Звания народного селекционера пока нет ни в одной стране. А вот призвание такое есть. И попробовать себя в роли создателя новых сортов растений может каждый.
Зачем нужны новые сорта
В мире существует множество сортов культурных растений. Пожалуй, подсчитать их точное количество не под силу никому. Ведь, например, только сортов сирени выведено около 2,5 тысяч, тюльпанов – более 10 тысяч, десятками тысяч исчисляются сорта роз, винограда, риса и других культур. И, несмотря на такое разнообразие, каждый год появляются новые.
Необходимость выведения новых сортов вызвана целым рядом факторов. Среди них – желание людей выращивать теплолюбивые культуры в более холодных зонах, изменения климата, потребность в растениях, способных противостоять тем или иным болезням, выдерживать применение определенных гербицидов, лучше приспособленных к механизированной уборке и т. д. Например, сейчас часто можно увидеть кукурузные поля, где початки на каждом растении находятся на одной высоте от земли – как под линейку. Тут мы наблюдаем не что иное, как работу селекционеров: такую кукурузу гораздо удобнее убирать комбайном, минимизируются потери зерна.
Конечно, появляются новые сорта и в ответ на запросы потребителей. Скажем, захотели гурманы арбузов без семян, и пожалуйста – уже выведен целый ряд таких сортов и гибридов. Именно капризами потребителей можно объяснить появление томатов и моркови самых разных расцветок, яблонь с килограммовыми плодами и прочих диковинок. Что уж говорить о декоративных растениях – видимо, люди никогда не смогут насытиться огромным разнообразием форм и окрасок цветов, листьев, плодов обитателей парков, оранжерей и цветников.
А еще сорта, как и все в мире, имеют ограниченный срок существования. Однажды появившись, они какое-то время распространяются, выполняют свои функции, а потом перестают отвечать потребностям текущего дня, или постепенно утрачивают свои основные характеристики – «вырождаются» – или просто теряют популярность у потребителей. И на смену им должны приходить новые творения селекционеров. Очевидно, что растениеводам, трудящимся в этой сфере, будет хватать работы всегда.
В наши дни подавляющее большинство сортов и гибридов создается именно профессиональными селекционерами. Сейчас они имеют в своем арсенале множество инструментов для своей деятельности – от традиционных методов разведения до генной инженерии. Но искусственно созданные формы культурных растений существовали уже тысячи лет назад. Конечно, была и селекция.
Немного истории
Под селекцией понимают выведение новых и улучшение существующих групп живых организмов – сортов и гибридов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов, а также науку о методах их создания и соответствующую отрасль сельского хозяйства. Слово «селекция» происходит от латинского «seligere» – «выбирать», что отражает одну из ее основ – отбор лучших особей для разведения.
С искусственного отбора и началось выведение культурных форм. Еще в древности люди заметили, что лучшие экземпляры растений или особи животных часто дают потомство, повторяющее их хозяйственно полезные характеристики и превосходящее по качеству основной массив вида. Такие, самые ценные, растения и животные стали оставляться для получения потомства. Потом уже среди их потомков отбирались лучшие, и постепенно желательные качества закреплялись, а вся группа становилась более однородной и достаточно ярко отличающейся от других.
Так действовал искусственный отбор, который вначале был бессознательным, то есть земледельцы тех времен на ставили перед собой цели выведения новых сортов или пород – тогда еще и понятия такого не было. Такая селекция получила название народной.
В той или иной степени она существует и сейчас. Простой пример: родственники поделились с близкими семенами томатов, которые нравятся им по вкусу. Они не знают их происхождения и названия, но помнят, что такие «еще их прабабушка выращивала». Скорее всего, какой-то изначальный сорт на протяжении ряда поколений опылялся и переопылялся другими сортами, а отбор семян из лучших плодов закрепил определенные признаки, которые продолжают поддерживаться уже правнуками той прабабушки. Выращенные ими томаты нельзя назвать полноценным сортом, но влияние бессознательного искусственного отбора налицо.
Исследования историков науки показывают, что народная селекция была основным источником улучшения культурных видов растений и животных примерно до XVI–XVII века, когда вырисовались главные черты методического отбора. К тому времени люди уже много знали об изменчивости и наследуемости признаков, умели закрепить желательные у потомства. Некоторые сорта, созданные в те годы, существуют и сейчас, хотя часто и в несколько измененном виде.
По мере накопления знаний о растениях совершенствовались и методы селекции. Настоящим расцветом для науки и практики выведения новых форм стали XVII-XIX века. Имена живших тогда выдающихся селекционеров Виктора Лемуана, Лютера Бербанка, Жана-Батиста Андре Гийо, Жака-Луи Дессеме, представителей династии Макгреди и других современные ученые до сих пор вспоминают с благодарностью. А созданные тогда сорта и группы сортов не теряют популярности даже в наши дни. Достаточно назвать хотя бы груши сорта «Бере Боск» или группы «Дюшес». А «Russet Burbank» – современный вариант картофеля «Burbank», выведенного Лютером Бербанком в 1872 году, – в XXI веке дает половину всего урожая культуры, получаемого ежегодно в США.
Дальнейшие прорывы в селекционной работе произошли в ХХ веке. Тогда широко стали применяться на практике законы наследственности, открытые Грегором Менделем еще в прошлом столетии, но тогда не оцененные в достаточной мере.
Одним из важнейших стало открытие выдающимся генетиком Николаем Вавиловым закона гомологических рядов, который он сформулировал так: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов». Таким образом, появилась возможность вести отбор не вслепую, а на основе теоретического обоснования возможности получения тех или иных признаков у родственных видов.
Изучение и расшифровка геномов различных видов позволили осуществлять селекцию на базе еще более точных сведений о наследовании признаков. А генная инженерия и методы выращивания целого растения из клеточных культур дали селекционерам мощнейшие инструменты для быстрого выведения невиданных организмов с заранее запланированными качествами.
Ставить цели и общаться
Конечно, обычный огородник или цветовод не имеет дома генетической лаборатории с современным оборудованием и всех тех знаний, которые можно получить, закончив биологический или агрономический факультет. Но, вооружившись даже минимумом информации о селекционной работе и генетике, вывести новый сорт может каждый. Главное – иметь достаточно желания, терпения, аккуратности и свободного времени.
Подтверждением могут служить примеры успешных селекционеров-самоучек. Так, каждый серьезный любитель сирени слышал о Леониде Колесникове, который вывел несколько сотен сортов душистого кустарника. Работал он шофером, а сирень полюбил благодаря отцу, посадившему первый кустик в семейном саду.
Начав собирать коллекцию сирени, Леонид так увлекся, что попробовал выводить собственные сорта. Не имея специального образования, самостоятельно изучал биологию и сельское хозяйство. Не бросая основной работы водителя автомобиля, селекцией занимался в свободное время. Его сорта оказались настолько удачными, что внесены в мировые каталоги, высажены в лучших коллекциях-сирингариях, украшают известнейшие сады и парки в разных странах.
Сейчас, более чем через полстолетия после смерти Л. А. Колесникова, больше пятидесяти его сортов все еще широко распространены и пользуются неизменной популярностью.
Повторить успех цветовода, ставшего известным благодаря своему хобби, может любой человек, который проявит такую же увлеченность и целеустремленность. Но, конечно, нужно следовать определенным правилам.
Начать нужно с выбора вида растения, с которым хочется работать. Хоть это и звучит несколько грустно, следует учитывать и такой фактор, как собственный возраст. Ведь для того, чтобы получить сорт древесного растения, скажем, яблони или груши, возможно, придется потратить не одно десятилетие, и начинать лучше в молодости или хотя бы в среднем возрасте.
А вот приступать к созданию сортов травянистых растений с быстрой сменой поколений, например, однолетних цветов, томатов или огурцов можно и на пенсии, ведь результат порадует довольно быстро. Кстати, в таком случае даже не обязательно иметь собственный сад или огород. Есть немало энтузиастов, которые занимаются любимым делом на балконе, а то и прямо в квартире, выводя изумительные формы сенполий или петуний.
Конечно, необходимо поставить перед собой определенную цель. В случае с декоративными растениями можно попробовать вывести сорт с интересной окраской лепестков, махровыми цветами или пестрыми листьями. Овощи или садовые деревья могут порадовать более изысканным вкусом или необычной формой плодов. Коллеги-садоводы будут благодарны за получение более морозостойких или засухоустойчивых растений. Все зависит от вашего желания.
Выбрав вид и цель, обязательно нужно изучить уже имеющийся ассортимент сортов и гибридов. Не исключено, что растение, которое вы хотите создать, уже выведено кем-то до вас. Кроме того, такое исследование поможет подобрать исходные формы для дальнейшей работы.
Не лишним будет познакомиться с опытом других энтузиастов. Они часто делятся историями своих успехов и неудач на специализированных интернет-форумах или во время живого общения – во многих городах существуют клубы цветоводов, огородников или садоводов. Ведь правило, гласящее, что лучше учиться на чужих ошибках, чем на своих, никто не отменял.
Важность общения и получения информации можно проиллюстрировать, к примеру, историей пестролистных тюльпанов. Сорта, имеющие на лепестках штрихи, пятна и полоски, появились еще в XVI веке. Увы, впоследствии оказалось, что, наряду с генетическими особенностями, пестрая окраска может быть вызвана вирусами. Заболевание так и назвали – пестролепестность.
Хотя пестрые сорта тюльпанов действительно существуют, необходимо знать как их характеристики, так и признаки заболевания, чтобы отличить здоровые растения от больных. К сожалению, и в наши дни неопытные цветоводы порой пытаются разводить пораженные вирусом растения, наивно полагая, что выводят новый сорт. Но, в отличие от здоровых тюльпанов с генетически обусловленной окраской, пораженные вирусом со временем мельчают, утрачивают характерные признаки и погибают.
Для того, чтобы избежать подобных разочарований, и нужны знания.
Без теории никак
Чтобы работать осознанно, нужно руководствоваться законами наследственности. Как уже говорилось выше, сформулировал их чешско-австрийский биолог Грегор Мендель, проведя ряд опытов с горохом в течение 1856-1863 годов. Выведенные им законы актуальны и сейчас.
Для начала определимся с терминологией.
Генотип – совокупность генов данного организма.
Фенотип – совокупность характеристик, сформированных на основе генотипа, при участии ряда факторов внешней среды, в результате индивидуального развития.
Гомозиготный организм – имеющий идентичные аллели (варианты) какого-либо гена в гомологичных хромосомах. У гетерозиготных организмов аллели разные. Проще говоря, у гомозигот какой-либо признак обусловлен двумя одинаковыми вариантами гена, а у гетерозигот – двумя разными.
Из двух генов гетерозиготы один будет доминантным, т. е. проявится внешне, а другой – рецессивным, т. е. внешне не будет заметен. У гомозигот оба гена будут либо доминантными, либо рецессивными, и это всегда будет видно.
Например, Мендель брал для своих экспериментов горох с желтыми и зелеными семенами. Оказалось, что зеленый цвет у них – доминантный, тогда как желтый – рецессивный.
Итак, первый закон Менделя называется законом единообразия первого поколения. Он гласит, что при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.
При практическом применении данного закона следует иметь ввиду, что существует также неполное доминирование, когда гетерозиготные особи внешне являются как бы промежуточным вариантом родительских форм. Классический пример – скрещивание чистых линий растений львиного зева с пурпурными и белыми цветками. Потомство первого поколения у них также однообразно, но с цветами промежуточного розового цвета.
Второй закон Менделя – закон расщепления. Согласно ему, при скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определённом числовом отношении: по фенотипу – 3:1, по генотипу – 1:2:1.
Таким образом, во втором поколении опять проявляются оба изначальных фенотипа, но среди потомков есть как гомозиготы, так и гетерозиготы. И если с рецессивным признаком все понятно – он проявляется только у гомозигот, то доминантный проявляется как у гомозиготных, так и у гетерозиготных организмов.
Третий закон Менделя – закон независимого наследования. Он говорит, что при скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.
Грегор Мендель вывел данный закон, изучая потомство от скрещиваний гороха, при которых наследовалась не только окраска семян, но и гладкая либо морщинистая форма их поверхности. Оказалось, что во втором поколении расщепление обоих признаков происходит в соответствии со вторым законом, но друг на друга они никак не влияют.
Практическое применение законов Менделя понятно: зная, является ли какой-то признак доминантным или рецессивным, можно заранее понять, как он проявится при скрещивании у потомков в разных поколениях. Но нужно помнить и о ряде ограничений, из-за которых законы Менделя работают не всегда.
Так, распределение по фенотипу и генотипу во втором поколении проявляется в указанных пропорциях при достаточно большом объеме материала. Сам Грегор Мендель изучил огромное количество растений – около 20 тысяч экземпляров, что позволило ему сделать статистически достоверные выводы. Если потомков мало, то и соотношение может оказаться иным.
Также нужно учитывать вероятность неполного доминирования и воздействия так называемых генов-модификаторов, которые могут, например, ослаблять изначально яркую окраску. Кроме того, по законам Менделя наследуются те признаки, которые определяются только одним геном. Если же на проявление признака влияет совместное действие нескольких генов, то и механизм наследования более сложный. По-другому наследуются и признаки, связанные с половыми хромосомами.
Еще один важный момент касается скрещивания близкородственных организмов, например, потомков одного и того же растения, или самоопыления. Такое скрещивание называется инбридингом. Его применение позволяет быстро закрепить желательные признаки у потомства.
Но надо быть готовым к тому, что одновременно с ними ярко проявятся и нежелательные, что может выражаться в инбредной депрессии. Ее признаками бывает уменьшение размера растений, измельчание плодов, более высокая восприимчивость к заболеваниям, появление уродливых цветков и т. д. Устраняются неприятные последствия отбраковкой худших особей или, в случае наличия у них особо ценных признаков, нивелируются при дальнейших скрещиваниях.
А еще нужно знать, что не все виды растений легко поддаются селекции классическими методами. Скажем, картофель очень подвержен инбредной депрессии и успешно работать с ним может далеко не каждый селекционер.
Важно обращать внимание на спонтанно возникающие мутации или комбинации генов. Если вы выращиваете декоративное растение, которое в норме имеет только желтые цветки, и вдруг среди них появился экземпляр с лепестками белого цвета, – поздравляем, оно может стать родоначальником нового сорта.
Отдельным видом мутаций является спорт. Обычно так называют измененный отдельный побег растений, который явно отличается от всех остальных. Такие побеги вырастают из почек, в которых произошли мутации, и порой становятся основой для выведения новых сортов, особенно деревьев и кустарников – яблонь, груш, роз и т. д. Но спорты возникают и у травянистых растений, в частности, они дали начало ряду сортов тюльпанов.
Главное, не пройти мимо таких подарков природы. Как сказал один опытный селекционер, «цените свои исключения».
От теории к практике
Выбрав вид растения, изучив его имеющиеся формы, поставив цели и освоив теорию наследственности, пора браться за практическое воплощение своей мечты о новом сорте.
Все, что нужно делать при селекционной работе вручную, легко освоить любому человеку, который имеет дело с растениями.
Подобрав для скрещивания растения материнского и отцовского сорта, дожидаются их цветения и приступают к искусственному опылению. Перед распусканием цветки материнского растения изолируют от окружающей среды, для чего подойдет плотная ткань или бумага (лучше брать пергаментную). Из нее делают кулек или мешочек, который предотвратит неконтролируемое опыление насекомыми или ветром.
Чтобы не допустить самоопыления, цветок на материнском растении кастрируют, то есть удаляют у него пыльники или тычинки целиком.
Пыльцу собирают с цветов отцовского сорта. Можно ее сразу же перенести на рыльце пестика цветка материнского растения. Для такой операции подойдет мягкая кисточка.
Чтобы полностью исключить попадание «чужого» генетического материала, пыльники можно собрать с еще не распустившегося цветка и дождаться дозревания пыльцы в сухом месте, для чего вполне хватит одного дня.
Кстати, пыльца может храниться в течение нескольких дней, не теряя своих свойств. Так что можно не выращивать отцовское растение самостоятельно, а попросить пыльцу у коллег. Иногда ее даже пересылают по почте.
На опыленный цветок снова надевают изолирующий материал, который должен на нем оставаться до появления плодов. Иногда советуют не снимать ткань или пергамент вплоть до их созревания.
Опыление рекомендуется повторить дважды.
Конечно, не стоит рассчитывать лишь на один цветок. По тем или иным причинам он может не дать семян. Например, его или созревающий плод может сломать ветер или животные. Лучше провести искусственное опыление сразу нескольких цветков. Также получение большего количества семян и затем сеянцев повышает шансы на отбор качественного материала для дальнейшей работы.
Семена собирают по обычным правилам, актуальным для конкретного вида растений. Если есть необходимость, проводят их стратификацию. Так как они являются особо ценным материалом, высевать их лучше не прямо в открытый грунт, а использовать рассадный метод. Рекомендуется семена не только травянистых растений, но даже кустов и деревьев сеять в горшки или контейнеры, а в саду высаживать уже окрепшие сеянцы.
Естественно, растениям нужно обеспечить условия и уход, характерные для данного вида, включая подходящую почву, полив, удобрения, защиту от вредителей и болезней и т. д.
Растения, выращенные из семян, полученных от материнского экземпляра, являются первым поколением (F1). Если признак, на который проводится селекция, наследуется в соответствии с законами Менделя, и родители являются представителями чистых линий, то поколение, скорее всего, будет достаточно однородным по данному признаку. Если же он рецессивный, то пока еще вообще не проявится.
В любом случае, следующий этап – отбор лучших растений, их искусственное опыление и получение второго поколения.
Во втором поколении уже проявится расщепление, а возможно – и негативные последствия инбридинга (ведь мы помним, что все растения первого поколения получены от одного материнского экземпляра). Тут уже придется проводить жесткую отбраковку, оставляя растения, соответствующие поставленным селекционером целям, и удаляя остальные.
В последующих поколениях продолжается получение посевного материала, выращивание сеянцев, отбор лучших растений и отбраковка худших. Их сравнивают не только между собой, но и с изначальными материнским и отцовским растениями.
Группу растений можно считать сортом, если она однородная, стабильная по отселекционированным признакам и не дает расщепления по ним при размножении. Такого результата, как правило, добиваются примерно в четвертом-пятом поколении.
Если наследование признака не менделевское, то, скорее всего, понадобится больше материала для селекции, так как он будет более неоднородным, а также больше времени для закрепления результатов. Но основные этапы остаются теми же.
Несколько отличается работа со спортами. Их обычно отделяют от материнского растения и, в зависимости от вида, укореняют или прививают на подходящий подвой. Фактически, такое растение уже является первым представителем нового сорта. Его можно размножить вегетативно, а полученное таким образом потомство, при необходимости, использовать для семенного размножения, отбора и закрепления признаков.
Селекционер работает с большим количеством посевного и посадочного материала, производит различные операции, проводит отбор и выбраковку. Учитывая накапливающийся объем нужной информации, полагаться лишь на память точно не получится. Все нужно записывать, так что никак не обойтись без специального дневника.
В дневник селекции обязательно нужно записывать названия использованных сортов, операции, которые проводились с растениями, и в какие даты, количество полученных плодов, семян и сеянцев, какими признаками обладают представители каждого поколения, сколько оставлено и отбраковано и т. д. Такие записи помогут не забыть ничего важного, проанализировать успехи и неудачи, понять, как организовывать работу в будущем.
Не менее важно прикреплять этикетки непосредственно на растения, с которыми ведется селекция. На них нужно указывать исходный сорт, номер поколения, дату посадки или посева и т. п. Удобно не умещать все на одной табличке, а разработать собственную систему условных обозначений, расшифровка которых будет находится в дневнике селекции.
Напоследок предупреждаем: нет никакой гарантии, что все получится с первого раза, и выведенные растения окажутся лучше, чем исходные сорта. Даже опытные селекционеры, вооруженные знаниями и современными научными инструментами, отбраковывают огромное количество материала, иногда заходят в тупик, а их замечательные сорта порой оказываются потомками всего одного удачного экземпляра, найденного среди тысяч посредственных собратьев.
Занявшись селекцией, как, впрочем, и любым другим делом, нужно не опускать руки, столкнувшись с трудностями, работать над ошибками, постоянно учиться и упорно идти к цели. И кто знает – возможно, выведенный именно вами сорт просуществует не одно столетие, радуя и восхищая множество людей в разных странах.
Поділитись в соцмережах:
