Pěstování rostlin

Šlechtění rostlin  je soubor metod pro vytváření odrůd a hybridů rostlin s vlastnostmi, které člověk potřebuje, které zvyšují výnos a kvalitu plodin.

Šlechtění rostlin úspěšně provozuje člověk po tisíce let, od samého počátku lidské civilizace. Používané po celém světě jednotlivci: zahradníci, farmáři a profesionální chovatelé v organizacích, univerzitách a výzkumných centrech.

Podle mezinárodních rozvojových agentur je důležité vyvíjet nové odrůdy zemědělských plodin , které mají vysoké výnosy, jsou odolné vůči chorobám, suchu a přizpůsobené regionálním podmínkám pěstování.

Obecné informace

Hlavními metodami šlechtění rostlin jsou hromadná a individuální selekce, vnitrodruhová a vzdálená hybridizace , inbreeding , polyploidie a experimentální mutageneze . U cizosprašných rostlin se používá hromadný výběr jedinců s požadovanými vlastnostmi. Jinak je nemožné získat materiál pro další křížení. Tímto způsobem se získávají například nové odrůdy žita . Tyto odrůdy nejsou geneticky homogenní. Je-li žádoucí získat čistou linii  – tedy geneticky homogenní odrůdu, pak se používá individuální selekce, při které se samosprášením získá potomstvo od jediného jedince s žádoucími vlastnostmi. Touto metodou bylo získáno mnoho odrůd pšenice , zelí atd.

Pro upevnění užitečných dědičných vlastností je nutné zvýšit homozygotnost nové odrůdy. Někdy se k tomu používá samosprašování cizosprašných rostlin. V tomto případě se nežádoucí účinky recesivních genů mohou fenotypově projevit . Hlavním důvodem je přechod mnoha genů do homozygotního stavu. V každém organismu se v genotypu postupně hromadí nepříznivé mutantní geny . Nejčastěji jsou recesivní a neprojevují se fenotypově. Když se ale samoopylují, přecházejí do homozygotního stavu a dochází k nepříznivé dědičné změně. V přírodě, v samosprašných rostlinách, recesivní mutantní geny rychle přecházejí do homozygotního stavu a takové rostliny umírají a jsou vyřazeny přirozeným výběrem.

Navzdory nepříznivým účinkům samoopylení se často používá u cizosprašných rostlin k získání homozygotních („čistých“) linií s požadovanými znaky. To vede ke snížení výnosu. Poté se však provádí křížové opylení mezi různými samosprašnými liniemi a v důsledku toho se v některých případech získají vysoce výnosní hybridi, kteří mají vlastnosti, které chovatel potřebuje. Jedná se o metodu meziliniové hybridizace , při které je často pozorován efekt heterózy : hybridy první generace mají vysoký výnos a odolnost vůči nepříznivým vlivům. Heteróza je charakteristická pro hybridy první generace, které se získávají křížením nejen různých linií, ale také různých odrůd a dokonce druhů . Efekt heterozygotní (nebo hybridní) síly je silný pouze u první hybridní generace a v dalších generacích postupně klesá. Hlavní příčinou heterózy je eliminace škodlivého projevu nahromaděných recesivních genů u hybridů. Dalším důvodem je kombinace dominantních genů rodičovských jedinců u hybridů a vzájemné zesílení jejich účinků.

Ve šlechtění rostlin se široce používá experimentální polyploidie , protože polyploidy se vyznačují rychlým růstem, velkou velikostí a vysokým výnosem. V zemědělské praxi jsou široce používány triploidní cukrová řepa , čtyřploidní jetel , žito a tvrdá pšenice a také šestiploidní měkká pšenice. Umělé polyploidy se získávají pomocí chemikálií, které ničí vřeteno dělení , v důsledku čehož se duplikované chromozomy nemohou rozptýlit a zůstávají v jednom jádře. Jednou z takových látek je kolchicin . Použití kolchicinu k produkci umělých polyploidů je jedním příkladem umělé mutageneze používané při šlechtění rostlin.

Umělou mutagenezí a následnou selekcí mutantů byly získány nové vysoce výnosné odrůdy ječmene a pšenice. Stejnými metodami bylo možné získat nové kmeny hub, které produkují 20krát více antibiotik než původní formy. Na počátku 21. století se ve světě pěstuje více než 2250 odrůd zemědělských rostlin vzniklých fyzikální a chemickou mutagenezí. Jedná se o odrůdy 175 druhů rostlin, včetně odrůd pšenice, řepky, kukuřice , ječmene , sóji , rýže , rajčat , slunečnice , bavlny , jabloně, grapefruitu, banánovníku, okrasných rostlin . Tyto odrůdy jsou široce pěstovány v Evropě, Asii, Severní a Jižní Americe a Austrálii [1] .

Při vytváření nových odrůd pomocí umělé mutageneze výzkumníci využívají zákon homologní řady N. I. Vavilova . Organismus, který získal nové vlastnosti v důsledku mutace, se nazývá mutant . Většina mutantů má sníženou životaschopnost a jsou odpleveleni v procesu přirozeného výběru. Pro evoluci nebo selekci nových plemen a variet jsou zapotřebí ti vzácní jedinci, kteří mají příznivé nebo neutrální mutace.

Jedním z úspěchů moderní genetiky a šlechtění je překonání neplodnosti mezidruhových kříženců . Poprvé se to podařilo G.D. Karpechenko při získávání hybridu zelí a ředkvičky. V důsledku vzdálené hybridizace byla získána nová kulturní rostlina - tritikale  - hybrid pšenice a žita. Vzdálená hybridizace je široce používána v ovocnářství.

Rizika

Šlechtitelé mají malou kontrolu nad bezpečností výsledných odrůd a hybridů. Například odrůda brambor Lenape vyvinutá v 60. letech minulého století obsahovala několikanásobně více toxického solaninu než konvenční odrůdy [2] [3] [4] .

V procesu domestikace a následné selekce se zafixovaly nejen pozitivní vlastnosti. Zejména kukuřice během selekce snižovala obsah tuku po rozšíření mutantní varianty genu DGAT 1-2 [5] .

Poznámky

  1. ↑ Henk J. Schouten, Evert Jacobsen. Jsou mutace v geneticky modifikovaných rostlinách nebezpečné?  // Journal of Biomedicine and Biotechnology. - 2007-01-01. - T. 2007 . — ISSN 1110-7243 . - doi : 10.1155/2007/82612 . Archivováno z originálu 8. března 2021.
  2. ↑ WESLEY FENLON . Jak se selektivně vyšlechtěné dokonalé brambory staly jedovatými. Malá přátelská rada: pokud jsou brambory zelené, nejezte je.  (anglicky) , Tested.com (26. března 2013). Archivováno z originálu 12. ledna 2014. Staženo 12. ledna 2014.
  3. ↑ Sergej Belkov . Brouk nebude lhát , TRV č. 143 (3. 12. 2013). Archivováno z originálu 31. prosince 2013. Získáno 12. ledna 2014.  „Koncem 60. let se na trh ve Spojených státech dostala nová chutná odrůda brambor, Lenape. ... pár let po zahájení pěstování. Spotřebitelé si začali stěžovat na nevolnost, průjem a další příznaky otravy. ... Ve snaze o odolnost proti škůdcům se šlechtitelům podařilo znásobit produkci solaninu v bramborách ... pro člověka škodlivého.“.
  4. ↑ Maggie Koerth-Baker. Případ jedovatých brambor. Brambory Lenape, vyvinuté v 60. letech 20. století pro obchod s občerstvením, vytvořily zatraceně jemné bramborové lupínky. Bohužel to bylo také jedovaté.  (anglicky) . BoingBoing.net (25. března 2013). Datum přístupu: 12. ledna 2014. Archivováno z originálu 12. ledna 2014.
  5. ↑ Yuchao Chai. Validace DGAT1-2 polymorfismů spojených s obsahem oleje a vývoj funkčních markerů pro molekulární šlechtění vysokoolejné  kukuřice . - 2011. - doi : 10.1007/s11032-011-9644-0 . Archivováno z originálu 9. října 2013. : "Ztráta alely DGAT1-2 s vysokým obsahem oleje mohla být důsledkem genetického driftu na počátku dvacátého století, kdy bylo vybráno několik populací Corn Belt Dent pro vývoj inbredních linií s vysokým výnosem zrna."

Literatura