Metody šlechtění rostlin

Vytváření rostlinných forem odolných vůči chorobám a škůdcům

Ve 30. letech. minulé století N.I. Vavilov poznamenal, že problém vytváření odrůd plodin odolných vůči chorobám lze odhalit dvěma způsoby: výběrem v úzkém smyslu slova (výběr rezistentních rostlin z existujících forem) a hybridizací (křížení mezi různými rostlinami). Metody selekce rostlin na imunitu vůči patogenním organismům nejsou specifické. Jsou to modifikace konvenčních šlechtitelských metod. Hlavní obtíže při vytváření imunitních odrůd spočívají v tom, že je třeba současně zohlednit vlastnosti rostlin a škůdců, kteří je poškozují. V současné době se při výběru rezistence používají všechny běžně přijímané moderní metody šlechtitelské práce: hybridizace, selekce, jakož i polyploidie, experimentální mutageneze, biotechnologie a genetické inženýrství.

Jednou z hlavních obtíží při pěstování rostlin pro imunitu je genetické propojení rostlinných vlastností, které odrážejí jejich fylogenetickou historii v přírodních ekosystémech. V procesu spontánní domestikace a formování vysoce produkčních a vysoce kvalitních rostlinných forem byl oslaben jejich imunitní systém. V případech, kdy je výběr prováděn bez ohledu na imunitu, dochází k oslabení imunitního systému v naší době.

Nejdůležitějším úkolem šlechtění, genetiky, molekulární biologie a entomologie je hledání způsobů, jak kombinovat vysokou produktivitu a jiné ekonomicky cenné vlastnosti rostlin se známkami jejich imunity. Je žádoucí, aby byl základ imunity polygenní.

Otázka je nejjednodušší vyřešena, když je možné izolovat rostliny z populace existující odrůdy, které jsou vysoce imunní vůči jednomu konkrétnímu patogenu. Pro tento výběr lze použít různé metody výběru a analytické metody, které zohledňují heterogenitu populace odrůd..

Při sestavování šlechtitelských programů je velmi důležitý typ opylení rostlinné populace (křížové opylení, samoopylení nebo populace patří do mezilehlé skupiny). Selekční práce na imunitě vůči patogenu by měly být prováděny s ohledem na následující faktory: v populaci rostlin první skupiny je analytickou jednotkou jedna rostlina, druhou je populace (odrůda nebo linie).

Tradiční šlechtitelské metody při vytváření genotypů odolných vůči chorobám a škůdcům

Výběr. Jak obecně v přírodě, tak v lidských chovných činnostech je výběr hlavním procesem získávání nových forem (tvorba druhů a odrůd, tvorba plemen, odrůd). Výběr je nejúčinnější při práci s plodinami samoopylovači a rostlinami, které se vegetativně rozmnožují (výběr klonů)..

Při šlechtění na rezistenci se selekce účinně používá jak sama (je to hlavní metoda při práci s nekrotrofními patogeny), tak jako součást selekčního procesu, bez kterého je obecně nemožné provádět jakékoli selekční metody. V praktickém výběru pro udržitelnost se používají dva typy výběru: masový a individuální.

Hromadný výběr je nejstarší selekční metodou, díky níž vznikly odrůdy tzv. lidového výběru, a je stále cenným zdrojovým materiálem pro moderní chovatele. Jedná se o druh selekce, při kterém je z počáteční populace v terénu vybráno velké množství rostlin, které splňují požadavky pro budoucí odrůdu, a okamžitě se vyhodnocuje soubor znaků (včetně rezistence na určité choroby). Úroda všech vybraných rostlin se v příštím roce spojí a vyseje v podobě jediného pozemku. Výsledkem hromadného výběru je potomstvo celkové hmotnosti nejlepších rostlin vybraných pro konkrétní znak (y)..

Hlavní výhody hromadného výběru jsou jeho jednoduchost a schopnost rychle zlepšit velké množství materiálu. Nevýhody zahrnují skutečnost, že materiál vybraný hromadnou selekcí nemůže být ověřen u potomstva a je stanovena jeho genetická hodnota, a proto je možné izolovat z populace různých nebo hybridních hodnotných forem, které jsou cenné v chovu, a použít je pro další práci..

