Принципи підбору компонентів схрещування.Існує декілька принципів підбору батьківських пар для схрещування: сортовий, ознаковий, еколого-географічний і генетичний

Сортовий принцип. Цей принцип оснований на гібридизації сортів або форм з певним комплексом цінних ознак. Застосування сортового принципу не пов'язане з попереднім вивченням мінливості цих ознак у обраних сортів. Аналізуючи вихідний матеріал не оцінюють генетичну компоненту мінливості в загальній фенотиповій мінливості. Основний критерій для сортового підбору компонентів схрещування – фенотипи батьківських форм.

Сортовий принцип підбору батьківських форм для схрещування використовували на початкових етапах селекції кожної плодової культури. Проте через потребу мати численні комбінації схрещування та багато гібридів, використання сортового принципу підбору батьківських пар в сучасних селекційних програмах стає безперспективним. З розвитком уявлень про генотип і фенотип рослин та інших напрямів сучасної генетики сортовий принцип витісняється ефективнішими методами.

Ознаковий принцип. Цей принцип підбору батьківських форм подібний до сортового, але все ж істотно відрізняється. Якщо при сортовому підборі батьківських форм одиницею дискретності виступає сорт, то при ознаковому – окрема ознака або їх комплекс, перспективні для селекційної роботи. Фенотип сорту при цьому ніби розщеплюється на окремі ознаки, проте спадкова природа ознак так-само, як і при сортовому принципі добору батьківських пар, залишається невідомою. Ознаковий принцип можна вважати більш обґрунтованим, ніж сортовий, оскільки його основу складає аналіз мінливості ознак вихідних батьківських сортів. Оцінюється не тільки міжсортова компонента мінливості, але й внутрішньо-сортова (клонова, модифікаційна або паратипова). Це сприяє формуванню точніших уявлень про ефективність або неефективність селекції на ту або іншу ознаку.

Ознаки плодової рослини за значенням нерівнозначні. Існують селекційно-цінні ознаки – продуктивність, якість плодів, стійкість до несприятливих чинників середовища та ін. Це складні (інтегральні, багатокомпонентні) ознаки. Одна з найважливіших умов успішного використання ознакового принципу підбору пар – розкладання складних ознак на компоненти. Що стосується інших ознак, то необхідно, щоб вони відповідали наступним вимогам:

- не повторювалися одні й ті ж негативні ознаки у вихідних батьківських форм;

- бажано щоб було хоча б у однієї з батьківських форм найбільше число селекційно-цінних ознак в їх максимальному прояві;

- щоб була висока продуктивність і адаптивність сортів, які будуть використані як материнські форми, стійкі до несприятливих умов середовища, бо стійкість, як правило, передається плазмогенами через цитоплазму.

Еколого-географічний принцип. Цей принцип підбору батьківських пар має особливе значення у плодових рослин. Виявлено, що ефективність селекційного процесу підвищується, якщо в гібридних форм спостерігається великий спектр мінливості потомства за основними селекційними ознаками.

Еколого-географічна ізоляція виявилася могутнім чинником еволюції місцевих дикорослих форм, старих місцевих сортів плодових рослин народної селекції, а також місцевих сортів, отриманих з їх участю, або сортів, предки яких були давно завезені в регіон. Але географічна віддаленість в походженні сортів не завжди свідчить про істотні відмінності їхніх генотипів. Географічну віддаленість не можна розуміти буквально й вважати основною причиною генотипових відмінностей схрещуваних форм, бо походження їх можливе від якогось обмеженого числа форм давно завезених в різні регіони.

Географічна віддаленість відіграла вирішальну роль при формуванні відмінностей в генотипах у далекому минулому, коли географічна ізоляція дійсно була найважливішим чинником еволюції впродовж тривалого періоду часу. При сучасному інтенсивному обміні вихідним селекційним матеріалом відмінності між генотипами найчастіше не відповідають ступеню географічної дивергенції вихідних форм.

У практиці вітчизняної та зарубіжної селекції надзвичайно багато прикладів ефективної гібридизації між сортами плодових і ягідних рослин з різних еколого-географічних груп. Зокрема в селекції абрикоса, чорної смородини, малини, суниці та ін.

Генетичний принцип. Цей тип підбору батьківських пар відрізняється добором компонентів для схрещування не за фенотипом, а за генотипом. Він дозволяє визначити вірогідність появи потрібних генотипів в гібридному потомстві, планувати мінімальний об'єм гібридного фонду та точно визначити критерії добору.

