Получение гетерозисных гибридов и мужская стерильность
Несмотря на то что гетерозис наблюдается у очень многих видов растений, на практике это явление гибридной мощности используется еще у относительно небольшого числа культур. Причина этого объясняется трудностями производства гибридных семян, связанными со строением и формой репродуктивных органов у некоторых видов.
Путем обрывания початков кукурузы, являющейся однодомным растением, легко удалить мужские репродуктивные органы с материнских форм и получить таким образом достаточное количество гибридных семян. Однако кастрацию пыльников подсолнечника, риса, пшеницы, имеющих двуполые цветки, проводить трудно и экономически невыгодно. Поэтому для производства гибридных семян нужны соответствующие методы, из которых в настоящее время наиболее успешным считают метод использования мужской стерильности.
Мужская стерильность
Из указанных типов стерильности наиболее пригодной для селекции растений оказалась цитоплазматическая мужская стерильность.
Цитоплазматическая мужская стерильность (цмс)
Этот тип стерильности спонтанно возникает у кукурузы, сахарной свеклы, моркови, лука, перца овощного и других растений. Источники цитоплазматической мужской стерильности, используемые в настоящее время, получают в основном от скрещиваний между разными видами (пшеница, рис, табак, фасоль обыкновенная, перец овощной, виды крестоцветных и др.) или даже от скрещиваний между разными родами (Aegilops ssp. X Triticum ssp.).
При скрещивании растения с цитоплазматической мужской стерильностью и растения с мужской фертильностью получают потомство с мужской стерильностью. Это показывает, что за признак цмс ответственны находящиеся в цитоплазме плазмогены. Они передаются потомству только через яйцеклетки, поскольку отцовская форма через пыльцевые зерна передает только ядро и поэтому не в состоянии вызвать у потомства мужскую стерильность. Далее установлено, что цитоплазматическая мужская стерильность как таковая не может быть самостоятельно использована в селекции гетерозисных гибридов, так как при скрещивании цмс-линий с любыми другими линиями получают стерильные гибриды F1. У лука и других растений, где от F1 используют вегетативные части, это не представляет особых трудностей, но у подсолнечника, кукурузы и других растений, основным продуктом которых являются семена, цмс использовать нельзя. Следовательно, отцовская линия (опылитель) должна содержать гены-восстановители мужской фертильности, так называемые Rf-гены, чтобы растения F1 дали семена.
Производство гибридов с использованием цмс-линий можно представить в виде следующей технологической схемы:
1) передача признака цмс той линии, которая будет служить материнской формой;
2) поддержание цмс-линии (А-линия) и ее восстановителя фертильности, или аналога (В-линия);
3) передача гена Rf линии-опылителю (R-линия);
4) производство гибридных семян путем выращивания в чередующихся рядках линий А и R.
После выделения признака цмс его передают соответствующей линии или сорту с помощью метода возвратных скрещиваний. По меньшей мере через шесть возвратных скрещиваний цмс-линии с отцовской получают A-линию, содержащую все признаки отцовской линии и дополнительно признак цмс. Поддержания A-линии добиваются ее скрещиванием с исходной линией, не имеющей цмс (В-линия), которая на самом деле является ее изогенной линией, или фертильным аналогом.
Поскольку все нормальные линии, т.е. не имеющие цмс, не несут также генов-восстановителей фертильности (Rf-гены), нужно найти такие линии, которые содержат эти гены. Обычно они находятся в части материала, относящегося к тому же виду, что и материал с цмс, но в некоторых случаях эти гены можно передавать даже путем скрещивания разных видов, как, например, перенос гена Rf из Triticum timopheevi в Tr. aestivum. Передача генов Rf линиям-опылителям (R-линии) осуществляется также с помощью возвратных скрещиваний, это необходимо у видов, используемых для получения семян. В то же время видам, у которых используют вегетативные части (лук, злаковые травы), линии-опылители с геном Rf не нужны.
Если в хромосомах линии-опылителя находится ген (или гены) Rf, это значит, что цмс-линия наряду с так называемой стерильной цитоплазмой содержит и ядерные гены, которые не в состоянии восстановить фертильность, т.е. ген (или гены) rf. Производство гибридных семян на основе цитоплазматической мужской стерильности схематически представлено на рисунке 16.1.
Производство гибридных семян на основе цмс таит в себе немало трудностей. Сам признак мужской стерильности проявляется недостаточно полно, так как даже в A-линиях, например, появляется некоторое количество фертильных растений. На гены rf могут сильно воздействовать факторы окружающей среды, поэтому даже растения F1 оказываются не полностью фертильными, что в конечном итоге снижает эффект гетерозиса. Наряду с изменениями, происходящими в А- и R-линиях, часто наблюдается ослабление устойчивости к патогенным организмам по сравнению с их нормальными аналогами и т.д.
Ядерная мужская стерильность
Трудности в использовании ядерной мужской стерильности состоят в следующем: во-первых, фертильные растения необходимо устранять до цветения, чтобы они не опылили мужскистерильные растения, ибо это снижает эффект гетерозиса; во-вторых, из-за доминантности гена мужской фертильности (Ms) приходится выращивать в два раза больше растений, чем это нужно для производства семян (все растения Msms устраняют).
Пытаясь преодолеть эти сложности, Рэмедж применил на ячмене так называемую сбалансированную систему третичных трисомиков, или систему ВТТ. Смысл ее заключается в получении растений-трисомиков с одной добавочной хромосомой, включающей сегмент двух негомологичных хромосом. Добавочная хромосома является носителем гена Ms, а два нормальных гомолога хромосомы содержат гены ms. Добавочная хромосома не передается потомству по отцовской линии. Потомство растения-трисомика расщепляется на
70% дисомиков (диплоидные, всегда мужскистерильные, msms) и
30% трисомиков (фертильные, Msmsms). Рэмеджу удалось передать в добавочную хромосому маркерный ген антоциановой окраски стебля, что позволило различать стерильные и фертильные растения. Однако этот метод не получил широкого применения на практике, так как он достаточно сложен; кроме того, ВТТ-растения ослаблены и дают меньше семян, чем нормальные.
Функциональная мужская стерильность
При этом типе мужской стерильности растения продуцируют нормальную пыльцу, но механизм раскрывания пыльников нарушен и высвобождения пыльцевых зерен из пыльников не происходит. Тем не менее функциональную мужскую стерильность можно с успехом применять для получения гибридных семян.
Растения с функциональной мужской стерильностью служат материнскими родительскими формами, у них не нужно удалять пыльники. Какая-то другая линия берется в качестве отцовской формы, при этом не обязательно, чтобы она содержала гены-восстановители фертильности.
Данный тип стерильности обнаружен у томатов, баклажана, ежевики и некоторых других видов. В Болгарии на основе функциональной мужской стерильности создано несколько гибридов томатов.
Химическое индуцирование мужской стерильности
У растений с двуполыми цветками, где трудно получить формы с цитоплазматической или ядерной мужской стерильностью, а механическое удаление пыльников экономически невыгодно, стерильность пыльцы стремятся вызвать с помощью химических средств, не повреждая при этом пестика и завязи.
Установлено, что такие химические препараты, как этрел (2-хлорэтанфосфорная кислота) или мендок (2,3-дихлоризобутират), стерилизуют пыльцу пшеницы, риса, сахарной свеклы; гибберелловая кислота (которая, кроме того, является стимулятором роста) обладает таким же действием на салат, лук, подсолнечник и т.д. Все эти вещества называют общим термином гаметоциды.
Успешное индуцирование мужской стерильности с помощью гаметоцидов позволило бы удешевить и ускорить товарное производство гибридных семян без применения длительной процедуры передачи плазмогена цмс и гена Rf. Однако современные гаметоциды имеют ряд отрицательных эффектов. Прежде всего они вызывают неполную стерильность пыльцевых зерен; к тому же их активность зависит от доз и сроков обработок, которые необходимо повторять несколько раз за вегетацию. Гаметоциды также вызывают повреждения женских генеративных органов, приводят к деформации самих растений и удлинению вегетационного периода. По всем этим причинам они не получили еще широкого признания в практике, но тем не менее работа по созданию новых гаметоцидов и по усовершенствованию методов их применения продолжается.
Что значит стерильные семена
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЛОДОВЫЕ И ЯГОДНЫЕ КУЛЬТУРЫ
Стерильные культуры и адаптированные микрорастения. Технические условия
Fruit and berry cultures. Sterile cultures and adapted microplants. Specification
Дата введения 2012-01-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Государственным научным учреждением Всероссийским селекционно-технологическим институтом садоводства и питомниководства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии) совместно с Федеральным государственным учреждением «Российский сельскохозяйственный центр» (ФГУ «Россельхозцентр»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 359 «Семена и посадочный материал»
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2020 г.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на:
— стерильные культуры плодовых и ягодных растений, полученные на искусственных питательных средах, содержащиеся в культуральных сосудах и предназначенные для дальнейшего размножения, тестирования и получения укорененных микрорастений;
— адаптированные микрорастения плодовых и ягодных культур, полученные после переноса микрочеренков, укорененных в стерильных условиях при клональном микроразмножении, в нестерильные условия и используемые для выращивания посадочного материала в защищенном грунте.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.0.004 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения
ГОСТ 12.1.005 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
ГОСТ 12.3.041 Система стандартов безопасности труда. Применение пестицидов для защиты растений. Требования безопасности
ГОСТ 427 Линейки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 1770 (ИСО 1042-83, ИСО 4788-80) Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия
ГОСТ 26678 Холодильники и морозильники бытовые электрические компрессионые параметрического ряда. Общие технические условия
ГОСТ Р 52681 Виноградарство. Термины и определения
ГОСТ Р 53044 Материал плодовых и ягодных культур посадочный. Термины и определения
Действует ГОСТ 34231-2017 «Материал посадочный плодовых и ягодных культур. Термины и определения».
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 53044 и ГОСТ Р 52681, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 стерильная культура плодового [ягодного] растения: Побеги, микрочеренки или микрорастения, полученные из инициальных эксплантов плодовых [ягодных] растений с использованием метода культуры тканей, не содержащие грибов, бактерий, актиномицетов и других микроорганизмов.
3.2 искусственная питательная среда: Специальным образом подобранная смесь растворенных минеральных солей, сахаров, витаминов, регуляторов роста, а также вспомогательных компонентов, на которой культивируют изолированные ткани и органы плодовых [ягодных] растений.
3.3 культуральный сосуд: Прозрачная емкость, предназначенная для выращивания стерильных культур плодовых [ягодных] растений в изолированных от внешней среды условиях.
3.4 адаптированное микрорастение плодовых [ягодных] культур: Микрорастение плодовых [ягодных] культур, высаженное в нестерильные условия и успешно прошедшее адаптацию.
3.5 микрочеренок плодовых [ягодных] растений: Отделенный от конгломерата побег или его отрезок, полученный в процессе культивирования эксплантов in vitro.
3.6 сапрофитная микрофлора: Микроорганизмы, развивающиеся в искусственной питательной среде, на ее поверхности и на растительных тканях.
3.7 клональное микроразмножение растений: Способ размножения растений неполовым путем in vitro с сохранением генотипа и фенотипа исходного растения, включающий следующие этапы: введение в стерильную культуру, пролиферацию, укоренение и адаптацию к нестерильным условиям.
3.8 введение в стерильную культуру: Процесс, обеспечивающий получение стерильной культуры путем химической стерилизации эксплантов и их высадки на питательную среду в культуральные сосуды.
3.9 пролиферация: Массовое образование эксплантом дополнительных почек и побегов на искусственной питательной среде.
3.10 укоренение in vitro: Процесс образования корней у микрочеренков при культивировании на искусственных питательных средах в изолированных условиях.
3.11 регенерант: Микрорастение, развившееся in vitro в процессе культивирования эксплантов различного происхождения.
3.12 тестирование: Проверка растений на наличие в них патогенов.
3.13 иммуноферментный анализ [ИФА]: Способ выявления патогенов, основанный на использовании специфических белковых антител.
3.14 полимеразная цепная реакция [ПЦР]: Метод молекулярной биологии, позволяющий значительно увеличить малые концентрации определенных фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологической пробе.
3.15 конгломерат: Совокупность почек и побегов, развившихся из единичного экспланта на искусственных питательных средах в процессе размножения in vitro.
3.16 эксплант: Орган или фрагмент органа растения, предназначенный для культивирования in vitro.
3.17 инициальный эксплант: Эксплант, предназначенный для введения в стерильную культуру.
3.18 каллус: Новообразование из паренхимных недифференцированных клеток на раневых поверхностях органов растения.
3.19 пассаж: Пересадка эксплантов на свежую искусственную питательную среду с последующим культивированием в течение 1-2 мес.
3.20 морфозы: Ненаследственные изменения, возникающие под воздействием естественных или искусственных внешних факторов.
4 Технические требования
4.1 Общие характеристики и технические требования
4.1.1 Стерильные культуры (приложение А), размещенные в культуральных сосудах по ГОСТ 1770 (пробирки, колбы и др.), должны соответствовать требованиям, изложенным в таблице 1.
Семена на все времена или как отличить профессиональные семена
Что такое всхожесть, как лучше всего подготовить семена к посеву, какие семена нужно замачивать, а какие сеять сухими – наверняка каждый овощевод задавался этими вопросами. К нам, в компанию Гавриш, часто обращаются не только с целью купить семена, но и за консультацией, как подготовить семена к посадке.
Даже искушённые в деле выращивание овощей, фруктов, зеленных, да и цветов, люди, в беседе с нашими специалистами открывают для себя что-то новое. Технология получения качественного урожая совершенствуется непрерывно.
Из вопросов наших читателей мы собрали возможно полный список основных вопросов и публикуем их в виде материала, который можно назвать просто – шпаргалка по подготовке семян к посадке. Материал адресован всем, кто так или иначе занимается возделываем овощей и других растений из ассортимента Профессиональных и Элитных семян «Гавриш». Будет он полезен и специалистам, по долгу службы занимающимися закупкой, или дальнейшей продажей семян нашей компании, да и семян в общем.
О том, на что обратить внимание при покупке, как правильно обращаться с инкрустированными семенами, а также как хранить и как готовить семена к посеву нам рассказала заведующая испытательной лабораторией НИИ Овощеводства защищенного грунта Жанна Денисова.
С чего начать выбор семян?
Один из главных аргументов при выборе продавца семян – наличие в компании собственной лаборатории контроля качества.
По каким параметрам лаборатория контролирует качество семян?
Испытательная лаборатория НИИ Овощеводства защищенного грунта контролирует качество семян по всхожести, чистоте, влажности, содержанию семян культурных и сорных растений, в том числе карантинных сорняков, заселенности семян вредителями запасов, в том числе карантинными вредителями, влажности семян и зараженности болезнями.
На какие сведения на упаковке должен обратить внимание овощевод при покупке семян?
На пакетах с семенами, предназначенных для розничной торговли, должно быть указано:
Почему часть профессиональных семян покрывается специальной оболочкой? Какую роль она играет, это ведь не просто краситель?
Разумеется, это не просто краситель. Семена Гавриш покрывают специально разработанным функциональным составом.Входящие в состав этого комплекса средств активные компоненты делают молодые растения более устойчивыми в отношении воздействия болезнетворных микроорганизмов, находящихся в окружающей их почве.
Входящие в состав такой оболочки инсектицидные протравители универсального типа, позволяют минимизировать ущерб от разнообразных вредителей в ранний период развития растений.
Иммуномодуляторы и стимуляторы роста, эффективно пробуждают ростовые силы семян, обеспечивая при этом дружное появление всходов при одновременном увеличении количества жизнеспособных семян. Микро- и макроэлементы, создают вокруг семян благодатную питательную среду.
Как хранить семена и каковы главные «враги» семян во время хранения?
Если влажность семян выше критической, то это приводит к ускорению биохимических процессов и росту интенсивности дыхания, что в свою очередь приводит к большим потерям питательных веществ зародышем семени. А накапливающиеся промежуточные продукты являются токсичными для зародыша и также отрицательно влияют на жизнеспособность семян.
При повышении влажности семян усиливается развитие грибковых микроорганизмов, способствующих снижению всхожести семян. Семена закладывают на хранение с влажностью в пределах или ниже критической.
Сроки и условия хранения семян овощных культур
Указанный диапазон температур предполагает, что внутри него не должно быть резких колебаний
Резкий перепад температур от высоких к низким может привести к повышению влажности семян, их отпотеванию и порче.
Что такое всхожесть и энергия прорастания, и насколько они важны для овощевода?
Энергия прорастания характеризуют дружность и скорость прорастания семян.
Этот показатель посевных качеств также определяется выраженным в процентах количеством нормально проросших за определенный срок семян, только этот срок меньше, чем для определения всхожести.
Чем выше энергия прорастания, тем больше вероятность получить сильные, дружные всходы.
Как лучше всего подготовить семена к посеву?
С семенами и посадочным материалом часто передаются многие болезни, что особенно опасно, так как растения поражаются в этом случае на самых ранних стадиях развития. Поэтому так важно прибегнуть к комплексу мер по предотвращению заболеваний на стадии семян. Для этого предпринимаются как отдельные меры, так и их комплекс.
Обеззараживание (дезинфекция) семян
Процесс, а точнее – целый ряд процессов – позволяет уничтожить возбудителей болезней, имеющихся на поверхности семян или внутри них.
Обеззараживание семян можно проводить при помощи химических веществ и прогрева.
В производственных условиях широко применяют сухое протравливание семенного материала. Инкрустированные семена компании «Гавриш», как правило, уже обработаны необходимыми препаратами, о чем указано в специальной маркировке. Они имеют голубовато-зеленую окраску, не типичную для семян данной культуры.
В домашних условиях для борьбы с вирусными, грибковыми и другими болезнями протравливание семян делают в течении 20 мин в 1%-ном растворе марганцовокислого калия.
Калибровка семян
Перед посевом следует калибровать семена на крупные, средние и мелкие, пропуская их через сито с отверстиями соответствующих размеров. Плохо просеивающийся материал разделяют на фракции в воде или в 5%-ном растворе поваренной соли.
Одинаковые по размеру и выполненности семена имеют равные запасы питательных веществ, что обеспечивает равномерные всходы.
Замачивание и барботирование семян
Намачивание позволяет ускорить появление всходов, что особенно ценно для защищенного грунта. Пророщенные семена к моменту посева должны иметь ростки, по длине примерно равные половине ширины семени. Если при намачивании в воду при помощи аквариумного компрессора подавать под давлением свежий воздух, то такой способ подготовки семян к посеву называется барботированием.
Обогащение семян кислородом
Семена обогащают питательными и биологически активными веществами, намачивая в растворах микро- и макроудобрений, стимуляторов роста или витаминов
Термическая обработка не только ускоряет прорастание семян, но и не редко приводит к изменению биологических особенностей растений.
Закалка семян
Процесс воздействия на семена пониженными температурами. Проводят его для увеличения устойчивости растений к пониженным температурам. Молодые растения (зародыши), только что начавшие активную жизнедеятельность, проще приспособить к условиям существования. Такая обработка семян приводит к прибавке урожая около 20 %.
Дражирование семян
Это процесс обволакивания семян смесью из торфа, клеящих и питательных веществ, в которую часто добавляют стимуляторы роста, витамины, ядохимикаты и полезные микроорганизмы. Посев дражированными семенами способствует более равномерному распределению их вдоль рядка, повышению полевой всхожести, улучшению питания проростков. Кроме того, в 2-3 раза снижается норма высева, исключаются или значительно сокращаются затраты труда на прореживание, урожай повышается на 10-25%.
Какие семена надо обязательно перед посевом намачивать, а какие нужно сеять сухими?
Не надо замачивать только очень мелкие семена, поскольку это может представлять некоторую техническую сложность: семена петунии, мака, садовой земляники можно сеять сразу в почву.
Для лучшей всхожести их раскладывают по поверхности, уплотняют грунт ладонями и опрыскивают из пульверизатора. Затем посевы накрывают пленкой, ставят в теплое место и ждут всходов.
Семена культур, имеющих плотную оболочку, нужно обязательно предварительно замачивать. К таким растениям относятся свекла, шпинат, арбузы, помидоры, перец, огурцы, а также растения, чьи семена богаты эфирными маслами, затрудняющими прорастание.
Замачивание используют также, если нужно посеять старые пересушенные семена – в этом случае можно ждать довольно хороших показателей всхожести.
Если семена не проходили предпосевную обработку, то можно применять замачивание, протравливание, обработку микроэлементами или совместить оба процесса в одном в специальном растворе, где есть ускорители роста, фунгициды и микроэлементы.
Если семена уже подготовлены к посеву (инкрустированные или дражированные), то их так и высаживают в почву без дополнительных процедур. Полезно читать информацию на пакете, где указывают, какую обработку проходили семена.
Почему некоторые семена при посеве нельзя засыпать грунтом?
Для прорастания некоторым семенам нужен свет. То есть присыпать почвой их совсем нельзя, а сразу после посева ставить под лампу или к окну.
К таким растениям относятся:
Всех их сеют по поверхности почвы. Предварительно грунт увлажняют. Семена придавливают дощечкой и осторожно опрыскивают из пульверизатора. Семена бегоний и земляники можно сеять по снегу, разложенному на почве. Когда он тает, то слегка прижимает семена к почве.
Глубина заделки семян
Почему специалисты не рекомендует замачивать инкрустированные семена?
От влаги специальная защитная оболочка размокнет и разрушится, и в связи с этим, значительно снизится эффективность всех компонентов, входящих в оболочку. Однако такие семена сеют обязательно во влажную почву, как и не инкрустированные.
А что такое ГОСТ на упаковке семян?
При покупке расфасованных семян на упаковке обязательно указывается ГОСТ (Государственный стандарт), на основании которого произведена оценка посевного качества той ли иной культуры.
К примеру, для оценки качества разных семян применяются разные ГОСТы:
• Семена овощных культур ГОСТ Р 52171-2003
• Семена однолетних и двухлетних цветочных культур ГОСТ 12260-81
• Семенам многолетних культур ГОСТ 12420-81
• Оценка качества газонных трав, сидератов производится по ГОСТ Р 52325-2005,
Оценка посевного качества семян производится, сравнивая данные протоколов испытаний с нормативами, указанными в ГОСТ по показателям чистоты, содержанию семян культурных и сорных растений, всхожести и влажности.
Семена, покрытые оболочкой
Активные вещества оболочки проникают внутрь микротравм и трещинок семян, а также в место прикрепления зародыша, что способствует формированию благоприятных условий первых этапов жизни растения.
Благодаря своей общей жизнестойкости и превосходному иммунитету, культурные растения, выращенные из инкрустированных семян, отличаются неизменно высокой урожайностью.
Семена, содержащие эфирные масла
При замачивании семян моркови, сельдерея, петрушки, пастернака и других подобных им, часть эфирных масел вымывается из оболочки и растения всходят лучше.
Надеемся, что приведённые выше советы по подготовке семян к посадке, помогут вам получать самые высокие урожаи в кратчайший срок. Наши специалисты всегда рады помочь вам в подборе семян для вашего бизнеса.
Конечно, статья не может исчерпать всех вопросов. По ним, мы рекомендуем обращаться к нашим специалистам по продажам.
