Биотехнологии

      Томат: 1 — лист; 2 — соцветие; 3 — внутренняя сторона цветка; 4 плод; 5 — плод в разрезе  
                                1 Народно – хозяйственное значение. 

      1.1 Значение, происхождение, распространение. 

      Знание  района происхождения того или иного  растения помогает полнее понять его биологические особенности и требования к условиям произрастания. Все культурные растения создавались в результате длительного эволюционного процесса при непосредственном участии человека. Проводя непрерывный отбор лучших экземпляров из дикорастущей флоры, и выращивая их потомства вблизи жилищ на более плодородных участках с применением разных способов защиты растений, человеку удавалось постепенно окультуривать отбираемые растительные формы.

      О происхождении культурного вида помидоров Lycopersion eskylentum Mill нет надёжных археологических данных. Дикие и полудикие виды и разновидности этого ботанического рода до настоящего времени произрастают в Эквадоре, на Галопогосских островах, в Перу и Северном Чили. Родиной Lycopersion ряд исследователей считает Перу. Гумбольдт называет Мексику, а Н.Н.Вавилов указывает на Южную Америку.

      Предполагается, что помидоры завезены в Европу Колумбом в 1493г. через Западную Индию. Впервые  возделывать помидоры в Европе начали в 50 – 60-е годы XVI в. Первые ботанические сведения об окультуренном виде помидоров и зарисовки даны итальянским ботаником Маттиоли в 1554г. В конце XVI в. во Франции, Англии, Бельгии, Германии, Италии, Испании, Португалии, помидоры называли помидоро и помо аморис, то есть яблочком любви, золотым яблоком. Название помидоры стало распространённым во многих странах мира: в Италии, Польше,России и т.д. В Чехословакии, Венгрии и Югославии помидоры называют парадизками или райскими яблочками. Термин «томат», которым пользуются в настоящее время во многих странах, происходит от туземного южноамериканского «Tumatle» - томатиль, милтомат. Однако мексиканцы называют томатом и физалис – растение другого ботанического рода.

      В России помидоры выращивали более 200 лет  тому назад в Крыму и Закавказье. Затем огородники болгары, греки, молдаване начали возделывать их и в других районах причерноморской полосы. Это даёт основание предполагать, что помидоры проникли в нашу страну с Балканского полуострова.

      В XIX в. помидоры культивировали на Дону, в Поволжье, а затем в Центральной черноземной зоне, а также на Украине, в Белоруссии, Литве.

      К концу XIX в. уже были развиты промышленное выращивание помидоров и переработка их на консервных заводах. Посевы концентрировались на юге, преимущественно вблизи крупных городов на плодородных, удобренных городским мусором землях, на полях орошения (Одесса, Киев и др.), в долинах рек, где был обеспечен сбыт урожая. Оказалось выгодным, и вывозить помидоры из Крыма, Одессы, Бессарабии, Грузии, Донской области, Астрахани, Ташкента в Москву, Санкт – Петербург и даже за границу.

      Любителями  были выведены сорта, приспособленные  к местным условиям не только на юге и в центральной полосе России, но и на Дальнем Востоке.

      Томаты  являются одной из излюбленных культур  у любителей – овощеводов: и как пищевой продукт для приготовления блюд, и как декоративные растения для красочного оформления участка. Помидоры выращивают на балконах и даже в комнатах.

      Плоды помидоров используют в свежем, засоленном, маринованном виде и в кулинарии. Описано свыше 100 рецептов приготовления разных блюд из помидоров. Около 50% всего урожая томатов в стране перерабатывается консервной промышленностью для изготовления сока, пюре, соуса – кетчупа, заливок к рыбным и другим консервам. Калорийность помидоров невысокая (160-200 ккал/кг), но их исключительная ценность заключается в содержании витаминов, органических кислот, минеральных солей. Так, в плодах помидоров содержится от 5 до 8% сухих веществ, в том числе 3-7% сахаров, до 1% яблочной и лимонной кислот и белков, витамины    В _1, В₂, В₃, РР, С, провитамин А (каротин), соли калия, натрия, кальция, магния, фосфора, серы, железа, йода и другие полезные вещества. Необходимы для нормализации обмена веществ в организме человека и сохранения его трудоспособности. Многие из известных витаминов являются незаменимыми составными частями ферментов – сложных белковых веществ, регулирующих обменные процессы в живом организме.

      Высокая продуктивность, хорошие вкусовые качества  многообразия использования сделали  томат одной из самых распространённых культур во многих странах. 

