Полная версия

Главная arrow Прочие arrow Биология: генетика. Практический курс

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Комбинативная изменчивость

Цель:

  • 1) выявить особенности внутривидовой гибридизации и установить ее значение;
  • 2) сформировать специальное биологическое умение по организации и проведению гибридизации у растений;
  • 3) разработать методические рекомендации по организации учебного процесса при изучении этой темы.

Контрольные вопросы:

  • 1. Источники комбинативной изменчивости.
  • 2. Значение комбинативная изменчивость для живых организмов.
  • 3. Понятия «чистая линия», «сорт», «порода», «штамм».
  • 4. Гибридизация — метод скрещивания.
  • 5. Историческая справка развития селекции — научного производства.
  • 6. Основные задачи и перспективы развития селекции.
  • 7. Селекция в Омской области. Районированные сорта сельскохозяйственных растений, породы животных.

Практическая работа

Методы получения гибридного материала у растений

Объект исследования: районированные сорта пшеницы мягкой.

Пояснение к заданию

Гибрид (от лат. hibrid, hybrid — помесь) — гетерозиготный организм (клетка), полученный в результате объединения генетического материала генотипически разных организмов (клеток), т. е. гибридизации. Гибридизация — это процесс скрещивания между собой двух или большего числа последовательно вовлекаемых в него наследственно различающихся родительских форм, т. е. процесс получения комбинации генов и трансгрессии — суммирующего действия полимерных генов, выражающийся в появлении новообразований. Поскольку в гибридизацию может вовлекаться разный материал, то выделяют несколько видов гибридизации — соматическая на уровне клеток (клеточная инженерия), внутривидовая на уровне организмов (между гомогенным материалом одного вида), межвидовая (между разными видами), отдаленная (между таксонами высших категорий, с объединением разных геномов). При любом виде гибридизации сохраняется ее уникальное значение — процесс, в основе которого возникает и реализуется комбинативная изменчивость — один из факторов эволюции. Наибольшим производственным значением обладают такие виды гибридизации, как внутривидовая, межвидовая, отдаленная. Следует отметить, что при межвидовой и отдаленной гибридизации не всегда можно получить фертильное (плодовитое) потомство, в связи с чем возникают производственные проблемы по их организации. Таким образом, наиболее часто в производстве используется внутривидовая гибридизация.

При проведении этого процесса необходимо научно и методически грамотно организовать все виды работ на основных этапах:

  • • подбор исходных форм с учетом поставленных целей,
  • • разработку программы скрещиваний, выбор типа скрещивания,
  • • закладку питомника гибридизации (ПГ) для проведения основных работ,
  • • проведение скрещиваний.

Подбор родительских форм для скрещивания

Успех комбинативной селекции в значительной степени зависит от удачного подбора родительских компонентов для программы скрещиваний. Вавилов выделяет следующие основные положения теории подбора пар для скрещиваний:

  • • учет генетических индивидуальностей сортов, их специфичных свойств;
  • • учет сведений о видовом разнообразии селектируемой культуры;
  • • широкое географическое использование компонентов для скрещивания;
  • • использование различных типов скрещивания с целью реализации генотипических способностей сортов.

Таким образом, при отборе пар для скрещивания необходимо, во-первых, использовать формы-носители гена признака, отсутствующего или недостаточно выраженного у улучшаемой формы, во-вторых, учитывать генетическую структуру селектируемого признака, в-третьих, использовать формы с ярко выраженными косвенными признаками, находящимися в положительной корреляции с селектируемым признаком. Всю эту информацию можно отнести к блоку информации о комбинационной способности сорта, т. е. способности проявлять гетерозисный эффект и передавать положительные свойства потомству. Анализ такой информации позволяет выделять сорта- доноры по интересующим селекционера признакам.

Типы скрещиваний

Выбор типа скрещивания, по которому будет проводиться гибридизация, имеет большое значение и для практики (реализация поставленной цели селекционером), и для теории (изучение комбинационной способности сортов, характера наследования признаков). Эту работу необходимо проводить, основываясь на знаниях биологических особенностей опыления селектируемой культуры, генетического разнообразия и потенциальных возможностях исходного материала, а также на знаниях многообразия типов скрещиваний и их значении (рис. IV.6).

IV.6. Графологическая структура понятия «типы скрещиваний»

Рис. IV.6. Графологическая структура понятия «типы скрещиваний»

Простым называется скрещивание между двумя родительскими формами, производимые однократно х В). При простом скрещивании гибриды обладают наследственными признаками обоих родителей в случайной комбинации. Таким образом, формообразовательный процесс в гибридной популяции идет на основе перераспределения наследственного материала, привнесенного в равном количестве одной парой родителей. Реципрокноеобратное, скрещивание применяется в тех случаях, когда наследование важного хозяйственно-ценного признака связано с цитоплазмой и завязываемость семян зависит от того, какой сорт берется в качестве материнской формы. Инбридинг — «разведение в себе», скрещивание особей, родство между которыми более тесное, чем родство между особями, случайно взятыми из этой же популяции. Поликросс — множественное скрещивание у перекрестноопыляющихся растений основано на свободном переопылении каждой последующей формы пыльцой определенного, достаточно широкого набора других форм. Топкросс — метод скрещивания, основанный на том, что каждый исследуемый сорт (материнская форма) скрещивают с одной специально подобранной (тестером — анализатором) отцовской формой. Диаллелъные скрещивания — это система скрещиваний, при которой испытываемые линии или сорта скрещиваются между собой во всех возможных комбинациях. Сложные скрещивания — скрещивания, в которых участвуют более двух родительских форм. Ступенчатые скрещивания — это разновидность сложных, когда в гибридизацию последовательно вовлекаются несколько родительских форм — х В) х х С х D, (А х В) х (С х Д) и т. д. Бэккросс — многократное возвратное скрещивание гибридов первого поколения с одной из исходных родительских форм, признаки которой желательно усилить —А х В,АВ х В, АВВ х В и т. д. Конвергентные скрещивания — разновидность сложных, в которых гибриды скрещиваются с 2-х направлениях: одни с отцовской формой, другие с материнской.

Наибольшее распространение в селекции пшеницы получили систематические скрещивания, в частности топкросс, который позволяет более экономично решать проблемы генетики количественных хозяйственно-ценных признаков.

Организация и закладка питомника гибридизации (ПГ)

Питомник гибридизации — начальное звено селекционного процесса (рис. IV. 7), поэтому методике его организации уделяется достаточно много внимания. Размещение сортов при посеве в питомнике последовательное, посев производится при первой возможности в несколько сроков, обычно через 5—6 дней, в зависимости от вегетационного периода скрещиваемых форм. Площадь делянок — 1,5 м2 при количестве рядков на делянке — 5. Посев проводится рядковым способом с междурядьем 20 см при норме высева 40—50 зерен на 1 погонный метр с помощью ручной сеялки (СР-1). Ширина дорожек между делянками — 1м. Питомник закрывается защитными полосами (5—8 рядков).

IV.7. Схема селекционного процесса мягкой яровой пшеницы с началом отбора во втором гибридном поколении

Рис. IV.7. Схема селекционного процесса мягкой яровой пшеницы с началом отбора во втором гибридном поколении

Методика и техника скрещивания

Работа по скрещиванию состоит их 3—х операций: подготовка соцветий к скрещиванию, кастрация, опыление.

1. Для скрещивания выберите наиболее развитое растение в фазу колошения (при выходе 1/2 части колоса из первого влагалищного листа, когда пыльники в цветке еще не созрели). Для выполнения всех последующих операций по кастрации необходимо правильно фиксировать колос в левой руке (рис. IV.8).

IV.8. Фиксация колоса в руке для проведения кастрации

Рис. IV.8. Фиксация колоса в руке для проведения кастрации

  • 2. Освободите колос от верхнего влагалищного листа. Пинцетом удалите недоразвитые колоски верхней части колоса и с обеих боковых сторон нижней части.
  • 3. Удалите срединные цветки в каждом колоске колоса так, чтобы остались только боковые цветки, для этого пинцетом в правой руке, захватив за цветочные чешуи, потяните срединные цветки на себя, придерживая подушечками пальцев левой руки колосковые чешуи колоска. Проведите эту операцию в каждом колоске колоса снизу вверх на одной боковой стороне, затем в таком же порядке на другой (рис. IV.9).
  • 4. Проведите с помощью маленьких ножниц обрезку колосковых, цветочных чешуй у оставшихся цветков колосков, а также остей, если для материнской формы характерно наличие этого признака (остистость). Эту операцию также проводите снизу вверх на каждой боковой стороне колоса.
  • 5. Пинцетом удалите полностью 3 недозревших пыльника в каждом цветке, проводя эту работу, как и прежде, снизу вверх поочередно с обеих сторон (рис. IV. 10).
IV.9. Удаление срединных цветков

Рис. IV.9. Удаление срединных цветков

IV. 10. Удаление тычинок

Рис. IV. 10. Удаление тычинок

6. Кастрированный колос заключите в изолятор (пергаментный непромокаемый мешочек) с записью номера делянки или названия материнской формы, где проводилась работа, даты кастрации и фамилии лица, проводившего эту работу, например:

Стебель с кастрированным колосом лучше всего подвязать на уровне нижней части изолятора к металлическому пруту или к основной массе стеблей.

Через 3—5 дней при полной спелости рыльца плодолистиков проводится опыление. Лучшее время для опыления — утренние часы.

Существует несколько способов опыления:

  • • принудительное — нанесение на рыльце плодолистика каждого цветка 1—2 зрелых растрескивающихся при прикосновении пинцетом пыльников, взятых непосредственно из колоса отцовского растения;
  • • твел — метод, при котором необходима предварительная подготовка отцовской формы в фазу колошения: у каждого колоса срезанного растения обрезают верхнюю часть колосковых и цветочных чешуй, затем растения помещают в сосуд с водой до начала цветения (выброса пыльцы), подготовленный колос отцовской формы вводят через верхнюю часть индивидуального изолятора в камеру и вращательными движениями сбивают пыльцу на рыльце плодолистика материнской формы (рис. IV. 11);
IV. 11. Методы опыления

Рис. IV. 11. Методы опыления

• камерный метод — предусматривает помещение от 5 до 10 про- кастрированных колосьев под один общий изолятор (пергаментный мешок высотой 28—30 см, шириной 20—25 см), верхняя часть которого закрывается посредством сгиба с помощью 2—3 канцелярских скрепок. Растения отцовской формы готовятся точно так же, как при методе «твел», но опыление одного изолятора проводят одновременно 10—15 колосьями отцовской формы, для этого их вводят через верхнюю, предварительно открытую часть камеры и колебательными движениями руки с колосьями ударяют о стенки изолятора, тем самым сбивают пыльцу (рис. IV. 11). После проведения этой операции изолятор закрывают скрепками, а на изоляторе отмечают дату опыления, название отцовской формы или номер делянки, на которой она произрастала, фамилию работника, проводившего эту операцию, например:

При созревании гибридного зерна (вторая половина августа) проводится срезка изоляторов и анализ результатов скрещиваний с расчетом коэффициента завязываемости (к). Для этого в лабораторных условиях для каждого колоса определяют число прокастрированных цветков (ДО и число завязавшихся зерен (п), расчет коэффициента проводится по формуле:

Затем для каждой гибридной комбинации подсчитывается средний показатель коэффициента завязываемости. При выполнении этой работы необходимо пользоваться рабочими протоколами (журнал гибридизации — таблица IV.6, журнал результатов гибридизации — таблица IV. 7).

Таблица IV.6

Журнал гибридизации

делянки

Дата

кастрации

Число прокастрированных колосьев

Дата

опыления

№ делянки тестера

38

8.07.2000

60

10.07.2000

14

38

и т. д.

8.07.2000

100

10.07.2000

15

Таблица IV.7

Результаты гибридизации

Комбинация

раст.

Число

Завязывае- мость, %

Of

6

кастрированных цветков

завязавшихся

зерен

Омская

20

И т. д.

Росси-

янка

1

20

16

80

2

28

26

94

Методическая часть

Понятие «комбинативная изменчивость» согласно авторской программе И ступени образования — основное среднее [Пономарева, 2000], не входит в состав содержательного компонента учебного курса «Общая биология». Тем не менее проанализированные авторские программы этой ступени обучения предполагают формирование таких понятий, как «методы селекции», «гибридизация», «сорт», «порода», «штамм», а также формирование таких умений, как обоснование значения генетики для селекции. Поскольку в селекции выделяют комбина- тивную селекцию, основным методом которой является гибридизация, т. е. получение комбинаций генов, отбор перспективной комбинации, то необходимо хотя бы на уровне представлений формировать понятие «комбинативная изменчивость», так как именно оно лежит в основе комбинативной селекции. Инвариантная часть биологической программы III ступени обучения — полное среднее образование [Захаров, 2000] предполагает формирование понятия «комбинативная изменчивость» с установлением логических связей в блоке с понятиями «изменчивость» и «методы селекции», т. е. перевод этого понятия на Н-Ш уровни сформированности. Но при этом программа не предлагает методов и форм обучения, которые обеспечили бы эффективное усвоение его. В связи с этим, рекомендуется при организации предметно-ориентированной системы обучения использовать иллюстрации этапов гибридизации с элементами практической работы — расчет коэффициента завязываемости, что однозначно обеспечит повышение интереса к материалу, а также восприятие его на более высоком уровне.

Кроме того, при личностно-ориентированной системе обучения возможно организация индивидуальной исследовательской работы по таким темам, как «Изучение эффективности способов опыления», «Изучения влияния метеорологических факторов на опыление», «Изучение комбинационной способности сортов мягкой яровой пшеницы» и др.

Одна из таких работ предлагается для самостоятельного выполнения студентам во время полевой практики по генетике.

Задание

  • 1. Разработать схему и заложить питомник гибридизации.
  • 2. Описать биологические особенности и генетическое разнообразие с указанием сортов, районированных в Омской области, селекционной культуры.
  • 3. Разработать программу гибридизации с указанием производственной цели и типа скрещиваний.
  • 4. Подобрать исходные формы для гибридизации, привести характеристику их с перечислением значимых для гибридизации хозяйственно-ценных признаков.
  • 5. Провести гибридизацию и обработку ее результатов в лабораторных условиях с заполнением всей необходимой рабочей документации.
  • 6. Провести анализ учебной литературы и программ, разработать рекомендации по организации изучения этого материала в средней общеобразовательной школе (лицее, гимназии).

Оборудование: набор сортов и гибридных популяций селектируемой культуры; набор для кастрации: пинцет, ножницы, скрепки, карандаш, тонкая гибкая проволока, нитки, индивидуальный и камерные изоляторы; микрокалькуляторы; рабочий инструмент для закладки питомника и ухода за ним: шпагат, разбивочные колья, маркер, рулетка, ручная сеялка, грабли, тяпки.

Самостоятельная исследовательская работа Изучение эффективности использования разных способов опыления при гибридизации мягкой яровой пшеницы

Объект исследования: сорта и гибридный материал мягкой яровой пшеницы.

Задание

  • 1. Разработать схему эксперимента с указанием цели, методики, исходного материала для исследования, количества вариантов и повторностей.
  • 2. Разработать схему гибридизации с указанием типа скрещивания.
  • 3. Провести эксперимент, обработать полученные данные в лабораторных условиях, написать отчет по исследованию.
  • 4. Разработать технологическую схему организации индивидуальной исследовательской работы учащихся.

Рекомендации к заданию

При разработке исследования используйте алгоритм организации исследовательской работы, представленный в пояснении к заданию учебно-исследовательской работы по теме III. 1 «Моногенное наследование». В качестве протоколов наблюдения и регистрации результатов эксперимента можно применять рабочие таблица IV.6 и IV. 7. Рекомендации по закладке эксперимента и операционный состав гибридизации пшеницы представлены в практической работе темы IV.2 «Комбинатив- ная изменчивость».

При написании отчета придерживайтесь следующей схемы:

  • • введение, включающее цель и блок задач для реализации цели эксперимента, а также актуальность выбранной темы;
  • • методика эксперимента, в которой указывается время и место его проведения, схема опыта с указанием типа скрещивания, информация о родительских формах, т. е. исходном материале, с уточнением сортов, взятых в качестве материнских и отцовских форм, методы статистической обработки (расчет коэффициента завязываемости);
  • • результаты и их обсуждение, где приводятся результаты эксперимента в виде табличного материала, графиков, диаграмм и выявляются закономерности при анализе этих результатов;
  • • выводы;
  • • список используемой литературы.

В качестве вариантов опыта примените способы опыления «твел» и «камерный», в качестве повторностей — гибридные комбинации.

Разрабатывая технологическую схему организации индивидуальной исследовательской работы учащихся, необходимо помнить, что эта схема прежде всего отражает этапы процесса обучения с операционным составом каждого этапа с указанием вида деятельности учащихся и учителя (таблица IV. 8).

Таблица IV.8

Этап

Характеристика этапа

Деятельность

учителя

учащихся

Оборудование: набор сортов и гибридных популяций селектируемой культуры; набор для кастрации: пинцет, ножницы, скрепки, карандаш, тонкая гибкая проволока, нитки, индивидуальный и камерные изоляторы; микрокалькуляторы; рабочий инструмент для закладки питомника и ухода за ним: шпагат, разбивочные колья, маркер, рулетка, ручная сеялка, грабли, тяпки.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>