Metode de reproducere a plantelor

Crearea de plante rezistente la boli și dăunători

În anii 30. Secolul trecut N.I. Vavilov a menționat că problema creării soiurilor de culturi rezistente la boli poate fi dezlănțuită în două moduri: prin selecție în sensul restrâns al cuvântului (selecția plantelor rezistente din formele existente) și prin hibridare (încrucișarea încrucișată între diferite plante). Metodele de selecție a plantelor pentru imunitatea la organismele patogene nu sunt specifice. Ele sunt modificări ale metodelor de reproducere convenționale. Principalele dificultăți în crearea soiurilor imune sunt necesitatea de a ține cont simultan de caracteristicile plantelor și dăunătorilor care le afectează. În momentul de față, toate metodele moderne de reproducție acceptate în mod obișnuit sunt utilizate în selecția rezistenței: hibridizare, selecție, precum și poliploidie, mutageneză experimentală, biotehnologie și inginerie genetică.

Una dintre principalele dificultăți în reproducerea plantelor pentru imunitate este legătura genetică a trăsăturilor vegetale care reflectă istoricul filogenetic al acestora în ecosistemele naturale. În procesul de domesticire spontană și formarea de plante de înaltă calitate a producției și de înaltă calitate, sistemul lor imunitar a fost slăbit. În acele cazuri în care selecția se realizează fără atenție la imunitate, slăbirea acesteia din urmă are loc în timpul nostru.

Cea mai importantă sarcină de reproducere, genetică, biologie moleculară și entomologie este căutarea de modalități de a combina productivitate ridicată și alte proprietăți valoroase din punct de vedere economic ale plantelor cu semne ale imunității lor. Este de dorit ca baza imunității să fie poligenică.

Întrebarea este rezolvată cel mai simplu atunci când este posibil să se izoleze plantele de o populație dintr-o varietate existentă, care sunt foarte imune la un anumit agent patogen. Pentru această selecție, pot fi utilizate diferite metode de selecție și metode analitice care iau în considerare eterogenitatea populației soiului..

La întocmirea programelor de reproducere, tipul de polenizare a unei populații vegetale este foarte important (polenizarea încrucișată, auto-polenizarea sau o populație aparține grupului intermediar). Lucrările de selecție a imunității la agentul patogen trebuie efectuate ținând cont de următorii factori: în populația plantelor din primul grup, unitatea de analiză este o singură plantă, cealaltă este populația (soi sau linie).

Metode tradiționale de reproducere în crearea genotipurilor rezistente la boli și dăunători

selecție. Atât în ​​general, cât și în activitățile de reproducere umană, selecția este principalul proces de obținere a unor noi forme (formarea speciilor și soiurilor, crearea raselor, soiurilor). Selecția este cea mai eficientă atunci când lucrați cu culturi de către auto-polenizatori, precum și plante care se reproduc vegetativ (selecția clonelor).

La reproducerea pentru rezistență, selecția este utilizată în mod eficient atât de la sine (este principala metodă atunci când se lucrează cu agenți patogeni necrotrofici), cât și ca o componentă a procesului de selecție, fără de care este în general imposibil de făcut cu nicio metodă de selecție. În selecția practică pentru sustenabilitate, se folosesc două tipuri de selecție: masă și individuală.

Selecția în masă este cea mai veche metodă de selecție, datorită acesteia au fost create soiuri ale așa-numitei selecții populare și este încă un material sursă valoroasă pentru crescătorii moderni. Acesta este un tip de selecție în care un număr mare de plante sunt selectate din populația inițială în domeniu care îndeplinește cerințele pentru soiul viitor, evaluând imediat un set de trăsături (inclusiv rezistența la anumite boli). Recolta tuturor plantelor selectate este combinată și semănată anul viitor sub forma unui singur parcel. Rezultatul selecției de masă este urmașul masei totale a celor mai bune plante selectate pentru un anumit semn.

Principalele avantaje ale selecției de masă sunt simplitatea și capacitatea de a îmbunătăți rapid o cantitate mare de material. Dezavantajele includ faptul că materialul selectat prin selecția de masă nu poate fi verificat cu urmașii și valoarea genetică a acestuia este determinată și, prin urmare, este posibil să se izoleze de populație o varietate sau forme hibride valoroase care sunt valoroase în reproducere și să le folosească pentru lucrări ulterioare..

