» » Гибридные растения. Кукуруза

Гибридные растения. Кукуруза

ЧУДО-ГИБРИДЫ

Гибридные растения. КукурузаПосле того, как в селекции растений и животных стали использовать достижения генетики, ученым удалось добиться таких успехов, которые даже и не снились предшествующим поколениям селекционеров. Давайте познакомимся с совместным достижением генетики и селекции — гибридной кукурузой.

Еще в самом начале колонизации американского континента внимание европейских переселенцев привлекло трехметровое растение с метровыми листьями и огромными соцветиями: мужскими метелками и женскими початками. Племена индейцев-земледельцев возделывали его уже несколько столетий, из-за чего белые люди и назвали его «индейским злаком». Нам оно известно как кукуруза. У неё толстый стебель, причем внутри не полый, наподобие других злаков, а заполнен некой рыхлой тканью. Он очень крепкий, его не сломают даже собственные созревшие початки.

В каждом початке может находиться до тысячи плодов-зерновок, обычно жёлтых или желтовато - белых, но существуют сорта кукурузы с красноватыми, фиолетовыми, синими и даже почти черными зернами. Этот злак произвел такое впечатление на европейцев, что они немедленно повезли семена на европейский континент, а колонисты стали сеять его на своих землях.

Очень быстро кукуруза стала одной из важнейших зерновых культур не только на американском континенте, но и в Старом Свете. Неудивительно, что повсеместно селекционеры стали проводить опыты с этим злаком, пытаясь вырастить новые сорта, более подходящие для тех условий, в которые попала кукуруза. Обратили на нее внимание и генетики: вспомним, что кукуруза была одним из тех растений, на которых были переоткрыты законы Менделя. В самом начале XX столетия, в 1905 году, американский исследователь Д.Шелл начал свои опыты с кукурузой ставшие впоследствии всемирно знаменитыми. Первоначально методика, избранная ученым, не предвещала никаких достижений в области сельского хозяйства. Исследователь получал так называемые чистые линии кукурузы, то есть проделывал с кукурузой то же самое, что и за несколько десятилетий до него сделал Мендель с горохом. Шелл опылял женские цветки кукурузы пыльцой, взятой с этого же растения; тоже самое он повторял и с растениями, выросшими из образовавшихся после такого искусственного опыления семян. С точки зрения селекции его работа была абсолютно бессмысленной — задолго до возникновения генетики люди знали, что при близкородственном скрещивании, а особенно при самоопылении, многие полезные свойства организмов теряются: потомки от такого скрещивания всегда уступают родительским организмам по жизнеспособности, размерам и урожайности. Ученые и термин особый придумали — инбредная депрессия. Не стала исключением и кукуруза Шелла — с каждым новым искусственным опылением растения вырастали все меньше и меньше, завязывали все более мелкие початки, уменьшались и размеры зерен в них. Так, уже в третьем самоопыленном поколении урожайность кукурузы снизилась почти в два раза. В общем, ничто не предвещало прорыва в селекции.

И вдруг Шелл сделал неожиданный шаг — он взял два самых маленьких и хилых растения, но из разных чистых линий, и скрестил их друг с другом. Результат превзошел все ожидания: по мощности и урожайности в буквальном смысле этого слова вымахавшие гибриды превосходили не только хилые родительские растения, но и исходные сорта кукурузы, взятые в свое время для получения чистых линий. Так, если родительские растения давали урожай в среднем около 20 центнеров с гектара, то урожайность гибридов сразу превысила 50 центнеров с гектара! Недолго думая, ученые назвали явление повышения жизнеспособности у гибридных организмов гибридной силой, или гетерозисом. Результаты опытов Шелла окрылили многих селекционеров, но радость их была недолгой: ведь гибриды, как и полагается кукурузе, размножались с помощью самоопыления (то есть пыльца с мужских цветков одного растения опыляла женские цветки на том же самом растении).

А это означало, что уже в следующем поколении все положительные качества, гибридов исчезали и из их семян вновь появлялись хиленькие растеньица, очень похожие на своих «бабушек» и «дедушек».

У агрономов оставался один-единственный выход: постоянно поддерживать «запас» чистых линий, от скрещивания которых можно получать растения, обладающие гибридной силой. Но так как чистые линии дают очень небольшое количество семян, то и гибридов от них можно получить очень и очень немного, причем, что немаловажно, они будут очень дорогими. Казалось бы, селекционеры опять зашли в тупик. Блестящий выход из него был найден в 1917 году другим американским селекционером, Д. Джонсом. Он предложил скрещивать между собой не чистые линии, а гибриды, полученные от их скрещивания. Весь процесс получения нового растения теперь выглядел таким образом: сначала путем длительного самоопыления получают чистые линии, которые дают очень небольшое количество семян и, соответственно, небольшое число гибридов, отличающихся высокой урожайностью. Затем скрещивают два таких гибрида, берущих свое начало от разных чистых линий, и получают огромное количество «двойных гибридов», практически не уступающих по своим качествам простым гибридам. Таким образом, для получения одного сорта «двойных гибридов» нужно иметь четыре чистые линии кукурузы.

Вскоре после открытия двойных гибридов началось победное шествие «новой кукурузы» по миру. Так, если в 1935 году в США посевы гибридной кукурузы составляли чуть более одного процента от всей площади полей, занятых этим злаком, то к 1957 году эта цифра выросла до 92,5 процентов. Благодаря использованию новых сортов американцам за это время удалось значительно сократить площадь кукурузных полей, но при этом общая их урожайность выросла почти в полтора раза! Это означало и переворот в животноводстве: ведь многие сорта кукурузы выращивают на корм скоту; дотошные американцы подсчитали, что использование в качестве корма для животных гибридной кукурузы позволило дополнительно обеспечить каждому американцу 24,5 килограмма мяса в год. После второй мировой войны гибридная кукуруза распространилась и в другие страны.

Откуда же гибридные растения извлекают свою силу? Однозначного ответа на этот вопрос генетики не могут дать до сих пор, хотя очень многие закономерности гетерозиса уже раскрыты. Вспомним, что чистые линии отличаются от обычных организмов своей гомозиготностью, то есть каждый ген у такого организма существует в двух абсолютно одинаковых формах (или аллелях), расположенных в парных хромосомах. При скрещивании между собой растений двух чистых линий почти все гены переходят в гетерозиготную форму — каждый ген представлен теперь двумя разными аллелями. Почитайте, как Мендель скрещивал две чистые линии гороха, у одной из которых цветки были фиолетовые, а у другой — белые. Все гибриды были с фиолетовыми цветками, но ведь ген белой окраски никуда не исчезал, он «прятался» за более сильным, доминантным геном. Нечто подобное происходит и при гетерозисе, только в этом случае гетерозиготен был не один, как у Менделя, а все или почти все гены. Теперь понятно, почему гибридная сила быстро исчезает — в последующих поколениях, согласно законам Менделя, вновь появляются гомозиготные организмы, не обладающие гибридной силой.

Справедливости ради нужно заметить, что использование гетерозиса нельзя назвать исключительно важным достижением генетики XX века, таким же, как искусственные мутации или генная инженерия. О существовании гибридной силы человечеству известно уже очень давно, о повышенной жизнеспособности гибридов говорили еще во времена Аристотеля. Так, издревле путем скрещивания лошади и осла люди получали мулов — незаменимых в сельском хозяйстве животных, силой и выносливостью превосходящих своих родителей. Но широкомасштабное использование гетерозиса в сельском хозяйстве началось именно благодаря трудам генетиков. Конечно, при этом селекционеры не ограничились одной лишь кукурузой. Вскоре после первых успехов с «индейским злаком» были выведены гибридные сорта томатов, баклажанов, перца, лука, огурцов, арбузов, тыквы, сахарной свёклы, сорго, ржи, люцерны и многих других сельскохозяйственных растений. Начали использовать гетерозис и в животноводстве: благодаря скрещиванию разных пород яйценоских кур удалось «заставить» их нести до 25 «дополнительных» яиц в год; гибриды от скрещивания разных пород свиней растут в полтора раза быстрее своих родителей; похожие результаты были получены и при разведении овец, коров и других сельскохозяйственных животных.

Селекционерам удалось частично решить проблему потери гибридной силы в потомстве. Дело в том, что многие растения можно размножать вегетативным путем: черенками, клубнями, усами. При этом никаких новых скрещиваний не происходит, а значит, и гибридная сила не теряется. Так, если вывести гибридный сорт того же самого картофеля и размножить его с помощью клубней, то все новые растения также будут обладать гибридной силой. Но стоит попытаться получить семена у выросших из них растений — гибридная сила безвозвратно исчезнет. Так, многие огородники покупают дорогие импортные семена растений, высаживают их на своих грядках и получают обильный урожай. Но такие семена, как правило, очень дорогие, поэтому обычно люди пытаются часть выращенных растений оставить «на развод», т. е. получить от них семена и посадить их на следующий год. А на следующий год, к удивлению и разочарованию незадачливых агрономов, из семян вырастают хиленькие растеньица, которых из-за сорняков-то не сразу и заметишь. Люди, несведущие в генетике, пытаются объяснить неудачи засухой, нашествиями вредителей и другими подобными факторами, но грамотному специалисту сразу становится все ясно: чудо-семена обладали гибридной силой, которая у их потомков, увы, не сохраняется. Выход один — попытаться разводить такие растения вегетативным путем. Конечно, с некоторыми растениями это удается очень легко: картофель можно сажать клубнями, а землянику — усами. А вот, например, с томатами и пытаться не стоит — все равно ничего не получится.
Автор: SolarRunner | 26-10-2013, 09:55
Просмотров: 3684
    
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.

Рекомендуем также