartofi de grădină vor găsi pe bună dreptate mai gustoase. Acest lucru este de înțeles - natura nu are nevoie să "adapteze" gustul plantelor sălbatice la cererile gurmanzilor din omenire.
Nu este surprinzator, cultivatorii, conștienți de valoarea nutritivă și hrănirea de cartofi, a vrut să-l crească în alte părți ale lumii, cu climat mai severe și condiții diferite sol. Efectuarea toate cartofii dumneavoastră preferat „se obișnuiască“ la noul mediu, fermierii trebuie să modifice proprietățile și calitatea plantei, ajutând cultura să supraviețuiască în noul loc, și apoi, treptat, a îmbunătăți gustul și demnitatea „nou-venit“.
O astfel de schimbare violentă în "locul de reședință" al culturii necesită luarea în considerare a tuturor factorilor care afectează activitatea vitală a plantei - cantitatea de căldură, lumină, umiditate, starea mediului nutrițional (sol) etc.
Și chiar dacă planta se înrădăcinează într-un loc nou, nu este întotdeauna posibil să vorbești despre obținerea rezultatului dorit, deoarece plantele își pierd deseori calitățile valoroase (alimente sau tehnologice). din cauza căruia persoana voia să-i crească.
De exemplu, fructele prunelor sau perelor cultivate într-un climat rece și lipsă de lumină sunt mai puțin dulci și suculenți decât fructele care cresc în condiții favorabile. Cu toate acestea, lucrările persistente cu privire la selecția celor mai reușite soiuri și hibrizi, duc treptat la rezultate bune.
Prin urmare, pentru a crește într-un mod mai eficient o anumită cultură în anumite condiții climatice sau de producție, a fost necesar și necesar să se schimbe treptat proprietățile plantelor, astfel încât să se simtă perfect unde se poate și care doresc să cultive un fermier. O astfel de "adaptare" a unei plante culturale la condițiile specifice de cultivare este sarcina crescătorilor din întreaga lume. Ca urmare a selecției din recoltă, semințele de plante care au cele mai potrivite și valoroase calități inerente culturii date sunt selectate în mod constant.
Semănarea cu semințe de cele mai productive soiuri și hibrizi de culturi agricole adaptate la condițiile locale este una dintre cele mai importante și mai accesibile modalități de creștere a randamentului acestora.
Varietatea - o colecție de proprietăți economice-biologice similare și caracteristicile morfologice ale plantelor unei culturi, legate de naștere, selectate și propagate pentru cultivare în condiții climatice și de exploatare specifice, în scopul de a îmbunătăți productivitatea și calitatea produselor.
Un soi este fundamentul biologic al culturii. Conform estimărilor de astăzi, participarea la selecție la creșterea productivității în agricultura mondială atinge 70%. și va crește, care este legată atât de tendința generală către biologizarea și ecologizarea agriculturii moderne, cât și de creșterea posibilităților de creștere.
În același timp, practica arată că rolul soiului nu poate fi supraestimat. Încercările de a crește randamentele numai în detrimentul soiului nu dau rezultate.
În plus, în unele cazuri, soiurile noi cu un nivel scăzut de agrotehnică nu sunt mai bune decât cele cultivate anterior. Principalul motiv pentru aceasta este discrepanța dintre nivelul culturii culturilor și cerințele ridicate ale noilor soiuri, în cea mai mare parte de tip intensiv. Ca rezultat, potențialul de productivitate al acestor soiuri se realizează doar cu 15-20%.
Prin urmare, este foarte important să nu aibă doar varietăți cu randament ridicat, ci soiuri cu plasticitate largă, rezistente la condițiile meteorologice nefavorabile (secetă, scăderea temperaturii etc.). în special boli și dăunători periculoase.
Noile soiuri ar trebui să asigure producția de culturi de înaltă calitate și să conțină cel mai mare număr de substanțe (proteine, grăsimi, amidon, vitamine, fibre etc.). de dragul căruia cultura este cultivată. În plus, ele ar trebui să fie bine adaptate cultivării mecanizate.
În întreaga lume, activitatea acestor crescători se desfășoară în aceste zone.
