Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 72. Селекція рослин

Поміркуйте

  • Коли людство почало переходити до сільського господарства й осілого способу життя? У яких регіонах і коли відбувався цей процес?

Згадайте

  • Сорт
  • Штучний добір
  • Землеробство
  • Сільськогосподарські культури

Явище гомологічних рядів спадкової мінливості

На початку ХХ ст. М. І. Вавилов досліджував мінливість ознак у кількох родів злаків. Він звернув увагу на те, що у представників різних родів мінливість ознак відбувається схожим чином. Якщо в одному роді є карликові форми або форми з довгою остю, то ці ж варіанти можна буде виявити і в інших родах. Таких ознак було багато, і вони утворювали цілі послідовності тотожних варіантів мінливості.

Власне, саме це явище на той час було вже відомо. Його, наприклад, описував у своїй роботі ще Ч. Дарвін, посилаючись на більш ранні дослідження інших учених. Але М. І. Вавилов уперше сформулював його у вигляді окремого закону гомологічних рядів мінливості і дав генетичне пояснення цьому явищу. Формулювання закону є таким: «Генетично близькі роди і види мають схожі ряди спадкової мінливості. Знаючи, які існують форми в одного виду, можна передбачити існування таких самих форм у інших, споріднених із ним, видів і родів».

Він уважав, що наявність таких рядів мінливості у споріднених родів є наслідком їхнього походження від спільного предка. Цей предок передав своїм нащадкам дуже схожі набори генів, кожний із яких може змінюватися тільки в певних межах. Тому мінливість у споріднених систематичних груп є схожою. І чим більше спорідненість, тим більше схожі ряди мінливості.

Наявність такої закономірності М. І. Вавилов запропонував використовувати в практичній роботі селекціонерів. Знаючи, які варіанти трапляються у близьких родів, можна було цілеспрямовано шукати потрібні форми у виду, з яким здійснювали селекційну роботу.

Знання цього закону йому вдалося використати для аналізу процесів одомашнення культурних рослин і встановлення центрів їхнього походження.

Основні напрями селекції рослин

Селекція рослин відбувається за багатьма напрямами залежно від того, як використовується та чи інша культура. Відповідно, напрями селекції для пшениці, картоплі або яблуні будуть різнитися. Але є й певні спільні риси селекційних робіт із різними рослинами.

До основних напрямів селекції більшості культур можна віднести такі:

  • підвищення врожайності;
  • зміна тривалості вегетаційного періоду або його частин;
  • стійкість до абіотичних факторів середовища;
  • стійкість до захворювань і шкідників;
  • якість продукції;
  • технологічність.

Підвищення врожайності весь час було одним із головних завдань селекції. Ви вже познайомилися з результатами цієї роботи для кількох культур (див. § 68). Зміна тривалості вегетаційного періоду або його частин є важливою адаптацією для вирощування рослини в певному регіоні. У разі зміни широти вирощування та кліматичної зони цей показник є вирішальним для успіху в інтродукції культури на новій території.

Стійкість до абіотичних факторів стала причиною поширення карликових форм злаків. Така ознака, як укорочене стебло, дозволяла їм бути стійкими до полягання після дощу і суттєво збільшувала шанси на хороший урожай у місцях із вологим кліматом.

Стійкість до захворювань і шкідників теж є необхідною складовою селекції, бо ці біотичні фактори здатні легко знищувати значну частину врожаю. Хоча в деяких випадках більш простим і економічно вигідним способом збереження врожаю залишається обробка рослин фунгіцидами або інсектицидами. Але для інших шкідників та захворювань селекція на стійкість була цілком успішною. Так, гібридизація європейських сортів винограду з американськими дозволила створити стійкі до філоксери сорти і врятувала європейське виноробство під час масового поширення цього шкідника.

Якість продукції, що отримували від культурних рослин в усі часи, була однією з головних передумов економічного успіху сільського господарства. Також цьому сприяли і певні технологічні властивості культур. Наприклад, один із найдавніших видів пшениці полба має досить гарні якості зерна і характеризується стійкістю до захворювань та абіотичних впливів. Але він має важливий технологічний недолік — плівку, яка вкриває зерно і щільно до нього прилягає, тому під час обмолоту її важко видаляти. Відповідно, подальша селекція пшениць відбувалася в напрямку виведення голозерних сортів і форм.

Інколи технологічне вдосконалення рослини погіршує якість продукції, яку з неї отримують. Так, селекція на стійкість томатів до механічних пошкоджень у процесі транспортування та зберігання мала побічним ефектом утрату характерного смаку плодів.

Особливості селекції рослин на прикладі цитрусових

Цитрусові — це велика група рослин із родини Рутові, найвідоміші представники якої належать до роду Цитрус (Citrus). Лимони, мандарини, грейпфрути, апельсини — усі вони є добре відомими представниками цих рослин.

Цитрусові виникли на території Південно-Східної Азії і були одомашнені у тому ж регіоні. Основними способами селекції в цій групі були гібридизація та відбір мутантних варіантів переважно соматичного походження. Крім видів із роду Цитрус, до селекції домашніх рослин цієї групи залучалися представники інших родів із групи цитрусових, такі як кумкват або мікранта (деякі дослідники і ці рослини включають до роду Цитрус).

Вихідними формами для селекції цитрусових були три види: цитрон (Citrus medica), мандарин (Citrus reticulata) і помело (Citrus maxima). Більшість культурних цитрусових (лимони, грейпфрути, апельсини тощо) є тригібридами цих видів. Вони гібридизувалися в різній послідовності та різних напрямах і містять різний відсоток генів кожного з видів.

Частина цитрусових є дигібридами. Так, помаранч є гібридом помело і мандарина, червоний лимон — мандарина і цитрона, каламондин — кумквата та мандарина. Цікавою є історія створення різних сортів апельсина. Вони походять від одного тригібриду мандарина, помело і цитрона, але утворилися в результаті різних соматичних мутацій, які могли виникати в певній частині дерева або навіть в окремій гілці. А грейпфрут утворився в результаті гібридизації апельсина і помело.

Досить заплутаною виявилася генетична історія мандаринів. Їх можна поділити на три групи. Перша з них утворена мандарином Тачибану та кількома китайськими сортами. Її представники є вихідною формою для цитрусових і не мають ознак схрещування з іншими видами. Друга і третя група сортів мандаринів виникли як результат гібридизації мандаринів першої групи з помело. Вони різняться між собою за вмістом генів помело. У мандаринів другої групи таких генів до 10 %, а в мандаринів третьої — від 12 до 38 %.

Ключова ідея

Селекція рослин здійснювалася ще з початку переходу людства до землеробства. Основні напрямки селекції забезпечували підвищення врожайності культур та покращення смакових і технологічних якостей.

Запитання та завдання

1. Явище гомологічної мінливості було відомим уже давно. Чому закон гомологічних рядів удалося сформулювати тільки у ХХ ст.? 2. Які фактори могли сприяти одомашненню цитрусових і формуванню основних напрямів їх селекції?