Metode gojenja rastlin

Ustvarjanje rastlinskih oblik, odpornih proti boleznim in škodljivcem

V 30. letih. prejšnje stoletje N.I. Vavilov je opozoril, da je problem nastajanja sort, ki so odporne proti boleznim, mogoče sprostiti na dva načina: z izbiro v ožjem pomenu besede (izbira odpornih rastlin iz obstoječih oblik) in s hibridizacijo (navzkrižno razmnoževanje med različnimi rastlinami). Metode selekcije rastlin za odpornost na patogene organizme niso specifične. So modifikacije običajnih metod gojenja. Glavne težave pri ustvarjanju imunskih sort so potreba po sočasnem upoštevanju značilnosti rastlin in škodljivcev, ki jih poškodujejo. Trenutno se pri izbiri odpornosti uporabljajo vse splošno sprejete sodobne metode rejskega dela: hibridizacija, selekcija, pa tudi poliploidija, eksperimentalna mutageneza, biotehnologija in gensko inženirstvo.

Ena glavnih težav pri vzreji rastlin za imunost je genska povezanost rastlinskih lastnosti, ki odražajo njihovo filogenetsko zgodovino v naravnih ekosistemih. V procesu spontanega udomačevanja in nastajanja visoko produktivnih in kakovostnih rastlinskih oblik je njihov imunski sistem oslabel. V tistih primerih, ko se izbira izvaja brez pozornosti na imuniteto, oslabitev slednje poteka v našem času.

Najpomembnejša naloga vzreje, genetike, molekularne biologije in entomologije je iskanje načinov za združevanje visoke produktivnosti in drugih ekonomsko dragocenih lastnosti rastlin z znaki njihove imunosti. Zaželeno je, da je osnova imunitete poligena.

Vprašanje je najbolj preprosto rešeno, ko je mogoče izolirati rastline iz populacije obstoječe sorte, ki je zelo imun na en določen patogen. Za to izbiro se lahko uporabljajo različne selekcijske metode in analitične metode, ki upoštevajo heterogenost sorte sort..

Pri pripravi plemenskih programov je zelo pomemben tip opraševanja rastlinske populacije (navzkrižna oprašitev, samo opraševanje ali populacija spada v vmesno skupino). Izbirno delo na odpornosti na patogena je treba izvesti ob upoštevanju naslednjih dejavnikov: v populaciji rastlin prve skupine je enota za analizo ena rastlina, druga pa populacija (sorta ali vrstica).

Tradicionalne metode razmnoževanja pri ustvarjanju genotipov, odpornih proti boleznim in škodljivcem

Izbor. Tako na splošno v naravi kot pri reji ljudi je selekcija glavni postopek pridobivanja novih oblik (oblikovanje vrst in sort, ustvarjanje pasem, sort). Izbor je najučinkovitejši pri delu s pridelki samo opraševalcev, pa tudi rastlin, ki se vegetativno razmnožujejo (selekcija klonov).

Pri vzreji za odpornost se selekcija učinkovito uporablja tako sama (je glavna metoda pri delu z nekrotrofnimi patogeni) kot kot sestavni del selekcijskega postopka, brez katerega na splošno ni mogoče storiti nobene selekcijske metode. Pri praktičnem izboru za trajnost se uporabljata dve vrsti izbora: množična in individualna.

Množična izbira je najstarejša selekcijska metoda, zahvaljujoč njej so nastale sorte tako imenovane ljudske selekcije in je še vedno dragocen izvirni material za sodobne rejce. To je vrsta selekcije, pri kateri se iz začetne populacije na polju izbere veliko število rastlin, ki izpolnjujejo zahteve za bodočo sorto, takoj ocenijo nabor lastnosti (vključno z odpornostjo na nekatere bolezni). Pridelek vseh izbranih rastlin se naslednje leto kombinira in poseja v obliki ene same parcele. Rezultat množične selekcije je potomstvo skupne mase najboljših rastlin, izbranih za določen znak.

Glavne prednosti množičnega izbora so njegova preprostost in zmožnost hitrega izboljšanja velike količine materiala. Pomanjkljivosti vključujejo dejstvo, da materiala, izbranega z množično selekcijo, ni mogoče preveriti s potomci in je določena njegova genetska vrednost, zato je iz populacije mogoče izolirati raznovrstne ali hibridne dragocene oblike, ki so dragocene pri vzreji, in jih uporabiti za nadaljnje delo.

Individualni izbor (rodovnik) - ena najbolj učinkovitih sodobnih metod vzreje za odpornost. Hibridizacija, umetna mutageneza, biotehnologija in gensko inženirstvo so predvsem dobavitelji materiala za individualno selekcijo - naslednja faza rejskega dela razlikuje najpomembnejše od zagotovljenega materiala.

Bistvo metode je, da se od prvotne populacije izbere ločene odporne rastline, katerih potomstvo se nato razmnožuje in preučuje posebej.

Prednost posamezne selekcije pred maso je zmožnost preverjanja genske vrednosti vsakega od izbranih genotipov, nadzora lastnosti v potomstvu na vseh stopnjah selekcijskega postopka. Toda za ustvarjanje sort iz ene izbrane rastline po tej metodi je potrebno veliko časa. Posamezna selekcija se med hitro oceno rastlin pogosto uporablja kot metoda selekcije za odpornost na nekrotrofne parazite.

Tako individualna kot množična izbira sta lahko enkratna in za večkratno uporabo.

En izbor uporablja se predvsem pri selekciji samoprašnih pridelkov. Enkratni individualni izbor predvideva zaporedno študijo v vseh delih plemenskega procesa, izbrano enkrat glede na določeno značilnost rastline. Masovna izbira za enkratno uporabo se najpogosteje in najučinkoviteje uporablja za zdravilne sorte v praksi pridelave semen. Zato se imenuje tudi zdravilna.

Več možnosti bolj primerna in učinkovita pri gojenju navzkrižno opraševalnih pridelkov, njihova učinkovitost je določena predvsem s stopnjo heteroroznosti izvornega materiala. S ponavljajočo se selekcijo mase vzdržujemo odpornost na nekrotrofe - povzročitelje takih bolezni koruze in sončnice, kot so fusarij, siva in bela gniloba itd. S to metodo so sorte sončnice zelo odporne na broomrape in sončnice.

Hibridizacija. Trenutno je ena od najbolj uporabljenih metod pri vzreji za odpornost hibridizacija - križanje med genotipi z različnimi dednimi sposobnostmi in ustvarjanje hibridov, ki združujejo lastnosti starševskih oblik.

Pri izbiri za odpornost na bolezen je hibridizacija koristna in učinkovita, če je vsaj ena matična oblika nosilec dednih dejavnikov, ki lahko zagotovijo gensko zaščito bodoče sorte ali hibrida pred potencialno nevarnimi sevi in ​​rasami patogena.

Kot smo že omenili, so se taki dedni dejavniki (geni za učinkovito odpornost) oblikovali v središčih povezane evolucije gostiteljskih rastlin in njihovih patogenov. Mnogi od njih so se že oddaljili na gojene rastline od svojih divjih sorodnikov z daljno hibridizacijo. Zdaj so znani kot geni odpornosti gojenih rastlin..

A nesporno dejstvo je, da se danes večina teh genov široko uporablja v reji in so v glavnem izgubili učinkovitost, ki so jo premagali zaradi spremenljivosti patogenov. Zato intraspecifična hibridizacija (med rastlinami iste vrste) pri ustvarjanju na bolezni odpornih sort ali hibridov ponekod ni perspektivno. Za pridobitev pozitivnih rezultatov mora biti vzreditelj, ki v križance vključuje starševske oblike, prepričan o visoki učinkovitosti njihovih odpornih genov na populacijo patogena bolezni na mestu prihodnjega gojenja sorte (hibrid).

Glede na to postaja vzreja za trajnost vse pomembnejša daljinska hibridizacija (med rastlinami iz različnih botaničnih taksonov). Navsezadnje je za rastline divjih in primitivnih vrst značilna najbolj izrazita imunost. Genomi divjih sorodnikov gojenih rastlin so bili in ostajajo glavni naravni vir genov za odpornost, vključno s kompleksno imunostjo. Križanje gojenih rastlin obstoječih sort z divje rastočimi vrstami običajno omogoča povečanje imunogenetskih lastnosti. In če prej uporaba oddaljene hibridizacije ni bila zelo priljubljena zaradi težav, povezanih z neravnovesjem genomov starševskih oblik, povezave odpornosti z ekonomsko nezaželenimi lastnostmi, potem so bile razvite metode, ki omogočajo reševanje problematičnih problemov.

Oddaljena hibridizacija omogoča prenos ekološke plastičnosti, odpornosti na škodljive okoljske dejavnike, bolezni in druge dragocene lastnosti in lastnosti z divjih rastlin na kulturne. Na podlagi oddaljene hibridizacije so nastale sorte in nove oblike žit, zelenjave, industrijskih in drugih pridelkov. Na primer, vir pšeničnih imunskih genov za škodljive želve, švedske muhe in listne uši je endemičen za Kavkazije TriticumdikokoidiKorn.

Kot kaže svetovna praksa, je za trajnost zelo učinkovite vrste hibridizacije pri gojenju samoprašnih pridelkov backcrosses (backcrosses), ko se hibrid križa z eno od starševskih oblik. Ta metoda se imenuje tudi metoda "popravila" sort, saj vam omogoča, da določeno sorto izboljšate z enim ali drugim simptomom, ki je v njej odsoten (zlasti odpornost na določeno bolezen). Vendar je treba upoštevati, da uporaba te metode ne omogoča preseganja produktivnosti sorte, ki se "popravlja" (in glede na zahteve Državne službe za varstvo pravic do rastlinskih sort Ukrajine sorte ni mogoče registrirati, če ne presega standarda produktivnosti).

Kadar se darovalec sorte, ki je darovalec odpornosti proti boleznim, prekriva, se uporablja kot matična oblika, nestabilna, a zelo produktivna sorta (prejemnik na podlagi odpornosti) se uporablja kot matična oblika. Kot rezultat njihovega križanja dobimo hibride, ki se ponovno križajo z matično obliko (hrbtni križ). Predpogoj je, da so materine oblike za vsak naslednji hrbtni križ izbrane iz odpornih hibridnih rastlin prejšnjega križa, ki jih najdemo na nalezljivem ozadju. Potomci so izbrani glede na fenotip sorte prejemnika. Backcrosses se izvajajo, dokler se prejemnikov genotip in fenotip skoraj v celoti ne obnovi, hkrati pa pridobi odpornost na bolezen, značilno za darovalca.

Izboljšanje učinkovitosti vzreje rastlin za odpornost proti škodljivcem je mogoče doseči z uporabo predhodno ustvarjene tako imenovane sintetike imunosti (znane na primer za koruzo). Omenjena sintetika je ustvarjena na podlagi prečkanja 8-10 imunskih linij, za katere je značilna različna ekološka plastičnost in sestava imunostnih faktorjev. Številna sintetika je dober vir za ustvarjanje imunskih linij pri nadaljnjem razvoju preprostih in dvojnih linijskih hibridov..

Mutageneza. Za razliko od metod hibridizacije so precej naporne in zahtevajo veliko let dela, da dosežejo končni rezultat, eksperimentalna (umetna) mutageneza omogoča kratek čas za izboljšanje spremenljivosti rastlin in pridobivanje mutacij v odpornosti, ki jih v naravi ne najdemo.

Eksperimentalna (umetna) mutageneza temelji na usmerjenem delovanju na rastline različnih fizikalnih in kemičnih mutagenov (ionizirajoče, ultravijolično, lasersko sevanje, kemikalije), zaradi česar se v rastlinskih organizmih pojavljajo mutacije genov (spremembe v molekularni strukturi gena) in kromosomske mutacije kromosomske strukture) ali genomske (spremembe v sklopih kromosomov).

Najbolj dragocene genske mutacije v selekcijskem načrtu, ki za razliko od kromosomskih ne vodijo do sterilnosti cvetnega prahu, neplodnosti ali nestalnosti mutantnih linij. Genske mutacije odpornosti so najpogosteje povezane bodisi z zamenjavo baze v določenem predelu DNK kromosoma, bodisi z njegovo izgubo, dodajanjem, gibanjem. Posledica tega je sprememba genetskega koda in s tem sprememba fizioloških in biokemijskih mehanizmov celice, kar vodi do zaviranja rasti, razvoja in razmnoževanja patogena.

Metoda umetne mutageneze pri vzreji za odpornost na bolezni se uporablja v mnogih državah, vendar je ne moremo šteti za glavno metodo pridobivanja odpornih oblik rastlin. Ta metoda se najučinkoviteje uporablja pri odpornosti s pridelki, ki se vegetativno razmnožujejo, saj njihovo razmnoževanje s semeni povzroči težko cepitev potomcev zaradi visoke stopnje heteroroznosti.