Baza teoretică de creștere a plantelor
Principala bază teoretică a procesului de selecție este genetica, o știință care studiază regularitățile și fundamentele materiale ale eredității și variabilității organismelor vii.
Ereditatea este capacitatea formelor părintești de a transmite semnalele lor generației următoare.
Suporturile materiale ale informațiilor ereditare în toate organismele vii sunt gene.
Gena este locul moleculei ADN. pe care sunt codificate informațiile despre structura unei singure proteine. Este o unitate elementară de ereditate și este responsabilă pentru formarea corpului cu orice caracteristici și proprietăți specifice (de exemplu, forma, culoarea etc.). inerente acestei plante sau animale.
Orice organism viu conține un număr mare de gene (uneori zeci de mii). fiecare dintre aceste gene se află întotdeauna în același loc (locus) al unui anumit cromozom.
Genele (mai precis - combinația lor) reprezintă principalul motiv pentru apariția semnelor dominante (predominante) și recesive (care se abate de la cele tipice).
Există, de asemenea, o ereditate extranucleară sau citoplasmatică, care nu este asociată cu cromozomii. Suporturile sale materiale sunt molecule ADN localizate în unele organoide ale citoplasmei (cloroplaste, mitocondriile). Toate semnele și proprietățile ereditare ale organismului, determinate de totalitatea tuturor genelor sale, care se află în interacțiune strânsă între ele, se numesc genotip.
Pe baza genotipului sub influența condițiilor de mediu, se formează un fenotip - totalitatea tuturor semnelor și proprietăților organismului care s-au dezvoltat în procesul de dezvoltare individuală a acestuia.
Moștenirea diferitelor semne de plante, inclusiv cele valoroase, este supusă anumitor regularități. Cele mai frecvente dintre acestea sunt legile lui Mendel și Morgan. Esența lor poate fi rezumată după cum urmează:
- într-un hibrid hibrid, toți hibrizii primei generații sunt uniformi în fenotip și genotip (prima lege a lui Mendel);
- când a trecut cu fiecare hibrizi de primă generație sau descendenți, selfing scindarea caracteristicilor fenotipice într-un raport de 3: 1 (trei dominant și una recesivă) în cazul dominanței complet (a doua lege a lui Mendel);
- o pereche de caractere alternative dacă nu determina genele lor sunt localizate in aceleasi cromozomi mostenit in cruci independent una de cealaltă, fiecare pereche dă un raport de divizare de 3: 1 (a treia lege a lui Mendel);
- toate genele care alcătuiesc un cromozom sunt moștenite împreună, formând un grup de ambreiaj (legea lui Morgan).
Cunoașterea tiparelor și a caracteristicilor moștenirii anumitor caracteristici determină adesea metodele de selecție (selecție și hibridizare).
Variabilitatea - capacitatea organismelor de a-și schimba atributele și proprietățile - este la fel de importantă pentru reproducere.
Distingerea variabilității non-ereditare (modificare, fenotipică), care reflectă schimbarea fenotipului sub influența condițiilor de mediu (nu afectează genotipul și nu este moștenit prin moștenire). și variabilitatea ereditară (genotipică) a organismelor.
variație Hereditary include (combinatorie) variabilitatea combinațional bazată pe apariția de noi combinații de gene datorate organismelor de hibridizare și variabilitate mutational datorită apariția diverselor schimbări în structura de gene si cromozomi, iar numărul lor se schimbă datorită mutațiilor.
Mutațiile sunt numite modificări bruște moștenite în materialul genetic, ceea ce duce la o schimbare a caracteristicilor organismului, iar factorii care le provoacă sunt numiți factori mutageni sau mutageni.
Prin natura schimbărilor în genotip, se disting mutații genetice, mutații cromozomiale și mutații genomice.
Prin manifestarea lor, mutațiile pot fi atât dominante, cât și recesive, atît dăunătoare, cît și benefice organismului.
Mutațiile pot apărea în orice celule ale corpului (atât sexuale cât și somatice). Mutațiile somatice pot fi conservate în generațiile următoare numai în propagarea vegetativă a plantelor.
Mutațiile nu par a fi direcționate, dar procesul de mutație are totuși anumite regularități. Una dintre ele a fost formulată de geneștii ruși - academicianul NI Vavilov.