Individuální výběr (rodokmen) - Jedna z nejúčinnějších moderních metod chovu pro udržitelnost. Hybridizace, umělá mutageneze, biotechnologie a genetické inženýrství jsou primárně dodavateli materiálu pro individuální výběr - další fáze šlechtitelské práce odlišuje nejcennější od poskytovaného materiálu.

Podstata metody spočívá v tom, že samostatné rezistentní rostliny jsou vybírány z původní populace, jejíž potomstvo je následně množeno a studováno samostatně..

Výhodou individuálního výběru oproti hmotnosti je schopnost kontrolovat genetickou hodnotu každého z vybraných genotypů, kontrolovat rysy potomstva ve všech fázích selekčního procesu. Ale vytvořit odrůdu z jedné vybrané rostliny pomocí této metody, vyžaduje hodně času. Individuální selekce se často používá jako metoda selekce rezistence na nekrotrofní parazity během rychlého hodnocení rostlin.

Individuální i hromadný výběr může být jednorázový a opakovaně použitelný.

Jeden výběr používá se hlavně při výběru samoopylujících plodin. Jednorázový individuální výběr zajišťuje sekvenční studium ve všech částech šlechtitelského procesu, které je vybráno jednou podle určité charakteristiky rostliny. Jednorázový výběr hmoty se nejčastěji a nejúčinněji používá pro léčení odrůd v praxi produkce semen. Proto se také nazývá uzdravení.

Více výběrů vhodnější a účinnější při chovu křížově opylujících plodin, je jejich účinnost určována primárně stupněm heterozygotnosti zdrojového materiálu. Opakovaným výběrem hmoty je zachována rezistence na nekrotrofy - patogeny takových chorob kukuřice a slunečnice jako je fusárium, šedá a bílá hniloba atd. Pomocí této metody jsou odrůdy slunečnice vysoce odolné vůči broomrape a slunečnici.

Hybridizace. V současné době je jednou z nejpoužívanějších metod chovu rezistence hybridizace - křížení genotypů s různými dědičnými schopnostmi a produkování hybridů, které kombinují vlastnosti rodičovských forem.

Při výběru odolnosti vůči chorobám je vhodná a účinná hybridizace, pokud je alespoň jedna rodičovská forma nositelem dědičných faktorů, které mohou poskytnout genetickou ochranu budoucí odrůdě nebo hybridu před potenciálně nebezpečnými kmeny a rasami patogenu..

Jak již bylo uvedeno dříve, takové dědičné faktory (geny účinné rezistence) byly vytvořeny v centrech souvisejícího vývoje hostitelských rostlin a jejich patogenů. Mnoho z nich již bylo přeneseno na pěstované rostliny od svých divokých příbuzných prostřednictvím vzdálené hybridizace. Nyní jsou známé jako geny rezistence pěstovaných rostlin..

Nespornou skutečností je však to, že dnes se většina těchto genů v šlechtění široce používá a hlavně ztratila účinnost, překonaná v důsledku variability patogenů. Proto intraspecifická hybridizace (mezi rostlinami stejného druhu) při vytváření odrůd nebo hybridů odolných vůči chorobám je v některých případech nekompromisní. Aby se dosáhlo pozitivních výsledků, musí si chovatel, zahrnující rodičovské formy na kříži, být jistý vysokou účinností svých genů rezistence vůči populaci patogenů nemoci v místě budoucí kultivace odrůdy (hybrid).

Na tomto pozadí je v chovu na odpor stále důležitější vzdálená hybridizace (mezi rostlinami z různých botanických taxonů). Rostliny divokých a primitivních druhů jsou koneckonců charakterizovány nejvýraznější imunitou. Genomy divokých příbuzných kultivovaných rostlin byly a zůstávají hlavním přírodním zdrojem genů rezistence, včetně komplexní imunity. Křížení kultivovaných rostlin existujících odrůd s volně rostoucími druhy obvykle umožňuje zvýšit imunogenetické vlastnosti. A pokud dříve nebylo použití vzdálené hybridizace příliš populární kvůli obtížím spojeným s nerovnováhou genomů rodičovských forem, spojením rezistence s ekonomicky nežádoucími vlastnostmi, byly vyvinuty metody, které umožňují řešení problémových problémů.

