Полиплоидия — это состояние клетки или организма, при котором количество хромосом в клетке превышает норму, характерную для данного вида. В обычных диплоидных организмах количество хромосом в клетках в два раза больше (два набора хромосом), а в полиплоидных организмах оно может быть в 3, 4 и более раз выше. Полиплоидия в растениях играет важную роль, так как она значительно влияет на их морфологию, физиологию и продуктивность. Рассмотрим, чем же отличаются полиплоидные сорта культурных растений.
1. Увеличение размера растений и их органов
Полиплоидные растения часто отличаются увеличенным размером всех или некоторых своих частей. Это явление называется гигантизмом, и оно может касаться как отдельных органов растения (листьев, цветков, плодов), так и всего растения в целом.
Листья: у полиплоидных сортов растения часто имеют более крупные листья, что может способствовать улучшению фотосинтетической активности.
Плоды: в случае плодов, как, например, у некоторых сортов яблонь или винограда, полиплоидия может привести к увеличению их размера, что непосредственно влияет на урожайность.
Цветки: цветки также могут быть крупнее, что улучшает привлечение опылителей.
2. Устойчивость к неблагоприятным условиям
Полиплоидные сорта растений часто оказываются более устойчивыми к экстремальным условиям внешней среды, таким как засуха, высокие или низкие температуры, а также к воздействию вредителей и болезней.
К морозам: у полиплоидных растений может наблюдаться большая устойчивость к морозам, поскольку увеличение числа хромосом может приводить к улучшению структур клеток.
Засухоустойчивость: такие растения могут лучше приспосабливаться к дефициту воды за счет более эффективного использования имеющихся запасов влаги.
3. Увеличение устойчивости к заболеваниям и вредителям
Полиплоидные растения могут быть более устойчивыми к инфекциям и вредителям. Это связано с тем, что дополнительные наборы хромосом увеличивают разнообразие генов, что способствует большей иммунной защите. Однако эта устойчивость может зависеть от конкретных условий и вида растения.
4. Проблемы с оплодотворением и бесплодие
Некоторые полиплоидные растения оказываются стерильными или имеют пониженную плодовитость, что связано с нарушением нормального процесса мейоза. У таких растений не могут образовываться полноценные гаметы (половые клетки), что затрудняет их размножение семенами.
Например, многие коммерческие сорта плодовых культур, такие как безсемянные винограды, апельсины или цитрусовые, являются стерильными полиплоидами. Для их размножения используют вегетативное размножение (черенкование или прививку).
5. Улучшенные селекционные характеристики
Полиплоидные растения имеют увеличенное генетическое разнообразие, что открывает новые возможности для селекции и создания гибридных сортов с улучшенными характеристиками.
Вегетативное размножение: полиплоидные растения часто легче поддаются размножению вегетативным способом (черенками, делением и т.д.).
Селекция новых сортов: благодаря увеличенному набору генов, полиплоиды могут сочетать в себе лучшие характеристики разных видов или сортов, что позволяет создавать более продуктивные и устойчивые сорта растений.
6. Увеличение урожайности и качества продукции
Полиплоидные сорта растений часто обладают улучшенными хозяйственными качествами. Увеличение размера органов (плодов, корней, стеблей) и повышение устойчивости к заболеваниям и неблагоприятным условиям могут приводить к увеличению урожайности и лучшему качеству продукции.
Качество плодов: увеличение количества хромосом может улучшить текстуру, вкус и другие органолептические характеристики плодов. Например, полиплоидные сорта картофеля часто имеют более плотную текстуру и большую устойчивость к механическим повреждениям.
7. Механизм образования полиплоидии
Полиплоидия может быть спонтанной или индуцированной. В природе полиплоидия происходит случайно, однако существует ряд методов, позволяющих искусственно вызвать полиплоидию у культурных растений. Для этого используют специальные химические вещества, такие как колхицин, который блокирует деление клеток, приводя к удвоению числа хромосом.
Колхицин: это вещество может быть использовано для создания «половинных» или стерильных гибридов (например, безсемянных сортов винограда). Однако, при его применении необходимо соблюдать строгие меры безопасности, так как он может быть токсичен.
8. Снижение жизнеспособности в поколениях
Одним из недостатков полиплоидии является возможность снижения жизнеспособности потомства, если оно не адаптировано к полиплоидному состоянию. Это может проявляться в ослаблении растений, в том числе в их чувствительности к заболеваниям и снижению их способности к выживанию в условиях стресса.
Примеры полиплоидных сортов культурных растений:
Картофель: многие сорта картофеля являются полиплоидными (обычно тетраплоидными), что обеспечивает их большую урожайность и устойчивость к болезням.
Виноград: безсемянные сорта винограда, такие как «Султанины», часто являются полиплоидами, что позволяет увеличить их привлекательность для потребителей.
Капуста: у некоторых сортов капусты (например, брокколи или цветной капусты) наблюдается полиплоидия, что способствует их более крупным головкам и повышенной устойчивости к холодам.
Томат: у полиплоидных сортов томатов может наблюдаться повышенная урожайность и улучшенные характеристики плодов.
Заключение
Полиплоидия в культурных растениях представляет собой важный механизм, который может значительно улучшить их хозяйственные качества, такие как урожайность, устойчивость к заболеваниям, размер плодов и адаптивность к неблагоприятным условиям. Однако, несмотря на все преимущества, полиплоидия может приводить к определенным проблемам, таким как бесплодие или ухудшение жизнеспособности в поколениях. Селекция полиплоидных сортов требует тщательной работы и учета всех особенностей этих растений.