Esența legii formulate de Vavilov este că speciile și genurile înrudite genetic asociate unul cu altul sunt caracterizate de serii similare în variabilitatea ereditară. Cunoscând care forme de variabilitate apar într-o specie, se poate presupune existența (sau posibilitatea existenței și producției artificiale) de forme similare în speciile conexe.
Această lege îi ajută pe crescători să găsească materialul sursă potrivită.
Toate tipurile de ereditate și variabilitate pot fi utilizate în reproducerea noilor soiuri și hibrizi de culturi.
Excreția noilor soiuri de plante
Selectarea materialului sursă
Pentru a începe munca de selecție a culturii, este nevoie de reprezentantul său, adică materialul sursă pentru reproducere.
Materialul de pornire utilizat este deja disponibil în natură și forma soiurilor de plante, cum ar fi forme sălbatice, soiuri locale, soiuri de selecție străine și forma plantei, create în cursul creșterii.
Materialul inițial pentru procesul de selecție este, de asemenea, creat prin mutageneză artificială (indusă), afectând plantele prin diferite tipuri de radiații, substanțe chimice, temperatură și alți factori mutageni. Împreună cu mutațiile dăunătoare, se găsesc deseori și cele utile, care sunt selectate și utilizate în alte activități de reproducere.
Noi posibilități de obținere a materialului inițial pentru selecție sunt deschise prin metode de inginerie genetică care permit în mod intenționat să se proiecteze noi combinații de gene, folosind genomuri de organisme complet diferite în acest scop. De exemplu, în multe țări, a fost utilizat pe scară largă așa-numitele soiuri transgenice de cartofi, care este integrat în genomul unei gene microorganism responsabil pentru sinteza toxinei care provoacă moartea gândacul Colorado.
Cu ajutorul metodelor de inginerie genetică, s-au obținut și varietăți ale unor alte culturi, de exemplu soia transgenică.
hibridizare
Un loc important în procesul de selecție este metoda de hibridizare sau de încrucișare.
REZUMAT hibridizare este fuziunea în timpul fertilizării genotipic celulelor germinale eterogene (gametilor) și dezvoltarea unui nou organism rezultat zigot combinarea trăsăturilor ereditare ale indivizilor părinte.
Există hibridizare intraspecifică (cea mai comună) și interspecifică (la distanță).
Hibridarea hibridă permite adesea obținerea unor forme de plante care posedă calități valoroase și sunt rezistente la factori, boli și dăunători externi nefavorabili. Cu toate acestea, o astfel de hibridizare este adesea imposibilă din cauza dificultăților întâmpinate în trecerea diferitelor specii.
Există chiar și o hibridizare intergenerică. Exemple de hibrizi intergenerici: grâu de secară (triticale). grâu-ierburi etc.
Selectarea este una dintre principalele metode de selecție. Termenul "selecție" derivă din cuvântul latin "selectio" - alegere, selecție.
Există două forme principale de selecție artificială, folosite la reproducere - masă și individuală.
În cazul selecției în masă, un întreg grup de plante (până la câteva mii) sunt selectate din populația inițială, cu caracteristici de dorit pentru ameliorator, repetând acest proces, dacă este necesar timp de mai mulți ani. În acest caz, noul soi este descendentul tuturor plantelor cel mai bine selectate și nu este omogen din punct de vedere genetic. Aceste soiuri se numesc soiuri-populații. Acestea includ aproape toate soiurile locale de selecție populară.
Cu selecție individuală, toate plantele selectate inițial sunt verificate în mod repetat pentru descendenți. Toți urmașii celor mai grave plante sunt aruncați.
Selecția individuală în selecția plantelor propagate vegetativ se numește clonă (o clonă este descendentă a unei plante înmulțite vegetativ).
O varietate nouă cu selecție individuală este mai omogenă genetic decât în vrac. De fapt, aceasta provine dintr-o singură plantă de elită, astfel încât își păstrează persistent valoroase proprietăți și calități pentru multe generații.
Metoda de selecție individuală este mult mai complicată și consumatoare de timp, dar în legătură cu evaluarea și compararea plantelor de elită selectate la puii lor, în toate etapele procesului de selecție este extrem de eficient.