Метод поліплоїдії широко застосовується селекціонерами до створення нових сортів рослин. Суть цього процесу полягає у збільшенні числа наборів хромосом у клітинах тканин організму, кратне одинарному (гаплоїдному) набору хромосом. В результаті відбувається збільшення розмірів самих клітин та всього організму в цілому. Це фенотипічні прояви поліплоїдії.
Ті організми, у клітинах яких є понад два набори хромосом, звуться поліплоїдів. Так, триплоїди містять три набори, тетраплоїди – чотири, пентаплоїди – п'ять і т.д. Поліплоїди, які мають непарний набір хромосом, є стерильними через те, що їхні статеві клітини з неповним набором хромосом, не кратним гаплоїдному, не діляться. Наслідки вони не дають. Доведено, що збільшення кількості хромосом підвищує стійкість рослин до патогенних мікроорганізмів та деяких інших несприятливих факторів зовнішнього середовища, зокрема до радіації. Це тим, що з ушкодженні однієї чи двох гомологічних хромосом інші такі ж залишаються недоторканими. Таким чином, поліплоїдні організми життєздатніші за диплоїдні.
Виникнення поліплоїдії
Причиною виникнення є нерозбіжність хромосом у мейозі. У такому разі у статевої клітини виявляється повний набір соматичної клітини. Якщо така гамета зливається із звичайною, то виходить триплоїдна зигота, що дає початок триплоїду. За умови, що дві гамети містять диплоїдний набір, їхнє злиття веде до утворення тетраплоїду.
Також поліплоїдні організми можуть виникнути при незакінченому мітозі. Тож якщо після подвоєння клітини немає її поділу, то виходить тетраплоид. Тетраплоїдні зиготи є попередниками тетраплоїдних пагонів, причому у квітках формуватимуться диплоїдні гамети замість гаплоїдних. При самозапиленні може утворитися тетраплоід, а при звичайному запиленні гаметою триплоїд. Якщо рослина розмножується вегетативним шляхом, то вихідна плідність зберігається. 
У дикій природі поліплоїдія широко поширена, проте представлена нерівномірно серед різних угруповань рослинних і тваринних організмів. Цей різновид мутацій відіграє важливу роль в еволюційних перетвореннях диких і культурних покритонасінних рослин, серед яких близько 50% видів є поліплоїдами.
Оскільки поліплоїдні рослини характеризуються цінними господарськими властивостями, то штучну поліплоїдизацію використовують у рослинництві для одержання селекційного матеріалу. Для цього в селекції застосовуються спеціальні мутагени, наприклад, колхіцин, який порушує розбіжність хромосом у мейозі та мітозі.
Приблизно 80% існуючих сортів різних видів культурних рослин є поліплоїдами. До них відносяться овочеві та плодово-ягідні культури, злакові, цитрусові, технічні, декоративні та лікарські рослини. Яскравим прикладом результату поліплоїдії служить триплоїдні цукрові буряки, які на відміну від звичайної, мають більшу врожайність вегетативної маси і більші розміри коренеплодів у поєднанні з їх підвищеною цукристістю і стійкістю до різних хвороб. Але триплоїдні рослини не дають потомства. Тому селекціонери можуть отримувати гібридне насіння тільки при схрещуванні тетраплоїдної та диплоїдної форм. Внаслідок доведеної стерильності триплоїдних гібридів було отримано безнасінні плоди кавуна, винограду, банана, які мають великий попит.
Існують такі види поліплоїдії: автополіплоїдія та алополіплоїдія. Перший вид описано вище. При алополіплоїдії вчені об'єднали метод штучної поліплоїдії з віддаленою гідридизацією. Так, були отримані плідні гібриди рослин, наприклад, редьки та капусти, пшениці та жита, пшениці та пирію. Ці гібриди мають високу врожайність, холодостійкість, невибагливість, стійкість до хвороб.
Питання 1. Назвіть основні форми видоутворення. Наведіть приклади географічного видоутворення.
Залежно від того, в результаті якихось ізолюючих механізмів - просторових або інших - виникає вид, розрізняють дві форми видоутворення: 1) алопатричне (географічне), коли види виникають з просторово роз'єднаних популяцій; 2) симпатричне, коли види з'являються на єдиній території.
Приклад географічного видоутворення - виникнення різних видів конвалії від вихідного виду, що мешкав мільйони років тому в широколистяних лісах Європи. Нашестя льодовика розірвало єдиний ареал конвалії на кілька частин. Він зберігся на лісових територіях, що уникли заледеніння: на Далекому Сході, півдні Європи, в Закавказзі. Коли льодовик відступив, конвалія знову поширився по Європі, утворивши новий вид - більша рослина з широким вінчиком, а на Далекому Сході - вид з червоними черешками і восковим нальотом на листі.
Таке видоутворення відбувається повільно, для його завершення в популяціях повинні змінитися сотні тисяч поколінь. Ця форма видоутворення передбачає, що фізично розділені популяції розходяться генетично, згодом вони стають повністю ізольованими і відмінними один від одного внаслідок природного відбору.
Запитання 2. Що таке поліплоїдія? Яку роль грає у освіті видів?
Поліплоїдія - вид мутаційного зміни в організмі, при якому відбувається кратне зростання числа хромосом. Вона найбільш характерна для рослин, але відома і серед тварин.
Поліплоїдія є одним із можливих шляхів видоутворення, причому в популяціях, що населяють один і той же географічний район і не розділених бар'єрами.
Питання 3. Які з відомих вам видів рослин і тварин виникли в результаті хромосомних перебудов?Матеріал із сайту
Виникнення нових видів шляхом хромосомних перебудов може відбуватися мимовільно, але частіше виникає в результаті схрещування близькоспоріднених організмів. Наприклад, культурна злива з 2n = 48 виникла шляхом схрещування терну (n = 16) з аличою (n = 8) з наступним подвоєнням числа хромосом. По-ліплоїдами є багато господарсько-цінні рослини, наприклад картопля, тютюн, бавовна, цукрова тростина, кава та ін. У таких рослин, як тютюн, картопля, вихідне число хромосом дорівнює 12, але є види з 24, 48, 72 хромосомами.
Серед тварин поліплоїдами є, наприклад, деякі види риб (осетри, щипування та ін), коників та ін.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком
На цій сторінці матеріал за темами:
- роль ізоляції у процесі видоутворення
- видоутворення приклад для дітей
- прикладом екологічного видоутворення є
- приклади географічного видоутворення
- тест вид та видоутворення
Прочитавши цю статтю, ви дізнаєтесь, що таке поліплоїдія. Ми розглянемо, яку роль вона відіграє. Ви також дізнаєтесь, які бувають види поліплоїдії.
Освіта поліплоїдів
Насамперед розповімо про те, що мається на увазі під цим загадковим словом. Клітини або особини, що мають понад два набори хромосом, називаються поліплоїдами. Поліплоїдні клітини з невеликою частотою виникають в результаті помилок мітозу. Це відбувається, коли хромосоми діляться, а цітокінез не відбувається. Таким чином, можуть утворитися клітини з подвоєним числом хромосом (диплоїди). Якщо вони, пройшовши через інтерфазу, ділитимуться, то зможуть дати початок (статевим або безстатевим шляхом) новим особинам, клітини яких матимуть удвічі більше хромосом, ніж у батьків. Відповідно, процес їх утворення – ось що таке поліплоїдія. Поліплоїдні рослини можуть бути отримані штучно за допомогою колхіцину - алкалоїду, що пригнічує утворення мітотичного веретена внаслідок порушення утворення мікротрубочок.
Властивості поліплоїдів
У цих рослин мінливість часто буває значно вже, ніж у споріднених диплоїдів, оскільки кожен ген представлений у них щонайменше в подвоєному числі. При розщепленні в потомстві гомозиготні за якоюсь особиною становитимуть лише 1/16 замість 1/4 у диплоїдів. (В обох випадках приймається, що частота рецесивних алелей дорівнює 0,50.) Поліплоїдів властиве самозапилення, що ще більше знижує їх мінливість, незважаючи на те, що споріднені ним диплоїди переважно запиляються перехресно.
Де зустрічаються поліплоїди
Отже ми відповіли на запитання, що таке поліплоїдія. А де зустрічаються такі рослини?
Одні поліплоїди краще пристосовані до сухих місць або нижчих температур, ніж вихідні диплоїдні форми, тоді як інші пристосовані до особливих типів грунтів. Завдяки цьому вони можуть заселяти місця з екстремальними умовами існування, в яких їхні диплоїдні предки, швидше за все, загинули б. З невеликою частотою зустрічаються у багатьох природних популяціях. Вони легші, ніж відповідні їм диплоїди, вступають у неспоріднені схрещування. При цьому відразу ж можуть виходити плодючі гібриди. Рідше за поліплоїди гібридного походження утворюються шляхом подвоєння числа хромосом у стерильних диплоїдних гібридів. Це один із шляхів відновлення плодовитості.
Перший документований випадок поліплоїдії
Саме таким, менш звичайним шляхом утворилися поліплоїдні гібриди між редькою і капустою. Це був перший добре задокументований випадок поліплоїдії. Обидва роди належать до сімейства хрестоцвітих і перебувають у близькій спорідненості. У того й іншого виду знаходиться 18 хромосом, і в першій метафазі мейозу завжди виявляється 9 пар хромосом. На деякий час був отриманий гібрид між цими рослинами. У мейозі він мав 18 непарних хромосом (9 від редьки та 9 від капусти) і був абсолютно безплідним. Серед цих гібридних рослин спонтанно утворився поліплоїд, у якого в соматичних клітинах було 36 хромосом та у процесі мейозу регулярно утворювалися 18 пар. Іншими словами, поліплоїдний гібрид мав усі 18 хромосом як редьки, так і капусти, і вони функціонували нормально. Цей гібрид був досить плідним.
Поліплоїди-бур'яни
Деякі поліплоїди виникали як бур'яни в місцях, пов'язаних із діяльністю людини, і іноді вони досягали дивовижного процвітання. Один із добре відомих прикладів — жителі солоних боліт із роду Spartina. Один із видів, S. maritima (на фото нижче), зустрічається на болотах уздовж берегів Європи та Африки. Інший вид, S. alterniflora, був завезений до Великобританії зі сходу Північної Америки близько 1800 і згодом широко поширився, утворивши великі локальні колонії.
Пшениця
Однією з найважливіших поліплоїдних груп рослин можна вважати рід Triticum пшениці (на фото далі). Найпоширеніша у світі хлібна культура — м'яка пшениця (Т. aestivum) — має 2n = 42. виникла як мінімум 8000 років тому, ймовірно, у Центральній Європі, внаслідок природної гібридизації пшениці, що обробляється, що має 2n = 28, з диким злаком того ж роду, що має 2n = 14. Дикий злак, ймовірно, зростав як бур'ян серед посівів пшениці. Гібридизація, що дала початок м'якій пшениці, могла статися між поліплоїдами, що з'являлися іноді у популяціях обох батьківських видів.
Цілком імовірно, що як тільки 42-хромосомна пшениця з її корисними ознаками з'явилася на полях перших хліборобів, вони відразу її помітили та відібрали для подальшого культивування. Одна з її батьківських форм, 28-хромосомна пшениця, що обробляється, сталася в результаті гібридизації двох диких 14-хромосомних видів з Близького Сходу. мають 2n = 28 і тепер продовжують оброблятися поряд з 42-хромосомними. Такі 28-хромосомні пшениці є головним джерелом зерна для виробництва макаронів завдяки високій клейкості їхнього білка. Ось яку роль відіграє поліплоїдія.
Triticosecale
Дослідження останніх років показали, що нові лінії, одержані за допомогою гібридизації, можуть покращити сільськогосподарське виробництво. Поліплоїдія у селекції застосовується дуже широко. Особливо багатообіцяючим є Triticosecale – група створених людиною гібридів між пшеницею (Triticum) та житом (Secale). Деякі з них, що поєднують урожайність пшениці з невибагливістю жита, найбільш стійкі до лінійної іржі — хвороби, яка завдає великої шкоди сільському господарству. Ці властивості особливо важливі у високогірних районах тропіків та субтропіків, де іржа – головне культивування пшениці. Triticosecale тепер вирощується у великих масштабах і набула широкої популярності у Франції та інших країнах. Найбільшу популярність має 42-хромосомна лінія цієї зернової культури. Вона була отримана шляхом подвоєння числа хромосом після гібридизації 28-хромосомної пшениці з 14-хромосомним житом.
Різноманітність поліплоїдів
У природі вони відбираються під впливом зовнішніх умов, а чи не завдяки діяльності. Їх виникнення — один із найважливіших еволюційних механізмів. У наш час багато поліплоїдів представлено у світовій флорі (більше половини всіх видів рослин). Серед них багато з найважливіших сільськогосподарських культур — не лише пшениця, а й бавовник, банан, картопля та соняшник. До цього переліку можна додати більшість красивих садових квітів - хризантеми, братки, жоржини.
Тепер ви знаєте, що таке поліплоїдія. Її роль сільському господарстві, як бачите, дуже велика.
>> Видоутворення
1. Дайте визначення виду.
2. Які критерії виду вам відомі? Що таке вигляд?
З появою популяційної генетики категорія виду було визначено точніше. Сучасні вчені визначають вигляд як групу реально або потенційно схрещуються популяцій, які репродуктивно ізольовані з інших таких груп.
Репродуктивна ізоляція – ключове поняття сучасного тлумачення виду. Особи одного виду можуть схрещуватися один з одним, але ніколи – з організмами іншого виду. Наприклад, троянда і вишня - обидва види з родини рожевих - ніколи не схрещуються. Таким чином, репродуктивна ізоляція забезпечує точний стандарт для визначення належності даних організмів до одного виду.
Виникнення нових видів може відбуватися різними шляхами. Найважливішу роль цьому процесі грають ізолюючі механізми, а сам процес видоутворення називають мікро еволюцією.
Географічне видоутворення.
Новий вид може виникнути внаслідок розчленування ареалу популяції чи групи популяцій бар'єрами. Цей процес може відбуватися на межі області поширення вихідного виду, де умови життя дещо відрізняються від звичайних і де активно протікають природного відбору. Таке видоутворення, пов'язане із просторовою роз'єднаністю популяцій, часто називають географічним. Схематично процес географічного видоутворення представлений на малюнку 78.
Припустимо, що населення деякого виду розділяє бар'єр. Це може бути фізична чи географічна перешкода – річка, канал, кар'єр тощо. Наявність бар'єру перешкоджає вільному схрещуванню особин, отже - генному обміну. Через війну природного добору у популяціях накопичується дедалі більше генетичних відмінностей. Згодом ці відмінності стають настільки значними, що включаються ті чи інші механізми репродуктивної ізоляції.
Прикладом такого процесу може бути виникнення деяких видів риб, предки яких мешкали в морі, але в льодовиковий час змогли освоїти спочатку солонуваті водоймища, що виникли в ході танення льодовиків на межах моря і материка, а потім і прісні на території сучасної Європи та Азії. У міру відступу льодовика прісні водоймища виявилися повністю ізольованими. Під впливом нових умов деякі риби, зазнавши значних змін, утворили нові види. До них можна віднести, наприклад, миня - близького родича типово морського виду тріски
Інший приклад - виникнення різних видів конвалії від вихідного вигляду, що мешкав мільйони років тому в широколистяних лісах Європи. Нашестя льодовика розірвало єдиний ареал конвалії на кілька частин. Він зберігся на лісових територіях, що уникнули заледеніння: Далекому Сході, півдні Європи, у Закавказзі. Коли льодовик відступив, конвалія знову поширилася Європою, утворивши новий вид - більша рослина з широким віночком а на Далекому Сході - вид з червоними черешками і восковим нальотом на листі.
Таке видоутворення відбувається повільно, на його завершення у популяціях мають змінитися сотні тисяч поколінь. Ця форма видоутворення передбачає, що: фізично розділені популяції розходяться генетично; згодом вони стають повністю ізольованими та відмінними один від одного внаслідок природного відбору.
Поліплоїдизація.
Дослідження показують: генетичні різницю між популяціями можуть накопичуватися у результаті тривалого природного добору генотипів, що несуть у собі корисні для цих умов ознаки, але й іншим, швидшим шляхом. У рослин наприклад, ізолюючі механізми можуть виникати протягом життя однієї-єдиної генерації за допомогою раптового множення числа хромосом, або поліплоїдії -Кратне зростання числа хромосом в межах одного виду може відбуватися мимовільно; але іноді множення хромосом виникає внаслідок схрещування близькоспоріднених організмів. Наприклад, культурна злива з 2п = 48 виникла шляхом схрещування терну (п = 16) з аличем (п = 8) з наступним подвоєнням числа хромосом.
Поліплоїдами є багато господарсько цінних рослин, наприклад картопля, тютюн, бавовна, цукрова тростина, кава та ін. У таких рослин, як тютюн, картопля, вихідне число хромосом дорівнює 12, але є види з 24, 48, 72 хромосомами.
Хромосомні набори тварин також можуть швидко змінюватися. Поліплоїдами є, наприклад, деякі види риб (осетри, щипування та ін), коників, інших тварин. Вважається, що гігантська панда походить від ведмедя в результаті раптових хромосомних змін, У панди 42 хромосоми, у ведмедя 74, хромосоми панди і ведмедя різняться і формою (рис. 79). Панда сильно розійшлася з ведмедем і за зовнішньою будовою та способом життя: вона харчується бамбуком і майже не їсть м'яса.
Утворення нових видів у результаті хромосомних перебудов може відбуватися у популяціях, що населяють один і той же географічний район і не розділені бар'єрами.
Таким чином, можна зробити висновок, що види можуть виникати різними способами - як протягом тисячоліть так і дуже швидко.
Мікроеволюція. Географічне видоутворення. Бар'єри. Поліплоїдія.
1. Назвіть основні форми видоутворення. Наведіть приклади географічного видоутворення.
2. Що таке поліплоїдія? Яку роль грає у освіті видів?
3. Які з відомих вам видів рослин та тварин виникли внаслідок хромосомних перебудов?
Кам'янський А. А., Криксунов Є. В., Пасічник В. В. Біологія 9 клас
Надіслано читачами з інтернет-сайту
Прочитавши цю статтю, ви дізнаєтесь, що таке поліплоїдія. Ми розглянемо, яку роль вона відіграє. Ви також дізнаєтесь, які бувають види поліплоїдії.
Освіта поліплоїдів
Насамперед розповімо про те, що мається на увазі під цим загадковим словом. Клітини або особини, що мають понад два набори хромосом, називаються поліплоїдами. Поліплоїдні клітини з невеликою частотою виникають в результаті помилок мітозу. Це відбувається, коли хромосоми діляться, а цітокінез не відбувається. Таким чином, можуть утворитися клітини з подвоєним числом хромосом (диплоїди). Якщо вони, пройшовши через інтерфазу, ділитимуться, то зможуть дати початок (статевим або безстатевим шляхом) новим особинам, клітини яких матимуть удвічі більше хромосом, ніж у батьків. Відповідно процес їх утворення — ось що таке поліплоїдія. Поліплоїдні рослини можуть бути отримані штучно за допомогою колхіцину - алкалоїду, що пригнічує утворення мітотичного веретена внаслідок порушення утворення мікротрубочок.
Властивості поліплоїдів
У цих рослин мінливість часто буває значно вже, ніж у споріднених диплоїдів, оскільки кожен ген представлений у них щонайменше в подвоєному числі. При розщепленні в потомстві гомозиготні за якимось рецесивним геном особи складуть лише 1/16 замість 1/4 у диплоїдів. (В обох випадках приймається, що частота рецесивних алелей дорівнює 0,50.) Поліплоїдів властиве самозапилення, що ще більше знижує їх мінливість, незважаючи на те, що споріднені ним диплоїди переважно запиляються перехресно.
Де зустрічаються поліплоїди
Отже ми відповіли на запитання, що таке поліплоїдія. А де зустрічаються такі рослини?
Одні поліплоїди краще пристосовані до сухих місць або нижчих температур, ніж вихідні диплоїдні форми, тоді як інші пристосовані до особливих типів грунтів. Завдяки цьому вони можуть заселяти місця з екстремальними умовами існування, в яких їхні диплоїдні предки, швидше за все, загинули б. З невеликою частотою зустрічаються у багатьох природних популяціях. Вони легші, ніж відповідні їм диплоїди, вступають у неспоріднені схрещування. При цьому відразу ж можуть виходити плодючі гібриди. Рідше за поліплоїди гібридного походження утворюються шляхом подвоєння числа хромосом у стерильних диплоїдних гібридів. Це один із шляхів відновлення плодовитості.
Перший документований випадок поліплоїдії
Саме таким, менш звичайним шляхом утворилися поліплоїдні гібриди між редькою і капустою. Це був перший добре задокументований випадок поліплоїдії. Обидва роди належать до сімейства хрестоцвітих і перебувають у близькій спорідненості. У соматичних клітинах і того й іншого виду знаходиться 18 хромосом і в першій метафазі мейозу завжди виявляється 9 пар хромосом. На деякий час був отриманий гібрид між цими рослинами. У мейозі він мав 18 непарних хромосом (9 від редьки та 9 від капусти) і був абсолютно безплідним. Серед цих гібридних рослин спонтанно утворився поліплоїд, у якого в соматичних клітинах було 36 хромосом та у процесі мейозу регулярно утворювалися 18 пар. Іншими словами, поліплоїдний гібрид мав усі 18 хромосом як редьки, так і капусти, і вони функціонували нормально. Цей гібрид був досить плідним.
Поліплоїди-бур'яни
Деякі поліплоїди виникали як бур'яни в місцях, пов'язаних із діяльністю людини, і іноді вони досягали дивовижного процвітання. Один із добре відомих прикладів – мешканці солоних боліт із роду Spartina. Один із видів, S. maritima (на фото нижче), зустрічається на болотах уздовж берегів Європи та Африки. Інший вид, S. alterniflora, був завезений до Великобританії зі сходу Північної Америки близько 1800 і згодом широко поширився, утворивши великі локальні колонії.
Пшениця
Однією з найважливіших поліплоїдних груп рослин можна вважати рід Triticum пшениці (на фото далі). Найпоширеніша у світі хлібна культура - м'яка пшениця (Т. aestivum) - має 2n = 42. М'яка пшениця виникла як мінімум 8000 років тому, ймовірно, у Центральній Європі, в результаті природної гібридизації пшениці, що обробляється, що має 2n = 28, з диким злаком того ж роду, що має 2n = 14. Дикий злак, ймовірно, зростав як бур'ян серед посівів пшениці. Гібридизація, що дала початок м'якій пшениці, могла статися між поліплоїдами, що з'являлися іноді у популяціях обох батьківських видів.
Цілком імовірно, що як тільки 42-хромосомна пшениця з її корисними ознаками з'явилася на полях перших хліборобів, вони відразу її помітили та відібрали для подальшого культивування. Одна з її батьківських форм, 28-хромосомна пшениця, що обробляється, сталася в результаті гібридизації двох диких 14-хромосомних видів з Близького Сходу. Види пшениці, що мають 2n = 28 і тепер продовжують оброблятися поряд з 42-хромосомними. Такі 28-хромосомні пшениці є головним джерелом зерна для виробництва макаронів завдяки високій клейкості їхнього білка. Ось яку роль відіграє поліплоїдія.
Triticosecale
Дослідження останніх років показали, що нові лінії, одержані за допомогою гібридизації, можуть покращити сільськогосподарське виробництво. Поліплоїдія у селекції застосовується дуже широко. Особливо багатообіцяючим є Triticosecale – група створених людиною гібридів між пшеницею (Triticum) та житом (Secale). Деякі з них, що поєднують урожайність пшениці з невибагливістю жита, найбільш стійкі до лінійної іржі - хвороби, що завдає великої шкоди сільському господарству. Ці властивості особливо важливі у високогірних районах тропіків та субтропіків, де іржа – головний фактор, що лімітує культивування пшениці. Triticosecale тепер вирощується у великих масштабах і набула широкої популярності у Франції та інших країнах. Найбільшу популярність має 42-хромосомна лінія цієї зернової культури. Вона була отримана шляхом подвоєння числа хромосом після гібридизації 28-хромосомної пшениці з 14-хромосомним житом.
Різноманітність поліплоїдів
У природі вони відбираються під впливом зовнішніх умов, а чи не завдяки діяльності. Їх виникнення - одне із найважливіших еволюційних механізмів. У наш час багато поліплоїдів представлено у світовій флорі (більше половини всіх видів рослин). Серед них багато з найважливіших сільськогосподарських культур - не лише пшениця, а й бавовник, цукрова тростина, банан, картопля та соняшник. До цього переліку можна додати більшість красивих садових квітів - хризантеми, братки, жоржини.
Тепер ви знаєте, що таке поліплоїдія. Її роль сільському господарстві, як бачите, дуже велика.
