Значение селекции растений
Под селекцией подразумевается работа человека по улучшению и созданию новых сортов растений с целью удовлетворения потребностей людей в питании и домашних животных в кормах. Истоки селекции растений относятся к окультуриванию дикорастущих форм и началу развития земледелия, имевшим место приблизительно 10 тыс. лет назад. Фактически первоначальная селекция сводилась к подбору (отбору) лучших плодов или семян и их посеву или же только к сбору плодов в природных условиях. Делалось это с целью получения большего количества пищи. Процесс отбора и улучшения, сопровождавшийся выращиванием и размножением растений, проходил весьма медленно и привел к созданию культурных растений. Установлено, что человек на 50 % использовал культурные растения в пищу по крайней мере уже около двух столетий до нашей эры.
Улучшение растений в смысле создания новых форм, которые не удавалось обнаружить в естественных популяциях, было дальнейшим этапом в развитии селекции.
На этом этапе еще не были известны пол и генеративные органы растения, не знали, как проходит скрещивание. В Европе о первом исследовании, касающемся установления пола растения, сообщил в 1694 г. Р. Камерариус. Мнения, что растения размножаются половым путем, стали придерживаться только после опубликования в 1760 г. работ шведского ботаника К. Линнея, который описал генеративные органы многих видов растений и экспериментально получил гибриды от скрещивания различных разновидностей.
Основателем гибридизации (полового скрещивания) у растений считают И. Кельрейтера (1760), который провел и описал огромное число внутривидовых и межвидовых скрещиваний. Мощным стимулом для развития селекции растений послужили исследования Ч. Дарвина, результаты которых он обобщил в 1859 г. в своей широко известной книге «О происхождении видов путем естественного отбора». Вслед за этим в 1865 г. сделал свое открытие Г. Мендель, проводивший экспериментальные скрещивания различных сортов гороха. Между тем тогдашняя научная общественность не обратила внимания на значение этого открытия для генетики, не говоря уже о селекции растений. Пришлось ждать до 1900 г., прежде чем Э. фон Чермак, К. Корренс и X. де Фриз подтвердили открытие Менделя и указали на его огромное значение не только для развития генетики как самостоятельной научной дисциплины, но и для селекции живых организмов, основанной на законах генетики.
В XX веке использование методов внутривидовой гибридизации различных сортов, и специальных методов отбора в потомствах, расщепляющихся по признакам, дало прекрасные результаты в селекции растений и способствовало быстрому повышению продуктивности сельского и лесного хозяйства. Если в прошлом столетии сорта сахарной свеклы содержали около 9 % сахара, то сегодня получены сорта с 20%-ной сахаристостью. В период между двумя мировыми войнами сорта подсолнечника давали около 30% масла, а к настоящему времени получены гибриды с 50%-ной масличностью и даже генотипы, содержащие 60 % масла. Урожаи кукурузы 5,0 т/га, считавшиеся в первой половине нашего века рекордными, сейчас в США и Европе являются средними, а максимальные достигают 20,0 т/га. Средние урожаи новых сортов пшеницы составляют уже 6,0-8,0 т/га, рекордные превышают 10,0 т/га. Точно так же обстоит дело и с рядом других культур (табл. 1.1).
Роль новых сортов в увеличении продуктивности показана в исследованиях Ишизуки (1969), который установил, что новые сорта риса по сравнению со старыми могут давать прибавку урожая в 50-60 %. Это означает, что начиная с 60-х годов только благодаря селекции урожайность ежегодно повышалась на 1 % (табл. 1.2). Исследования, проведенные в Югославии, также показали, что новые сорта пшеницы в сходных агротехнических условиях могут давать урожаи на 50-60 % выше, чем старые.
Огромное число очень урожайных и качественных сортов яблони, груши, и других плодовых создано в плодоводстве. В виноградарстве, за исключением многих винных сортов, особенно большие успехи за последние десятилетия достигнуты в селекции столовых сортов винограда, отличающихся высокой продуктивностью, бессемянностью, пригодных для транспортировки и хранения.
Примеры из овощеводства и цветоводства свидетельствуют о том, что довольно частое изменение окраски и формы товарной, продукции не только повышает ее экономическую стоимость, но и улучшает товарные качества. Сколько уже создано сортов томатов, перца, салата, прекрасных сортов гладиолуса, розы, гвоздики и других растений!
После второй мировой войны наряду с классическими методами гибридизации в селекции растений нашел применение ряд новых методов - индуцированная полиплоидия и мутагенез, хромосомная инженерия (добавление и замещение хромосом), мужская стерильность и т.д. Вероятно, в будущем использование таких методов, как объединение цитоплазмы различных особей на клеточном уровне и генная инженерия, позволит создавать новые сорта или синтетические виды, которые пока еще не получены.
Таким образом, селекция растений представляет собой созидательный труд, без которого невозможно решить проблему производства продуктов питания на земном шаре. Более того, известно, что в настоящее время на одного человека в мире приходится менее 0,4 га пахотной земли и что резерв потенциальной пашни можно еще многократно увеличить. Несмотря на это, одним из решений проблемы снабжения продовольствием быстро растущего по численности населения планеты по-прежнему остается повышение урожайности культурного растения с единицы посевной площади.
В этом отношении достигнут значительный прогресс. Так, в большинстве стран за последние годы по сравнению с 50-ми годами урожайность основных культур удвоилась и утроилась (табл. 1.3). В дальнейшем прогресс будет зависеть от селекции новых сортов с высоким генетическим потенциалом продуктивности и от совершенствования приемов агротехники, которая позволит полнее реализовать этот потенциал.
Создание сортов с высоким генетическим потенциалом продуктивности - основной путь увеличения количества продуктов питания. Такие сорта требуют условий интенсивного производства, которые, однако, не всегда удается создать.
В странах мира, как и в Югославии, имеется немало песчаных, засоленных, кислых, заболоченных, переувлажненных и подверженных частому затоплению земель, которые используются в очень незначительной степени или вообще не находят применения. Эти земли необходимо мелиорировать или же создавать сорта, не только пригодные для успешного выращивания в подобных условиях, но и экономически рентабельные. Для районов, в очень сильной степени подверженных действию почвенной и воздушной засухи, с продолжительными морозами, сопровождающимися бесснежьем, постоянными сильными ветрами и т.п., также нужны сорта, устойчивые к этим условиям.
С другой стороны, ряд видов плодово-ягодных, лекарственных, кормовых и других культур, которые все чаще занимают пахотные земли и под которые начинают отводить больше площадей на равнинных территориях, необходимо выращивать на горных и малоценных землях, где в отличие от сахарной свеклы или кукурузы они могут давать очень хорошие урожаи.
Впредь необходимо создавать новые сорта различного назначения, используемые как для питания населения, так и на корм животным. Селекция растений, располагающая, помимо всего, огромными потенциальными возможностями, должна быть поднята на еще более высокий уровень. Приблизительно из 3 тыс. видов растений, которые тем или иным образом могут быть использованы как источники питания, только около 20-30 видов служат основными продовольственными культурами для всего человечества (рис. 1.1).
С учетом вышесказанного в следующих главах будут изложены теоретические основы, на которых строится селекция растений, и методы обработки опытных данных, служащие залогом успеха работы по созданию новых сортов растений.