Як схрещують рослини. Генетичні засади селекції. Закон гомологічних лав. Складні східчасті та міжгібридні схрещування

КЕНТАВРИ У СВІТІ РОСЛИН

"Кентаври" у світі рослин. Досягнення російських, європейських та американських вчених. Як з'явилася злива та всіма улюблена полуниця. Створення нових сортів пшениці. Головне досягнення російських учених – капусторідка.

Ще один, не менш давній спосіб отримання нових сортів рослин та порід тварин – це схрещування, або, як кажуть вчені, гібридизація між собою різних видів. Уявіть собі, що в руках агронома виявилося дві рослини, кожна з яких має якісь корисні властивості. Звичайно, дуже привабливою виглядає ідея отримати одну рослину, яка поєднувала б у собі ознаки їх обох. Як здійснити цю ідею? Звичайно, схрестити між собою обидві ці рослини. Цим прийомом люди почали користуватися ще в давнину, спочатку неусвідомлено - просто відбираючи природні гібриди, що іноді виникають у природі, потім - цілеспрямовано схрещуючи різні форми. Прикладів тому безліч. Взяти хоча б таку всім відому культурну рослину, як зливу. Напевно, мало хто з вас знає, що у дикій природі немає такого виду рослин. Слива - це гібрид, що виник у результаті природної гібридизації двох інших видів - терну та аличі, і поєднує властивості і тієї, і іншої рослини. У горах Кавказу і зараз іноді можна знайти дикі гібриди цих видів. Звичайна - це також результат міжвидової гібридизації у природі. Вона з'явилася ще в давнину від схрещування черешні зі степовою вишнею - непоказним чагарником, що не перевищує у висоту 1-2 метрів.

Але, як відомо, люди дуже рідко задовольняються тим, що дає їм природа. Дуже швидко вони навчилися самі схрещувати різні дикі види, внаслідок чого з'явилися такі гібриди, яких природа ніколи не знала. Перелічимо лише кілька прикладів. Так, улюблена всіма садова суниця (її у нас часто неправильно називають полуницею) походить від гібридизації двох диких видів суниці – чилійської та віргінської. І хоча предки її родом з Америки, виведена вона все ж таки в Європі. Широко використовував міжвидову гібридизацію американський селекціонер "Бербанк". Мабуть, одним із найпримітніших його досягнень було створення чотиривидового гібрида карликового їстівного скоростиглого каштану, що дає плоди вже на другий рік після посіву.

Справжньою сенсацією стало свого часу створення американським генетиком Н.Борлоуг так званих короткостеблових пшениць. Дослідник випадково виявив у колекції пшениць США надзвичайно низькорослу пшеницю, яку здавна вирощували в Індії. Наявність короткого стебла - дуже важлива якість для зернової культури - інакше більшість поживних речовин йде зростання стебла, а чи не на утворення зерна. Ось і виходило: соломи багато, а зерна – не дуже. Борлоуг схрестив цю пшеницю з іншою карликовою формою - цього разу японською (у неї вдалося виявити цілих три гени карликовості). На основі цих двох форм американському селекціонеру вдалося вивести відразу кілька чудових карликових і напівкарликових сортів пшениці, які нині повсюдно вирощуються в тропічних і субтропічних районах земної кулі. Тільки завдяки цьому досягненню генетики та селекції вдалося підняти врожаї зерна у два, а подекуди й утричі!

Надзвичайно важкою, проте успішно завершилася, була робота англійських селекціонерів з гібридизації дикоростучого диплоїдного виду ожини з тетраплоїдною культурною ожиною, що відрізнялася надзвичайно смачними плодами, але вкрай пізньостигла. Спочатку дослідникам пощастило: випадково було знайдено ожину без шпильок. Але, незважаючи на численні зусилля по схрещуванню цих двох видів, вдалося отримати лише чотири гібридних сіянці і, на жаль, все з шипами. Крім іншого, три з них були триплоїдними (тобто з потрійними наборами хромосом) і, відповідно, насіння не дали. Але останній сіянець потішив вчених - він виявився плодоносним тетраплоїдом. Коли дочекалися плодоношення, посіяли і виростили нове потомство, виявили, що 37 рослин без шипів, а 835 несуть шипи. З перших відібрали одне та схрестили з колючим культурним сортом. У новому потомстві на кожні три рослини з шпильками довелося по одному без шпильок. З безшипних селекціонерам сподобалася лише одна рослина - вона і стала родоначальником знаменитого англійського сорту Мертон Торн Лес.

Однак справжнім шедевром селекції по праву вважається отримання справжніх рослинних «кентаврів» - гібридів між рослинами, що належать не лише до різних видів, а й до різних родів. Найвідоміші з таких дослідів – це роботи російського селекціонера Г.Д.Карпеченка. В результаті генетичного експерименту, проведеного дослідником, на світ з'явилася нова рослина – капусторідка. На його пагонах погойдувалися наполовину капустяні, наполовину плоди. Давайте детальніше ознайомимося з історією його створення.

Кожен селекціонер, який намагався схрещувати різні види рослин, знає, що найважче – це не отримати нового гібрид , а добитися того, щоб він почав давати насіння. Адже якщо новий сорт не зможе розмножуватися, вся праця виявиться марною - отримана рослина рано чи пізно загине, не залишивши після себе нащадків. Чому ж плідні гібриди – це дуже велика рідкість? Щоб відповісти на це питання, нам знову вкотре доведеться звернутися до механізму утворення статевих клітин - гамет. Згадаймо, що кожна гамета, і чоловіча, і жіноча виникає в результаті особливого процесу розподілу клітин, який називається мейозом. Під час мейозу зменшується число хромосом у клітинах, тому гамети несуть рівно вдвічі менше хромосом, ніж клітини батьківського організму. Але на початку мейозу відбувається ще одна дуже важлива подія - парні або, як кажуть вчені, гомологічні хромосоми щільно притискаються один до одного і обмінюються між собою шматочками ДНК. А що буде, якщо хромосоми не впізнають один одного і не зможуть обмінятися генами? А нічого – нормальні гамети виникнути не зможуть.

А тепер уявімо собі гібрид , що виникла при схрещуванні двох різних видів рослин або тварин. Кожна хромосома з пари гомологічних хромосом у його клітинах походить від різних організмів. У випадку з капустою та редькою на кожну «капустяну» хромосому припадає одна «рідинна» - обидві ці рослини несуть у статевих клітинах по 9 хромосом. Але гени капусти нічого спільного з генами редьки не мають (ці рослини взагалі належать до різних біологічних пологів). Значить, навіть якщо вдасться отримати гібридну рослину (наприклад, шляхом «насильницького» запилення квітів капусти пилком редьки), хромосоми «не впізнають» один одного, і гібриди виявляться не здатними до розмноження.

