Полиплоидия — это явление, при котором у организма имеется более двух наборов хромосом. В природе полиплоидия встречается у многих растений и является важным механизмом эволюции. Селекционеры используют полиплоидность для улучшения характеристик растений, поскольку это может иметь значительное влияние на их устойчивость, урожайность, качества плодов и даже внешние признаки. Разберем причины, по которым селекционеры стремятся создать полиплоидные растения.
1. Увеличение размера плодов и урожайности
Полиплоидные растения, как правило, имеют более крупные органы (плоды, листья, корни), что может привести к увеличению урожайности. Это связано с тем, что полиплоидные организмы могут иметь больше клеток, что, в свою очередь, способствует большему накоплению питательных веществ. Например, в случае с овощами или фруктами это может означать более крупные и сочные плоды.
Пример: у некоторых культур, таких как клубника или арбуз, полиплоидия приводит к увеличению размера плодов и повышению общего урожая.
2. Устойчивость к стрессовым условиям
Полиплоидия может повысить устойчивость растений к различным стрессовым факторам, таким как засуха, холод, болезни или загрязнение окружающей среды. Это связано с тем, что дополнительные наборы хромосом могут усиливать способность растений адаптироваться к изменяющимся условиям. Полиплоидные растения могут иметь лучшую устойчивость к мутациям, что делает их более стабильными и долговечными.
Пример: некоторые полиплоидные сорта растений более устойчивы к вирусным заболеваниям или имеют лучшую выносливость при неблагоприятных погодных условиях.
3. Увеличение генетического разнообразия
Полиплоидия может создавать новые комбинации генов, что увеличивает генетическое разнообразие у растения. Это важно для селекции, так как позволяет создать растения с улучшенными свойствами, такими как повышение устойчивости к болезням, улучшение вкуса или качества урожая. Создание полиплоидных сортов также позволяет избежать проблемы близкородственного скрещивания (инбридинга), что может привести к ослаблению генетического материала и снижению жизнеспособности растений.
Пример: у некоторых полиплоидных культур улучшается сочетание различных характеристик — например, сорта пшеницы, полученные с использованием полиплоидии, могут обладать более высокими показателями урожайности и лучшими качественными свойствами зерна.
4. Устойчивость к вредителям и болезням
Полиплоидные растения часто имеют более высокую устойчивость к патогенам и вредителям благодаря увеличенному числу хромосом и усиленной репарации ДНК. Они могут обладать дополнительными защитными механизмами, такими как усиленная выработка химических веществ, которые отпугивают вредителей.
Пример: некоторые полиплоидные сорта растений могут иметь более выраженные защитные реакции на инфекционные болезни, что уменьшает потребность в применении пестицидов и других химических средств.
5. Увеличение устойчивости к химиотерапевтическим веществам
Некоторые полиплоидные растения, в частности, культуры, предназначенные для производства лекарственных веществ, могут быть более устойчивыми к воздействию химических веществ, используемых в процессе выращивания. Это особенно важно в случаях, когда растения подвергаются воздействию пестицидов или других агрохимикатов. В таких условиях полиплоидные сорта могут иметь более высокую выживаемость и обеспечивать более высокие урожаи.
6. Долговечность и устойчивость к старению
Полиплоидия может замедлять процессы старения у растений. Это связано с тем, что дополнительное количество хромосом может обеспечивать более эффективное поддержание клеточных функций, в том числе обновление клеток и предотвращение дегенерации тканей. Такие растения могут дольше сохранять свою жизнеспособность, что особенно полезно для многолетних культур.
7. Технология получения безсеменных сортов
В некоторых случаях полиплоидия используется для создания безсеменных сортов растений. Примером является создание безсеменных сортов винограда или цитрусовых. Такие сорта чаще всего являются результатом создания растения, в котором стерильность обусловлена полиплоидией (чаще всего триплоидностью). Это позволяет получать плоды, которые не содержат семян, что делает их более удобными для потребителей.
8. Адаптация к изменяющимся условиям окружающей среды
Создание полиплоидных растений помогает увеличить их адаптивные возможности, особенно в условиях изменения климата. Полиплоидия может увеличить способность растения справляться с перепадами температуры, изменениями в уровнях осадков и другими климатическими изменениями. Поскольку у полиплоидных растений больше генетической гибкости, они способны быстрее адаптироваться к новым условиям.
9. Использование для гибридизации и создания новых сортов
Полиплоидные растения часто используются как исходный материал для создания гибридов. Гибридизация между диплоидными и полиплоидными растениями может привести к созданию новых сортов с улучшенными характеристиками. Это важно для ускоренного развития новых сортов с улучшенными агрономическими признаками, такими как устойчивость к засухе, улучшенная плодовитость или урожайность.
Методы создания полиплоидных растений
Селекционеры используют несколько методов для получения полиплоидных растений:
Химические препараты: для индуцирования полиплоидии часто используют химические вещества, такие как колхицин. Он блокирует деление клеток, что приводит к удвоению числа хромосом.
Физическое воздействие: иногда применяются различные методы физического воздействия, например, радиация.
Склонность к самоопылению: у некоторых растений полиплоидия может возникать естественным образом, если они склонны к самоопылению, что увеличивает шанс появления полиплоидных форм.
Примеры культур, полученных с помощью полиплоидии
Клубника (виды с тетраплоидией) — увеличение размера плодов, улучшение урожайности и устойчивости к болезням.
Триплоидный виноград — безсеменные сорта.
Пшеница (тетраплоидная и гексаплоидная) — повышение урожайности, улучшенные качественные характеристики зерна.
Гибриды цитрусовых — создание безсеменных сортов.
Заключение
Полиплоидия — это мощный инструмент в селекции растений, дающий множество преимуществ для сельского хозяйства, начиная от повышения урожайности и устойчивости к болезням и заканчивая созданием новых сортов с улучшенными качествами. Этот процесс позволяет селекционерам добиться более высоких результатов при выращивании различных культур, адаптированных к изменяющимся условиям окружающей среды, а также удовлетворить требования рынка и потребителей.