Використання генетичного принципу підбору вихідного матеріалу залежить від вивченої генетичної системи контролю ознак. У плодових і ягідних рослин генетичні системи контролю більшості господарсько-цінних ознак невідомі, що обмежує використання генетичного принципу в селекції й обумовлює необхідність використання інших критеріїв підбору батьківських форм. У яблуні, персика, смородини, малини і суниці генетичні ознаки краще вивчені, але і у цих культур генетичний принцип підбору батьківських пар для схрещування не можна вважати досконалим.

Для найефективнішого використання генетичного принципу необхідний облік семи головних критеріїв, що істотно впливають на вибір вихідних батьківських форм для схрещування:

- відомі чи невідомі у батьківських сортів алелі генів, які контролюють господарсько-цінні ознаки;

- ступінь гетерозиготності батьківських форм;

- ступінь відмінностей генотипів батьківських форм;

- мінімальне число генів, які контролюють ту чи іншу ознаку;

- спосіб взаємодії алелей генів (ступінь домінування, тип епістазу, група зчеплення й локалізації генів);

- комбінаційна здатність;

- наявність або відсутність генів локалізованих в цитоплазмі, які кодують певні ознаки.

Основні правила добору батьківських форм для селекції. Добираючи вихідні форми для селекційної роботи необхідно мати на увазі, що на сьогодні генетичні відомості по кожній рослині надзвичайно недостатні через сильну гетерозиготність плодових і ягідних культур, що з обумовлює розщеплення ознак в насіннєвих нащадках. Через те в селекційній роботі з плодовими культурами дотримуються наступних правил:

- добирають батьківські пари з мінімальною кількістю небажаних ознак;

- таж небажана ознака не повинна повторюватися в обох батьківських форм;

- вивчати селекційний досвід і не запроваджувати в селекційні програми гібридні комбінації, що дають високий відсоток неякісних гібридів;

- використовувати в селекційних програмах еколого-географічно віддалені форми;

- для створення адаптованого до певних ґрунтово-кліматичних умов гібридного матеріалу використовувати в якості одного з батьків місцеві сорти;

- застосовувати бекроси, тобто зворотні схрещування відбірних гібридів з тим чи іншим батьківським сортом для насичення майбутніх нащадків певним генетичним матеріалом, який посилює ту чи іншу корисну ознаку;

- схрещувати гібриди з іншими культурними сортами, таким чином посилюючи потрібні ознаки;

- схрещувати між собою кращі гібридні рослини розмаїтого походження;

- при використанні в гібридизації диких родичів в доборі на вихідні батьківські форми перевагу надавати не диким видам, а їхнім гібридам з культурними сортами;

- при використанні для запилення певної материнської форми суміші пилку різних сортів, в якості донорів пилку добирати сорти з високоякісними селекційними ознаками.

Вибір материнської та батьківської форми. Гени хромосом передаються в однаковій мірі, як чоловічою так і жіночою вихідними формами. Але значний вплив на спадковість має цитоплазма яйцеклітини, в якій знаходиться спадковий матеріал здатний кодувати ту чи іншу ознаку. Оскільки спермії чоловічої особини при злитті з жіночою яйцеклітиною втрачають цитоплазму, то певні ознаки гібридному поколінню передаються через цитоплазму материнської особини. Велике значення має цитоплазматичний спадковий матеріал для селекції на зимостійкість чи стійкість до патогенів, адаптивність до певних умов. Для цього слід використовувати набутий досвід в інших селекційних програмах, а також використовувати реципрокні схрещування для виявлення цитоплазматичної спадковості по тих чи інших ознаках. Через те особливу увагу слід надавати добору жіночих особин для схрещування.

Техніка штучного схрещування. Техніка й деталі штучного схрещування залежать від об’єктів схрещування.

У рослин з двостатевими квітами готування рослин до схрещування розпочинають з кастрації. Кастрація не завжди необхідна. У рослин з різко вираженою самостерильність (самобезплідністю), як правило кастрації не проводять. Можна обійтися без кастрації у форм самофертильних при умові своєчасного нанесення пилку. Через вибірковість при заплідненні переважно чужий пилок проростає швидше. Лише у випадках віддаленої гібридизації, або різкої біологічної відмінності між жіночою й чоловічою особинами, або при невисокій життєздатності чоловічого пилку необхідно застосовувати кастрацію квітів.

Дводомні й роздільностатеві форми також не потребують кастрації.

