Меню

Экспериментальное получение полиплоидов у растений

Экспериментальное получение полиплоидов у растений

137. Как экспериментально получить полиплоиды?

Впервые полиплоидные клетки экспериментально были получены И. И. Герасимовым (1889 г.) у водоросли спирогиры при воздействии на нее низких температур в период деления. Охлаждение приостанавливает деление, в результате чего появляются двуядерные клетки или клетки с тетраплоидными ядрами.

У растений, способных к регенерации, полиплоиды можно получить методом декапитации, т. е. удалением верхушки побегов и подавлением развития боковых побегов. При этом на поверхности среза развивается каллюс (наплыв), из которого начинают дифференцироваться побеги, часто тетраплоидные. Появление тетраплоидных клеток — результат слияния митотических веретен одновременно делящихся двуядерных клеток, образуемых в большом количестве в зоне роста декапитированного побега.

Долгое время главным источником экспериментального получения полиплоидных форм были отдаленные скрещивания. Возникающие в потомстве межвидовых и межродовых гибридов полиплоиды были результатом слияния нередуцированных гамет.

Наиболее эффективным методом получения полиплоидов оказался метод воздействия на ход митоза и мейоза разнообразными химическими веществами.

Так, в 1896 г. И. И. Герасимов обнаружил, что при действии на делящиеся клетки спирогиры хлороформа, эфира или хлоралгидрата в них увеличивается число хромосом.

Для изменения числа хромосом в клетке применяются разнообразные химические соединения. Наибольший выход полиплоидных растений дало использование алкалоида колхицина * (А. Ф. Блексли, О. Т. Эйвери, 1937 г.). Колхицин подавляет образование митотического веретена в клетках, приступивших к делению, в результате чего удвоенные хромосомы не расходятся и клетка оказывается тетраплоидной. Следует, однако, отметить, что продолжительное воздействие колхицина может привести к высокой степени плоидности.

* ( Колхицин добывают из растения Colchicum (семейство лилейных) и синтезируют искусственно.)

Если воздействию подвергаются соматические клетки, то полиплоидными они становятся не все и растение приобретает химерное строение. Если же воздействию подвергаются генеративные клетки, возникают нередуцированные гаметы, дающие начало полностью полиплоидным растениям.

Источник

—>Новый Селекционер —>

—>

Айва (селекция) [0]
Айва японская (селекция) [0]
Ампелопсис (селекция) [0]
Баклажан (селекция) [0]
Виноград (селекция) [17]
Георгина (селекция) [1]
Гиацинт (селекция) [1]
Гибридизация и селекция [6]
Гладиолус (селекция) [2]
Земляника и клубника (селекция) [1]
Ирис (селекция) [1]
Картофель (селекция) [12]
Лилии (селекция) [6]
Лилейник (селекция) [4]
Нарцисс (селекция) [0]
Огурец (селекция) [0]
О пыльце [8]
Партеноциссус (селекция) [0]
Паслен (селекция) [0]
Пион (селекция) [4]
Разное (селекция) [30]
Роза (селекция) [3]
Рябина (селекция) [1]
Томат (селекция) [1]
Тыква (селекция) [0]
Тыквенные (селекция) [0]
Тюльпан (селекция) [35]
Фиалка (селекция) [0]
Физалис (селекция) [0]
Флокс (селекция) [1]
Хатиора (селекция) [0]
Шлюмбергера (селекция) [0]

—>

Каталог статей

Многие исследователи, особенно за рубежом, работают над вопросами использования полиплоидии в селекции.

Полиплоидия — это кратное увеличение числа хромосом в клеточных ядрах. Такое явление может возникать в природе естественно и может быть вызвано человеком искусственно. В семействе тыквенных естественные полиплоиды неизвестны.

Русский ученый И. И. Герасимов в конце прошлого века первый экспериментальным путем получил полиплоид у водоросли спирогиры. Этот полиплоид возник от резкого охлаждения водоросли в то время, когда в ее клетках проходил кариокинез.

В настоящее время большинство исследователей для получения полиплоидов применяют алкалоид колхицин. При действии колхицина на растущий орган растений, в котором многие клетки находятся в состоянии кариокинеза, нарушается нормальный процесс расхождения хромосом и возникают клетки с двойным набором хромосом.

Клетки, в которых произошло кратное умножение числа хромосом, становятся большими. Растения с измененными клетками часто бывают значительно крупнее, увеличиваются цветки, плоды, вегетативная масса. В организме изменяются физиологиеские процессы, повышается изменчивость. Однако у большинства полиплоидов снижается фертилыюсть и часто наблюдается замедленный рост. Ценные полиплоиды получены у сахарной свеклы. Гибридные сорта триплоидной сахарной свеклы увеличили выход сахара с гектара на 15-20%.

В Японии начиная с 1938 г. проводились работы по изучению и получению полиплоидных форм для выведения бессемянных арбузов. При действии на обычный арбуз колхицином и образовывалась тетраплоидная форма, которую скрещивали с диплоидной и получали стерильный триплоид (без семян).

Чтобы получить тетраплоиды, семена арбузов высевают в горшки по 2-3 семени. В начале появления первого настоящего листа на точку роста растения наносят одну каплю водного раствора колхицина в концентрации 0,2-0,4%. Это повторяют в течение четырех дней 6 раз: в 1-й день вечером, 2-й и 3-й день утром и вечером и 4-й день только утром. Во время обработки растения защищают от прямого солнечного света, поддерживают повышенную влажность, чтобы колхицин дольше не испарялся.

Читайте также:  Ядовитые растения ленинградской области описание

Кихара и Нишияма установили, что в первом поколении после обработки колхицином можно различить диплоидные и тетраплоидные растения по размеру и форме плодов.

Форма плодов у большинства японских сортов арбуза удлиненношаровидная, у тетраплоидных же растений плоды более округлые и более мелкие.

Надежным признаком распознавания является также размер пыльцы и устьиц. Замыкающие клетки устьиц и пыльцевые зерна крупнее у тетраплоидов, чем у диплоидов.

После того как получен тетраплоид, надо позаботиться о его сохранении и размножении. Это трудная задача, так как плодовитость тетраплоидов очень низкая. По данным Норио Кондо, при искусственном опылении завязывается около 15,5% плодов, в каждом плоде в среднем по 50, иногда 120 семян.

Кихара рекомендует помещать тетраплоид на изолированный участок и собирать семена от естественно опыленных плодов.

Полученные тетраплоиды сохраняют свои признаки, и от них ежегодно можно получать триплоиды (бессемянные арбузы) путем скрещивания с диплоидами.

Триплоидные арбузы лучше по качеству, потому что в них нет семян, хотя содержание сахара такое же, как у диплоидов; урожайность их высокая, растения имеют повышенную устойчивость к антракнозу и фузариозному увяданию.

В последнее время триплоидные арбузы начинают приобретать некоторое практическое значение. Большим недостатком триплоидных арбузов является то, что примерно у 10% растений образуются пустые оболочки семян нормального размера и окраски, от нескольких до 100 и более штук в плоде.

Получением триплоидных арбузов занимались также и в США, но по причине высокой стоимости их они не получили там практического применения. Однако после усовершенствования японцами техники получения триплоидных арбузов американцы снова вернулись к ним.

В Японии триплоидные арбузы получают от свободного переопыления обычных сортов с тетраплоидами.

В США Wall получил 84% триплоидных растений от такого свободного переопыления диплоидных и тетраплоидных форм.

При свободном опылении тетраплоидов и диплоидов растения образуют плоды с триплоидными, тетраплоидными и диплоидными семенами, различающимися по внешнему виду. Жизнеспособные триплоидные семена образуются, если тетраплоид — материнское растение, а диплоид — отцовское, при обратном скрещивании образуются только пустые оболочки, семян, Триплоидные семена тоньше тетраплоидных, по этому признаку их можно отделить. Диплоидные семена также тоньше тетраплоидных и имеют менее шероховатую кожуру. Зародыш у них заполняет всю полость, как и у тетраплоидных (90,1 %) так и у триплоидных семян зародыш занимает всего 82,5 % полости.

Агротехника триплоидного арбуза в общих чертах не отличается от культуры обычных сортов, однако есть ряд особенностей.

Поскольку триплоидные семена имеют более толстую оболочку, то, чтобы облегчить их прорастание, часть семенной кожуры рекомендуется удалить, не повреждая зародыша. Арбузы выращивают рассадой в теплице в горшочках. Семена перед посевом обязательно протравливают, высевать их желательно в простерилизованную паром или химическим веществом рыхлую и плодород¬ную почву. Рассаду выращивают в горшках до фазы 2-3 настоящих листьев, затем высаживают на постоянное место.

Вначале триплоидные растения развиваются медленно и отстают от своих родителей, но через 1,5 месяца они обгоняют их и вегетируют значительно дольше.

Пыльца триплоидных растений резко отличается от пыльцы диплоидных и тетраплоидных. Зерна в ней большей частью сморщенные, пустые, встречаются четырех-пластные зерна гигантских размеров.

Партенокарпия у триплоидного арбуза происходит от опыления пыльцой диплоидного арбуза, приносимой насекомыми. Если изолировать цветок, плод не образуется. Поэтому, чтобы обеспечить необходимое количество пыльцы, японцы рекомендуют смешанные посадки триплоидов с диплоидами (на 1 диплоид 4-5 триплоидов). Но диплоиды и триплоиды должны быть морфологически хорошо различимы, чтобы не смешать плоды разных растений.

Триплоиды высокостерильны, при скрещивании триплоидных и диплоидных особей жизнеспособные семена образуются редко, при этом получаются диплоиды; растений с промежуточным набором хромосом не наблюдалось. Помимо арбузов, полиплоиды получены у огурцов, люффы, дыни и тыквы.

В США и позднее в Германии получили тетраплоидные формы огурцов.

Тетраплоидные растения были более мощные, имели маленькие, но широкие и более темно-зеленые листья, чем диплоидные растения. Плоды образовывались короткие и толстые.

Большая работа в РФ была проведена Н. Б. Галченко по получению полиплоидных огурцов. Ей удалось получить 7 тетраплоидных форм для теплицы и 7 для открытого грунта. Для получения полиплоидов она обрабатывает проростки семян огурцов колхицином в концентрации 0,05% при температуре 18-20° в течение 48-72 часов, в зависимости от сорта.

Читайте также:  По какому признаку различаются деревья кустарники травянистые растения

У люффы тетраплоидные формы имеют более толстую кору, короткие плоды, более толстые волокна и очень низкую фертильность.

В США были получены тетраплоиды у дынь, они оказались фертильными и довольно легко дали семена. Плоды тетраплоидов более мелкие, но более вкусные, чем у диплоидов. Растения менее устойчивы к мозаике, но более устойчивы к мучнистой росе, чем диплоиды. Тетраплоиды лучше переносили засуху и низкие температуры, чем диплоиды.

Явление полиплоидии используют для преодоления стерильности отдаленных гибридов через амфидиплоиды. Это показал еще в 1927 г. Т. Д. Карпеченко. Для этого искусственно получают тетраплоиды у намеченных к скрещиванию видов, затем скрещивают эти тетраплоиды. Кроме того, искусственно вызывают полиплоидию у полученных уже межвидовых гибридов первого поколения.

Американские исследователи широко использовали полиплоидию в попытках преодоления бесплодности первого поколения межвидовых гибридов тыквы.

Whitaker и Bohn получили межвидовой гибрид С. реро X С. maxima. Он был бесплоден. Для преодоления бесплодия гибриды первого поколения были обработаны колхицином. Полученные амфидиплоиды давали нормальные мужские цветки с большим процентом нормальной пыльцы. Однако они были самостерильны, и плодовитое потомство получить не удалось даже с помощью полиплоидии.

При скрещивании видов С. maxima X С. moschata первое, поколение было обработано колхицином и получен амфидиплоид — самофертильный, но стерильный при скрещивании с родительскими формами. Однако, несмотря на применение полиплоидии, американским ученым до сих пор не удалось получить практически ценных сортов от межвидовой гибридизации.

Эти исследования говорят о том, что у тыквенных культур для преодоления стерильности у межвидовых гибридов есть более эффективные приемы: метод предварительного вегетативного сближения и использование смеси пыльцы.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что многие ученые работали над получением полиплоидных форм тыквенных культур, однако крупных практических результатов пока нет, хотя полиплоидия и вызывает самые разносторонние изменения в признаках и свойствах организма.

Техническая сложность получения полиплоидов, замедленный рост, сниженная фертильность затрудняют создание новых сортов.

Источник

Экспериментальная полиплоидия лесных древесных пород

Для искусственного получения полиплоидов используют различ­ные факторы воздействия: физические (температура, ионизирую­щие излучения), химические (колхицин, хлороформ, закись азота, супермутагены и др.) и механические (декапитация). По способу по­лучения полиплоиды делятся на митотические, мейотические и зиготические (М.Е. Лобашов, 1967; Е.П. Раджабли и др., 1967; А.И. Колес­ников, 1972; О.С. Машкина, 1995).

Митотические полиплоиды возникают из соматических клеток при воздействии полиплоидогенными веществами (колхицином и др.) на вегетативные части растений (семена, точки роста, проростки и т. п.) при погружении их в раствор, помещении под капли раствора мутагена, наложении на них ватного тампона, инъекции и т.п.

Эффективность полиплоидизации в значительной степени определяется генетическими особенностями обрабатываемого мате­риала, стадией его развития в момент обработки, способами обра­ботки, концентрацией и температурой применяемого раствора, про­должительностью воздействия. Оптимальные условия обработки устанавливают для каждого объекта опытным путем. Метод обра­ботки семян дает лучшие результаты у быстрорастущих растений — осины, тополя и др.

Недостаток этого способа — возникновение преимущественно миксоплоидных растений (т.е. особей, содержащих в различном соотношении клетки и ткани разного уровня плоидности, в част­ности диплоидных и тетраплоидных). При достаточно высоком со­держании диплоидных клеток (до 50% и выше) в таких миксоплои-дах появляется опасность их деполиплоидизации, т.е. возвращения растения на исходный диплоидный уровень. Поэтому для сохране­ния полиплоидной ткани необходима дополнительная работа по расхимериванию, для чего срезают растения на пень, удаляют диплоидные быстрорастущие ветви, стимулируя развитие более медленно растущих тетраплоидных побегов.

Мейотические полиплоиды возникают от участия в гибридизации нередуцированных диплоидных, триплоидных и даже тетраплоидных гамет. Продуцентами таких гамет могут быть полиплоидные или мутантные диплоидные растения. Возникающие при этом полиплоиды будут устойчивыми, цитологически стабильными. Мейотические полиплоиды можно получать различными путями, в частности:

• выявлением, отбором и вовлечением в скрещивание есте­ственных или искусственно полученных мутантных диплоидных форм с генетически обусловленной склонностью к формированию диплоидных гамет;

• гибридизации на разнохромосомном уровне и при свободном опылении полиплоидов (2Хх 4Х, 4Хх IX, 2Хх ЗХ, ЗХх IX, ЗХх ЗХ);

• искусственным получением диплоидной пыльцы с последу­ющим использованием её в гибридизации с диплоидными растени­ями; такую пыльцу у древесных растений получают с помощью кол­хицина, низкой и высокой температуры, ионизирующей радиации, химических супермутагенов или собирают с природных деревьев-продуцентов (чаще всего гибридов) нередуцированой пыльцы.

Читайте также:  Бактерии общие для растений и человека

Зиготические полиплоиды получают путем полиплоидизации зи­готы в период её первого деления. Такие полиплоиды получены колхицинированием у видов рода Populus.

Способ получения полиплоидов откладывает отпечаток на их многие показатели. Полиплоиды, полученные в сочетании с гибридизацией (мейотические и зиготические), более гетерозиготны, сбалансированы, фертильны и продуктивны, а поэтому более пригодны для селекции, чем митотические, возникшие за счет простого умножения числа хромосом, содержащихся в вегетативных час­тях растений.

