Мутации у растений сообщение
Обновлено: 02.07.2024
В главе 3 говорилось о значении генных мутаций для создания генетической изменчивости. Несмотря на то что частота спонтанных, или естественных, мутаций низка даже за очень продолжительный период времени (около 10-6), в любом живом организме содержится очень большое количество генов, и мутации имеют огромное значение как в эволюции видов, так и в селекции растений.
Спонтанные, или естественные, мутации
Зенгбуш в Германии обнаружил среди растений желтого люпина (Lupinus luteus) мутант, не содержавший в семенах алкалоид, из-за которого этот вид люпина не был пригоден на корм скоту. В настоящее время уже получен ряд сортов сладкого люпина, который выращивают на корм. Огромное число спонтанных мутаций обнаружено у плодовых культур, их непосредственно используют как новые сорта или включают в программы по гибридизации. Поскольку многие виды плодовых размножаются вегетативно, соматические мутации могут быть с успехом применены на практике. Станкович приводит примеры большого числа спонтанных мутаций, использующихся в плодоводстве в качестве маркеров или новых сортов (табл. 17.1).
Особенно много естественных мутаций в цветоводстве. Так, широко известен мутант тюльпана Murillo, от которого получено более 60 новых мутантов, служащих новыми сортами. Из полевых культур наиболее известна спонтанная мутация кукурузы с геном opaque. Этот мутант отличается высоким процентным содержанием лизина и используется при создании высоколизиновых гибридов.
Индуцированные мутации
За последние десятилетия развернулась усиленная работа по индуцированию мутаций с использованием радиоактивного облучения, химических веществ и других средств. Частота возникновения индуцированных мутаций в два раза выше (10-3), чем естественных, и, по-видимому, они будут иметь большее значение в создании новых сортов растений. Между тем средства, с помощью которых могут быть вызваны мутации, приводят не только к таутомерному изменению атомов водорода в молекуле ДНК, но и к хромосомным аберрациям, оказывающим в большинстве случаев вредные влияния на развитие признаков всего живого организма. Вследствие этого лишь небольшое число индуцированных мутаций может быть непосредственно использовано в качестве новых сортов.
Во всяком случае, когда начали проводить широкие работы по использованию новых мутагенов и активно учитывать обрабатываемый исходный материал, удалось получить некоторое количество мутантов, представляющих непосредственный интерес для практики или используемых в селекционных программах как источник новых генов.
Шведский генетик Густафсон, проводя рентгеновское облучение сорта ячменя Gull Corn, получил три мутанта с большим урожаем зерна, а из сорта Bonus выделил мутант с низкорослым стеблем (сорт Pallas) и мутант с более коротким периодом вегетации (сорт Mari). Оба мутантных сорта возделываются в производственных условиях Швеции и Англии.
После обработки арахиса (Arachis hipogea) рентгеновскими лучами Грегори получил линии, превосходящие по продуктивности исходные сорта.
В Италии Скарашиа-Муньоцца и Боццини с соавт. получили несколько мутантов твердой пшеницы с укороченным стеблем. Другими методами этого добиться не удавалось, так как вид Triticum durum не имеет разновидностей с укороченным стеблем. Короткостебельные мутанты обладают повышенной устойчивостью к полеганию, что позволило увеличить дозы минеральных удобрений и интенсифицировать все производство твердой пшеницы (макаронных сортов).
И по ряду других признаков индуцированные мутации большого числа видов непосредственно или косвенно находят применение в селекции растений (табл. 17.2).
В некоторых случаях полезными могут оказаться и отрицательные мутации. Например, мужская стерильность, индуцированная мутагенным путем, приносит немалую пользу при использовании гетерозисных гибридов сахарной свеклы, риса и других сельскохозяйственных культур.
Наибольшее число индуцированных мутаций, о которых шла речь, относится к мутациям одного единственного или небольшого числа генов (макромутации). Возникают мутации и у полигенов (так называемые микромутации), однако их нелегко выделить и отличить от исходного материала.
Мутации, вызывающие значительные структурные изменения, могут быть также использованы в селекции растений. Примером служит получение сорта Transfer путем транслокации части хромосомы Aegilops umbellulata с генами устойчивости к листовой и стеблевой ржавчине на хромосому пшеницы обыкновенной с помощью рентгеновских лучей.
Аналогичный пример - транслокация одного сегмента хромосомы ржи на хромосому пшеницы путем рентгеновского облучения и получение сорта Transec, устойчивого к листовой ржавчине и мучнистой росе.