Selecție individuală (pedigree) - Una dintre cele mai eficiente metode moderne de reproducere pentru sustenabilitate. Hibridizarea, mutageneza artificială, biotehnologia și ingineria genetică sunt în principal furnizori de materiale pentru selecția individuală - următoarea etapă a lucrărilor de reproducere, distinge cel mai valoros de materialul furnizat.

Esența metodei este că plantele rezistente separate sunt selectate din populația inițială, descendența fiecăreia fiind ulterior propagată și studiată separat.

Avantajul selecției individuale față de masă este capacitatea de a verifica valoarea genetică a fiecăruia dintre genotipurile selectate, de a controla trăsăturile din urmașe în toate etapele procesului de selecție. Dar pentru a crea soiuri dintr-o plantă selectată folosind această metodă, este nevoie de mult timp. Selecția individuală este adesea folosită ca metodă de selecție pentru rezistența la paraziți necrotrofi în timpul evaluării rapide a plantelor.

Atât selecția individuală, cât și cea de masă pot fi de unică folosință și reutilizabile.

Selecție unică utilizat în principal în selecția culturilor auto-polenizate. O selecție individuală unică prevede un studiu secvențial în toate părțile procesului de reproducere, selectate o dată în funcție de o anumită caracteristică a plantei. Selecția de masă de unică folosință este utilizată cel mai adesea și cel mai eficient pentru soiurile de vindecare în practica producției de semințe. Prin urmare, se mai numește vindecare.

Mai multe selecții mai potrivită și mai eficientă în reproducerea culturilor polenizate încrucișate, eficacitatea lor este determinată în primul rând de gradul de heterozigozitate a materialului sursă. Prin selectarea repetată a masei, se menține rezistența la necrotrofe - agenți patogeni ai unor astfel de boli ale porumbului și floarea soarelui precum fusarium, putregai gri și alb, etc. Folosind această metodă, soiurile de floarea-soarelui sunt foarte rezistente la mătură și floarea soarelui.

hibridizare. În prezent, una dintre cele mai utilizate metode de reproducere pentru rezistență este hibridizarea - încrucișarea între genotipuri cu abilități ereditare diferite și producerea de hibrizi care combină proprietățile formelor parentale.

În selecția pentru rezistența la boli, hibridizarea este recomandabilă și eficientă dacă cel puțin o formă parentală este un purtător de factori ereditari care pot oferi protecție genetică pentru viitoarea varietate sau hibrid de tulpinile și rasele potențial periculoase..

După cum s-a menționat anterior, astfel de factori ereditari (gene de rezistență efectivă) s-au format în centrele evoluției corecte a plantelor gazdă și a agenților patogeni. Multe dintre ele au fost deja transferate la plante cultivate de la rudele lor sălbatice prin hibridare îndepărtată. Acum sunt cunoscute sub numele de gene de rezistență ale plantelor cultivate..

Dar faptul incontestabil este că astăzi majoritatea acestor gene sunt utilizate pe scară largă la reproducere și au pierdut în principal eficiența, depășite ca urmare a variabilității agenților patogeni. prin urmare hibridare intraspecifică (între plante din aceeași specie), în unele cazuri, crearea de soiuri rezistente la boli sau hibrizi nu este promițătoare. Pentru a obține rezultate pozitive, crescătorul, care implică forme parentale în cruci, trebuie să fie sigur de eficiența ridicată a genelor de rezistență la populația patogenă a bolii la locul viitoarei cultivări a soiului (hibrid).

În acest context, creșterea rezistenței devine din ce în ce mai importantă hibridizare la distanță (între plante provenind din diverse taxe botanice). La urma urmei, plantele speciilor sălbatice și primitive sunt caracterizate de imunitatea cea mai pronunțată. Genomele rudelor sălbatice ale plantelor cultivate au fost și rămân principala sursă naturală de gene de rezistență, inclusiv imunitatea complexă. Încrucișarea plantelor cultivate din soiuri existente cu specii în creștere sălbatică permite, de obicei, creșterea proprietăților imunogenetice. Și dacă mai devreme utilizarea hibridării îndepărtate nu a fost foarte populară datorită dificultăților asociate cu dezechilibrul genomelor formelor parentale, legătura rezistenței cu trăsăturile nedorite din punct de vedere economic, atunci au fost dezvoltate metode care permit rezolvarea problemelor..

Hibridizarea de la distanță face posibilă transferarea plasticității ecologice, a rezistenței la factori adversi de mediu, a bolilor și a altor proprietăți și calități valoroase de la plantele sălbatice la cele culturale. Pe baza hibridării îndepărtate, s-au creat soiuri și noi forme de cereale, legume, culturi industriale și alte culturi. De exemplu, sursa genelor de imunitate la grâu pentru țestoasele dăunătoare, muștele și afidele suedeze este endemică pentru Transcaucasia TriticumdicoccoidesKorn.

După cum arată practica mondială, un tip foarte eficient de hibridizare în reproducerea culturilor auto-polenizate pentru sustenabilitate este backcrosses (backcrosses), când un hibrid este încrucișat cu una dintre formele parentale. Această metodă se mai numește metoda „reparație” a soiurilor, deoarece vă permite să îmbunătățiți o anumită varietate cu unul sau alt simptom care nu există (în special, rezistența la o anumită boală). Însă trebuie avut în vedere faptul că utilizarea acestei metode nu permite depășirea productivității soiului care este „în reparație” (și în conformitate cu cerințele Serviciului de Stat pentru Protecția Drepturilor asupra Varietăților de Plante din Ucraina, soiul nu poate fi înregistrat dacă nu depășește standardul în productivitate).

De regulă, atunci când soiul donator de rezistență la boli este încrucișat, este utilizat ca formă maternă, iar soiul instabil, dar extrem de productiv (receptor bazat pe rezistență) este utilizat ca formă parentală. Ca urmare a încrucișării lor, se obțin hibrizi, care sunt încrucișați cu forma părintească (backcross). O condiție prealabilă este ca formele materne pentru fiecare creștere ulterioară să fie selectate dintre plantele hibride rezistente ale crucii anterioare găsite pe un fond infecțios. Puii sunt selectați în funcție de fenotipul soiului receptor. Crucile posterioare sunt efectuate până când genotipul și fenotipul destinatarului sunt restaurate aproape complet, obținând în același timp rezistență la boala caracteristică donatorului.

Îmbunătățirea eficienței reproducerii plantelor pentru imunitatea la dăunători poate fi obținută prin utilizarea așa-numitelor sintetice create ale imunității (cunoscute, de exemplu, pentru porumb). Sintezele menționate sunt create pe baza încrucișării a 8-10 linii imune caracterizate prin plasticitate ecologică diferită și compoziție a factorilor de imunitate. Multe dintre sintetice sunt surse bune pentru crearea de linii imune în dezvoltarea ulterioară a hibrizilor interlini simpli și duble..

mutageneză. Spre deosebire de metodele de hibridizare, acestea sunt destul de laborioase și necesită mulți ani de muncă pentru a obține rezultatul final, mutageneza experimentală (artificială) permite o perioadă scurtă de timp pentru a crește variabilitatea plantelor și pentru a obține mutații în rezistență care nu se regăsesc în natură..

Metoda experimentală (artificială) de mutageneză se bazează pe acțiunea dirijată asupra plantelor cu diverse mutagene fizice și chimice (ionizante, ultraviolete, radiații laser, substanțe chimice), ca urmare a cărora apar mutații genice (modificări în structura moleculară a genei) și mutații cromozomiale la organismele vegetale structuri cromozomiale) sau genomice (modificări în seturile de cromozomi).

Cele mai valoroase mutații genice din planul de selecție, care, spre deosebire de cele cromozomiale, nu conduc la sterilitatea polenului, infertilitatea sau neconstanța liniilor mutante. Mutațiile genice ale rezistenței sunt asociate cel mai adesea fie cu înlocuirea bazei într-o anumită regiune a ADN-ului cromozomului, fie prin pierderea, adăugarea, mișcarea acestuia. Drept urmare, o modificare a codului genetic și, în consecință, o modificare a mecanismelor fiziologice și biochimice ale celulei, ceea ce duce la inhibarea creșterii, dezvoltării și reproducerii agentului patogen.

Metoda de mutageneză artificială la reproducere pentru rezistența la boli este folosită în multe țări, dar nu poate fi considerată metoda principală pentru obținerea unor forme rezistente de plante. Această metodă este utilizată cel mai eficient atunci când se lucrează la rezistență cu culturi care se propagă vegetativ, deoarece propagarea lor prin semințe implică o divizare dificilă în urmașii, datorită gradului ridicat de heterozigozitate.