Реферат на тему искусственный мутагенез

Обновлено: 05.07.2024

Искусственный мутагенез — новый важный источник создания исходного материала в селекции растений.

Применение ионизирующих излучений и химических мутагенов значительно увеличивает число мутаций. Однако значение экспериментального мутагенеза для селекции растений было понято не сразу.

А. А. Сапегин и Л. Н. Делоне — первые исследователи, показавшие значение искусственных мутаций для селекции растений. В их опытах, проводившихся в 1928—1932 гг. в Одессе и Харькове, была получена целая серия хозяйственно полезных мутантных форм у пшеницы. Несмотря на это, к применению экспериментального мутагенеза в селекции растений длительное время продолжали относиться отрицательно. Лишь в конце 50-х годов к экспериментальному мутагенезу проявили повышенный интерес. Он был связан, во-первых, с крупными успехами ядерной физики и химии, давшими возможность использовать для создания мутаций различные источники ионизирующих излучений и высокореактивные химические вещества, и, во-вторых, с получением этими методами на самых различных культурах практически ценных наследственных изменений.

Особенно широко работы по экспериментальному мутагенезу в селекции растений развернулись в последние годы. Очень интенсивно они ведутся в СССР, Швеции, Японии, США, Индии, Чехословакии, Франции и некоторых других странах. В Институте химической физики АН СССР под руководством И. А. Рапопорта создан центр по химическому мутагенезу, координирующий работу многих сельскохозяйственных научно-исследовательских учреждений, использующих индуцированные мутации в качестве исходного селекционного материала.

Большую ценность представляют мутации, обладающие устойчивостью к грибным и другим заболеваниям. Создание иммунных сортов — одна из главных задач селекции, и в ее успешном решении большую роль должны сыграть методы радиационного и химического мутагенеза.

С помощью ионизирующих излучений и химических мутагенов можно ликвидировать отдельные недостатки у сортов сельскохозяйственных культур и создавать формы с хозяйственно полезными признаками: неполегающие, морозостойкие, холодостойкие, скороспелые, с повышенным содержанием белка и клейковины.

Возможны два основных пути селекционного применения искусственных мутаций: прямое использование мутаций, полученных у самых лучших районированных сортов, и в процессе гибридизации.

В первом случае ставится задача улучшения существующих сортов по некоторым хозяйственно-биологическим признакам, исправления у них отдельных недостатков. Этот метод считается перспективным в селекции на устойчивость к заболеваниям. Предполагается, что у любого ценного сорта можно быстро получить мутации устойчивости и сохранить при этом нетронутыми другие хозяйственно-биологические признаки. Это дало бы возможность селекционерам быстро реагировать на расообразование паразитов.

Метод прямого использования мутаций рассчитан на быстрое создание исходного материала с нужными признаками и свойствами. Однако прямое и быстрое использование мутаций при тех высоких требованиях, которые предъявляются к современным селекционным сортам, далеко не всегда дает положительные результаты. Полученный вследствие мутагенеза исходный материал должен, как правило, пройти через гибридизацию. Это второй путь использования искусственных мутаций. В Краснодарском НИИСХ мутантный сорт ячменя Темп был включен в гибридизацию с контрастным по ряду признаков сортом западноевропейской селекции. Это обусловило огромное генетическое разнообразие форм и появление трансгрессивных линий. Из этих комбинаций был выделен сорт ярового ячменя Каскад, превосходящий исходные формы по урожаю и многим другим признакам.

Мутации могут изменять свое фенотипическое выражение в зависимости от того, в какой генотип они включаются. Особенно это относится к малым физиологическим мутациям. Поэтому скрещивание качественно меняет влияние отдельных мутаций на развитие многих признаков и свойств. Широко применяются также сочетание индуцированного мутагенеза с гибридизацией, обработка мутагенами гибридных семян F₀, F₁ и старших поколений, скрещивание мутантных форм между собой и с лучшими районированными сортами, беккроссовая гибридизация. Последняя проводится по следующей схеме:

Мутант любой формы с нужным X Данный исходный улучшаемый сорт единичным признаком Fx X Данный исходный улучшаемый сорт 1 X Данный исходный улучшаемый сорт

Используется экспериментальный мутагенез и совместно с отдаленной гибридизацией. Путем искусственных мутаций в ряде случаев удается преодолевать нескрещиваемость разных далеких видов растений, а также проводить пересадку путем транслокации отдельных локусов хромосом диких видов в хромосомный комплекс культурных растений. Так, Э. Сирсу (США) удалось перенести от эгилопса в геном пшеницы очень небольшой кусочек хромосомы, контролирующий устойчивость к ржавчине. В результате была получена нормально плодовитая форма, ничем не отличающаяся от пшеницы, но обладающая благодаря проведенной транслокации устойчивостью к ржавчине. Аналогичным путем Ф. Эллиот перенес от пырея в геном пшеницы локусы устойчивости к стеблевой ржавчине и головне.

Исключительный интерес представляет эксперимент Г. Штуббе (ГДР) по улучшению дикого мелкоплодного помидора в процессе мутагенеза. Путем многократного пятиступенчатого облучения лучами Рентгена и отбора он довел крупность плодов у этой формы до нормальных размеров.

Рядом исследователей установлено, что мутабильность отдаленных гибридов значительно выше, чем внутривидовых и обычных линейных сортов. Многочисленные опыты показали, что частота и характер возникающих мутаций в равной степени зависят как от вида мутагенов, так и от наследственности исходного сорта.

Выбор исходного сорта для получения мутаций так же важен, как подбор родительских пар при гибридизации. Для создания нужных мутаций необходимо учитывать способность сортов к образованию тех или иных мутаций, а также частоту их возникновения. Выявлено, что чем ближе сорта по своему происхождению и генотипу, тем они более сходны в частоте и характере возникающих мутаций, и, наоборот, чем генетически сорта менее родственны, тем более они различаются по мутационной изменчивости. Таким образом, закономерности искусственного мутагенеза у различных сортов подчиняются закону гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Для получения хозяйственно ценных мутаций наиболее широко применяются гамма-лучи, лучи Рентгена и нейтроны, а из химических мутагенов — алкилирующие соединения: этиленимин, нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др.

Концентрация химических мутагенов и дозы ионизирующих излучений не должны быть очень высокими. Для облучения семян гамма-лучи и лучи Рентгена применяют в дозах от 5 до 10 кР; облучение быстрыми нейтронами проводят при дозах от 100 до 1000 рад. Если облучению подвергается пыльца, дозу уменьшают в 1,5—2 раза.

Химические мутагены обычно используют в виде водных растворов 0,05—0,2 %-ной концентрации при продолжительности намачивания семян от 12 до 24 ч. При этом обеспечивается лучшее выживание растений и сохранение среди них мутаций с хозяйственно полезными признаками. Не следует допускать большого разрыва во времени между обработкой семян и их посевом, так как в противном случае может снизиться всхожесть и возрасти повреждающий эффект. Чтобы снизить повреждающее действие мутагенов, обработанные семена рекомендуется промывать в проточной воде.

Различные поколения растений, полученных из семян от воздействия мутагенами, обозначают буквой М с соответствующими цифровыми индексами: М-1 — первое поколение, М-2 — второе и т. д.

Для получения хозяйственно полезных мутаций у какого-либо сорта рекомендуется подвергать мутагенному воздействию от 2 до 4 тыс. семян. Отбор мутаций чаще всего проводят в М2. Но так как в М1 выявляются не все мутации, его повторяют в М2. Иногда отбор начинают и в М1. В этом случае отбирают доминантные мутации, а также высокопродуктивные растения для последующего отбора в их потомстве генных мутаций, не связанных с хромосомными перестройками.

Первое поколение мутантов выращивают при оптимальных условиях питания и увлажнения. Растения М1 обмолачивают отдельно или совместно. При раздельном обмолоте во втором поколении высевают индивидуальные потомства (семьи) отдельных растений, что облегчает выделение мутаций с хозяйственно полезными признаками. Во втором поколении отбирают мутанты с хорошо выраженными ценными признаками и растения для получения малых мутаций в следующем поколении. В дальнейшем мутации подвергаются отбору или используются в скрещиваниях между собой или с сортами.

К настоящему времени в мире создано много мутантных сортов сельскохозяйственных растений. Некоторые из них имеют существенные преимущества в сравнении с исходными сортами. Ценные мутантные формы пшеницы, кукурузы, сон и других полевых и овощных культур получены в последние годы в научно — исследовательских учреждениях нашей страны. Районированы мутантные сорта озимой пшеницы Киянка, яровой пшеницы Новосибирская 67, ячменя Минский, Темп, Дебют, сои Универсал, люпина Киевский скороспелый, Горизонт и Днепр с повышенным содержанием белка, овса Зеленый, фасоли Санарис 75 и других культур.

Во Всесоюзном НИИ масличных культур впервые в мировой селекции методом химического мутагенеза создан сорт подсолнечника Первенец (оливковый мутант), в масле которого содержится до 75 % олеиновой кислоты. По качеству оно не уступает маслу, добываемому из плодов субтропического вечнозеленого оливкового дерева. Многие мутантные сорта в настоящее время изучаются в производственных условиях и испытываются на сортоучастках Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Особое внимание селекционеров привлекает использование мутаций карликовости. С этой проблемой во многих странах связано осуществление селекционных программ по созданию короткостебельных сортов зерновых культур интенсивного типа, способных при орошении и внесении высоких доз минеральных удобрений давать урожай зерна 100 ц/га и выше. Одним из наиболее ценных доноров короткостебельности у пшеницы оказался старый японский озимый сорт Norin 10, обладающий тремя парами спонтанно возникших рецессивных генов карликовости dw (от англ. dwarf — карлик) с неравнозначным эффектом (dwx>dw2>dwz).

Если обычный сорт имеет высоту стебля более 150 см, у полукарликовых сортов с одним геном карликовости высота стебля составляет 100—110 см, а у сортов с двумя и тремя генами карликовости соответственно 70—90 и 45—50 см.

Исключительно эффективной оказалась работа по созданию короткостебельных сортов пшеницы с использованием генов Norin 10 в Мексиканском международном центре по улучшению пшеницы и кукурузы (СИММИТ). Во многих странах на основе мексиканских карликовых пшениц созданы собственные приспособленные к местным условиям короткостебельные сорта интенсивного типа.

Наряду с рецессивными генами карликовости сорта Norin 10 в селекции сортов интенсивного типа используют доминантные гены, носителями которых являются тибетская пшеница Тот Роисе (Том Пус) и родезийский сорт Olsen Dwarfs. Эти гены снижают высоту стебля у пшеницы еще сильнее, чем рецессивные. Используя их, можно создавать ультранизкорослые трехгенные карликовые сорта с высотой стебля 30—35 см. Предполагается, что получение таких сортов позволит поднять урожайный потенциал пшеницы в условиях очень интенсивной культуры земледелия до 150 ц/га и выше. В Краснодарском НИИСХ путем химического мутагенеза получены карликовые мутанты из сортов озимой пшеницы Безостая 1 и Мироновская 808. Карликовые мутанты Безостой 1, имеющие хорошие качества зерна и более высокую зимостойкость, широко используются в гибридизации.

На основе мутанта Краснодарский карлик за 6 лет выведен неполегающий сорт озимой пшеницы интенсивного типа Полукарликовая 49. Для получения высокопродуктивных сортов озимой ржи селекционными учреждениями нашей страны успешно используется естественный мутант EM-I, несущий доминантный ген короткостебельности.

С помощью карликовых мутантов риса удалось создать сорта, устойчивые к полеганкю, отзывчивые на высокие дозы минеральных удобрений, а также отличающиеся благодаря нейтральной фотопериодической реакции высокой пластичностью.

Ценные мутантные сорта ячменя получены в Австрии, ФРГ, ГДР, США, Чехословакии, Швеции. В Краснодарском НИИСХ путем химического мутагенеза из сорта озимого ячменя Завет получен устойчивый к полеганию полукарлик 55М1. В этом же институте получен гигантский широколистный толстостебельный мутант овса и на его основе создан сорт Зеленый, дающий очень высокий урожай кормовой массы.

Используется мутагенез и для получения карликовых гибридов кукурузы. У таких гибридов предполагается повысить урожайность и ускорить созревание за счет снижения затрат питательных веществ и воды на рост стебля, что одновременно позволит выращивать их при значительно большей густоте стояния растений и применять в повторных посевах.

Исключительно велико значение биохимических мутаций. Так, у кукурузы спонтанные мутации белкового комплекса opaque-2 (тусклый-2) и floury-2 (мучнистый-2) послужили основой для создания гибридов с высоким содержанием незаменимых аминокислот. Рецессивный ген увеличивает содержание лизина в различных генотипах в 1,5—2 раза. Полудоминантный ген fl2 обладает такой способностью в меньшей степени, под его контролем значительно повышается содержание метионина. При этом сокращается количество зеина и увеличивается содержание других белков, более богатых указанными аминокислотами. В нашей стране созданы первые высоколизиновые гибриды кукурузы Краснодарский 82ВЛ, Краснодарский 303ВЛ, Геркулес Л. В их белке содержится примерно в 1,5 раза больше лизина, чем у обычных гибридов. Животные на откорме зерном высоколизиновых гибридов кукурузы значительно увеличивают привесы, а затраты кормов при этом намного ниже, чем при рационах с обычной кукурузой.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

I. Отдаленная гибридизация
1. Теория отдаленной гибридизации Г. Д. Карпеченко
2. Н. В. Цицин - энтузиаст отдаленной гибридизации
II. Явление гетерозиса
1. Значение селекции на гетерозис
III. Искусственный мутагенез
1. Получение искусственных мутантов с помощью излучений
2. Использование химических веществ для получения мутантов
3. Основные достижения селекции с использованием мутагенеза
Список литературы

I. Отдаленная гибридизация

Не все селекционные задачи можно решать путем межсортовой гибридизации. В частности, при селекции картофеля на устойчивость к раку, вирусным и некоторым другим болезням из всего разнообразия сортов культурного вида не удалось найти подходящих доноров устойчивости, которые можно было бы использовать в качестве одного из компонентов скрещивания. Но такие формы были выявлены среди других видов картофеля. Поэтому уже давно стоит задача научиться передавать селекционным путем полезные признаки одного вида иным родственным видам. Это касается не только картофеля, но и многих других сельскохозяйственных культур. Среди диких видов имеется немало таких, которые обладают весьма ценными свойствами: иммунитетом к болезням, исключительной засухоустойчивостью, высоким содержанием питательных и других полезных веществ и т. д., чего часто недостает многим культурным растениям.
Передачу полезных признаков и свойств от диких видов культурным, на первый взгляд, осуществить несложно: скрестить культурное растение с диким и в последующих поколениях отобрать нужные формы. Но такие попытки чаще всего заканчивались неудачей. Причина заключается в том, что большинство культурных растений создавалось на протяжении нескольких тысячелетий, и по биологическим особенностям они сильно отличаются от своих предков. Поэтому скрещивание культурных растений с дикими, как правило, либо трудно осуществимо, либо не дает нужного сочетания признаков и свойств. Поэтому отдаленная гибридизация и нашла широкое применение в селекции лишь сравнительно недавно, хотя первые межвидовые скрещивания были проведены еще в XVIII в.
Успешно проводил с 1884 г. межвидовые и межродовые скрещивания многих культур И. В. Мичурин. В 1988 г. впервые получили плодовитый гибрид между пшеницей и рожью. Мировую известность приобрели исследования Г. Д. Карпеченко по скрещиванию капусты и редьки, в которых он впервые указал путь преодоления бесплодия отдаленных гибридов и синтеза на их основе новых межвидовых форм. Развернутые в начале 30-х гг. работы академика Н. В. Цицина по скрещиванию пшеницы с пыреем и другими видами открыли широкие перспективы для практического использования метода отдаленной гибридизации в селекции. В дальнейшем такие работы были развернуты в ряде других стран (США, Канада, Австралии и др.). Большое значение для использования отдаленной гибридизации имела разработка метода культуры клеток и тканей в стерильных условиях.
В настоящее время отдаленную гибридизацию зерновых, кормовых, технических, плодовых и ягодных культур проводят в широких масштабах в СНГ и других странах.

1. Теория отдаленной гибридизации Г. Д. Карпеченко

2. Н. В. Цицин - Энтузиаст отдаленной гибридизации

II. Явление гетерозиса

1. Значение селекции на гетерозис

Селекцией на гетерозис называют создание гибридов первого поколения, отличающихся высоким гетерозисом по урожайности, качеству продукции и другим хозяйственно важным признакам. В отличие от комбинационной селекции, при которой скрещивания проводят в начале селекционного процесса, чтобы создать генетическую изменчивость для отбора, при селекции гетерозисных гибридов скрещивание служит для массового получения семян и их дальнейшего практического использования в производстве и представляет последний этап селекционного процесса.
Селекция гетерозисных гибридов имеет большое значение для сельскохозяйственного производства. Эти гибриды часто по урожайности превышают обычные свободно опыляющиеся сорта на 30 % и выше. В некоторых случаях гетерозисный эффект достигает 50 %. Широко используется явление гетерозиса в селекции кукурузы, сорго, подсолнечника, томата, тыквы, огурца, арбуза, лука, капусты, сахарной свеклы, декоративных растений. Его начали применять также в селекции риса, пшеницы, хлопчатника и различных видов пальм.
Гетерозисные гибриды в основном используются в селекции кукурузы. Наиболее высокую прибавку дают гибриды, полученные с участием самоопыленных линий. Поэтому в производстве распространены, главным образом, межлинейные и сортолинейные гибриды кукурузы, а межсортовые полностью вытеснены как менее урожайные.
Межсортовые гибриды - наиболее простая форма. В гетерозисной селекции кукурузы они большого значения не имеют, т. к. при таком типе скрещивания гетерозис достигает в среднем лишь 10-15 %. Поэтому было предложено получать гибридные семена наиболее урожайных гибридов в больших количествах и затем использовать их для производственных посевов, чтобы повысить урожайность кукурузы. В дальнейшем многие селекционеры вывели большое количество самоопыленных линий, при скрещивании которых появились гибриды с более высокой урожайностью. Эти линейные гибриды по своей урожайности и другим хозяйственным свойствам заслуживали широкого использования в производственных посевах. Но стоимость семян этих простых линейных гибридов была очень высокой, т. к. для получения высокой урожайности можно использовать только гибридные семена первого поколения. В результате стоимость семян простых линейных гибридов оказалась в 10-15 раз выше стоимости рядового зерна кукурузы.
Для устранения этого недостатка было предложено использовать для производственных посевов не простые, а двойные линейные гибриды, полученные путем скрещивания соответствующих простых линейных гибридов. Продажная цена гибридных семян двойных линейных гибридов была в 3-4 раза выше по сравнению с рядовым зерном кукурузы.
В США производством гибридных семян двойных линейных гибридов занимаются специальные семеноводческие фирмы, которые продают их фермерам и несут ответственность за качество проданных семян. Высокая урожайность линейных гибридов кукурузы быстро завоевала им широкое признание, и площади под ними резко увеличились.
В нашей стране высокая урожайность линейных гибридов тоже обусловила быстрый рост площадей, занятых гибридной кукурузой.

III. Искусственный мутагенез

Стабильность генетических структур не абсолютна. Под влиянием определенных физических или химических факторов они способны изменяться. В противном случае не было бы развития, эволюции. Эти генетически стойкие изменения в генах и хромосомах называются мутациями, а измененные гены - мутировавшими. Новый организм с измененным признаком вследствие мутирования гена или перестройки хромосомы называют мутантом.
Мутационные изменения могут затрагивать любой признак. Встречаются все переходы - от резких морфологических изменений до ничтожных отклонений в физиологии, которые обычно даже трудно обнаружить. Мутации могут быть полезными, вредными и нейтральными для организма. Большинство из них - вредные, даже летальные, например многие хлорофильные мутации.
Мутационная изменчивость - это процесс, закономерно протекающий в природе. Отдельные естественные мутации сыграли выдающуюся роль в создании ценных современных сортов и гибридов растений. Так, возникшие в результате естественного мутагенеза гены карликовости японского сорта озимой пшеницы норин-10 переданы сотням короткостебельных сортов интенсивного типа, которые занимают в мире огромные площади.
Выявление карликового мутанта риса стало поворотным пунктом в истории селекции этой культуры. Мутации кукурузы, обеспечивающие улучшение качества белка в зерне за счет увеличения доли незаменимых аминокислот лизина и метионина, также относятся к естественным. Они включены в популяции кукурузы всего мира.
Вследствие низкой частоты естественного мутирования и трудностей обнаружения измененных форм этот метод не может быть положен в основу современной плановой селекционной работы.
Все более важным в селекции растений становится метод искусственного получения жизнеспособных полезных мутаций. Известно много примеров создания практически ценных индуцированных мутаций путем воздействия на организмы различными физическими и химическими факторами. При этом могут возникать мутации разных типов, селекционная ценность которых неодинакова.
В зависимости от характера изменения наследственных структур мутации делятся на два основных типа: генные, или точковые, и хромосомные перестройки. Первые обусловлены изменениями молекулярной структуры мутировавшего гена, т. е. нарушением специфической последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Второй тип мутаций характеризуется разрывами и различными последующими структурными перестройками хромосом. Любое из этих изменений обычно сопровождается проявлением какого-либо нового признака или свойства.
Метод искусственного получения жизнеспособных полезных мутаций становится все более важным в селекции растений. Уже разработано много приемов индуцирования мутаций. В основе их лежит воздействие на организмы различными физическими и химическими факторами, называемыми мутагенами. Из них используют главным образом изменения различного типа и некоторые химические вещества.
Действуя этими факторами на растения, можно резко повысить их мутационную изменчивость и отобрать среди многих вредных и бесполезных мутантов единичные ценные образцы и использовать их при выведении новых сортов.

1. Получение искусственных мутантов с помощью излучений

Для получения мутаций применяют различные источники ионизирующих излучений, чаще всего рентгеновское и гамма-излучения, альфа- и бета-частицы, быстрые и медленные нейтроны. Высокой мутагенной активностью обладают и радиаоктивные изотопы.
До недавнего времени в качестве единиц дозы рентгеновского и гамма-излучений использовали рентген (Р) или рад.
В связи с введением в СССР Международной системы единиц СИ рентген и рад отнесены к внесистемным единицам и не допускаются к применению. В соответствии с системой СИ в качестве единицы поглощенной дозы ионизирующего излучения принят грей (Гр).
Излучения, вызывающие мутации, бывают двух видов: ионизирующие и неионизирующие. В селекционной работе широко применяют рентгеновское, гамма- и нейтронное излучения.
Рентгеновское излучение стали применять в селекции для получения мутаций раньше других источников. Его применяют и в настоящее время, т. к. рентгеновские аппараты имеются во многих учреждениях, рентгеновским излучением легко воздействовать как на семена, так и на другие части растения, несколько изменяя дозы.
Источником гамма-излучения служат радиоактивный кобальт или цезий.
Для кратковременного воздействия на растения используются мощные облучательные установки, а длительное воздействие на растения малыми дозами проводят на так называемом гамма-поле. Во время посева и ухода за растениями источник излучения с помощью особых механизмов помещают в свинцовую капсулу (или опускают глубоко под землю), чтобы исключить возможность облучения работающих на поле.
В качестве мутагенных факторов также можно применять радиоактивные изотопы, к примеру фосфора и серы. Однако из-за трудности хранения и использования радиоактивных изотопов данный источник излучения мало удобен для селекционеров.
Для различных сельскохозяйственных культур подбирают свои дозы излучений.
Кроме того, используют неионизирующие излучения. Генетически эффективным считают ультрафиолетовое излучение.
В последние годы учеными также выявлена эффективность лазерного излучения для получения мутантов.

2. Использование химических веществ для получения мутантов

Наряду с ионизирующими излучениями, в селекции используют химические мутагены. Возможность получения мутаций с помощью химических веществ была установлена в начале 30-х гг. Многие высокоактивные мутагены были открыты советским ученым И. А. Рапопортом, в том числе и этиленимин. Важными химическими мутагенами являются также этилметансульфонат, диэтилсульфат, нитрозоалкил мочевины и другие.
Химическими мутагенами можно обрабатывать сухие и проросшие семена, черенки, клубни, луковицы. При обработке химическими мутагенами для каждой культуры и сорта подбирается определенная концентрация мутагена.
Установлено, что по мере увеличения концентрации мутагена до определенного уровня частота жизнеспособных мутаций возрастает, а затем происходит ее снижение в результате гибели клеток, в которых возникли изменения при повышении концентрации мутагена сверх оптимальной величины.
Химические мутагены оказались значительно эффективнее физических. Если под влиянием излучений у сельскохозяйственных растений возникает до 10-15 % жизнеспособных мутантов, то химические мутагены позволяют получать 30-60 %. Но задачи селекции очень разнообразны, и для решения одних больше подходят химические мутагены, для решения других - излучения. Такие типы полезных мутаций, как неполегаемость стебля, устойчивость к болезням и некоторые другие, можно легко получить именно с помощью излучений.

3. Основные достижения селекции с использованием мутагенеза

Большинство индуцированных мутаций, как и естественных, вредны или бесполезны для организма, а полезные появляются довольно редко: обычно одна или две из каждой сотни. Ценные мутантные формы могут быть выделены и размножены. С помощью искусственного мутагенеза можно решать различные задачи селекции.

1. Можно получать разнообразный исходный материал для отбора. В результате мутаций у растений могут появиться новые, ранее неизвестные полезные признаки. В частности, в Индии при работе с рисом удалось добиться изменения практически всех его признаков. Среди этого многообразия форм отобраны мутанты с полезными изменениями.
2. В целях улучшения определенных признаков важно, чтобы другие ценные в хозяйственном плане признаки оставались неизменными.
3. С помощью мутагенеза можно решать специальные селекционные задачи. Среди мутантов довольно часто можно выделить растения с повышенной прочностью стебля. Эта мутация была обнаружена у ячменя, пшеницы, овса, риса.

Мутагенные факторы вызывают широкую изменчивость растений по высоте стебля, причем амплитуда этой изменчивости порой очень высокая.
Отклонения по высоте стебля были получены в опытах с ячменем, пшеницей, овсом, кукурузой и другими культурами. Этот тип мутаций можно использовать для решения различных задач селекции, начиная с создания устойчивых к полеганию и имеющих высокий выход зерна сортов зерновых культур и кончая выведением мощных высокорослых форм, используемых в кормовых целях.
Большую роль сыграли мутации для получения карликовых и полукарликовых форм различных культур. Они отличаются высокой урожайностью, отзывчивостью на внесение удобрений.
Созданы короткостебельные сорта и гибриды ржи, ячменя, овса, кукурузы, сорго и других зерновых культур.
Важная задача селекции - получение сортов, сочетающих высокую урожайность со скороспелостью, и эту задачу можно решить с помощью мутагенеза. Мутантные формы с более ранним созреванием были выделены у ячменя, риса, льна, овса, арахиса, гороха, горчицы, томата и других культур.
Очень важным является в селекции и создание сортов, устойчивых к болезням. С помощью искусственного мутагенеза были выделены устойчивые к болезням мутанты у пшеницы, ячменя, арахиса.
Качество сельскохозяйственной продукции - важнейшая задача селекции. Хлебопекарные качества новых сортов пшеницы, содержание белка в зерне, пивоваренные качества ячменя и многие другие показатели качества также волнуют селекционеров.
В настоящее время уже получено много мутантных сортов, у которых во много раз повышены качественные показатели. Получены сорта подсолнечника, у которых в 2-3 раза увеличено содержание олеиновой кислоты в масле.
Очень эффективным оказался мутагенез в селекции кормового люпиноса. На Украине были получены сорта кормового люпина, характеризующиеся увеличением числа бобов на растении и высокой семенной продуктивностью. Они были получены с помощью радиационного и химического мутагенеза.
Все эти примеры говорят о большой перспективе использования радиационного и химического мутагенеза в селекции. Воздействуя на растения различными мутагенами, можно в сотни и тысячи раз увеличить количество генетических изменений, создавая огромное разнообразие форм, используемых затем в селекционной работе.
В связи с выведением ценных мутантных сортов, получением огромного количества мутантов с отдельными полезными признаками и свойствами, встал вопрос о сохранении и рациональном использовании такого богатого генофонда, созданного учеными многих стран мира. С этой целью в некоторых странах были организованы банки информации обо всех мутантах, имеющихся в различных научных учреждениях. Так, в Польше в институте селекции и акклиматизации растений создан центральный банк информации о мутантах, полученных в селекционных учреждениях стран Восточной Европы.

Список литературы

1. Селекция и семеноводство культивируемых растений. М.: Изд-во РУДН, 1999.
2. Химический мутагенез и задачи сельскохозяйственного производства. М.: Наука, 1993.
3. Основы общей биологии. М.: Мир, 1982.
4. Экспериментальный мутагенез - на службу селекции. Киев: Выща школа, 1989.
5. Сельскохозяйственная радиобиология. Кишинев, 1989.

Люди с самого начала своего существования занимаются познанием себя и окружающего мира. И зачастую исследовательская деятельность приводит к тому, что люди намеренно вмешиваются в привычные процессы, нарушая тем самым ход событий и привнося явные изменения, отражающиеся не только на окружающей природе, но и на человеке.

Определение

Мутагенез — это процесс изменений в структуре ДНК, вследствие чего происходит мутация организма.

Выделяют два вида мутагенеза: искусственный (индуцированный) и естественный (спонтанный).

История обнаружения

В 1899 году русским ученым Коржинским было приведено научное объяснение мутагенеза. В 1900 году генетиком Фризом было продолжено изучение явления, и именно этот ученый дал существующее ныне определение мутагенеза.

Эти два ученых вывели следующие положения его теории:

Почему появляются мутации

Чаще всего мутагенез возникает при допущении ошибок при удвоении и восстановлении цепей ДНК, при нарушении в расхождениях хромосом к полюсам при мейозе.

Вообще, в каждой клетке идет постоянное восстановление нарушенных цепочек ДНК. Однако, если восстановление целостности ДНК не происходит, то все ошибки в генетическом коде будут накапливаться, что в конечном счете и приведет к мутационному процессу.

Спонтанный мутагенез

Он возникает при естественных условиях развития, когда извне не действуют никакие мутагены.

Какие могут быть причины появления такого его вида:

Экзогенные (или внешние): радиационные излучения, экстремально низкие или высокие температуры.
Эндогенные (или внутренние). К таким относятся внезапно образующиеся в организме метаболиты, которые пробуждают образование мутационных процессов.

Так, например, в зонах арктического холода растительность обладает полиплоидной формой. Это зависит от того, что в период вегетации при аномально низких температурах у растений образуется ряд геномных мутаций.

Продолжительное время ученые считали, что факторами возникновения естественного мутагенеза являются космические волны и природные радиационные излучения. Однако в ходе проведенных исследований было установлено, что лишь незначительная доля спонтанного мутагенеза образуется под действием радиации.

Установлено, что причиной являются местные небольшие отклонения теплового движения частиц.

Индуцированный

Мутагенез искусственного типа представляет собой процесс создания искусственных мутаций, для получения необходимого материала.

Например, в селекции растений ученые применяют мутагенные факторы, которые преобразуют исходный генотип. В ходе этого получаются видоизмененные виды растений с новыми признаками и формами, которых нет у первоначальных их видов.

Поэтому можно сказать, что индуцированный мутагенез в селекции играет немаловажную роль в получении новых сортов.

Методы мутагенеза спонтанного типа

Его механизм выглядит, как нарушение фрагмента ДНК. Если оно было проведено с погрешностями, то образование мутации неизбежно. Если нарушение произошло в маловажном участке ДНК, или наоборот, в значащем фрагменте, то мутация появится, но единожды и больше проявляться не будет.

Мутагены: физические и химические

Мутагены - это явления, которые вызывают мутационные изменения организма. По природе своего происхождения все они делятся на физические и химические.

К физическим мутагенам относятся:

Ионизирующие излучения.
Температура.
Влажность.

Методы их воздействия следующие:

Разрушение целостной структуры хромосом и генов.
Освобождение радикалов свободного типа, которые начинают взаимодействовать с ДНК.
Нарушение целостности нитей хроматинового веретена деления.
Возникновение димеров — образований единых комплексов пиримидиновых оснований одной цепи ДНК.

Химические мутагены представляют собой следующее:

Химические вещества органической и неорганической природы.
Вещества синтетической природы, которые не встречались в природе ранее.
Природные вещества после заводской переработки, например, уголь и нефть.
Некоторые медикаменты, наркотические вещества, некоторые виды антибиотиков.

Механизм химических мутагенов таков:

Алкилирование нуклеотидных комплексов ДНК.
Замещение азотистых оснований на основания подобного характера.
Замедление синтеза предшественников нуклеиновых кислот.

Есть польза от мутагенеза?

Итак, с уверенностью можно сказать, что мутагенез - это явление, способное отражаться на состоянии организма.

Но если факторы мутагенеза затронут существенный фрагмент ДНК, вследствие чего будет нарушена стандартная аминокислотная последовательность, то это приведет к необратимым изменениям в организме. И если мутация будет выявлена у подавляющего большинства особей определенного вида, то в дальнейшем это приведет к существенным изменениям характерных признаков вида.

Поскольку мутагенез — это нарушение нормальной целостности ДНК, то мутации способны наносить вред организму.

Подавляющее число мутаций способно сократить жизнедеятельность организмов и спровоцировать появление тяжелых заболеваний.

Те последствия мутагенеза, которые образуются в соматических клетках, не передаются с генетическим материалом следующему поколению. Но в результате митотического деления, когда появляются новые клетки, образующие ткань, могут образовываться опухолевые уплотнения.

Мутации, которые затрагивают половые клетки, способны передаваться следующему поколению.

Конкретный пример: мутация, приводящая к появлению укороченных крыльев у одного из представителей насекомого, в последующем времени проявится у остальных его видов, и, если эти насекомые живут в безветренном районе, то передвигаться им будет тяжело. В этом случае речь будет идти о приобретенном заболевании или даже уродстве.

Но вот если в такой местности начнут дуть сильные ветра, то первоначальный вид насекомых с длинными крыльями будут претерпевать неудобства, а короткокрылые, наоборот, будут иметь преимущества.

Таким образом, можно сказать, что мутации могут порождать новый вид организмов путем изменения геномной структуры существующего вида.

Искусственный мутагенез

В современном мире искусственный (индуцированный) мутагенез широко применяется в рамках направленной эволюции. Это селекция растений и животных, которая, в отличие от природных эволюционных факторов, направлена не на улучшение приспособленности живых организмов к выживанию, а на улучшение их полезности для человека. Именно этим индуцированный мутагенез и отличается от естественного, возникающего в результате воздействия природных или техногенных факторов, но всё равно без конкретной цели. Существует два вида искусственного мутагенеза, направленное и ненаправленное. В первом случае в ДНК организмов вносятся заранее известные изменения, а вот втором организмы подвергаются воздействию мутагенных факторов (например, ультрафиолетовое излучение), а после появления мутаций подопытные организмы изучаются с целью отбора образцов, удовлетворяющих поставленной цели.

Искусственный мутагенез в селекции

Искусственный и естественный мутагенез

Эксперименты в этой области начались ещё около сотни лет назад, в конце 20-х годов XX века. Именно тогда селекционерами была доказана полезность некоторых мутантных сортов пшеницы, которые им удалось получить с помощью искусственного мутагенеза. Правда, эта тема всё равно не пользовалась популярность, вплоть до 50-х годов, когда достижения в области ядерной физики и химии сделали индуцированный мутагенез востребованным в селекции растений и животных. В настоящее время эксперименты продолжаются, и цели у них могут быть самые разные. Для растений это улучшение их неприхотливости, увеличение стойкости к грибковым инфекциям, увеличение количества собираемого урожая и т.п.

Внешняя и внутренняя политика Владимира Мономаха кратко в таблице

20 интересных фактов о головоногих

Основные направления искусственного мутагенеза в селекции

Искусственный мутагенез и гибридизация

Выращиваемые в наши дни сорта хлопка были получены селекционерами с помощью искусственного мутагенеза

Эти два метода селекции могут применяться одновременно, но они сильно отличаются друг от друга. Основным различием является то, что при индуцированном мутагенезе в селекции живой организм (например, растение) подвергается воздействию мутагенных факторов. При этом используется живой организм одного вида! А при гибридизации осуществляется скрещивание организмов разных видов. Есть у этих двух методов, впрочем, и общие свойства – в обоих случаях конечным итогом является новый организм с генотипом, отличным от генотипа его предков. Правда, далеко не всегда результат оказывается положительным, неудачи в этом деле встречаются гораздо чаще, чем успех. Гибриды зачастую оказываются нежизнеспособны, а то и стерильны, особенно если речь идёт о животных, а не о растениях.

Читайте также: