Селекция растений
Селе́кция расте́ний — совокупность методов создания сортов и гибридов растений с нужными человеку свойствами, которые повышают урожайность и качество культур.
Селекция растений успешно практикуется человеком на протяжении тысяч лет, с самого начала человеческой цивилизации. Используется по всему миру как отдельными людьми: садоводами, фермерами, так и профессиональными селекционерами в организациях, университетах и исследовательских центрах.
По мнению международных агентств развития, важное значение имеет выведение новых сортов сельскохозяйственных культур, имеющих высокую урожайность, устойчивых к болезням, засухам и адаптированных к региональным условиям выращивания.
Общие сведения
Основные методы селекции растений — массовый и индивидуальный отбор, внутривидовая и отдалённая гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальный мутагенез. Для перекрёстно опыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными. Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путём самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты и т. д.
Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрёстноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.
Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто применяют у перекрёстноопыляемых растений для получения гомозиготных («чистых») линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Эффект гетерозиготной (или гибридной) мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина — объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.
В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свёкла, четырёхплоидный клевер, рожь и твёрдая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений.
Путём искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в 20 раз больше антибиотиков, чем исходные формы. В начале XXI века в мире культивируют более 2250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза. Это сорта 175 видов растений, включая сорта пшеницы, рапса, кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, яблок, грейпфрута, бананов, декоративных растений. Эти сорта широко культивируются в Европе, Азии, Северной и Южной Америках и Австралии[1].
При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон гомологических рядов Н. И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.
К одному из достижений современной генетики и селекции относится преодоление бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось сделать Г. Д. Карпеченко при получении капустно-редечного гибрида. В результате отдалённой гибридизации было получено новое культурное растение — тритикале — гибрид пшеницы с рожью. Отдалённая гибридизация широко применяется в плодоводстве.
Селекция плодово-ягодных культур И. В. Мичурина
В 1875 году он впервые вложил накопленные деньги в аренду пустующую городскую усадьбу в окрестностях Козлова площадью около 500 м², где начал проводить опыты по селекции растений. Именно здесь он впервые собрал коллекцию плодово-ягодных растений, насчитывающую свыше 600 видов. Здесь он вывел первые сорта: малина Коммерция (сеянец Колоссальной Шефера), вишни Гриот грушевидный, Мелколистная полукарликовая, Плодородная и межвидовой гибридный сорт вишни Краса Севера (вишня Владимирская ранняя черешня Винклера белая)[2].
Для продолжения работ по селекции Ивану Владимировичу Мичурину потребовался ещё один участок. Осенью 1887 года Мичурин приобрёл землю у слободы Турмасово, под «Кручью», на берегу реки Лесной Воронеж. В дальнейшем, этот участок стал одним из первых в России селекционных питомников (ныне — центральная усадьба совхоза-сада им. И. В. Мичурина)[2]. К 1896 году в питомнике в Турмасово уже имелись тысячи гибридных сеянцев сливы, черешни, абрикоса и винограда и др.[2].
В 1906 году увидели свет первые научные работы И. В. Мичурина, посвящённые проблемам выведения новых сортов плодовых деревьев. Новыми видами плодово-ягодных культур Ивана Мичурина заинтересовались специалисты во многих странах мира.
В 1913 году в Департаменте земледелия США Мичурину предложили переехать в Америку или продать свою коллекцию растений, от чего он отказался.
Летом 1915 года обильный паводок ранней весной затопил питомник, после чего сильные морозы и спад воды разрушили школу двухлеток плодово-ягодных культур, предназначенных к продаже. Погибли многие гибриды.
После 1915 года практически каждый номер журнала «Прогрессивное садоводство и огородничество» начинался передовицей Мичурина[4]. В этот период начали плодоносить многие гибриды: «бельфлер» × «китайка»; «антоновка» × «яблоня Недзвецкого»; «белый зимний кальвиль» × «китайка»; «ренет ананасный» × «китайка»; «уссурийская груша» × «бере диль»; «уссурийская» × «бере Гарниш Гарницкий»; «бере Лигеля» × «сеянец бергамота» и др. К этому времени относится первое плодоношение актинидии «коломикта» и первое цветение лилии «фиалковой» и других гибридов.