Власний пилок має певне значення для стимуляції проростання чужого пилку, але це явище ще недостатньо вивчене. Однак, для гібридологічного аналізу все ж слід застосовувати кастрацію двостатевих квіток, оскільки необхідно виключити навіть незначну ймовірність самозапилення.

Кастрація, нормування та ізоляція бутонів. Важлива умова кастрації – своєчасність її виконання. Якщо спізняться з видаленням пиляків то запилення відбудеться власним пилком. У суниці, наприклад, розтріскування пиляків починається перед, або зразу ж після розкривання пелюсток. Через те пиляки видаляють у ще закритих бутонів, як тільки побіліють пелюстки. Дуже раннє відкривання бутонів може привести до стерилізації квітки. У більшості плодових і ягідних культур кастрацію проводять тоді, коли бутони досягнуть найбільшого розміру, але ще пелюстки не розкрилися.

Краще кастрацію проводити залишаючи оцвітину, але в деяких випадках, особливо коли селекціонер працює з об’єктами з дуже дрібними квітами доводиться видаляти пелюстки разом з пиляками.

Для видалення пиляків використовують різні пристосування: від заточеного пінцета до спеціально створених інструментів (рис. 328).

Важливо при проведенні кастрації не пошкодити маточку.

При проведенні кастрації й запилення необхідно враховувати погодні умови. Дуже суха й жарка погода не сприяє доброму прилипанню пилку до приймочки, в дощову погоду запилення проводити не можливо, через ризик разом з краплинками води занести інший пилок. Найкращі умови для кастрації та запилення – невисокі температури (15-18ºС), помірно тепла й суха погода.

Рис. 328. Інвентар для виконання штучного запилення:

1 – пляшечка з пилком; 2 – пилочки; 3 – інструмент для кастрації та запилення; 4 – етикетки; 5 – ізоляційний мішечок; 6 – ізоляційний рукав.

Для високого відсотку утворення зав’язі необхідно виконати великі об’єми кастрації та запилення.

При роботі зі суцвіттям запилюють найкраще розвинені бутони, а решту видаляють (проводять нормування).

Після кастрації бутони ізолюють від контакту зі зовнішнім середовищем з допомогою пергаментних чи марлевих мішечків. Коли маточка не готова до запилення доводиться кастровані квіти тримати під ізоляторами декілька днів, і запилювати пізніше.

Марлеві ізолятори непридатні при роботі з анемофільними видами (виноград, фундук, обліпиха. волоський горіх та інші). Для роботи з цими видами використовують спеціальну тканину марки ФПП-15, яку використовують для фільтрування. Щоб пилок не проникав у шви мішечків, їх додатково проклеюють по швах, або зшивання замінюють склеюванням.

Заготівля, зберігання та пересилання пилку. Пилок для запилення добувають з бутонів, які ще не відкрилися, але вже практично сформовані. Пиляки обережно висипають в чашку Петрі, на пергаментний папір, або інший посуд. Наповнену ємкість обов’язково прикривають папером, або марлею, яку добре натягують над чашкою, щоб вона не лягла на заготовлений матеріал. Підсушують пиляки при невисоких плюсових температурах до розтріскування. На чашку чи пробірку в якій тимчасово буде зберігатися пилок наклеюють етикетку з позначенням сорту та дати відбору пилку. Не можна підсушувати пилок на сонці, бо він може втратити життєздатність. Для довшого зберігання пилок зсипають у пробірки, чи в пляшечки з плескатим дном, закривають корком з вати й зберігають в темноті в ексикаторі при низьких плюсових температурах. Надмірна вологість чи сухість повітря може привести до загибелі пилку.

Пересилають пилок на далекі відстані в пляшечках чи пробірках, куди кладуть декілька кристалів гранульованого хлористого кальцію, загорнутого в марлю, або вату. Часто в корок пробірки насипають трохи цього препарату.

Визначення життєздатності пилку. Перед використанням пилку обов’язково необхідно перевірити його на життєздатність, особливо в тих випадках, коли пилок отримали з іншої місцевості.

Пилок добре проростає в штучному середовищі. Часто достатньо використати розчин глюкози, і пилок почне проростати.

Існує декілька рецептів середовищ, які використовуються для перевірки життєздатності пилку. Найдоступніший 5%, 10% чи 15% розчин хімічно чистої сахарози у дистильованій воді, яка не містить міді, що може вимиватися з мідних трубок при дистиляції.

