Разведение растений: Мини-огород в квартире: как вырастить овощи, зелень и даже клубнику у себя дома

Разведение растений: Мини-огород в квартире: как вырастить овощи, зелень и даже клубнику у себя дома

Мини-огород в квартире: как вырастить овощи, зелень и даже клубнику у себя дома

Выращивание продуктов питания в условиях города популярно во всём мире. Так, Бритта Райли (Britta Riley) живёт в крошечной квартире в Нью-Йорке. Она придумала вертикальный огород на гидропонике. Он занимает мало места и приносит неплохой урожай. О своей инновации Бритта рассказывала на TED.

На Западе, если на продукте стоит маркировка eco, bio или organic, это означает две вещи. Во-первых, эти продукты выращены, собраны и переработаны в соответствии с экологическими стандартами, то есть без пестицидов, синтетических удобрений, стимуляторов роста и прочей «гадости». Они прошли сертификацию, и серьёзные организации гарантировали их качество. Во-вторых, биопродукты на порядок дороже обычных.

В России рынок «чистой еды» только зарождается. Ещё не сформированы биосертификационная и контрольная системы. А разница в ценах между биопродукцией и обычными овощами и фруктами порой доходит до 1 000%! Поэтому для нас самые эко, био и органик — это продукты, выращенные своими руками.

Но дачи и родственники в деревне есть не у всех. Что делать детям урбана, привыкшим видеть картошку мытой и в сетках, а зелень — в вакуумных упаковках? Выращивать овощи и фрукты прямо на балконе или подоконнике.

6 причин устроить дома мини-огород

1. Можно баловать себя свежими, полными витаминов овощами и зеленью круглый год.
2. Экономия. Овощи и фрукты стоят дорого, особенно зимой. С домашним огородом больше не придётся подстраиваться под сезон (помидоры едим вдоволь только в июле, а яблоки — в сентябре).
3. Вы сами своими руками из крошечного семечка можете вырастить растение, можете собирать плоды. Это созидательная деятельность, заряжающая положительной энергией.
4. Можно улучшить свои знания о биологии, получить полезные навыки и приобрести увлекательное хобби.
5. Ваши дети увидят, как растут помидоры, огурцы и другие овощи, и поймут, что они не материализуются чудесным образом в холодильнике, их взращивание — серьёзный труд.
6. Вы сможете удивить друзей и знакомых. Представьте, как будете хвастать урожаем, показывая оконные «грядки». 😉

Что нужно, чтобы выращивать овощи и зелень дома

• Место. Обычно это подоконник или балкон. Лучше, если они выходят на солнечную сторону. Если нет, потребуются лампы для дополнительного освещения. При необходимости подоконник можно расширить или соорудить стеллажи для «грядок» (минимальное расстояние между полками — 50 см).
• Ёмкости. Грядками для домашнего огорода могут служить глиняные или пластиковые горшки, деревянные ящики. Главное, чтобы в дне были отверстия для слива воды. Ёмкости рекомендуется ставить на поддоны.
• Грунт. Существует множество почвенных смесей для комнатных огородов. Как правило, делают несколько слоёв: торф, компост, дёрн. Можно заготовить грунт самостоятельно, а можно купить в специализированном магазине.
• Семена . Одни сорта томатов или огурцов хорошо растут дома, а другие даже не всходят. Поэтому, прежде чем заняться комнатным огородничеством, нужно посидеть на форумах, почитать статьи в интернете и узнать, какие семена покупать.

Кроме того, вам могут понадобиться удобрения, подкормки, термометр и сосуд для отстаивания воды (домашние растения поливают водой комнатной температуры, отстоянной от хлора).

Инвентарь есть, теперь нужно решить, что именно сажать. Лайфхакер уже писал о некоторых овощах, прекрасно растущих на подоконнике.

16 продуктов, которые можно вырастить дома

Сегодня расскажем ещё о десяти таких растениях.

Морковь

DenisNata/Depositphotos.com

Сорт: «амстердамский».
Температура: от 15 до 25 ºС.
Урожай: через ≈70 дней.

Для выращивания дома нужно брать миниатюрные сорта моркови. Сажать можно в ящики, горшки или просто обрезанные пластиковые бутылки с отверстиями в дне. Почву следует брать дренажную.

Семена помещают в землю на глубину около 7 см. Когда морковь взойдёт и прорастёт на несколько сантиметров, её нужно проредить, оставив самые сильные ростки на расстоянии около 2 см друг от друга. Не рекомендуется держать грядки под прямыми солнечными лучами.

Поливать морковь в домашних условиях нужно часто, но надо следить, чтобы влаги не было чересчур много, иначе корнеплод загниёт. Время от времени можно подкармливать удобрениями с низким содержанием азота (если его много, весь рост уйдёт в ботву). Очень полезно также иногда рыхлить почву.

Перец

Перец, выращенный на балконе

Сорта: «остров сокровищ», «карлик», «акварель», «ласточка» и другие.
Температура: от 25 до 27 ºС.
Урожай: через 100–130 дней.

Для выращивания перца в квартире рекомендуется использовать специальную почву, обогащённую микроэлементами. Она продаётся в магазинах для огородников. Грунт можно дополнить гидрогелями для большей рыхлости.

Семена сначала сажают в маленькие горшки, которые закрывают пищевой плёнкой и ставят в тёплое место. Когда появятся первые ростки (через одну-две недели), в плёнке нужно сделать несколько небольших проколов. Ещё через некоторое время перец окрепнет, тогда его можно будет пересадить в большие горшки или вёдра. Делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить корешок. Укореняют растение на треть, после чего поливают тёплой (30 ºС) водой.

В дальнейшем перец можно поливать каждый день. Это растение любит свет, поэтому в дополнение к естественному освещению рекомендуются лампы с белым спектром. Необходимо беречь доморощенный перец от сквозняков и прямых солнечных лучей.

Удобрять можно азотными удобрениями, а вот калийная соль и хлористый калий погубят корни растения. При должном уходе перец на подоконнике может радовать плодами до двух лет.

Помидоры черри

Levranii/Depositphotos.com

Сорта: «пигмей», «бонсай», «бусинка» и другие.
Температура: от 23 до 25 ºС.
Урожай: через 90–100 дней (в зависимости от сорта).

Грунт, как и в случае с перцем, удобнее покупать готовый. Ёмкость рекомендуется брать цилиндрическую: она лучше заполняется корневой системой.

Сначала семена проращивают в небольших горшках: зарывают на глубину 1,5 см, укрывают пищевой плёнкой и оставляют в тёплом месте до первых ростков. Когда томаты взошли, их пикируют в более большую и глубокую посуду.

Важно, чтобы растение получало равномерное освещение. Для этого над «грядками» можно повесить лампы дневного света либо регулярно поворачивать контейнеры к окну.

Поливать следует аккуратно: черри легко залить. Когда растение разрастётся, почву рекомендуется время от времени рыхлить и подкармливать минеральными удобрениями. При необходимости ствол томата можно подвязать к опоре (деревянной шпажке или карандашу). Также важно следить, чтобы на помидорах не появились вредители.

К слову, в домашних огородах прекрасно растут не только черри, но и обычные помидоры.

Огурцы

Огурцы, выращенные на окне

Сорта: «комнатный Рытова», «чудо на окошке», «муравей» и другие.
Температура: от 21 до 24 ºС.
Урожай: через 35–45 дней.

Для огурцов нужны довольно большие ёмкости, объёмом не менее 6 л. Грунт должен быть рыхлым, с торфом или компостом.

В домашних условиях хорошо растут самоопыляющиеся сорта огурцов. Сначала нужно подготовить семена: их высыпают в слабый соляной раствор, те, что всплыли, выбрасывают. Затем годные семена 20 минут вымачивают в растворе марганцовки, после чего промывают на влажной марле и сажают в грунт (под плёнку). Когда рассада взойдёт и подрастёт, её можно рассадить в большие ёмкости.

Поливают домашние огурцы тёплой водой каждый день, но с осторожностью. Листья можно также опрыскивать пульверизатором. В качестве подкормки рекомендуется калиевая селитра.

Когда плети огурцов сформируются и разрастутся, для них следует соорудить подпорки, чтобы растение могло плестись.

Редис

Доморощенный редис

Сорта: «кармен», «белый клык», «селеста F1» и другие.
Температура: от 18 до 20 ºС.
Урожай: через ≈40 дней.

Редис рекомендуется сажать в деревянные или глиняные ёмкости, но можно использовать и обычные пластиковые стаканчики. Нужен рыхлый, хорошо дренируемый грунт. Семена перед посадкой можно проверить на всхожесть, как огурцы. После чего их нужно зарыть на глубину 1–3 см.

После посадки грунт нужно полить и накрыть плёнкой. Когда появятся всходы, «теплицу» убирают. Редис, как правило, не пикируют. Зато иногда помещают его на два-три дня в более низкий температурный режим — около 15 °С. Это закаляет растение и способствует лучшему урожаю.

Через пять дней после появления первых всходов осуществляют органическую подкормку, а спустя две недели — минеральную. Поливают редис обильно по мере подсыхания. Также важно, чтобы воздух в помещении, где он растёт, не был сухим.

Шпинат

Домашний шпинат

Сорта: «вирофле», «годри», «исполинский» и другие.
Температура: 15 ºС.
Урожай: через ≈40 дней.

Шпинат относится к овощной зелени и считается очень полезным. Чтобы вырастить его дома, нужны контейнеры высотой 15–20 см. Можно использовать готовые почвенные смеси. Главное, чтобы в их состав входил торф.

Семена перед посадкой рекомендуется замочить в воде на сутки. Посев осуществляется на глубину 1–2 см. Для ускорения прорастания можно покрывать ёмкости плёнкой. Шпинат всходит примерно через неделю после посадки, затем его можно пикировать.

Зимой, когда в квартире работает отопление и когда короткий световой день, рекомендуется подсвечивать растение лампами и опрыскивать из пульверизатора (в дополнение к поливу).

Урожай можно собирать, когда шпинат достигнет 7–10 см в высоту.

Базилик

jamdesign/Depositphotos.com

Сорта: «маркиз», «лимонный», «бакинский» и другие.
Температура: от 22 до 24 °С.
Урожай: через 50–55 дней.

Базилик — одна из самых ароматных и любимых хозяйками приправ. При этом он довольно неприхотлив и прекрасно растёт на подоконнике.

Сажают базилик сразу в большие ёмкости (объёмом не менее 1,5 л). Сначала нужно подготовить почву к посадке: дважды полить минеральными удобрениями с интервалом в пять дней. Семена углубляют на 1–1,5 см. Пока растение не взойдёт, его необходимо поливать каждые два дня. Далее полив осуществляется ежедневно, желательно по утрам.

Базилик любит солнце. Поэтому рекомендуется продлевать период инсоляции до 15–17 часов в сутки при помощи люминесцентных ламп. Также раз в две недели можно рыхлить почву, чтобы обогащать её кислородом.

Зелёный чеснок

fotomod/Depositphotos.com

Сорта: «харьковский», «юбилейный» и другие.
Температура: от 18 до 25 °С.
Урожай: через 15–20 дней.

Как правило, в кулинарии используются чесночные луковицы. Но зелёные побеги (стрелы) также пригодны для гастрономии: они подходят для приготовления маринадов и соусов.

Сорта чеснока делят на две группы: озимые и яровые. Последние обычно не дают стрелок, поэтому не подходят для выращивания в домашних условиях.

Тем, кто когда-либо выращивал лук на подоконнике, справиться с чесноком будет нетрудно. Нужно взять зубчики чеснока озимого сорта, желательно, чтобы они были с проросшими ростками. Почвосмесь можно брать любую. Каждый зубчик сажают на глубину 2–3 см и на расстоянии 1–2 см друг от друга. Посадив, нужно обязательно полить.

Ёмкость с чесноком следует держать на самом освещённом окне в доме. Поливать по мере подсыхания грунта. Время от времени можно подкармливать азотосодержащими удобрениями.

Мята

martiapunts/Depositphotos.com

Температура: от 20 до 25 °С.
Урожай: через ≈60 дней.

У мяты довольно разветвлённая корневая система, поэтому для её посадки следует брать глубокую и широкую ёмкость. Почву рекомендуется использовать торфяную, сорта — любые.

Есть два способа посадки мяты: семенами и черенками. Последний показан на видео ниже.

Чтобы вырастить мяту из семян, нужно посадить их в грунт на глубину около 5 мм и полить. Для создания парникового эффекта можно использовать плёнку. До появления всходов (примерно через две недели) землю нужно каждый день сбрызгивать водой. После прорастания мяту необходимо рассадить.

Мята неприхотлива. Летом её нужно беречь от прямых солнечных лучей, а зимой от недостатка света и избыточного полива. Время от времени растение можно подкармиливать органическими смесями.

Взрослые растения могут достигать метра в высоту. Как правило, на них много листьев — мята для чая или домашнего мохито будет практически всегда.

Клубника

S.Bachstroem/Shutterstock.com

Сорта: «осенняя забава», «домашний деликатес», «гирлянда» и другие.
Температура: от 18 до 20 °С.
Урожай: через ≈30 дней.

Для домашнего огорода подойдут ампельные ремонтантные сорта клубники. Они плодоносят круглый год и не слишком требовательны к свету. Сажать клубнику можно в любую землесмесь. Но прежде на дно следует насыпать дренаж (керамзит, мелкую гальку), чтобы уберечь клубнику от застоя воды.

Клубнику можно выращивать из рассады или семян. И то и другое продаётся в магазинах для огородников.

Семена сажают в небольшие ёмкости (например, пластиковые стаканы), обильно поливают и накрывают пищевой плёнкой. После появления первых всходов плёнку снимают и ставят рассаду в хорошо освещаемое место. Когда образуется три-четыре листика, клубнику пикируют в контейнеры побольше.

Это растение любит свет. Когда дни короче ночей, следует использовать искусственную подсветку. Полив и опрыскивание осуществляются по мере подсыхания почвы. Клубнику легко залить.

В качестве подкормки используются растворы с существенным содержанием железа. Во время активного роста клубника обрастает усами, их нужно подвязывать к опорам.

Как видите, выращивать овощи, зелень и даже ягоды в городской квартире нетрудно и даже увлекательно.

Если у вас есть опыт домашнего огородничества, расскажите об этом. Пишите в комментариях, что и как вам довелось вырастить у себя на подоконнике.

Как начать разводить комнатные растения

Комнатное цветоводство удовлетворяет потребность человека в общении с живой природой. Это одно из самых распространенных и полезных хобби. Растения в помещении создают уют, стиль, улучшают состав воздуха.