      1.2 Морфологические особенности 

      Томат относится к семейству пасленовых. Среди выращиваемых сортов различают  три разновидности. Томат обыкновенный, имеющий тонкие стебли, полегающие в период плодообразования. К этой разновидности относятся почти 90% всех выращиваемых сортов. Томат штамбовый, для которого характерны компактность всего растения, прямостоячие толстые стебли, полегающие под тяжестью плодов, лист с коротким черешком и сильно гофрированной поверхностью. Сорта этой разновидности распространены значительно меньше, чем предыдущий. Томат картофельный, отличающийся от обыкновенного только строением листа, он крупнодольчатый, похож на картофельный. Сорта разновидности практически не нашли широкого распространения.

      В большинстве случаев томат –  однолетнее растение, но при создании определённых условий – двух- и  многолетнее. Размножается семенами. Они  плоские почковидной формы, серовато – желтой окраски, сильно опущенные. В 1 грамме содержится от 200 до 350 семян. Их всхожесть хорошо сохраняется   в течении 5-7 лет, а при соблюдении определённых условий(постоянная температура воздуха + 14-16⁰ С и влажность его не ниже 75%) они прорастают на 10-й и даже 20-й год хранения.

      Корневая  система томата зависит от особенностей выращивания сорта.  При оптимальных условиях у сильнорослых сортов она достигает 1,5-2,5 м в диаметре и 1-1,5 м в глубину.

      На  стебле томата в любом месте при  создании оптимальных условий(высокая  влажность воздуха и почвы) появляются придаточные корни. Это позволяет укоренять отдельные части растений, например пасынки, и быстро получать от них хороший посадочный материал.

      Стебель томата округлый, сочный, прямостоячий, со временем полегающий, покрытый железистыми  волосками. В период плодоношения он становится грубым, одревесневает. Из пазух листьев появляются пасынки – боковые побеги. Наиболее сильные из них те, которые формируются под соцветием. В зависимости от характера роста и ветвления этих побегов все сорта томата подразделяют на две группы:

• индетерминантные (неограниченный рост);
• детерминантные (ограниченный рост);

      Сорта томата индетеминантным типом роста  характеризуются сильныма вегетативным ростом и высокой ремонтантностью, т.е. постоянным возобновлением роста  и цветением, равномерностью в отдаче урожая и лёгкостью формирования растения в один стебель. Большинство сортов этой группы используется в защищённом грунте.

      Сорта томата с детерминантным типом роста  отличается скороспелостью, высокой  дружностью отдачи урожая, слабой ремонтантностью. Такие сорта лучше всего выращивать в открытом грунте.

      Листья  томата очередные, неравномерно перисто-рассеченные, состоящие из долей, долек и долечек, а может быть только из простых  крупных долей. Поверхность листьев  бывает гладкой или различной степени гофрированности.

      Соцветие  томата – завиток, но часто называется овощеводами кистью. Различают соцветие простое, простое двухсторонние (ось  соцветия не ветвится), промежуточное (однократно разветвленное), сложное (многократно  разветвленное) и очень сложное.

      Плоды – мясистые ягоды различной формы, массы и окраски. По массе их разделяют  на мелкие ( менее 50 грамм), средние 50-120 грамм) и крупные (свыше 120 грамм). У  отдельных сортов встречаются плоды  массой 600-800 грамм. По форме бывают плоские, округлые, овальные, грушевидные и удлиненно- цилиндрические. В зависимости от окраски зеленых плодов все сорта томата делят на имеющие однородную окраску и с темно – зеленым пятном около места прикрепления плодоножки. 

      1.3 Отношение к внешним условиям 

      Температура. Томат – требовательное к теплу растение. Семена его дружно прорастают при температуре 20-25⁰ С. Снижение температуры до 16-17⁰ С замедляет прорастание на 10-13 дней. Критическая температура для томатных растений минус 1⁰ С, для холодостойких – минус 2⁰ С.

      При оценке погодно – климатических  условий принимают во внимание продолжительность  периода со средней температурой выше    15⁰ С. Однако при этом необходимо учитывать снижение температуры в ночные часы. Часто повторяющиеся резкие суточные колебания температуры приводит к опаданию цветков, завязей и задержке плодоношения.

      Отношение томата к температуре зависит  от сортовых особенностей, возраста растений, интенсивности освещения, уровня водообеспечения  и других факторов.

      Свет. Для получения раннего урожая томата в открытом грунте требуется высокая интенсивность света. Чем ближе срок посева к весне, чем лучше освещение, тем скорее закладывается цветочная кисть и раньше наступает плодоношение.    

      Свет, ускоряющий процесс фотосинтеза, и  температура, контролирующая скорость ферментативных биохимических реакций, тесно взаимосвязаны. Высокая интенсивность света ускоряет развитие томата и повышает степень его детерминантности.

      Реакция томатного растения на долготу дня  в значительной степени зависит  от сорта. Растения многих сортов раньше зацветают и плодоносят при 10 – 12 часовом дне, а у сортов для зоны умеренного климата они нейтральны к долготе дня.

      Влажность почвы и воздуха. Томат устойчив к воздушной и почвенной засухе, но уменьшение запасов легкодоступной влаги в почве резко снижает урожай и вызывает заболевание растений вершинной гнилью. Для получения урожая плодов 50 т/га и вегетативной массы 15 т/га расходуется 5600 м³ воды. Оптимальная влажность почвы для томата находится в пределах 75 – 80 % НВ.

      В период плодоношения поливают чаще, чем в начальный период роста растений. Резкие изменения влажности почвы в период цветения вызывают опадение цветков, а в период их налива плоды некоторых сортов растрескиваются. Отрицательное действие на томат оказывают и резкие колебания влажности воздуха. Повышенная влажность способствует распространению грибных и бактериальных заболеваний плодов (вершинная гниль, фитофтороз, макроспориоз и др.) Оптимальная влажность воздуха для томата 45 – 60 %.  

      1.4 Почва, место в севообороте, отношение к удобрениям 

      Томат выращивают на разнообразных суглинистых  или супесчаных нейтральных почвах. Хорошие предшественники томата – огурец, лук, бобовые, капуста, многолетние  травы, люцерна, зернобобовые (на зеленую  массу), озимая пшеница.

      Отношения томата к условиям почвенного питания  на протяжении всего вегетационного периода неодинаково. В рассадный  период томат интенсивно потребляет калий и фосфор, но после посадки  усиливается поглощение азота. Поэтому  для получения высококачественной рассады необходимо повышать фосфорно-калийное питание на фоне умеренных доз азота, в послепосадочный период  дозы азота увеличивают до уровня фосфорно-калийных. Растения поглощают сравнительно небольшое количество фосфора, однако чувствительны к недостатку его в почве. Томат слабо усваивает фосфор из труднорастворимых фосфатных соединений в почве, что и определяет повышенную требовательность его к обеспечению легкоусвояемыми формами фосфора. 

       2 Рабочая гипотеза.

      Томат сорта «Ромео» выводится для  людей страдающих недостатком витамина А.

      Желтая  окраска плодов у томата обусловлена  высоким содержанием каротина. Каротин  – витамин А или ретинол  в растительных тканях встречается  главным образом в виде провитамина  – каратинойдов, большая часть  которых превращается в организме в витамин А. К ним относятся α – и β-каротины, ликопин, лютеин и многие другие. Активность β – каротина в 2 раза выше остальных. Для человека каратинойды важнейший источник витамина А.

      Наиболее  распространен в природе β  – каротин. Он локализован в зеленых частях растений, а также в плодах и овощах, имеющих оранжевый цвет. Основным источником являются томаты и кукуруза.

      Из  производных витамина А необходимо отметить ретиноловую кислоту — желтое кристаллическое вещество температурой плавления 81,5 °С. Она оказывает влияние на рост, процессы воспроизводства и другие функции организма. Из природных производных витамина А большое физиологическое значение имеет ретиналь, выделенный из сетчатки глаза. Он является продуктом для биосинтеза ретинола в организме.

        Синтетический кристаллический витамин А обычно вырабатывается в виде ацетата или пальмитата, хорошо усвояемых организмом человека.

        Роль витамина А в организме связана с процессами размножения и роста, дифференцировки эпителиальной и костной тканей, поддержания иммунологического статуса и функцией зрения (фоторецепция). Значение витамина в процессах размножения обусловлено его влиянием на развитие сперматогенного эпителия и плаценты. Значение для нормальной дифференцировки и развития эпителиальной ткани обусловлено функцией ретиноевой кислоты, регулирующей эти процессы на уровне соответствующих клеточных рецепторов.

        Необходимость витамина А для процессов зрения определяется его участием в построении зрительного пигмента родопсина, представляющего собой комплекс белка опсина с 11 – цис - ретиналемлем. Распад этого комплекса под влиянием поглощенного кванта света играет существенную роль в механизме возникновения зрительного ощущения. Ресинтез родопсина и увеличение его содержания в сетчатке обеспечивают адаптацию глаза к пониженной освещенности (темновая адаптация).

        Функции ретинола, ретиналя и ретиноевой кислоты в эпителиальной ткани, а также двух первых соединений в зародышевом эпителии реализуются через их взаимодействие со специфическими, макромолекулярными внутриклеточными рецепторами белковой природы.

      Всасывание  витамина А и каротина происходит в тонком кишечнике с участием желчи, обеспечивающей их эмульгирование. Эфиры ретинола подвергаются в просвете кишечника ферментативному гидролизу до свободного ретинола, который в процессе всасывания вновь этерифицируется в стенке кишечника, образуя ретинилпальмитат.

      Основным  депо витамина А в организме является печень, содержащая значительные количества этого витамина, главным образом в форме ретинилпальмитата. Свободный ретинол присутствует в печени лишь в небольшом количестве, но при необходимости освобождается из эфиросвязанной формы и- секретируется в кровоток со специфическим ретинол связывающим белком (РСБ).

      РСБ (его молекулярная масса около 22 000) обеспечивает солюбилизапию гидрофобной молекулы ретинола, защиту ее от окисления, транспорт ретинола кровью и его направленный перенос в ткани. Так, клетки пигментного эпителия сетчатки имеют на поверхности специфические рецепторы, взаимодействующие с комплексом ретинол-РСБ и осуществляющие избирательное поступление ретинола в эти клетки. Одновременно связывание ретинола с РСБ защищает ткани и клетки организма от сильного мембрано-литического действия ретинола, которым тот обладает в свободной форме. В плазме крови РСБ образует комплекс с более крупной молекулой тироксинсвязывающего преальбумина (молекулярная масса 53 000), что предохраняет РСБ от почечной фильтрации и потери с мочой.

      В организме ретинол окисляется в  ретиналь и ретиноевую кислоту под влиянием соответствующих дегидрогеназ. Ретиналь, занимающий ключевое положение в обмене витамина А, легко подвергается обратимому энзиматическому восстановлению в ретинол и необратимому окислению в ретиноевую кислоту.

        У упитанных людей запасы витамина А столь велики и он так прочно удерживается тканями организма, что необходимо, по крайней мере, на 2—3 года лишить организм витамина А для того, чтобы проявились клинические симптомы авитаминоза.

      Недостаточность витамина А приводит к тяжелым нарушениям со стороны многих органов систем, в основе чего лежит генерализованное поражение эпителия, выражающееся в метаплазии и ке-ратинизации. Особенно характерны поражения кожных покровов (сухость кожи, фолликулярный гиперкератоз, предрасположенность к пиодермии, фурункулезу и т.п.), дыхательных путей (склонность к ринитам, ларинготрахеитам, бронхитам, пневмониям), желудочно-кишечного тракта (диспептические расстройства, нарушение желудочной секреции, склонность к гастритам, колитам), мочевыводящих путей (склонность к пиелитам, уретритам, циститам). Легкие и.умеренные формы недостаточности витамина А сопровождаются нарушениями темновой адаптации (гемералопия), конъюнктивитами и сухостью роговицы (ксерофтальмия). Тяжелые формы дефицита могут приводить к кератомаляции, перфорации роговицы и слепоте. Нарушения барьерной функции эпителия иммунного статуса организма ведут к резкому снижению устойчивости к инфекциям.

      Изменения в состоянии здоровья при авитаминозе  А проявляются в такой последовательности: ночная слепота, сухость конъюнктивы и уменьшение секреции слезных желез; потеря нормального блеска поверхности конъюнктивы; утолщение, покраснение и складчатость бульбарной конъюнктивы; выявление бляшек Бито, разбросанных по склере между веками, и таких же ксеротических бляшек по субпальпебральной склере; помутнение и гипостезия склеры и роговицы; нарушение зрения на ярком свету; отек, светобоязнь, лейкоцитарная инфильтрация и некротические размягчения роговицы (стадия кератомаляции); выраженное помутнение и прободение роговицы, инфекция передней камеры глаза, выпадение радужки и панофтальмия.

      Наряду  с симптомами со стороны органов  зрения ощущаются сухость во рту, носу, глотке, хрипота, сиплый голос, сухой  кашель. Возникают частые инфекции дыхательного тракта и, наконец, пневмонии, представляющие собой острую фазу нарушений и являющиеся основной причиной смерти неизлеченных или плохо леченных детей.

      В Южной и Восточной Азии кератомаляция  является наиболее частой причиной слепоты. Авитаминоз А — обычное заболевание у детей Индии, Индонезии, Северной Африки, Центральной и Южной Америки.

      Описан  ряд случаев кожных поражений (фолликулярный  гиперкератоз) при авитаминозе А у взрослых. Назначение витамина А в виде рыбьего жира улучшало состояние кожи, но гораздо медленнее, чем симптомы со стороны органов зрения.

       Усиленное физическое напряжение повышает потребность  в витамине А. Данные о влиянии  климата разноречивы. На основа¬нии результатов экспедиционных исследований на Крайнем Севере некоторые ученые считают, что потребность в витамине повышается, и рекомендуют людям, работающим физически в услови¬ях холода на открытом воздухе, 2—2,5 мг ретинола в сутки. Работ¬никам  цехов металлургического производства рекомендовано до 2 мг/сут витамина А. 
 

3 Группа сцепления  томата. 
 

2 

      Y⁺  - мало каротина (красный плод)

      Y – много каротина (желтый плод) 

      Ln⁺ - без опушения

      Ln – с опушением 
 

      Положительные качества: много каротина, отсутствие опушения

       4 Задача 

      У томата рецессивные гены - много каротина (Y) и отсутсвие опушения (Ln), доминантные – мало каротина (Y⁺) и опушение (Ln⁺) локализованы в 29 и 53 локусах 2 хромосомы.

      Скрестим  сорт с красным плодом и без  опушения (сорт «Маэстро») с сортом с желтым плодом и опушением (сорт «Таня») и в F₂ получим 100 гибридов.

      У каждого растения есть по одному  ценному признаку, который нам  необходим.

      Сорт  томата с рабочим названием «Ромэо» должен обладать следующими свойствами: желтый плод и веерная форма листа. 

Для селекции были взяты сорта:  

                                                 Y⁺ Ln⁺     

      «Маэстро»      Y⁺ Ln⁺        

          Y⁺ – красный плод

          Ln⁺ – нет опушения 

                                 Y Ln

           «Таня»          Y Ln

             Y – желтый плод

             Ln – опушение

      Нужно получить сорт с желтым плодом и без опушения 
 

    F₁          Y⁺ Ln⁺                 Y Ln                  Y⁺ Ln⁺

                                 Y⁺ Ln⁺                 Y Ln                  Y Ln

                    F₂          Y⁺ Ln⁺                 Y⁺ Ln⁺                 16 комбинаций

                                  Y Ln                    Y Ln                   

Кроссоверы:   24 % 

                    Y⁺ Ln   - 12 %

                    Y Ln ⁺  - 12 % 

Некроссоверы:  76 %

                   Y⁺ Ln⁺ - 38 %               

                    Y Ln  – 38 %     

       Y⁺ Ln⁺                       Y Ln                     Y Ln ⁺                      Y⁺ Ln  

Задание техникам:

    Необходимо  отобрать 1 растение с желтым плодом и без опушения. 

1.  Через  сколько лет можно будет полностью  перейти на выращивание данного сорта?

Имеется поле площадью 100 га и 27 растений сорта «Ромео» 

 Через сколько  лет можно будет полностью  перейти на выращивание данного  сорта?  

100 га = 10000 м² 

       На 1 м² размещается 4 куста томатов, на одном кусте 50 помидор, в одном плоде 100 семян. Таким образом, имеется 50 плодов или 5000 семян.

       Полевая всхожесть – 80% при пересадке  выбраковывается еще 10%. Общая выбраковка равна 30%.

       Для того чтобы занять все поле надо 40000 растений или 4 млн. семян.

1-й год:  50 томатов или 5000 семян

2-й год: 350000 семян(с учетом выбраковки)

3-й год:  ….

4-й год:  …

5-й год: 1млн. 800 тыс семян

                   Учитывая 2 года занятых на селекцию, то полностью перейти на выращивание данного сорта удастся через 7 лет.

Список  использованной литературы 

1. Голощапов А.П. Генетика. Курс лекций и практических занятий. – Курган: Зауралье, 2001 г.
2. Гуляев Г.В. Генетика. М.: Колос, 1984 г.
3. Овощеводство/ под ред. Тараканова Г.И. – М.: Колос, 1993 г.
4. Растениеводство/ под ред. Посыпанова Г.С. – М.: Колос, 1997 г.