У чому причина безпліддя міжвидових гібридів? Приклади міжвидових гібридів

З найдавніших часів людей захоплювала краса і різноманітність навколишніх рослин, особливо квітів. Їх аромат і ніжність в усі віки були уособленням любові, чистоти, прояви почуттів. Поступово людина усвідомила, що може не просто насолоджуватися вже наявними видами цих прекрасних створінь, але і брати участь в їх формуванні. Так почалася епоха селекції рослин, що призводить до отримання нових видів, що володіють більш потрібними і важливими ознаками в гено- і фенотипе. Дві науки, спільно працюють над цим питанням, зуміли до теперішнього часу домогтися просто фантастичних результатів - це генетика і ботаніка.

Предмет вивчення ботаніки

Ботаніка - це наука, що вивчає все, що стосується рослин. Тобто їх:

морфологію;
генетику;
фізіологію;
анатомію;
систематику.

Дана дисципліна охоплює всі сторони життя представників флори, починаючи з внутрішніх процесів дихання, розмноження і фотосинтезу і закінчуючи зовнішнім різноманітністю фенотипічних ознак.

Це одна з найдавніших наук, яка з`явилася разом з розвитком людини. Інтерес до зростаючим навколо нього створінням, так що прикрашає навколишній простір, був у людини завжди. До того ж, крім краси, це в усі часи був ще й потужне джерело прожитку, лікарських компонентів, будівельного матеріалу. Тому ботаніка - це наука, що вивчає найдавніші, важливі, різноманітні і складні організми на нашій планеті - рослини.

селекція рослин

З плином часу і накопиченням теоретичних знань про будову цих істот зсередини, їх способі життя і процесах, в них відбуваються, стало доступним і розуміння того, як можна маніпулювати їх ростом і розвитком. Набирала обертів наука генетика, яка дозволяла на хромосомному рівні вивчати різні об`єкти, схрещувати їх між собою, отримувати погані і хороші результати, вибирати вигідні і потрібні. Це стало можливим завдяки таким відкриттям.

Відео: Делеция, інверсія, Дуплікація як хромосомні мутації

подвійне запліднення у рослин.
Відкриття процесів мітозу і мейозу.
Розробка методів схрещування.
Явища гетерозису, аутбридинга і інцухт.
Розшифровка генетичного коду рослин.
Біомолекулярні дослідження складу клітини і тканин.
Відкриття в області цитології і гістології.

Звичайно, це ще не все передумови, які послужили початком до потужного руху і розвитку селекційних методів роботи над рослинами.

Схрещування і його характеристика

Інша назва процесу схрещування - гібридизація. Метод використання цього явища іменується гибридологического. Першим його застосував для своїх дослідів Грегор Мендель. Його знамениті досліди на горосі знає кожен школяр.

Суть всього процесу полягає в схрещуванні між собою батьківських форм з метою отримання гетерозиготного за ознаками потомства, яке і буде називатися гібридом. При цьому типи схрещування розроблені різні. Вони підбираються з урахуванням індивідуальних особливостей сорту, виду або роду. Всього існує два основних типи подібних процесів.

Аутбридинг, або неродинне схрещування. Має на увазі, що початкові батьківські форми не відносяться до одного виду, роду або сорту. Тобто не мають родинних зв`язків. Таке схрещування одне з найпопулярніших і найчастіше призводить до гетерозису при виведенні чистих ліній.
Інбридинг, або інцухт - близькоспоріднених гібридизація особин, що відносяться до одного виду або роду, сорту. Цей метод використовується для закріплення в популяції будь-якого корисного ознаки, в тому числі і фенотипова. При багаторазовому правильно здійснюваному інцухт можливе отримання чистих по генетиці ліній рослин.

Дані типи схрещування мають і більш вузькі різновиди всередині себе. Так, однією з форм аутбридинга вважається кроссбрідінг - гібридизація між сортами.

Крім типів, виділяють ще й різні види схрещування. Вони були докладно описані і вивчені ще Менделем, Томасом Морганом і іншими генетиками минулих століть.

види схрещування

Виділяють кілька основних видів гібридизації особин.

Моногибридное, або просте. Має на увазі схрещування батьківських форм з отриманням першого потомства, проводиться одноразово.
Дигибридное - за основу беруться батьки, що розрізняються по двох парах ознак.
Ще Одне - гібрид від першого покоління схрещується з вихідної батьківської особиною.
Полігібридне, або подвійне - особини першого покоління далі схрещуються між собою, а наступні з іншими сортами і видами.

Усі зазначені різновиди мають значення в кожній конкретній ситуації. Тобто для одних рослин досить простого схрещування, щоб отримати бажаний результат. А для інших потрібна складна поетапна полигибридном гібридизація для отримання бажаного ознаки і закріплення його в усій популяції.

Гібриди різних поколінь

В результаті будь-якого схрещування утворюється те чи інше потомство. Риси, які вона взяла у батьків, здатні проявлятися не однаковою мірою.

Так, ознаки гібридів першого покоління фенотипически завжди однакове, що підтверджується законом Менделя (Першим) і його дослідами на горосі. Тому часто для отримання однакового результату, який потрібно всього на раз, застосовують саме моногібридні вид гібридизації.

Далі всі наступні особини вже комбінують в собі властивості, тому з`являється розщеплення в певних співвідношеннях. Виявляються рецесивів, втручаються мутаційні процеси. Тому найважливішим для промислової діяльності людини, його сільського господарства, є саме перший отримує покоління рослин.

Типовий приклад: якщо метою є отримання тільки жовтих томатів в результаті одного сезонного періоду, то схрещувати слід жовтий і червоний помідор, але при цьому червоний повинен бути отриманий раніше від жовтого батька. В цьому випадку перше покоління, безумовно, буде однаково - жовті плоди томатів.

Міжвидові гібриди: характеристика

Міжвидовими називають ті гібриди, які отримують в результаті аутбридинга або віддаленого схрещування. Тобто це результат спарювання особин, що відносяться до різних видів, з метою отримання нового з наперед заданими ознаками і властивостями.

Відео: Як геномна мутація визначає розвиток синдрому Клайнфельтера

Таким способом в промисловості людьми були отримані багато важливих сільськогосподарські і декоративні рослини, а в селекції тварин виведені багато нових види особин.

Приклади подібних організмів

Приклади міжвидових гібридів серед рослин:

зернокормовая пшениця;
тритикале - пшениця і жито;
житньо-пирійні форми;
пшенично-елімусниє;
кілька видів тютюну та інші.

Якщо говорити про тварин, то також немало представників можна привести в приклад:

ослиці (кінь і ослиця);
лигр - лев і тигр;
межняк - тетерев і глухар та інші.

Основна проблема подібних гібридизації в тому, що потомство або безплідне, або нежиттєздатне. Саме тому люди створювали і розробляли масу способів для усунення цих чинників. Адже якщо виходить бажаний результат, то дуже важливо не просто його закріпити, а й ввести в систему отримання подібних організмів.

Відео: Співвідносна мінливість, яка перевіряється на ЄДІ з біології

У чому причина безпліддя міжвидових гібридів?

Причини таких проблем криються в процесах мейозу і мітозу, а саме в анафазе, коли хромосоми розходяться до полюсів клітини. У цей момент кожна з них шукає свою гомологичную пару. Так формуються цілі хромосоми з хроматид і складається загальний каріотип організму.

А ось у тих особин, у яких злиття відбувалося від різних батьківських форм, можливість зустрічі подібних структур мінімальна або неможлива. Саме тому відбувається випадкове комбінування ознак і в результаті особини стають безплідними або нежиттєздатними. Тобто гени, по суті, стають несумісними.

Якщо звернутися до молекулярного рівня і дізнатися, в чому причина безпліддя міжвидових гібридів, то відповідь буде таким: це несумісність ділянок ДНК з ядра клітини і мітохондрій. Як результат, відсутня кон`югація хромосом в мейотичному процесі.

Це і призводить до плачевних результатів як в селекції рослин, так і в схрещуванні і виведенні порід і нових видів тварин. Особливо часто таке відбувається у представників флори. Тому отримати урожай гібридних рослин можна лише один раз, що вкрай незручно для розвитку сільського господарства.

Після того як вченим стало ясно, в чому причина безпліддя міжвидових гібридів, почалася активна робота з пошуку способу усунення цих причин. Це призвело до створення кількох способів ліквідації стерильності особин.

Шляхи подолання безпліддя

Основний шлях, який обрали для вирішення даної проблеми біологи, наступний. На стадії мейозу, коли хромосоми розходяться до полюсів клітини, в неї вводиться спеціальна речовина - колхіцин. Він сприяє розчиненню ниток веретена поділу (клітинного центру). В результаті все хромосоми залишаються в одній клітці, а не потрапляють в різні. Тепер можлива вільна кон`югація між гомологічними парами, а значить, цілком нормальний процес мейозу в подальшому.

Таким чином, потомство стає фертильним і легко плодоносить в подальшому при схрещуванні з різними формами. Найчастіше цей метод використовується саме в селекції рослин, має він назву поліплоїдії. Вперше був застосований нашим вченим Карпеченкове. Так він отримав перший фертильний гібрид капусти і редьки.

У чому причина безпліддя міжвидових гібридів, ми вже з`ясували. Знаючи природу проблеми, вдалося створити ще два способи її вирішення.

Рослини запилюють пилком тільки одного з батьків. Такий метод дозволяє отримувати кілька поколінь гібридних особин, фертильних. Однак потім ознака все одно повертається, і особини знову стають стерильними.
Запилення гібридів в першому поколінні пилком батьків.

На сьогодні більше методів боротьби не створено, але роботи в цьому напрямку ведуться.

Лілії та їх гібриди

Символ чистоти і невинності, квіти печалі і скорботи за минулим, ніжні і тонкі представники лілійних - лілії. Ці рослини цінуються людиною багато століть поспіль. За цей час яких тільки сортів не було створено! Природно, що міжвидові схрещування торкнулися їх теж.

Результатом стало виведення дев`яти груп гібридних сортів, які просто вражають красою фенотипічних ознак! Серед них особливе місце займають два найбільш незвичайних і затребуваних представника:

східні гібриди;
лілії ОТ-гібриди.

Розглянемо ознаки обох груп і дамо їм характеристику.

східні гібриди

Це найбільший за формирующемуся квітці гібрид. Біологія їх практично нічим не відрізняється від такої в інших представників. Розміри зростаючої чашечки можуть досягати 31 см в діаметрі, а забарвлення буває різна. Дуже гарний сорт Ніппон, що має білі великі квіти з рожевою окантовкою. Пелюстки у них гофровані.

Висота даних рослин коливається до 1,2 м. Це дозволяє висаджувати їх на відстані 20-25 см одна від одної і формувати красиві квітучі гряди. Всі представники цієї групи виділяють дуже сильний аромат.

Оріенпіти

Це і є лілії ОТ-гібриди, абревіатура яких утворена від повної назви: орієнталь-трубчасті форми. Їх ще називають лілейними деревами за дуже високий розмір рослин і великі квіти. На одному стеблі заввишки до 2,5 метрів може сформуватися понад 25 великих (до 30 см) квіток, які є дуже ароматними і яркоокрашеннимі.

Це дозволяє даній групі гібридів бути дуже затребуваними у садівників, хоча не кожному дано впоратися з їх розведенням. Потрібно дуже ретельний догляд і правильна висадка, щоб такі форми могли прижитися і давати потомство.

Соняшник і його гібридні форми

Гібриди соняшнику відрізняються один від одного термінами дозрівання насіння. Так, виділяють:

скоростиглі (до 90 днів);
ранньостиглі (до 100 днів);
середньостиглі (до 110 днів).

Насіння гібриди також дають неоднакові. Олійність і врожайність відмінна і залежить від термінів дозрівання. Чим довше рослина в землі, тим вище якість врожаю. Можна назвати кілька найпоширеніших в світі гібридів цієї рослини, найбільш затребуваних в сільському господарстві.