Любая комнатная коллекция может прекрасно выглядеть при минимальных затратах времени. Для этого нужно правильно организовать уход за зелёными питомцами.

С чего начинать разведение комнатных растений

Определите место, где будут находиться горшки с цветами. Если окна выходят на запад или восток, то солнечный свет будет на подоконниках только часть дня. Многим видам подходят именно такие условия. Прямые лучи переносят кактусы и другие суккуленты, но в этом случае почва в горшках быстро пересыхает. Растения, которым необходим рассеянный неяркий свет, можно разместить на северной стороне, а также на полочке, на стене в кашпо, на полу в кадке, вазе, на подставке. Хорошо реагируют многие светолюбивые виды на дополнительное освещение, особенно в осенне-зимнее время.

Следующий этап — подготовка горшков, грунта, дренажа. Для выращивания сенполий, кактусов с поверхностной корневой системой не подходят крупные ёмкости, лучше взять плоские горшки. Есть растения, образующие много клубней (хлорофитум, аспарагус) или крупную луковицу (амариллис). Таким видам потребуются горшки среднего размера. Крупномерам (фикусам, монстере, комнатному лимону и другим) нужны кадки.

Любая ёмкость для посадки должна иметь дренажное отверстие в дне. На самый низ уложите слой керамзита, вермикулита, гальки, крупнозернистого промытого песка. Можно использовать обломки старых горшков. Все материалы при посадке и пересадке необходимо дезинфицировать раствором марганцовки. Больные или поврежденные корни удалите, место среза обработайте толчённым древесным углём. Комнатным растениям требуется пересадка один раз в 2–3 года, либо когда горшок становится им мал, корни оплетают весь земляной ком, выходят из дренажного отверстия.

Какие растения выбрать начинающим цветоводам

Новичкам следует ориентироваться на выносливые комнатные экземпляры, которые не нуждаются в особом внимании. Важно, чтобы с самого начала для них было правильно выбрано место, освещение, режим полива. Хорошими для каждого комнатного растения являются условия произрастания его диких предков в природе. Большинство является выходцами из подлеска влажных вечнозеленых лесов Азии, Южной Америки, Африки.

Кактусы и некоторые лилейные родом из засушливых регионов с неравномерным выпадением осадков, полупустынь и пустынь. Им нужен хороший дренаж, песчаная почвенная смесь, умеренная температура. Размещают суккуленты в освещенных местах, поливают по мере высыхания земляного кома. Весной и осенью — один раз в неделю, зимой — 2 раза в месяц.

Растения, за которыми легко ухаживать:

• Декоративно-лиственные тенелюбивые и теневыносливые растения (в том числе ампельные и крупномеры): аглаонема, аспидистра, аукуба, бегонии (есть лиственные и красивоцветущие), камнеломка, кротон, монстера, папоротники, плектрантус, плющ (хедера), роициссус, сансевьера, традесканция, фикусы, хамедорея, циперус, эпипремнум.
• Красивоцветущие теневыносливые: антуриум, кливия, спатифиллум.
• Засухоустойчивые кактусы и другие суккуленты: агава, алоэ, апорокактус, зигокактус, красула, маммиллярия, молочай, опунция, ребуция, эпифиллум, эхинопсис.

Если график занятости позволяет уделять комнатным растениям больше времени, то можно начать разведение растений с красивоцветущих видов. Любые приобретённые в цветочном магазине зелёные питомцы нуждаются в периоде адаптации к новым условиям. Даже светолюбивые виды необходимо некоторое время притенять. Лучше такого «новосёла» первую неделю накрывать полиэтиленовым пакетом, устраивая ежедневные 15-минутные воздушные проветривания.

Ошибки начинающих цветоводов

Одним из распространенных заблуждений является уверенность в необходимости обильного полива, освещения и тепла для всех комнатных растений. Каждое из них нуждается в разных условиях. Но есть и общие требования, учитывая которые можно легко обеспечить декоративный вид комнатной коллекции.

Большинство цветов не нуждается в чрезмерном поливе. Больше влаги необходимо во время интенсивного роста, цветения и плодоношения. Зимой начинается период покоя, когда полив следует сократить до минимума. Кроме того вода для полива должна быть правильной.

Некоторые растения с пёстрыми листьями при затемнении теряют эту декоративную особенность. При недостатке освещения светолюбивые виды бледнеют и вытягиваются, не образуются бутоны. Тенелюбивые растения не переносят избыток солнечных лучей.

Старайтесь на менять местоположение, вращать и переставлять горшки с комнатными растениями. Они приспосабливаются к определённым условиям и тяжело переносят их смену.

Грунт для комнатных цветов теряет полезные вещества, их следует пополнять с помощью подкормок. Больше удобрений нужно вносить весной и летом. Некоторые растения зимой вообще не нуждаются в подкормках. Используйте питательные смеси, приобретённые в цветочных магазинах.

Вовремя избавляйте комнатных питомцев от вредителей и болезней с помощью народных средств, фунгицидов, инсектицидов.

Случается, что 2–4 недели за растениями некому будет присматривать (отпуск, командировка). В таком случае уберите их вглубь комнаты, обильно полейте, рядом оставьте широкие ёмкости с водой для испарения влаги. Есть и специальные устройства автополива.

Полезные и неприхотливые комнатные растения

Лучше всех из комнатных растений улавливают токсичные соединения из воздуха самые «простые»: традесканция, хлорофитум, хойя, папоротники. Зелёные или пёстрые листья хлорофитума способны поглощать угарный газ. Его источником являются газовые плиты, котлы, водонагреватели. Ядовитое соединение образуется при неполном сгорании любого углесодержащего вещества.

В последнее время стал очень популярен в комнатных коллекциях папоротник. Одна из причин — исследование ученых, выяснивших свойства растения очищать воздух от формальдегида. Это соединение используется в производстве клеев, освежителей воздуха, ДСП. Формальдегид может вызывать у человека аллергические реакции.

Повышают влажность в помещении: абутилон (комнатный клен), гибискус, циссус, циперус. Герань насыщает воздух фитонцидами и другими полезными летучими веществами. «Денежное дерево» — красула, по поверьям, обеспечивает финансовое благополучие. Наблюдение за каждым зеленым питомцем доставляет радость и наслаждение.

Комнатные растения не только удовлетворяют эстетические потребности. Они благотворно воздействуют на психо-эмоциональное состояние человека, повышают комфорт помещений. Это «зелёное сокровище», обладателем которого может стать каждый при небольших затратах времени и сил.

Размножение растений листовыми черенками

Размножение растений листьями особенно широко применяется в комнатном цветоводстве, потому что позволяет достаточно быстро увеличить коллекцию любимых или редких цветов, а также поделиться ими с друзьями и знакомыми.

Причём для основного, маточного растения – это ещё и наименее травматичный способ получения черенков для последующего их укоренения и выращивания новых экземпляров.

Черенком называют часть растения, которая используется при вегетативном (бесполом) размножении. В зависимости от того, из какой части растения черенки берутся, они бывают:

• корневыми
• стеблевыми
• листовыми

Способность к размножению листовыми черенками основана на свойствах живого растительного организма к регенерации и к образованию на листовых пластинках адвентивных (придаточных) почек, из которых могут появляться новые побеги. Такая способность хорошо развита, например, у узамбарских фиалок (сенполий), разных видов бегонии, глоксинии, сансевиерии («тёщин язык») и многих других суккулентов.

С учетом индивидуальных особенностей растений для размножения используются листовые черенки следующих видов:

Лист целый с черешком. Так хорошо размножать сенполии, глоксинии, бегонии (некоторые виды). Длина черешка зависит от того, в какой среде будет укореняться черенок. Если в воде – то не менее 3-4 см, в земле – 1-1,5 см.

Лист целый без черешка. Подходит для бегонии Рекс, эхиверии, толстянки и других суккулентов. Лист бегонии при этом кладут на землю горизонтально нижней стороной, на которой предварительно делают аккуратные надрезы толстых жилок. Лист пришпиливают. В местах надреза потом образуются новые побеги.

Часть листовой пластинки. Таким методом размножают королевскую бегонию и бегонию Мэсона, стрептокарпус, алоэ, сансевиерию и др. У бегонии отрезают часть листа шириной в основании 4–5 см и сажают вертикально на глубину 1-1,5 см, устанавливают небольшие подпорки, чтобы остальная поверхность не соприкасалась с землей. Листья сансевиерии режут поперек на куски 3-5 см. длиной. И кстати, совсем неважно, где у этого черенка будет верх или низ. Размножая гелониопсис, можно сделать петлеобразный черенок. Для этого из середины листа вырезают пластинку шириной до 3 см., длиной 4-5 см. Пластинку изгибают дугой, и оба конца помещают в землю или в субстрат. С двух сторон и будут развиваться новые растения.

Для того чтобы из листового черенка получить полноценный отросток нужно создать благоприятные условия для его укоренения. Значение имеет сам растительный материал, взятый для размножения. Желательно, чтобы лист был от здорового растения и уже хорошо сформировался, иначе он все силы будет тратить на свой дальнейший рост, а не на образование корней и новых побегов. Старые листья, как правило, тоже не подходят. Они мало способны к регенерации и могут быстро завянуть.

Бывает, что с помощью размножения листовым черенком хочется сохранить уже больное растение, но и в этом случае нужно постараться выбрать наименее поврежденные его листья или их части – без гнили, пятен, других признаков поражения. Режущий инструмент должен быть острым и чистым. Место среза во избежание заражения патогенными грибами и другими возбудителями болезней тут же присыпают древесным углем. Срезы листовых черенков суккулентных растений перед посадкой обычно подсушивают в течение 1-5 дней.

Особые требования должны быть к влажности, освещению и температурному режиму. Пока у черенков еще нет корешков, воду из почвы они поглощать не могут, поэтому нужно уменьшить процесс естественного испарения. Технология выращивания фиалок предусматривает то, что можно для уменьшения испарения влаги накрыть укореняемый лист стеклянной банкой или полиэтиленовым пакетом. Затем периодически проветривать и опрыскивать черенок водой. Для суккулентов же ничего такого делать не требуется.

Освещение должно быть достаточным, но лучше, чтобы свет был рассеянным. Прямые солнечные лучи могут вызвать перегрев и ожоги. Оптимальная температура воздуха, при которой укореняемые черенки будут себя чувствовать особенно комфортно — это +20…+25°С. Для черенков из фрагментов листа диапазон температур может быть выше еще на 2-3 градуса.

В качестве грунта для укоренения листовых черенков используют безземельный субстрат из равных частей песка и торфа. Или даже одного торфа, который препятствует развитию патогенных грибов и микроорганизмов. Подойдет и чистый вермикулит, который способен не только впитывать в себя излишнюю влагу, но и отдавать её по мере надобности. В воде можно получить корешки от листьев сенполии и глоксинии, но при посадке в грунт большинство их погибает, и весь процесс адаптации начинается заново.

Сроки укоренения у разных растений строго индивидуальны. Но в любом случае со дня посадки должно пройти не меньше нескольких недель. Жизнеспособность листа сенполии, укореняемого в земле, можно проверить, убрав банку или пакет. Если в течение суток после этого лист остаётся зелёным и не вянет, значит, уже есть корешки, а со временем начнет расти и надземная масса.

При размножении листовыми черенками специальные химические препараты, применяемые для стимуляции корнеобразования, обычно не дают ожидаемого эффекта. Зато их применение может затормозить появление новых почек и побегов.

С помощью листовых черенков можно размножать и некоторые садовые цветы – гиацинты, подснежник и другие первоцветы. При размножении листьями комнатных пёстролистных цветов также следует знать, что таким образом не всегда можно получить идентичное старому растение. Среди них очень часто попадаются так называемые растения-химеры, состоящие из генетически неоднородных клеток, поэтому новый экземпляр может быть непохож на материнский.

Растения, которые можно размножать листовыми черенками

Ахименес	Психотрия	Алое (отдельные виды)	Крестовник
Бегония	Сенполия	Гастерия	Пахифитум
Гелониопсис	Сольданелла	Гемантус	Пеперомия
Глоксиния	Стрептокарпус	Жирянка	Сансевиерия
Кислица	Хойя	Замиокулькас	Толстянка
Колерия	Циперус	Каланхое	Шлюмбергера
Лилии	Эсхинантус	Котиледон	Эхеверия

Размножение растений | Питомник растений

Чтобы получить новое поколение понравившегося Вам сорта, не обязательно тратить деньги на покупку семян, луковиц, клубней или саженцев. Каждое растение имеет некоторые особенности в размножении, если учесть их, можно бесплатно получить желаемый результат. Размножение растений имеет много вариантов, любой из которых возможно применить на Вашем участке. Методы различаются по сложности и длительности, но результат одинаково приятный.

Способы размножения растений

В природе существует три варианта — все могут применяться дачными растениями. Здесь важно запомнить период, когда у сорта начинается образование семян или спор. Получив материалы, необходимо произвести посадку строго в определенные месяцы, которые благоприятны для развития следующего поколения у данного вида растения.

С искусственным размножением немного проще — способов намного больше, одни масштабно используются крупными селекционерами, другие отлично подходят для дачников, отличаясь простотой применения.

Интересно почитать: субтропические растения и узнайте, как происходит роспись на камнях в ландшафтном дизайне.

Вегетативное размножение

Такое размножение относится к бесполому, но часто его выделяют самостоятельным вариантом ввиду масштабности. Данный тип заключается в использовании части растения — корневища, отпрысков и других. К примеру, виноград или пихта размножаются отводками, поэтому связаны с материнским растением до определенного периода роста, для ежевики характерно размножение усиками, для лиственных и хвойных деревьев — корневыми отпрысками и так далее. Способы подобного рода благоприятно применять в переходящие, мягкие сезоны — осеннее/весеннее время.

Бесполое размножение

Такой вариант получения нового поколения подходит для того, чтобы результатом оказалось растение, одинаковое по особенностям с материнским. Такое может произойти благодаря следующим нюансам — исходное растение не опыляется, значит для образования семян или спор используется генетический материал исключительно одной, взятой единицы. Получить желаемое с помощью этого способа будет сложно, но возможно. Один из подтипов — вегетативное размножение — легко поддается контролю, значит подходит для дачных или домашних опытов.

Половое размножение

Всем известный, не требующий строгого контроля, сложных условий, стандартно использующийся длительное время способ. В результате оплодотворения одного растения другим (к примеру, с применением пыльцы) конечным счетом образуются семена. Это образование уникально тем,

что будущее растение защищено оболочкой, которая имеет необходимые питательные вещества для его лучшего сохранения и развития.

Виды размножения растений

Знающие садоводы используют методы искусственного получения нового поколения. Такой вариант менее затратен во времени, но требует несколько другого подхода. Для размножения используются уже развившиеся части растений — верхушечные, листовые, стеблевые черенки и так далее. Иногда используют все растение; его буквально разделяют пополам, такое применимо для кустов или сортов, растущих пучками.

Размножение делением

Работа несложная, но требует внимания к деталям. Например, делить можно кусты или пучковые типы саженцев.

Схема универсальна:

• Первый шаг — выкапывание. Лопата обязательно острая, не бойтесь повредить корневую систему. Корни быстро регенерируют;
• Разделите одно растение на несколько подобных, аккуратно разрезая или разламывая по корневой системе;
• Осталось рассадить. Для лучшего приживания необходимо тщательно полить получившиеся растения.

Рассмотренный тип размножения подходит для многолетников с мочковатой системой — различные травы, астра, лилейник, ирисы и другое.

Деление куста

Кустовые растения имеют своеобразную структуру роста. Принцип работы такой же, как и с травами. Здесь важно не упустить несколько моментов — делить нужно по «пучкам» образованным корневой системой. Желательно отсаживать несколько стеблей, как отдельный куст, чтобы отросток смог благоприятно развиваться самостоятельно.

Образование дочерней луковицы

Лилейные отлично размножаются луковицами. Данным многолетникам луковица дает преимущество — растение способно пережидать неблагоприятные условия в состоянии покоя. Свойство луковицы обновляться дает образование дочерних. Так происходит у однолетних видов. Иногда на поверхности луковицы назревают детки, которые способны зацвести в результате подращивания.

Способ размножения с помощью луковиц довольно долгий.

• Отделите дочерние луковицы;
• Их следует хорошо очистить, просушить, оставив в сухом месте на два дня;
• Отберите здоровые и луковицы;
• Далее посадите, опираясь на особенности растения.

Черенкование

Наиболее безопасный, неприхотливый вариант размножения взрослого растения. Метод заключается в использовании здоровой части растения, чаще черенка листа или ветки. Отрезанное необходимо поставить в воду. Черенки некоторых цветов, например фиалок, можно садить прямо в почву, не дожидаясь появления корешка. При любом варианте важно выполнить условие содержания — обеспечьте теплый стоячий воздух внутри стакана воды. В подобных комфортных условиях выбранная Вами часть быстрее выбросит корни и сможет развиваться отдельным самостоятельным растением.

Размножение с помощью отводок

Самый древний способ, используемый садоводами. Он достаточно прост; заключается в стимулировании образования корней на части растения, которую планируется отрезать. Главное условие успешного результата — правильное окучивание.

Примитивный, но работающий вариант — засыпать ветку землей, не отделяя от родительского растения. Обычно закладывают в весенний период, когда почва насыщена влагой. За несколько месяцев до размножения стоит провести обрезку. Это стимулирует рост образования молодых веток. Спустя две недели нахождения под слоем почвы, верхушка ветки не нужна. При хорошем развитии корневой системы полученный отводок высаживают в горшок. При слабом развитии оставляют в почве до следующего года.

Для любого растения важно подобрать именно тот метод, который приведет к наиболее выгодному результату. В вашем случае это образование здорового нового растения. Не стоит пренебрегать особенностями сорта при выборе способа размножения.

Выращивание домашних цветов без хлопот

Любой дом преобразится, если интерьер комнат разбавить комнатными растениями. Они добавят обстановке уют, создадут ощущение свежести воздуха, а также могут придать современный и элегантный вид любой комнате. Но мало просто наставить цветы на полки, стеллажи и подоконники, надо еще научиться подбирать их, изучить основы ухода, чтобы композиция цвела и радовала своим прекрасным внешним видом.

Особенности ухода за домашними цветами

Ошибочно думать, что талант к разведению домашних растений дается с рождения и кому-то это дано, а кому-то и нет. Научиться выращивать и ухаживать за растениями может каждый, кто проявит к этому желание, терпение, чуткость и внимание. Важно понимать, что это живые организмы, которые полностью зависят от человека, и всеми силами подают сигналы если им не хватает света, воды, удобрений, тепла.

Уход за комнатными растениями не сводится просто к регулярному поливу и обеспечению необходимого освещения. Помимо этого, важно соблюдать температурный режим, обеспечить достаточную влажность воздуха. Для того, чтобы выращивание растений приносило удовольствие, нужно знать основные особенности посадки и ухода за ними:

• Обеспечение комфортного освещения для домашних цветов – залог пышного цветения и насыщенных, сочных оттенков. Если это очень светолюбивое растение, которое не боится экстремально-яркого света (герань, бегония, лилия, кактусы), то его можно установить на подоконнике, балконе с солнечной стороны квартиры, не притеняя его. Другие же растения чувствуют себя прекрасно в полутени (аралия, фикус и др. ). Их можно установить не на самом окне, а напротив или рядом. Не все домашние цветы стремятся к обилию света, есть и те, кто прекрасно чувствует себя в тени книжной полки, на рабочем столе (папоротник, диффенбахия), а некоторые виды комнатных растений хорошо растут и в дефиците освещения, полноценно развиваясь (азалия, аспарагус, антариум).

• Регулярный полив комнатных растений – одно из основных условий, которое нужно соблюдать при выращивании домашних цветов. Схема полива будет зависеть не только от вида растения, но и от времени года. В весеннее время цветам обеспечивают обильный и частый полив, так как этот период характеризуется обильным ростом всех видов цветов. В летнее время полив становится более умеренным и может увеличиваться только в случае слишком жаркой погоды. В осеннее время количество поливов сокращается, тем самым подготавливая растение к зимнему минимуму. Зимой многие цветы находятся в состоянии покоя и не требуют частого полива. А некоторые и вовсе могут на весь сезон обходиться без воды, начиная свой рост только весной.
• Для того, чтобы растение полноценно росло и развивалось, нужно время от времени осуществлять подкормку земли, либо пересадку в более большой горшок. Не рекомендуется пересаживать старые растения, которые уже достигли своего максимального роста. В этом случае можно лишь снимать верхний слой земли, заменяя его на новый, более плодородный. В такой ситуации нельзя трогать корни, чтобы растение не начало болеть. Другим же цветам может потребоваться регулярная пересадка в новую землю, 1-2 раза в год. Помимо пересадки комнатных растений, нужно обрезать слишком вытянувшиеся побеги, которые забирают на себя много питательных веществ, из-за чего остальное растение может страдать.

• Уход за комнатными растениями не будет полноценным, если не уделять внимание защите от болезней или вредителей, которые особенно активны в летнее время. Если растения теряют свой внешний вид, становятся вялыми, жухлыми, а режим ухода при этом остается на прежне уровне, то, скорее всего, комнатный цветок столкнулся с болезнью или вредителем. В этом случае важно действовать оперативно, чтобы болезнь не перекинулась на соседние растения. Изолируйте горшок в другое место и проводите процедуры по устранению болезни до тех пор, пока не избавитесь от самых последних признаков. Во-первых, выполните осмотр на наличие мошек, букашек, гусениц. После этого удалите все поврежденные листы и начинайте обработку специальными препаратами.

Выполняя все правила по уходу, не стоит забывать и о том, что растения будут радовать своим цветущим внешним видом того, кто относится к ним с любовью, вниманием и заботой. Помните, что это живые организмы, которые будут рады любому доброму слову.

Как вырастить здоровое комнатное растение

Для того, чтобы комнатные растения в вашем доме чувствовали себя по-настоящему комфортно, нужно создать для этого самые благоприятные условия. Изучите свое растение, прочитайте информацию о его выращивании, предпочтениях к освещению, влажности, поливу, узнайте, какие условия необходимы для его выращивания. Если некоторые растения способны приспособиться к окружающей среде, то другим будет некомфортно в незнакомых условиях.

Высаживая дома любое комнатное растение, выбирайте для него удобный горшок, который не будет стеснять корневую систему. Лучше всего изначально подобрать просторную емкость, и тогда не придется часто пересаживать растение.

Обеспечивайте растение поливом и светом в той мере, в которой ему это необходимо. Избыток света и воды способны навредить ему и привести к гибели. Не стоит пренебрегать и удобрениями, узнать подробнее о которых можно в цветочном магазине.

Домашние цветы без хлопот: выбор культур

Тем, кто не уверен в своих силах, кто может забывать о регулярном уходе за растениями, можно остановить свой выбор на самых неприхотливых комнатных цветах, способных выдержать и засуху, и малое освещение. Эти растения также красивы, многие из них умеют цвести, а другие обладают превосходной декоративной листвой.

• Хлорофитум хохлатый способен расти без участия человека, без полива, при высоких температурах, без достаточного освещения. Растение редко болеет и, плюс ко всему, активно очищает воздух помещения от электромагнитных изучений и вредных примесей.
• Гибискус или китайская роза радует не только минимумом ухода, но и оригинальным внешним видом. Цветет растение круглый год и отлично выживает при любой температуре. Единственное, что ему необходимо – наличие хорошего освещения.
• Бегония – растение, которое отлично подходит для затемненных уголков квартиры, прекрасно себя чувствуя в любой почве и при любой температуре. Но не стоит забывать поливать это растение.

• Пеларгония может цвести весь год на подоконнике, радуя хозяев розовыми, белыми, красными цветами. Хорошо переносит сухость воздуха и редкий полив.
• Драцена по внешнему виду напоминает пальму. Это неприхотливое растение выглядит очень стильно, способно притягивать на себя недуги человека, такие как головная боль, переутомление.
• Спатифиллум – элегантный цветок, способный выжить в любых условиях. Единственное, чего стоит избегать во время ухода – чрезмерного полива, из-за чего могут загнить корни.

Вырастить растение может каждый, не нужно верить в «тяжелую руку», из-за чего все растения погибают и смысла заниматься разведением нет. Для создания своего собственного зеленого оазиса понадобится желание, терпение, внимание, а в дальнейшем и опыт. Вырастив хотя бы один комнатный цветок, увидев результат своих стараний, вы не сможете остановиться и непременно станете обладателем превосходной домашней оранжереи.

26.12.2019

Подписаться на рассылку

вегетативное, половое и семенное размножение

Размножение цветковых растений является воспроизведением разновидностями себе равных. Оно дает возможность поддерживать преемственность между различными поколениями и поддерживать количество популяций на каком-то определенном уровне.

Способы размножения растений

Способы размножения растений

Рассмотрим основные способы размножения растений.

Вегетативное размножение растений

Вегетативное размножение растений, сравнивая с таким способом размножения, как бесполое, возможно с помощью стеблей, листочков, почек и так далее. Вегетативное размножение растений должно осуществляться в благоприятных условиях: как и бесполое размножение.

Рассмотрим в таблице ниже, какой вегетативный орган использовать для размножения некоторых культур:

Вегетативный орган	Способ вегетативного размножения	Культуры
Корень	Корневые отпрыски или черенки	Малина, шиповник, одуванчик, ива и так далее
Лист	Листовые черенки	Бегония, колеус, глоксиния и так далее

Бесполое

Бесполое размножение производится посредством спор. Спора является специализированной клеткой, которая прорастает без объединения с иными клетками. Они могут являться диплоидными и гаплоидными. Бесполое размножение возможно посредством жгутиков для передвижения. Бесполое может распространяться посредством ветров. Бесполое распространение – это самый распространенный способ размножения комнатных растений.

Размножение комнатных растений

Половое

Половое размножение растений имеет отношение к объединению особых половых клеток, которые называют гаметами. Гаметы бывают одинаковые и различные в морфологическом состоянии. Изогамия является слиянием одних и тех же гамет; гетерогамия является слиянием различных по габариту гамет. Для определенных групп растительности свойственно чередование поколений.

Виды размножения растений

Существуют следующие виды размножения растений:

Размножение делением

Этот способ очень известный и в то же время довольно надежный. Размножаются посредством деления кустистых корней посадки, которые могут вырастать от корневых побегов из спящих почек.

Деление куста

Для деления кустов потребуется нож, с помощью которого можно аккуратным образом разделить кустик на нужное число, однако, на каждой части должно быть не меньше 3 побегов либо почек. Затем все части нужно рассадить по емкостям и обеспечить необходимые для новых посадок условия роста. К тому же в некоторых случаях, чтобы получились новые корневые побеги, перед вегетационным периодом куст нужно подрезать, при этом нужно оставлять побеги лишь в центральной части растения. К концу летнего периода вырастают новые побеги, которые можно использовать для размножения.

Черенкование растений

Образование дочерней луковицы

Размножение комнатных растений также можно проводить с помощью еще одного способа деления кустов, только его отличие его в том, что он не является естественным вариантом размножения посадок.

Черенкование

Размножение с помощью черенков состоит в том, чтобы срезать со взрослых растений его черенков для укоренения и дальнейшего выращивания новых экземпляров растений — точной копии материнского. Исходя из того, какая часть растения применяется для черенкования, черенки бывают корневыми, стеблевыми и листовыми. Луковичные растения тоже можно так размножать.

Рассмотрим основные разновидности черенкования:

1. Корневые черенки

Это хороший способ размножения для комнатных растений, в основном образующих новые побеги по бокам, которые произрастают у корней. Смысл метода заключается в том, что корневище растения делится на части, длина которых по 10 сантиметров. Области срезов обмакиваем древесным углем. Потом черенки нужно посадить в грунт в заранее изготовленные бороздки с маленьким уклоном вниз, при этом на основание необходимо нанести немного речного песка. Потом бороздки нужно засыпать песком, смешанным с грунтом.

Таким образом, выходит, что около корней располагается маленькая прослойка песка, которая облегчает адаптацию посадок. К тому же расстояние от корней до грунта не должно быть более трех сантиметров.

2. Черенки со стеблей

Их можно получить посредством срезания маленьких стеблей растений, которые могут быть зелеными, полуодревесневшими и одревесневшими.

3. Зеленые черенки

Зеленые черенки представляют собой новые побеги растения с зелеными стебельками, в основном у них точка роста и около 4 выросших листочков. Исходя из числа последних, рост побега может быть разным. Применять данный метод лучше весной или в начале лета, когда растение активно развивается. Для этого нужно срезать верхнюю часть побегов, которые имеют вышеупомянутые особенности. У различных растений период укоренения различный.

Зеленые чернки

Размножение с помощью отводок

Метод отводок состоит в том, что новые посадки вырастают посредством укоренения побегов при их развитии.

Воздушные отводки являются довольно эффективным методом увеличения числа посадок. Размножение таким способом подходит не для всех видов посадок. В основном его используют тогда, когда длина посадки оказывается достаточно большой.

Вначале нужно определить длину будущей посадки и подобрать соответствующий участок на стебле, освободить его от листочков и сделать пару надрезов около стебля в освобожденной территории. Затем на участке надреза нужно наложить мох либо почву для укоренения.

Интересным вариантом является пленка, которой покрывают пластиковый горшок. В центральной части его основания необходимо сделать дырки, равные диаметру стеблей, а потом распилить его на две части, таким образом, чтобы область распила имела место между дырками. Потом две части емкости нужно объединить на растении, таким образом, чтобы стебель был в этой дырке, и закрепить его. Обернуть с помощью мха область стебля, поместить в емкость, куда засыпаем легкий грунт. После всех вышеперечисленных моментов грунт постоянно нужно увлажнять, а когда побег начнет давать корни, стебель материнской посадки нужно обрезать под основанием горшка, а новую посадку пересадить в другую емкость для дальнейшего выращивания. Таким образом, можно размножать следующие растения: фикус, жасмин и драцену.

Автор: С. Диана

селекционных работ | История, применение и методы

Селекция растений , применение генетических принципов для получения растений, более полезных для человека. Это достигается путем отбора растений, которые считаются экономически или эстетически желательными, сначала путем контроля спаривания выбранных особей, а затем путем отбора определенных особей из потомства. Такие процессы, повторяющиеся на протяжении многих поколений, могут изменить наследственный состав и ценность популяции растений далеко за пределы естественных границ существовавших ранее популяций.В этой статье подчеркивается применение генетических принципов для улучшения растений; биологические факторы, лежащие в основе селекции растений, рассматриваются в статье наследственность. Для обсуждения трансгенных культур, см. генетически модифицированный организм.

История

Селекция растений — древняя деятельность, восходящая к самым истокам земледелия. Вероятно, вскоре после первой одомашнивания зерновых культур люди начали распознавать степень совершенства растений на своих полях и сохранили семена лучших для посадки новых культур.Такие предварительные селективные методы были предшественниками ранних процедур селекции растений.

Результаты ранних селекционных процедур были заметны. Большинство современных разновидностей настолько модифицированы от своих диких предков, что не могут выжить в природе. Действительно, в некоторых случаях культивируемые формы настолько разительно отличаются от существующих диких сородичей, что трудно даже идентифицировать их предков. Эти замечательные преобразования были осуществлены первыми селекционерами растений за очень короткое время с эволюционной точки зрения, и скорость изменений, вероятно, была выше, чем для любого другого эволюционного события.

В середине 1800-х годов Грегор Мендель изложил принципы наследственности, используя растения гороха, и таким образом обеспечил необходимую основу для научной селекции растений. По мере того как в начале 20-го века законы генетической наследственности были уточнены, было положено начало их применению для улучшения растений. Один из основных фактов, выявленных за короткую историю научного селекции, заключается в том, что в растениях мира существует огромное богатство генетической изменчивости, и что только начало раскрытия ее потенциала.

Закон разделения Менделя Скрещивание сортов гороха с пурпурными и белыми цветами. R обозначает ген фиолетовых цветков и r обозначает ген белых цветов.

Encyclopdia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Голы

Ячмень: создание засухоустойчивых сортов

Усилия по выведению засухоустойчивых сортов ячменя.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео для этой статьи

Селекционер обычно имеет в виду идеальное растение, сочетающее в себе максимальное количество желаемых характеристик. Эти характеристики могут включать устойчивость к болезням и насекомым; устойчивость к жаре, засолению почвы и морозам; подходящий размер, форма и время созревания; и многие другие общие и специфические черты, которые способствуют лучшей адаптации к окружающей среде, простоте выращивания и обращения, большей урожайности и лучшему качеству.Селекционер садовых растений также должен учитывать эстетическую привлекательность. Таким образом, селекционер редко может сосредоточить внимание на какой-либо одной характеристике, но должен учитывать множество черт, которые делают растение более полезным для достижения цели, для которой оно выращивается. Селекция растений является важным инструментом в обеспечении глобальной продовольственной безопасности, и многие основные сельскохозяйственные культуры были выведены таким образом, чтобы лучше противостоять экстремальным погодным условиям, связанным с глобальным потеплением, таким как засуха или волны тепла.

Повышение урожайности

Одна из целей практически каждого селекционного проекта — повышение урожайности.Этого часто можно добиться, выбрав очевидные морфологические варианты. Одним из примеров является отбор карликовых раннеспелых сортов риса. Эти карликовые сорта прочные и дают больший урожай зерна. Кроме того, их раннее созревание быстро освобождает землю, часто позволяя в том же году дополнительные посевы риса или других культур.

Еще один способ повышения урожайности — создание устойчивых к болезням и насекомым сортов. Во многих случаях создание устойчивых сортов было единственным практическим методом борьбы с вредителями.Возможно, наиболее важной особенностью устойчивых сортов является стабилизирующий эффект, который они оказывают на производство и, следовательно, на стабильные запасы пищи. Не менее полезны сорта, устойчивые к засухе, жаре или холоду.

Модификации линейки и конституции

Другая общая цель селекции растений — расширение ареала выращивания сельскохозяйственных культур. Хорошим примером является модификация зернового сорго с момента его появления в США в 1750-х годах. Зерновое сорго тропического происхождения в основном распространялось на южные равнины и на юго-запад, но были выведены более ранние сорта, и зерновое сорго в настоящее время является важной культурой на севере, в Северной Дакоте.

Выведение сортов сельскохозяйственных культур, пригодных для механизированного земледелия, стало одной из основных целей селекции растений в последние годы. Однородность признаков растений очень важна в механизированном сельском хозяйстве, потому что полевые работы намного проще, когда особи сорта одинаковы по времени прорастания, скорости роста, размеру плодов и т. Д. Равномерность созревания, конечно, важна при механической уборке таких культур, как томаты и горох.

Питательные качества растений можно значительно улучшить селекцией.Например, можно вывести сорта кукурузы (кукурузы) с гораздо более высоким содержанием лизина, чем существовавшие ранее сорта. Селекция сортов кукурузы с высоким содержанием лизина для тех регионов мира, где кукуруза является основным источником этой незаменимой в питательных веществах аминокислоты, стала основной целью селекции растений. Было показано, что это «биофортификация» пищевых культур, термин, который также включает генетическую модификацию, улучшает питание и особенно полезен в развивающихся регионах, где дефицит питательных веществ является обычным явлением, а медицинская инфраструктура может отсутствовать.

При селекции декоративных растений внимание уделяется таким факторам, как более длительный период цветения, улучшение сохраняемости цветов, общая бережливость и другие особенности, которые способствуют полезности и эстетической привлекательности. Новизна сама по себе часто является достоинством украшений, и часто ищут эффектного, даже причудливого.

селекция | История, применение и методы

Селекция растений , применение генетических принципов для получения растений, более полезных для человека.Это достигается путем отбора растений, которые считаются экономически или эстетически желательными, сначала путем контроля спаривания выбранных особей, а затем путем отбора определенных особей из потомства. Такие процессы, повторяющиеся на протяжении многих поколений, могут изменить наследственный состав и ценность популяции растений далеко за пределы естественных границ существовавших ранее популяций. В этой статье подчеркивается применение генетических принципов для улучшения растений; биологические факторы, лежащие в основе селекции растений, рассматриваются в статье наследственность.Для обсуждения трансгенных культур, см. генетически модифицированный организм.

История

Селекция растений — древняя деятельность, восходящая к самым истокам земледелия. Вероятно, вскоре после первой одомашнивания зерновых культур люди начали распознавать степень совершенства растений на своих полях и сохранили семена лучших для посадки новых культур. Такие предварительные селективные методы были предшественниками ранних процедур селекции растений.

Результаты ранних селекционных процедур были заметны.Большинство современных разновидностей настолько модифицированы от своих диких предков, что не могут выжить в природе. Действительно, в некоторых случаях культивируемые формы настолько разительно отличаются от существующих диких сородичей, что трудно даже идентифицировать их предков. Эти замечательные преобразования были осуществлены первыми селекционерами растений за очень короткое время с эволюционной точки зрения, и скорость изменений, вероятно, была выше, чем для любого другого эволюционного события.

В середине 1800-х годов Грегор Мендель изложил принципы наследственности, используя растения гороха, и таким образом обеспечил необходимую основу для научной селекции растений.По мере того как в начале 20-го века законы генетической наследственности были уточнены, было положено начало их применению для улучшения растений. Один из основных фактов, выявленных за короткую историю научного селекции, заключается в том, что в растениях мира существует огромное богатство генетической изменчивости, и что только начало раскрытия ее потенциала.

Закон разделения Менделя Скрещивание сортов гороха с пурпурными и белыми цветами. R обозначает ген фиолетовых цветков и r обозначает ген белых цветов.

Encyclopdia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Голы

Ячмень: создание засухоустойчивых сортов

Усилия по выведению засухоустойчивых сортов ячменя.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео для этой статьи

Селекционер обычно имеет в виду идеальное растение, сочетающее в себе максимальное количество желаемых характеристик.Эти характеристики могут включать устойчивость к болезням и насекомым; устойчивость к жаре, засолению почвы и морозам; подходящий размер, форма и время созревания; и многие другие общие и специфические черты, которые способствуют лучшей адаптации к окружающей среде, простоте выращивания и обращения, большей урожайности и лучшему качеству. Селекционер садовых растений также должен учитывать эстетическую привлекательность. Таким образом, селекционер редко может сосредоточить внимание на какой-либо одной характеристике, но должен учитывать множество черт, которые делают растение более полезным для достижения цели, для которой оно выращивается.Селекция растений является важным инструментом в обеспечении глобальной продовольственной безопасности, и многие основные сельскохозяйственные культуры были выведены таким образом, чтобы лучше противостоять экстремальным погодным условиям, связанным с глобальным потеплением, таким как засуха или волны тепла.

Повышение урожайности

Одна из целей практически каждого селекционного проекта — повышение урожайности. Этого часто можно добиться, выбрав очевидные морфологические варианты. Одним из примеров является отбор карликовых раннеспелых сортов риса. Эти карликовые сорта прочные и дают больший урожай зерна.Кроме того, их раннее созревание быстро освобождает землю, часто позволяя в том же году дополнительные посевы риса или других культур.

Еще один способ повышения урожайности — создание устойчивых к болезням и насекомым сортов. Во многих случаях создание устойчивых сортов было единственным практическим методом борьбы с вредителями. Возможно, наиболее важной особенностью устойчивых сортов является стабилизирующий эффект, который они оказывают на производство и, следовательно, на стабильные запасы пищи. Не менее полезны сорта, устойчивые к засухе, жаре или холоду.

Модификации линейки и конституции

Другая общая цель селекции растений — расширение ареала выращивания сельскохозяйственных культур. Хорошим примером является модификация зернового сорго с момента его появления в США в 1750-х годах. Зерновое сорго тропического происхождения в основном распространялось на южные равнины и на юго-запад, но были выведены более ранние сорта, и зерновое сорго в настоящее время является важной культурой на севере, в Северной Дакоте.

Выведение сортов сельскохозяйственных культур, пригодных для механизированного земледелия, стало одной из основных целей селекции растений в последние годы.Однородность признаков растений очень важна в механизированном сельском хозяйстве, потому что полевые работы намного проще, когда особи сорта одинаковы по времени прорастания, скорости роста, размеру плодов и т. Д. Равномерность созревания, конечно, важна при механической уборке таких культур, как томаты и горох.

Питательные качества растений можно значительно улучшить селекцией. Например, можно вывести сорта кукурузы (кукурузы) с гораздо более высоким содержанием лизина, чем существовавшие ранее сорта.Селекция сортов кукурузы с высоким содержанием лизина для тех регионов мира, где кукуруза является основным источником этой незаменимой в питательных веществах аминокислоты, стала основной целью селекции растений. Было показано, что это «биофортификация» пищевых культур, термин, который также включает генетическую модификацию, улучшает питание и особенно полезен в развивающихся регионах, где дефицит питательных веществ является обычным явлением, а медицинская инфраструктура может отсутствовать.

При селекции декоративных растений внимание уделяется таким факторам, как более длительный период цветения, улучшение сохраняемости цветов, общая бережливость и другие особенности, которые способствуют полезности и эстетической привлекательности.Новизна сама по себе часто является достоинством украшений, и часто ищут эффектного, даже причудливого.

Селекция — статья энциклопедии

Данные FAOSTAT декабрь 2006 г.

Селекция растений — это целенаправленное манипулирование видами растений с целью создания желаемых генотипов и фенотипов для конкретных целей, таких как производство продуктов питания, лесное хозяйство и садоводство. Селекционеры пытались привнести в культурные растения свойства, которые повысят качество и урожайность урожая; повышают их способность переносить суровые условия окружающей среды, включая соленость, высокие температуры и нехватку воды; повышают их способность противостоять заражению вирусами, грибками и бактериями, а также повышают их способность противостоять насекомым-вредителям и переносить гербициды.

Селекция растений — это искусственная версия естественной эволюции, включающая искусственный отбор желаемых характеристик растений и искусственное создание генетических вариаций; он дополняет другие сельскохозяйственные инновации (такие как внедрение новых культур, прививка, изменение севооборотов и методов обработки почвы, ирригация и комплексная борьба с вредителями) для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и рационального использования земель. С 1930 года селекция сельскохозяйственных культур в сочетании с этими другими нововведениями привела к значительному увеличению урожайности сельскохозяйственных культур, особенно зерновых.Селекция растений практиковалась с самого начала человеческой цивилизации, но стремительный прогресс с 1900 года был обусловлен концепциями и методами, разработанными в науке генетики. Эта научная селекция растений внесла около 50% увеличения урожайности основных зерновых культур с 1930 г. ^[1] .

Селекцией растений занимаются как государственные учреждения, так и коммерческие предприятия. Международные агентства по развитию считают, что селекция новых культур важна для обеспечения продовольственной безопасности и развития устойчивого сельского хозяйства путем выращивания культур, минимизирующих воздействие сельского хозяйства на окружающую среду ^{[2] [3]} .

Приручение

См. Основную статью Происхождение и эволюция сельскохозяйственных культур

Одомашнивание растений — это процесс искусственного отбора, проводимый фермерами для получения растений с меньшим количеством нежелательных признаков, чем у дикорастущих растений, и который делает их зависимыми от искусственной (обычно улучшенной) среды для их выращивания. продолжение существования. Многие культуры, выращиваемые в настоящее время, являются результатом одомашнивания в древние времена, около 5000 лет назад в Старом Свете и 3000 лет назад в Новом Свете.В период неолита одомашнивание занимало не менее 1000 лет, а возможно, и 7000 лет. Сегодня все наши основные продовольственные культуры происходят из одомашненных сортов.

Культурный вид сельскохозяйственных культур, который произошел от диких популяций из-за селективного давления со стороны традиционных фермеров, называется ландрасом. Ландрасы, которые могут появиться в результате природных сил или одомашнивания, — это растения (или животные), которые идеально подходят для определенного региона или окружающей среды. Примером могут служить староместные сорта риса: Oryza sativa подвид indica , который был выведен в Южной Азии, и Oryza sativa подвид japonica , который был выведен в Китае.

Генетика и растениеводство переплетены

Селекционеры создали первые искусственные гибриды между различными видами (например, кормовой злак Тритикале) в 19 веке, и с тех пор прогресс в генетике неразрывно связан с селекцией сельскохозяйственных культур. В 1903 г. W. L. Johannsen определил наследственный компонент биологической изменчивости в экспериментах с самоопыляемым бобом. В 1908 году селекционер из США Г. Х. Скалл обнаружил существенное улучшение урожайности у межвидовых гибридов кукурузы (теперь называемых « гибридная сила » или гетерозис) с драматическими последствиями для развития успешной коммерческой селекции семян кукурузы, сначала в США, а затем. в другом месте.Впоследствии генетики растений поняли, что гибридизация может позволить более полное использование генетического разнообразия, доступного в популяции растений, и разработали широко используемые межвидовые гибриды для культур жемчужного проса, сорго, риса и рапса (канола).

Барбара МакКлинток разработала фундаментальные концепции поведения хромосом и цитогенетики кукурузы в 1930-х годах. Хромосомные и геномные отношения как внутри, так и между видами сельскохозяйственных культур были концептуальными краеугольными камнями для очень успешного селекции сельскохозяйственных культур ^[4] .Сейчас стало ясно, что большинство сельскохозяйственных культур на каком-то этапе подверглись дупликации минимального диплоидного набора хромосом либо в виде древних дупликаций (как в случае кукурузы), либо в результате гибридизации между различными видами (как в случае аллополиплоидов, таких как пшеница).

Защита основных сельскохозяйственных культур от болезней основана на переносе чужеродных генов в сорта сельскохозяйственных культур с использованием хромосомной инженерии. Этот метод основан на манипуляции спариванием хромосом при мейозе. В 1956 году хромосомная инженерия позволила Эрнесту Сирсу транслоцировать сегмент хромосомы козьего травы ( Agilops umbellulata Zhuk), который придавал устойчивость к листовой ржавчине хромосоме пшеницы 6B ^[5] , и за этим достижением последовали многочисленные успехи в переносе чужеродных гены сельскохозяйственных культур путем манипуляции с хромосомами (так называемые широкие скрещивания; ^[6] см. также пшеница .) 8 ] ^[8] . Может оказаться полезным искусственно стимулировать удвоение числа хромосом с использованием колхицина в межвидовых и межродовых кросс-гибридных линиях в качестве шага для обеспечения переноса чужеродных сегментов хромосомы в зародышевую плазму сельскохозяйственных культур ^[9] .

Расширение биотехнологии после 1980 года привело ко многим достижениям в генетике, которые ускоряют обычно медленный процесс селекции растений и приводят к важным открытиям, улучшающим селекцию растений, таким как молекулярные маркеры, геномика растений, интерференция РНК и многочисленные характеристики генов, такие как как гены, влияющие на реакцию на абиотический стресс и устойчивость к вредителям и патогенам.

Стратегии научной селекции растений

Отправной точкой селекции растений является выявление новых полезных признаков в популяциях родительских организмов.Использование химически или радиационно-индуцированной мутации также можно использовать для увеличения диапазона полезной генетической изменчивости, а при селекции растений генетическая рекомбинация используется для создания новых комбинаций признаков. Конечным результатом длительных селекционных программ селекции с использованием этих методов являются «элитные» сорта высокоэффективной зародышевой плазмы основных культур, которые широко используются в земледелии на обширных площадях.

Стратегии селекции растений, используемые Международным центром улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT), отражают путь, которым следует придерживаться современной селекции растений.Стратегии селекции пшеницы CIMMYT нацелены на достижение оптимального сочетания лучших генотипов в правильных условиях, при соответствующем управлении урожаем и в соответствии с потребностями людей, которые должны их внедрять и управлять. ^[10]

Полезные свойства

Методы увеличения доступной наследственной изменчивости в исходной популяции включают внесение новой зародышевой плазмы из отдаленных географических регионов или из коллекций семенного фонда, перекрестное опыление либо внутри вида, либо между родственными видами и родами, включая широкое скрещивание с использованием диких растений. родственники одомашненных растений, чтобы привнести признаки устойчивости к вредителям, необходимые для одомашненных сортов, и создать мутации путем облучения или химической обработки.

‘Надежда’

В 1930 году устойчивость к стеблевой ржавчине была передана от T. turgidum к пшенице путем создания сорта ‘Hope’ ^[11] . В 1979 году было установлено, что устойчивость к стеблевой ржавчине у «Hope» в значительной степени контролируется одним геном на коротком плече хромосомы 3B. ^[12] Этот ген был назван Sr2 и предположительно произошел от T. turgidum . «Надежда» использовалась в Мексике в 1940-х годах в качестве донора для создания устойчивого к стеблевой ржавчине сорта пшеницы «Yaqui 48» ^[13] .С тех пор ген Sr2 широко использовался в программах улучшения пшеницы и распространился во многих регионах производства пшеницы по всему миру. Ген обеспечивает прочную устойчивость к ржавчине широкого спектра действия, эффективную против всех изолятов P. graminis , и был описан как один из наиболее важных генов устойчивости к болезням, используемых в современной селекции растений ^[14] .

Признак карликовости обеспечивает изменение роста растений, что обеспечивает устойчивость к полеганию и чувствительность к азотным удобрениям, и использование этого признака у пшеницы и риса стало причиной многих успехов Зеленой революции, которая произвела революцию в производстве пшеницы и риса. в Азии — предотвращение массового голода.

В 1963 году ученые открыли ген opaque-2 , который улучшает питательные качества кукурузы за счет увеличения содержания в ней лизина и триптофана. Сначала фермеры не проявляли особого интереса к кукурузе «непрозрачная-2» из-за ее низкой урожайности, мелового зерна и других дефектов. Но тридцать лет селекционных усилий, наконец, привели к выпуску сортов качественной белковой кукурузы (QPM), которые сейчас широко используются в регионах, где кукуруза является основным продуктом питания ^{[15] [16]} .

Фузариоз — разрушительное заболевание твердых сортов пшеницы, и ген устойчивости к грибку, вызывающему фитофтороз, был перенесен в зародышевую плазму твердых сортов пшеницы из пырея Lophopyrum elongatum с помощью хромосомной инженерии ^[17]

Гибриды и гибрид силы роста

Цитоплазматическая стерильность мужчин и другие подходы были использованы для создания искусственных гибридов, а большая сила гибридной силы (гетерозис) была использована в нескольких важных культурах (например,грамм. кукуруза, рис, канола, сорго), будь то естественная гибридная система или синтетическая.

Гибридная сила частично связана с наличием гетерозиготности (то есть двух альтернативных версий одного и того же гена). Другой фактор, имеющий подобный эффект, — это полиплоидия или наличие нескольких наборов хромосом. Все геномы сельскохозяйственных культур полиплоидны, пшеница, например, гексаплоидна, а кукуруза — древний тетраплоид. Эти генетические особенности сельскохозяйственных культур придают селекции сельскохозяйственных культур дополнительную тонкость и обеспечивают большую практическую ценность коллекций гермоплазмы ^{[18] [19]} .

Рекомбинация

Помимо использования преимуществ естественного потока генов и событий горизонтального переноса генов, позволяющих добавлять новые признаки к существующим культурам, он также использует искусственные средства для переноса генов, такие как спасение эмбрионов и биолистика, для преодоления естественных барьеров на пути потока генов между различными генами. -бассейны.

Генная инженерия для создания трансгенных растений и подавление гена (называемое РНК-интерференцией или цисгениками) — это другие методы, используемые для получения полезных вариантов.

Барьеры на пути обмена генами между разными видами растений преодолеваются несколькими способами. Обработка колхицином для создания искусственных полиплоидов может решить некоторые проблемы стерильности, возникающие в результате межвидового перекрестного опыления. Кохицин мешает мейозу и приводит к образованию диплоидных, а не гаплоидных гамет. Также можно использовать скрещивания, сделанные с использованием слияния протопластов (соматическая гибридизация), и методы спасения эмбрионов также могут обойти барьеры, препятствующие потоку генов.

Улучшенный отбор лучших сортов

Для улучшения сельскохозяйственных культур было разработано множество методов искусственной селекции.К ним относятся селекция с использованием молекулярных маркеров ^{[20] [21]} и использование статистических принципов для разработки полевых испытаний продуктивности сельскохозяйственных культур.

Геномная наука (декодирование хромосомных последовательностей и компьютерное анализирование функций и структуры генов) также используется для определения признаков и выбора улучшенного потомства. Один из подходов заключается в сравнении генов у разных видов (сравнительная геномика), чтобы воспользоваться преимуществами большей легкости секвенирования генов с небольшими компактными геномами, такими как геномы Arabidopsis thaliana или риса.Из основных зерновых культур наименьший геном имеет рис; по крайней мере три генома риса были проанализированы с точки зрения детальной последовательности генов, что уже дало много информации о повторяющихся геномах, хромосомах и дупликациях генов, которые произошли у этого вида в ходе естественной эволюции ^{[22] [23]} .

Идентификация конкретных генов и последовательностей ДНК, которые определяют фенотип, имеющий отношение к сельскому хозяйству (например, устойчивость к грибковым патогенам ржавчины), открывает множество способов создания новых полезных генетических вариаций путем прямого воздействия на ДНК и разработки тестов для отслеживания признаков такие как эффективность использования воды ^[24] и устойчивость к патогенам, которые трудно идентифицировать в селекционных экспериментах, что ускоряет селекцию растений на стадиях тепличных и полевых испытаний.Например, были разработаны микросателлитные молекулярные маркеры, которые можно использовать для выявления важного признака устойчивости к стеблевой ржавчине (Sr2, присутствующий в сорте «Надежда») у пшеницы. ^[25] .

Коллекции зародышевой плазмы

В 1930-х годах русский ученый Николай Вавилов обратил внимание на ценность диких сородичей сельскохозяйственных культур как источника генов для улучшения сельского хозяйства, и, путешествуя по пяти континентам, он собрал самую большую (на то время) коллекцию видов и сортов культурных растений. растения в мире. ^{[26] [27]} Его намерением было способствовать улучшению сельскохозяйственных культур, но с тех пор к расширению семенных банков добавились другие соображения. Одной из основных проблем является ограниченное генетическое разнообразие сельскохозяйственных культур и уязвимость сельскохозяйственных культур к болезням, которые они вносят в продукты питания. Это было подчеркнуто в 1970 году серьезной вспышкой южной болезни листьев кукурузы в США.

По оценке Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), в глобальном масштабе отдельные образцы семян в коллекциях семян растений составляют более 6 миллионов образцов, хранящихся в 1300 генобанках по всему миру (B.Koo et al. в Saving Seeds 2004, цитируется FAO 1998). Около 10% из них принадлежит значительной международной сети коллекций зародышевой плазмы сельскохозяйственных культур, управляемой Консультативной группой по международным сельскохозяйственным исследованиям (CGIAR) ^[28] (CGIAR была создана в 1971 году как стратегический союз стран, международных и региональных организаций. , и частные фонды, поддерживающие 15 международных сельскохозяйственных центров). Генбанки CGIAR включают

Последние достижения этого ресурса зародышевой плазмы и связанной с ним сети ученых КГМСИ включают:

• Сорта качественной протеиновой кукурузы (QPM) выпущены в 25 странах и выращиваются на площади более 600 000 гектаров
• Новые сорта риса для Африки (NERICA) от Африканского центра риса (WARDA), которые меняют сельское хозяйство в регионе Западной Африки.По оценкам, в 2003 году NERICA были посажены на 23 000 гектаров, и их использование распространяется по всей Африке, например, в Уганде и Гвинее.
• Выпуск в Латинской Америке многих новых сортов фасоли и улучшенных кормов, которые выращиваются на площади более 100 миллионов гектаров в этом регионе.

Проблемы

Современная селекция растений, будь то классическая или с помощью генной инженерии, вызывает озабоченность, особенно в отношении продовольственных культур. Исследования изменений в американских пищевых продуктах в 1950–1999 годах показали, что за этот период может наблюдаться снижение нутриционных качеств многих садовых культур, возможно, из-за селекции на более высокий урожай. ^[29]

Такие проблемы не новы. В начале земледелия пшеница потеряла ген, который мобилизует питательные вещества из листьев, что привело к повышению урожайности зерна за счет содержания белка и пищевой ценности ^{[30] [31]} . Среди многих сортов пшеницы, используемых в наше время, существует обратная зависимость между урожайностью и содержанием белка. ^[32] . Также в последнее время все большее внимание уделяется селекции сельскохозяйственных культур для улучшения питания ^[33] .

В настоящее время ведутся серьезные споры о генетической модификации растений, включая экологическое воздействие генетически модифицированных растений и безопасность генетически модифицированных пищевых продуктов. Он распространяется также на проблему продовольственной безопасности из-за связи между увеличением урожайности и согласованием предложения продовольствия с растущим спросом на продовольствие, вызванным ростом населения и экономическим ростом. Такие агентства, как Международный институт исследований продовольственной политики (IFPRI), подчеркнули несоответствие между объемом сельскохозяйственных НИОКР и продовольственной безопасностью в развивающихся странах ^[34] .

Права селекционеров также являются спорным вопросом. Усилия по укреплению прав селекционеров, например, путем увеличения сроков охраны сортов, продолжаются. Сегодня в производстве новых сортов доминируют коммерческие селекционеры, которые стремятся защитить свою работу и получить гонорары в рамках национальных и международных соглашений, основанных на правах интеллектуальной собственности.

Проще говоря, критики растениеводства утверждают, что за счет сочетания технических и экономических факторов коммерческие селекционеры сокращают биоразнообразие и значительно ограничивают возможности фермеров разрабатывать семена и торговать ими на региональном уровне.

Но семеноводство — это особый вид экономической деятельности, на который у большинства фермеров нет времени, а более качественные семена обеспечивают простое средство передачи технологий, обеспечивающее экономическую выгоду фермерам. Расширение коммерческой семеноводческой отрасли исторически ассоциировалось со значительными экономическими выгодами в этом секторе, как показано на примере гибридной кукурузы в США, а в последнее время — индийской индустрии семян хлопка ^{[35] [36] [37]} . Критики чрезмерного предупредительного регулирования утверждают, что дорогостоящее нормативное бремя и задержки, накладываемые на новые технологии селекции семян, ограничивают инвестиции в большую часть современных сельскохозяйственных технологий организациями, имеющими значительные финансовые активы, что ограничивает эффективность государственных исследований в развивающихся странах.

Список литературы

1. ↑ Дэй-Рубинштейн К., Хейси П. (2006) Глава 3.1 Генетические ресурсы сельскохозяйственных культур, в Кейт Вибе и Ноэль Голлехон (ред.) (2006) Сельскохозяйственные ресурсы и экологические показатели Бюллетень экономической информации № (EIB-16)
2. ↑ Ngambeki DS (2005) Научно-техническая платформа для развития Африки: к зеленой революции в Африке, Новое партнерство в интересах развития Африки.
3. ↑ Консультативная группа по международным сельскохозяйственным исследованиям (2002) Сельское хозяйство и окружающая среда, партнерство для устойчивого будущего
4. ↑ ^{4.0 4,1} Джаухар П.П. (2006) Современная биотехнология как неотъемлемое дополнение к традиционной селекции растений: перспективы и проблемы Crop Sci 46: 1841-59

Границы растениеводства | Селекция растений

Plant Breeding публикует основные открытия, способствующие пониманию и прогрессу современной селекции растений, предоставляя единую платформу для статей, которые касаются улучшения растений посредством селекции и связанных тем.В этом разделе рассматриваются следующие темы, но не ограничиваются ими:

· Современные методы селекции растений

· Характеристика и использование зародышевой плазмы

· Селекция с использованием маркеров

· Генетика и геномика представляющих интерес признаков сельскохозяйственных культур

Исследования структуры населения будут приняты во внимание, только если они будут сопровождаться ассоциативными исследованиями или другим соответствующим анализом. Сосредоточение внимания на приложениях желательно, но раздел также открыт для статей по фундаментальным наукам, если они имеют прямое отношение к селекции растений.

Пожалуйста, учитывайте требования к качеству и содержанию экспериментальных исследований, как указано ниже.

Картирование признаков и исследования ассоциаций

· Рукописи по картированию QTL любым методом требуют плотного покрытия маркером (ориентировочно N> 100 в зависимости от размера популяции). Отклонения от этих требований должны быть хорошо обоснованы и объяснены в сопроводительном письме.

· Рукописи по геномной селекции (GWAS) обычно требуют относительно больших размеров выборки (ориентировочно N> 200) и точной информации о структуре популяции из-за родства и / или предковой структуры.Отклонения от этих требований должны быть хорошо обоснованы и объяснены в сопроводительном письме.

· Фенотипирование сложных количественных признаков должно проводиться как минимум в 3 независимых тестовых средах, которые могут быть результатом любой комбинации года / сезона с местоположением (поле, местоположение, теплица и / или камера выращивания) и каждой тестовой средой. должен состоять не менее чем из 3-х повторов. Отклонения от этих требований должны быть хорошо обоснованы и объяснены в сопроводительном письме.

· Сообщения о новых генах или аллелях устойчивости должны сопровождаться тестами на аллелизм в соответствующих сегрегированных потомках. Новый источник устойчивости предпочтительно должен быть депонирован в один или несколько международных хранилищ зародышевой плазмы без ограничений по использованию.

· Наборы данных должны быть депонированы в общедоступных репозиториях (если они доступны и уместны) с соответствующей ссылкой на данные или представлены в основной рукописи или дополнительных вспомогательных файлах, когда это возможно.Наборы данных, которым репозиторий данных присваивает идентификаторы цифровых объектов (DOI), могут быть указаны в списке ссылок.

Дополнительные требования

· Количественный анализ должен быть выполнен как минимум на 3 биологических повторностях, чтобы можно было оценить значимость. Сюда входят количественные омические исследования (транскриптомика, протеомика, метаболомика), а также фенотипические измерения, количественные анализы и анализ экспрессии qPCR. Исследования, которые не соответствуют этим требованиям к репликации, не будут рассматриваться для обзора.

· Исследования, подпадающие под следующие категории, не будут рассматриваться для обзора, если они не будут расширены и не предоставят механистические и / или физиологические представления об изучаемой биологической системе или процессе:

i) Описательный сбор транскриптов, белков или метаболитов, включая сравнительные наборы в результате различных условий или лечения;
ii) Описательные исследования, которые определяют семейства генов с использованием базовой филогенетики и определения поверхностных функциональных атрибутов (например,грамм. профили экспрессии, уровни гормонов или метаболитов, анализ промоторов, информационные параметры).

· Исследования с использованием трансгенных или мутантных растений должны основываться на данных по множеству независимых аллелей (как минимум 2), демонстрирующих общий и стабильный фенотип. Примеры включают Т-ДНК, транспозон, РНКи, CRISPR / Cas9, химически индуцированные, сверхэкспрессоры, репортерные слияния (GUS, FP, LUC) и т. Д. Качественные данные могут быть представлены для одного аллеля, но должны свидетельствовать о наблюдениях нескольких аллелей, которые должны быть четко указаны в тексте.Количественные данные должны быть получены из нескольких аллелей (как минимум 2) и должны отображаться отдельно для каждого аллеля (с как минимум 3 независимыми повторениями для каждого аллеля). Исследования, сообщающие об отдельных аллелях, могут считаться приемлемыми, если:

i) для подтверждения используется дополнение посредством трансформации;
ii) Аллель был ранее охарактеризован и опубликован и является представителем нескольких независимых линий;
iii) Системы, в которых генетическая трансформация затруднена или еще не возможна, должны быть представлены альтернативные доказательства, подтверждающие зарегистрированный аллель.

Инновации в селекции растений — Международная федерация семеноводов

Поиск на сайте ISF

Семеноводство на глобальном уровне

• Личный кабинет
• Связаться с нами
• Поиск

МЕНЮ

• О компании
  • Чем мы занимаемся
  • История
  • Структура ISF
    • Организационная схема
    • Секретариат ISF
    • Исполнительный комитет
• Наша работа
  • Селекция растений
    0 Селекция растений
    • Генетические ресурсы Защита сортов
    • Устойчивость к болезням
      • Обзор
      • Коды патогенов
      • Дифференциальные хозяева
      • Другие инициативы
    • Торговые правила
    • Обработка семян
    • Фитосанитарные средства
    • Фитосанитарные средства
• Ресурсы
  • Документы
    • Интеллектуальная собственность
    • Фитосанитарный
    • Селекция растений
    • Обработка семян
    • Устойчивое сельское хозяйство
    • Торговля
    • Овощи
    • Пресса
    Пресса
  279 часто задаваемых вопросов
  • Статистика семян
  • Протоколы тестирования здоровья семян ISHI-Veg
  • База данных регулируемого списка вредных организмов ISF
    • Инициатива регулируемого списка вредных организмов ISF
    • Технические ресурсы
  • COVID-19: глобальный сектор семян реагирует на кризис
• События
  • Календарь
  • ISF ​​World Seed Congress
  • Виртуальные события
• Члены
  • Членство
  • Карта участников
• Контакты
• Заявление об ограничении ответственности

• О компании
  • Чем мы занимаемся
  • История
  • Структура ISF
• Наша работа
  • Селекция растений
  • Устойчивость к болезням
  • Правила торговли
  • Обработка семян
  • 9027 9027 Фитосанитарные ресурсы
  • Пресса
  • Часто задаваемые вопросы
  • Статистика семян
  • Протоколы тестирования здоровья семян ISHI-Veg
  • База данных регулируемого списка вредных организмов ISF
  • COVID-19: глобальный сектор семян реагирует на кризис
• События
  • Календарь IS 902 Всемирный семенной конгресс
  • Виртуальные мероприятия
• Члены
  • Членство
  • Члены Карта

Наша работа

• Селекция растений
  • Генетические ресурсы
  • Инновации в селекции растений
  • Защита сортов
• Устойчивость к болезням
  • Обзор
  • Коды патогенов
  • 9028 9028 9028
  09 Дифференциальные хосты
  09
  • Торговые правила
  • Урегулирование споров
  • Essential Derivation
  • Страхование ошибок и пропусков
  • Обработка семян
  • Фитосанитарные вопросы
    • Здоровье семян
      • ISHI-902HI Протоколы разработки метода ISHI-902-
      • ISHI-902- Veg Отчеты о валидации овощей
    • Семена как фитосанитарный риск
      • Инициатива по регулируемому списку вредных организмов ISF
      • Технические ресурсы

  Молекулярная селекция растений как основа улучшения сельскохозяйственных культур в 21 веке

  Фундаментальные открытия Дарвина и Менделя заложили научную основу селекции растений и генетики на рубеже 20-го века.Точно так же недавняя интеграция достижений в области биотехнологии, геномных исследований и применения молекулярных маркеров с традиционными методами селекции растений создала основу для молекулярной селекции растений, междисциплинарной науки, которая произвела революцию в улучшении сельскохозяйственных культур 21 века. Хотя методы молекулярной селекции растений продолжают развиваться и вызывают большой интерес у селекционеров и ученых-растениеводов (обзор см. В Cooper et al., 2004; Nelson et al., 2004; Lörz and Wenzel, 2005; Varshney et al. al., 2006; Eathington et al., 2007; Mumm, 2007), им было уделено относительно мало внимания со стороны большинства биологов растений, занимающихся фундаментальными научными исследованиями. Целью данной статьи для серии «Выбор редакции» о будущих достижениях в биотехнологии сельскохозяйственных культур является краткий обзор важных исторических событий в области молекулярной селекции растений, ключевых принципов, влияющих на текущую практику молекулярной селекции растений, и факторов, влияющих на внедрение молекулярной селекции растений в программы улучшения урожая.Кроме того, мы подчеркиваем, как применение молекулярной селекции растений в настоящее время способствует открытию генов и их функций, которые открывают новые возможности для фундаментальных исследований биологии растений.

  ИСТОРИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ

  Селекция растений описывает методы создания, отбора и фиксации превосходных фенотипов растений при создании улучшенных сортов, отвечающих потребностям фермеров и потребителей. Основные цели селекции сельскохозяйственных и садовых культур обычно направлены на повышение урожайности, питательных качеств и других характеристик, имеющих коммерческую ценность.Парадигма селекции растений оказалась чрезвычайно успешной в мировом масштабе, с такими примерами, как создание гибридной кукурузы ( Zea mays ; Duvick, 2001), внедрение пшеницы ( Triticum aestivum ) и риса ( Oryza sativa ). ) сорта, которые породили Зеленую революцию (Everson and Golin, 2003), а также недавнюю коммерциализацию трансгенных культур (James, 2007). Эти и многие другие продукты селекции растений внесли свой вклад в многочисленные выгоды, которые мировое общество получило от более устойчивых запасов углерода, который может использоваться в качестве продуктов питания, кормов, леса, волокна и топлива.

  Селекция растений имеет долгую историю интеграции последних инноваций в биологии и генетике для улучшения качества сельскохозяйственных культур. Доисторический отбор по видимым фенотипам, который облегчил сбор урожая и повысил продуктивность, привел к одомашниванию первых сортов сельскохозяйственных культур (Harlan, 1992) и может считаться самым ранним примером биотехнологии. Дарвин изложил научные принципы гибридизации и отбора, а Мендель определил фундаментальную связь между генотипом и фенотипом, открытия, которые позволили научный подход к селекции растений в начале 20-го века (например,грамм. Шулль, 1909). Несмотря на немедленное признание важности менделевской генетики некоторыми селекционерами растений, полная интеграция была отложена почти на 20 лет, пока количественная генетика не согласовала менделевские принципы с непрерывными вариациями, наблюдаемыми для большинства признаков, которые считаются важными большинством селекционеров растений (Пол и Киммельман, 1988). . Последующие достижения в нашем понимании биологии растений, анализа и индукции генетической изменчивости, цитогенетики, количественной генетики, молекулярной биологии, биотехнологии и, совсем недавно, геномики, были последовательно применены для дальнейшего увеличения научной базы и ее применения в селекции растений. процесс (e.грамм. Баензигер и др., 2006; Джаухар, 2006; Варшней и др., 2006).

  Эра биотехнологии растений началась в начале 1980-х годов с выдающихся отчетов о производстве трансгенных растений с использованием Agrobacterium (Bevan et al., 1983; Fraley et al., 1983; Herrera-Estrella et al., 1983). Вскоре после этого были разработаны системы молекулярных маркеров для сельскохозяйственных культур для создания генетических карт с высоким разрешением и использования генетической связи между маркерами и важными признаками сельскохозяйственных культур (Edwards et al., 1987; Paterson et al., 1988). К 1996 году коммерциализация трансгенных культур продемонстрировала успешную интеграцию биотехнологии в программы селекции и улучшения сельскохозяйственных культур (Koziel et al., 1993; Delannay et al., 1995). Как показано на Рисунке 1, интрогрессия одного или нескольких генов в текущий элитный сорт посредством обратного скрещивания является обычной практикой селекции растений. Методы обратного скрещивания с помощью маркеров были быстро разработаны для интрогрессии трансгенных признаков и уменьшения сопротивления сцепления, где молекулярные маркеры использовались при сканировании генома для отбора тех людей, которые содержали как трансген, так и наибольшую долю благоприятных аллелей из повторяющегося родительского генома. (е.грамм. Рагот и др., 1995; Джонсон и Мамм, 1996). В течение последних 25 лет непрерывное развитие и применение биотехнологии растений, молекулярных маркеров и геномики позволило создать новые инструменты для создания, анализа и управления генетической изменчивостью, а также для создания улучшенных сортов (обзор см. В Sharma et al. , 2002; Варшней и др., 2006; Collard, Mackill, 2008). Молекулярная селекция в настоящее время является стандартной практикой для многих сельскохозяйственных культур, а в следующих разделах кратко рассматривается, как молекулярная информация и генная инженерия положительно влияют на парадигму селекции растений.

  Рисунок 1.

  Общие схемы разведения и селекции. Каждая вертикальная полоса представляет собой графическое представление генома особи в племенной популяции с цветными сегментами, указывающими гены и / или QTL, которые влияют на признаки при отборе. Гены, связанные с разными признаками, показаны разными цветами (например, красным, синим). «X» указывает на помесь родителей, а стрелки обозначают последовательные кресты одного и того же типа. Звездочка под индивидуумом означает желаемый генотип.A, обратное скрещивание. Донорская линия (синяя полоса), показывающая конкретный представляющий интерес ген (красный), скрещивается с элитной линией, нацеленной на улучшение (белая полоса), а потомство повторно скрещивается с элитной линией. Каждый цикл обратного скрещивания включает отбор интересующего гена и восстановление увеличенной доли генома элитной линии. B, Пирамида генов. Гены / QTL, связанные с разными полезными признаками (синий, красный, оранжевый, зеленый), объединяются в один и тот же генотип посредством скрещивания и отбора. C, Племенное разведение.Скрещиваются два человека с желаемым и дополнительным фенотипами; F _{1 Потомство} самоопыляется для фиксации новых, улучшенных комбинаций генотипов. D, Рекуррентный отбор. Популяция особей (10 в этом примере) разделяется по двум признакам (красный, синий), на каждый из которых влияют два основных благоприятных QTL. Скрещивание между особями и отбор желаемых фенотипов / генотипов увеличивает частоты благоприятных аллелей в каждом локусе. В этом примере ни одна особь в исходной популяции не имела всех благоприятных аллелей, но после повторного отбора половина популяции обладает желаемым генотипом.Для гибридизированных культур повторный отбор можно проводить параллельно в двух дополнительных популяциях для получения линий, которые затем скрещиваются с образованием гибридов; этот метод называется реципрокным рекуррентным отбором.

  ПРИНЦИПЫ И ПРАКТИКА ВЫРАЩИВАНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ РАСТЕНИЙ

  Схемы разведения и концепция генетической выгоды

  Концептуально селекция растений проста: скрестить лучших родителей, выявить и восстановить потомство, которое превосходит родителей.На практике селекция растений представляет собой трехэтапный процесс, в котором создаются или собираются популяции или коллекции зародышевой плазмы с полезными генетическими вариациями, идентифицируются особи с превосходными фенотипами и из отобранных особей выводятся улучшенные сорта. Для улучшения культурных сортов было разработано большое разнообразие подходов, адаптированных к видам сельскохозяйственных культур и задачам селекции (Fehr, 1987; Stoskopf et al., 1993). Эти методы разведения включают разные типы популяций, процедуры отбора и результаты.

  На рисунке 1 представлены три метода селекции, которые обычно используются в программах улучшения сельскохозяйственных культур. Как упоминалось ранее, когда цель состоит в том, чтобы модернизировать установленный элитный генотип с помощью признака (ов), контролируемого одним или несколькими локусами, обратное скрещивание используется либо для интрогрессии одного гена (рис. 1А), либо для пирамидирования нескольких генов (рис. 1Б). Для генетически сложных признаков улучшение зародышевой плазмы вместо этого требует перестановки генома для создания новых благоприятных комбинаций генов в потомстве.Метод племенного разведения обеспечивает такую ​​новизну за счет скрещивания и рекомбинации среди превосходящих, но дополняющих друг друга родителей и отбора среди сегрегирующего потомства для повышения производительности (рис. 1C). Рекуррентный отбор направлен на одновременное увеличение частот благоприятных аллелей в нескольких локусах в племенных популяциях путем скрещивания отобранных особей (рис. 1D). Для гибридизированных культур, таких как кукуруза, периодический отбор может быть расширен для повышения производительности отдельных дополнительных популяций (например,грамм. гетеротические группы), которые используются в качестве родителей для образования превосходных гибридных комбинаций. Эта практика называется реципрокным повторяющимся отбором.

  Количественные генетические принципы оказались особенно действенными в качестве теоретической основы как для улучшения популяций, так и для методов отбора и стабилизации желаемых генотипов (Hallauer, 2007). Важным понятием количественной генетики и селекции растений является генетический выигрыш (ΔG), который представляет собой прогнозируемое изменение среднего значения признака в популяции, возникающее в результате отбора.Независимо от вида, представляющего интерес признака или используемых методов разведения, ΔG служит простым универсальным выражением ожидаемого генетического улучшения (Fehr, 1987; Falconer and Mackay, 1996). На рисунке 2 показано уравнение генетической выгоды и расширение его членов до основных параметров количественной генетики. Несмотря на явное упрощение передовых количественных генетических принципов, используемых в селекции растений, уравнение генетического выигрыша эффективно связывает четыре основных фактора, влияющих на прогресс селекции: степень фенотипической изменчивости, присутствующей в популяции (представленной ее sd, σ _P ), вероятность того, что фенотип признака будет передан от родителя к потомству (наследуемость, h ² ), доля популяции, выбранной в качестве родителей для следующего поколения (интенсивность отбора, i , выраженная в единицах sd от среднего) и время, необходимое для завершения цикла выбора ( L ). L зависит не только от того, сколько поколений требуется для завершения цикла отбора, но также от того, насколько быстро поколения могут быть завершены и сколько поколений может быть завершено в год.

  Рисунок 2.

  Уравнение генетического прироста и его составляющие переменные. Верхняя часть иллюстрирует идеализированное распределение, показывающее частоту особей в племенной популяции (ось y ), которые демонстрируют различные классы фенотипических значений (ось x ).Показаны среднее фенотипическое значение ( μ ₀ ) исходной популяции (показано как вся площадь под нормальной кривой) и среднее значение ( μ _S ) для группы выбранных индивидуумов (заштриховано синим). В этом обобщенном примере улучшение признака достигается путем выбора более низкого фенотипического значения, например влажность зерна при уборке кукурузы. Компоненты вариации ( σ ² ), которые вносят вклад в sd фенотипического распределения ( σ _P ), указаны под гистограммой.

  Понятно, что ΔG можно увеличить, увеличив σ _P , h ² или i и уменьшив L . Таким образом, уравнение генетической выгоды обеспечивает основу для сравнения прогнозируемой эффективности конкретных селекционных стратегий и часто используется в качестве руководства для разумного распределения ресурсов для достижения целей селекции. Если рассматривать в контексте концепции генетической выгоды, молекулярная селекция растений предлагает новые мощные подходы для преодоления предыдущих ограничений в максимальном увеличении ΔG.В следующих разделах приводятся примеры, когда молекулярная селекция растений положительно влияет на ΔG и каждую из составляющих ее переменных. Для краткости мы сосредоточимся на примерах из кукурузы, где молекулярная селекция наиболее продвинута и в настоящее время стала основным средством для создания улучшенных коммерческих гибридов.

  Молекулярная селекция растений расширяет полезное генетическое разнообразие для улучшения сельскохозяйственных культур

  Максимальный потенциал генетического выигрыша пропорционален фенотипической изменчивости ( σ _P ), присутствующей в исходной исходной популяции и сохраняющейся в последующих циклах отбора.Фенотипическая изменчивость положительно связана с генетическим разнообразием, но также зависит от факторов окружающей среды и взаимодействия между генотипом и окружающей средой. Генетическое разнообразие может происходить от селекционных популяций (естественных или синтетических), разделения потомства от скрещивания выбранных родительских линий, экзотических материалов, не адаптированных к целевой среде, широких межвидовых скрещиваний, встречающихся в природе или индуцированных мутаций, внесения трансгенные события или комбинации этих источников.

  Однако не все фенотипические вариации одинаковы. Например, использование экзотической зародышевой плазмы оказалось чрезвычайно успешным для улучшения многих видов сельскохозяйственных культур, но могут возникнуть трудности из-за введения нежелательных аллелей, связанных с отсутствием адаптации. Потребность в генетическом разнообразии должна быть уравновешена элитными характеристиками, потому что выбор лучших родителей является ключом к максимальному увеличению вероятности успешного улучшения. Напротив, ожидаемое усиление неравновесия по сцеплению среди элитных популяций, полученное в результате интенсивного предшествующего отбора, также может ограничивать создание новых генетических комбинаций для будущей выгоды.Скрещивание исходных популяций для генетической рекомбинации может решить эту проблему, но задерживает развитие сорта.

  Молекулярные маркеры и, в последнее время, усилия по высокопроизводительному секвенированию генома резко расширили знания и способность характеризовать генетическое разнообразие в пуле зародышевой плазмы практически для любых видов сельскохозяйственных культур. Используя кукурузу в качестве одного примера, исследования аллелей молекулярных маркеров и вариации нуклеотидных последовательностей предоставили основную информацию о генетическом разнообразии до и после одомашнивания от ее дикого предка теосинте, среди географически распределенных местных сортов и внутри исторически элитной зародышевой плазмы (для обзора см. Cooper et al. ., 2004; Нибур и др., 2004; Buckler et al., 2006). Эта информация обогащает исследования эволюции растений и сравнительной геномики, способствует нашему пониманию структуры популяции, обеспечивает эмпирические измерения генетических ответов на отбор, а также служит для выявления и поддержания резервуаров генетической изменчивости для будущего поиска полезных аллелей (McCouch, 2004; Slade et al., 2005). Кроме того, знание генетических взаимоотношений между источниками зародышевой плазмы может определять выбор родителей для получения гибридов или улучшенных популяций (например,грамм. Дадли и др., 1992; Коллард и Маккилл, 2008).

  В то время как молекулярные маркеры и другие геномные приложения оказались весьма успешными в характеристике существующих генетических вариаций внутри видов, биотехнология растений порождает новое генетическое разнообразие, которое часто выходит за пределы видовых границ (Gepts, 2002; Johnson and McCuddin, 2008). Биотехнология обеспечивает доступ к генам, ранее недоступным путем скрещивания, и создает практически бесконечный пул новых генетических вариаций.Гены могут быть получены из существующих геномов, охватывающих все царства жизни, или созданы и собраны de novo в лаборатории. Как тонкие, так и крайние примеры способности трансгенов вносить новые фенотипические вариации можно найти в трех различных трансгенах, разработанных для устойчивости к гербицидам глифосата кукурузы и других культур. Первые устойчивые к глифосату гибриды кукурузы использовали модифицированную версию эндогенного гена кукурузы, кодирующего 5-енол-пирувилшикимат-3-Р-синтазу (Spencer et al., 2000), за которыми позже последовали события, продуцируемые геном 5-енол-пирувилшикимат-3-Р-синтазы, выделенным из Agrobacterium (Behr et al., 2004). Совсем недавно синтетический ген с повышенной активностью глифосатацетилтрансферазы был создан путем перетасовки генов и отбора в микробной системе (Castle et al., 2004). Каждое из этих событий, связанных с толерантностью к глифосату кукурузы, также иллюстрирует другое преимущество биотехнологии, где новые комбинации регуляторных последовательностей (например, промоторы вируса мозаики цветной капусты 35S и промоторы актина 1 риса ) могут быть использованы для достижения оптимального выражения признака в отношении общей активности и ткани. распределение относительно того, что могло бы быть возможным с эндогенными генами (Heck et al., 2005).

  Молекулярная селекция растений увеличивает благоприятное действие генов

  Количественная генетика использует теоретическую концепцию наследуемости для количественной оценки доли фенотипической изменчивости, контролируемой генотипом. На практике на наследственность в значительной степени влияет генетическая архитектура интересующего признака, которая описывается количеством генов, величиной их эффектов и типом действия генов, связанных с фенотипами.Лучшее знание генетической архитектуры и благоприятное действие генов (то, что больше поддается отбору) часто имеют наибольшее влияние на улучшение генетического результата. Для формулы генетического прироста наследственность ( h ² ) используется в узком смысле, представляя долю фенотипической изменчивости из-за аддитивных генетических эффектов (тех, которые отражают изменения в дозировке аллелей или аллельные замены). Аддитивные генетические эффекты также называют селекционной ценностью, потому что они предсказуемо передаются потомству.Отклонения от аддитивных эффектов значительны для многих признаков и подразделяются на эффекты доминирования, которые отражают взаимодействия между разными аллелями в одном и том же локусе, или эпистатические эффекты, возникающие в результате взаимодействий между разными локусами. Действие генов и племенная ценность характеризуются тестированием потомства, когда фенотипы людей в популяции сравниваются с их родителями и братьями и сестрами, полученными в результате самоопыления или ауткроссинга.

  Предыдущие усилия по разработке большого количества молекулярных маркеров, генетических карт с высокой плотностью и соответствующим образом структурированных картирующих популяций теперь сделали повседневной практикой для многих видов сельскохозяйственных культур возможность одновременно определять действие генов и селекционную ценность в сотнях, а часто и тысячах локусов, относительно равномерно распределенных по целые геномы.Результаты такого картирования позволяют значительно улучшить оценки количества локусов, аллельных эффектов и действий генов, контролирующих интересующие признаки. Что еще более важно, можно легко идентифицировать геномные сегменты, которые показывают статистически значимые ассоциации с количественными признаками (локусы количественных признаков [QTL]). В дополнение к генетическому картированию в семьях, полученных в результате двойного скрещивания, новые достижения в генетике ассоциации с генами-кандидатами и подходы, сочетающие анализ неравновесия сцепления в семьях и популяциях (Holland, 2007; Yu et al., 2008) дополнительно усиливают возможности обнаружения QTL.

  Информация о QTL может использоваться разными способами для увеличения наследуемости и благоприятного действия генов. Для признаков, демонстрирующих наследуемость от низкой до умеренной, таких как урожайность зерна, QTL и связанные с ними молекулярные маркеры часто составляют большую долю дополнительных генетических эффектов, чем только фенотип. Кроме того, знание генетической архитектуры может быть использовано для добавления или удаления определенных аллелей, которые вносят вклад в селекционную ценность.Когда генетическая связь или эпистаз между локусами с антагонистическим действием на признак ограничивают генетический выигрыш, информацию QTL можно использовать для разрыва этих нежелательных аллельных отношений.

  Успех в использовании информации о QTL для увеличения генетического прироста во многом зависит от величины эффектов QTL, точной оценки положений QTL, стабильности эффектов QTL в различных средах и от того, устойчивы ли QTL в соответствующей селекционной гермоплазме. Прогнозирование положений QTL улучшается за счет дальнейшего точного картирования, которое облегчает тестирование эффектов QTL и значений разведения в дополнительных популяциях.Когда плотность наблюдаемых рекомбинаций приближается к разрешению отдельных генов, может быть определено причинное генетическое изменение для QTL (для обзора см. Salvi and Tuberosa, 2005; Yu and Buckler, 2006; Beló et al., 2008; Harjes et al. ., 2008). Молекулярная изоляция QTL позволяет разрабатывать совершенные или функциональные молекулярные маркеры при потенциальном разрешении фундаментальной единицы наследования, нуклеотида, и резко увеличивает специфичность и точность, с помощью которых оцениваются генетические эффекты и манипулируют ими в программах разведения.

  Использование трансгенов может дополнительно упростить генетическую архитектуру для желаемых признаков способами, которые могут быть лучше или невозможны, даже когда идеальные маркеры доступны для надежных QTL с большим эффектом. Трансгены обычно обуславливают сильные генетические эффекты в единичных локусах, которые также демонстрируют действие доминантного гена, когда для максимальной экспрессии признака в гибридном сорте требуется только одна копия события. Эти особенности трансгенов могут свести сложное количественное улучшение к прямому, часто радикальному решению.Прекрасные примеры представлены экспрессией в трансгенных гибридах кукурузы инсектицидных токсинных белков из Bacillus thuringiensis ( Bt ) для уменьшения ущерба, наносимого кормлением личинками кукурузного мотылька европейского ( Ostrinia nubilalis ) или кукурузного жука ( Diabilrotica видов). Частичная устойчивость зародышевой плазмы кукурузы к этим насекомым-вредителям ранее была охарактеризована как количественно наследуемые признаки с низкой наследуемостью (Papst et al., 2004; Tollefson, 2007), но трансгенные события Bt предлагают просто унаследованную альтернативу, которой эффективно манипулируют селекционные программы.

  Упрощая генетическую архитектуру, трансгены могут также допускать нарушение аллельных взаимодействий между факторами, контролирующими интересующий признак и другие важные характеристики. Например, использование трансгенного источника устойчивости к насекомым (например, единственного локуса трансгена Bt ) может облегчить отбор подходящих аллелей для повышения урожайности, которые тесно связаны в отталкивании с эндогенными генами устойчивости к тому же классу насекомых-вредителей.Кроме того, трансгенные события могут быть спроектированы для отделения негативных плейотропных эффектов от полезных фенотипов, обусловленных рецессивными мутациями. Это применение иллюстрируется использованием РНК-интерференции для специфического подавления экспрессии гена запасного белка семян зеина (Segal et al., 2003; Huang et al., 2004). Эта стратегия имитирует эффекты мутации opaque2 на улучшение аминокислотного профиля зерна кукурузы для корма для животных, в то же время избегая более мягкой текстуры эндосперма и чувствительности к грибковым патогенам, обычно ассоциируемым с opaque2 .

  Трансгенные события также могут быть разработаны таким образом, чтобы вмешиваться на ключевые этапы регуляции целых метаболических путей или путей развития, так что действие генов по соответствующим признакам в значительной степени наследуется как отдельные доминантные факторы, которые менее чувствительны к воздействию окружающей среды. Примеры включают экспрессию фактора транскрипции, который увеличивает устойчивость к засухе (Nelson et al., 2007), и изменение баланса между уровнями фактора транскрипции GLOSSY15 относительно его репрессора, microRNA172 , чтобы задержать время цветения у гибридов кукурузы (Lauter и другие., 2005).

  Биотехнология также облегчает молекулярную укладку трансгенов, которые контролируют признак или набор признаков, в один гаплотип локуса, определяемый трансгенным событием. Примеры такого подхода включают первоначальный Golden Rice (Ye et al., 2000), недавно выпущенные YieldGuard VT Triple трансгенные гибриды кукурузы, в которых устойчивость к гербицидам и множественные признаки устойчивости к насекомым объединены в один геномный локус (http: //www.yieldgardvt. com / VTScience / Default.aspx) или комбинацию трансгенов, которые одновременно увеличивают синтез и снижают катаболизм Lys в семенах кукурузы (Frizzi et al., 2008). Недавние сообщения об улучшении технологии нацеливания на гены (Ow, 2007) и конструировании мейотически передаваемых минихромосом растений (Carlson et al., 2007; Yu et al., 2007) открывают путь для введения большего количества признаков с возрастающей сложностью. С такими достижениями биотехнология теперь готова собрать полезное генетическое разнообразие практически из любого источника в конструкции, которые концентрируют благоприятное действие генов и максимизируют наследуемость значительно расширенного набора признаков.

  В заключение этого раздела о том, как молекулярная селекция растений увеличивает благоприятное действие генов, важно подчеркнуть, что исследования QTL, когда они проводятся с надлежащим масштабом и точностью для идентификации причинных генов, представляют собой мощный функциональный подход к геномике.Молекулярное клонирование QTL позволило по-новому взглянуть на биологию количественных признаков, которые вряд ли можно было бы обнаружить при анализе стратегий нокаута или сверхэкспрессии генов, в частности влияния регуляторных вариаций на фенотипические вариации и эволюцию (например, Cong et al. , 2002; Clark et al., 2006; Yan et al., 2004; Salvi et al., 2007). Кроме того, молекулярные маркеры, геномика и биотехнология теперь применяются в итеративной сети, чтобы использовать генетическое разнообразие для улучшения сельскохозяйственных культур.Геномная информация позволяет обнаруживать полезные аллели с помощью картирования и клонирования QTL с последующим использованием информации, полученной в результате молекулярной характеристики QTL, для разработки оптимальных трансгенных стратегий для улучшения сельскохозяйственных культур.

  Молекулярная селекция растений повышает эффективность селекции

  Традиционная селекция растений, основанная только на фенотипической селекции, исторически была эффективной. Однако по некоторым признакам фенотипический отбор не продвинулся далеко вперед из-за проблем с измерением фенотипов или идентификацией особей с наибольшей племенной ценностью.Влияние окружающей среды, взаимодействия генотипа с окружающей средой и ошибок измерения также вносят свой вклад в наблюдаемые различия. Оценка генотипов в нескольких средах с воспроизведением дизайна позволяет лучше оценить племенную ценность, но требует дополнительных затрат времени и средств. Для некоторых признаков может потребоваться принести в жертву индивидуума для измерения фенотипов, или выражение признака может зависеть от переменных условий окружающей среды (например, давления болезни) и стадии развития (например,грамм. качество зерна можно оценить только после цветения). Более того, селекционеры растений обычно должны одновременно улучшать набор коммерчески ценных признаков, что может ограничивать выгоды от селекции. Подобно тому, как молекулярная селекция растений помогает расширить генетическое разнообразие, охарактеризовать генетическую архитектуру и изменить действие генов, ее методы также могут применяться для повышения эффективности отбора.

  В обширной литературе рассматривается полезность селекции с помощью молекулярных маркеров и ее соответствие различным методам разведения (рис.1), при этом читатель может быть отослан к ряду недавних превосходных обзоров по этой теме (Dekkers and Hospital, 2002; Holland, 2004; Johnson, 2004; Varshney et al., 2006; Collard and Mackill, 2008). Генотипы молекулярных маркеров, которые либо находятся внутри генов, либо тесно связаны с признаками, влияющими на QTL при отборе, могут использоваться в качестве дополнения к фенотипическим наблюдениям в индексе отбора (Lande and Thompson, 1990). В случаях, когда генетическая корреляция высока, дальнейшая эффективность может быть достигнута путем замены фенотипического отбора на генотипический во время некоторых циклов отбора, что может сократить усилия по фенотипированию и время цикла за счет разрешения использования несезонных питомников.Джонсон (2004) обобщил ранний пример комбинирования фенотипических данных и показателей молекулярных маркеров для увеличения селекционных преимуществ по урожайности зерна кукурузы и устойчивости к европейскому кукурузному мотыльку. Эффективной стратегией одновременного изменения нескольких признаков является использование индексов отбора, которые учитывают несколько факторов при выборе окончательного улучшенного генотипа. Eathington et al. (2007) недавно сообщили о результатах, полученных при использовании множественных показателей признаков и селекции с помощью маркеров для почти 250 уникальных селекционных популяций кукурузы.Использование молекулярных маркеров увеличивало эффективность селекции примерно в 2 раза по сравнению с одним только фенотипическим отбором, при этом аналогичный прирост наблюдался также в популяциях сои ( Glycine max ) и подсолнечника ( Helianthus annuus ).

  Отбор с помощью маркеров может также значительно увеличить генетический эффект для признаков, фенотип которых трудно оценить из-за его стоимости или его зависимости от конкретных условий окружающей среды. Молекулярные маркеры можно использовать для увеличения вероятности выявления действительно превосходных генотипов, сосредоточив ресурсы тестирования на генотипах с наибольшим потенциалом (т.е. раннее устранение неполноценных генотипов), уменьшая количество потомства, которое необходимо подвергать скринингу для восстановления заданного уровня прироста, и обеспечивая одновременное улучшение черт с отрицательной корреляцией (Knapp, 1998). Успешные примеры включают устойчивость к нематоде соевых бобов (Young, 1999), устойчивость к болезням зерновых (для обзора см. Varshney et al., 2006) и засухоустойчивость кукурузы (Ribaut and Ragot, 2007; Tuberosa et al., 2007) .

  Эффективность фенотипического отбора по некоторым сложным признакам может быть повышена путем включения физиологических или биохимических фенотипов в качестве вторичных признаков, если они демонстрируют сильные генетические корреляции с целевым признаком и обладают высокой наследуемостью.Последние достижения в области функциональной геномики позволяют составить популяционный профиль обилия РНК, уровней и активности белка, а также метаболитов, которые связаны с важными характеристиками. В дополнение к молекулярным маркерам, которые маркируют вариацию последовательности ДНК, такие подходы к генетической геномике могут обеспечивать дополнительные вторичные фенотипы в качестве целей отбора (Jansen and Nap, 2001; Johnson, 2004), особенно для признаков, определяемых реакциями на внешние, связанные с развитием или физиологические сигналы.

  Селекция с помощью маркеров также ускоряет внедрение трансгенов в коммерческие сорта.Как правило, это достигается за счет обратного скрещивания с помощью маркеров. Однако для будущих улучшений биотехнологии, таких как устойчивость к засухе или ограничение питательных веществ, может потребоваться прямая селекция для совместной оптимизации экспрессии трансгена и генетического фона, поскольку эндогенные гены и факторы окружающей среды могут иметь потенциал влиять на фенотипы, возникающие в результате трансгенных модификаций (Mumm, 2007) . Конечно, использование молекулярных маркеров также может способствовать дальнейшим усилиям по селекции. В качестве альтернативы, усилия по открытию дополнительных генов или QTL, которые необходимы для надежных характеристик признака, могут предложить дизайн новых трансгенных конструкций, которые складывают первичные трансгены с известными генетическими модификаторами в трансгенные события второго поколения.

  УВЕЛИЧЕНИЕ ПРИНЯТИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ РАСТЕНИЙ

  Принятие подходов к молекулярной селекции растений происходило с разной скоростью среди видов сельскохозяйственных культур и учреждений, занимающихся улучшением сельскохозяйственных культур, из-за совокупного влияния научных, экономических и социологических факторов. Важные ранние научные препятствия включали стойкость видов зерновых культур к трансформации, опосредованной Agrobacterium , и недостаток знаний о генетическом контроле признаков, уже определенных как важные цели селекции.Непрерывные исследования и развитие технологий в значительной степени преодолели препятствия на пути трансформации растений почти всех важных сельскохозяйственных культур и видов садовых культур (Wenzel, 2006). Точно так же информация, полученная в результате геномных исследований видов растений и других организмов, позволила получить массу информации о структуре и функции генов, а также большое количество молекулярных маркеров для использования в селекции растений. Несмотря на эти ресурсы, генетическая специфичность устойчивых QTL остается неуловимой, если программы разведения и связанные с ними системы управления информацией не будут реструктурированы для полной интеграции знаний о родословных, фенотипах и маркерных генотипах, которые могут быть использованы для оптимизации реакции на отбор (Cooper et al., 2004; Eathington et al., 2007). Даже при такой интеграции изменение регуляторных функций остается научной проблемой для молекулярной селекции, потому что трудно определить последовательность, лежащую в основе регуляторных изменений, и предсказать их фенотипические эффекты (Morgante and Salamini, 2003).

  Когда технологии в области биотехнологии и геномики станут доступными, экономические факторы часто определяют степень интеграции этих инноваций в существующие программы селекции растений.Затраты на получение государственного регулирующего разрешения на коммерческий выпуск трансгенных разновидностей (недавно оцененные Kalaitzandonakes et al., 2007 в 7–10 миллионов долларов) являются серьезным экономическим препятствием. Затраты, связанные с разработкой, внедрением и функционированием молекулярной селекции растений, выше, чем у традиционных методов селекции растений (Koebner and Summers, 2003; Morris et al., 2003), что требует значительных инвестиций в новую исследовательскую инфраструктуру и интеллектуальный потенциал.Такие ресурсы изначально существовали только у частных агропромышленных компаний и нескольких крупных государственных учреждений, что еще больше усилило текущую тенденцию к усилению индустриализации программ селекции растений среди основных культур, таких как кукуруза, соя, хлопок ( Gossypium hirsutum ) и пшеница (Johnson). , 2007). В тех случаях, когда компании были приняты, баланс может отдавать предпочтение биотехнологиям, а не QTL для улучшения сложных характеристик, несмотря на более высокие затраты на разработку продукта, поскольку трансгенные продукты могут быть созданы для получения более сильных, даже драматических фенотипических эффектов и часто могут быть более быстро использованы в более широкий спектр зародышевой плазмы, что приведет к более быстрому поиску новых решений.

  Хотя молекулярная селекция в настоящее время считается важным компонентом текущих усилий крупных компаний по улучшению основных сельскохозяйственных культур, широкая применимость современных молекулярных подходов к традиционной селекции растений остается источником дискуссий среди некоторых практикующих селекционеров в государственном секторе, особенно для второстепенные культуры (например, Gepts, 2002; Goodman, 2004). В дополнение к достоверным научным и экономическим факторам, которые задерживают или препятствуют внедрению молекулярных подходов в достижении некоторых целей селекции растений, есть по крайней мере три дополнительные причины, способствующие этому мнению.Во-первых, молекулярная селекция растений требует обучения и опыта как в молекулярной биологии, так и в селекции растений. Образовательные мероприятия, которые обеспечивали такое междисциплинарное обучение, были первоначально начаты в начале 1990-х годов, но по-прежнему ограничиваются относительно небольшой группой академических институтов с историческими преимуществами в области селекции растений (Guner and Wehner, 2003; Gepts and Hancock, 2006; Guimarães and Kueneman, 2006). Вторая причина снижения энтузиазма по поводу биотехнологии среди некоторых селекционеров растений — это проблемы с признанием трансгенных культур определенными правительствами и группами потребителей, о чем свидетельствует размещение сортов пшеницы с трансгенами на полках для устойчивости к гербицидам глифосата (Sokstad, 2004).Наконец, ажиотаж по поводу потенциала молекулярной селекции растений также стимулировал сдвиги в финансировании в государственных учреждениях для повышения интеллектуального потенциала и инфраструктуры исследований в области молекулярной генетики и геномики, что по иронии судьбы часто происходило за счет традиционной селекции растений (Knight, 2003). Такой акцент, возможно, был временно необходим для создания основ биологии растений 21 века, но в настоящее время растет признание того, что увеличение инвестиций в селекционный потенциал растений и трансляционные исследования, связывающие молекулярные методы с задачами селекции, необходимы для полной реализации потенциала последних достижений. в биотехнологии и геномике (Guimarães and Kueneman, 2006; Национальный исследовательский совет, 2008).

  .