В 1916 году вышел ли из печати капитальный труд Мичурина о выведении новых сортов плодовых растений. К этому времени в питомнике Мичурина было более 900 сортов растений, выписанных из США, Франции, Германии, Японии и других стран.
После Октябрьской революции 1917 года Земельный комитет Донской слободы принял меры к охране питомника. В 1934 году под руководством Мичурина создана Центральная генетическая лаборатория, в настоящее время — Всероссийский НИИ генетики и селекции плодовых растений им. И. В. Мичурина (ВНИИГ И СПР РАСХН), которая занялась разработкой методов выведения новых сортов плодовых культур, селекционной работой. В результате плодотворной деятельности учёного город Мичуринск превратился в общероссийский центр садоводства, впоследствии здесь также появился НИИ плодоводства им. Мичурина, Мичуринский государственный аграрный университет. Мичуринский район имеет крупные плодопитомники и плодоводческие хозяйства.
22 ноября 1918 года Народный комиссариат земледелия принял питомник Мичурина в своё ведение, утвердив Ивана Владимировича в должности заведующего с правом приглашения персонала для более широкой постановки дела.
К весне 1919 года количество экспериментов в саду Мичурина возросло до нескольких сотен. В то же время Мичурин принимал участие в агрономических работах Наркомзема, консультировал специалистов сельского хозяйства по вопросам селекции, борьбы с засухой, поднятия урожайности, посещал местные агрономические совещания.
К 1920 году Мичурин вывел свыше 150 новых гибридных сортов, среди которых были: яблонь — 45 сортов, груш — 20, вишен — 13, слив (среди них три сорта ренклодов)— 15, черешен — 6, крыжовника — 1, земляники — 1, актинидии — 5, рябины — 3, грецкого ореха — 3, абрикосов — 9, миндаля — 2, айвы — 2, винограда — 8, смородины — 6, малины — 4, ежевики — 4, шелковицы (тутовое дерево) — 2, ореха (фундук) — 1, томатов — 1, лилии — 1, белой акации — 1.
Кроме нового гибридного ассортимента, в питомнике имелось свыше 800 видов исходных растительных форм, собранных Мичуриным с самых различных точек Земного шара.
Яблони, груши, вишни и сливы, в количестве 50 000 штук деревьев были приобретены различными любительскими хозяйствами в 60 губерниях Российской Империи. В 1922 году Мичуринский питомник посетил М.И. Калинин.
С 1930-х годов труды Мичурина стали привлекать внимание многих ученых, биологов. Так появилась плеяда легендарных русских ученых-селекционеров (С. Исаев, Павел Лукьяненко, В. Ремесло, Т. Лысенко и другие)[2]. Методы селекции, предложенные ее родоначальником — И. Мичуриным стали использоваться для работы с различными сельскохозяйственными культурами.
Разработал методы селекции плодово-ягодных растений методом отдалённой гибридизации (подбор родительских пар, преодоление нескрещиваемости и др.)[3].
В своих работах широко применял скрещивание географически отдалённых форм. Так, скрещивая сорт французской груши Бере рояль с дикой уссурийской и выращивая сеянцы в условиях средней полосы России, он создал сорт Бере зимняя, сочетающий высокие вкусовые качества плодов с зимостойкостью.
В автобиографии[5] Мичурин писал:
Через мои руки прошли десятки тысяч опытов. Я вырастил массу новых разновидностей плодовых растений, из которых получилось несколько сот новых сортов, годных для культуры в наших садах, причём многие из них по своим качествам нисколько не уступают лучшим иностранным сортам.
Теперь даже самому не верится, как я, со своим слабым, болезненным сложением, мог вынести все это. Только всепоглощающая страсть, до полного самозабвения, могла дать ту невероятную стойкость организму, при которой человек становится способным выполнить непосильный для него труд…
Я, как помню себя, всегда и всецело был поглощен только одним стремлением выращивать те или иные растения. И настолько сильно было такое увлечение, что я почти совершенно не замечал многих остальных деталей жизни; они как-то все прошли мимо меня и почти не оставили следа в памяти.
В 45-летнем возрасте (1900 год) Мичурин установил жёсткий режим рабочего времени, который остался неизменным до конца его жизни. Встав в 5 утра, Мичурин до 12 работал в питомнике с перерывом на чай в 8 утра, до получасового обеда в 12 опять работал в питомнике, после чего он тратил полтора часа на чтение газет и просмотр специальных периодических журналов, час на отдых. С 3 до 5 Мичурин работал в питомнике или комнате, в зависимости от обстоятельств и погоды, в 9 вечера ужин на 20 минут, до 12 работа над корреспонденциями и затем сон. Комната Мичурина служила кабинетом, лабораторией, библиотекой, мастерской точной механики и оптики и даже кузницей (изобретённые инструменты: секаторы, гайфусы, барометры, окулировочная машина и т. п.) Оборудование Мичурин ковал и паял при помощи печи собственной конструкции.
Мичурин уединился в своей небольшой усадьбе, отказавшись от общения, не связанного с кругом его профессиональных интересов. В частности, он игнорировал разночинную и купеческую среду Козлова того времени. В то же время его переписка с корреспондентами-садоводами и иностранными учёными и число посетителей его питомника постоянно возрастали.
Летом 1912 года канцелярия Николая II послала в Козлов к Мичурину одного из своих видных чиновников — полковника Салова. Полковник был удивлён скромным видом усадьбы Мичурина, которая состояла из кирпичного флигеля и плетнёвого сарая, а также бедной одеждой её владельца, которого он принял сначала за сторожа. Салов ограничился обозрением плана питомника, не заходя в него, и рассуждениями о святости «патриотического долга», малейшее отступление от которого «граничит с крамолой». Через полтора месяца Мичурин получил два креста: Анну 3-й степени и Зелёный крест «за труды по сельскому хозяйству».
Усиливавшееся паломничество к маленькому домику и саду Мичурина и полное равнодушие Мичурина к церкви вызвали подозрения среди мещан и духовенства, и появилось мнение о нём как о вредном гордеце и «фармазоне». Протопоп Христофор Потапьев, окончивший духовную академию и слывший в Козлове за умного и красноречивого проповедника, посетил питомник Мичурина через месяц после отъезда Салова и потребовал от него прекращения опытов со скрещиванием растений, о чём Иван Владимирович Мичурин потом неоднократно вспоминал как о забавном случае из своей жизни. «Твои скрещивания, — заявил протопоп, — отрицательно действуют на религиозно-нравственные помыслы православных… Ты превратил сад божий в дом терпимости!».
Страница с зарисовками плодов из дневника И. В. Мичурина. Относится к периоду 1899-1904 г.г.
Страница из дневника И. В. Мичурина с зарисовками плодов сливы. Относится к 1900-м годам
Рисунки И. В. Мичурина из его дневника
Страница из дневника И. В. Мичурина, 1904 г.
Сорта вишен:
Вишня «Краса севера»
Вишня «Надежда Крупская»
Вишня «Плодородная Мичурина»
Вишня «Полжир»
Вишня «Ультраплодная»
Вишня «Ширпотреб чёрная»
Сорта яблонь:
Яблоня «Антоновка шестисотграммовая»
Яблоня «Бельфлёр-китайка»
Яблоня «Бельфлёр-рекорд», внизу — «Северный бужбон»
Яблоня «Кандиль-китайка», слева — плод «Китайки» (мать)
Яблоня «Китайка золотая ранняя»
Яблоня «Пепин шафранный», внизу - «Ренет краснознамённый»
Яблоня «Шафран-китайка»
Яблоня «Есаул Ермака»
Яблоня «Восковое»
Сорта груш:
Груша «Бере зимняя Мичурина», внизу - плод груши дикой уссурийской (мать)
Груша «Суррогат сахара»
Груша «Толстобежка»
Сорта слив:
Слива «Консервная»
Слива «Ренклод колхозный»
Слива «Ренклод реформа»
Тёрн «Десертный»
Сорта абрикосов:
Абрикос «Лучший мичуринский»
Абрикос «Монгол»
Абрикос «Сацер»
Актинидия и другие сорта:
Актинидия «Ананасная Мичурина»
Актинидия «Клара Цеткин»
Рябина «Мичуринская десертная»
Вверху — ежевика «Изобильная», внизу — малина «Техас»
Крыжовник «Мавр чёрный»
Риски
Селекционеры ведут слабый контроль за безопасностью получаемых сортов и гибридов. Например, сорт картофеля Lenape, полученный в 1960-х, содержал в несколько раз больше токсичного соланина, чем обычные сорта[6][7][8].
В процессе одомашнивания и последующей селекции закреплялись не только положительные свойства. В частности, кукуруза при селекции снизила содержание жиров после распространения мутантного варианта гена DGAT1-2[9].
Примечания
- ↑ Henk J. Schouten, Evert Jacobsen. Are Mutations in Genetically Modified Plants Dangerous? // Journal of Biomedicine and Biotechnology. — 2007-01-01. — Т. 2007. — ISSN 1110-7243. — doi:10.1155/2007/82612. Архивировано 8 марта 2021 года.
- ↑ 1 2 3 4 Бахарев А. Н. «Итоги шестидесятилетних работ» 1855 — 1935 // Замечательная жизнь и работа И.В.Мичурина. — М.: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1949. — 314 с.
- ↑ 1 2 И. В. Мичурин Избранные сочинения, М.: Московский рабочий, 1950. Дата обращения: 22 февраля 2008. Архивировано 2 февраля 2009 года.
- ↑ Большинство этих статей помещено в сборнике «Мичурин о плодоводстве», изданием под редакцией директора Научно-исследовательского института им. Мичурина В. А. Одинцова издательством Сельхозгиз в 1934 году.
- ↑ Краткая автобиография, написанная Мичуриным по просьбе редакции журнала «Садоводство» в Ростове-на-Дону, вышла отдельным изданием в 1914 году, а также была помещена в кратком сборнике его трудов: «И. В. Мичурин. Итоги его деятельности в области гибридизации по плодоводству», издание «Новой Деревни», Москва, 1925 год. Цитируется по И. В. Мичурин «Итоги шестидесятилетних работ», М.: Сельхозгиз, 1936.
- ↑ WESLEY FENLON. How The Selectively Bred Perfect Potato Turned Poisonous. A friendly bit of advice: if a potato is green, don't eat it. (англ.), Tested.com (26 March 2013). Архивировано 12 января 2014 года. Дата обращения: 12 января 2014.
- ↑ Сергей Белков. Жук врать не будет, ТрВ № 143 (3 декабря 2013). Архивировано 31 декабря 2013 года. Дата обращения: 12 января 2014. «В конце 1960-х годов в США на рынке появился новый вкусный сорт картофеля «Ленапе» (Lenape). ... через несколько лет после начала культивирования. Потребители стали жаловаться на тошноту, диарею и другие симптомы отравления. ... В погоне за устойчивостью против вредителей селекционерам удалось многократно увеличить уровень производства картофелем соланина, ... вредного для человека.».
- ↑ Maggie Koerth-Baker. The case of the poison potato. The Lenape potato, developed in the 1960s for the snack business, made a damn fine potato chip. Unfortunately, it was also kind of toxic. (англ.). BoingBoing.net (25 марта 2013). Дата обращения: 12 января 2014. Архивировано 12 января 2014 года.
- ↑ Yuchao Chai. Validation of DGAT1-2 polymorphisms associated with oil content and development of functional markers for molecular breeding of high-oil maize (англ.). — 2011. — doi:10.1007/s11032-011-9644-0. Архивировано 9 октября 2013 года.: «Loss of the high-oil DGAT1-2 allele possibly resulted from genetic drift in the early twentieth century when a few Corn Belt Dent populations were selected for the development of high-grain-yeild inbred lines.»
Литература
- Вавилов Н. И. Теоретические основы селекции. — М.: Наука, 1987. — 511 с. — 4500 экз.
 | Для улучшения этой статьи желательно:
|
