Обычно скрещивание проводят в рамках растений одного рода, однако иногда скрещивают и растения разных родов. Цель таких работ – закрепление и умножение благоприятных характеристик и избавление от неблагоприятных особенностей. Скрещивание проводят в стерильных условиях, где можно полностью контролировать и не допустить самоопыления растений. Во время скрещивания с женского растения удаляют лепестки и тычинки (мужские части), оставшееся закрывают бумажным колпаком, пленкой или очень мелкоячеистой сеткой – все это необходимо, чтобы не допустить самоопыления. Когда пестик (женский орган) станет липким, при помощи кисточки на него наносят пыльцу с мужского растения. Затем цветок снова закрывают колпаком и ждут созревания семян. Созревшие семена собирают и высевают. Получение нового растения и его выведение на рынок иногда занимает около 15 лет. Когда скрещивают два растения и получают новое, так называемый гибрид, надо вырастить и опылить наилучшие экземпляры нового поколения, чтобы убедиться в том, что желаемые особенности закрепились. Затем растения выращивают в нескольких разных местах, чтобы проверить, как они себя чувствуют в садах в условиях разного климата. Елена Премудрая

​Учёный Вячеслав Пискарёв о том, как вывести новый сорт пшеницы и едим ли мы генномодифицированный пшеничный хлеб.

В 2019 году гранты правительства Новосибирской области получили 12 учёных, среди которых заведующий лабораторией генофонда растений Сибирского научно-исследовательского института растениеводства и селекции (филиал ИЦиГ СО РАН), кандидат сельскохозяйственных наук Вячеслав Пискарев. Его проект называется «Выявление высокопродуктивных образцов пшеницы мягкой яровой, устойчивых к листовым патогенам и адаптированных к условиям Сибири». Проще говоря, учёный выводит новые сорта пшеницы, которые будут меньше болеть и хорошо приживутся в сибирских условиях.

Как «закалить» пшеницу?

— Вячеслав Васильевич, как вы вышли на свои нынешние исследования?

— В последнее время растения, особенно пшеница, стали очень сильно поражаться различными заболеваниями. Раньше такого не было. Не знаю, с чем это связано — то ли с потеплением климата, то ли патогены адаптировались к сортам, распространённым в регионе, — но до 2010 года мы, например, вообще не знали, что такое бурая ржавчина. Конечно, она попадалась, но очень редко. А теперь это болезнь стала проявляться ежегодно в различной степени. Теперь редко встретишь растения, которые простоят зелёными, без малейших поражений, до самого сбора урожая. Болезни начинают проявляться на листьях ещё до колошения. Ближе к созреванию от листа практически ничего не остаётся и растению не из чего наливать зерно. Выхода два: либо обрабатывать пестицидами, либо создавать новые устойчивые сорта, — чем мы и пытаемся заниматься.

— Третий путь — переходить на импортные сорта?

— Они заходят к нам слишком сложно. Особенно если брать полевые культуры — всё же климат у нас кардинально отличается от европейского. Их сорта адаптированы к высокой влажности — обилию осадков, отсутствию засухи, — а этого Сибирь им гарантировать не может. К тому же эти сорта в основном чувствительны к плодородию почвы и наличию в ней питательных элементов. Наши сорта и при низком агрофоне могут не сильно снижать урожайность и откликаются на внесение удобрений.

Мы взяли по одной линии из образцов мировой коллекции и с ними работаем, выбирая те формы, которые устойчивы к одному или нескольким заболеваниям в наших условиях. Как правило, сорта, имеющие траслокации с генами устойчивости, слабо приспособлены к нашим условиям, мы отбираем для дальнейшей гибридизации образцы, урожайность которых хотя бы на уровне с нашими сортами.

— Что это за мировая коллекция?

—Одна из таких коллекций хранится во Всероссийском институте генетических ресурсов растений в Санкт-Петербурге, в прошлом Всероссийском институте растениеводства. Собирать коллекцию культурных растений и их диких сородичей там начали ещё в начале прошлого века, теперь эта коллекция находится примерно на третьем—пятом месте в мире. Там и дикие формы растений, и овощные культуры, и полевые. Одной только пшеницы собрано более 40 тысяч образцов. Но в Гренландии, например, есть хранилище ещё больше — там собран своего рода «запас судного дня» для длительного хранения.

— А сколько их в Краснообске?

— Около двух тысяч. Все они из разных мест, являются результатом селекции или естественного отбора потомства в разных почвенно-климатических условиях и несут в себе обширный генофонд. Дело в том, что при выведении нового сорта мы не сможем сосредоточиться только на сибирском материале — иначе получим похожие друг на друга генотипы с одинаковым набором генов, которые при смене условий могут оказаться неэффективными.

Годы усилий

— На каком этапе сейчас находятся ваши исследования?

— В этом году для гибридизации в теплице мы отобрали сорта с генами устойчивости, которые выделились по прошлогодним полевым испытаниям. В частности, выделили шесть генов устойчивости к листовой ржавчине. Теперь скрещиваем эти сорта с сортами, которые созданы в Алтайском крае, на Урале, в Омске, — чтобы нужные гены передать им. А также продолжим испытания коллекции ещё два года.

— Когда можно будет говорить о том, что вы вывели новый сорт?

— Если лет через десять — и то хорошо. Вообще все называют разное время, которое уходит на создание нового сорта зерновой культуры. Я, например, проводил скрещивания и делал отборы, когда поступил в аспирантуру в 2003 году. Из материала, который был получен в том году, мы только в 2013 году передали выведенный сорт Сибирская 21 в Государственную комиссию Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений. А комиссия работает с сортом ещё два-три года, после чего либо допускает, либо не допускает его к использованию в России.

— А почему такое долгое ожидание?

— Это потому, что при скрещивании двух сортов получается большое разнообразие генотипов. У пшеницы мягкой 42 хромосомы, в каждой хромосоме может быть порядка 2 тысяч генов — считайте сами, какое многообразие было перед нами. И чтобы отобрать один стабильный образец, надо пересеять пшеницу три раза минимум. Только этот процесс занимает три года: один в теплице и два на поле. После чего делаем отборы и изучаем линии в течение 5—7 лет в сравнении с распространёнными сортами. Дальше будет проще. Сейчас появились такие технологии, как геномная селекция: в одних условиях сеем популяцию, полученную от скрещивания двух сильно различающихся сортов, смотрим проявление интересующих селекционера признаков у отдельных растений, а потом с помощью порядка 40 тысяч маркеров ДНК, которые покрывают весь геном пшеницы, можем понять, какие маркеры сцеплены с каким признаком. После этого с помощью чипа с нужными маркерами можем отбирать только те растения, которые дадут высокоурожайное потомство или несут другие нужные гены. Но пока эта технология в России не применяется из-за дороговизны.

ГМО под запретом?

— Самим аграриям ваша работа интересна? Присматриваются к новым сортам?

— Да, но это уже тогда, когда сорт доходит до госкомиссии. Там, как правило, испытываются несколько новых сортов в одинаковых условиях и им есть с чем сравнивать.

— На Западе новый сорт так же долго идёт к фермерам?

— Госкомиссий как таковых там нет, есть службы, которые проверяют на безопасность, в том числе на наличие конструкций ДНК, используемых для трансгенеза. Особенно в тех странах, где сильно боятся генномодифицированных растений. А продвигать сорт — задача учреждения в котором вывели сорт или занимаются его семеноводством.

— У вас тоже есть генные модификации?

— В какой-то степени мы все ГМО, ведь любая мутация — это и есть модификация организма на генном уровне. Но если посмотреть с точки зрения современных технологий, которые позволяют встраивать гены одних объектов в другие, — такого в нашей работе, конечно, нет. Да и в пшеницу сложнее встроить чужеродные гены, чем, например, в табак или сою. В любом случае выращивание генномодифицированных растений у нас запрещено.

— Уже понятно, какой хлеб будет получаться из нового сорта?

— Только, когда проведем отборы, размножим отобранные линии в количестве достаточном для анализа хлебопекарных свойств, сможем что-то сказать об этом. Если мы перенесём лишь ген устойчивости в известные сорта типа Полюшко или Алтайская-70, то о таких линиях мы с уверенностью можем сказать, что они будут с высоким качеством. Если, конечно, этот ген не сцеплен с каким-нибудь «геном качества», детерминирующим формирование клейковины в зерне — например, различные аллели генов глиадина и глютенина.

Борьба за гранты

— Кто вам помогает в работе?

— Лаборатория у нас большая, но на грант мы подавали заявку вчетвером. Кроме меня, это младший научный сотрудник Наталья Бойко, агроном первой категории Валерий Сухомлинов и студентка-бакалавр Новосибирского государственного аграрного университета Виктория Опарина. Со студентами из НГАУ мы работаем постоянно, вот и Виктория побывала у нас в прошлом году и заинтересовалась этой работой. Она собирается дальше идти в науку — возможно, будет поступать в аспирантуру.

— Это была ваша первая заявка на грант?

— На областной — да. А в Российский фонд фундаментальных исследований мы подавали заявку с другой темой во второй раз по направлению «фундаментальные основы повышения продуктивности сельхозкультур». С первого раза там грант не получили, потом провели работу над ошибками, скорректировали некоторые пункты и с 2020 года получили финансирование ещё и в РФФИ.

— В РФФИ условия гранта отличаются от областных?

— На выполнение работы они предоставляют миллион рублей, минус 200 тысяч, которые достаются научному учреждению как накладные расходы. Деньги пока ещё не пришли. А по областному гранту — 500 тысяч рублей, из которых ещё надо вычесть 13-процентный налог, — мы уже отчитались. Купили молотилку для обмолота отдельных колосьев, ноутбук, провели генотипирование изучаемых коллекционных образцов по генам устойчивости к бурой ржавчине, сделали оценку урожайности, устойчивости к заболеваниям в полевых условиях 2019 года и изучили структуру популяции бурой ржавчины пшеницы.

Виталий СОЛОВОВ | Фото Валерия ПАНОВА

Часто неспециалисты с подозрением относятся к гибридным растениям, не подозревая о том, что многие культуры, выращиваемые ими на своих садовых участках, — результат многолетних трудов селекционеров.

Что такое скрещивание растений

Гибридизация или скрещивание растений – это один из основных методов селекции растений. Сущность метода заключается в скрещивании двух растений разных сортов, видов или родов.

Результатом, который напрямую зависит от подбора родительских растений, является получение новых сортов и видов.

Например, немногие знают, что в природе не существовало таких культур, как слива или садовая земляника. Слива была получена путем скрещивания терна и алычи, а садовая земляника, или как ее неправильно называют, клубника, — результат скрещивания диких видов земляники – виргинской и чилийской.

Технология скрещивания

Технология скрещивания заключается в искусственном или естественном переносе пыльцы с растения одного сорта или вида на другое, проводимое под тщательным контролем.

В этот период важно изолировать цветки, чтобы исключить попадание посторонней пыльцы.

Алгоритм скрещивания:

  1. Выбрать два растения разных сортов или видов.
  2. На материнском растении подобрать наиболее удобно расположеные цветки.
  3. Нераспустившиеся (за один день до распускания) бутоны аккуратно вскрыть.
  4. Пинцетом тщательно удалить все тычинки с пыльцой.
  5. Цветки с удаленными тычинками обернуть белой тонкой материей во избежание незапланированного опыления.
  6. За день до удаления тычинок с одного растения со второго (отцовского) с бутонов, собирающихся распускаться, собрать пыльцу в стеклянную баночку.
  7. Баночку прикрывают марлей или светлой прозрачной тканью и ставят в сухое место.

На следующий день после удаления тычинок с материнского растения проводят оплодотворение:

  • Лучшее время – первая половина дня до двенадцать часов.
  • Встряхнуть баночку с пыльцой.
  • Осевшую на стенки банки пыльцу ватной палочкой или другим подручным средством (можно, даже пальцем) аккуратно наносят на рыльце пестика материнского растения.
  • Оплодотворенный цветок снова накрыть светлой тонкой тканью или марлей.
  • Оплодотворение повторять 3 дня.

Оплодотворенные цветки должны быть укрыты на весь период роста вплоть до созревания плодов. Лишние цветки рекомендуется удалить. После сбора созревших плодов они должны вылежаться от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от времени созревания и срока хранения культуры.

Семена косточковых растений высеваются сразу на гряды, семечковые летнего созревания после трехдневной просушки высеваются в песке на грядки осенью. Семена растений, которые созревают осенью, собирают, когда плоды уже начинают портиться, но не позже апреля. После сбора и просушки их высевают в подготовленные емкости.

Пространственная и временная изоляция при скрещивании

При скрещивании перекрестноопыляющихся культур можно применять пространственную изоляцию: растения выращиваются на разных, удаленных от растений данного сорта, участках. К таким культурам относятся морковь, капуста, свекла и др.

У двудомных растений, таких как шпинат, при выращивании на одном участке у одного из сортов нужно удалить мужские растения.

Скрещивание перекрестноопыляющихся культур на изолированных участках намного минимизирует трудозатраты: опыление происходит естественным путем – ветром или насекомыми. Кроме того, на одном изолированном участке возможно размесить несколько растений одного сорта, таким образом, увеличив число полученных гибридных семян. Существенный недостаток такого метода состоит в невозможности полностью исключить попадание посторонней пыльцы. Кроме того, при естественном перекрестном опылении примерно половина растений оказывается оплодотворена пыльцой своего сорта.

В регионах с теплым климатом, где период вегетации достаточно продолжителен, для растений с быстро отцветающими цветками можно использовать изоляцию во временных интервалах: на одном и том же участке проводятся разные комбинации скрещивания. Разные сроки цветения исключают незапланированное переопыление.

В селекционной практике при отсутствии достаточного пространства для организации отдельных участков применяются изоляционные сооружения:

  • Конструкция выполняется в виде каркаса, который обтягивается легкой прозрачной тканью.
  • Для изоляции отдельных побегов или соцветий изготавливаются небольшие «домики» из пергаментной бумаги или марли, которыми обтягивают каркас из проволоки.

Для растений, опыляемых насекомыми, при сооружении изоляторов лучше использовать такие материалы, как батист или марля, для ветроопыляемых культур – пергаментную бумагу.

Преимущества скрещивания

Процесс гибридизации – скрещивания растений – направлен на получение сортов растений, обладающих выигрышными свойствами родительских сортов, таких как:

  • Высокая урожайность
  • Устойчивость к заболеваниям
  • Морозоустойчивость
  • Засухоустойчивость
  • Короткие сроки созревания

К примеру, если у отцовского и материнского растения устойчивость к разным заболеваниям, то полученный гибрид унаследует стойкость к обоим болезням.

Гибридные сорта растений обладают лучшей жизнестойкостью, они меньше подвержены перепадам температуры, влажности, изменения климатических условий, чем их негибридные собратья.

Больше информации можно узнать из видео.

Как скрестить разные виды растений?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *