Лекція. №1. Тема. Селекція. Предмет, завдання і методи селекції сільськогосподарських культур



Скачати 318.79 Kb.
Дата конвертації30.12.2016
Розмір318.79 Kb.




Лекція. №1.
Тема. Селекція. Предмет, завдання і методи селекції сільськогосподарських культур.
Мета. Вивчити об’єкт, методи та завдання селекції рослин. Роль сорту та гібриду в інтенсифікації землеробства. Класифікація сортів за походженням та способом їх виведення.

Вступ.

Селекція (від лат. selection – добір) – це теорія і практика створення нових та поліпшення існуючих сортів рослин, найбільш пристосованих для задоволення потреб людини. За визначенням М. І. Вавилова, селекція рослин, є еволюцією, що спрямовується волею людини.

Специфічною функцією селекції є створення нових сортів і гібридів сільськогосподарських рослин для збільшення виробництва та поліпшення якості вирощеної продукції. Впливаючи безпосередньо на підвищення продуктивності сільського господарства, селекція перетворюється на засіб виробництва.

Практика свідчить, що на основі широкого використання нових сортів і гібридів сільськогосподарських рослин, застосування добрив, пестицидів, зрошення, засобів механізації, починаючи з 50-х років XX ст., вдалося вдвічі-втричі й більше підвищити врожайність кукурудзи, рису, овочевих, плодових, технічних та інших культур.

Крім підвищення врожайності сільськогосподарських культур реалізація деяких селекційно-генетичних програм дала змогу створити сорти і гібриди рослин з вищим вмістом білка, цукрі, вітамінів та інших біологічно цінних речовин, що сприяло не тільки збільшенню виробництва продуктів харчування, а й поліпшенню їхньої якості.

Сьогодні селекційні дослідження спрямовані на поглиблення знань про успадкування кількісних і якісних ознак, стійкість до стресових чинників довкілля і використання цих знань з метою створення вихідного матеріалу для селекції високопродуктивних сортів рослин, адаптованих до певних умов вирощування.

Із селекцією нерозривно пов’язане насінництво, яке в своїй організаційній структурі відображає рівень її розвитку. Основними чинниками успішного ведення насінництва є екологія насіння, сортова та насінницька агротехніка, післязбиральне та передпосівне його оброблення і зберігання.


План.

1. Роль сорту та гібриду в інтенсифікації землеробства.

2. Поняття про сорт, гібрид.

3. Поняття про вихідний матеріал у селекції рослин.

4. Світові центри походження і формотворення культурних рослин.

5. Світова колекція рослин та її використання в селекції

6. Поняття про еколого-географічну систематику рослин. Використання її в селекції.


Зміст лекції.

1. Роль сорту та гібриду в інтенсифікації землеробства.


Сільськогосподарське виробництво є особливою сферою розвитку життя рослин, що якісно відрізняється від природного середовища, в якому впродовж мільйонів років відбувалася еволюція життя. Це середовище знарядь і засобів виробництва, предметів праці, технологічних процесів. Виробниче середовище динамічне, що виявляється у зміні родючості ґрунту, меліорації, хімізації, механізації, спеціалізації і, отже, в інтенсифікації всіх процесів. Воно впливає на особливий характер еволюції культурних рослин переважно через селекцію.

Основний шлях розвитку сучасного землеробства полягає не в збільшенні площі орних земель, а в поліпшенні їх використання завдяки інтенсивним технологіям. Виробництво продукції рослинництва зростає переважно за рахунок підвищення врожайності сільськогосподарських культур, важливим чинником якого є використання високопродуктивних сортів. У сучасному землеробстві – це найдоступніший спосіб збільшення виробництва продукції всіх сільськогосподарських культур. Специфічною функцією селекції є створення нових сортів рослин для підвищення виробництва сільськогосподарської продукції. Наприклад, із застосуванням зрошення, внесенням високих доз мінеральних добрив та інших агротехнічних заходів різко зростає врожайність зернових культур. Проте подальше її зростання обмежується виляганням хлібів. Ідентифікація і введення в селекцію генів карликовості від японського сорту Норін 10, а також генів, отриманих у результаті індукованого мутагенезу, дали можливість селекціонерам створити серію сортів пшениці з високим потенціалом продуктивності, стійких до вилягання.

Використання домінантних генів карликовості в селекції жита сприяло створенню короткостеблових високопродуктивних сортів цієї екстенсивної культури.

Карликові сорти рису за умов інтенсивної агротехніки забезпечують збирання зерна 100-120 ц/га і більше.

Створення і впровадження у виробництво сортів і гібридів однонасінних цукрових буряків дало можливість значно змінити технологію їх вирощування.

За умов інтенсифікації землеробства і впровадження високопродуктивних сортів значно скоротилися строки сортозміни. Термін використання сорту у виробництві, особливо зернових культур, скорочується до 5-6 років. Старі сорти замінюються новими, продуктивнішими.

При інтенсифікації виробництва зростає концентрація матеріальних і технічних ресурсів на одиницю площі. Перед селекцією постає проблема створення таких сортів сільськогосподарських культур, які можуть з високою віддачею окупити ці додаткові витрати.

З кожною сортозаміною у виробництві надходять сорти з поліпшеними господарськими й біологічними властивостями. Впровадження у виробництво таких сортів зумовлює більш повне використання зростаючого виробничого потенціалу землеробства. Сорт і технологія є біологічним потенціалом поля.

Впровадження у виробництво сортів інтенсивного типу з високим потенціалом продуктивності значно зменшує трудові затрати при їх вирощуванні. Так, при вирощуванні цукрових буряків за традиційною технологією в середньому витрачається 300 люд.-год/га, а за інтенсивною – близько 170, при вирощуванні картоплі – відповідно 253 і 110; льону-довгунцю – 190 і 140; кукурудзи на 1 ц зерна – 2,25 і 1,0 люд.-год/га.

Селекціонери створили нові сорти цукрових буряків, соняшнику, зернових та інших культур з високим потенціалом продуктивності, які застосовуються за умов інтенсивного землеробства.


2. Поняття про сорт, гібрид.

У практичній діяльності і особливо в організації селекційно-насінницької роботи потрібно мати чітке визначення поняття сорту.



Сортом називають різновид культурних рослин з певними спадковими ознаками і властивостями, цінними в господарському відношенні

(В. М. Насипайко). Часто сорт сприймають як найнижчу систематичну одиницю, тобто форму. В систематиці рослин поняття форма і сорт не завжди збігаються. У місцевих сортах можна знайти форми, різновиди не тільки одного, а й різних видів.

В. Я. Юр’єв визначив сорт як групу (сукупність) культурних рослин, створену людиною для забезпечення своїх потреб, яка має певну спадковість і мінливість, зокрема біологічні та господарські особливості, особливості, за яких сорт може в певному районі давати високу за кількістю і якістю продукцію.

Більш певне визначення сорту належить Г. В. Гуляєву і Ю. Д. Гужову: сортом називають групу подібних за господарськими і біологічними властивостями і морфологічними ознаками культурних рослин, відібраних і розмножених для вирощування за відповідних природних і виробничих умов з метою підвищення врожайності та якості продукції.

О. О. Созінов визначив сорт або гібрид як створену людиною саморегулювальну систему, що забезпечує вищий рівень врожаю кращої якості в результаті ефективнішого використання чинників середовища, в тому числі й сонячної енергії, за незначного зростання енергетичних витрат на створення відповідного агрофону.

Закон України «Про охорону прав на сорти рослин» визначає сорт як штучно відібрану сукупність рослин у межах одного і того самого ботанічного таксона з притаманними їм біологічними властивостями, що характеризують їх спадковість, яка має хоча б одну відмінність від відомих сукупностей рослин того ж ботанічного таксона і може вважатися єдиною з погляду придатності для відтворення сорту. Категорія сорту – клон, лінія, гібрид, популяція.

Дикі форми рослин або штучно виведені за допомогою різних способів форми культурних рослин можуть стати сортом тільки тоді, коли вони відповідатимуть вимогам виробництва і задовольнятимуть потреби людини не тільки за кількістю, а й за якістю продукції. Сорти навіть однієї культури відрізняються між собою за господарськими і біологічними властивостями. Вони можуть мати неоднаковий вегетаційний період, різні зимо- і посухостійкість, стійкість до хвороб і шкідників. Різний вміст органічної речовини визначає різне господарське призначення сортів рослин, які належать до одного ботанічного виду. Так, є сорти ячменю, картоплі, які мають кормове, технічне і продовольче призначення. Різні сорти однієї культури по-різному реагують на умови й агротехнічні способи вирощування. Отже, між сортом і ботанічною формою існують докорінні відмінності.

Сьогодні методи створення сортів та їх оцінка ґрунтуються на даних генетики, фізіології, біохімії, продуктивності і стійкості до дії стресових чинників середовища. Селекція на продуктивність пов’язана з відбором генотипів з високою інтенсивністю і чистою продуктивністю фотосинтезу. Все це доповнює поняття сорту.

Отже, сорт – це саморегулювальна біологічна система рослин однієї культури одного походження, які подібні за господарськими і біологічними властивостями і морфологічними ознаками. Система сформована і розмножена для одержання високого врожаю хорошої якості в результаті ефективного використання чинників зовнішнього середовища при вирощуванні за певних природних і виробничих умов.

Тривожна екологічна й енергетична ситуація, яка складається в сільському господарстві, доводить, що отримувати високі і сталі врожаї всіх культур можна лише за наявності у виробництві сортів, адаптованих до різних ґрунтово-кліматичних умов. Сорт є важливим чинником середовища. Вирощування стійких до хвороб і шкідників сортів зумовлює зменшення використання пестицидів.



Класифікація сортів за походженням та способом їх виведення. За походженням сорти сільськогосподарських культур можна поділити на дві групи: місцеві й селекційні.

Місцеві сорти створюються в результаті дії природного і найпростіших способів штучного добору при вирощуванні культури в конкретній місцевості впродовж десятиліть і навіть століть.

Внаслідок свого походження місцеві сорти добре пристосовані до ґрунтово-кліматичних умов певного регіону. Більшість місцевих сортів багатьох культур морфологічно й генетично неоднорідні, часто складаються з різних ботанічних різновидів і навіть видів.

Місцеві сорти, створені народною селекцією, мали величезне значення в землеробстві до початку XX ст., а за деякими культурами – і нині. Як правило, місцеві сорти мали високу посухо- і зимостійкість, стійкість до хвороб і шкідників та інших несприятливих чинників середовища. Це відомі сорти пшениці Банатки, Сандомирки, Полтавки, Кримки, сорти жита В’ятське, Таращанське; Херсонський і Шатилівський овес. Деякі місцеві сорти конюшини червоної відомі під назвою кряжів. Найпоширенішими були Ярославські, Кіровські кряжі та інші місцеві сорти.

Ще на 1990 р. у кількох областях України залишалися районовані місцеві сорти деяких кормових культур.

У основних добре відселектованих сільськогосподарських культур місцеві сорти тепер втратили виробниче значення, але є цінним вихідним матеріалом для селекції.

Селекційні сорти створюються, як правило, на основі наукових методів селекції. Селекційні сорти вирівняні за генетичними, морфологічними ознаками і господарськими та біологічними властивостями. Серед основних сільськогосподарських культур нині у виробництві поширені лише селекційні сорти.

За способами виведення сорти можна поділити на кілька груп: сорти лінійного походження, сорти-популяції, сорти-клони, та сорти гібридного походження.



Сорт лінійного походження, або лінійний сорт, є розмноженим потомством однієї елітної рослини, одержаної методом індивідуального добору з природної чи штучної популяції. Лінійний сорт характеризується високою вирівняністю рослин за всіма ознаками і властивостями. Внаслідок природного перезапилення, мутацій, механічного засмічення однорідність сорту лінійного походження може втрачатися.

Цінні лінійні сорти було виведено на першому етапі наукової селекції методом індивідуального добору з місцевих сортів: озима пшениця – Українка, Кооператорка, Ульянівка; овес – Радянський, Лохівський; ячмінь – Вінер, Нутанс 187. Свого часу ці сорти мали важливе значення для збільшення виробництва зерна. Нині у виробництві кількість сортів лінійного походження незначна.



