Меню

Экспериментальный мутагенез у растений и животных

Экспериментальный мутагенез и его использование в селекции

6.1 Мутационная изменчивость и ее значение в селекции

В современной селекции используются следующие виды и способы получения, исходного материала:

1) естественные популяции;

2) гибридные популяции;

3) самоопыленные линии (инцухт-линии);

4) искусственные мутации и полиплоидные формы.

Значения различных видов исходного материала в истории развитии селекции и настоящее время не одинаково.

Сегодня мы становимся на искусственных мутациях.

Искусственный или экспериментальный мутагенез – важнейший источник создания исходного селекционного материала, основанный на применении ионизирующих излучений и химических мутагенов.

Сведения о первых работах по мутантам появились в 20-30 годах нашего столетия, в Советском Союзе известными учеными Сапегиным А.А. были получены ряд хозяйственно- полезных мутационных форм у пшеницы.

Однако лишь в 50-ые годы, благодаря крупным успехам ядерной физики и химии, добились получения на различных культурах практически ценных наследственных культурах.

В Институте химической физики АНСССР под руководством И. А. Рапопорта работает центр по химическому мутагенезу, являющийся кандидатом многих сельскохозяйственных НИУ, работающих по данному вопросу.

Подробно останавливаться вообще о мутациях, истории развития, становлений, о многочисленных зарубежных ученых и их результатах мы не будем, о них разговор вели на предыдущих лекциях по генетики и селекции.

Возможны 2 пути селекционного использования искусственных мутаций: – прямое использование мутаций, полученных у самых раионированных сортов; 2- использование мутации в процессе гибридизации.

В первом случае ставится задача улучшения существующих сортов по некоторым хозяйственно- биологическим признакам, исправления у них отдельных недостатков. Этот метод считается перспективным в селекции на устойчивость заболеваниям. Предполагается, что у любого ценного сорта можно быстро получить мутации устойчивости и сохранив при этом нетронутыми др. хозяйственно-биологические признаки, что дало бы возможность селекционерам быстро реагировать на рассообразование паразитов.

6.2 Методы использования мутации

Первый путь метод прямого использования мутации рассчитан на быстрое создание исходного материала с нужными признаками и свойствами. Однако прямое и быстрое использование мутаций при тех высоких требованиях, которые предъявляются в современным селекционным сортам, далеко не всегда дает положительные результаты.

Второй путь использования искусственных мутаций

Полученный вследствие мутагенезу исходный материал должен, как правило, пройти через гибридизацию.. Мутации могут изменять свое аренотипическое выражение в зависимости от того, в какой генотип они включаются. Особенно это относится к малым аризиологическим мутациям. Поэтому скрещивание качественно меняет влияние отдельных мутаций на развитие многих признаков и свойств: широко применяются также сочетание индуцированного мутагенеза с гибридизацией, обработка мутагенезами гибридных семян F; F, и старших поколений, скрещивание мутантных форм между собой и с лучшими раионированными сортами, бекрасовая гибридизация.

Третий путь. Используется эксперимент мутагенез и совместно с отдаленной гибридизацией. Путем искусственных мутаций в ряде случаев удается преодолевать нескрещиваемость разных далеких видов растений, а также производить пересадку путем трасплонтаций отдельных локусов хромосом диких видов в хромосомный комплекс культурных растений (в США от эгилопса перенесли в геном пшеницы локус, контролирующий уст. к ржав. от пырея, локус, контролирующий уст. к стебл. ржавчин и головке и т.д.).

Закономерности эксп. мутагенеза у различных сортов подчиняются закону гомологических рядов в наследс. изменчивости.

Процесс мутирования связанный с изменением отдельных генов, и с перестройкой хромосом (фрагментация нехватки, генверсии, дупликации, транслокации), обычен для всех растений. Однако в природных популяциях выявить процесс мутирования трудно. Появляющиеся в результате мутации новые признаки в естественных условиях природы обычно характеризуют в лучшем случае 1% взятых растений, а часто эта цифра до 1 . 10-6 и даже меньше.

Огромное большинство естественно возникающих и экспериментально вызываемых мутаций рецессивно. Но мутации доминантного характера не исключены полностью, хотя и более редки.

(возникновение красной окраски колоса у белоколосой пшеницы, крайне быстро развивающиеся и плодоносящие на первом году мутанты лесной земляники). В некоторых случаях возникновение доминантных признаков растений с соответствующими рецессивными признаками может быть связано не с непосредственным переходом определенного рецессивного в его доминантную, а с мутацией гена иного локуса. Такой новый мутантный ген может подавлять эффект предшествующей мутации и вызывать возврат к проявлению доминантных признаков исходной формы.

Мутирование стало известно генетикам почти с законами Менделя. Но эволюционное значение этого явления долго было предметом дискуссий. Многие из известных мутаций шли в направлении ослабления организма и были обусловлены или явно вредными перестройками хромосом, или вредными генами. Это вызывало сомнение в прогрессивной роли мутации.

Экспериментальное получение мутаций на заре XX века не было разработано, и существовало мнение, что этот процесс управляется не включительно внутренними характерами структуры клетки. Открытие индуцирования мутации лучами Рентгена показало возможность значительного повышения частоты мутации под влиянием характера внешней среды. Но зависимость характера мутации от исходного генотипа была несомненной. Первые опыты экспериментального получения мутантов у растений при помощи лучей Рентгена дали Картину, во многом напоминающую ту, что наблюдается после инбридинга у аллогамных растений. А такое проявление ганотипической изменчивости было мало интересно селекционеру того времени. Лишь значительно позднее, в середине XX столетия, были общие закономерности мутационного процесса и положительные перспективы его использования в селекции растений.

Читайте также:  Соотнести номера ярусов смешанного леса с видами растений

1. Мутационная изменчивость и ее значение в селекции.

Источник

Мутагенез как метод селекции

Мутагенез — процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием внутренних или внешних естественных (спонтанных) или искусственных (индуцированных) факторов.

В зависимости от характера изменений мутации подразделяются на: генные, геномные и хромосомные. А в зависимости от места возникновения их подразделяют на генеративные и соматические. В зависимости от механизма воздействия на организм мутации бывают спонтанными и индуцированными.

Основные свойства мутаций: мутации могут происходить у любого организма, на любой стадии его развития, в различных тканях и клетках. Они возникают внезапно, без всяких переходов и являются устойчивыми в ряду поколений. Мутации всегда случайны, разнонаправлены и не соответствуют факторам, их вызывающим.

Мутации, возникшие в половых клетках, называются генеративными. Генеративные мутации передаются последующим поколениям в процессе полового размножения.

Мутации, возникшие в клетках других тканей, называются соматическими. Соматические мутации по своей природе ничем не отличаются от генеративных. Возникшая соматическая мутация образует свою ткань, которая может быть обнаружена на отдельной ветке или другой части растения. Особи, несущие отдельные участки мутантной ткани, называются мозаиками или химерами. Если мутация произошла в точке роста зародыша на стадии семени, то мутантная клетка может дать начало всему растению. Соматические мутации передаются следующему поколению при размножении растения вегетативным путем из мутированной части. У организмов, размножающихся исключительно половым путем, соматические мутации не играют какой либо роли в эволюции и не имеют значения в селекции.

Спонтанные мутации. Мутации, возникшие в природе под воздействием факторов внешней среды или в результате физиологических и биохимических изменений в самом организме без воздействия человека, называются спонтанными.

Частота спонтанных мутаций варьирует очень сильно. Каждый индивидуальный ген мутирует очень редко. Однако в связи с тем, что число генов у большинства видов чрезвычайно велико, общая частота мутирования в данном поколении может быть весьма значительной.

Среди факторов среды, вызывающих мутации, для долго живущих древесных пород большое значение имеет естественный радиационный фон. Считается, что естественная радиация является причиной до 40-50 % спонтанных мутаций у древесных пород. Наиболее известным фенотипическим проявлением спонтанных мутаций является хлорофильные мутации (когда у растений полностью или частично не образуется хлорофилл). Половые хлорофильные мутации (альбиносы) как правило, летальны. Помимо хлорофильных мутаций в природе довольно часто встречаются и другие спонтанные мутации: причудливые формы ствола и типа ветвления, морфологические нарушения листьев и хвои.

Большинство мутаций приводят к понижению жизнеспособности или вовсе летальны. Чаще всего мутации нарушают равновесие внутри комплекса генетической системы, сложившейся в процессе эволюции. Каждый вид на протяжении длительной эволюции приспособился к определенному образу жизни, в определенных условиях среды. Поэтому вновь возникшие мутации буду, как правило, или вредны, или, по меньшей мере, менее ценными. Например, окраска бабочек соснового шелкопряда или сосновой пяденицы таковы, что их нельзя отличить от коры дерева. Эта защитная окраска образовалась в процессе длительной эволюции и любая мутация в сторону изменения окраски будет нежелательной, так как ведет к обнаружению их врагами.

Однако бываю случаи, когда мутации бывают полезными. Так, у некоторых злаковых и люпина найдены мутанты, которые отличались повышенной жизнеспособностью. Мутации у некоторых бабочек, приведшие к изменению их окраски в серый цвет, оказались благоприятными для районов с сильно развитой промышленностью, где наблюдается повышенное загрязнение воздуха..

Возникновение мутаций всегда означает изменение нормы реакции. Поэтому новые мутации могут оказаться полезными в новых условиях среды. Мутации, возникшие на границах ареала данного вида, могут дать удачные изменения нормы реакции, которые позволят ему расширить ареал за счет освоения новых районов.

Все изложенное показывает, что все мутации, в том числе и вредные в данных условиях, представляют ценность в эволюционном отношении. Мутации создают резерв наследственной изменчивости данного вида, который позволяет виду приспосабливаться к меняющимся условиям среды и завоевывать новые жизненные пространства.

Читайте также:  Что означает слово ампельные растения

Для селекционера мутации являются “сырым” материалом, который может быть успешно использован в селекции растений с нужными для человека качествами. Однако частота спонтанных мутаций очень низка для того, чтобы ее можно было использовать в селекции. Поэтому селекционеры применяют различные факторы, чтобы усилить мутационный процесс у организмов, т.е. индуцировать мутации.

Индуцированные мутации— это мутации вызванные воздействием на организм с участием человека. Попытки вызвать наследственные изменения путем воздействия на организм различными внешними факторами предпринимались уже давно. Однако первые успехи были получены в начале 20-го столетия благодаря использованию ионизирующих излучений и разработке специальных методов учета мутаций. Впервые русские ученые Надсон и Филиппов в 1925 г. показали влияние лучей радия на наследственную изменчивость у дрожжей. А в 1927 г. Г. Меллер, разработав оригинальную методику количественного учета спонтанных и индуцированных мутаций у дрозофилы, убедительно показал возможность получения множества мутаций с помощью рентгеновских лучей.

Выделяют две большие группы мутагенов: физические и химические. Физические мутагены в свою очередь подразделяются на электромагнитные (рентгеновские лучи, гамма-лучи) и корпускулярные излучения (электроны, протоны, нейтроны и альфа-частицы). Кроме указанных в качестве мутагенных факторов могут служить также ультрафиолетовые лучи и резкие понижения или повышения температуры окружающей среды.

Химические мутагены стали использоваться в селекции совсем недавно, хотя возможность получения мутаций под влиянием химических веществ была установлена еще в 1930 г.

Характерным отличием химических мутагенов от ионизирующих излучений является то, что последние дают всегда высокий процент хромосомных нарушений, в то время как химические вещества ведут в основном к изменениям отдельных генов и образованию мелких нехваток хромосом, что является более ценным для селекции. Наиболее известными химическими мутагенами являются: этилметансульфонат — 0,15-0,2 %, этиленамин -0,001-0,005 %, диэтилсульфат — 0,05-0,1 %, нитрозометилмочевина — 0,01-0,015 %, нитрозоэтилмочевина — 0,012 % Приведенные концентрации примерны и в каждом конкретном случае требую тщательной проверки. Выдерживание семян в растворе мутагена не должно быть слишком коротким и слишком продолжительным. В среднем рекомендуется замачивать семена на 3-12 часов

В действии ионизирующих излучений на древесные породы следует различать хотя и связанные между собой, но в то же время самостоятельные проблемы: мутабильность и радиочувствительность.

Мутабильность — способность вида, разновидности мутировать под воздействием на него внешних факторов

Радиочувствительность — степень нарушения различных процессов и поражение тканей в результате влияния определенной дозы радиации. Радиочувствительность обычно оценивается критической дозой, т.е. дозой при которой выживает до 30-50 % растений. Существует понятие летальная доза, при которой наблюдается 100 % гибель растений. Проведенные исследования с древесными породами показали, что хвойные породы имею высокую радиочувствительность по сравнению с лиственными, особенно кедр сибирский, лиственница сибирская и сосна обыкновенная, для которых критической дозой оказались дозы 1-5 тыс р. Самыми устойчивыми к радиации оказались ракитники с горных склонов и барбарис амурский. Довольно устойчива к облучению липа крупнолистная и ясень обыкновенный

Различная радиочувствительность зависит от многих причин. Однако главной причиной, по мнению многих исследователей, является размер хромосом. Чем больше размер хромосом, тем более чувствительны растения к облучению. Полиплоиды более устойчивы к облучению, а также гибридные формы и формы, обладающие гетерозисным эффектом.

В настоящее время метод мутационной селекции используется во всех странах мира.

Как от химического, так и от физического воздействия с большей частотой возникают различные изменения окраски и форм цветков, листьев, формы соцветий, сроков зацветания, высоты растения, появляются формы устойчивые к различным заболеваниям, зимостойкие с измененным запахом.

Очень важный эффект мутагенного воздействия — увеличения количества вегетативного потомства. Для наиболее красивых с оригинальной окраской сортов гладиолусов характерно образование небольшого числа деток. Облучение луковиц, особенно обработка химическими мутагенами, стимулирует их плодовитость, всхожесть и рост.

Облучение черенков, семян и генеративных органов растений может вызвать мощный рост вегетативной массы.

Мутантное воздействие способствует получению линии с мужской стерильностью, необходимых для создания гетерозисных гибридов. Мутанты с мужской стерильностью получены у бархатцев, петунии

Облучение семян и генеративных органов может ускорить развитие сеянцев цветочных культур. Такие сеянцы не только быстрее растут, но и раньше начинают цвести и плодоносить

Увеличение разнообразия потомства – основной эффект от воздействия мутагенными факторами на генеративные органы и семена.

Увеличение изменчивости может отражаться одновременно на многих признаках: окраске цветков, плодов, форме соцветия и отдельных цветков, габитусе куста, форме, окраске и размерах луковиц, стеблей, листьев и др.

Дата добавления: 2017-06-02 ; просмотров: 6588 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Экспериментальный мутагенез у растений и животных

Подробное решение параграф §68 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Теремов А.В., Петросова Р.А. Углубленный уровень 2017

Вспомните, что такое мутации. Какие различают мутации по характеру изменения генотипа организма? Что такое полиплоидия?

Мута́ция (лат. mutatio – изменение) – стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генома.

Генные, хромосомные, геномные.

Полиплодия – это наследственное изменение, характерное в основном, для растений – увеличение количества хромосом в следующих поколениях

Вопросы и задания

1. Что такое мутагенез? Чем он отличается от мутационного процесса?

мутагенез – искусственное получение мутаций у многих видов растений, животных, грибов, а также бактерий и вирусов под действием физических и химических факторов — мутагенов.

В мутагенезе специально вызывают мутацию, в мутационном процессе мутация возникает из — за действий окружающей среды.

2. С какой целью проводят экспериментальный мутагенез? Какие способы для этого используют в селекции? Приведите соответствующие примеры.

Экспериментальный мутагенез открыл широкие возможности получения исходного материала для селекции, повышения частоты возникновения на — следственных изменений признаков организмов и спектра их изменчивости. Использование исходного материала, полученного в ходе мутагенеза в сочетании с другими методами комбинационной селекции, позволило создать немало хозяйственно ценных культурных форм организмов.

Широко используют в экспериментальном мутагенезе различные химические мутагены, такие как этиленимин, азотистый иприт и др. Примером химического мутагенеза в селекции растений служит выведение во Всероссийском научно — исследовательском институте масличных культур подсолнечника сорта Первенец. Масло, полученное из его плодов — семянок, содержит до 75% олеиновой кислоты, что делает его по качеству не уступающим оливковому маслу.

Применяют радиационный и химический мутагенез и в селекции микроорганизмов. Так, в нашей стране учёными — генетиками под руководством С. И. Алиханяна в результате обработки плесневых грибков – продуцентов антибиотиков – мутагенами физической и химической природы были созданы новые штаммы микроорганизмов, продуктивность которых в 1000 раз превысила исходные немутантные родительские формы.

3. Приведите примеры сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов, выведенных с помощью радиационного и химического мутагенеза.

Мутантные формы пшеницы, кукурузы, сон и других полевых и овощных культур получены в последние годы в научно – исследовательских учреждениях нашей страны. Районированы мутантные сорта озимой пшеницы Киянка, яровой пшеницы Новосибирская 67, ячменя Минский, Темп, Дебют, сои Универсал, люпина Киевский скороспелый, Горизонт и Днепр с повышенным содержанием белка, овса Зеленый, фасоли Санарис 75.

4. По образному выражению отечественного ботаника П. М. Жуковского, человека кормят и одевают полиплоиды. Объясните, как вы это понимаете. Опишите основные методы получения полиплоидов в селекционной работе.

Поскольку полиплоидные формы часто обладают ценными хозяйственными признаками, искусственную полиплоидизацию применяют в растениеводстве для получения исходного селекционного материала. С этой целью используют специальные мутагены (напр. , алкалоид колхицин) , нарушающие расхождение хромосом в митозе и мейозе. Получены урожайные полиплоиды ржи, гречихи, сахарной свёклы и др. культурных растений; стерильные триплоиды арбуза, винограда, банана популярны благодаря бессемянным плодам.

Применение отдалённой гибридизации в сочетании с искусственной полиплоидизацией позволило отечественным учёным ещё в 1 — й пол. 20 в. впервые получить плодовитые полиплоидные гибриды растений (Г. Д. Карпеченко, гибрид — тетраплоид редьки и капусты) и животных (Б. Л. Астауров, гибрид — тетраплоид тутового шелкопряда).

Существующие методы искусственного получения аллополиплоидов можно разделить на две группы: 1) опыление нередуциро­ванными гаметами; 2) индуцирование мутагенами.

При нормально протекающем мейозе хромосомное число в клет­ках уменьшается с 2 п до 1 п. Но иногда редукционное деление не проис­ходит, и образуются яйцеклетки или пыльцевые зерна с 2 п хромосомами. Если пыльцевое зерно с 2 п хромосомами оплодотворит яйцеклетку с гап­лоидным набором хромосом, образуется триплоидный эмбрион. Таким пу­тем в настоящее время получают тетраплоидную осину, опыляя крупными триплоидными пыльцевыми зернами женские цветки диплоидных расте­ний. Просеиванием пыльцы через тонкую ткань отделяют крупную триплоидную пыльцу от диплоидной.

Индуцирование полиплоидии, в свою очередь, проводится двумя способами: а) воздействие нагреванием, высушиванием или холодом; б) индуцирование колхицином и подофиллином; в) получение триплоидов из семян. Удвоение соматических хромосом таким путем происходит до­вольно часто (в 1 % или более делящихся клеток). Наиболее часто обра­зующиеся клетки с тетраплоидным набором обрастают вокруг тканью, а растение в целом остается диплоидным.

5. Приведите примеры полиплоидных форм сельскохозяйственных животных.

Источник