Краткое содержание: Параграф § 68 / Биология 10 класс

Экспериментальный мутагенез как основа селекции

Наследственная изменчивость — ключевой материал для искусственного отбора, а её основной поставщик — мутационный процесс. Частота возникновения спонтанных (природных) мутаций, как правило, невысока и не удовлетворяет потребности селекционеров в большом количестве изменений. В связи с этим возникла необходимость в искусственном индуцировании мутаций —

экспериментальном мутагенезе. Его начало было положено после открытия мутационной теории в 1901 году Г. де Фризом. В 1925 году отечественные учёные Г. А. Надсон и С. С. Филиппов опубликовали результаты опытов по получению мутаций у грибов-дрожжей под действием «лучей радия». В 1927 году американский генетик Г. Мёллер сообщил об использовании рентгеновских лучей для получения большого количества мутаций у дрозофилы. В 30-х годах ХХ века генетики В. В. Сахаров, М. Е. Лобашев, С. М. Гершензон и И. А. Рапопорт открыли химический мутагенез. Эти исследования положили начало работам по

экспериментальному мутагенезу — искусственному получению мутаций у многих видов растений, животных, грибов, а также бактерий и вирусов под действием физических и химических мутагенов.

Экспериментальный мутагенез открыл широкие возможности для получения исходного материала при проведении селекции, повышения частоты возникновения наследственных изменений и ускорения искусственного отбора. Использование исходного материала, полученного в ходе мутагенеза в сочетании с другими методами комбинационной селекции, позволило создать немало хозяйственно ценных культурных форм организмов.

Практическое использование мутагенеза

В настоящее время в мире выращивают более 200 сортов сельскохозяйственных растений, созданных с помощью радиационного и химического мутагенеза. К ним относятся высокоурожайные сорта пшеницы и кукурузы с повышенным содержанием в зерне белка и незаменимой аминокислоты лизина, безалкалоидный сорт люпина, высокомасличные сорта подсолнечника с необычным химическим составом масла, устойчивые к полеганию карликовые и полукарликовые сорта пшеницы, ячменя и риса, высокопродуктивные сорта хлопчатника с волокном особого качества, а также интересные в декоративном отношении формы цветочных культур и др.

Для промышленного выращивания в условиях холодного климата с дождливым летом (например, в Западной Сибири) был выведен новый сорт яровой пшеницы «Новосибирская 67», полученный в результате обработки семян исходного сорта «Новосибирская 7» рентгеновскими лучами. В настоящее время этот сорт успешно культивируется на площади в сотни тысяч гектаров. Полученное растение нового сорта отличается толстой соломиной и высокой урожайностью. Широко используют в экспериментальном мутагенезе различные химические мутагены, такие как этиленимин, азотистый иприт и др.

Применяя радиационный и химический мутагенез и в селекции микроорганизмов, созданы новые штаммы микроорганизмов — продуцентов антибиотиков и др., продуктивность которых в 1000 раз превысила исходные немутантные формы.

Полиплоидия

Особое значение для селекции имеет

полиплоидия — кратное увеличение хромосомного набора. В природе полиплоидия в основном распространена среди растений и встречается у около 80% видов покрытосеменных. Естественные полиплоиды, характеризующиеся повышенной жизнеспособностью, включают твёрдую и гексаплоидную мягкую пшеницу (тетраплоидные и гексаплоидные), сахарный тростник, люцерну, землянику, ананас, табак, яблоню, грушу, сливу, земляной орех, банан, цитрусовые и др. Среди животных полиплоидия обнаружена только у небольшого числа видов, размножающихся партеногенезом, главным образом у некоторых червей, насекомых и рыб.

Все полиплоиды характеризуются хозяйственно ценными признаками: крупными размерами, повышенным содержанием ряда веществ, устойчивостью к неблагоприятным факторам среды и др. Поэтому они являются важным источником наследственной изменчивости и могут быть использованы как исходный материал для отбора.

Вначале для получения полиплоидов применяли различные химические вещества и температурные воздействия. Так, в 1936 году американские учёные А. Блексли и А. Эйвери обнаружили, что воздействие алкалоидом

колхицином (содержащимся в соке безвременника и некоторых других растений из семейства Лилейные), блокирует деление клеток на стадии метафазы. Колхицин разрушает веретено деления клетки, что приводит к нерасхождению хромосом в митозе, в результате чего образуются полиплоиды.

После этого открытия количество экспериментально полученных селекционерами полиплоидов стало быстро увеличиваться: к 1940 году были получены полиплоиды почти у 100, а в 1950 году — более чем у 400, а в настоящее время — более чем у 500 сортов сельскохозяйственных культур. Высокие результаты по полиплоидизации достигнуты в селекции овощных культур, например сахарной свёклы. Триплоидный сорт Белоцерковский полигибрид 41 превосходит на \( 10-15 \)% по сахаристости корнеплодов лучшие диплоидные сорта. Полиплоидия нашла применение при выведении сортов кормовых трав, выращиваемых ради зелёной массы. Например, тетраплоидные сорта лугового клевера Ульва и Рея превосходят по урожаю зелёной массы диплоидные сорта того же вида на \( 30-50 \)%.

Главный недостаток полиплоидов — пониженную завязываемость семян, но растения-полиплоиды успешно культивируют тетраплоидные сорта люпина, клевера и др. Полиплоидия широко используется в селекции декоративных растений, где полиплоидные формы отличаются от диплоидных более крупными и яркими цветками и соцветиями, махровостью, тонким ароматом и лучшей сохранностью при транспортировке.

Экспериментально полученные полиплоиды у животных — большая редкость. Отечественному учёному Б. Л. Астаурову удалось вывести полиплоидную породу тутового шелкопряда — производителя шёлка. При нагревании в опыте было осуществлено слияние ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород шелкопряда с образованием полиплоидной формы, которая в дальнейшем уже размножалась партеногенезом. Учёными выведены полиплоидные породы карпообразных рыб и птиц, например индеек. Однако внедрение полиплоидных пород домашних животных в практику сельского хозяйства — дело будущего.