Сорти-популяції є сукупністю подібних за морфологічними ознаками, але спадково неоднорідних рослин перехресно- або самозапильної культури. Створюють їх методом масового добору з природної чи гібридної популяції або змішуванням спеціально підібраних ліній.

Усі сорти перехреснозапильних культур є популяціями. З погляду генетичної структури вони мають вищу гетерогенність порівняно з сортами-популяціями самозапильних культур. Більшість сортів-популяцій у польових умовах досить однорідні за фенотипом. Ця однорідність підтримується в процесі насінництва методами добору. Місцеві сорти самозапильних культур також є популяціями.



Сорти-клони є потомством однієї рослини вегетативно розмножуваних культур (картопля, топінамбур, часник тощо). Одержана індивідуальним клоновим добором і розмножена вегетативним способом рослина дає сорт з високою вирівняністю за генетичними і морфологічними ознаками та господарськими і біологічними властивостями. Сорти-клони можуть змінюватися внаслідок природного мутагенезу (соматичні, або брунькові мутації).

Сорти гібридного походження створюються в результаті внутрішньовидної або віддаленої гібридизації з наступним відбором з гібридної популяції. Гібридизація дає можливість розширити процес формотворення, підвищує мінливість за комплексом біологічних і господарських властивостей. Нині гібридизація є основним методом створення вихідного матеріалу переважної більшості сільськогосподарських культур.

Більшість сортів озимої пшениці, ярого ячменю, гороху, вівса, озимого ячменю мають гібридне походження.

Сорти гібридного походження самозапильних культур менш вирівняні за спадковістю, ніж лінійні. Згідно із законами Менделя, в гібридній популяції самозапильних культур гетерозиготність у локусі Аа зменшуватиметься на 50 % у кожному поколінні. Добираючи однакові фенотипи, селекціонер відбирає як гомозиготи (АА), так і гетерозиготи (Аа). Бажаної гомозиготності за певним локусом можна досягти через m поколінь, що дають розщеплення, тобто за формулою (2m – 1) : 2m. Якщо добір проводитиметься навіть до сьомого покоління, то гомозиготність становитиме 98,43 %. Тому при повторному доборі з сорту гібридного походження іноді можна створити новий сорт. Прикладом може бути виведення сорту озимої пшениці Українка одеська у Селекційно-генетичному інституті (М. А. Литвиненко та ін.). У насіннєвому розсаднику РВ2 сорту Альбатрос одеський методом індивідуального добору було виділено сім’ю, яка дала початок сорту Українка одеська. Сорт високопластичний, завдяки чому висівається в усіх зонах України та за її межами.

Переважна більшість сортів самозапильних культур, занесених до Реєстру сортів рослин України (пшениці, ячменю, гороху, проса тощо), має гібридне походження.



Вимоги виробництва до сорту, гібриду. Сорти та гібриди як засіб сільськогосподарського виробництва застосовують для підвищення врожайності та якості продукції сільськогосподарських культур.

Ґрунтово-кліматичні й агротехнічні умови вирощування, напрями використання культури визначають вимоги виробництва до сортів, гібридів. Для сортів та гібридів усіх сільськогосподарських культур ці вимоги можна звести до кількох основних груп: висока і стійка врожайність по роках; стійкість до несприятливих умов середовища; екологічна пластичність, що забезпечує високу врожайність за сприятливих умов вирощування та підвищення нижнього порогу її за екстремальних умов; тривала і особливо комплексна стійкість до хвороб і шкідників; придатність до інтенсивної технології, механізованого вирощування, збирання та переробки; висока якість продукції, заради якої культивується сорт.

Для будь-якої окремої культури перелік вимог можна значно збільшити. Так, для озимої пшениці М. І. Вавилов визначив вимоги за 52 ознаками.

Створення моделі майбутнього сорту, гібриду. Теоретичне і експериментальне обґрунтування перспективних моделей сортів та гібридів сільськогосподарських культур – один із головних напрямів спільної взаємодії генетики, фізіології, біохімії і селекції рослин. Особливо інтенсивно він розвивається упродовж двох останніх десятиліть. Досягнутий у цьому напрямі прогрес пов’язаний з розвитком теорії фотосинтетичної продуктивності, з вивченням генетичної природи стійкості до хвороб і несприятливої дії чинників середовища, з розробленням нових методів селекції.

Модель сорту, гібриду – це науковий прогноз, що передбачає, якими мають бути сорт, гібрид і окремі ознаки його, щоб за заданих умов вирощування найкраще задовольнити вимоги виробництва до певної культури. Головними з вимог залишаються максимальна і стабільна врожайність, висока якість продукції.

Такий підхід не новий, оскільки селекціонер завжди певною мірою бачить ідеал майбутньої рослини. На перших етапах селекції для цілеспрямованого пошуку вихідного матеріалу, вибору методів роботи потрібне обґрунтування моделі сорту, гібриду, який зміг би реалізувати свій генетичний потенціал за умов середовища того регіону, для якого він призначається.

Створення моделі сорту, гібриду є одним із способів забезпечення екологічної (адаптивної) цілеспрямованості селекції, оскільки модель передбачає не тільки певний набір ознак рослин, а й умови реалізації генетичного потенціалу, варіювання ознак, фізіолого-біохімічні основи забезпечення високої і стабільної продуктивності в регіоні.

Мрією селекціонерів залишається створення сортів, гібридів, стійких до дії несприятливих абіотичних і біотичних чинників. Досі немає жодного сорту, гібриду і навіть виду в природі, який був би стійким до дії будь-якого несприятливого чинника. Тому в моделі сорту, гібриду обов’язково передбачається підвищення стійкості до хвороб, шкідників та інших чинників, що знижують урожайність.

Стратегією сучасної селекції стає керування продукційними процесами. Удосконалення генетико-селекційних методів дає змогу одержати практично будь-яку рекомбінацію генотипу і створити форми з надзвичайно високим потенціалом урожайності.

В Україні ячмінь вирощують в усіх природно-кліматичних зонах. У Південному Степу поширені кормові сорти, ярі й озимі, посіви яких займають частину посівних площ і в Північному Степу. В Північному Степу, Лісостепу і на Поліссі можна вирощувати сорти пивоварного напряму інтенсивного типу. Усі ці умови потребують створення своїх адаптованих високоврожайних сортів.

Рівень урожайності будь-якої культури визначається кількістю рослин на одиницю площі і продуктивністю однієї рослини. У зернових культур урожайність складається з багатьох елементів. Тому в моделі сорту, гібриду зазначають параметри всіх елементів. Важливим напрямом подальшого підвищення потенціальної продуктивності сортів, гібридів сільськогосподарських культур є генетико-селекційне вдосконалення фотосинтетичного апарату рослин, підвищення чистої продуктивності фотосинтезу. Зміна цих функцій зумовлює одночасно зміну морфологічної структури рослин.

У зернових культур стебло має бути коротким, міцним, стійким до вилягання. Співвідношення соломи й зерна наближається до 1 : 1. Листя прямостояче, вкорочене, з добре розвиненим верхнім листком і довгим періодом його фотосинтетичної активності. Така форма листя забезпечує краще проникання світла в посіви, менше взаємне затінення рослин. Чиста продуктивність фотосинтезу й загальна продуктивність у таких сортів зростає на 25-30 % порівняно з сортами із звичайним листям. З таким типом листя виведено сорти, гібриди рису, сорго, кукурудзи. Селекціонери багатьох країн ведуть роботу, пов’язану зі створенням сортів, гібридів пшениці з таким типом листя.


3. Поняття про вихідний матеріал у селекції рослин

Вихідним матеріалом у селекції рослин є все те, що селекціонер може використати у своїй практичній роботі з різних рослинних форм, що культивуються, або дикорослих для створення нових сортів, гібридів які б відповідали меті селекційної програми.

Селекційна робота починається з формування і всебічного вивчення вихідного матеріалу. Чим більший і різноманітніший вихідний матеріал, тим результативнішою буде селекційна робота.

Вивчаючи головні завдання селекції рослин і шляхи їх реалізації,

М. І. Вавилов особливе значення приділяв проблемі створення вихідного матеріалу. По суті, він уперше в історії рослинництва чітко сформулював необхідність мобілізації генетичних ресурсів усіх культурних рослин та їх диких родичів для потреб селекції. М. І. Вавилов був організатором збирання і планомірного вивчення сортових рослинних ресурсів в усіх куточках земної кулі. Створена ним і його послідовниками світова колекція сільськогосподарських культур, сконцентрована у ВІР, є одним із унікальних зібрань видів вихідного матеріалу.

У сучасній селекції вихідним матеріалом можуть бути: природні популяції, селекційні сорти вітчизняної й зарубіжної селекції, гібридний матеріал, інцухт-лінії, мутантні й поліплоїдні форми та ін. Особливості та методи отримання вихідного матеріалу розглянемо детальніше.

I. Природні популяції – досить великий вид натурального матеріалу. До них належать дикорослі форми, місцеві сорти. Популяції є групою добре пристосованих до умов вирощування особин, що відрізняються одна від одної за спадковістю. Джерелом спадкової мінливості в популяції є мутаційна й комбінативна мінливість.

II. Селекційні сорти вітчизняної і зарубіжної селекції є цінним вихідним матеріалом. Їх можна використовувати для масового або індивідуального добору нових форм, а також для створення гібридних популяцій. Особливо цінні селекційні сорти сільськогосподарських культур часто використовуються як донори окремих ознак (висота рослин, імунітет, вміст білка, крохмалю, цукру тощо).

III. Гібридні популяції створюють внутрішньовидовою і віддаленою гібридизацією. Для цього проводять прості парні, зворотні, насичу вальні, складні, східчасті схрещування. Комбінативна мінливість при гібридизації дає можливість поєднувати в гібридах ознаки і властивості батьківських форм. При гібридизації відбувається значний формотворний процес. Тому гібридні популяції є цінним вихідним матеріалом, а гібридизація стала найпоширенішим методом створення вихідного матеріалу.

IV. Самозапилені лінії, або інцухт-лінії (інбредні), в селекції на гетерозис є цінним вихідним матеріалом. У перехреснозапильних культур багаторазовим примусовим самозапиленням одержують самозапилені лінії. Схрещування таких ліній із сортами або між собою дає значно вищий ефект гетерозису, ніж міжсортові схрещування.

V. Мутантні і поліплоїдні форми – цінний вихідний матеріал для селекційної роботи, а експериментальний мутагенез і поліплоїдія – ефективні методи створення вихідного матеріалу.

Інтродукція рослин. Дикоростучі рослини були первинним джерелом для створення культурних сортів. Природна флора забезпечує генофонд, який залучається до селекційної роботи для створення потрібних виробництву сортів. Момент, коли людина почала відбирати і вирощувати рослини для своїх потреб, і був початком інтродукції. Не вдаючись до складних проблем інтродукції, розглянемо її з позиції практичної селекції.

Інтродукція – цілеспрямоване введення в культуру в певному ґрунтово-кліматичному районі нових культур, видів, сортів і форм, які в ньому раніше не культивувалися, а також нових ознак (генів).

За великої різноманітності ґрунтово-кліматичних умов на території нашої країни в попередні часи вирощувався обмежений набір рослин. Розвиток виробничих сил потребував його розширення і поліпшення. Такі культури, як кукурудза, картопля, соняшник, бавовник та ін., з’явилися не тільки в нашій країні, а й в усіх країнах Європи та Азії внаслідок їх інтродукції з Америки.

Теоретичні основи інтродукції виклав М. І. Вавилов. Він визначив три види інтродукції: 1 – завезення нових культур; 2 – завезення і впровадження нових існуючих сортів; 3 – завезення нових ознак існуючих культур і сортів (інтродукція генів).

Слід також розрізняти натуралізацію і акліматизацію сортів. Натуралізація полягає в тому, що новий завезений сорт пристосовується до місцевих умов і дає високу продуктивність, а акліматизація – у тому, що більшість біотипів завезеної популяції гине і потрібна певна робота з пристосування її до нових умов.

Завезення вихідного матеріалу із-за кордону часто супроводжується інтродукцією карантинних хвороб і шкідників (колорадський жук, амброзія тощо), тому потрібно суворо дотримуватися карантинних заходів.

Країни з розвиненим сільським господарством рідко інтродукують селекційні сорти, гібриди, які перенесені в інші ґрунтово-кліматичні умови, часто поступаються перед сортами власної селекції. Тому в багатьох країнах (і в Україні) проводиться міжнародне екологічне сортовипробування.

Країни з подібними ґрунтово-кліматичними умовами обмінюються кращими селекційними сортами. Так, в Державному реєстрі сортів рослин України є сорти картоплі, ячменю, вівса, гороху та гібриди кукурудзи, соняшнику, цукрових буряків, овочевих культур зарубіжної селекції. За результатами державного сортовипробування їх перелік постійно оновлюється. У зарубіжних країнах використовують сорти української селекції.

Останнім часом селекціонери широко застосовують інтродукцію заради окремих ознак інтродукованих форм чи сортів, які можуть бути донорами генів стійкості до хвороб і шкідників, скоростиглості, якості продукції тощо. У цих випадках селекціонера цікавить один або група генів, а не весь генотип. Тому такі форми використовують для різних схрещувань.

Значний внесок у розроблення теорії і практики інтродукції зробив

І. В. Мічурін. Зазнавши невдачі при поступовому пристосуванні південних сортів плодових культур до кліматичних умов середньої смуги Росії, він спробував за допомогою прищеплювання південних сортів до холодостійкої дички розв’язати проблему інтродукції через акліматизацію. І. В. Мічурін допускав, що під впливом підщепи і чинників середовища щеплені форми швидше пристосовуються до різкоконтинентального клімату, а насіння з плодів дасть сіянці, з яких можна відібрати форми, кращі за місцеві. Проте цей метод позитивних результатів не дав. Перейшовши до схрещування географічно віддалених форм, І. В. Мічурін добився значних успіхів у створенні сортів, пристосованих до умов середньої смуги Росії, які мали добрі смакові властивості південних сортів.

М. І. Вавилов науково обґрунтував теорію інтродукції рослин у своїх працях «Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості» та «Центри походження культурних рослин». Вивчення та аналіз спадкової мінливості різних систематичних груп рослин дали можливість М. І. Вавилову сформулювати закон гомологічних рядів у спадковій мінливості (або закон паралельної мінливості). Вперше цей закон учений сформулював у 1920 р. у доповіді на III Всеросійському з’їзді селекціонерів у Саратові.

Згідно з цим законом генетично близькі види й роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачити появу паралельних форм в інших видів і родів. Що ближче вони генетично в загальній системі, то повнішою є схожість у рядах їх мінливості. Крім того, цілі роди рослин характеризуються певним циклом мінливості, яка проходить через усі види, що утворюють ці родини.

Перелік ознак можна значно розширити, як це зробив М. І. Вавилов, ілюструючи мінливість у межах роду Triticum.

Сформульований В. І. Вавиловим закон гомологічних рядів має не тільки важливе теоретичне, а й практичне (особливо для селекції) значення. Він вважав, що в законі гомологічних рядів виявляється схожість у мутаційному процесі. Вчений також ураховував, що нові методи експериментальної генетики реально розкривають безмірну складність генотипів у межах виду, які створюють величезний потенціал для формотворення.

Знаючи мінливість ознак у межах родини, селекціонер може передбачити існування або можливість створення подібних форм у споріднених видів.

Наприклад, наявність безостих різновидів у м’якої пшениці свідчила про існування подібних у твердої М. І. Вавилов знайшов безості форми твердої пшениці в Абіссінії (нині Ефіопія). Гібридизацією остистих форм твердої з безостими формами м’якої пшениці О. П. Шехурдін одержав безості форми твердої пшениці.

Ф. Г. Кириченко так само створив сорти озимої твердої пшениці, в якої до того часу були відомі тільки ярі форми.

Закон гомологічних рядів має важливе значення і в систематиці. Його використання допомагає орієнтуватися в різноманітності форм у межах окремих споріднених груп.


4. Центри походження і формотворення культурних рослин

Вивчаючи внутрішньовидову мінливість, М. І. Вавилов дійшов висновку, що вид є складною морфофізіологічною системою взаємозв’язаних еколого-географічних рас, які виникають на основі генотипової диференціації частин виду. На основі вивчення ареалу виду, загальної системи мінливості із застосуванням закону гомологічних рядів і географічної мінливості, сортової і видової різноманітності М. І. Вавилов створив теорію центрів походження культурних рослин. У його теорії обґрунтовано наявність первинних і вторинних центрів. Первинні центри пов’язані з стародавніми осередками цивілізації і місцями первинного вирощування та селекції рослин, а вторинні – з подальшими періодами культури землеробства.

Успіхи в селекційній роботі з використанням віддаленої гібридизації, мутагенезу, поліплоїдії та інших методів зумовили створення у другій половині XX ст. унікальних сортів, нових видів сільськогосподарських культур (Triticale), що дає змогу говорити про виникнення третинних центрів формотворення культурних рослин.

Узагальнюючи результати численних експедицій, М. І. Вавилов у 1940 р. опублікував працю «Учение о происхождении культурных растений после

Ч. Дарвина», в якій описав сім головних центрів походження культурних рослин. Ці центри визнали біологи всього світу.

Основою вчення про походження культурних рослин на континентах земної кулі є фундаментальні дослідження М. І. Вавилова, викладені в його численних працях. Пізніше було опубліковано нові дані, які стосуються переважно генетичних основ походження культурних рослин. Ботанічно-географічні основи походження, визначені М. І. Вавиловим, залишаються незмінними.

Учення М. І. Вавилова про центри походження культурних рослин розвивали його послідовники, а нині продовжують науковці ВІР. Для цього проводилися і проводяться численні експедиції зі збирання і вивчення світового генетичного фонду культурних рослин для селекції. Це дало змогу

П. М. Жуковському розширити вчення про центри.

У вітчизняній літературі нині користуються класифікацією виділених

М. І. Вавиловим центрів походження культурних рослин, яка була доповнена

П. М. Жуковським до 12. Розглянемо її з переліком походження найважливіших культур.

1. Китайсько-Японський центр досить великий, він охоплює територію, яку займають Китай, Тайвань, Корея та Японія.

Особливості клімату (від сухого, різкоконтинентального до тропічного), нагірний характер території, вертикальна зональність створили екологічну різноманітність і поліморфізм багатьох родів рослин.

У північній частині Китаю трапляється більшість видів груші, яблуні, сливи, вишні, абрикосів та інших плодових дерев.

Світове рослинництво із зони субтропіків Південно-Східної частини Китаю ввело в культуру китайські ранньостиглі багатоквіткові й широколисті м’які пшениці, багаторядні, низькорослі, плівчасті і голозерні ячмені, просо, чумизу, пайзу, гаолян, голозерний багатоквітковий овес, квасолю, сою, коротковолокнистий підвид бавовнику, ранньостиглі сорти рису, ендемічні форми маку, конопель тощо.

Культурні рослини Японії запозичені переважно з Китаю, але селекція тут досягла вищого рівня, ніж у Китаї. В Японії трапляється велика різноманітність селекційних форм капусти, редьки, вишні, мандаринів та інших культур. Тому Японія стала вторинним генетичним центром під впливом Китаю.

Через велику кількість (понад 20 000) видів рослин Китайсько-Японський центр М. І. Вавилов поставив на перше місце.


  1. Індонезійсько-Індокитайський центр має велику територію і охоплює Індокитай (В’єтнам, Лаос, Камбоджу, Таїланд, Бірму, Індонезію), Філіппінські острови, острів Цейлон (Шрі-Ланка) та острови Малайського архіпелагу. З цього центру походять численні субтропічні рослини: основні види бананів, кокосова і цукрова пальма, манго, бамбук, деякі види цукрової тростини, хлібне дерево тощо.

На Філіппінських островах виявлено ендомічний тетраплоїдний багаторічний вид рису (Oryza minuea). Звідси походять яванський підвид рису посівного, чорний перець та інші культури.

  1. Австралійський центр займає територію всього австралійського континенту. Його багата флора на дві третини представлена ендемічними видами. В Австралії виявлено понад 20 ендемічних видів тютюну, стійких до хвороб. Серед ендемічних видів бавовнику виявлено два дикорослих види (Gossypium sturtii і Gossypium robinsonii), стійкі до хвороб. В Австралії сконцентровано майже всі види роду евкаліптів і велику кількість видів акації.

  2. Індостанський центр охоплює Південно-Західну Індію. Тут сконцентровано величезну різноманітність культурних і диких видів рису. Звідси введено в культуру апельсин, мандарин, цукрову тростину, нут, кунжут, кенаф, багато овочевих культур.

  3. Середньоазійський центр складається з гірських районів Північно-Західної Індії та Афганістану, Таджикистану, Узбекистану і західної частини Тянь-Шаню (частина Казахстану) та низини Туркменистану. З цього центру світовим рослинництвом введено в культуру багато цінних рослин. Звідси походять різноманітні форми м’якої пшениці, карликова і круглозерна пшениця, дрібнонасінні форми гороху, сочевиці, чини. З овочевих культур – цибуля (частково), часник, морква (жовта). Значна внутрішньовидова різноманітність характерна для винограду, абрикосів, дині, бавовнику (гузу) та інших культур.

  4. Передньоазійський центр у географічному розумінні є сукупністю таких територій: Іран, Закавказзя, Сирія, Палестина, Аравія, а також гірська частина Туркменистану. Цей центр має велике значення в історії культурних рослин.

Закавказзя за своєю природою й історією слід розглядати як окремий центр еволюції культурних рослин. У жодному регіоні світу не існує такої кількості видів пшениці, як у Закавказзі (18 з 23 відомих), з них 8 ендемічних. Виключне значення має Закавказзя як центр різноманітності жита.

У Передньоазійському центрі сформувалися специфічні екологічні типи твердих пшениць, дикі однозернянки, численні види роду Aegilops. Це також батьківщина візантійського вівса, горохоподібного нуту, синьої люцерни (частково), дикого виду буряків (Beta lomatogona). Всі європейські види плодових культур і винограду походять з цього центру.

7. Середземноморський центр охоплює країни Середземноморського узбережжя: Іспанію (Андалузію і Валенсію), південну частину Португалії, Італію, Південну Грецію, узбережні райони Марокко, Алжиру, Тунісу, Єгипту, острови Середземного моря. З цього центру введено в культуру численні рослини: овочеві – буряк, капусту, салат; синій, жовтий і білий однорічні види люпину, конюшини; візантійський овес; цукровий буряк; лаванду, м’яту; гранат, маслини тощо.

Екологічною особливістю польових культурних рослин Середземномор’я є їх різко виражена крупнонасінність, яка характерна тут для гороху, нуту, сочевиці, кінських бобів, вики, люпину, льону, ячменю, 28-хромосомних видів пшениці.



  1. Африканський центр складається з Африканського континенту і виділеного М. І. Вавиловим Абіссінського центру. Аборигенними рослинами Африки, що ввійшли в культуру, є різні види сорго, африканське просо (Pennisetum tuphoideum), кормовий горох (Vigna), земляний горіх, голубиний горох (Cajanus indicus), кофе, кунжут, рицина, багаторічне африканське жито (Secale africanum).

Ефіопія є вторинним центром походження тетраплоїдних видів пшениці і культурного ячменю. П. М. Жуковський зазначив, що серед великої кількості різновидів цих культур диких форм не знайдено, і вони були інтродуковані з Азії.

  1. Європейсько-Сибірський центр охоплює країни Європи, європейську частину і райони Сибіру Росії. Роль цього центру в походженні селекційних типів багатьох культурних видів рослин досить велика.

Європа є центром походження цукрових буряків, тут створено кращі селекційні високоцукристі сорти.

Територія колишнього СРСР мала свої багаті ресурси. Це територія найдавнішого формотворення пшениці, жита, ячменю, вівса, льону-довгунцю, конюшини червоної, багатьох плодових культур. Завдяки селекційній роботі в Росії на Кубані створено вторинний генетичний центр соняшнику.

Інші країни Європи відіграють важливу роль у введенні в культуру й селекцію багатьох культурних рослин. Важливу роль у розвитку світового рослинництва відіграли пшениці-дворучки, цукрові буряки, картопля, ріпак (Франція), зимостійкі м’які пшениці (ФРН, Баварія), славнозвісні пшениці-банатки (Угорщина), паннонська вика (Чехія), жаростійкі овочеві культури (Болгарія), селекційні сорти багатьох культур (Швеція, Англія тощо).


  1. Центральноамериканський центр складається з Мексики, Гватемали, Коста-Рики, Гондурасу, Панами. Центральна Америка є частиною великого центру бульбоносних видів картоплі, деяких видів квасолі, перцю. Це також первинний генетичний центр формотворення і походження авокадо, деяких видів какао, бавовнику упланд. Тут сконцентровано багато різноманітних форм кукурудзи.

11. Південноамериканський (Перуано-Еквадоро-Болівійський) центр. Звідси походять деякі види картоплі, люпину, серед них культурний вид (Lupinus mutabilis), крохмалиста кукурудза (Zea mais amylacea). Перу є первинним генетичним центром походження видів південноамериканської групи соняшнику, єгипетського бавовнику (Gossypium barbadense). Вид картоплі Solanum tuberosum, що займає найбільший ареал на земній кулі, походить з цього центру, зокрема з Чилі й острова Чилое.

12. Північноамериканський центр охоплює територію США й Канади. В США трапляються в дикому стані види соняшнику, багато видів дикого винограду, що вказує на первинний центр їх формотворення. Звідси також походять види картоплі, тютюну, люпину.

Для Канади в основному характерна висока культура пшениці, ячменю, вівса, льону, багатьох кормових та овочевих культур. Переважно більшість видів, які культивуються в цьому центрі, «переселенці» зі Старого світу.

Описані центри є макроцентрами походження культурних рослин. Крім макроцентрів виокремлюють ендемічні мікроцентри культурних рослин, а також дикоростучих видів, генетично подібних до культурних.

У середніх зонах центрів походження переважають домінантні гени виду, а з віддаленням до периферії збільшується частота поширення рецесивних генів. Значення відкриття цих центрів полягає у визначенні областей первинного формотворення культурних рослин та у можливості виявлення там генофонду, який було втрачено при міграції рослин і селекції. Центри походження культурних рослин одночасно є також центрами найбільшої внутрішньовидової різноманітності цінних для селекції форм.
5. Світова колекція рослин та її використання в селекції

Сучасному періоду розвитку вчення про генофонд культурних рослин притаманне ширше розуміння процесів, що забезпечують сформульовані

М. І. Вавиловим закономірності еволюції культурних рослин і їх диких родичів. Почата ним робота, пов’язана зі збиранням і створенням світової колекції рослин (банку генів), продовжує колектив ВІР. Світова колекція є сукупністю різноманітних таксонів і генотипів, агроекологічних ознак і властивостей, з яких селекціонери можуть вибирати потрібні їм форми для творчої роботи.

Колекція ВІР охоплює не тільки різноманітні види культурних рослин і їх диких родичів, що існують у природі, а й основний фонд сортів, які постійно створюються світовою селекцією. Ця колекція є фундаментом, цінним генетичним фондом, на основі якого селекційні заклади виводили і виводять нові сорти і гібриди сільськогосподарських культур.

Світова колекція ВІР постійно поповнюється цінними зразками. Цей інститут має постійні зв’язки з аналогічними науковими центрами з обміну науковою інформацією і зразками рослин. Вивчення зразків сучасними методами генетики, молекулярної біології, біохімії, генної інженерії і накопичення експериментальних даних перетворює колекцію рослин на генетичну колекцію (ген банк).

Формування Національного центру генетичних ресурсів рослин України започатковано в 1992 р. в Інституті рослинництва ім. В. Я. Юр’єва. Нині генофонд генетичних ресурсів рослин налічує понад 325 тис. зразків 550 культурних і дикорослих видів. Щорічно генетична колекція поповнюється 10-13 тис. зразків. Для забезпечення ефективного доступу до генофонду, зосередженого в зарубіжних ген банках, та обміну інформацією бази даних приєднують до європейського каталогу з генетичних ресурсів рослин EURISCO та міжнародної бази даних WIEWS, що формується відповідно під егідою Міжнародного інституту генетичних ресурсів рослин (IPGRI) та ФАО.

Інформаційна система «Генофонд рослин» Національного центру генетичних ресурсів рослин України має такі бази даних: інтродукційну, паспортну, ознакову, родоводів, насіннєвого фонду.

6. Поняття про еколого-географічну систематику рослин. Використання її в селекції

Різноманітний рослинний світ земної кулі становить близько півмільйона видів рослин. Розібратися в цій різноманітності допомагає систематика, яка класифікує рослини, об’єднує їх у певні групи на підставі подібності ознак і однорідності походження. В існуючій нині міжнародній ботанічній класифікації користуються такими таксономічними одиницями: відділ (divisio); тип (phylum); клас (classic); порядок (ordo); родина (familia); рід (genus); вид (species); підвид (subspecies); гілка (proles); різновид (varietas); підрізновид (subvarietas); форма (forma).

Між цими одиницями, від більших до дрібніших, можуть виникати додаткові. Наприклад, у систематиці картоплі після таксономічної одиниці «рід» вводяться менші одиниці: секція (sectio); підсекція (subsectio); серія (serio); у систематиці ячменю – підрід (subgenus).

У систематиці рослин основною елементарною одиницею, яка реально існує в природі, є вид. Це сукупність подібних за морфологією особин, споріднених за походженням і комплексом спадкових ознак. Особини одного виду легко схрещуються між собою і дають плодюче потомство. Вид має систему гарантованої ізоляції від інших завдяки особливостям свого циклу розмноження, несхрещуваності, безплідності гібридів. Кожний вид має певний за кількістю та складом набір хромосом і є генетичною системою. Він відображує існування дискретної еволюції і займає певний ареал.

Ботанічна класифікація має важливе значення для пізнання величезного поліморфізму видів і ботанічних різновидів у межах роду. Проте вона не розкриває належним чином їх цінних господарських ознак і властивостей, що дуже важливі для селекціонерів. Уперше розроблений М. І. Вавиловим диференціально-географічний метод вивчення світової різноманітності сільськогосподарських культур дав змогу провести їх екологічну систематизацію. При цьому враховують еволюції екотипів, їх пристосованість до умов середовища, морфологічні, імунологічні та інші ознаки й властивості рослин.

М. І. Вавилов ввів у внутрішньовидову систему культурних рослин схему, яка ґрунтується на еколого-географічних принципах:


Вид

Еколого-географічні типи



Ботанічні різновиди

Форми і сорти


Екологічні властивості неможливо достатньо повно охарактеризувати методами ботанічної класифікації, оскільки ботанічні ознаки не розкривають суті екологічних властивостей рослин. При екологічній класифікації рослин основним є пізнання умов зовнішнього середовища, необхідних для рослин. Тому в ботанічній і екологічній класифікаціях назви окремих систематичних одиниць відрізняються:

Ботанічна класифікація Екологічна класифікація

Рід Рід


Вид Вид

Підвид Кліматип I порядку

Гілка Кліматип II порядку

Різновид Екотип I порядку

Підрізновид Екотип II порядку

Раса Ізореагент


Кліматип – це сукупність подібних біотипів, що мають загальні ознаки, характерні для певних кліматичних умов.

Екотип є групою біотипів у межах певної систематичної одиниці, яка характеризується певними властивостями їй спадковими ознаками і властивостями, що сформувалися природним добором у ґрунтово-кліматичних умовах ареалу й умовах культури.

Екологічна спеціалізація видів і екотипів забезпечує кожному з них не тільки ефективнішу в масштабі фітоценозу й екосистеми утилізацію природних ресурсів, а й кращу виживаність, тобто екологічна диференціація рослин, основою якої є генетична мінливість і природний добір, забезпечує їм найбільшу пристосовуваність.



Ізореагент – це група особин, що однаково реагують на визначені умови певного місцеперебування.

Флуктуації умов зовнішнього середовища в просторі і часі зумовлюють зміни напрямів природного добору, що підтримує значну гетерогенність популяції рослин.

Екологічний поліморфізм, специфічний для кожного виду рослин, є важливою характеристикою його адаптивного потенціалу, яка відображує можливість як онтогенетичної адаптації, так і генотипової мінливості

(О. О. Жученко).

Кліматичний екотип може охоплювати кілька едафічних і ботанічних екотипів, а едафічний – кілька ценотичних екотипів. Що різноманітніші ґрунтово-кліматичні умови території, то більше на ній формується екотипів. Отже, чим ширший ареал виду і чим більше відрізняються умови місць його перебування, тим численніший його екотиповий склад.

Відмінність між окремими екологічними типами в межах навіть дрібних систематичних одиниць стикається з такими важливими для селекціонера властивостями, як тривалість вегетаційного періоду, холодостійкість, посухостійкість, імунітет до хвороб, якість продукції, реакція на агрофон тощо.

Екотипи поділяють на едафотипи – створені під впливом ґрунтових умов і ценотипи – пристосовані до певних умов вирощування (трави на луках, у лісі).

У результаті тривалого вивчення колекції в різних ґрунтово-кліматичних зонах у проса виділено 14, у ярого ячменю – 12, у гороху – 18 еколого-географічних груп, які відрізняються (у межах виду і різновиду) комплексом морфологічних, біологічних і господарських ознак і властивостей.

Вивчення культурних рослин на основі еколого-географічних принципів дає змогу селекціонерам цілеспрямовано підбирати компоненти для схрещувань.
Висновки.

Селекція – найдешевший, найрезультативніший та екологічно чистий чинник зростання виробництва продукції рослинництва. За сучасних тенденцій підвищення вартості енергозатрат на одиницю виробленої продукції і за наявності проблем, що виникли внаслідок загрозливого забруднення навколишнього природного середовища, селекції відводиться особливо важлива економічна і суспільна роль.

Специфічною функцією селекції є створення нових сортів та гібридів рослин для збільшення виробництва сільськогосподарської продукції. Селекціонери створили нові сорти та гібриди цукрових буряків, соняшнику, зернових та інших культур з високим потенціалом продуктивності, які застосовуються за умов інтенсивного землеробства.

Селекційна робота починається з формування і всебічного вивчення вихідного матеріалу. Чим більший і різноманітніший вихідний матеріал, тим результативнішою буде селекційна робота.

У сучасній селекції вихідним матеріалом можуть бути: природні популяції, селекційні сорти вітчизняної й зарубіжної селекції, гібридний матеріал, інцухт-лінії, мутантні й поліплоїдні форми та ін.

На основі вивчення ареалу виду, загальної системи мінливості із застосуванням закону гомологічних рядів і географічної мінливості, сортової і видової різноманітності М. І. Вавилов створив теорію центрів походження культурних рослин. У його теорії обґрунтовано наявність первинних і вторинних центрів. Первинні центри пов’язані з стародавніми осередками цивілізації і місцями первинного вирощування та селекції рослин, а вторинні – з подальшими періодами культури землеробства.

У вітчизняній літературі нині користуються класифікацією виділених

М. І. Вавиловим центрів походження культурних рослин, яка була доповнена



П. М. Жуковським до 12.
Література.

  1. Вавилов Н.И. Теоретические основы селекции. – М.: Наука, 1987.- 512 с.

  2. Молоцький М.Я. Васильківський С.П., Князюк В.І., Власенко В.А. Селекція та насінництво сільськогосподарських рослин : Підручник. – К.: Вища освіта, 2006. – 463 с.

  3. Чучмий И.П. Моргун В.В. Генетические основы и методы селекции скороспелых гибридов кукурузы. – К.: Наук. Думка. 1990.

  4. Шеманьов В.І. Ковалевська М.І. Мороз В.В. Насінництво польових культур: Навч. Посібник. – Дніпропетровськ: ДДАУ, 2004. -232 с.


Запитання для самоперевірки.

  1. Народно –господарське значення нових сортів та гібридів.

  2. Класифікація сортів за походженням та методи її виведення.

  3. Вимоги виробництва до сортів і гібридів.

  4. Складові моделі сорту і гібриду.

  5. Вихідний матеріал для виведення рослин нового покоління.

  6. Значенні інтродукції рослин. Світові центри походження культурних рослин.

  7. Теоретичний і практичний внесок у розвиток селекції І.Мічуріна та М.Вавилова.


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка