Биологические основы семеноводства

Биологической основой семеноводства является поддержание генетической типичности сорта при сохранении нормы изменчивости хозяйственно ценных признаков или получение гетерозисных гибридов, отличающихся высокой урожайностью и хорошими товарными качествами продукции.
Для сохранения генетической типичности сорта необходимо научно обоснованное использование явления разнокачественное семенного материала. Разнокачественность семян может быть четырех типов: генетическая, матрикальная (материнская), экологическая и агроэкологическая (агротехническая).
Генетическая разнокачественность является основой биологических методов сохранения сортовых качеств семян овощных растений. Она вызывается изменением генетического кода ДНК мужских и женских половых клеток, происходящим в результате взаимодействия организма и условий внешней среды (мутации), а также в результате переопыления растений разных сортов. Эти изменения обусловливают неоднородность наследственных признаков растений. В процессе семеноводства, используя генетическую разнокачественность, выбраковывают растения с признаками, нетипичными для данного сорта.
Явление генетической разнокачественности используется при получении гетерозисных форм растений, отличающихся повышенной урожайностью, скороспелостью, высоким качеством продуктовых органов, устойчивостью к неблагоприятным условиям, болезням.
Гетерозис может быть соматическим, когда увеличивается вегетативная масса растений, репродукционным – при увеличении урожая плодов и семян и адаптивным – при повышении устойчивости растений. Он проявляется при межсортовых скрещиваниях, а также при межлинейной гибридизации перекрестноопылителей после их предварительного самоопыления (инцухтирования) и получения однородных самоопыленных (инбредных) форм. В этом случае гетерозисный эффект оказывается особенно значительным. Проявление гетерозисного эффекта может наблюдаться также при межвидовой гибридизации и при получении полиплоидных форм. В практическом семеноводстве для повышения продуктивности овощных растений используют гетерозис, возникающий при межсортовых скрещиваниях, межлинейной гибридизации и получении полиплоидных форм.
Многочисленные опыты, проведенные в разных климатических зонах, а также в других странах, показали, что межсортовые гибриды самоопыляющихся и перекрестноопыляющихся растений дают по сравнению с исходными родительскими сортами прибавку урожая до 30-50%. Однако получение гетерозисных гибридов связано с большими затратами труда на кастрацию и искусственное опыление цветков. Чтобы снизить затраты на гибридизацию, используют цитоплазматическую мужскую стерильность (ЦМС), частичную двудомность (у огурца), генетические маркеры растений, функциональную мужскую стерильность и самонесовместимые линии (у белокочанной капусты).
Растения, обладающие ЦМС, не образуют жизнеспособной (фертильной) пыльцы. Такие формы обнаружены у лука, моркови и других культур. Подбирая опылители, не восстанавливающие фертильность (закрепители стерильности), можно при размножении растений с ЦМС сохранять их стерильность, формируя стерильные линии, а затем использовать в качестве материнских форм для гибридного семеноводства при естественном самоопылении, применяя в качестве отцовских компонентов сорта или самоопыленные линии, отличающиеся высокой комбинационной способностью и обеспечивающие высокий гетерозисный эффект получаемых гибридов.
У огурца имеются образцы, отличающиеся частичной двудомностью растений. Часть растений этих форм образует только женские цветки или формирует мужские цветки в конце своего развития.
В 30 годах Н. Н. Ткаченко на Крымской опытно-селекционной станции ВИР (Краснодарский край), скрещивая японские формы частично двудомного огурца с сортом Нежинский, вывел частично двудомный сорт Посредник 97. Используя его в качестве материнской формы и удаляя растения с мужскими цветками, можно получать гибриды при свободном опылений с другими сортами. Таким образом Н. Н. Ткаченко создал первый районированный в открытом грунте гибридный сорт огурца Успех 221. Сорта с частичной двудомностью были выведены также на Майкопской опытной станции ВИР (Изобильный 131 и Плодовитый 137). От скрещивания этих сортов с сортами Муромский 36, Вязииковский 37, Ржавский местный, Алтайский ранний 166, получены гетерозисные гибриды огурца ВИР 501, ВИР 502, ВИР 503.
Для размножения линий огурца чисто женского типа в первичном семеноводстве точку роста их растений в фазе двух настоящих
листьев обрабатывают 0,05% раствором гиббереллина. После такой обработки, которую повторяют через 10-12 дней, на растениях женского типа формируются мужские цветки, что обеспечивавет возможность получения их семян.
Функциональная мужская стерильность связана с тем, что у растений не раскрываются пыльники в цветках и поэтому у линий с таким типом стерильности не может происходить опыление цветка собственной пыльцой или пыльцой других стерильных растений. такого же типа. Функциональная мужская стерильность используется при получении гибридных семян томата.
Межлинейная гибридизация самоопыленных (инбредных) форм обеспечивает более высокий гетерозисный эффект, чем межсортовая гибридизация. Это объясняется тем, что при самоопылении растений повышается их гомозиготность – генетическая однородность растений и несколько ослабляется жизнеспособность, а при последующем скрещивании двух самоопыленных линий наблюдается резкое повышение силы роста и продуктивности гибридов. Простые и двойные межлинейрые гибриды получили широкое распространение при выращивании кукурузы. В овощеводстве этот метод применяется для получения гибридных семян тепличных сортов огурца, гибридных семян сахарной кукурузы и гибридных семян капусты.
Генетическими маркерами растений являются рецессивные признаки материнской формы, которые не проявляются у гибридов первого поколения, при скрещивании их с отцовскими формами, имеющими соответствующие доминантные признаки. В качестве генетических маркеров можно использовать признак цельнокрайного листа у арбуза (рецессивный признак), штамбового куста у томата. При посеве семян, полученных от опыления цветков материнских форм: генетическими маркерами пыльцой от отцовских форм, с соответствующими доминантными признаками (рассеченный лист арбуза, обыкновенный тип листа у томата), при прореживании или пикировке все растения с генетическими маркерами удаляют как негибридные и оставляют только гибридные формы с доминантным признаком отцовского компонента.
Большой интерес представляет получение гетерозисных форм при использовании триплоидов – растений, имеющих три гаплоидных набора хромосом вместо двух наборов у обычных диплоидных форм. Сначала получают тетраплоиды – растения с четырьмя наборами хромосом, обрабатывая проростки диплоидных растений слабыми растворами колхицина. При скрещивании тетра-плоидных форм с диплоидными в Японии получили триплоидный бессемянный арбуз. В России с помощью этого метода получены триплоидные формы сахарной и кормовой свеклы, триглоидный бессемянный огурец.