На первых этапах развития полиплоидные растения отличаются от своих диплоидных собратьев по следующим признакам: угнетен­ный или мощный рост; наличие листовых пластинок, сидящих на утолщенных коротких черешках; появление кожистых листьев тем­но-зеленой окраски; присутствие морщинистых асимметричных листовых пластинок; увеличенные размеры устьичных клеток и уменьшенное их количество на единицу площади листа; большое количество хлоропластов в замыкающих клетках устьиц; большие размеры пыльцевых зерен и большее число пор на их экзине. Окон­чательный отбор полиплоидов проводят только на основании пря­мого подсчета числа хромосом в их соматических клетках. Свой­ства экспериментальных полиплоидов лесных древесных растений могут проявиться не сразу, а постепенно в течение онтогенеза. По­этому изучение и отбор индуцированных растений должны прово­диться на протяжении нескольких лет.

Ф.Л. Щепотьев (1982) отмечает, что первые тетраплоиды у со­сны были получены Мировым и Стокуэллом в 1939г. Затем в опытах Н. Jensen and A. Levan были выделены тетраплоиды секвойи ги­гантской. ДА. Комиссаров получил триплоидные растения у сосны обыкновенной. В бывшей ГДР в результате колхицинирования се­мян выявлены тетраплоиды у ели обыкновенной, а у девяти видов пихты получены как тетраплоиды, так и октоплоиды.

Значительно шире полиплоидия распространена среди листвен­ных пород. Особенно много полиплоидных форм отмечено в семей­ствах Salicaceae, Betulaceae, Rosaceae, Fagaceae и др. Ниже приведе­ны данные по получению спонтанных (найденных в природе) и индуцированных полиплоидов у некоторых древесных пород.

Особый интерес представляет исследование полиплоидии рода дуба из семейства Fagaceae. У большинства его видов галоидное число хромосом равно 12, а диплоидное — 24. Однако у ряда севе­роамериканских видов дуба (каштановый, виргинский, мерилендский, Мишо) гаплоидное число хромосом равно 6, а диплоидное 12. Наличие в роде Quercus двух разных групп по кариотипу позво­ляет предположить, что виды с In = 24 являются тетраплоидами, а с In =12 — диплоидами. Следовательно, считающийся диплоидным Q. robur L. должен бы рассматриваться как тетраплоид. Спонтан­ные полиплоиды дуба черешчатого возникают также из многоза­родышевых желудей. Впервые триплоиды такого типа были заме­чены в Швеции. В Воронежской области естественный триплоид дуба был обнаружен В.В. Иевлевым(В.В. Иевлев и др., 1978). Ис­следования, проведенные в лесах Донецкой области, показали, что встречаемость спонтанных триплоидов среди проростков дуба че­решчатого может достигать 1,2%.

Искусственная полиплоидизация дуба черешчатого с помощью колхицина была проведена в Швеции в 1939 г. При этом были по­лучены миксоплоидные ткани с тетраплоидными (4 п = 48) клетка­ми. Близкие результаты получены и Ф.Л. Щепотьевым.

В семействе Salicaceae наиболее известны спонтанные триплои­ды осины. Выделены спонтанные и искусственно полученные по­липлоиды у тополей белого, сереющего, черного и бальзамическо­го, а также у ряда ив. Некоторые данные по полиплоидам можно найти в разделах, посвященным частной селекции этих пород.

В семействе Betulaceae полиплоиды встречаются в родах березы, ольхи и граба. Так, береза пушистая, распространенная в более су­ровых условиях севера России, является тетраплоидом (4л = 56), в то время как более южный вид (береза повислая) относится к дип-лоидам (2и = 28). Другие северные виды обладают еще более высокой плоидностью. Так, береза желтая (В. lento) — гексаплоид (6п = 84), даурская — септаплоид (7п = 98). В естественных насаждениях встречаются также триплоидные формы. С помощью колхицина X. Йонссон в Швеции получил тетраплоидные растения ольхи черной. Последующим скрещиванием с диплоидными растениями он создал триплоидные формы, которые превосходили диплоидные контрольные растения ольхи черной по продуктивности древесины на 55%.

Полиплоидные формы выделены также среди представителей семейств конскокаштановых, кленовых, липовых, лоховых (обле­пиха) и др. (Г.Ф. Привалов, 1974; Ф.Л. Щепотьев, 1982; Н.С. Ща­пов, В.К. Креймер, 1988). Во многих случаях они представляют прак­тический интерес.

| следующая лекция ==>
Физические методы получения мутантов | Селекция методом культуры клеточных тканей и клеток

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 1143 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник