Скрещивания в селекции тыквы и огурца

Государственное общеобразовательное
Бюджетное учреждение
«Московская областная школа-интернат
Естественно – математической направленности»
им. П.Л. Капицы.
XV научно-практическая конференция
«Старт в инновации»
« Скрещивания в селекции тыквы и
огурца»
Автор работы: Петрищева Екатерина
Канина Софья
Подобед Мария
9"б"
Научный руководитель: Смирнова Д.С.
Долгопрудный 2016г.
1
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ: ............................................................................................................. 3
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ: .......................................................................................... 3
История ..................................................................................................................... 4
Общие сведения ....................................................................................................... 4
Селекция растений .................................................................................................. 5
Грегор Иоганн Мендель.......................................................................................... 6
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ................................................................................... 11
Выводы ................................................................................................................... 15
Список использованной литературы ................................................................... 16
2
ВВЕДЕНИЕ:
Наша работа касается двух разделов биологии-селекции и генетики.
Мы изучили закономерности наследования признаков, следуя законам
Менделя. Объектами нашего исследования являются тыква («Конфетка» и
«Зимняя сладкая») и огурцы («FenMad2-392» и «L(17)1-3114(16)»).
Цель
работы:
провести
скрещивания,
оценить
наследование
признаков при скрещивании разных генотипов тыквы и разных генотипов
огурца; вырастить сорт тыквы средних размеров, с достаточно большим колвом семян и пригодной для питания мякотью; повести скрещивание огурцов
и вывести сорт, который будет устойчив к жаркой погоде и будет приятный
на вкус.
Задачи:
1.
подобрать генотипы тыквы и генотипы огурца для опыта;
2.
описать исследуемые генотипы;
3.
провести скрещивания;
4.
получить гибридные семена;
5.
оценить полученные генотипы;
6.
провести анализ расщепления признаков по законам Менделя.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ:
Селекция.
Селекция— наука о методах создания новых и улучшении
существующих
пород
животных,
сортов
растений,
штаммов
микроорганизмов, с полезными для человека свойствами. Селекцией
называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением
новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных.
3
История
Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда
человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками.
До XVI—XVII веков отбор происходил бессознательно: то есть человек,
например, отбирал для посева лучшие, самые крупные семена пшеницы, не
задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении.
Только в последнее столетие человек, ещё не зная законов генетики,
стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те
растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени.
Однако методом отбора человек не может получить принципиально
новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно
выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции.
Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений
применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками
и в дальнейшем отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства
выражены наиболее сильно. Например, один сорт пшеницы отличается
прочным стволом и устойчив к полеганию, а сорт с тонкой соломиной не
заражается стеблевой ржавчиной. При скрещивании растений из двух сортов
в потомстве возникают различные комбинации признаков. Но отбирают
именно те растения, которые одновременно имеют прочную соломину и не
болеют стеблевой ржавчиной. Так создается новый сорт.
Общие сведения
Теоретической основой селекции является генетика, так как именно
знание законов генетики позволяет целенаправленно управлять появлением
мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить
отбор гибридов.
Выдающийся генетик и селекционер академик Н. И.
Вавилов писал, что селекционеры должны изучать и учитывать в своей
работе следующие основные факторы: исходное сортовое и видовое
4
разнообразие растений и животных; наследственную изменчивость; роль
среды в развитии и проявлении нужных селекционеру признаков;
закономерности наследования при гибридизации; формы искусственного
на
отбора,направленные
выделение
и
закрепление необходимых признаков.
Селекция растений
Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности
— отбор и гибридизация. Для перекрестноопыляемых растений применяют
массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае
невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким
образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются
генетически однородными. Если же желательно получение чистой линии —
то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный
отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной
единственной особи с желательными признаками. Таким методом были
получены многие сорта пшеницы, капусты, и т. п.
Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо
повысить гомозиготность нового сорта(Гомозиго́та— диплоидный организм
или клетка, несущий идентичные аллели гена в гомологичных хромосомах.(
Пло́идность — число одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядре
клетки или в ядрах клеток многоклеточного организма.)).
Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых
растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные
воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих
генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно
накапливаются
неблагоприятные
мутантные
гены.
Они
чаще
всего
рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они
переходят
в
наследственное
гомозиготное
изменение.
состояние,
В
природе
5
и
возникает
у
неблагоприятное
самоопыляемых
растений
рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и
такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.
Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто
применяют у перекрестноопыляемых растений для получения гомозиготных
(«чистых») линий с нужными признаками. Это приводит к снижению
урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между
разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев
получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру
свойствами.
Грегор Иоганн Мендель.
Грегор
Иоганн
Мендель
(1822-1884)
-
австрийский
биолог,
основоположник генетики, ботаник, монах-августинец.Основоположник
учения
о
наследственности.Грегор
Иоганн
Мендель
(1822-1884)
-
австрийский биолог, основоположник генетики, ботаник, монах-августинец.
Основоположник учения о наследственности.
1856-1863 гг. – начал проводить опыты на горохе, в результате которых
были сформулированы законы, объяснившие механизм наследования
(«Законы
Менделя»).
Все
эксперименты
аббат
проводил
небольшомприходском
в
саду.
Методы и ход работы Менделя.
·
Мендель изучал, как наследуются отдельные признаки.
·
Мендель выбрал из всех признаков только альтернативные —
такие, которые имели у его сортов два чётко различающихся варианта
(семена либо гладкие, либо морщинистые; промежуточных вариантов не
бывает). Такое сознательное сужение задачи исследования позволило чётко
установить общие закономерности наследования.
·
Мендель спланировал и провёл масштабный эксперимент. Им
было получено от семеноводческих фирм 34 сорта гороха, из которых он
отобрал 22 «чистых» (не дающих расщепления по изучаемым признакам при
6
самоопылении) сорта. Затем он проводил искусственную гибридизацию
сортов, а полученные гибриды скрещивал между собой. Он изучил
наследование семи признаков, изучив в общей сложности около 20 000
гибридов второго поколения.
·
Мендель одним из первых в биологии использовал точные
количественные методы для анализа данных. На основе знания теории
вероятностей он понял необходимость анализа большого числа скрещиваний
для устранения роли случайных отклонений.
Законы Менделя — это принципы передачи наследственных признаков
от
родительских
организмов
к
их
7
потомкам,
вытекающие
из
экспериментов Грегора Менделя. Эти принципы послужили основой для
классической генетики и впоследствии были объяснены как следствие
молекулярных механизмов наследственности.
·
Закон
единообразия.
При скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от
друга по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого
поколения единообразны и несут признак одного из родителей.
·
Закон
расщепления.
При скрещивании гибридов первого поколения в потомстве наблюдается
явление расщепления признаков по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.
·
Закон
независимости
наследования.
При дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков
наследуется независимо от других и дает с ними разные сочетания.
Образуется 4 фенотипические группы: 9:3:3:1.
Закон единообразия.
·
Этот
признаков».
Его
закон
также
известен
формулировка
как
«закон
основывается
на
доминирования
понятии чистой
линии относительно исследуемого признака — на современном языке это
означает гомозиготность особей по этому признаку.
·
При скрещивании чистых линий гороха с пурпурными цветками
и гороха с белыми цветками Мендель заметил, что взошедшие потомки
растений были все с пурпурными цветками, среди них не было ни одного
белого. Мендель не раз повторял опыт, использовал другие признаки. Если
он скрещивал горох с жёлтыми и зелёными семенами, у всех потомков
семена были жёлтыми. Если он скрещивал горох с гладкими и
морщинистыми семенами, у потомства были гладкие семена. Потомство от
высоких и низких растений было высоким.
·
Итак, гибриды первого
поколения
всегда
единообразны
по
данному признаку и приобретают признак одного из родителей. Этот
8
признак —
более
сильный, доминантный,
всегда
подавлял
другой, рецессивный.
Закон расщепления.
·
по
Скрещиванием организмов двух чистых линий, различающихся
проявлениям
одного
изучаемого
признака,
за
которые
отвечают аллели одного гена, называется моногибридное скрещивание.
·
Явление, при котором скрещивание гетерозиготных особей
приводит к образованию потомства, часть которого несёт доминантный
признак, а часть — рецессивный, называется расщеплением. Следовательно,
расщепление — это распределение доминантных и рецессивных признаков
среди потомства в определённом числовом соотношении. Рецессивный
признак у гибридов первого поколения не исчезает, а только подавляется и
проявляется во втором гибридном поколении.
Закон независимости наследования.
«При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум
(и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им
признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех
возможных сочетаниях» .
9
Метод выращивания изолированных зародышей на искусственной
питательной среде успешно развивается, начиная с работ Ханнинга,
проведенных еще в 1904г. Различают выращивание на искусственной
питательной среде зародышей из зрелых семян и зародышей из незрелых
семян, изолированных на ранних фазах развития.
В первом случае зародыши чаще всего полностью
дифференцированы.Изолирование их и выращивание на искусственных
средах служит целям изучения потребностей их в элементах питания.
