Мутагенез и полиплоидия — изменение наследственности, связанное с перестройкой ДНК или с увеличением набора хромосом. Мутации — это скачкообразные изменения наследственной основы. Они происходят под воздействием мутагенов — температурные раздражители, различные химические вещества, разнообразные лучи и т.д.
Мутации, вызванные человеком или самопроизвольные (спонтанные), могут быть закреплены посредством вегетативного размножения и затем использованы в лесоводственной практике.
Мутации могут быть в соматических (неполовых) или половых клетках. Иногда мутации генов выявляются уже в первом поколении, но чаще лишь в следующих поколениях, т.к. мутации генов нередко имеют рецессивный (подавленный) характер.
Из всех методов селекции посредством мутации наибольшее хозяйственное значение имеет селекция с использованием полиплоидии, т.е. нахождение и получение растений, клетки которых содержат не двойной набор хромосом (2п), а значительно больше.
В 1935 г шведский селекционер Нильсон Эле на острове Лилле нашел осиновое насаждение, которое очень отличается от обычной осины большими размерами листьев, листовых черешков, почек, ветвей, тычинок цветков и др. органами. На 36% больше накапливается древесины. А затем цитологическое исследование уже другим ученым, Люнтцингом, показало, что данная осина содержит триплоидный набор хромосом 57 (Зп-19×3)., в то время как обычная диплоидная форма осины — 38 хромосом. Это открытие дало повод для изучения вопроса, каким образом посредством искусственной полиплоидии могут быть получены лесные деревья с гигантским ростом. Полиплоиды, т.е. организмы с кратным изменением всего набора хромосом, часто встречается в естественных условиях. Культурные виды пшеницы являются полиплоидами исходного дикого вида. В американских каталогах появилось около сотни только за одно десятилетие полиплоидных цветковых растений. Известны гигантская полиплоидная секвойя, триплоидные арбузы, полиплоидная рожь, гречиха, свекла.
Полиплоидию можно искусственно вызвать, обрабатывая делящиеся клетки колхицином или воздействуя на них температурными шоком или описью азота. Колхицин нарушает деятельность веретена и тем самым приводит к нерасхождению хромосом в анафазе. Если хромосомы на стадии метафазы задержатся в клетке, то это приведет к удвоению их числа.
У человека 46 хромосом, из них две хромосомы половые, причем все они идут под номерами каждая. Так вот, №20 — у женщин — половая и 15 у мужчин. Увеличение половых в клетках мужчин обычного набора хромосом на одну хромосому вызывает синдром Клайнфельтера, который обуславливает высокий рост, длинные конечности, дебильность и т.д. Если еще большее количество хромосом, то умственные дефекты достигают идиотии. Лишняя хромосома №21 вызывает у детей болезнь Дауна.
Образование тройных хромосом у человека обнаружено и У других номеров хромосом. Так, например, образование тройных хромосом № 13,14 и 15 вызывает задержку умственного развития, судороги, а тройной набор хромосом №22 вызывает шизофрению и различные уродства.
Колхицин (алколоид безвременника) применяют для создания полиплоидных растений. На искусственное создание полиплоидных растений не следует возлагать слишком больших надежд, т.к. были получены полиплоидные растения с отрицательным результатом.
Для получения мутантов и полиплоидов искусственным путем применяют химические и физические воздействия. К химическим мутагенам относятся этиленимин, кофеин, иприт, диэтилсульфат и другие вещества. С целью получения полиплоидов наиболее широкое применение получил колхицин. К физическим факторам воздействия относят рентгеновские, ультрафиолетовые лучи, электроны, нейтроны, ультразвук и др. Рекомендуют в качестве объектов воздействия использовать семена, проростки, пыльцу, женские и мужские соцветия, почки, целые растения.
Под влиянием химических или физических мутагенов происходит нарушение генетической информации за счет возникновения разрывов в ДНК, хромосомах, выпадения одного или нескольких нуклеотидов. Оторванная часть хромосом (фрагмент) может присоединиться к той же или другой хромосоме или перевернутся на 180 °. Наблюдается нарушение принципа комплектарности.
Обработка клеток колхицином приводит к нарушению процесса деления клеток (митоза или мейоза). 1. некоторые мутации называют хромосомными, они сопровождаются видимыми изменениями в структуре хромосом. Эти изменения могут состоять в выпадении или удвоении какого -либо участка хромосомы или же с переносом какого либо участка в другой участок хромосомы или участок может перевернутым на 180 °, оставаясь в той же хромосоме (инверсия).
1) Точковые или генные мутации связаны с незначительными изменениями в молекулярной структуре, они не видны под микроскопом. Они обусловлены какими то изменениями в последовательности нуклеотидов на определенном участке ДНК. Генные мутации можно вызвать, воздействуя на клетку рентгеновскими, ультрафиолетовыми, гамма — лучами и другими видами излучения.
Геноинженерия связана с целенаправленным
конструированием новых сочетаний генов. В Конго методом геноинженерии получена быстрорастущая форма эвкалипта, которая за один год вырастает на 7м (обычные формы в 15 лет достигают высоты 15 — 20м).