Попитайте Института по молекулярна физиология на растенията Макс Планк

Развъждането на растения продължава повече от десет хиляди години. Тогава, на случаен принцип, без познаване на правилата на Мендел, днес, с помощта на най-прецизните методи за анализ, растенията се оптимизират по отношение на техните свойства за човешка употреба.

Какво е растениевъдството?

Човек използва възможностите на природата

Целта на растениевъдството е да се произвеждат растения с подобрени свойства. Основата на класическото отглеждане на растения е подборът на растения с желани характеристики и целевото им кръстосване помежду си. Когато растенията се кръстосват, свойствата на две растения се комбинират - добри и лоши. Следователно е необходимо многократно кръстосване с последваща подновена селекция, за да се обединят благоприятните свойства и да се изключат отрицателните, доколкото е възможно.

За постигането на разнообразните цели на отглеждане е от решаващо значение колко голямо е разнообразието от характеристики в рамките на един растителен вид. Колкото по-голямо е генетичното разнообразие, от което може да се избере, толкова по-вероятно е да се постигне желаната цел за разплод. Растенията с желаната комбинация от свойства се умножават и след различни тестове излизат на пазара като нов сорт.

Откъде идват нашите култури?

История, която датира от хиляди години

В края на каменната ера хората изчистиха горите, характерни за средноевропейския пейзаж, и избраха определени растения за отглеждане в тези райони. Това доведе до промяна в естествения състав на видовете и се появиха поля и ливади.

Сред култивираните растителни видове хората избраха онези растения за по-нататъшно отглеждане, които имаха най-благоприятните свойства спрямо техните нужди. Например отделни растения с по-дълги класове или по-големи плодове бяха избрани за по-нататъшно отглеждане. Това не само увеличи броя на растенията с по-висок добив, но и обогати генетичния им състав. Това промени генетичния състав на култивираните видове.

Много от нашите култивирани растения (пшеница) са създадени от диви форми чрез човешка намеса преди хиляди години. Днешните зърнени култури произхождат от диви треви. Основните ни зърнени култури пшеница, ечемик и ръж, но също и царевица, картофи и домати са внесени в Европа от други региони на света.

Защо изобщо се нуждаем от развъждане на растения?

Целите на растенията не са човешки цели

В природата тези свойства са изгодни за растенията, които подобряват тяхната приспособимост към околната среда и повишават тяхната конкурентоспособност ПОПИТАЙ СЛИВА. Въпреки това свойствата, които осигуряват оцеляването на растението, могат да нарушат или дори да попречат на използването му от хората. Преждевременна загуба на семена, производство на горчиви или отровни вещества за защита срещу врагове.

Това става ясно от примера със зърнени култури: В началото на отглеждането на зърнени култури хората са подбирали онези растения за отглеждане, чиито семена са останали на ухото възможно най-дълго и не са паднали рано на полето или по време на транспортирането. По този начин хората постигат по-високи добиви, но в същото време ограничават способността на растението да се размножава. Следователно зърното трябва да се върши, така че зърното (семето) да се освободи.

Почти всички наши култури днес не могат да оцелеят извън обработваните полета, тъй като поставят високи изисквания към качеството на почвата и снабдяването с хранителни вещества и освен това не са много конкурентни на дивите растения.

Какви цели преследват хората в развъждането?

Човешките цели не са целите на растенията

За всеки вид култура има конкретни цели за отглеждане. Тези цели за отглеждане са свързани с:

рентабилност
Сигурност на добива (включително стабилност, устойчивост на вредители и болести, по-висока толерантност към климатични влияния)
подобряване на качеството (състав на съставките по отношение на здравето, вкуса или обработващите свойства)
адаптация на растенията към производствените процеси (напр. равномерно узряване, еднаква дължина на стъблото)
подобреното използване на ресурси (хранителни вещества, вода и др.)

На какво се основават билковите свойства?

Гените на родителите определят характеристиките на децата

Свойствата се основават на информацията, съхранявана върху ДНК под формата на гени в клетъчното ядро на растенията (Ask the Grape, част 1). Или един ген може да бъде отговорен за развитието на свойствата, или няколко гена се комбинират, за да ги създадат.

Растенията могат да имат около 30 000 (тален кресон) до повече от 60 000 гени (пшеница). По време на оплождането гените на бащата и майката се рекомбинират. Резултатът е потомство с нов набор от свойства (Ask the Grape, част 1). Колкото по-голямо е разнообразието в даден вид, толкова по-големи са възможните му комбинации. Задачата на селекционера е да избере най-добрите кандидати за по-нататъшно отглеждане от този сорт. За свойства, които не се виждат веднага, като вкусът или някои устойчивости на болести, това е особено трудно.

Как всъщност се размножават растенията?

От цветя и клонинги, пчели и вятър

Самоопрашители са i.a. Пшеница, ечемик, овес, ориз, грах и боб.

Размножаването в растенията се извършва или по полов път чрез опрашване и оплождане, или безполово чрез вегетативно размножаване.

По време на половото размножаване в цветята на растенията се образуват прашец и яйчни клетки. Прави се разлика между самоопрашване, при което прашецът на цвете попада върху клеймото на същото цвете, и кръстосано опрашване, при което поленът от цветето на едно растение се прехвърля в клеймото на цветето на друго растение.

Типът на опрашване има решаващо влияние върху характеристиките на потомството и тяхното разнообразие. Тъй като в случай на самоопрашители, семената и прашецът идват от едно и също растение, потомството е до голяма степен идентично помежду си и на растението майка.

Генетичният състав на тези растения може да бъде променен само чрез мутации или кръстосано оплождане.

Кръстосани опрашители са i.a. Ръж, люцерна, слънчоглед, рапица, коноп, фураж и захарно цвекло, както и царевица.

При кръстосаното опрашване прашецът и яйцето идват от различни растения. Поленът може да бъде транспортиран до растенията-реципиенти от насекоми или вятър. Потомството от такова кръстосване е съставено от голям брой генетично различни растения.

В допълнение към сексуалното размножаване, растенията имат възможност и за безполово размножаване. Така нареченото вегетативно размножаване създава растения, които имат абсолютно същите свойства като първоначалното растение. Такива растения са известни още като издънки или клонинги. Примери за този вид размножаване са картофите и ягодите. Разработени са различни методи за размножаване в зависимост от вида на размножаването и опрашването.

Какви методи за разплод има?

Устойчивост на брашнеста мана при ечемик: Чрез пресичане на етиопския ландрас (вляво) европейският елитен сорт (вдясно) също стана устойчив на брашнеста мана (от около 1930 г.).

Различни пътища водят към целта

По света около една трета от реколтата се губи от болести по растенията, вредители и плевели. Освен това бъдещите предизвикателства са огромни поради непрекъснато нарастващото световно население с едновременно намаляващи площи за обработка и променящи се климатични условия. За да продължим да постигаме висококачествени и съвместими с околната среда добиви в достатъчни количества, се нуждаем от ефективно и иновативно отглеждане на растения.

През миналия век класическите методи за отглеждане, основани на селекция и кръстосване, биха могли да бъдат допълнени с нови практики. Чрез техники, които улесняват намирането на растенията, които са подходящи за по-нататъшно развъждане, или техники, които позволяват добавяне на отделни свойства, отглеждането на растения може да стане по-ефективно. Предпоставките за това са създадени чрез основни изследвания върху растенията.

Класически методи

The Елитно развъждане е най-старата култивирана форма. Първоначално се използва като масова селекция, при която се отглеждат подобрени смеси от растителен вид. По-късно от тези смеси бяха избрани най-добрите отделни растения (местни сортове). В резултат на това сортовете земя бяха разделени на генетично еднакви линии (сухопътни раси).

Под Комбинирано развъждане човек разбира кръстосването на растения с цел рекомбинация на характеристиките. Различни сортове на култивирано растение могат да бъдат кръстосани помежду си или диви видове могат да бъдат кръстосани в култивираното растение.

От отделните прелези се избират само най-обещаващите. Докато самооплождането трябва да се предотврати при самооплождане, за да може да се създадат нови комбинации (изкуствено кръстосване), при кръстосаното оплождане се извършва кръстосано оплождане с друг партньор.

The Хибридно развъждане е по-нататъшно развитие на комбинираното отглеждане. Две генетично различни, но хомозиготни родителски растения (инбредни линии) се кръстосват едно с друго. Потомците на този кръст са далеч по-добри от своите родители по растеж и добив. Това явление се нарича хетерозис. Само по икономически причини събраният материал от хибриден сорт не може да се използва като семе, тъй като хетерозисният ефект и по този начин високият добив се губи в следващото поколение поради разделяне на свойствата.

Преди да приключи сорта, трябва да се извършат множество тестове. Отнема около 12 до 15 години от първото кръстосване до одобрението.

Хибридно развъждане В допълнение към царевицата се използва и за захарно цвекло, слънчоглед, много видове зеленчуци, зърнени култури като пшеница и ръж и декоративни растения.

Нови, допълващи се методи

В развъждане с помощта на маркер ще бъдат техники за молекулярна биология като PCR, секвениране или Определяне на съставките (Попитайте гроздето, част 2 - в ход) се използват за изследване на потомството на кръстоски за тяхния генетичен състав и за сравняването им с оригиналните растения. Чрез създаването на такъв „генетичен пръстов отпечатък“ е възможно да се определи кои млади растения са подходящи за по-нататъшно размножаване. Развъдното усилие е намалено.

Интелигентно развъждане: След първоначално кръстосване потомството се избира с помощта на молекулярно-биологични методи, които имат желаната нова черта. След това те се кръстосват отново, докато всички нежелани свойства изчезнат.

Умно развъждане е „усъвършенстване“ на развъждането с помощта на маркери. Този метод, известен също като прецизно размножаване, дава възможност да се проследят интересни генни вариации или да се използват диви растения по-конкретно и по-ефективно от преди за размножаване.

Докато Размножаване на мутации чрез радиоактивно облъчване или химикали генетичният материал се променя по ненасочен начин и по този начин имущественият състав на растенията се влияе само произволно и безразборно Генното инженерство целенасоченото вмъкване на ген или по-малко гени и по този начин нови свойства. Това вмъкване може да ограничи типа (трансгенно растение), но също така и в рамките на един вид (цисгенно растение) съответно.

Защо се нуждаем от генни банки?

Осигуряване на разнообразие от свойства

В Генна банка на Гатерслебен съхранявайте около 145 000 проби от семена от посеви от цял свят. Само в генната банка има 20 000 ечемика.

Тъй като развъждането се основава на постоянен подбор на растения, това може да доведе до стесняване на Генофонди олово в рамките на растителен вид. Това стесняване е особено сериозно, ако само няколко вида бяха опитомени и използвани за по-нататъшно размножаване в началото на използването на растителен вид от хората.

Когато животновъдите и учените осъзнаха това, те бяха Генни банки при които генетичното разнообразие на растенията се събира и съхранява под формата на семена. Поради новите и по-ефективни методи за отглеждане, съхраняваните стари сортове или диви видове в бъдеще ще се използват повече и генните банки ще придобият все по-голямо значение.