Краплі розчину наносять на предметне скельце зі спеціальними заглибленнями й на них висівають пилок. Предметні скельця обережно вкладають в чашки Петрі чи інші ємкості, накривають для того щоб не випаровувалася вода та ставлять в термостат. Вже через 4-5 годин після посіву пилок починає проростати. Для виявлення реального стану пророщують пилок при температурі 18-20 ºС протягом 12-24 год. Для того щоб наблизити умови проростання пилку до природних, що створюються на приймочці маточки, готують спеціальне середовище на основі агар-агару, добавляють мікроелементи й вітаміни. Для більш чіткого виявлення пророслих пилкових зерен препарат забарвлюють метиленовою синькою.

Запилення. Запилюють кастровані квіти тоді, коли приймочки достатньо визріють для сприймання пилку. Стан готовності визначають за легким блиском поверхні приймочки.

Тривалість сприйнятливості пилку у різних видів різна: від декількох годин до 2-3 діб і більше. Так для яблуні й груші період триває до 10 діб, у вишні 6 діб, у малини та чорної смородини 7 діб. Для запилення можна використовувати палички з намотаною на верхівці ватою, тонкі й м’які пензлики, або навіть закріплену на дротик чи голку шкільну гумку. Пилок зсипають в пробірки чи невеличкі пляшечки, до кожної пляшечки застосовують свій інструмент для запилення.

Після запилення до ізоляторів прив’язують етикетку, де вказують материнський сорт і сорт запилювач. Ведуть спеціальний журнал проведення гібридизації. В журналі вказуються батьківські форми, мета схрещування схеми розміщення рослин, виділених для гібридизації. Результати записують у таблицю, де в графах вказують:

- материнський сорт і номер рослини;

- номер етикетки;

- дату кастрації;

- спосіб кастрації;

- число кастрованих квіток;

- спосіб ізоляції;

- батьківський сорт;

- число запилених квіток;

- число плодів, що зав’язалися;

- дату збору плодів;

- кількість зібраних плодів;

- кількість насінин;

- примітка.

Першу ревізію результатів схрещування проводять через 15 днів. Вихід плодів при схрещуванні невеликий. У яблуні – 20 %, у суниці вихід плодів після гібридизації при ретельному виконанні всіх процесів складає від 70 до 90 відсотків. Хоча за загальними статистичними показниками результат складає близько 50%.

Культура гібридних зародків. В багатьох випадках, особливо при віддаленій гібридизації (міжродовій чи міжвидовій) зародки не розвиваються через несумісність нового організму з тканинами материнської рослини. Відмирання зародка викликане в першу чергу через гіперплазію нуцелуса та атрофію ендосперму. Спасти гібридний зародок можна своєчасно виділивши його з тканин плоду й надалі вирощувати в умовах культури invitro.

Для кожного виду розроблені свої рецепти живильного середовища. Для того щоб зародок нормально розвивався, він повинен отримувати макро-, мікроелементи та вітаміни. В живильному середовищі повинні бути присутні вуглеводи, стимулятори росту і т.п. Базовою субстанцією живильного середовища є агар-агар. Дотримуються стерильності. Виділені зародки стерилізують 0,5% бромною водою, або обробляють з пульверизатора 96% спиртом, який швидко обпалюють на полум’ї спиртівки. При цьому насичені водою тканини зародка не встигають зруйнуватися. Такі гібридні зародки в пробірках розвиваються у повноцінні рослинки з коренями та листям, і наступне їх вирощування аналогічне технологіям для культури тканин.

Контрольні питання

1. Які форми сортовивчення ви знаєте?

2. Який метод отримання вихідного матеріалу вважається основним в селекційному процесі?

3. Назвіть основні принципи підбору компонентів схрещування.

4. В чому полягає еколого-географічний принцип підбору батьківських пар?

5. В чому полягає генетичний принцип підбору батьківських пар для срещування?

6. Назвіть сім головних критеріїв підбору вихідних батьківських форм для схрещування.

7. Назвіть основні правила добору батьківських форм для селекції.

8. Що таке реципрокні схрещування? З якою метою їх застосовують?

9. Поясніть поняття самостерильність і самофертильність?

10. Опишіть техніку штучного схрещування.

11. Як заготовляють, зберігають та пересилають пилок?

12. Опишіть метод визначення життєздатності пилку.

13. Опишіть методику кастрації та запилення при схрещуваннях.

14. В яких випадках і які методи застосовують при культурі гібридних зародків?