Физиологи растений помогают селекционерам

  Исследования последних лет убедительно показывают, что метод культуры тканей, клеток и протопластов растений может иметь чрезвычайно важное значение в деле создания новых форм растений. Среди множества клеток находящихся в культуре, всегда есть такие, которые несут наследственные изменения.

В процессе их деления эти изменения будут передаваться дочерним клеткам. Отделив одну из них и перенеся ее на свежую питательную среду, можно получить каллюс. Изменив состав питательной среды, в каллюсе можно вызвать возникновение зародышеобразных структур, которые дадут начало новому растительному организму, обладающему теми же свойствами, что и исходная клетка. Если, например, она была устойчива к засолению или какому-то патогену, то и возникшее из нее растение в принципе должно быть резистентным к ним.
Клеточная селекция имеет ряд преимуществ перед традиционными методами ведения селекционного процесса. Главное состоит в ускорении работы. Так, для выведения большинства новых сортов традиционными способами требуется не менее десяти лет, иногда значительно больше. Это означает, что практическая отдача в этой области, как бы велика она ни была, не может быть получена в ближайшие годы. Поэтому селекционер должен правильно предугадывать нужды сельскохозяйственного производства и общества в целом на многие годы вперед. Если он ошибется в своем прогнозе, ему понадобится столь же длительный срок, чтобы исправить ошибку. Между тем растущая острота продовольственной проблемы настоятельно ставит на повестку дня вопрос об ускорении селекционного процесса. Клеточная селекция представляет такую возможность, во-первых, потому, что исключает сезонность в работе. Ведь культивирование клеток осуществляется в лаборатории, где в течение года поддерживаются постоянные условия. Во вторых, ускорение селекционного процесса происходит э результате сокращения масштабов работы. Ведь возможность проведения большей части работ в лаборатории позволяет отказаться от использования обширных посевных площадей, ежегодно занимаемых под посевы гибридных растений. Если рассматривать каждую клетку в культуре как индивидуальный организм, то переход на клеточный уровень позволяет селекционеру иметь дело с огромным числом возможных особей. В одном опыте может быть задействовано несколько десятков миллионов клеток. Используя традиционные методы в полевых условиях, ученый в лучшем случае имеет дело с тысячами растений.
По существу, селекционный процесс в культуре клеток становится идентичным таковому среди микроорганизмов. Селекционер-микробиолог также работает с миллионами клеток, из которых выбирает нужную ему форму. Допустим, ему необходимо отобрать микроорганизмы, устойчивые к антибиотику А. Воздействуя этим антибиотиком на культуру микроорганизмов, он может отобрать клетки, у которых устойчивость к этому препарату определяется генетически, то есть присутствием гена, способного вырабатывать белок, разрушающий данный антибиотик. В дальнейшем эти клетки в результате размножения дадут многочисленное потомство устойчивых к антибиотику микробов.
Культура клеток растений в общем ничем не отличается от культуры того или иного микроорганизма. Самопроизвольно или под влиянием определенных физических или химических мутагенов — факторов, вызывающих наследственные изменения в клетках, — в ней постоянно происходят разнообразные сдвиги в структуре генов и хромосом. С помощью селективного фактора эти изменения могут быть отобраны и сообщены затем целым растениям, возникшим из мутантных клеток. Так, например, в Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР методом клеточной селекции были получены растения табака с более крупными листьями и стеблем.

В Научно-исследовательском институте картофельного хозяйства созданы формы картофеля, сочетающие высокую урожайность с устойчивостью листьев к фитофторе — чрезвычайно опасному заболеванию этой культуры.
Опыты ученых показали, что химические мутагены — колхицин, азотистый иприт, нитрозометилмочевина и другие — увеличивают в культуре число измененных клеток. Действие химических мутагенов испытывалось не только на изолированных тканях и клетках, но и на протопластах.
Традиционная селекция широко использует половое скрещивание, когда соединяются женские и мужские половые клетки от разных особеш. Половая гибридизация ограничена возможностью использования в качестве родительских форм лишь определенных организмов. Так, например, половое скрещивание удается только между родственными видами растений. Слияние изолированных протопластов соматических клеток — принципиально новый путь получения гибридов. Ведь из клеток, возникших в результате слияния протопластов, можно получить целые растения, представляющие интерес для селекционеров.
Поскольку самопроизволш ное слияние протопластов в суспензии наблюдается довольно редко, ученые применяют различные вещества, ускоряющие этот процесс, например нитрат натрия. В последние годы были найдены вещества, действующие более эффективно в отношении слияния протопластов. К их числу принадлежит полиэтиленгликоль, который применяют в высоких концентрациях.
Разработка методов слияния протопластов открывает новые перспективы в скрещивании несовместимых в половом отношении растений. Это гарантирует образование комбинаций генов, которые невозможно получить с помощью традиционных методов селекции.
Использование парасексу- альной гибридизации позволило получить внутривидовые (дурман безвредный, петуния гибридная и др.), межвидовые (петуния, морковь, дурман, картофель и др.), межродовые (томаты + картофель, резушка Таля + турнепс, дурман + белладонна и др.) гибриды1. Попытки получения гибридов систематически более отдаленных форм увенчались успехом лишь в нескольких экспериментах. Так, например, удалось создать гибридные клетки сои и табака. Однако в развившемся каллюсе зародышеобразные структуры так и не образовались.
Получены парасексуальные гибриды культурного картофеля сорта Приекульский ранний и дикого. Известно, что у дикого вида клубни очень мелкие. Вместе с тем растение устойчиво ко многим заболеваниям. Картофель Приекульский ранний образует очень крупные клубни, но восприимчив к болезням. Когда ученые соединили протопласты обоих видов и поместили гибридные клетки на питательную среду, то вскоре образовалась обычная каллюсная ткань. Для того чтобы в ней
' Знак + означает, что гибриды получены иеполовым путем; половые гибриды обозначаются знаком X ¦ возникли зародышеобразные структуры, кусочки каллюса перенесли на питательную среду иного состава. Сформировавшиеся на новой питательной среде растения высадили в почву, где они превратились во взрослые особи.
Какими же свойствами обладали соматические гибриды картофеля? По форме кустов и листьев, по размерам клубней они занимали как бы промежуточное положение между культурными и дикими видами. Точно такая же картина наблюдалась и при обычной половой гибридизации этих растений. Вместе с тем' гибрид, полученный в результате соматической гибридизации, оказался устойчивым к вирусу Y. Этим он отличался от гибрида, возникшего обычным половым путем.
Таким образом, достижения физиологов растений открывают перед селекционерами широкие возможности в выведении новых сортов сельскохозяйственных растений. 

Еще по теме Физиологи растений помогают селекционерам:

1. Глава 5. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
2. Экологическая физиология растений
3. Артамонов В. И.. Занимательная физиология растений, 1991
4. Сравнительная и эволюционная физиология j
5. Под ред. Е. М. Крепса.. Физиология животных. Приспособление и среда, Книга I, 1982
6. Под ред. Е. М. Крепса. Физиология животных: Приспособление и среда, Книга 2, 1982
7. Физиология человека
8. Техническое перевооружение физиологии
9. Борьба материализма и идеализма в физиологии
10. Физиология органов чувств
11. Физиология субклеточных структур