06. Явление полиплоидии. Механизм образования полиплоидов. Полиплоидия у растений

возникновение и ее роль в образовании видов

Полиплоидия – это увеличение количества хромосомных наборов в клетках растений или животных, которое кратно одинарному числу хромосом.

Гаметы в основном гаплоидны (имеют один набор хроматид), соматические – диплоидны. Если клетки живого организма содержат больше 2 наборов хромосом, то его называют полиплоидом. Триплоиды включают 3 набора, тетраплоиды – 4, пентаплоиды – 5. Особи, с нечетным набором хромосом, не могут давать потомства. Это связано с тем, что их гаметы не имеют полного набора хромосом и не способны к делению.

Как возникает полиплоидия

Полиплоидия — одна из форм изменчивости. Обеспечивает видовое разнообразие, когда потомство приобретает новые черты, отличаясь фенотипически от родителей.

Основное условие — отсутствие расхождения хромосом в мейозе. При этом половая клетка будет иметь диплоидный хромосомный набор. Если ее скрестить с гаплоидной клеткой получится триплоид, если же произойдет слияние между клетками с одинаковым количеством хромосомных наборов – образуется тетраплоидная зигота.

У каких организмов встречается полиплоидия? Среди диких видов растений, особенно цветковых, полиплоидия наблюдается часто (полиплоидов примерно половина). Поскольку растения могут размножаться вегетативно, полиплоидность не мешает им давать потомство, в отличие от животных.

В животном мире такое явление редкое, поскольку нерасхождение хромосом в мейозе приводит к генетическим ошибкам. Полиплоидия у животных характерна для некоторых гермафродитов (представители типа Черви) и особей, которые размножаются без оплодотворения. Плоидность простейших отличается колоссальным количеством наборов хромосом (около ста).

Роль полиплоидии в образовании видов

Около 75% нынешних сортов культурных растений — полиплоиды. Это овощи и фрукты, злаки, а также цитрусовые и лекарственные растения. Популярные триплоиды: арбузы и виноград без косточек. Данные виды доказывают стерильность триплоидных организмов, поскольку не могут давать потомства.

Полиплоидия нашла применение среди селекционеров, которые создают новые сорта растений. В основе метода лежит искусственное увеличение хромосомных наборов в клетках живых организмов, которое всегда кратно гаплоидному набору. Вследствие этого идет интенсивный рост клеток и особи в целом.

На сегодняшний день выведено много новых, плодовитых и устойчивых сортов. Для получения желаемого результата, применяют такой мутаген, как колхицин. Он препятствует расхождению хромосом во время деления.

Мутации с увеличением числа хромосом возникают также под влиянием температуры, радиации, или вследствие перемены внутреннего состояния клетки. Таким образом, под влиянием внешних факторов не образуется веретено деления, и процесс распределения генетической информации между дочерними клетками останавливается. Причиной возникновения полиплоидии может стать эндомитоз – идет удвоение количества хромосом, но само ядро не делится.

Клеточная полиплоидия делает растения более стойкими к переменам окружающей среды, и воздействию чужеродных агентов. Такая выносливость обусловлена тем, что в случае гибели нескольких гомологичных хромосом, большинство все же продолжают функционировать.

Используют для селекции также аллополиплоидные организмы. Хромосомные наборы таких особей различаются: набором генов, формой или количеством хромосом. Так, скрещивание растений различных родов, к примеру, ржи и пшеницы, дает в результате гибрида с одинарным набором ржи и одинарным набором пшеницы. Данное потомство не будет способно к дальнейшему воспроизведению себе подобных, только увеличение числа хромосом обоих растений даст возможность возобновить репродуктивную функцию.

Значение полиплоидии

Полиплоидия сыграла огромную роль в эволюции диких и окультуренных растений (предполагают, что 30% растений появились благодаря полиплоидии). Свидетельством роли полиплоидии в эволюционном становлении растительного мира служат полиплоидные ряды. В таком случае представители одного рода формируют эуплоидный ряд с увеличением количества хромосомных наборов.

Усовершенствованная морфология и физиология полиплоидных растений дает им возможность заселять новые места, которые недоступны другим видам из-за неблагоприятные внешние условия.

Многие века человек неосознанно вел отбор полиплоидных видов, которые приносили большие урожаи, были выносливы к плохим погодным условиям и действию патогенных микроорганизмов. Овладение методом экспериментального образования полиплоидов дало возможность внедрить высокопродуктивные виды, например, триплоидную сахарную свеклу, или перечную мяту.

Полиплоидия также встречается при патологическом разрастании ткани, образовании злокачественных опухолей.

animals-world.ru

Полиплоидия

Введение....................................................................................................... 3

I. Формы изменчивости............................................................................... 4

II. Роль полиплодии в видообразовании..................................................... 7

III. Значениие полиплоидии в селекции растений....................................... 9

Заключение................................................................................................. 11

Список литературы.................................................................................... 12

В природе хорошо отлажены механизмы, обеспечивающие сохранение постоянства генетического материала. Каждая материнская клетка при делении на две дочерний строго распределяет наследственное вещество поровну. При половом размножении новый организм образуется в результате слияния мужской и женской гаметы. Чтоб сохранилось постоянство хромосом у родителей и потомства, каждая гамета должна содержать половину числа хромосом обычной клетки. И в самом деле, происходит уменьшение в два раза числа хромосом, или, ка назвали ученые редукционное деление клетки, при котором в каждую гамету попадает только одна из двух гомологичных хромосом. Итак, гамета содержит гаплоидный набор хромосом - т.е. по одной от каждой гомологичной пары. Все соматические клетки дипловдны. У них два набора хромосом, из которых один поступил от материнского организма, а другой от отцовского. Полиплоидия успешно используется в селекции.

Сравнительная характеристика форм изменчивости

Полиплоидия относится к генотипической изменчивости.

Генотипическая изменчивость подразделяется на мутационную и комбинативную. Мутациями называются скачкообразные и устойчивые изменения единиц наследственности — генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Термин “мутация” был впервые введен де Фризом. Мутации обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.

Мутации по характеру проявления бывают доминантными и рецессивными. Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными а несовместимые с жизнью — летальными. Мутации подразделяют по месту их возникновения. Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих изменившийся — мутировавший — ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими.Мутации классифицируют по уровню их возникновения. Существуют хромосомные и генные мутации. К мутациям относится также изменение кариотипа (изменение числа хромосом).

Полиплоидия — увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору. В соответствии с этим у растений различают триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т. д. В растениеводстве известно более 500 полиплоидов (сахарная свекла, виноград, гречиха, мята, редис, лук и др.). Все они выделяются большой вегетативной массой и имеют большую хозяйственную ценность.

Большое многообразие полиплоидов наблюдается в цветоводстве: если одна исходная форма в гаплоидном наборе имела 9 хромосом, то культивируемые растения этого вида могут иметь 18, 36, 54 и до 198 хромосом. Полиплоиды пблучают в результате воздействия на растения температуры, ионизирующей радиации, химических веществ (колхицин), которые разрушают веретено деления клетки. У таких растений гаметы диплоидны, а при слиянии с гаплоидными половыми клетками партнера в зиготе возникает триплоидный набор хромосом (2n + n = Зn). Такие триплоиды не образуют семян, они бесплодны, но высокоурожайны. Четные полиплоиды образуют семена.

Плоды сливы

Плоды алычи

Плоды терна

У растений встречается и другой, более редкий способ хромосомного видообразования — путем гибридизации с последующей полиплоидией. Близкородственные виды часто различаются своими хромосомными наборами, и гибриды между ними получаются бесплодными вследствие нарушения процесса созревания половых клеток. Гибридные растения, тем не менее, могут существовать довольно продолжительное время, размножаясь вегетативно. Мутация полиплоидии «возвращает» гибридам способность к половому размножению. Именно таким образом — путем гибридизации терна и алычи с последующей полиплоидией — возникла культурная слива (см. рис.)

Существуют методы, позволяющие экспериментально получать полиплоидиые растения. За последние годы с их помощью созданы полиплоидные сорта ржи, гречихи, сахарной свеклы.

Впервые отечественный генетик Г. Д. Карпеченко в 1924 г. на основе полиплоидии преодолел бесплодие и создал капустно-редечный гибрид Капуста и редька в диплоидном наборе имеют по 18 хромосом (2п = 18), Соответственно их гаметы несут по 9 хромосом (гаплоидный набор). Гибрид капусты и редьки имеет 18 хромосом. Хромосомный набор слагается из 9 «капустных;» и 9 «редечных» хромосом. Этот гибрид бесплоден, так как хромосомы капусты и редьки не конъюгируют, поэтому процесс образования гамет не может протекать нормально, В результате удвоения числа хромосом в бесплодном гибриде оказались два полных (диплоидных) набора хромосом редьки и капусты (36). Вследствие этого возникли нормальные условия для мейоза: хромосомы капусты и редьки соответственно конъюгнровали между собой. Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18). В зиготе вновь оказалось 36 хромосом; гибрид стал плодовитым.

Мягкая пшеница — природный полиплоид, состоящий из шести гаплоидных наборов хромосом родственных видов злаков. В процессе ее возникновения отдаленная гибридизация и полиплоидия играли; важную роль.

Методом полиплоидизацни отечественные селекционеры создали ранее не встречавшуюся в природе ржано-пшеничную форму — тритикале. Создание тритикале — нового вида зерновых, обладающего выдающимися качествами,— одно из крупнейших достижений селекции. Он был выведен благодаря объединению хромосомных комплексов двух различных родов — пшеницы и ржи. Тритикале по урожайности, питательной ценности и другим качествам превосходит обоих родителей. По устойчивости к неблагоприятным почвенно-климатическим условиям и наиболее опасным болезням она превосходит пшеницу, не уступая ржи.

Эта работа, несомненно, относится к числу блестящих достижений современной биологии.

В настоящее время генетики и селекционеры создают всё новые формы злаков, плодовых и других культур с использованием полиплоидии.

Полиплоидия (от греч. polyploos - многократный и eidos - вид) — наследственное изменение, заключающееся в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма. Широко распространена у растений (большинство культурных растений — полиплоиды. Полиплоидия может быть вызвана искусственно (например, алкалоидом колхицином). У многих полиплоидных форм растений более крупные размеры, повышенное содержание ряда веществ, отличные от исходных форм сроки цветения и плодоношения. На основе полиплоидии созданы высокоурожайные сорта сельскохозяйственных растений (напр., сахарной свеклы).

1.     Биологическая  энциклопедия. /Составитель  С.Т. Исмаилова. — М.: Аванта+, 1996.

2.     Богданова Т.Л. Биология. Пособие для поступающих в ВУЗы. — М., 1991.

3.     Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. — М.: Юнити, 2000.

4.     Биологический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1989.

ua-referat.com

Полиплоидия

Полиплоидия (от греч. polyploos — многократно повторяющийся и eidos — вид) — это кратное увеличение числа наборов хромосом. Одиночный, или гаплоидный (и), набор у высших растений и животных представлен в половых клетках (см.).

При половом процессе после оплодотворения яйцеклетки, т. е. слияния двух гамет (см.), возникает новое состояние с двойным, или диплоидным (2n), набором хромосом (см.), передающимся большинству соматических клеток многоклеточного организма и представляющим для них норму.

По-существу, уже сам половой процесс дает при слиянии двух наборов первую ступень полиплоидии, однако в случае высших организмов полиплоидией принято называть более высокие степени умножения, т. е. наборы: триплоидный (Зn), тетраплоидный (4n), гексаплоидный (6n) и т. д.

Полиплоидии принадлежит особая роль в процессах нормальной дифференцировки некоторых клеток в индивидуальном развитии (онтогенезе) высших растений и животных, включая человека. Помимо этого, полиплоидия имеет значение и в процессах регенерации.

Особо надо отметить полиплоидию, наблюдаемую в патологических условиях (рост злокачественных новообразований).

Чрезвычайно велико значение полиплоидии в становлении новых видов растений. Близкородственные виды растений одного рода часто укладываются в так называемые полиплоидные ряды (пшеницы с 14 или 28, или 42 хромосомами и др.). Морфологические и физиологические преимущества полиплоидных видов позволяют им иногда заселять новые ареалы, недоступные из-за суровых условий для других видов. Установлено, что и в селекции сельскохозяйственных растений человек, не подозревая того, веками вел искусственный отбор полиплоидных форм, от которых ныне получают основную массу пищевых и кормовых белков, жиров и углеводов. Освоение метода экспериментального создания полиплоидов уже привело к внедрению некоторых из них в сельскохозяйственную практику (триплоидные сахарная свекла, перечная мята и др.).