Особенно интересно для ученых выяснить роль в питании зародыша веществ,
поступающих из других частей семени - или усваиваемых им прямо из
питательного субстрата. Это физиологическое направление в выращивании
изолированных зародышей можно дополнить изучением состояния покоя
зародыша может быть непродолжительным, а может требовать применение
специальных приемов обработки семян, таких, как стратификация
(воздействие пониженных- 2-5º - температур) в течение продолжительного
времени. Выращивание в стерильных условиях на искусственной
питательной среде дает в этом случае возможность применить различные
вещества для преодоления состояния состояние покоя и стимулирования
роста зародыша. Изучение потребности растений в низких температурах для
их дальнейшего развития также можно провести на изолированных
зародышах. Практическое значение культуры изолированных зародышей из
зрелых семян заключается в ускорении получения растений из трудно
прорастающих семян. Семена ирисов имеют длительный период покоя и
прорастают в течение 2-3 лет. Выращивание изолированных зародышей без
эндосперма и покровов семени, которые и вызывают задержку прорастания
семян, позволяет ускорить развитие растений. Для вычленения зародышей
обычно используют набухшие семена. Их стерилизуют, иногда
дополнительно обжигают в пламени спиртовки, а затем в стерильных
условиях препарируют и выделяют зародыш.
10
Работа с изолированными зародышами из зрелых семян относительно
проста и может быть организованна в любой лаборатории селекционной
станции. Труднее работать с зародышами, изолированными на ранних
стадиях развития из незрелых семян. Значительно меньшие размеры самого
зародыша и органов из которых он вычленяется, создают технические
трудности. Но наиболее сложным в этом случае является подбор
питательных сред, которые должны обеспечить развитие зародыша до
состояния, которое он имеет в зрелом семени, его прорастание и рост.
Требование к веществам высокой физиологической активности,
которые вносят в питательную среду, неодинаковы на разных стадиях
зародыша. В зависимости от природы растения, питательные среды могут
значительно отличаться по составу, но почти во всех случаях, кроме
минерально-сахарной основы, в их состав включают эндоспермы из незрелых
семян разных растений, набор аминокислот, витамины и гормоны- ауксины,
цитокинины (кинетин, 6-бензиламинопурин) и гиббереллины.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Методика и ход работы: Мы посадили семена двух сортов
тыквы:«Конфетка» и «Зимняя сладкая»; дождались цветения;
при
проведении скрещивания проводили прямое и обратное скрещивания. Когда
семенники огурца созрели, мы выделили семена, их было достаточно много,
и посеяли в количестве 20 штук скрещенных благодаря прямого скрещивания
и 20 штук благодаря обратному. Далее мы их высадили для проявления
признаков.
«Зимняя сладкая»:Культура: Тыква крупноплодная
Описание: Позднеспелый. Период от полных всходов до уборки 108141 день. Растение средне- и длинноплетистое, главная плеть от средней до
длинной. Лист зеленый, крупный, пятиугольный, слабовыемчатый. Плод
сплюснутый, массой 4,2-6,2 кг. Поверхность сегментированная, бугорчатая,
иногда бородавчатая, фон темно-серый или серый. Рисунок в виде светло11
серых и серых пятен различной величины. Кора тонкая, кожистая, разрез
зеленовато-желтый. Мякоть оранжевая или яично-желтая, толстая, плотная.
Вкусовые качества хорошие и отличные. Семенное гнездо ярко-оранжевое,
плацент три, положение их постенное, строение открытое, характер рыхлый.
Семена овальные, круглые, темно-желтые, гладкие, с панцирной кожурой.
Масса 1000 семян 350-400 г. Товарная урожайность 14,0-24,2 т/га. Устойчив
к
антракнозу,
среднеустойчив
к
мучнистой
росе.
Ценность
сорта:
засухоустойчивость, высокие вкусовые качества, способность к низкому
накоплению нитратов в плодах. Допущен к использованию в СевероКавказском, Нижневолжском и Средневолжском регионах в 1995 г.
Рекомендуется
для
столовых,
кормовых
целей
и
консервной
промышленности.
Год включения в реестр: 1995
«Конфетка»: Крупноплодная, столовая. Раннеспелая. Плетистая, плети
средней длины (1,5 метра). Плод сегментированный, округлый, краснооранжевого цвета, средняя масса тыкв — 1,2-2 кг. Мякоть темно-оранжевая,
сочная, плотная, сладкая (сахаристость — 4,5-6,5%). Сорт холодостойкий,
высокоурожайный, очень сладкий, богатый витамином С.
Мы решили выбрать именно эти вид так как «Центнер»- сама крупная,
урожайная и засухоустойчивая, а «Конфетка»-очень сладкая, богата
витаминами и устойчива к морозам. Посадили их семена. Потом они
проросли и мы произвели опыление («Конфетка» и «Зимняя сладкая)( как
ставить крестик). В результате чего у нас образовались плоды (3 штуки), из 2
штук мы вытащили семена, тыкву, которая осталась, мы не использовали, так
как она оказалась недозрелой. С полученными семенами мы произвели
«операцию» по спасению зародыша, поместили их в питательную среду,
потом в почву. Когда они проросли, мы оценили доминирующие признаки.
12
Рисунок №1 тыква при введении в культуру спасения зародыша
Мы скрестили два сорта огурцов «FenMad2-392» и «L(17)1-3114(16)».
Они имеют разные признаки одни засухоустойчивые, а другие более
устойчивые к морозам, одни имеют более приятный вкус, а другие менее.
Мы сначала опылили цветки. Затем выделили семена из огурцов, потом
высадили их в почву, а затем и в грунт. Позже они проросли и имели
признаки обоих родителей, но большую часть составляли короткоплетистые
и завязей много, но огурцы гладкие.
Рисунок №2 Плод огурца с созревшими семенами.
13
Рисунок №3 таким образом мы извлекали семена
Таблица №1 Признаки огурца
Признаки
Размер листьев
Fen Mad2-392 х
L(17)1-3114(16) х
L(17)1-3114(16)
Fen Mad2-392
Fen Mad2-392
L(17)1-3114(16)
от мелких до
крупные
средние
крупные
Светло-зелёные
Светло-зелёные
средних
Цвет листьев
Тёмно-зелёные
Светло-зелёные
ветвистость
сильная
слабая
количество
до 3
1
-
-
2-3
1-2
-
-
плодов на узел
длина плода
до 13 см
до 25-30 см
Признаки плода
Крупнобугорча
бугорков нет,
тый,
шипов нет
среднебугорчатый
среднебугорчатый
частобугорчат
ый
Длина побега на
-
-
40см
50 день после
всходов
14
65см
Выводы
В ходе нашей работы, по нашим результатам мы можем сделать
некоторые выводы. От скрещивания огурца и от прямого, и от обратного, мы
получили довольно много семян. Полученные семена мы высеяли в горшки
для того чтобы оценить признаки родителей. Растения с генотипом
Fen Mad2-392и L(17)1-3114(16) имели крупные светло-зеленые крупные
листья; ветвистость оценит не удалось, так как рассада была повреждена
заморозками до наступления нужной фазы развития; количество плодов на
узел составило 2-3 штуки; длину плодов узнать не удалось из-за
повреждения; опушение- средне бугорчатое.
Растения с генотипом L(17)1-3114(16) и Fen Mad2-392 имели более
крупные светло-зеленые листья; ветвистость и длина плода не установлена;
количество плодов на узел составило 1-2; опушение- средне бугорчатое.
В отличие от родительских растений от гибридов изменяли длину
главного побега. При этом у( Fen Mad2-392 и L(17)1-3114(16)) длина
главного побега составили приблизительно 40 см, а у (L(17)1-3114(16) и Fen
Mad2-392 )-приблизительно 65 см.
Что касается скрещивания тыкв, успешно прошли только скрещивание
Конфетки на Зимнюю сладкую, и хотя дозреть плоды не успели из-за
изменения погодных условий, семена из плодов были извлечены и помещены
в питательную среду согласно методу культуры спасения зародышей.
15
Список использованной литературы
1. Андреев Ю.М. Овощеводство // М.: Профобриздат, 2002. -256 с.
2. Александров C.B., Боос Г.В. Селекционное и хозяйственное
использование разнообразия огурцов в закрытом' грунте // Труды по
прикл. ботанике, генетике и селекции. Л., 1954. - Т. 31.- вып.1. - С. 243262.
3. Александров C.B. Боос Г.В. Пути селекции огурцов для закрытого грунта
// Труды по прикл. ботанике, генетике и селекции. Л., 1958. - Т. 32. - вып.
1. - С. 289.
4. Блинова Т.П., Стрельникова Т.Р. Новые
короткоплодныепартенокарпические гибриды огурца // Эффективное
овощеводство в современных условиях. М., 2005. - С. 28-30.
5. Блинова Т.П., Стрельникова Т.Р. Использование
короткоплодныхпартенокарпических линий огурца для получения
гетерозисных гибридов // Современное состояние и перспективы развития
селекции и семеноводства овощных культур. М., 2005. - Т.2. - С. 127-128.
6. Боос Г.В. Биологические особенности огурца в условиях закрытого
грунта // Сб. науч. тр. по прикл. ботанике, генетике и селекции. Л. - 1957.
- Т. 31. - С. 234-247.
7. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к
использованию (на 12 февраля 2015 г.)
16