XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Моя первая селекция
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Недавно я посмотрел художественный фильм про великого советского ученого и селекционера Ивана Владимировича Мичурина, который в течение 60 лет занимался выведением новых сортов плодовых деревьев и других культурных растений. Меня настолько поразил этот человек и проделанная им работа, что я сам решил заняться селекцией.
И каково же было моё удивление, когда я узнал, какое разнообразие гибридов вывело человечество. Это и пайнбери- белая земляника со вкусом ананаса (гибрид разных сортов клубники чилийской и фиджийской). Ежемалина- гибрид малины и ежевики. Капуста Романеско- гибрид брокколи и цветной капусты. Лунный арбуз получился при скрещивании астраханского сорта арбуза и дикорастущего. (Приложение 1)
Ятоже решил попробовать вывести улучшенный или даже создать совершенно новый, не существующий до меня сорт растения.
Актуальность темы:
Эту тему я считаю актуальной, так как выведение нового сорта растения, который будет иметь совершенно новую уникальную окраску, обладать улучшенными вкусовыми, морозоустойчивыми качествами, дающего плоды более длительное время, заинтересует многих людей.А также, если мне удастся вывести новый сорт растения, то любой человек захочет иметь у себя более вкусный плод или более красивый цветок, а может и приобрести к себе на участок совершенно новое уникальное растение, названное моим именем.
Объект исследования: культурные растения на моём участке.
Предмет исследования: выведение нового сорта растений.
Гипотеза:
Я считаю, что,изучив методы селекции, можно вывести новый вид или сортрастений у себянаучастке.
Цель:
Изучение методов селекции и выведение с помощью одного из них новых сортов растений
Задачи:
1.Изучить литературу по данной теме.
2. Провести анкетированиеодноклассников.
3. Выбрать метод селекции для выведения нового сорта растения.
4. Скрестить растения.
5. Вывести улучшенный новый вид растения.
Методы исследования:
Обзор источников информации, метод искусственного отбора, эксперимент, наблюдение, сравнение,анализ результатов.
Глава1ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
1.1История возникновения селекции.
Из источников интернета и книг я узнал, что селекция как способ выведения понравившихся сортов растений существует издавна. 8000-9000 тысяч лет назад. Люди уже в те времена стали заниматься искусственным отборомс целью выведения сортов растений, обладающих хозяйственно-ценными качествами. Существуют сведения, что арабы за долго до новой эры применяли искусственное опыление финиковых пальм, а ученые древнего Китая дают указание на значение отбора колосьев у злаковых растений. Но все селекционные мероприятия того времени имели интуитивный характер, так как люди еще не знали законов онаследственности и изменчивости растений. (1 стр. 10-13)
Свое широкое развитиеселекция как наука получила с развитием генетики. Стали создаваться научные институты по развитию селекции. Огромный вклад в отечественную селекцию внес ученый Н.И. Вавилов, ставродоначальником в отечественной селекции. Н.В. Цинин вывел новые гибриды пшенично-пырейных растений, А.А Сапегин занимался селекцией зерновых культур, И. В. Мичурин внес огромный вклад в выведение плодово-ягодных культур.
1.2 Селекция и её методы.
Изучив литературу, я понял, что селекция — это наука, которая занимается созданием новых и улучшением уже существующих сортов растений. Существует несколько основных методов селекции.
Метод искусственного отбора — это метод, когда человек отбирает растение по отдельным интересующим его признакам. Есть две формы такого отбора: бессознательный отбор(по внешним признакам отбирают лучшие сорта и размножают их) иметодический отбор (человек уже сознательно создает новые формы растений с использованием различных технологий) (5 стр. 463).
Следующийметод- гибридизация. Существует два типа: инбридинг иаутбридинг. Инбридинг — это близкородственное скрещивание, при котором у потомства закрепляются нужные качественные признаки. Минус этого метода в том, что вместе с качественными признаками передаются и неблагоприятные признаки, например, болезни. Плюс такой гибридизации в том, что гибрид будет обладать лучшими качествами, чем его родители. Он будет более сильным и плодовитым, но со следующего поколения эти качества исчезают, и при сборе таких семян и их посадке урожайность вас разочарует. В магазинах такие семена на этикетке обозначены буквой F1,и такие семена нужно покупать каждый год. Аутбридинг — это неродственное скрещивание (разных видов, разного рода). А растения разных видов не могут давать потомства, и поэтому человек с помощью ионизации, низких температур, химических веществискусственно дает возможность новому выведенному гибриду давать потомство, при котором происходит наследственное изменение, которое многократно увеличивает количество хромосом и происходит дальнейшее размножение растения.(3 стр.13)
Искусственный мутагенез — это изменение растений под действием человека. Люди используют радиоактивное излучение или химические вещества, которыми обрабатывают семена растения дляизменения его генного или хромосомного состава, затем с помощью массового или индивидуального отбора получают растение с нужными признаками, которые дают потомство. (1стр. 236.)
Полиплоидия - искусственное увеличение набора хромосом в растениях при помощи ядов.
Таким образом, селекция нужна нам для того, чтобы получить высокоурожайные, устойчивые к вредителям и болезням растения. Для этого учёными разработаны методы селекции.
Глава 2ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Результаты анкетирования.
В анкетировании приняло участие 22 ученика моего 3-А класса.Из полученных данных я выяснил, что из предложенных ответов на вопрос, чем занимается наука селекция,77% ответили выведением новых сортов. А вот на вопрос, кто был одним из первых родоначальников в отечественной селекции,только 41% дали правильный ответ - Николай Вавилов. На вопрос, приходилось ли вам самим выводить новый сорт растения,68% ответили – нет. Последним моим вопросом был, хотели бы вы сами вывести новый сорт растения? 78% ответили - да. (Приложение 2)
Обработав данные, я сделал вывод, что большинство ребят знакомы с такой наукойкак селекция, но знания эти поверхностны. Большинство ребята хотели бы сами вывести новое растение, но не знают как. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что ребятам интересна эта тема, но ими она еще малоизучена.
2.2. Моя работа по гибридизации.
Прежде чем приступить к селекции растений, я составил план:
- изучить исходный материал
- подготовить необходимые инструменты и приспособления
- произвести гибридизацию
- вести постоянное наблюдение и уход за скрещенными растениями до полного созревания плода
- делать записи наблюдений в дневнике
- собрать семена со скрещенных растений
- попробовать сократить срок получения гибридных растений, посадив собранные семена дома в комнатные горшки
- произвести анализ проделанной мной работы с выявлением минусови плюсов в ней.
Изучивлитературу по теме, я узнал, что наследственная изменчивость бывает мутационная, возникающая под воздействием внешних факторов или с помощью химических веществ, и комбинативная, в результате скрещивания происходит перестановка генов в растении, и они изменяют свои признаки.
Яопределил, что цветы состоят из цветоножки, на которой расположено цветоложе с околоцветником. Он имеет лепестки или венчик, пестик, который состоит из рыльца, столбика и завязи. Внутри завязи есть семязачаток и яйцеклетка. Вокруг пестика тычиночные нити, на конце которых тычинки,состоящие из пыльника, внутри которого находится пыльца.
Еще один очень важный момент при искусственном опылении — это выбор материнского цветка. Так как цветы бывают разнополыми: мужские с наличием тычинок, которые вырабатывают пыльцу, женскиес пестиком, из которого после опыления с пыльцой развиваются плоды (Приложение3) и цветки с признаками обоих полов(гермафродиты).А таких цветков большинство.
Изучив все методыселекции, я остановился нагибридизации, таккак считаю, что это самый доступный метод для начального этапа в моей селекции.
Я подготовил все необходимые принадлежности: пробирки, прозрачные бутылки, которые нужны для сбора пыльцы, тонкие ножницы и иголку для удаления пыльников, небольшие мешочки из светлой хлопковой ткани для изоляции опыляемого цветка от других растений и насекомых, которые могут опылить цветок,кисточки с мягким ворсом и ватные палочки для нанесения пыльцы, скотч, блокнот для записи моих экспериментов и исследований. (Приложение 4)
Вот,наконец, на нашем участке зацвели первые растения, и я приступил к долгожданной работе. Я начал с выбора цветков. Хочу обратить ваше внимание, что нужно выбирать самые здоровые и крепкие растения. Если вы скрещиваете кусты или деревья, то лучше выбирать цветки, расположенные на нижних ветках, так как они получают большее количество питательных веществ.
Эксперимент 1.
Для гибридизации я определилдва первых растения: крыжовник(сорт «Уральский изумруд») и красную смородину(сорт Андрейченко). Крыжовник стал опыляемым растением(материнским растением), а красная смородина – опылителем(отцовским). Затем я выбрал самое крупное и здоровое соцветие. До распускания цветка я удалил с бутона тычинки, оставив один пестик,и закрыл цветок хлопковым мешочком на два дня до созревания пестика. Тем временем срезал с отцовского куста (красная смородина) пыльники с пыльцой в пробирку и оставил их созревать, пока пыльники не лопнут, и готовая пыльца окажется снаружи. Через два дня, после созревания пестика и пыльцы, я приступил к опылению. С помощью кисти я взял пыльцу и легкими движениями нанес её на пестик. Тоже я повторял три дня подряд. Сразу после опыленияя закрывал цветок мешочком, это очень важно делать, так как пчелы или бабочки могут опылить растение. После трехдневного искусственного опыления оставил цветок изолированным и стал ждать результата. Если опыление пройдёт удачно, то через 10-14 дней можно увидеть завязь плода. В моем случае я увидел результат через 12 дней. Открыв мешочек, я обнаружил плод размером 5-7 мм, сочный и зеленый. В процессе всего созревания я периодически открывал и проверял мой плод. Очень важно в период всего вегетационного периода растения ухаживать за ним: я проводил полив, удобрял, пропалывал.
В итоге к концу созревания19.08.19.я получил отличный плод, который я сорвал, достал семена и сохранил их до будущей весны для посева.А полученные, проросшие из семянрастения и будут являться гибридными, которые возьмут лучшие качества от своих родителей. (Приложение 5)
Эксперимент 2.
Для следующего скрещивания я использовал растения двух разных видов: яблоню(сорт «Уральское наливное» (материнское растение) и вишню(отцовское). Проделал всю вышеперечисленную работу. Я обратил внимание на одну особенность, что количество тычинок на вишне (их очень много) отличается от количества тычинок на яблоне и крыжовнике. Поэтому процесс удаления тычинок у вишни требует особого внимания, так как нужно постараться удалить все до одной тычинки, чтобы не произошло ненужного опыления. При скрещивании яблони и вишни завязь не образовалась. Я могу предположить, что скрещивание разных видов при помощи опыления нерезультативно.Но возможно, что при выборе попался цветок мужского рода, так как, обратив внимание на другие цветы, я заметил, что завязь плода была не на всех цветках.
После неудачного скрещиванияя сделал вывод, что нужно проводить опыление с несколькими цветками одновременно. (Приложение 6)
Эксперимент 3.
Затем у нас зацвела ирга, и я решил скрестить её с крыжовником(сорт Уральский изумруд). Иргу я использовал в качестве материнского растения. Аккуратно удаливс неё все пыльники, а с отцовского дерева срезав пыльники в пробирку,через два дня я их опылил. Завязь я заметил на 11 день. В течение двух месяцев плод развивался отлично. Когда он созрел, я снял его и собрал семена. Промыв и высушив семена, я оставил их до следующей весны.
Эксперимент 4.
Следующей моей гибридизацией стали клубника ремонтантная и клубника сорта Фея. Материнским растением я выбрал клубнику сорта Фея, так как у неё большая плодоносимостьи очень сочные и сладкие плоды, а период отдачи плодов 2-3 недели. Отцовским растением стала клубника ремонтантная. Большой плюс этого сорта - плодоносит в течение всего вегетационного периода с единичным перерывом в две недели. Поэтому я решил скрестить эти сорта для того, чтобы получить новый улучшенный сорт, который будет сочетать в себе лучшие качества двух сортов - плодоносить весь вегетационный период с более обильным плодоношением и более сочными и сладкими плодами.
Я приступил к гибридизации до распускания бутона, удалив у цветка материнского растения тычинки. В этот раз я решил поэкспериментировать и сразу же заложил большое количество пыльников с пыльцой от отцовского растения в материнский цветок, накрыв его мешочком. Оставил и не трогал в течение двух недель. Я очень обрадовался, когда через четырнадцать дней обнаружил завязь плода. Аккуратно накрыв, я оставил плод созревать. Периодически открывая мешочек, я наблюдал за его развитием. Через 21 день ягода созрела. Хочу пояснить, что сама созревшая ягодаявляется материнским растением, а вот семена, находящиеся в ней, уже гибридные и будут обладать качествами обоих родителей.
После того, как я достал изсозревшей ягоды все семена, решил не оставлять их на следующий год, а посадить в горшочке у себя на подоконнике. Промыв семена, я просушил их и проделал стратификацию (подержал несколько дней в холодильнике при температуре +6 градусов). Затем посадил семена в удобренную почву. Через 13 дней я заметил ростки, а в течение месяца у меня проросли 11 гибридных кустиков клубники. Когда они достаточно подросли, я пересадил их в отдельные горшочки. И к следующему посадочному году у меня уже будут однолетние кустики, которые начнут плодоносить.
Таким образом, мне удалось сократить срок периода плодоношения клубники на целый год. Это еще один мой успех. (Приложение 7)
Эксперимент 5.
Новым моим скрещиванием стала черноплодная рябина (материнское растение) и малина ремонтантная(отцовское). Скрещивание прошло удачно, после опыления через 12 дней я заметил завязь. Хочу заметить, что в этом случае я закладывал в материнский цветоксразу срезанные пыльники,которые дозревали уже внутри цветка. После созреванияоно составило 64 дня, я сорвал плод и собрал семена.
Эксперимент 6.
Ещё я скрестил малину ремонтантную и клубнику ремонтантную. Сложность в этой работе у меня возникла при удалении тычинок у малины, так как их огромное количество и они настолько мелкие, что мне пришлось воспользоваться лупой для их полного удаления, иначе, могло бы произойти самоопыление. Здесь я опылял как цветок малины, так и клубники, то есть оба эти цветка я использовал как материнские. На цветок малины наносил пыльцу клубники и наоборот. В результате у меня материнская ягода клубники плода не дала, а вот у ягоды малины образовалась завязь и вырос плод через 36 дней.(Приложение 8)
Я собрал семена и решил так же, как и клубнику посадить в горшок. Через некоторое время я заметил один росток, я стал ухаживать за ним и на данный момент мой гибрид достиг роста 15 см. Строение моего растения, как и у клубники, имеет корневище и растущие от него листья. Но вот когда растение стало крупнее, я заметил, что мой гибрид внешне отличается от обычного растения клубники и малины. Это видно по строению листа.
У клубники на черешке находится три пластины (тройчатый),а у моего гибрида имеется пять отдельных листовых пластин. Я посмотрел научную литературу, но ничего подобного не нашёл. (Приложение 9)
Вывод: мне удалось вывести новый гибрид. На данном этапе своего развития он уже отличается по строению от своих родителей. Остается ждать, когда растение даст плод и оценить его внешние и вкусовые качества.
Эксперимент 7.
Искусственное опыление томата Черри(материнское) и томата сорта Ракета(отцовское) принесло мне положительные результаты,я получил желаемую завязь растения, а затем сорвал поспевший плод, из которого получил гибридные семена.Только хочу уточнить, что семена материнского и отцовского растений должны быть не гибридами. Так как такие растения не дадут желаемого потомства с хорошим плодоношением. Этисемена очень легко определить,они в магазинах помечены буквойF1.
Эксперимент 8.
Следующим моим экспериментом по скрещиванию стали цветы. Я взялдве тигровые лилии разныхцветовдля получения нового окраса, выбрав материнским цветком лилию желтого цвета. Хочу отметить, что это самое легкое опыление, которое я проводил, так как размер пестика, тычинок крупный и количество пестиков всего шесть. После созревания25.08.19я собрал семена. Часть посадил сразу, а часть оставил на будущий год, так как моя посадка проходила уже осенью, и я боялся, что моим росткам просто не хватит солнечного света для прорастания.(Приложение 10)
Эксперимент 9.
При скрещивании люпина розового (материнское растение) и львиного зева бархатного, бордового окраса (отцовское растение) завязь не произошла.
Предполагаю, что завязи нет, так какрастения относятся к разным семействам. Люпин семейства бобовые, а львиный зев подорожниковые. И скорей всего здесь произошло несовпадение числа хромосом или проблема с генами. Кстати, я узнал, что такое растение лучше прививать черенкованием, то есть привить черенок в корень. Так происходит большая вероятность совпадения генов растений.
Эксперимент 10.
При скрещивании лилии Тигристой (материнское растение) и эшольции(отцовское растение)завязь получилась. Через 27 дней я получил семена гибридного растения, некоторые я посадил сразу в горшок, а часть оставил на будущий год.
Эксперимент 11.
Последними моими растениями для скрещивания стали гладиолус белый (материнское растение) и циниякрасная(отцовское растение). Завязь прошла удачно: образовался плод,но, к сожалению, на улице произошли заморозки и мой плод подмерз. Поэтому при скрещивании поздних растений нужно пользоваться укрывным материалом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Подводя итог первого года работы в области селекции, хочу отметить следующее:
- проводимые мной исследования по искусственному скрещиванию растений подтверждают мою гипотезу о том, что можно вывести новый сорт растений, зная научные принципы гибридизации;
- узнал, что такое селекция и изучил её основные методы;
- изучил строение цветка и выяснил, что у разных растений количество тычинок очень различается (от шести у лилии и до огромного количества у малины);
- самостоятельно провел селекцию растений с помощью одного из её методов – гибридизации;
- узнал, что растения разных видов при скрещивании не дают потомства, так как их число хромосом в основном не совпадает, и чтобы скрестить такие виды, нужно применять специальные химические препараты;
-смог сократить срок созревания гибридного растения, посадив семена сразу в этом же году и вырастив его на подоконнике. А это очень важный момент, так как период у многих растений, особенно деревьев, от прорастания до плодоношения может достигать 20 лет;
- понял, что работа селекционера очень непроста и занимает долгие годы до того момента, как скрещенное растение вырастит и начнет плодоносить.
Моя работа в этом году была завершена, так как закончился вегетационный период растений, но планов на будущий год у меня еще больше. Определив все недочеты, я думаю, что моя гибридизация перейдёт на более высокий уровень. А еще я хочу опробовать и другие методы скрещивания, например, прививку растений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Барсуков Н. И. Советы садоводам. Омское книжное издательство 1988г.
Беккер. Х. Селекция растений. Товарищество научных изданий. Москва 2015г.
Вавилов.Н.И. Избранные произведения. Издательство наука Ленинград 1967г.
Вавиловский журнал генетики и селекции. http://vavilov.elpub.ru/jour
Пеляров. М.С. Биологический энциклопедический словарь. Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия» Москва 2003г.
Сергеев В.И. Садоводство и виноградарство. ВО «Агропромиздат» Москва 1990г.
https://helpiks.org/9-20233.html
http://megamozg.kz/index.php?page=theory&theme=selekciya