Можно с уверенностью сказать, что индуцирование мутаций – это важный метод, расширяющий непосредственные возможности создания новых сортов растений и в еще большей мере способ, дополняющий гибридизацию и остальные методы селекции растений.
Для начала нужно сказать, что мутации в природе отличаются от мутировавших образов из игр, фильмов и прочих продуктов массовой культуры. Даже серьёзная мутация не сможет сделать из растения страшного цветка-людоеда с тентаклями, а выживаемость особей с мутациями далеко не всегда достигает приличного уровня.
Соматические: мутации непосредственно клеток организма; к примерам относятся изменения формы или окраса частей организма, а также раковые опухоли.
Генные: при генных мутациях затрагивается некоторый участок ДНК; примерами может быть гигантизм у растений или гемофилия у человека.
Геномные: мутации, влияющие на количество хромосом; примерами таких мутация являются полиплоидия у растений и синдром Дауна у человека.
Хромосомные: эти мутации затрагивают строение хромосом, их результатом могут быть задержки в развитии различной тяжести.
Цитоплазматические: мутации митохондрий и хлоропластов - частей клеток, которые содержат собственную ДНК; результатами этих мутаций могут быть диабет у человека и пестролистность у растений.
И напоследок ещё немного теории перед самым интересным: соматические мутации присутствуют у исходного организма, не передаваясь потомству, а вот генеративные происходят в половых клетках, отчего передаются в следующих поколениях, не проявляясь у первоначальной особи.
С теорией всё, перейдём к интересному, а начнём с влияния мутаций на организмы с примерами из мира растений.
Нейтральные мутации, средние
Мутации, непосредственно не влияющие на выживаемость организма в большинстве случаев. Изменение цвета или формы части растения зачастую не несёт в себе положительного или отрицательного воздействия.
Положительные мутации, полезные
Именно такие мутации, повышающие выживаемость растения, ценны не только в природе, но и для человека. Примерами могут быть ранний урожай, устойчивость к болезням и вредителям, повышенная продуктивность - все это приносит заметную пользу сельскому хозяйству и самим растениям.
Замечательно, теперь и про влияние на растения поняли! А что же насчёт того, где эти мутации используются? Ответ удивит: сейчас мутации применяются почти повсеместно - и не только в продуктах растительного производства. Благодаря полезным мутациям получают новые сорта культур и породы животных, более выгодные для производства. Растения с мутировавшей внешностью часто применяются в декоративных целях - меняют свойственные изначально цвета лепестков, их форму, вид листьев и стволов растений. Помимо этого, человеку могут быть полезны и негативные для организма мутации - например, отсутствие шипов или токсинов.
Цветоводство
Полиплоидные формы это метод создания исходного материала для селекции цветочных культур, который играет важную роль. Полиплоидные сорта созданы более чем у 300 видов. Метод имеет большие потенциальные возможности.
Полиплоидия – наследственные изменения, связанные с увеличением числа целых хромосомных наборов. У цветочных растений существуют природные полиплоидные виды, например, у тагетеса отклоненного 48 хромосом, тогда как у тагетеса прямостоячего их только 24. Есть полиплоидные виды у львиного зева, петунии, бегонии всегдацветущей, крокусов, нарциссов, ирисов и др. У некоторых видов увеличение числа хромосом способствует улучшению декоративных качеств, например укрупнению цветка и увеличению высоты.
Искусственное получение полиплоидов
Для искусственного получения полиплоидов применяют те же факторы, которые вызывают их появление в природе: температурные воздействия, ионизирующие излучения, механические повреждения, химические вещества и др. Однако наиболее эффективно воздействие алкалоида колхицина во время клеточного деления. Колхицин останавливает деление в клетках растений в тот момент, когда хромосомы удвоились (разделились продольно), но еще не разошлись. Он парализует образование веретена, и, таким образом, деление и расхождение хромосом к полюсам становятся невозможными — появляются клетки с удвоенным числом хромосом. После прекращения действия колхицина в клетке снова начинается митотическое деление, но уже с удвоенным набором хромосом. Поскольку колхицин влияет только на делящиеся клетки, им обрабатывают прорастающие семена, растущие плоды и проростки, пробуждающиеся почки, молодые бутоны, формирующиеся клубнепочки, клубни, листовые меристемы и др.
После тщательного отбора из многих тысяч полиплоидных форм декоративных растений удалось вывести только несколько сотен хороших сортов, сочетающих высокие декоративные качества с хорошей плодовитостью. Кроме того, полиплоиды некоторых культур обладают устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным погодным условиям.
Искусственные мутации растений
Мутанты также служат исходным материалом для селекции. Их получают с помощью ионизирующей радиации или химических мутагенов. Мутации представляют собой внезапные наследственные изменения в хромосомах или генах.
Искусственно получила мутации у декоративных растений немецкий ученый Э. Штайн в 1918 г., облучая проростки и цветочные почки львиного зева. Данный метод широко применяют, особенно у вегетативно размножаемых растений в сочетании с культурой ткани. Таким образом создано много сортов георгин, хризантем, гвоздик и бегонии.
Для индуцирования мутаций используют различные виды ионизирующих излучений: корпускулярные (протоны, альфа-частицы, электроны, нейтроны) и электромагнитные (ультрафиолетовое, рентгеновское). Для рентгеновского облучения применяют как медицинские, так и специальные рентгеновские установки. При облучении пыльцы эффективны такие источники ультрафиолетового излучения, как ртутно-кварцевые лампы, для корпускулярных излучений—колонки и реакторы.
Известно более 400 химических веществ, обладающих мутагенным действием, однако активность большинства из них низка. Лишь с 1960 г. после открытия И. А. Рапопортом сверхмощных мутагенов (супермутагены), вызывающих у растений 100% и более наследственных изменений, химические мутагены заняли равное место с ионизирующими излучениями в индуцированном мутагенезе.
Многие химические мутагены дают тот же спектр мутаций, что и облучение. То, что химические мутагены вызывают, главным образом, генные мутации, очень ценно для селекционной работы, так как мутантные организмы сохраняют высокую жизнеспособность и плодовитость.
Для получения нового исходного материала вегетативно размножаемых растений черенки, луковицы, листья, столоны, бульбочки, чешуи луковиц и другие органы облучают или обрабатывают химическими мутагенами. При работе с растениями, размножаемыми семенами, обрабатывают семена, бутоны, пыльцу. Изменения наследственности у мутантов иногда настолько велики, что можно ожидать появления признаков или свойств, отсутствующих у сортов данного вида либо встречающихся очень редко.
Сочетание метода мутагенеза с гибридизацией — наиболее перспективный путь в селекции цветочных культур. Такое сочетание ускоряет процесс создания новых сортов.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Мутации в мире растений По материалам экскурсий Школы дикой природы
Плоды синего винограда, цветы душистого горошка окрашены пигментами антоцианами (это те же пигменты, которые окрашивают фиолетовые и розовые клубни картофеля, ягоды черники, листья синей капусты и многое другое в растительном мире).
Рассмотрим механизм образования окраски цветов: Еще в 1914 году М. Онслоу показала, что окраска цветов наследуется по менделевским принципам (на что, впрочем, указывал и сам Мендель). Р. Вильштеттер исследовал пигменты, вызывающие окраску цветов, и реакции, в процессе которых они возникают в организме. Антоциан возникает в клетках в результате длинной цепи биохимических реакций, последовательным превращением одного вещества в другое. Обозначим эти промежуточные этапы синтеза буквами, чтобы не перегружать текст биохимической терминологией: А → Б → В → Г………. → антоциан. По скорости протекания химических реакций организмы не имеют конкурентов. Это тем более поразительно, что в живой природе не применяются такие мощные ускорители реакций, как высокое давление и температура. Организмы в данном случае пошли другим путем — путем использования катализа.
Что такое катализатор, нам известно из курса школьной химии. Катализатор — вещество, которое, не расходуясь само, ускоряет процесс реакции . Катализаторы живой природы — специальные белки — ферменты, они же энзимы. В клетках практически нет реакций, которые бы не катализировались теми или иными ферментами. Естественно предположить, что для каждого звена в цепи реакций, приводящих к возникновению признака, требуется фермент.
Синтез каждого фермента контролируется определенным геном. Представим теперь, что мутантный аллель приводит к синтезу фермента со сниженной активностью или вообще не действующего. Цепь реакций, в результате которой возникает антоциан, оборвется, пигмент синтезироваться не будет, и рецессивные гомозиготы будут иметь не фиолетовые, а белые цветы. Важно помнить, что обрыв цепи, ведущей к признаку, может произойти в любом месте, но эффект будет один — антоциан у гомозигот возникать не будет.
Медуница неясная Норма Мутант
Колокольчик Мутант Норма – синие цветы
Незабудка болотная Норма Мутант
Иван- чай. Мутант
Мутировавшие растения иван – чая изредка встречаются среди зарослей нормального.
Орхидея венерин башмачок Норма Мутант
Герань лесная Мутант Норма –фиолетовые цветы
Читайте также: