Способ получения гибридов первого поколения f1 называется

Содержание

Законы Менделя
Семена F1: особенности гибридов, технологии производства и преимущества
Технология производства гибридных семян F1
Преимущества гибридных семян F1
Итоги

Законы Менделя

В предыдущей статье мы познакомились с фундаментальными понятиями и методами генетики. Настало время их применить при изучении нового раздела — Менделевской генетики, основанной на законах, открытых Грегором Менделем.

Мендель следовал некоторым принципам в своих исследованиях, которые привели его работы к успеху:

Использовал гибридологический метод генетики, подвергая скрещиванию растения гороха с четко различающимися признаками: желтый — зеленый цвет семян, гладкая — морщинистая форма семян

Введем несколько новых терминов, которые нам пригодятся. Скрещивание может быть:

Моногибридным — в случае если скрещиваемые особи отличаются только по одному исследуемому признаку (цвет семян)
Дигибридным — если скрещиваемые особи отличаются по двум различным признакам (цвет и форма семян)

В схеме решения генетическое задачи есть некоторые обозначения: ♀ — женский организм, ♂ — мужской организм, P — родительские организмы, F₁ — гибриды первого поколения, F₂ — гибриды второго поколения. Вероятно, имеет смысл сохранить картинку ниже себе на гаджет, если вы только приступаете к изучению генетики 😉

Спешу сообщить вам, что браки между людьми (в отличие от насильственного скрещивания гороха) происходят только по любви и взаимному согласию! Поэтому в задачах, где речь идет о людях, не следует ставить знак скрещивания «×» между родительскими особями. В таком случае ставьте знак «→» — «стрелу Амура», чтобы привести в восхищение экзаменатора 🙂

Первый закон Менделя — закон единообразия

С него часто начинаются генетические задачи (в качестве первого скрещивания). Этот закон гласит о том, что при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся одной или несколькими парами альтернативных признаков, все гибриды первого поколения будут единообразны по данным признакам.

Этот закон основан на варианте взаимодействия между генами — полном доминировании. При таком варианте один ген — доминантный, полностью подавляет другой ген — рецессивный. В эксперименте, который мы только что изучили, Мендель скрещивал чистые линии гороха с желтыми (АА) и зелеными (aa) семенами, в результате все потомство имело желтый цвет семян (Aa) — было единообразно.

Анализирующее скрещивание

Часто генотип особи не изучен и представляет загадку. Как быть генетику в данном случае? Иногда проще всего применить анализирующее скрещивание — скрещивание гибридной особи (у которой не известен генотип) с гомозиготой по рецессивному признаку.

Анализируя полученное потомство, можно сделать вывод о генотипе гибридной особи.

В рассмотренном случае, если генотип изучаемой особи содержит два доминантных гена (AA) — то в потомстве не может проявиться рецессивного признака, так как все потомство будет единообразно (Aa). Если изучаемая особь содержит рецессивный ген (Aа), то половина потомства будет его иметь (aa). В результате становится известен генотип гибридной особи.

Неполное доминирование

Помимо полного доминирования, существует неполное доминирование, которое характерно для некоторых генов. Известным примером неполного доминирования является наследование окраски лепестков у растения ночная красавица. В этом случае гены не полностью подавляют друг друга — проявляется промежуточный признак.

Обратите внимание, потомство F₁ получилось также единообразным (возможен только один вариант — Aa), но фенотипически у гетерозиготы признак будет проявляться как промежуточное состояние (AA — красный, aa — белый, Aa — розовый). Это можно сравнить с палитрой художника: представьте, как смешиваются красный и белый цвета — получается розовый.

Второй закон Менделя — закон расщепления

«При скрещивании гетерозиготных гибридов (Aa) первого поколения F₁ во втором поколении F₂ наблюдается расщепление по данному признаку: по генотипу 1 : 2 : 1, по фенотипу 3 : 1″

Скрещивая между собой гибриды первого поколения (Aa) Мендель обнаружил, что в потомстве особей с доминантным признаком (AA, Aa — желтый цвет семян) примерно в 3 раза больше, чем особей с рецессивным (aa).

Искренне желаю того, чтобы вы научились сами определять расщепление по генотипу и фенотипу. Это сделать несложно: когда речь идет о генотипе, обращайте внимание только на гены (буквы), то есть, если перед вами особи AA, Aa, Aa, aa, — следует брать генотипы по очереди и складывать количество одинаковых генотипов. Именно в результате таких действий соотношение по генотипу получается 1:2:1.

Если перед вами стоит задача посчитать соотношение по фенотипу, то вообще не смотрите на гены — это только запутает! Следует учитывать лишь проявление признака. В потомстве получилось 3 растения с желтым цветом семян и 1 с зеленым, следовательно, расщепление по фенотипу 3:1.

Третий закон Менделя — закон независимого наследования

В нем речь идет о дигибридном скрещивании, то есть мы исследуем не один, а два признака у особей (к примеру, цвет семян и форма семян). Каждый ген имеет два аллеля, поэтому пусть вас не удивляют генотипы AaBb 🙂 Важно заметить, что речь в данном законе идет о генах, которые расположены в разных хромосомах.

Запомните III закон Менделя так: «При скрещивании особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга, комбинируясь друг с другом во всех возможных сочетаниях.

Комбинации генов отражаются в образовании гамет. В соответствии с правилом, изложенным выше, дигетерозигота AaBb образует 4 типа гамет: AB, ab, Ab, aB. Повторюсь — это только если гены находятся в разных хромосомах. Если они находятся в одной, как при сцепленном наследовании, то все протекает по-другому, но это уже предмет изучения следующей статьи.

Каждая особь AaBb образует 4 типа гамет, возможных гибридов второго поколения получается 16. При таком обилии гамет и большом количестве потомков, разумнее использовать решетку Пеннета, в которой вдоль одной стороны квадрата расположены мужские гаметы, а вдоль другой — женские. Это помогает более наглядно представить генотипы, получающиеся в результате скрещивания.

В результате скрещивания дигетерозигот среди 16 потомков получается 4 возможных фенотипа:

Желтые гладкие — 9
Желтые морщинистые — 3
Зеленые гладкие — 3
Зеленые морщинистые — 1

Очевидно, что расщепление по фенотипу среди гибридов второго поколения составляет: 9:3:3:1.

Пример решения генетической задачи №1

Доминантный ген отвечает за развитие у человека нормальных глазных яблок. Рецессивный ген приводит к почти полному отсутствию глазных яблок (анофтальмия). Гетерозиготы имеют глазное яблоко малых размеров (микрофтальмия). Какое строение глазных яблок будет характерно для потомства, если оба родителя страдают микрофтальмией?

Обратите внимание на то, что доминирование генов неполное: человек с генотипом Aa будет иметь промежуточное значение признака — микрофтальмию. Поскольку доминирование неполное, то расщепление по генотипу и фенотипу совпадает, что типично для неполного доминирования.

В данной задаче только ¼ потомства (25%) будет иметь нормальные глазные яблоки. ½ часть потомства (50%) будет иметь глазное яблоко малых размеров — микрофтальмию, и оставшаяся ¼ (25%) будут слепыми с почти полным отсутствием глазных яблок (анофтальмией).

Не забывайте, что генетика, по сути, теория вероятности. Очевидно, что в жизни в такой семье может быть рождено 4 подряд здоровых ребенка с нормальными глазными яблоками, или же наоборот — 4 слепых ребенка. Может быть как угодно, но мы с вами должны научиться говорить о «наибольшей вероятности», в соответствии с которой с вероятностью 50% в этой семье будет рожден ребенок с микрофтальмией.

Пример решения генетической задачи №2

Полидактилия и отсутствие малых коренных зубов передаются как аутосомно-доминантные признаки. Гены, отвечающие за развитие этих признаков, расположены в разных парах гомологичных хромосом. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье, где оба родителя страдают обеими болезнями и гетерозиготны по этим парам генов.

Я хочу сразу навести вас на мысль о III законе Менделя (закон независимого наследования), который скрыт в фразе » Гены . расположены в разных парах гомологичных хромосом». Вы увидите в дальнейшем, насколько ценна эта информация. Также заметьте, что речь в этой задаче идет о аутосомных генах (расположенных вне половых хромосом). Аутосомно-доминантный тип наследования означает, что болезнь проявляется, если ген в доминантном состоянии: AA, Aa — болен.

В данном случае мы построим решетку Пеннета, которая сделает генотипы потомства более наглядными. Вы видите, что на потомстве буквально нет ни одного живого места: почти все 16 возможных потомков больны либо одним, либо другим заболеванием, кроме одного, aabb. Вероятность рождения такого ребенка очень небольшая 1/16 = 6.25%.

Пример решения генетической задачи №3

У голубоглазой близорукой женщины от брака с кареглазым мужчиной с нормальным зрением родилась кареглазая близорукая девочка и голубоглазый мальчик с нормальным зрением. Ген близорукости (A) доминантен по отношению к гену нормального зрения (a), а ген кареглазости (D) доминирует над геном голубоглазости (d). Какова вероятность рождения в этой семье нормального кареглазого ребенка?

Первый этап решения задачи очень важен. Мы учли описания генотипов родителей и, тем не менее, белые пятна остались. Мы не знаем гетерозиготна (Aa) или гомозиготная (aa) женщина по гену близорукости. Такая же ситуация и с мужчиной, мы не можем точно сказать, гомозиготен (DD) он или гетерозиготен (Dd) по гену кареглазости.

Разрешение наших сомнений лежит в генотипе потомка, про которого нам рассказали: «голубоглазый мальчик с нормальным зрением» с генотипом aadd. Одну хромосому ребенок всегда получает от матери, а другу от отца. Выходит, что такого генотипа не могло бы сформироваться, если бы не было гена a — от матери, и гена d — от отца. Следовательно, отец и мать гетерозиготны.

Теперь мы можем точно сказать, что вероятность рождения в этой семье нормального кареглазого ребенка составляет ¼ или 25%, его генотип — Ddaa.

Аутосомно-доминантный тип наследования

Я не забыл о том, что по ходу изучения генетики вас надо научить видеть различные варианты наследования на генеалогическом древе (родословной) =) Из предыдущей статьи мы узнали о том, как выглядит и чем характеризуется аутосомно-рецессивный тип наследования, сейчас поговорим об аутосомно-доминантном, с которым мы столкнулись в задачах выше.

Аутосомно-доминантный тип наследования можно узнать по следующим признакам:

Болезнь проявляется в каждом поколении семьи (передача по вертикали)
Здоровые дети больных родителей имеют здоровых детей
Мальчики и девочки болеют одинаково часто
Соотношение больных и здоровых 1:1

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Семена F1: особенности гибридов, технологии производства и преимущества

Последнее время в мире все чаще используются гибридные семена вместо сортовых. Последние от своих «родителей» берут все генетически обусловленные особенности и характеристики, как положительные, так и отрицательные. Интересная особенность наблюдается при выращивании на участке самоопыляющихся растений – в течение нескольких лет в процессе созревания растение может потерять некоторые характеристики своего сорта (из-за примесей пыльцы от других растений и из-за отсутствия регулярного процесса отбора наиболее качественных семян).

Для того, чтобы растение всегда обладало преимуществами своих родителей и не теряло положительные особенности сорта, раз в несколько лет (3-5) следует обновлять посевы на грядках, удаляя неотобранные семена четвертого или даже пятого поколения. Для последующей посадки подойдут гибридные семена F1 – это и есть посевной материал первого поколения, сохранивший в себе все положительные характеристики родительских сортов. Почему гибриды F1 настолько популярны, как получают такие семена, и в чем их преимущества?

Технология производства гибридных семян F1

Сейчас гибридные семена используют по всему миру – они лидируют на сельскохозяйственном рынке не только стран СНГ, но и в США, Японии и странах Европе. Дело в том, что такой посевной материал дает отличный, стабильный урожай с однородными плодами. Плоды, полученные от семян f1, пригодны для длительного хранения, отличаются высокой стрессоустойчивостью к болезням и другим факторам. Если говорить о селекции, то гибрид – это отличный способ быстро и с минимальными временными затратами получить ожидаемые характеристики плода вплоть до размера плода, его урожайности и вкусовых характеристик.

В зависимости от особенностей скрещиваемого растения существует две крупные технологии производства гибридных семян:

Создание F1 от культур, которые в естественной среде размножаются ручным опылением.
Получение гибридных семян от растений, которые размножаются генетически контролируемым опылением.

В последнем варианте важно учитывать генетическую самонесовместимость. Это значит, что пыльца от одного и того же растения не может гарантировать опыления. Также важно учитывать генетическую стерильность мужских растениях, которая также случается при генетически контролируемом опылении.

Поэтому гибридные семена проще получить путем ручного опыления. Сам метод очень простой. Он предусматривает удаление пыльника (это мужской половой орган растения). Это будет отцовское растение для получаемых семян. Пыльцу из пыльника переносят на женское растение для получения гибрида первого поколения. Несмотря на простоту самой технологии, для получения качественных семян F1 нужно соблюдать полную стерильность процесса и его аккуратность.

Интересный факт, но производство гибридного посевного материала распространено в странах с высоким уровнем развития сельского хозяйства (США, страны Европы и Канады). Дело в том, что технология требует соблюдения определенных климатических условий, автоматизация процессов для получения экономически оправданного количества семян. В России и странах СНГ чаще практикуют ручной способ опыления в производстве гибридов. На территории РФ система генетического контроля возможна только в теплых регионах (Северный Кавказ, Краснодар, Ростовская область). Это обуславливается благоприятным климатом этих регионов.

Сама технология получения гибридных семян требует обязательной стерильности. Предварительно отбираются качественные родительские культуры, которые изолируются от общей массы овощной посадки. Родительские культуры для производства гибридов высаживают в отдельной теплице с соблюдением стабильных климатических условий, попадание пыльцы других растений исключается.

Как происходит отбор таких родительских сортов? Очень просто. Допустим, есть два сорта томатов или огурцов с хорошим урожаем. Но у одного из них слишком высокие ростки (а это мешает созревать крупным и сочным плодам), а другой – наоборот дает чрезмерно крупные плоды, которые не подходят для длительного хранения и консервации. Если получить гибриды из двух этих сортов, то благодаря умелой селекции в первом поколении можно получить высокоурожайное растение с идеальным ростом стеблей и оптимальным размером плодов.

Первое поколение семян-гибридов дает в разы больше семян в плодах по сравнению с обычным сортовым разведением растений. В последнем случае бОльшая часть семян образовывается в первых и наиболее сильных плодах. К примеру, гибриды первого поколения помидор дают до 1700-1800 семян.

С гибридами связано еще одно интересное явление – гетерозис. Это понятие, подразумевающее выращивание новых сортов растений из наименее похожих друг на друга родительских сортов. Дело в том, что генетически у таких растений есть бОльший шанс на оплодотворение, так как разный генетический материал легче создает один новый гибридный сорт без отклонений.

Гетерозис начали исследовать еще в двадцатых годах прошлого века. И результаты такой селекции были настолько впечатляющими, что сейчас в государствах с развитым сельским хозяйством практически не выращивают сортовых растений, так как экономически более оправдано разведение гибридных растений.

Преимущества гибридных семян F1

Так в чем же преимущества гибридных семян по сравнению с обычным сортовым разведением?

Во-первых, гибриды первого поколения более однородны по своим характеристикам. Родительские линии подбираются селекционерами по определенным заранее параметрам, поэтому морфологические признаки у таких растений более однородны. Выбираются только качественные и сильные сорта для селекции, и гибриды первого поколения отличаются повышенным уровнем урожайности, они менее подвержены негативному воздействию раздражающих факторов внешней среды. Сама продукция, полученная из таких семян, всегда обладает ожидаемыми характеристиками, а значит, несет бОльшую ценность для аграриев.

Гибридные сорта ценят еще за одну особенность – их способность хорошо приспосабливаться в различных условиях внешней среды. Если обычные сортовые растения могут давать очень плохой урожай в меняющемся климате, то семена F1 в переменчивых условиях ведут себя более устойчиво. Даже при условиях посева в тяжелых условиях (ранняя весна с возможными заморозками, резкими перепадами температуры при смене сезонов), гибридные растения сохраняют свои характеристики и могут давать отличный урожай. Благодаря правильной селекции устраняются негативные корреляции в генетике растения, получая невиданные в сортовых растениях характеристики вроде высокой урожайности и ранних сроков созревания растения.

Почти все гибриды F1 генетически устойчивы к различному роду заболеваниям и вредителям, даже если они свойственны тому или иному растению. Такое преимущество особенно ценно в случае тепличного выращивания овощей. Дело в том, что в тепличном грунте после многосезонного выращивания тех или иных культур накапливается большое количество патогенной микрофлоры. В такой почве быстро развиваются вредители и различные микроорганизмы, которые могут навредить растению. Даже химическими методами устранить вредителей в тепличном грунте не всегда возможно. Более того, обработка грунта пестицидами и другими химикатами негативно сказывается на питательной ценности растения, и при возможности такого воздействия лучше избегать.

Если же вы высаживаете семена с маркировкой F1, то таким образом вы снижаете риск заражения вредителями в закрытом грунте. Уже на этапе селекции определяются наиболее свойственные для определенного растения заболевания и в процессе выведения нового сорта повышается их генетическая устойчивость к таким болезням. Например, некоторые сорта томатов выводят в лаборатории с устойчивостью к четырем заболеваниям.

Также гибридные семена советуют новичкам, так как благодаря контролируемой селекции хорошо понятны идеальные условия для выращивания такого растения. На упаковках гибридных семян часто пишут детальную инструкцию и даже пошаговый алгоритм выращивания максимального количества урожая с гибридных семян. Это существенно облегчает жизнь начинающим огородникам и позволяет получить роскошный урожай с первой попытке на любом грунте.

Ввиду описанных выше особенностей гибридных семян они идеально подойдут для посева на небольшом участке. Если для сортовых культур обязательно предусматривают минимально необходимую площадь для каждого куста (она относительно большая), а сами растения требуют значительного ухода, то выращивание гибридов позволит получить весомый урожай с небольшого участка.

Итак, основные преимущества гибридных семян растений в том, что они дают однородные биологически и морфологически растения с однородными плодами, сбалансированными по размеру, урожайности и вкусовым качествам. Гибриды первого поколения устойчивые к различным заболеваниям и вредителям, отлично растут в меняющихся климатических условиях и закрытой почвы. Поэтому для небольшого участка на даче или теплицы такие семена подходят идеально (и даже рекомендуется не выращивать растения из сортовых!).

Но у гибридных растений есть один серьезный недостаток по сравнению с сортовыми – с них нельзя заготавливать семена. Дело в том, что потомство от гибридов первого поколения ввиду разнородности генетической составляющей будет разнородным, урожай, как правило, низкий, а качество плодов оставляет желать лучшего. Поэтому на следующий год придется закупить новые гибридные семена. Хоть они немого дороже сортовых, но зато качество и количество урожая полностью оправдывают начальные затраты.

Кстати, не следует ошибочно путать гибридные семена с генномодифицированными. В первом случае для получения семян F1 используются достижения селекции, а не генной инженерии. Растение получают совершенно естественным способом (опылением). В тоже время, генная модификация предусматривает изменение генетического кода растения. Последний способ повышения урожайности и качества плодов еще не до конца исследован, поэтому возникают вопросы касательно безопасности употребления в пищу генномодифицированных продуктов в долгосрочной перспективе. Гибриды в этом плане полностью безопасны.

Итоги

Бесспорно, в сельском хозяйстве имеют право на существование и использование как сортовые, так и гибридные семена и растения. Первые хорошо подходят для длительного выращивания на протяжении нескольких сезонов. Их выбирают дачники с большим опытом, относительно большой площадью участка. В выборе сортовых семян нужно быть особенно осторожным, подбирая только те растения, которые будут хорошо расти на имеющейся у вас почве и в климатических условиях.

Гибридные семена идеально подойдут для домашнего выращивания на небольших участках. Они дают хороший урожай и качественные плоды практически в любых климатических условиях и на любой почве. Вы можете не беспокоиться о болезнях и вредителях – гибридные семена дадут хороший урожай с сочными плодами.

Источник