Что такое полиплоид?

Сегодня селекционер-генетик трудится уже не как кустарь-одиночка, надеющийся в основном на свою интуицию, а как генеральный конструктор, опираясь на данные других наук - цитологии, биохимии, агрохимии, службы защиты растений. Разрабатывая сорт или породу, он направляет деятельность коллектива ученых на создание новой ценной формы. И решение многих из поставленных практикой вопросов становится невозможным без опоры на достижения фундаментальной науки и без дальнейшего ее развития.

Одним из примеров плодотворной роли теории стало выведение новых высокопродуктивных полиплоидных сортов и гибридов различных сельскохозяйственных культур.

Но давайте сначала выясним, что же такое полиплоидия. Это особая категория наследственных изменений, связанная с увеличением количества хромосом в клеточном ядре, которое может возникнуть как в естественных, природных условиях, так и искусственным путем.

Можно привести такой случай естественного возникновения полиплоидии. В Закавказье и некоторых других местах рядом с дикой и культурной однозернянкой росли да и сейчас встречаются растения с колосьями самой причудливой формы. Это эгилопсы, большинство которых легко скрещивается с разными видами пшеницы. Ученым известно немалое количество гибридов эгилопсов и пшениц. Но они, как правило, были бесплодными. Однако ничтожная доля процента гибридов оказалась плодовитой. Объединение в одном ядре двух наборов хромосом (что, как Мы выяснили, и называется полиплоидией) породило целую серию видов тетраплоидных пшениц. Среди них виды, возделываемые широко в прошлом и настоящем, - культурная двузернянка, твердая пшеница тургидум, а также выращиваемые лишь в отдельных районах - месопотамская, колхидская, исфаганская дикая полба и другие. Кстати, полбой, или эммероком, культурная двузернянка издавна называлась на Руси.

Сегодня эти растения можно увидеть лишь в ряде районов Ирана, Афганистана, Эфиопии, Йемена, Испании и некоторых других стран. Сохраняется полба и в питомниках опытных станций, селекционных центров. Ценные признаки, свойственные этому виду, путем различных методов скрещивания и отбора селекционеры передают сортам мягкой и твердой пшениц.

Пшеница, хлопчатник, картофель, просо, сахарный тростник, люцерна и ряд других сельскохозяйственных растений - полиплоиды, возникшие естественным путем. Нельзя исключить возможности, что именно этим и обусловлены их положительные свойства и признаки, ради которых в свое время они были отобраны и введены в культуру человеком. Ведь полиплоидные формы вследствие увеличения числа хромосом имеют более крупные клетки и ядро. Соответственно они имеют более крупные зерна, устойчивы к полеганию и обладают другими качествами продуктивности. Исходя из этих особенностей полиплоидов видно, как важно научиться искусственно получать подобные формы методами индуцированного мутагенеза. Этот метод и был широко использован в экспериментах и практике.

Экспериментальное удвоение числа хромосом в клетках впервые осуществил еще в конце прошлого века наш соотечественник И. И. Герасимов. В 40-х годах текущего столетия удалось найти эффективное полиплоидизирующее вещество - алкалоид колхицин. Воздействуя им на растущую цветочную почку, можно целенаправленно изменять внутриклеточные преобразования и вместо обычного - двойного, то есть диплоидного, набора хромосом получать учетверенный, тетраплоидный.

Такая генетическая перестройка влечет за собой изменение основных особенностей растений.

Опираясь на все эти данные, решили попробовать создать триплоидные сорта сахарной свеклы. В 1960 году получили первые в нашей стране гетерозисные триплоидные гибриды, то есть с тройным набором хромосом, вместо нормального двойного. Лучшие из этих сортов оказались победителями в соревновании с ранее возделываемыми диплоидными. В настоящее время в свеклосеющих районах Краснодарского края, Северного Кавказа, республик Закавказья и Киргизии высеивают исключительно триплоидные семена. По

Данным Краснодарского краевого управления сельского хозяйства, внедрение триплоидных гибридов сахарной свеклы позволило повысить урожайность со 168 центнеров с гектара до 252. По стране в целом внедрение триплоидной сахарной свеклы привело к увеличению производства сахара на 2 миллиона центнеров, что оценивается в 150 миллионов рублей ежегодно.

Крупной народнохозяйственной проблемой является и борьба с заболеваниями картофеля, ведущими к потерям, которые нередко составляют до четверти от всего урожая. Ученые знали, что гены устойчивости к вирусам, бактериям, грибам, насекомым и вредителям имеются у диких видов картофеля. Однако эти виды не скрещивались со своими культурными собратьями.

Генетический анализ определил сложную наследственную полигенную природу устойчивости дикого картофеля, благодаря чему в популяциях этих видов имеются как полностью устойчивые растения, обладающие комплексным иммунитетом, так и совершенно неустойчивые. Специальным экспресс-методом отобрали лучшие растения. Потом экспериментально получили тетраплоиды диких видов, которые скрестили с культурным картофелем, и позже провели отбор с учетом генетической устойчивости. На основе полученных данных была создана оригинальная схема селекции картофеля.

В процессе довольно сложной и кропотливой работы Н. А. Лебедевой в Институте общей генетики АН СССР был собран огромный гибридный материал картофеля при вовлечении в скрещивание двух, трех, четырех, пяти и даже шести видов. В этом материале много гибридных клонов, устойчивых к различным патогенам и вредителям. Богатый материал позволил приступить к выведению новых, очень ценных для народного хозяйства сортов.

В настоящее время мы располагаем такими перспективными сортами, как "весна" и "белая ночь". "Весна" прошла государственные испытания и сейчас районирована в ряде областей РСФСР. Урожайность ее на торфяниках достигает 600 центнеров с гектара. "Белая ночь" в 1978 году испытывалась на 5 сортоучастках в Ленинградской области. Сорт представляет собой четырехвидовой гибрид с комплексной устойчивостью к патогенам и вредителям. Урожайность его в полтора-два раза выше, чем у выращиваемых раньше сортов.

Успехи в создании новой схемы селекции картофеля говорят о важном значении для практики фундаментальных разработок по экспериментальной полиплоидии и генетике устойчивости к патогенам и вредителям.

Много веков назад, когда пшеница и ячмень начали распространяться по европейскому и азиатскому континенту, за ними неотступно следовал сорняк, названный современными учеными сорно-полевой рожью. Она сохранилась в диком виде на территории Азербайджанской ССР, Армянской ССР, а также Афганистана и некоторых других стран.

Большинство сорных растений ржи имело примерно равный с пшеницей и ячменем период вегетации да и по размерам зерен почти не отличалось друг от друга, поэтому землепашцам было очень трудно освободиться от сорняка. И прозывали его чавдар, джоудар, что в переводе означает - засоряющее или терзающее растение. Сегодня, конечно же, никто из нас не сможет с уверенностью сказать, что побудило человека

Ввести рожь в число возделываемых растений. Вполне возможно, что, используя в пищу смесь ржаных и пшеничных зерен, люди почувствовали специфический приятный вкус. А если еще к этому добавить, что в засушливые и морозные годы пшеница погибала, а рожь как более морозостойкая оставалась, то многое становится ясным...

Позже появились и мутанты - растения с неломким колосом и более крупным зерном, послужившие основой для формирования культурной ржи. В СССР, Швеции, ГДР и других странах кардинальным путем повышения продуктивности ржаного растения было признано удвоение числа хромосомных наборов. Советские селекционеры из Белорусского института земледелия создали прекрасную тетраплоидную рожь "белта", получившую сегодня наибольшее распространение.

Теперь уже никто не сомневается, что у тетраплоидов озимой ржи большое будущее. Крупное зерно, высокая урожайность, устойчивость к полеганию - эти особенности обуславливают перспективность тетраплоидов. Хорошими показателями характеризуются "ленинградская тетраплоидная" и "тетра полесская". Созданная под руководством академика Н. В. Цицина тетраплоидная озимая рожь "старт" превышает по урожайности высеваемую ранее диплоидную "харьковская-60" на шесть с лишним центнеров с гектара.

Ярким примером успеха метода полиплоидии служит выведение пшенично - ржаных гибридов, названных тритикале. Этот экспериментально сконструированный третий хлебный злак призван пополнить мировые запасы зерна для пищевых и кормовых целей. А. Ф. Шулындин на Украине вывел высокопродуктивные сорта тритикале "амфидиплоид-196", "амфидиплоид-201", "амфидиплоид-206". Урожайность этих сортов выше, чем у лучших районированных пшениц.

Изучение зерна тритикале показало, что оно содержит больше белка, чем пшеничное, выросшее в таких же условиях. Если будет организована целенаправленная селекция тритикале на улучшение качества зерна, сельскохозяйственное производство в ближайшие годы сможет получить злак, превышающий по биологической полноценности все основные распространенные зерновые культуры. Перспективна тритикале для Полесья и лесостепных районов Украины, Центрально-Черноземной зоны и Северного Кавказа. Можно с уверенностью сказать, что у нового злака большое будущее.