Перспективный метод получения полиплоидных форм часто сочетают с искусственной гибридизацией. Полиплоидия — единственный метод преодоления бесплодия гибридов, полученных в результате скрещивания отдаленных видов.

В эволюции животных полиплоидия не получила такого значения, как у растений. Этому, по-видимому, препятствовал сложный механизм определения пола (см.) у животных. Однако там, где этот барьер снят, где имеет место партеногенетическое размножение, возникли полиплоидные виды, завоевавшие более или менее обширные ареалы.

Случаи возникновения спонтанной полиплоидии у животных наблюдаются так же, как и у растений; освоено и их получение в эксперименте. Это ставит вопрос и об их практическом использовании. Первые шаги уже сделаны в нашей стране В. Л. Астауровым, получившим размножающиеся полиплоиды шелкопряда. Отдельные случаи полиплоидии обнаружены и у человека.

www.medical-enc.ru

Биология для студентов - 06. Явление полиплоидии. Механизм образования полиплоидов

Полиплоидия, увеличение числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному (одинарному) числу хромосом; тип геномной мутации. Половые клетки большинства организмов гаплоидны (содержат один набор хромосом – n), соматические – диплоидны (2n). Организмы, клетки которых содержат более двух наборов хромосом, называются полиплоидами:

• три набора – триплоид (3n),
• четыре – тетраплоид (4n) и т. д.

Наиболее часто встречаются организмы с числом хромосомных наборов, кратным двум, – тетраплоиды, гексаплоиды (6 n) и т. д. Полиплоиды с нечётным числом наборов хромосом (триплоиды, пентаплоиды и т. д.) обычно не дают потомства (стерильны), т. к. образуемые ими половые клетки содержат неполный набор хромосом – не кратный гаплоидному.

Полиплоидия может возникнуть при нерасхождении хромосом в мейозе. В этом случае половая клетка получает полный (нередуцированный) набор хромосом соматической клетки (2n). При слиянии такой гаметы с нормальной (n) образуется триплоидная зигота (3n), из которой развивается триплоид. Если обе гаметы несут по диплоидному набору, возникает тетраплоид. Полиплоидные клетки могут возникнуть в организме при незавершённом митозе: после удвоения хромосом деления клетки может не происходить, и в ней оказываются два набора хромосом. У растений тетраплоидные клетки могут дать начало тетраплоидным побегам, цветки которых будут вырабатывать диплоидные гаметы вместо гаплоидных. При самоопылении может возникнуть тетраплоид, при опылении нормальной гаметой – триплоид. При вегетативном размножении растений сохраняется плоидность исходного органа или ткани.

Полиплоидия широко распространена в природе, но среди разных групп организмов представлена неравномерно. Большое значение этот тип мутаций имел в эволюции диких и культурных цветковых растений, среди которых около 47 % видов – полиплоиды. Высокая степень плоидности свойственна простейшим – число наборов хромосом у них может возрастать в сотни раз. Среди многоклеточных животных полиплоидия редка и более характерна для видов, утративших нормальный половой процесс, – гермафродитов, например земляных червей, и видов, у которых яйцеклетки развиваются без оплодотворения (партеногенез), например некоторых насекомых, рыб, саламандр.

Одна из причин, по которой полиплоидия у животных встречается значительно реже, чем у растений, заключается в том, что у растений возможно самоопыление, а большинство животных размножается путём перекрёстного оплодотворения, и, значит, возникшему мутанту-полиплоиду нужна пара – такой же мутант-полиплоид другого пола. Вероятность подобной встречи крайне низка. Довольно часто у животных бывают полиплоидными клетки отдельных тканей (например, у млекопитающих – клетки печени).

Полиплоидные растения часто более жизнеспособны и плодовиты, чем нормальные диплоиды. О их большей устойчивости к холоду свидетельствует увеличение числа видов-полиплоидов в высоких широтах и в высокогорьях.