Невже немає жодної можливості отримати здатний до розмноження гібрид? Як відомо, безвихідних ситуацій не буває. Адже ніхто не говорив, що у гібридних рослин взагалі не утворюються гамети - ні, вони таки з'являються, але несуть не строго певну кількість хромосом (9, як належить капусті та редьці), а випадкове, наприклад, 5 або 8. Значить, Існує дуже маленька ймовірність того, що з'явиться гамета з 18 хромосомами - 9 капустяних і 9 редисових хромосом виявляться в одній клітині. З маси схрещувань капусти з редькою, що закінчилися невдачею, в одному випадку Карпеченко отримав рослину, яка виросла і навіть зацвіла, після чого зав'язалося одноєдине насіння. Це був той самий щасливий випадок: усі 18 хромосом потрапили в одну гамету.

Незвичайна гамета випадково зустрілася з гаметою, яка також несе 18 хромосом, в результаті зросла рослина з 36 хромосомами, тобто звичайний одинарний набір з 9 хромосом повторювався у нього 4 рази (ми вже знаємо, що такі рослини зазвичай називають тетраплоїдами). Таким чином, тут ми знову зіштовхуємось із вже знайомим нам явищем поліплоїдії – збільшення кількості хромосом. Розподіл клітин і утворення гамет у цього гібрида пройшло благополучно - кожна з дев'яти рідкових хромосом тепер знайшла собі пару, те саме було і з капустяними хромосомами.. Нащадки такі організми давали. Коли з насіння виросла перша гібридна рослина, його природа виявилася найдивовижнішим чином: половина плодів виявилася капустяною, а інша половина - рідинною. Капусторідка цілком виправдала свою назву. Але Карпеченко не зупинився на досягнутому. Гамету отриманого гібрида він поєднав із нормальною редковою гаметою. Тепер рідкових хромосом виявилося вдвічі більше, ніж капустяних, що негайно позначилося і на плодах: дві третини кожного плоду мали рідинну форму і тільки одна третина - капустяну. Так завдяки поліплоїдії вперше зуміли подолати природну несхрещуваність двох різних пологів.

Список рослинних «кентаврів» зовсім не обмежується капусто-рідинними гібридами. Так, у результаті схрещування двох зернових культур - жита та пшениці - вчені набули цілої низки форм, об'єднаних загальною назвою тритикале. Тритикале має гарну врожайність, зимостійкість і стійкі до багатьох хвороб пшениці. Завдяки гібридизації п шениці і злісного польового бур'яну - пирію - селекціонери отримали цінні сорти рослин - пшенично-пирійні гібриди, стійкі до вилягання і мають високу врожайність. Інший відомий російський селекціонер - І.В.Мічурін - схрестив вишню пенсільванську (дуже морозостійкий на відміну від звичної нам вишні вид) із черемхою та синтезував нову рослину, яку назвав церападусом. Лише набагато пізніше виявилося, що церападуси спонтанно виникають на Памірі, але трохи інакше.

Часто нефахівці з підозрою ставляться до гібридних рослин, не підозрюючи про те, що багато культур, що їх вирощують на своїх садових ділянках, - результат багаторічних праць селекціонерів.

У дводомних рослин, таких як шпинат, при вирощуванні на одній ділянці одного з сортів потрібно видалити чоловічі рослини.

Схрещування перехреснозапильних культур на ізольованих ділянках набагато мінімізує трудовитрати: запилення відбувається природним шляхом – вітром чи комахами. Крім того, на одній ізольованій ділянці можливо розмістити кілька рослин одного сорту, таким чином, збільшивши кількість отриманого гібридного насіння. Істотний недолік такого методу полягає у неможливості повністю виключити попадання стороннього пилку. Крім того, при природному перехресному приблизно половина рослин виявляється заплідненою пилком свого сорту.

У регіонах з теплим кліматом, де період вегетації досить тривалий, для рослин з квітками, що швидко відцвітають, можна використовувати ізоляцію в часових інтервалах: на одній і тій же ділянці проводяться різні комбінації схрещування. Різні терміни цвітіння виключають незаплановане перезапилення.

У селекційній практиці за відсутності достатнього простору для організації окремих ділянок застосовуються ізоляційні споруди:

• Конструкція виконується у вигляді каркаса, що обтягується легкою прозорою тканиною.
• Для ізоляції окремих пагонів чи суцвіть виготовляються невеликі "будиночки" з пергаментного паперу чи марлі, якими обтягують каркас із дроту.

Для рослин, запилених комахами, при спорудженні ізоляторів краще використовувати такі матеріали, як батист або марля, для культур, що запилюються, – пергаментний папір.

Процес гібридизації – схрещування рослин – спрямований на одержання сортів рослин, що мають виграшні властивості батьківських сортів, таких як:

• Висока врожайність
• Стійкість до
• Морозостійкість
• Посухостійкість
• Короткі терміни дозрівання

Наприклад, якщо в батьківської та материнської рослини стійкість до різних, то отриманий гібрид успадкує стійкість до обох хвороб.

Гібридні сорти рослин мають кращу життєстійкість, вони менше схильні до перепадів температури, вологості, зміни кліматичних умов, ніж їх негібридні побратими.

Більше інформації можна дізнатися із відео.

Image="">

Часто нефахівці з підозрою ставляться до гібридних рослин, не підозрюючи про те, що багато культур, що їх вирощують на своїх садових ділянках, — результат багаторічних праць селекціонерів.

Що таке схрещування рослин

Гібридизація чи схрещування рослин – це один із основних методів селекції рослин. Сутність методу полягає у схрещуванні двох рослин різних сортів, видів або пологів.

Результатом, який безпосередньо залежить від підбору батьківських рослин, є одержання нових сортів та видів.

Наприклад, мало хто знає, що у природі немає таких культур, як злива чи садова суниця. Слива була отримана шляхом схрещування терну та аличі, а садова суниця, або, як її неправильно називають, полуниця, — результат схрещування диких видів суниці – віргінської та чилійської.

Технологія схрещування

Технологія схрещування полягає в штучному або природному перенесенні пилку з рослини одного сорту або виду на інше, що проводиться під ретельним контролем.

У цей період важливо ізолювати квітки, щоб унеможливити попадання стороннього пилку.

1. Вибрати дві рослини різних сортів чи видів.
2. На материнській рослині підібрати найбільш зручні квіти.
3. Бутони, що не розпустилися (за один день до розпускання), акуратно розкрити.
4. Пінцетом ретельно видалити всі тичинки з пилком.
5. Квітки з віддаленими тичинками обернути білою тонкою матерією, щоб уникнути незапланованого запилення.
6. За день до видалення тичинок з однієї рослини з другої (батьківської) з бутонів, що збираються розпускатися, зібрати пилок у скляну баночку.
7. Баночку прикривають марлею або світлою прозорою тканиною і ставлять у сухе місце.

Наступного дня після видалення тичинок з материнської рослини проводять запліднення:

• Найкращий час – перша половина дня до дванадцятої години.
• Струсити баночку з пилком.
• Осілий на стінки банки пилок ватяною паличкою або іншим підручним засобом (можна, навіть пальцем) акуратно наносять на рильці маточки материнської рослини.
• Запліднену квітку знову накрити світлою тонкою тканиною або марлею.
• Плід повторювати 3 дні.

Запліднені квітки повинні бути приховані на весь період росту аж до дозрівання плодів. Зайві квітки рекомендується видалити. Після збирання дозрілих плодів вони повинні вилежати від кількох тижнів до кількох місяців залежно від часу дозрівання та терміну зберігання культури.

Насіння кісточкових рослин висівається відразу на гряди, насіння літнього дозрівання після триденного просушки висівається в піску на грядки восени. Насіння рослин, які дозрівають восени, збирають, коли плоди вже починають псуватися, але не пізніше квітня. Після збору та просушування їх висівають у підготовлені ємності.

Просторова та тимчасова ізоляція при схрещуванні

При схрещуванні перехреснозапильних культур можна застосовувати просторову ізоляцію: рослини вирощуються на різних, віддалених від рослин даного сорту, ділянках. До таких культур відносяться морква, капуста, буряк та ін.

У дводомних рослин, таких як шпинат, при вирощуванні на одній ділянці одного з сортів потрібно видалити чоловічі рослини.

Схрещування перехреснозапильних культур на ізольованих ділянках набагато мінімізує трудовитрати: запилення відбувається природним шляхом – вітром чи комахами. Крім того, на одній ізольованій ділянці можливо розмістити кілька рослин одного сорту, таким чином, збільшивши кількість отриманого гібридного насіння. Істотний недолік такого методу полягає у неможливості повністю виключити попадання стороннього пилку. Крім того, при природному перехресному запиленні приблизно половина рослин виявляється заплідненою пилком свого сорту.

У регіонах з теплим кліматом, де період вегетації досить тривалий, для рослин з квітками, що швидко відцвітають, можна використовувати ізоляцію в часових інтервалах: на одній і тій же ділянці проводяться різні комбінації схрещування. Різні терміни цвітіння виключають незаплановане перезапилення.

У селекційній практиці за відсутності достатнього простору для організації окремих ділянок застосовуються ізоляційні споруди:

• Конструкція виконується у вигляді каркаса, що обтягується легкою прозорою тканиною.
• Для ізоляції окремих пагонів або суцвіть виготовляються невеликі будиночки з пергаментного паперу або марлі, якими обтягують каркас із дроту.

Для рослин, запилених комахами, при спорудженні ізоляторів краще використовувати такі матеріали, як батист або марля, для культур, що запилюються, – пергаментний папір.

Переваги схрещування

Процес гібридизації – схрещування рослин – спрямований на одержання сортів рослин, що мають виграшні властивості батьківських сортів, таких як:

• Висока врожайність
• Стійкість до захворювань
• Морозостійкість
• Посухостійкість
• Короткі терміни дозрівання

Наприклад, якщо в батьківської та материнської рослини стійкість до різних захворювань, то отриманий гібрид успадкує стійкість до обох хвороб.

Гібридні сорти рослин мають кращу життєстійкість, вони менше схильні до перепадів температури, вологості, зміни кліматичних умов, ніж їх негібридні побратими.

Більше інформації можна дізнатися із відео.

Людина у своєму прагненні покращити природу рухається все далі. Завдяки сучасним досягненням генетики аграрії отримують все більше незвичайних та цікавих гібридів, здатних задовольнити найсміливіші бажання споживачів.
Крім того, глобалізація призводить до поширення видів рослин, нехарактерних для даної кліматичної зони. У нас вже давно вийшли з екзотики ананаси та банани, стали звичними гібридні нектарини та мініоли тощо.

Жовтий кавун (38 ккал, вітаміни А, С)

Зовні це звичний смугастий кавун, але при цьому яскраво-жовтий усередині. Ще однією особливістю є дуже невелика кількість кісточок. Цей кавун є результатом схрещування дикого (жовтого всередині, але зовсім несмачного) з культурним кавуном. Результат вийшов соковитий та ніжний, але менш солодкий, ніж червоний.
Вирощують їх в Іспанії (округлі сорти) та Таїланді (овальні). Є сорт «Місячний», виведений селекціонером Соколовим з Астрахані. Цей сорт відрізняється дуже солодким смаком з деякими екзотичними нотками, схожими на присмак манго або лимона, або гарбуза.
Є й український гібрид на основі кавуна («кавуна») та гарбуза («гарбуза») – «кавбуз». Він більше схожий на гарбуз із ароматом кавуна та ідеальний для приготування каш.

Фіолетова картопля (72 ккал, вітамін С, вітаміни групи В, калій, залізо, магній та цинк)

Картопля з рожевою, жовтою чи фіолетовою шкіркою вже нікого не дивує. Але вченим з Colorado State University вдалося отримати картоплю з фіолетовим забарвленням усередині. Основою сорту стала андська високогірна картопля, а колір викликаний високим вмістом антоціанів. Ці речовини є найсильнішими антиоксидантами, властивості яких зберігаються після приготування.
Назвали сорт «Фіолетова величність», його вже активно продають в Англії та починають у Шотландії, клімат якої найбільше підійшов сорту. Популяризації сорту сприяв англійський кулінар Джеймі Олівер. Ця фіолетова картопля зі звичним смаком чудово виглядає у вигляді пюре, невимовного насиченого кольору, запеченої, і звичайно фрі.

Капуста романеско (25 ккал, каротин, вітамін С, мінеральні солі, цинк)

Неземний вигляд цього близького родича броколі та цвітної капусти чудово ілюструє поняття «фрактала». Його ніжно-зелені суцвіття мають конусоподібну форму та розташовуються по спіралі на качані. Ця капуста родом з Італії, у широкому продажу вона знаходиться близько 10 років, а її популяризації сприяли голландські селекціонери, які злегка покращили овоч, відомий італійським домогосподаркам з XVI століття.

У романеско мало клітковини та багато корисних речовин, за рахунок цього вона легко засвоюється. Що цікаво, при приготуванні цієї капусти немає характерного капустяного запаху, який діти не люблять. Крім того, екзотичний вигляд космічного овочу викликає бажання його пробувати. Готують романеско як звичайну броколі – варять, гасять, додають у пасту та салати.

Плуот (57 ккал, клітковина, вітамін С)

Від схрещування таких видів рослин як сливи (plum) та абрикоси (apricot) отримані два гібриди плуот, який зовні більше схожий на сливу, і апріум, що більше нагадує абрикос. Обидва гібриди названі за першими складами англійських назв видів-батьків.
Зовні плоди плуота пофарбовані в рожевий, зелений, бордовий або фіолетовий колір, начинка — від білого до насичено-сливового. Вивели ці гібриди в розпліднику Dave Wilson Nursery 1989 року. Зараз у світі вже два сорти апріуму, одинадцять сортів плуота, один нектаплама (гібрида нектарину та сливи), одні пічплама (гібрида персика та сливи).
Використовують плоути для приготування соку, десертів, домашніх заготовок та вина. На смак цей фрукт набагато солодший і сливи, і абрикоси.

Кавунова редис (20 ккал, фолієва кислота, вітамін С)

Кавунова редька повністю відповідає своїй назві - вона яскрава малинова всередині і вкрита біло зеленою шкіркою зовні, точно як кавун. Формою та й розміром теж (діаметр 7-8см) він нагадує велику редьку або ріпку. За смаком він цілком звичайний - гіркий у шкірки і солодкуватий до середини. Правда твердіший, не такий соковитий і хрумкий як звичайний.
Він чудово виглядає у салаті, просто нарізаний скибочками з кунжутом чи сіллю. Також рекомендують робити з нього пюре, запікати, додавати до овочів для смаження.

Йошта (40 ккал, антоціани, що мають антиоксидантні властивості, вітаміни С, Р)

Схрещування таких видів рослин як смородина (johannisbeere) і агрус (stachelbeere) дало ягоду йошту з плодами близького до чорного кольору, розміром з вишню, кисло-солодким трохи в'язким смаком, що приємно віддають смородиною.
Ще Мічурін мріяв створити смородину розмірами з аґрус, але при цьому не колючу. Він встиг вивести аґрус «Мавр чорний» темно-фіолетового кольору. До 1939 року у Берліні Пол Лоренц як і займався виведенням подібних гібридів. У зв'язку з війною ці роботи було зупинено. І лише 1970 року вдалося отримати ідеальну рослину Рудольфу Бауеру. Тепер є два сорти йошти: "Чорний" (коричнево-бордового кольору) та "Червоний" (блякло-червоного кольору).
За сезон із куща йошти одержують 7-10 кг ягід. Використовують в домашніх заготовках, десертах, для ароматизації газування. Йошта добре допомагає при шлунково-кишкових захворюваннях, для виведення з організму важких металів та радіоактивних речовин, покращення кровообігу.

Брокколіні (43 ккал, кальцій, вітаміни А, С, залізо, клітковина, фолієва кислота)

У родині капуст у результаті схрещування звичайної броколі та китайської броколі (гайлана) отримали нову капусту схожу на спаржу на маківці з головкою броколі.
Брокколіні трохи солодкуватий, не має різкого капустяного духу, з перцевою ноткою, ніжною на смак, нагадує спаржу одночасно і броколі. У ньому безліч корисних речовин і при цьому низькокалорійний.
У США, Бразилії, країнах Азії, Іспанії, брокколіні зазвичай використовують як гарнір. Його подають свіжою, политою олією або злегка обсмажують у маслі.

Неші (46 ккал, антиоксиданти, фосфор, кальцій, клітковина)

Ще один результат схрещування рослин – це неші. Отримали його від яблука та груші в Азії кілька століть тому. Там його називають азіатською, водяною, пісочною чи японською грушею. Виглядає плід як кругле яблуко, а смак як соковита, хрумка груша. Колір неші – від блідо-зеленого до помаранчевого. На відміну від звичайної груші неші твердіша, тому краще зберігається і транспортується.
Неші досить соковите, тому його краще використовувати у салатах чи соло. Так само гарний як закуска до вина разом із сиром та виноградом. Зараз вирощують близько 10 популярних комерційних сортів в Австралії, США, Новій Зеландії, Франції, Чилі та на Кіпрі.

Юзу (30 ккал, вітамін С)

Юзу (японський лимон) це гібрид мандарину та декоративного цитрусу (ічангської папеди). Фрукт розміром з мандарин зеленого або жовтого кольору з бугристою шкіркою має кислий смак та яскравий аромат. Його використовують японці ще з VII століття, тоді буддійські ченці завезли з материка острови цей фрукт. Юзу популярний у кулінарії Китаю та Кореї.
У нього зовсім незвичайний аромат – цитрусовий, з квітковими відтінками та нотами хвої. Найчастіше застосовують для віддушки, цедру використовують як приправу. Цю приправу додають до м'ясних та рибних страв, у суп місо, локшину. Також з цедрою готують джеми, алкогольні та безалкогольні напої, десерти, сиропи. Сік схожий на лимонний (кислий і ароматний, але м'якший) і є основою соусу понзу, так само використовують як оцет.
Має і культове значення у Японії. 22 грудня у свято зимового сонцестояння прийнято приймати ванни із цими плодами, які символізують сонце. Його аромат відганяє злі сили, захищає від застуди. У цю ж ванну занурюють тварин, а потім водою поливають рослини.

Жовтий буряк (50 ккал, фолієва кислота, калій, вітамін А, клітковина)

Відрізняється цей буряк тільки від звичайного тільки кольором і тим, що не бруднить руки при приготуванні. За смаком вона така ж солодка, ароматна, гарна у запеченому вигляді і навіть у чіпсах. Листя жовтого буряка можна використовувати у свіжому вигляді для салатів.

Але людина лише вчиться перетворювати види рослин, а природа вже давно творить таке диво!

Все про палісадники, клумби та квітники – у фотографіях та статтях

Виводимо власні сорти квітів

Ми розповімо, як схрестити між собою два сорти одного виду рослини – цей метод називається гібридизацією. Нехай це будуть рослини різних забарвлень або різні форми пелюсток, листя. Чи, можливо, вони відрізнятимуться термінами цвітіння чи вимогами до зовнішніх умов?

Вибирайте рослини, які швидко зацвітають, щоб прискорити перебіг експерименту. Краще також спершу вибирати невибагливі квіти – наприклад, наперстянки, календули чи дельфініуми.

Хід експерименту та щоденник спостережень

Спочатку сформулюйте свої цілі – що ви хочете отримати від експерименту. Які бажані ознаки мають бути у нових сортів?

Заведіть зошит-щоденник, куди ви запишете цілі і фіксуватимете хід експерименту від початку і до кінця.

Не забудьте докладно описати вихідні рослини, а потім отримані гібриди. Ось найважливіші моменти: здоров'я рослин, інтенсивність росту, розміри, забарвлення, аромат, час цвітіння.

Будова квітки

У нашій статті як приклад розглядатиметься квітка морозника, її ви бачите на схемі та на фотографіях.

Зовнішній вигляд квітів у різних рослин може значно відрізнятися, проте будова квіток переважно однакова.

Запилення квітки

1. Почніть із вибору двох рослин. Одне буде запилювачем, а інше – насіннєвою рослиною. Вибирайте здорові та міцні рослини.

2. Уважно стежте за насіннєвою рослиною. Виберіть бутон, що не розпустився, з яким проводитимете всі маніпуляції, позначте його. Крім того, його доведеться ізолювати ще до відкриття- Зав'язавши його в полотняний світлий мішечок. Як тільки квітка почне відкриватися, зріжте у нього всі тичинки, щоб уникнути випадкового запилення.

3. Як тільки квітка насіннєвої рослини повністю розкриється, перенесіть на нього пилокз рослини-запилювача. Пилок можна перенести за допомогою ватної палички, пензлика, або вирвавши тичинки квітки-запилювача і піднісши їх безпосередньо до насіннєвого. Пилок наносите на рильці маточки квітки насіннєвої рослини.

4. Надягніть на квітку насіннєвої рослини полотняний мішечок. Не забудьте зробити необхідні позначки у щоденнику спостережень – час запилення.

5. Щоб підстрахуватися, через деякий час повторіть операцію з запиленням – наприклад, через пару днів (залежить від терміну цвітіння).

Виберіть дві квітки – одна буде запилювачем, інша рослина стане насіннєвою.

Відразу, як тільки квітка насіннєвої рослини розпуститься, зріжте у неї всі тичинки.

Нанесіть пилок, взятий з квітки-запилювача, на маточка квітки насіннєвої рослини.

Запилену квітку обов'язково слід помітити.

Отримання гібридів

1. Якщо запилення пройшло вдало, то незабаром квітка почне в'янути, а зав'язь буде збільшуватися. Не знімайте мішечок з рослини, поки не дозріє насіння.

2. Отримане насіння висаджуйте як на розсаду. Коли отримаєте молоді рослини-гібриди, Виділіть їм окреме місце в саду або пересадіть їх в ящики.

3. Тепер дочекайтеся цвітіння гібридів. Не забувайте описувати всі спостереження у щоденнику. Серед першого, та й другого покоління, можуть бути квіти, що точнісінько повторюють батьківські властивості без змін. Такі екземпляри забраковують одразу. Звіртеся зі своїми цілями та відберіть серед отриманих нових рослинті, що максимально підходять під потрібні ознаки. Можете запилити їх також вручну, або ізолювати їх.

Квітку насіннєвої рослини слід захищати мішечком із текстилю.

Коли отримаєте насіння, висаджуйте їх на розсаду. Молоді рослини розмістіть у ящиках.

Уважно стежте за своїм новим гібридом, записуйте у щоденник свої спостереження.

Якщо ви вирішили займатися виведенням нових сортів всерйоз, то вам буде потрібна порада спеціаліста-селекціонера. Справа в тому, що вам потрібно буде з'ясувати, чи дійсно ви вивели новий сорт або йдете вже второваною кимось доріжкою. Конкуренція у сфері створення нових сортів дуже висока.

Тим же, хто вирішив поекспериментувати з гібридизацією як домашнє хобі, ми бажаємо отримати від цього заняття море задоволення, зробити безліч радісних відкриттів і подарувати нарешті всім своїм друзям-садівникам новий сорт якоїсь чудової квітки, названий своїм ім'ям.

Ми розповімо, як схрестити між собою два сорти одного виду рослини – цей метод називається гібридизацією. Нехай це будуть рослини різних забарвлень або різні форми пелюсток, листя. Чи, можливо, вони відрізнятимуться термінами цвітіння чи вимогами до зовнішніх умов?

Вибирайте рослини, які швидко зацвітають, щоб прискорити перебіг експерименту. Краще також спершу вибирати невибагливі квіти – наприклад, наперстянки, календули чи дельфініуми.

Хід експерименту та щоденник спостережень

Спочатку сформулюйте свої цілі – що ви хочете отримати від експерименту. Які бажані ознаки мають бути у нових сортів?

Заведіть зошит-щоденник, куди ви запишете цілі і фіксуватимете хід експерименту від початку і до кінця.

Не забудьте докладно описати вихідні рослини, а потім отримані гібриди. Ось найважливіші моменти: здоров'я рослин, інтенсивність росту, розміри, забарвлення, аромат, час цвітіння.

Будова квітки

У нашій статті як приклад розглядатиметься квітка, її ви бачите на схемі та на фотографіях.

Зовнішній вигляд квітів у різних рослин може значно відрізнятися, проте переважно однаково.

Запилення квітки

1. Почніть із вибору двох рослин. Одне буде запилювачем, а інше – насіннєвою рослиною. Вибирайте здорові та міцні рослини.

2. Уважно стежте за насіннєвою рослиною. Виберіть бутон, що не розпустився, з яким проводитимете всі маніпуляції, позначте його. Крім того, його доведеться ізолювати ще до відкриття- Зав'язавши його в полотняний світлий мішечок. Як тільки квітка почне відкриватися, зріжте у нього всі тичинки, щоб уникнути випадкового запилення.

3. Як тільки квітка насіннєвої рослини повністю розкриється, перенесіть на нього пилокз рослини-запилювача. Пилок можна перенести за допомогою ватної палички, пензлика, або вирвавши тичинки квітки-запилювача і піднісши їх безпосередньо до насіннєвого. Пилок наносите на рильці маточки квітки насіннєвої рослини.

4. Надягніть на квітку насіннєвої рослини полотняний мішечок. Не забудьте зробити необхідні позначки у щоденнику спостережень – час запилення.

5. Щоб підстрахуватися, через деякий час повторіть операцію з запиленням – наприклад, через пару днів (залежить від терміну цвітіння).

Виберіть дві квітки – одна буде запилювачем, інша рослина стане насіннєвою.	Відразу, як тільки квітка насіннєвої рослини розпуститься, зріжте у неї всі тичинки.
Нанесіть пилок, взятий з квітки-запилювача, на маточка квітки насіннєвої рослини.	Запилену квітку обов'язково слід помітити.

Отримання гібридів

1. Якщо запилення пройшло вдало, то незабаром квітка почне в'янути, а зав'язь буде збільшуватися. Не знімайте мішечок з рослини, поки не дозріє насіння.

2. Отримане насіння висаджуйте як на розсаду. Коли отримаєте молоді рослини-гібриди, Виділіть їм окреме місце в саду або пересадіть їх в ящики.

3. Тепер дочекайтеся цвітіння гібридів. Не забувайте описувати всі спостереження у щоденнику. Серед першого, та й другого покоління, можуть бути квіти, що точнісінько повторюють батьківські властивості без змін. Такі екземпляри забраковують одразу. Звіртеся зі своїми цілями та відберіть серед отриманих нових рослинті, що максимально підходять під потрібні ознаки. Можете запилити їх також вручну, або ізолювати їх.

Квітку насіннєвої рослини слід захищати мішечком із текстилю.

Коли отримаєте насіння, висаджуйте їх на розсаду. Молоді рослини розмістіть у ящиках.

Уважно стежте за своїм новим гібридом, записуйте у щоденник свої спостереження.

Якщо ви вирішили займатися виведенням нових сортів всерйоз, то вам буде потрібна порада спеціаліста-селекціонера. Справа в тому, що вам потрібно буде з'ясувати, чи дійсно ви вивели новий сорт або йдете вже второваною кимось доріжкою. Конкуренція у сфері створення нових сортів дуже висока.

Тим же, хто вирішив поекспериментувати з гібридизацією як домашнє хобі, ми бажаємо отримати від цього заняття море задоволення, зробити безліч радісних відкриттів і подарувати нарешті всім своїм друзям-садівникам новий сорт якоїсь чудової квітки, названий своїм ім'ям.

Селекція- наука, що розробляє шляхи створення нових та покращення існуючих сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів.

Створення нових сортів і порід ґрунтується на таких найважливіших властивостях живого організму, як спадковість та мінливість. Саме тому генетика – наука про мінливість та спадковість організмів – є теоретичною основою селекції.

Маючи свої власні завдання та методи, селекція твердо спирається на закони генетики, є важливою сферою практичного використання закономірностей, встановлених генетикою. Натомість селекція спирається і на досягнення інших наук. На сьогоднішній день генетика вийшла на рівень цілеспрямованого конструювання організмів з необхідними ознаками та властивостями.

Сорт, порода та штам- Стала група організмів, штучно створена людиною і має певні спадкові особливості.

Усі особини всередині породи, сорти та штаму мають подібні, спадково закріплені морфологічні, фізіолого-біохімічні та господарські ознаки та властивості, а також однотипну реакцію на фактори зовнішнього середовища.

Основні напрямки селекції:

• висока врожайність сортів рослин, плодючість та продуктивність порід тварин;
• поліпшення якості продукції (наприклад, смак, зовнішній вигляд плодів та овочів, хімічний склад зерна – вміст білка, клейковини, незамінних амінокислот тощо);
• фізіологічні властивості (швидкість, посухостійкість, зимостійкість, стійкість до хвороб, шкідників та несприятливих кліматичних умов).

• виведення стресостійких порід (для розведення в умовах великої скупченості – на птахофабриках, фермах тощо);
• хутрове звірівництво;
• рибництво - розведення риби у штучних водоймах.

ВІДМІННІСТЬ КУЛЬТУРНИХ ФОРМ ВІД ДИКИХ

Культурні форми	Дикі форми
розвинені ознаки, корисні для людини та часто шкідливі у природних умовах	наявність ознак, незручних для людини (агресивність, колючість тощо)
висока продуктивність	низька продуктивність (дрібні плоди; низька маса, несучість, удойность)
гірше адаптуються до мінливих умов середовища	висока адаптивність
не мають засобів захисту від хижаків та шкідників (гірких або отруйних речовин, шипів, колючок тощо)	наявність природних захисних пристроїв, що підвищують життєстійкість, але незручні для людини

основні методи селекції

Основні методи селекції:

• підбір батьківських пар
• відбір
• гібридизація
• штучний мутагенез

Підбір батьківських пар

Даний метод застосовується насамперед у селекції тварин, тому що для тварин характерно статеве розмноження та нечисленне потомство.

Виведення нової породи - процес тривалий, що потребує великих матеріальних витрат. Це може бути цілеспрямоване отримання певного екстер'єру(сукупності фенотипічних ознак), підвищення молочності, жирності молока, якості м'яса і т.д.

Розлучені тварини оцінюються не лише за зовнішніми ознаками, а й за походженням та якості потомства. Тому необхідно добре знати їхній родовід. У племінних господарствах під час підбору виробників завжди ведеться облік родоводів, у яких оцінюються екстер'єрні особливості та продуктивність батьківських форм протягом низки поколінь.

роботи І. В. Мічуріна

Особливе місце у практиці покращення плодово-ягідних культур займає селекційна робота І. В. Мічуріна.Велике значення він надавав підбору батьківських пар для схрещування. При цьому він не використовував місцеві дикорослі сорти (оскільки вони мали стійку спадковість, і гібрид зазвичай ухилявся у бік дикого батька), а брав рослини з інших, віддалених географічних місць і схрещував їх один з одним.

Важливою ланкою у роботі Мічуріна було цілеспрямоване вихованнягібридних сіянців: у певний період їх розвитку створювалися умови для домінування ознак одного з батьків та придушення ознак іншого, тобто ефективне управління домінуванням ознак (різні прийоми обробітку ґрунту, внесення добрив, щеплення у крону іншої рослини тощо).

Метод ментора- Виховання на підщепі. Як прищепи Мічурін брав як молоду рослину, так і нирки від зрілого плодоносного дерева. Цим методом вдалося надати бажане забарвлення плодам гібриду вишні з черешнею під назвою «Краса півночі».

Мічурін застосовував також віддалену гібридизацію. Їм отримано своєрідний гібрид вишні та черемхи – церападус, а також гібрид терну та сливи, яблуні та груші, персика та абрикоса. Всі сорти Мічуріна підтримують шляхом вегетативного розмноження.

Відбір

Штучний відбір- Збереження для подальшого розмноження особин з ознаками, що цікавлять селекціонера. Форми відбору: масовий та індивідуальний.

• Інтуїтивний (несвідомий) відбір- найдавніша форма відбору, використовувана ще древнім людиною: відбір особин за фенотипом, тобто. з найкориснішими поєднаннями ознак.
• Методичний відбір- відбір для розмноження особин з чітко визначеними ознаками, відповідно до мети та з урахуванням їх фенотипів та генотипів.

• Масовий відбір- усунення з розмноження особин, які мають цінні ознаки, чи мають небажані ознаки (наприклад, агресивних).

Масовий відбір може бути ефективний у тому випадку, якщо відбираються якісні, просто успадковані і ознаки, що легко визначаються. Масовий відбір зазвичай проводять серед перехреснозапильних рослин. При цьому селекціонери відбирають рослини за фенотипом з ознаками, що їх цікавлять. Недолік масового відбору у тому, що селекціонер який завжди може визначити найкращий генотип по фенотипу.

• Індивідуальний відбір- виділення окремих особин з цікавими для людини ознаками та отримання від них потомства.

Індивідуальний відбір ефективніший при відборі особин за кількісними, складно успадкованими ознаками. Цей вид відбору дозволяє точно оцінити генотип завдяки аналізу спадкування ознак у потомства. Індивідуальний відбір застосовують по відношенню до самозапильних рослин (сорта пшениці, ячменю, гороху та ін.).

Гібридизація

У селекційній роботі з тваринами застосовують в основному два способи схрещування: інбридингі аутбридинг.

Інбридинг- схрещування близьких форм: як вихідні форми використовуються брати і сестри або батьки і потомство.

Результат: одержання гомозиготних організмів → розкладання вихідної форми на низку чистих ліній.

Мінуси: знижена життєздатність (рецесивні гомозиготи найчастіше несуть спадкові захворювання).

Таке схрещування певною мірою аналогічне до самозапилення у рослин, яке також призводить до підвищення гомозиготності і, як наслідок, до закріплення господарсько цінних ознак у нащадків. При цьому гомозиготизація за генами, що контролюють ознака, що вивчається, відбувається тим швидше, чим ближче споріднене схрещування використовують при інбридингу. Однак гомозиготизація при інбридингу, як і у випадку рослин, веде до ослаблення тварин, знижує їхню стійкість до впливу середовища, підвищує захворюваність.

У селекції інбридинг зазвичай є одним із етапів поліпшення породи. За ним слідує схрещування різних міжлінійних гібридів, в результаті якого небажані рецесивні алелі перетворюються на гетерозиготний стан і шкідливі наслідки близькоспорідненого схрещування помітно знижуються.

Аутбридинг- неспоріднене схрещування між особинами однієї породи або різних порід тварин у межах одного виду.

Результат: отримання великої кількості гетерозиготних організмів → підтримка корисних якостей та посилення їхньої виразності в ряді наступних поколінь.

Віддалена гібридизація -отримання міжвидових та міжродових гібридів.

Віддалена гібридизація у селекції тварин застосовується значно рідше, ніж у селекції рослин.

Міжвидові та міжродові гібриди тварин та рослин найчастіше безплідні, оскільки порушується мейоз і гаметогенез не відбувається. При цьому відновлення плодючості у тварин є більш складним завданням, оскільки отримання поліплоїдів на основі множення числа хромосом у них неможливе.

Подолання безпліддя міжвидових гібридів рослин вперше вдалося здійснити на початку 20-х років ХХ століття радянському генетику Г. Д. Карпеченкопри схрещуванні редьки та капусти. Ця новостворена людиною рослина не була схожа ні на редьку, ні на капусту. Стручки займали хіба що проміжне становище і з двох половинок, у тому числі одна нагадувала стручок капусти, інша - редьки. Кожна з вихідних форм мала у статевих клітинах по 9 хромосом. У цьому випадку клітини одержаного від них гібрида мали 18 хромосом. Але деякі яйцеклітини та пилкові зерна містили всі 18 хромосом (диплоїди), а при їх схрещуванні створено рослину з 36 хромосомами, яка виявилася плідною. Так була доведена можливість використання поліплоїду для подолання несхрещуваності та безплідності при віддаленій гібридизації.

Буває, що безплідні особини лише однієї статі. Наприклад, у гібридів високогірного бика яка та рогатої худоби безплідні (Стерильні)самці, а самки плодючі (Фертильні).

Але іноді гаметогенез у віддалених гібридів протікає нормально, що дозволило отримати нові цінні породи тварин. Прикладом є архаромериноси, які, як і архари (гірські барани), можуть випасатися високо в горах, а як мериноси дають хорошу вовну. Отримано плідні гібриди від схрещування місцевої (індійської) великої рогатої худоби із зебу. При схрещуванні білуги та стерляді отримано плідний гібрид - бестер, тхора і норки - хонорик, продуктивний гібрид між коропом і карасем.

У природі зустрічаються гібриди зебри та коня (зеброїд), бізона та зубра (зубробізон), тетерука та куріпки (міжняк), зайця-русака та зайця-біляка (тумак), соболя та лисиці (кідус), а також тигра та лева (лігр) ).

Як приклади міжродових гібридів рослин можна назвати гібрид пшениці та жита (тритикале), пшенично-пирійний гібрид, гібрид смородини та аґрусу (йошта), гібрид брюкви та кормової капусти (куузика), гібриди озимого жита та житняку, трав'янистих .

Гетерозис- явище підвищеної життєздатності, врожайності, плодючості гібридів першого покоління, що перевищують за цими параметрами обох батьків.

Вже з другого покоління гетерозисний ефект згасає. Очевидно, це відбувається внаслідок зниження кількості гетерозиготних організмів та підвищення частки гомозигот.

Класичними прикладами прояву гетерозису є мул (гібрид кобили та осла) та коней (гібрид коня та ослиці) (рис. 1,2). Це сильні, витривалі тварини, які можуть використовуватися значно важчих умовах, ніж батьківські форми.

Рис. 1. Мул Мал. 2. Лошак

Тривалість їхнього життя значно вища, ніж у батьківських видів.

Лошак менше мула ростом і норовливий, тому менш зручний для використання в господарській діяльності людини.

Гетерозис широко застосовують у промисловому птахівництві, наприклад – бройлерні курчата, що відрізняються дуже швидким зростанням. Курча-бройлер - фінальний гібрид, отриманий в результаті схрещування кількох ліній різних порід курей (м'ясних батьківських форм), перевірених на поєднання. Спочатку для такого схрещування використовували породи корніш (як батьківську форму) та білий плімутрок (як материнську форму).

штучний мутагенез

Штучний мутагенез найчастіше використовують як метод селекції рослин. Він заснований на застосуванні фізичних та хімічних мутагенів для отримання форм рослин із вираженими мутаціями. Такі форми надалі використовуються для гібридизації чи відбору.

У селекції рослин широко використовується поліплоїдія.

Поліплоїдія- збільшення числа наборів хромосом у клітинах організму, кратне гаплоїдному (одинарному) числу хромосом; тип геномної мутації.

Статеві клітини більшості організмів гаплоїдні (містять один набір хромосом – n), соматичні – диплоїдні (2n). Організми, клітини яких містять більше двох наборів хромосом, називаються поліплоїдами, три набори - триплоїдами (3n), чотири - тетраплоїдами (4n) і т. д. Найбільш часто зустрічаються організми з числом хромосомних наборів, кратним двом - тетраплоїди, гексаплоїди (6n ) і т.д.

Поліплоїди з непарним числом наборів хромосом (триплоїди, пентаплоїди і т. д.) зазвичай не дають потомства (стерильні), тому що статеві клітини, що утворюються ними, містять неповний набір хромосом - не кратний гаплоїдному.

поява поліплоїдії

Поліплоїдія може виникнути при нерозбіжності хромосом у мейозі. У цьому випадку статева клітина одержує повний (нередукований) набір хромосом соматичної клітини (2n). При злитті такої гамети з нормальною (n) утворюється триплоїдна зигота (3n), з якої розвивається триплоїд. Якщо обидві гамети несуть диплоїдним набором, виникає тетраплоід. Поліплоїдні клітини можуть виникнути в організмі при незавершеному мітозі: після подвоєння хромосом поділу клітини може не відбуватися, і в ній виявляються два набори хромосом. У рослин тетрапоїдні клітини можуть дати початок тетрапоїдним пагонам, квітки яких будуть виробляти диплоїдні гамети замість гаплоїдних. При самозапиленні може виникнути тетраплоід, при запиленні нормальною гаметою – триплоїд. При вегетативному розмноженні рослин зберігається плідність вихідного органу чи тканини.

Завдяки поліплоїдії виведені високоврожайні поліплоїдні сорти цукрових буряків, бавовнику, гречки та ін. Поліплоїдні рослини часто життєздатніші та плідніші, ніж нормальні диплоїди. Про їх більшу стійкість до холоду свідчить збільшення числа видів-поліплоїдів у високих широтах та високогір'ях.

Оскільки поліплоїдні форми часто мають цінні господарські ознаки, штучну поліплоїдизацію застосовують у рослинництві для отримання вихідного селекційного матеріалу.

Одержання поліплоїдів в експерименті тісно пов'язане із штучним мутагенезом. З цією метою використовують спеціальні мутагени (наприклад, алкалоїд колхіцин), що порушують розбіжність хромосом у мітозі та мейозі.

Отримано врожайні поліплоїди жита, гречки, цукрових буряків та інших культурних рослин; стерильні триплоїди кавуна, винограду, банана популярні завдяки безнасінним плодам.

Застосування віддаленої гібридизації у поєднанні зі штучною поліплоїдизацією дозволило вітчизняним вченим отримати плідні поліплоїдні гібриди рослин (Г. Д. Карпеченко, гібрид-тетрапоїд редьки та капусти) та тварин (Б. Л. Астауров,гібрид-тетраплоід тутового шовкопряда).

Шовкопряди Астаурова

Дуже рідкісні випадки природної поліплоїдії у тварин. Однак, академік Б. Л. Астауров розробив метод штучного отримання поліплоїдів від міжвидового гібриду шовкопрядів Bombyx mori та В. mandarina. В обох цих видів n = 28 хромосом.

При синтезуванні тетраплоїду використовувався метод штучного партеногенезу. Спочатку були отримані партеногенетичні поліплоїди Ст mori - 4 n, 6 n. Усі отримані особини виявилися фертильними (плодючими) самками.

Потім схрещування партеногенетичних самок Ст mori (4n) з самцями іншого виду Ст mandarina (2n). У потомстві від такого схрещування з'являлися триплоїдні самки 2n Ст mori + 1 n Ст mandarina.

Ці самки, стерильні у нормальних умовах, розмножувалися шляхом партеногенезу. При цьому партеногенетично іноді виникали 6n самки (4n Ст mori + 2n Ст mandarina).

У потомстві від схрещування цих самок з 2n самцями Ст mandarina були відібрані 4n форми обох статей з подвоєним набором хромосом кожного виду (2n Ст mori +2n Ст mandarina).

Якщо гібрид 1n Ст mori + 1n Ст mandarina був безплідним, то тетраплоід (4n) виявився плідним і при розведенні дав плідне потомство. За допомогою поліплоїдії таким чином вдалося синтезувати нову форму шовкопряда.

біотехнологія

Біотехнологія- Наука, що вивчає можливість модифікації біологічних організмів для забезпечення потреб людини.

Застосування біотехнології (рис. 3):

• виробництво ліків, добрив, засобів біологічного захисту рослин;
• біологічне очищення стічних вод;
• відновлення цінних металів із морської води;
• корекція та виправлення генетичних патологій.

Рис. 3. Можливості біотехнології

Наприклад, включення до генома кишкової палички гена, відповідального за освіту в людини інсуліну, дозволило налагодити промислове отримання цього гормону (рис. 4).

Рис. 4. Біотехнологія отримання інсуліну

У біотехнології успішно застосовуються методи генної та клітинної інженерії.

ГЕННА І КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ

Генна інженерія- Штучне, цілеспрямоване зміна генотипу мікроорганізмів з метою отримання культур із заздалегідь заданими властивостями.

Дослідження у галузі генної інженерії поширюються як на мікроорганізми, а й у людини. Вони особливо актуальні при лікуванні хвороб, пов'язаних із порушеннями в імунній системі, у системі згортання крові, в онкології.

Основний метод генної інженерії: виділення необхідних генів, їх клонування та введення в нове генетичне середовище. Наприклад, введення певних генів за допомогою плазміди в організм бактерії для синтезу нею певного білка (рис. 5).

Рис. 5. Застосування генної інженерії

Основні етапи вирішення генно-інженерного завдання такі:

1. Одержання ізольованого гена.
2. Введення гена у вектор (плазміду) для перенесення в організм.
3. Перенесення вектора з геном (рекомбінантної плазміди) в організм, що модифікується.
4. Перетворення клітин організму.
5. Відбір генетично модифікованих організмів та усунення тих, які не були успішно модифіковані.

Клітинна інженерія- це напрям у науці та селекційній практиці, що вивчає методи гібридизації соматичних клітин, що належать різним видам, можливості клонування тканин або цілих організмів з окремих клітин.

Включає культивування та клонування клітин на спеціально підібраних середовищах, гібридизацію клітин, пересадку клітинних ядер та інші мікрохірургічні операції з «розбирання» та «складання» (реконструкції) життєздатних клітин з окремих фрагментів.

На даний момент вдалося отримати гібриди між клітинами тварин, далеких за систематичним становищем, наприклад миші та курки. Соматичні гібриди знайшли широке застосування як у наукових дослідженнях, і у біотехнології.

Гібридні клітини, отримані від клітин людини і миші та людини та китайського хом'ячка, брали участь у розшифровці геному людини.

Гібриди між пухлинними клітинами і лімфоцитами мають властивості обох батьківських клітинних ліній: вони необмежено діляться і можуть виробляти певні антитіла. Такі антитіла застосовують у лікувальних та діагностичних цілях у медицині.

В ембріології для вивчення процесів диференціювання клітин та тканин в ході онтогенезу використовують організми- химери, що складаються з клітин з різними генотипами. Їх створюють шляхом з'єднання клітин різних зародків на ранніх етапах розвитку.

Клонування тварин- Ще один спосіб клітинної інженерії: ядро ​​соматичної клітини пересаджують у позбавлену ядра яйцеклітину з подальшим вирощуванням зародка в дорослий організм.

Перевага клітинної інженерії у цьому, що дозволяє експериментувати з клітинами, а чи не з цілими організмами.

Методи клітинної інженерії часто застосовують у поєднанні з генною інженерією.

роботи М. І. Вавілова

Микола Іванович Вавілов - російський генетик, рослинник, географ.

1. М. І. Вавілов організував 180 експедицій (20-30 рр. ХХ століття) по найважче доступних і найчастіше небезпечних районах земної кулі з метою вивчення різноманіття та географічного поширення культурних рослин.
2. Ним було зібрано унікальну, найбільшу у світі колекцію культурних рослин (до 1940 р. колекція включала 300 000 зразків), які щорічно розмножуються в колекціях Всеросійського інституту рослинництва імені М. І. Вавілова (ВІР) і широко використовуються селекціонерами як вихідний матеріал для створення нових сортів зернових, плодових, овочевих, технічних, лікарських та інших культур.
3. Створив вчення про імунітет рослин.

   М. І. Вавілов підрозділяв імунітет рослин на структурний (механічний) та хімічний. Механічний імунітет рослин обумовлений морфологічними особливостями рослини-господаря, зокрема, наявністю захисних пристроїв, що перешкоджають проникненню патогенів у тіло рослин. Хімічний імунітет залежить від хімічних особливостей рослин.

4. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості: у генетично близьких видів та пологів існують гени, які дають схожі ознаки. Таким чином, можна передбачити наявність ознак інших видів відомого роду.
5. Встановив, що найбільше розмаїття форм виду зосереджено тих районах, де цей вид виник. М. І. Вавілов виділив 8 центрів походження культурних рослин.

Центри походження культурних рослин

Центри походження культурних рослин- Географічні області, що є батьківщиною дикорослих предків культурних рослин.

Центри походження найважливіших культурних рослин пов'язані з давніми осередками цивілізації та місцем первинного обробітку та селекції рослин. Подібні вогнища одомашнення (центри доместикації)виявлено і у свійських тварин.

Було виділено вісім центрів походження культурних рослин (рис. 6):

1. Середземноморський (спаржа, маслини, капуста, цибуля, конюшина, мак, буряк, морква).

2. Передньоазитський (інжир, мигдаль, виноград, гранат, люцерна, жито, диня, троянда).

3. Середньоазіатський (нут, абрикос, горох, груша, сочевиця, льон, часник, м'яка пшениця).

4. Індо-Малайський (цитрусові, хлібне дерево, огірок, манго, чорний перець, кокосова пальма, банан, баклажан).

5. Китайська (просо, редька, вишня, яблуко, гречка, слива, соя, хурма).

6. Центральноамериканський (гарбуз, квасоля, какао, авокадо, махорка, кукурудза, батат, бавовник).

7. Американський (тютюн, ананас, томат, картопля).

8. Абіссінський центр (банан, кава, сорго, тверда пшениця).

У пізніх роботах М. І. Вавілова Передньоазіатський та Середньоазіатський центри об'єднуються в Південно-Західноазіатський центр.

Рис. 6. Центри походження культурних рослин

Нині виділяють 12 первинних центрів походження культурних рослин.