Vzdálená hybridizace umožňuje přenos ekologické plasticity, odolnosti vůči nepříznivým environmentálním faktorům, chorobám a dalším cenným vlastnostem a vlastnostem z divokých rostlin na kulturní. Na základě vzdálené hybridizace byly vytvořeny odrůdy a nové formy obilovin, zeleniny, průmyslových a jiných plodin. Například zdroj genů imunitní pšenice pro škodlivé želvy, švédské mušky a mšice je endemický pro Zakavkazsko. TriticumdicoccoidesKorn.

Jak ukazuje světová praxe, velmi účinný typ hybridizace v chovu samoopylujících plodin pro udržitelnost je backcrosses (backcrosses), když je kříženec křížen s jednou z rodičovských forem. Tato metoda se také nazývá „opravná“ metoda odrůd, protože umožňuje vylepšení určité odrůdy jedním nebo druhým příznakem, který v ní chybí (zejména rezistencí na konkrétní onemocnění). Je však třeba mít na paměti, že použití této metody neumožňuje překročit produktivitu odrůdy, která je „opravována“ (a podle požadavků Státní služby na ochranu práv k odrůdám rostlin na Ukrajině nelze odrůdu zaregistrovat, pokud nepřekračuje úroveň produktivity).

Zpravidla se při zpětném křížení dárce rezistence k nemoci používá jako mateřská forma a jako rodičovská forma se používá nestabilní, ale vysoce produktivní rozmanitost (příjemce založená na rezistenci). V důsledku jejich křížení se získají hybridy, které se kříží s rodičovskou formou (zpětný kříž). Předpokladem je, že mateřské formy pro každý následující zpětný kříž jsou vybrány z odolných hybridních rostlin předchozího kříže nalezených na infekčním pozadí. Potomci se vybírají podle fenotypu odrůdy příjemce. Zpětné křížení se provádí, dokud se genotyp a fenotyp příjemce téměř úplně neobnoví, přičemž se současně získá rezistence vůči chorobě charakteristické pro dárce.

Zlepšení účinnosti šlechtění rostlin na imunitu vůči škůdcům může být dosaženo použitím dříve vytvořených takzvaných syntetických imunitních systémů (známých například pro kukuřici). Zmíněné syntetické látky jsou vytvářeny na základě křížení 8-10 imunitních linií charakterizovaných různou ekologickou plasticitou a složením faktorů imunity. Mnoho ze syntetických materiálů je dobrým zdrojem pro vytváření imunitních linií v dalším vývoji jednoduchých a dvojitých hybridních linií..

Mutageneze. Na rozdíl od hybridizačních metod jsou poměrně pracné a vyžadují mnoho let práce, aby bylo dosaženo konečného výsledku, experimentální (umělá) mutageneze umožňuje krátkou dobu zvýšit variabilitu rostlin a získat mutace v rezistenci, která se v přírodě nenachází.

Experimentální (umělá) mutageneze je založena na řízeném působení různých fyzikálních a chemických mutagenů na rostliny (ionizující, ultrafialové, laserové záření, chemikálie), v důsledku čehož se v rostlinných organismech vyskytují genové mutace (změny v molekulární struktuře genu) a chromozomální mutace chromozomové struktury) nebo genomické (změny v sadách chromozomů).

Nejcennější genové mutace v selekčním plánu, které na rozdíl od chromozomálních nevedou k pylové sterilitě, neplodnosti nebo nestálosti mutantních linií. Genové mutace rezistence jsou nejčastěji spojovány buď s nahrazením báze v určité oblasti DNA chromozomu, nebo se ztrátou, přidáním, pohybem. V důsledku toho dojde ke změně genetického kódu, a tedy ke změně fyziologických a biochemických mechanismů buňky, což vede k inhibici růstu, vývoje a reprodukce patogenu..

Metoda umělé mutageneze při šlechtění na odolnost vůči chorobám se používá v mnoha zemích, nelze ji však považovat za hlavní metodu získávání rezistentních forem rostlin. Tato metoda se nejúčinněji používá při práci na rezistenci u plodin, které se rozmnožují vegetativně, protože jejich rozmnožování semeny způsobuje obtížné štěpení potomků v důsledku vysokého stupně heterozygozity..