Поскольку полиплоидные формы часто обладают ценными хозяйственными признаками, искусственную полиплоидизацию применяют в растениеводстве для получения исходного селекционного материала. С этой целью используют специальные мутагены (алкалоид колхицин), нарушающие расхождение хромосом в митозе и мейозе. Получены урожайные полиплоиды ржи, гречихи, сахарной свёклы и других 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).

vseobiology.ru

Полиплоидия

ПОЛИПЛОИДИЯ, увеличение числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному (одинарному) числу хромосом; тип геномной мутации. Половые клетки большинства организмов гаплоидны (содержат один набор хромосом – n), соматические – диплоидны (2n). Организмы, клетки которых содержат более двух наборов хромосом, называются полиплоидами: три набора – триплоид (3n), четыре – тетраплоид (4n) и т. д. Наиболее часто встречаются организмы с числом хромосомных наборов, кратным двум, – тетраплоиды, гексаплоиды (6 n) и т. д. Полиплоиды с нечётным числом наборов хромосом (триплоиды, пентаплоиды и т. д.) обычно не дают потомства (стерильны), т. к. образуемые ими половые клетки содержат неполный набор хромосом – не кратный гаплоидному.

Полиплоидия может возникнуть при нерасхождении хромосом в мейозе. В этом случае половая клетка получает полный (нередуцированный) набор хромосом соматической клетки (2n). При слиянии такой гаметы с нормальной (n) образуется триплоидная зигота (3n), из которой развивается триплоид. Если обе гаметы несут по диплоидному набору, возникает тетраплоид. Полиплоидные клетки могут возникнуть в организме при незавершённом митозе: после удвоения хромосом деления клетки может не происходить, и в ней оказываются два набора хромосом. У растений тетраплоидные клетки могут дать начало тетраплоидным побегам, цветки которых будут вырабатывать диплоидные гаметы вместо гаплоидных. При самоопылении может возникнуть тетраплоид, при опылении нормальной гаметой – триплоид. При вегетативном размножении растений сохраняется плоидность исходного органа или ткани.

Полиплоидия широко распространена в природе, но среди разных групп организмов представлена неравномерно. Большое значение этот тип мутаций имел в эволюции диких и культурных цветковых растений, среди которых ок. 47 % видов – полиплоиды. Высокая степень плоидности свойственна простейшим – число наборов хромосом у них может возрастать в сотни раз. Среди многоклеточных животных полиплоидия редка и более характерна для видов, утративших нормальный половой процесс, – гермафродитов (см. Гермафродитизм), напр. земляных червей, и видов, у которых яйцеклетки развиваются без оплодотворения (см. Партеногенез), напр. некоторых насекомых, рыб, саламандр. Одна из причин, по которой полиплоидия у животных встречается значительно реже, чем у растений, заключается в том, что у растений возможно самоопыление, а большинство животных размножается путём перекрёстного оплодотворения, и, значит, возникшему мутанту-полиплоиду нужна пара – такой же мутант-полиплоид другого пола. Вероятность подобной встречи крайне низка. Довольно часто у животных бывают полиплоидными клетки отдельных тканей (напр., у млекопитающих – клетки печени).

Полиплоидные растения часто более жизнеспособны и плодовиты, чем нормальные диплоиды. О их большей устойчивости к холоду свидетельствует увеличение числа видов-полиплоидов в высоких широтах и в высокогорьях.

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). См. также Гаплоид.Геном.Диплоид.Кариотип.

sbio.info

Полиплоидия, раздел «Биолог» — Юнциклопедия

Полиплоидия (от греческих слов polyploos — многократный и eidos — вид) — наследственное изменение, заключающееся в кратком увеличении числа наборов хромосом в клетках.

Дети всегда похожи на обоих родителей. Происходит это потому, что в каждой их клетке находятся два набора хромосом, два комплекта генов — один материнский и один отцовский. Такой двойной, или диплоидный (от греческих слов diploos — двойной и eidos — вид), набор хромосом типичен для живой природы. Он достаточен для преемственности поколений. Но в некоторых тканях диплоидных организмов в процессе их развития появляются клетки, в которых 4, 8 или гораздо больше наборов хромосом. Такие клетки называют полиплоидными, а сам процесс — соматической полиплоидией (от греческого слова soma — тело). Такая частичная полиплоидизация клеток некоторых тканей очень широко распространена, она свойственна всем изученным классам животных и растений. Например, у млекопитающих много полиплоидных клеток находят в печени, сердце, среди пигментных клеток и др. Другое явление — генеративная полиплоидия, исходно свойственная организмам или искусственно создаваемая при оплодотворении. В этом случае все клетки организма полиплоидные. Такой вариант полиплоидии наиболее свойствен растениям, особенно высшим.

Для полиплоидных растений обычно характерны крупные размеры. Избыток хромосом повышает их устойчивость к болезням и многим повреждающим воздействиям, например к радиации: при повреждении одной или даже двух сходных (гомологичных) хромосом остаются другие такие же совершенно целые. Полиплоидные особи жизнеспособнее диплоидных. Многие виды растений полиплоидные. Вероятно, так же эволюционировали и некоторые животные. Примером могут служить некоторые черви, насекомые, рыбы и др.

Человек давно использует полиплоидию для выведения высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений. Не так давно, до начала нашего века это делалось бессознательно: просто размножали самые крупные экземпляры, дающие много зерна или же особенно крупные плоды. Отбором лучших растений закрепляли признак, нужный человеку. С появлением генетики выяснилось, что такие гиганты — природные полиплоиды и, следовательно, их отбор — это выделение полиплоидного сорта из предкового, диплоидного вида. Тогда полиплоиды стали создавать.

Есть вещество колхицин, задерживающее деление клеток: число хромосом перед делением удваивается, как обычно, но клетка не делится, и в ней получается 4 набора хромосом. Воздействуя раствором колхицина на семена, можно получить полиплоидное растение. Задержать деление клетки можно также рентгеновским облучением, нагревом и некоторыми другими воздействиями. Можно воздействовать на гаметы и получить зиготу с умноженнным числом хромосом, которое сохранится во всех её потомках — соматических клетках. У растений, которые размножаются и вегетативным путем (см. Размножение), можно получить полиплоидное потомство от природного или выведенного полиплоида.

Около 80% современных культурных растений — полиплоиды. Среди них хлебные злаки, овощные и плодовые культуры, многие ягодные, цитрусовые, некоторые технические и лекарственные растения. Среди сортов декоративных растений также немало полиплоидов. Советские ученые вывели триплоидную свеклу, отличающуюся от обычной не только крупными размерами корнеплодов, но и повышенной их сахаристостью, а также устойчивостью к болезням. Выведена полиплоидная гречиха, гораздо более урожайная, чем исходные, диплоидные сорта. Возможно получение межвидовых полиплоидных гибридов, например ржи и пшеницы, капусты и редьки.

Экспериментально полученные полиплоиды животных — большая редкость. Так, советскому ученому-генетику Б. Л. Астаурову методом межвидовой гибридизации удалось получить полиплоидную форму тутового шелкопряда, продуцента шелка. Ученые вывели полиплоидных рыб, а в последнее время и птиц, например кур. Однако внедрение полиплоидных пород животных в практику сельского хозяйства — дело будущего.

См. также

yunc.org

Полиплоидия

Чрезвычайно ценным источником изменчивости для селекции растений служит полиплоидия.

Увеличение числа наборов хромосом у культурных растений сыграло выдающуюся роль в эволюции видов и селекции. Народная селекция, не зная самого явления полиплоидии, давно использовала ее как источник изменчивости в создании ряда таких ценнейших культур, как пшеница, овес, хлопчатник, картофель, а также в цветоводстве.

Изучение полиплоидии позволило овладеть этим источником изменчивости растений. Успехи теоретических исследований не замедлили сказаться на получении искусственных полиплоидов у сельскохозяйственных культур.

Число искусственно созданных полиплоидов с каждым годом прогрессивно нарастает. В настоящее время только у ржи получено несколько десятков тетраплоидов.

Применение колхицина ускорило получение полиплоидов. При этом успех зависит от способа обработки тканей, вида растения, стадии воздействия. Раствором колхицина разной концентрации обрабатывают семена, проростку точки роста взрослого растения, а также воздействуют через корневую систему.

Автополиплоидия и аллополиплойдия имеют разную ценность в селекционной работе. Удвоение числа хромосом от диплоидного к тетраплоидному часто сопровождается увеличением размера или ускорением темпа деления клеток, что ведет к изменению размеров растения и его органов, размера и веса семян, химического состава, а также к повышению устойчивости к заболеваниям и т. д. Так, например, вес 1000 зерен тетраплоидной ржи сорта Стальной составляет 45—50 г, а диплоидной того же сорта — 28—30 г. Вес 1000 зерен тетраплоидной гречихи, полученной В. В. Сахаровым, составляет 23—35 г, диплоидной — 16—29 г, и т. д. В настоящее время советскими генетиками получены полиплоиды у ряда сельскохозяйственных культур: сахарной свеклы, проса, кок-сагыза, опийного мака, льна, перечной мяты, редиса, кукурузы, земляники и других растений.

Вместе с тем автополиплоиды часто характеризуются снижением фертильности. Хотя каждое семя у полиплоида крупнее, чем у исходной формы, но количество семян на растении может быть меньше. Причины этого кроются в основном в нарушении мейоза. Однако это препятствие преодолимо. Полиплоид не является готовым сортом — он требует дальнейшей тщательной селекции, а возможно, и скрещивания с другими полиплоидами, а также последующего отбора гибридных форм.

В селекции широко используются как естественные аллополиплоиды, так и экспериментально полученные от скрещивания разных видов и родов. Полиплоидия особенно эффективна при низкой урожайности стандартных сортов. При высокой урожайности сортов она хотя и дает прибавку урожая, но не столь разительную. Вместе с тем полиплоидия (автополиплоидия) часто сопровождается изменением хозяйственно ценных признаков. Например, автополиплоиды ржи имеют более прочную солому (что препятствует полегаемости), но при этом пониженную фертильность. Однако снижение фертильности автополиплоидов может быть преодолено либо путем селекции, либо путем создания искусственной популяции, составленной из линий автополиплоидов разного происхождения. Такие самовоспроизводящиеся, синтетические, популяции автополиплоидов могут сохраняться в течение нескольких поколений без заметного снижения урожайности. Следует подчеркнуть, что автополиплоидия вызывает больший эффект у перекрестноопылителей, чем у самоопыляющихся растений.

Современные цитогенетические исследования открыли новый путь, раскрывающий широкие перспективы для селекции, — использование в сельскохозяйственном производстве триплоидных форм. Триплоидные растения обычно являются или стерильными, или в большинстве своем имеют низкую фертильность. Однако в ряде случаев триплоидные растения отличаются повышенной мощностью и урожайностью по вегетативной массе, по весу корнеплода, например, у сахарной свеклы.

Японскими генетиками была разработана система скрещивания тетраплоидного (2n = 44) и диплоидного (2n = 22) арбуза. Гибриды между ними являются триплоидными, а поэтому бессемянными; они имеют очень крупные плоды и большую устойчивость к заболеваниям.

Однако важно подчеркнуть, что выращивание триплоидных растений, в частности арбузов, требует определенной системы семеноводства: во-первых, необходимо получение и селекция тетраплоидных линий, которые должны поддерживаться в чистоте; во-вторых, для получения высокоурожайных триплоидов требуется подбирать линии автотетраплоидов и диплоидов из разных сортов с высокими комбинационными свойствами, дающими при скрещивании гетерозис; в-третьих, триплоидные семена в плодах образуются чаще в результате такого скрещивания, когда тетраплоид является женским растением, а диплоид — мужским. Реципрокная комбинация скрещивания не дает семян. Это еще раз показывает, что совместимость геномов с цитоплазмой и степень нарушения мейоза зависят от направления скрещивания.

Пыльца тетраплоидов оказывается менее жизнеспособной, чем яйцеклетки.

Для того чтобы выяснить, с какой вероятностью у арбуза могут встречаться плоды с семенами, следует познакомиться с ходом мейоза у триплоидных растений. У триплоида в первом делении мейоза образуются не биваленты, а триваленты, при расхождении которых анафазе две хромосомы могут отойти к одному полюсу, а третья — противоположному. В результате такого деления образуются гаметы с числом хромосом от 11 до 22; частота появления каждого класса гамет вычисляется по уравнению (1 + 1)11. Фертильными могут быть только два сорта гамет — с 11 и с 22 хромосомами, гаметы с промежуточным числом хромосом окажутся стерильными. Следовательно, фертильных гамет будет 0,511 X 2, т. е. 0,1%, а стерильных остальные 99,9%. На основании такого расчета в потомстве триплоида следует ожидать, как правило, бессемянные плоды. Плод триплоидного арбуза развивается партенокарпически в силу стимуляции его веществами, привносимыми пыльцой, попадающей на рыльце пестика. Если изолировать цветки триплоидного арбуза от пыльцы, то завязь не развивается.

Мы подробно остановились на примере получения триплоидного арбуза для того, чтобы иллюстрировать разные аспекты использования полиплоидии в практических целях.

Таким образом, получение полиплоидов дает в руки селекционера формы, измененные в качественном и количественном отношениях, Однако, следует иметь в виду, что искусственно полученные полиплоиды являются лишь исходным материалом для отбора, с ними необходимо вести дальнейшую селекционную работу, приспосабливая их к требованиям производства, климату и агротехнике.

При изучении генетики полиплоидов в практических целях крайне важно для каждого вида растений установить 1) совместимость геномов между собой и цитоплазмой, 2) изменение характера Доминирования и взаимодействия генов при умножении числа геномов.

Действие мутантных генов в гетерозиготном состоянии, превышающих и понижающих жизнеспособность и продуктивность растений.

При получении полиплоидов в селекционных целях необходимо иметь в виду следующее:

1. полиплоиды перспективнее получать от сортов, имеющих высокую продуктивность в условиях данного района возделывания, и от гибридов между специально подобранными сортами разного происхождения и инбредных линий, обладающих высокими комбинационными свойствами;
2. полиплоидия не для всех видов растений может быть успешной в хозяйственных целях;
3. методика экспериментального получения полиплоидов различна для разных видов.

Искусственно создаваемая полиплоидия дает в руки селекционера средство, позволяющее сокращать время эволюции растения в культуре.

В заключение рассмотрения источников изменчивости в селекции следует подытожить ряд общих положений о ее значении в эволюции культурных растений. Первичным источником эволюции культурных растений являются мутации всех типов, которые при гибридизации и в процессе отбора комбинируются в системы генотипов. Поэтому эволюция культурных растений протекает на основе отобранных систем генотипов в условиях возделывания.

В ряде случаев установлено, что вновь получаемые мутанты оказываются не новыми для данной культуры, т. е. в том или ином виде они уже известны в мировой коллекции сортов. Под руководством Г. Штуббе в ГДР ведутся широкие исследования по сопоставлению спонтанных и экспериментально полученных мутантов у ячменя, томатов, сои с имеющимися в культуре разновидностями. И оказывается, что, например, 170 известных мутантов для ячменя укладываются в существующую систему признаков 192 ясно различимых разновидностей. Сходная картина установлена для томатов, львиного зева и других растений. Отсюда Г. Штуббе делает очень важный вывод о том, что все естественное многообразие форм, например, ячменя, может быть воспроизведено путем экспериментального получения мутаций с последующей комбинацией их при скрещиваниях и отборе. Автор считает, что уже сейчас экспериментально созданное многообразие мутантов и известное природное многообразие форм ячменя, собранных в мировой коллекции, ничем существенным не отличаются. И действительно, ряд экспериментальных мутаций генетически идентифицируется при локализации с таковыми у существующих разновидностей ячменя, томатов, сои и львиного зева.

Из этого видно, что закон гомологических рядов Н. И. Вавилова получает реальное воплощение в анализе эволюции культурных растений.

Накопленный в процессе эволюции фонд мутаций культурных растений еще не означает, что для получения новых мутаций уже достигнут предел. В процессе селекции культурных растений многие аллели различных генов и их комбинаций, наверное, не были еще оценены искусственным отбором, так как они редко спонтанно мутируют. Поэтому индуцирование мутаций остается главным источником наследственной изменчивости для отбора в селекции культурных растений.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Смотрите также

• 
  Питомник пушкин растений
• 
  Растения сорные фото
• 
  Растение багульник фото
• 
  Багульник фото растение
• 
  Багульник растение фото
• 
  Стадии развития растения
• 
  От кашля растение
• 
  Комнатные растения японские
• 
  Растения комнатные приметы
• 
  Приметы комнатные растения
• 
  Комнатные растения приметы