«Основные методы селекции. Учение Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений». Знание центров происхождения культурных растений необходимо для

Центры происхождения культурных растений (по Н. И. Вавилову)

Апомиксис (греч. «апо» — вдали, «миксис» — смешение) — размножение организмов, происходящее без оплодотворения яйцеклетки спермием (сперматозоидом). Новый организм возникает за счет развития неоплодотворенной яйцеклетки, а спермий выполняет лишь стимулирующую роль. В яйцеклетке в интерфазе удваиваются хромосомы, и из нее развивается нормальный диплоидный организм. При других формах апомиксиса новый организм образуется из любой диплоидной клетки растения. В селекции явление апомиксиса используется для получения чистых линий, не дающих расщепления. В природных популяциях апомиксис наиболее часто встречается у представителей молодого и высокоорганизованного семейства астровых (сложноцветных), а также у злаковых, розоцветных, орхидных. Апомиксис в форме партеногенеза встречается и у животных — тлей, дафний, коловраток, пчел.

Аутбридинг (англ. «аут» — вне, «бридинг» — разведение) — неродственное скрещивание растений или животных, относящихся к разным линиям внутри породы или сорта, к разным сортам или породам и, наконец, к разным видам или родам. Аутбридинг переводит вредные мутации в гетерозиготное состояние, тем самым оказывая на организм положительное влияние. Нередко аутбридинг сопровождается явлением гетерозиса. Большинство сортов и пород получено в результате многоступенчатого скрещивания, которое длится по нескольку лет.

Аутосомы — неполовые хромосомы, одинаковые у организмов мужского и женского пола. В геноме человека 22 аутосомы и одна половая хромосома. Все 22 аутосомы различаются, но их можно объединить в 7 групп по форме и размерам. Каждая хромосома имеет свой номер и свою карту, на которую нанесены известные науке гены. Общая карта хромосом с учетом особенностей каждой (форма, размер, положение центромер и т. д.) составляет кариотип клетки — совокупность признаков хромосомного набора.

Вектор — инструмент генной инженерии, с помощью которого осуществляют перенос какого-либо гена в клетку-хозяина. Представляет собой плазмиду или вирус (т. е. по химическому составу является фрагментом ДНК), в геном которых можно внедрить чужеродную генетическую информацию. Рекомбинантная ДНК, внедряемая в клетку-хозяина, представляет собой структурный ген, т. е. содержит только кодированную запись конечного продукта. Она не может самостоятельно функционировать, поскольку не содержит регуляторных участков (участков, обеспечивающих начало репликации; генетических маркеров, необходимых для отбора клеток, получивших новый признак; регуляторных участков, необходимых для транскрипции и трансляции). Эти регуляторные участки как раз и несет вектор. Он обеспечивает протекание следующих процессов:

—  встраивание рекомбинантной ДНК в генетический аппарат клетки-хозяина;

—  размножение рекомбинантной ДНК в этой клетке;

—  синтез клеткой-хозяином конечных продуктов на основе генетической информации рекомбинантной ДНК.

В качестве векторов используют в основном плазмиды, выделенные из классического объекта молекулярной генетики — кишечной палочки. Система вектор — хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину, его выбор зависит от вида хозяина и целей исследования.

Генная (генетическая) инженерия — совокупность методов молекулярной генетики, связанных с искусственным созданием новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена. Берет начало с 1972 г., когда в США была впервые создана рекомбинантная (гибридная) ДНК, состоящая из фрагментов ДНК, выделенных из клеток различных организмов. За-

дача этих методов состоит в получении индивидуальных генов и введение их в новое генетическое окружение для создания организмов с новыми, заранее предопределенными признаками. Основные этапы создания генетически измененных организмов следующие:

—  получение гена, кодирующего интересующий признак;

—  объединение этого гена с вектором;

—  введение вектора с интересующим геном в клетку-хозяина (клетку-реципиент) и создание условий для работы гена и его наследования;

—  отбор клеток, получивших интересующий признак;

—  практическое использование этих клеток.

На базе методов генной инженерии в настоящее время уже сформировалась отрасль фармацевтической промышленности, вырабатывающей биологически активные вещества и препараты: инсулин, интерферон, некоторые ферменты и пептидные гормоны. Разрабатываются методы, позволяющие культивировать гены больных и здоровых людей в клетках других организмов. Это позволит изучать молекулярные основы наследственных заболеваний человека и разрабатывать новые методы их лечения.

Гетерозис (греч. «гетерозис» — видоизменение, превращение) — явление мощного развития гибридов первого поколения, полученных при скрещивании инбредных (чистых) линий, одна из которых гомозиготна по доминантным, другая — по рецессивным генам. Этот прием применяется для получения как животных гибридов (мул, лошак, цыплята-бройлеры, рыба бестер), так и растительных гибридов (длинноплодные тепличные огурцы, крупнозерная кукуруза). У растений при семенном размно женин гетерозисные гибриды дают расщепление; при вегетативном — в течение нескольких поколений сохраняют свои свойства. У полиплоидных форм гибридов гетерозис сохраняется и при семенном размножении.

Дестабилизирующий отбор — форма искусственного отбора, примененная советским ученым Д. К. Беляевым (1970) при одомашнивании диких пушных зверей (серебристо-черных лисиц, норок). На опытных фермах наблюдалось, что 40% лисиц были агрессивно-трусливые, 20 — трусливые, 30 — агрессивные и лишь 10% относились к человеку спокойно. Это наиболее распространенное соотношение в популяциях диких животных. Применяя закон гомологических рядов наследственной изменчивости, Д. К. Беляев выбрал среди лисиц, разводимых на фер-мах, особей, которые не проявляли к человеку ни злобы, ни трусливости, и провел жесткий отбор по признаку спокойного и контактного поведения по отношению к человеку. При этом в поведении лисиц он выявил ряд признаков изменчивости, гомологичных домашним животным (собакам). Особи полученной популяции лисиц реагировали на клички, узнавали знакомого человека, проявляли радость от контакта с ним. Это результат не дрессировки, а селекции, целенаправленного изменения генотипа. Селекция диких животных на тип поведения, свойственный домашним животным, перестраивает регуляцию процессов индивидуального развития, и этот путь развития прошли все домашние животные. Селекционер вносит дестабилизацию (нарушение постоянства) в развитие и строение животных, вызывая увеличение размаха изменчивости, что дает новые направления для отбора и ускоряет темпы эволюции. Инбридинг — инцухт (англ. «ин» — внутри, «бридинг» — разведение, «разведение в себе») — один из методов селекции, при котором осуществляется близкородственное скрещивание сельскохозяйственных животных или принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся растений. В результате наблюдается инбредная депрессия — снижение жизнеспособности и продуктивности, проявление уродств вследствие перехода многих рецессивных генов в гомозиготное состояние. Получение инбредных линий необходимо для закрепления признаков и свойств у чистопородных животных и чистосортных растений. Эти линии используются затем для получения межлинейных гетерозисных гибридов. Индивидуальный отбор — прием искусственного отбора, который проводится на основе индивидуальной наследственной изменчивости особи. В селекции животных применяют жесткий индивидуальный отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру. В селекции растений индивидуальный отбор используют при работе с самоопыляющимися растениями, при этом выделяются чистые линии — потомство одной самоопыляющейся особи. Благодаря индивидуальному отбору от одного вида дикого сизого голубя выведено около 150 пород домашних голубей; от одного вида собаки получено все разнообразие пород. Большинство сортов пшеницы, ячменя, овса было получено методом индивидуального отбора. Индуцированные мутации (лат. «индукцио» — возбуждение, «мутацио» — изменение) — искусственно вызванные при помо-

щи мутагенных факторов (облучение, радиация, химические вещества, низкие температуры и др.) изменения генотипа. Индуцированные мутации возникают во много раз чаще, чем естественные (спонтанные), и в ряде случаев носят направленный характер, например при получении полиплоидных форм растений. Такие растения могут иметь более крупные цветки, корнеплоды, семена и т. д.

Индуцированный мутагенез (лат. «индукцио» — возбуждение, «мутацио» — изменение, «генезис» — рождение) — метод получения искусственных мутаций для создания исходного материала при селекции растений. Под воздействием различных мутагенных факторов, применяемых человеком, возникают различные изменения генотипа, что дает возможность получить сорта с новыми признаками и свойствами, не имевшимися у исходных форм. При работе с высшими растениями воздействию мутагена подвергают семена, почки, пыльцу. В этом случае мутации проявляются уже у растений второго поколения. Методом индуцированного мутагенеза получен кормовой люпин Киевский мутант, пшеница Новосибирская 67, короткостебельные неполегающие мироновские пшеницы, пшеницы с высоким содержанием белка в зерне, подсолнечник Первенец и др. Путем воздействия веществом колхицином созданы полиплоидные сорта клевера, ржи, гречихи, кукурузы, свеклы, многих декоративных растений.

Искусственный отбор — метод селекции, осуществляемый человеком с целью создания пород животных и сортов растений. В основе метода лежит мутационная изменчивость организмов. Селекционер отбирает особей с выгодными признаками и отбраковывает остальных. Породы и сорта, созданные путем искусственного отбора, могут существовать только благодаря заботам человека, в дикой природе они погибнут. Искусственный отбор может быть как стихийным (бессознательным), так и методическим (массовым или индивидуальным). В учении Ч. Дарвина об искусственном отборе обобщена тысячелетняя практика человека, и это учение стало теоретической основой современной селекции.

Клеточная инженерия — система методов, позволяющая конструировать клетки нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. При гибридизации искусственно объединяют целые клетки с образованием гибридного генома. В ходе клеточной реконструкции новая жизнеспособная

клетка создается из отдельных фрагментов различных клеток (ядра, цитоплазмы и др.)- С помощью клеточной инженерии удается соединить геномы весьма далеких видов (даже принадлежащих к различным царствам), а также осуществить слияние животной и растительной клетки. Методы культуры тканей дают возможность получать гаплоидные растения из пыльцевых зерен или яйцеклеток. Такие растения не способны образовывать гаметы, однако обработка этих растений колхицином дает возможность получать диплоидные плодовитые растения. Полученные диплоидные растения будут являться чистыми линиями и будут гомозиготны по всем без исключения генам. Такой способ позволяет получать чистые линии всего за несколько месяцев (вместо нескольких лет при традиционном способе путем инбридинга). Вегетативное размножение на искусственных питательных средах позволяет почти бесконечно размножать одно растение из маленьких кусочков вегетативных органов. Такой метод размножения применяется для овощных, плодовых и декоративных культур. Изучение гибридных клеток позволяет решать многие теоретические проблемы биологии и медицины: выяснять взаимные влияния ядра и цитоплазмы, механизмы дифференцировки и деления клеток. Такие клетки, приобретшие новые свойства, становятся производителями ценных лекарственных веществ и витаминов. Из гибридных клеток можно выращивать растения с новыми свойствами, объединяющие признаки растений разных видов, которые обычно не скрещиваются между собой. Методы клеточной инженерии позволяют вводить новые гены в клетки зародыша животных и получать таким образом животных с новыми генетическими свойствами.

Линия — потомство одной самоопыляющейся (самоопыленной) особи у растений; потомство от близкородственного скрещивания у животных. Линия создается путем инбридинга и имеет большинство генов в гомозиготном состоянии.

Массовый отбор — прием искусственного отбора, сводящийся к выделению из исходного материала целой группы особей, которые обладают желательными для селекционера признаками. Прием применяется в селекции перекрестноопыляющихся растений. Таким образом был выведен сорт ржи Вятка, многие сорта клевера.

Метод предварительного вегетативного сближения — применялся И. В. Мичуриным для преодоления нескрещиваемости (несовместимости) растений. Для этого сначала прививали одно растение на другое, а затем переопыляли их цветки. В результа-

те были получены семена гибрида между рябиной и грушей. Впоследствии этот метод был применен для получения гибридов между пшеницей и рожью (тритикале).

Методический отбор — прием искусственного отбора, который сознательно проводится человеком для выведения пород домашних животных и сортов культурных растений с заданными качествами. Чем больше особей животных и растений подлежат отбору, что возможно в крупных хозяйствах, тем быстрее и легче идет выведение новой породы (сорта), так как больше вероятность выбрать экземпляры с желательными отклонениями (мутациями).

Мутагенез (лат. «мутацио» — изменение, перемена; «генос» — образующий) — процесс возникновения мутаций в организме. Может быть спонтанным (самопроизвольным) и индуцированным (вызванным искусственно различными мутагенами). Так, путем искусственного мутагенеза был создан сибирский сорт пшеницы Новосибирская 67; мутагеном послужили рентгеновские лучи. Мутагенез широко применяется в создании штаммов микроорганизмов — дрожжей, водорослей, бактерий, которые являются источником получения кормов, витаминов, лекарств.

Отдаленная гибридизация — скрещивание особей, генетически отдаленных (неродственных), являющихся представителями разных видов, родов. С помощью этого метода селекции создан капустно-редечный гибрид, тритикале (гибрид пшеницы и ржи), пшенично-пырейный гибрид, церападус (гибрид вишни и черемухи) и др. У животных таким образом получают мулов (гибрид кобылицы и осла), гибрид яка с крупным рогатым скотом (хайнык), гибрид тонкорунных овец с горным бараном архаром — архаромериносная порода овец; в рыбоводстве получен межродовой гибрид бестер (гибрид белуги и стерляди), который в результате гетерозиса обладает высокими темпами роста и прекрасными вкусовыми качествами.

Подвой — растение, на которое производится прививка.

Порода — совокупность особей (популяция) домашних животных одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными особенностями, наследственно закрепленной продуктивностью, экстерьером (совокупностью фенотипических признаков). Порода проявляет свои признаки в фенотипе лишь в тех условиях, для которых она создана. Породы сельскохозяйственных животных выводят в племенных хозяйствах.

Преодоление бесплодия гибридов — прием, впервые примененный в 1924 г. генетиком Г. Д. Карпеченко при отдаленной гибридизации. Полученный им капустно-редечный гибрид был способен к семенному размножению. Для преодоления бесплодия гибрида наборы хромосом у обеих родительских пар были удвоены, поэтому после мейоза гаметы имели четное число хромосом, а в зиготе у каждой хромосомы была парная; все «капустные» хромосомы образовывали свои пары, все «редечные» — свои. При образовании гамет у гибридов первого поколения мейоз прошел нормально. Последующие поколения не расщеплялись и сохраняли способность к семенному размножению. Следовательно, использование полиплоидии привело к восстановлению плодовитости. Этот метод широко применяется при отдаленной гибридизации.

Привой — черенок растения или почка, которые прививаются на подвой.

Производитель — самец, обладающий ценными хозяйственными признаками, по которым ведется селекция. Основные племенные качества производителя — экстерьер и продуктивность. Племенные качества определяются по родословной, ведущейся на каждое животное. Продуктивность оценивается по потомству. Племенная ценность производителя определяется продуктивностью его дочерей. Например, если они обладают более высокой удойностью, жирностью молока по сравнению с такими же качествами матерей, значит, эти качества они получили от отца. Подобный производитель используется для улучшения породы. Благодаря искусственному осеменению от племенных животных можно получать многочисленное потомство. Разведение сельскохозяйственных животных: донаучный период — народная селекция; с XIX в. — сознательный методический отбор. Главные методы: чистопородное разведение, скрещивание (отдаленное и близкородственное), интенсивное племенное использование, искусственное осеменение, оценка генеалогии животных, крупномасштабная селекция, прогнозирование продуктивности на ранних этапах онтогенеза, повышение устойчивости к заболеваниям, генная инженерия и др.

Селекция (лат. «селекцио» — отбор, выбор) — наука, разрабатывающая теорию и методы выведения и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Селекция — это эволюция, направляемая волей человека. Теоретическими основами селекции служат эволюционная теория, генетика, молекулярная биология, экология, экономика, география сельского хозяйст-

ва. Большой вклад в развитие селекции в нашей стране внесли такие выдающиеся ученые, как Н. И. Вавилов, И. В. Мичурин, Г. Д. Карпеченко, Н. В. Цицин, П. П. Лукьяненко, В. С. Пустовойт, В.Н. Ремесло, М. Ф. Иванов, С. И. Алиханян, Д. К. Беляев.

Селекция животных — наука, основной задачей которой является выведение пород домашних животных, обладающих высокой продуктивностью, жизнеспособностью, устойчивостью к болезням и неблагоприятным условиям среды. Основные методы ее — подбор родительских пар, гибридизация (как близкородственная, так и неродственная), индивидуальный отбор, испытания производителей по потомству, воздействие условиями среды для реализации в фенотипе наследственных свойств и признаков.

Селекция растений — наука, основные задачи которой сводятся к выведению сортов сельскохозяйственных культур, характеризующихся высокой продуктивностью и качеством урожая, устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды. Основные методы ее — подбор родительских пар, гибридизация, отбор, мутагенез, воздействие условиями среды.

Сорт — совокупность особей (популяция) культурных растений одного лида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными особенностями, наследственно закрепленной продуктивностью, структурными (морфологическими) признаками. Сорт фенотипически проявляет свои признаки лишь в тех условиях, для которых он был создан. Сорта культурных растений выводят в селекционных центрах, на селекционных станциях и испытывают на сортоиспытательных участках. У культурных растений сорта получают разными путями. Линейные сорта — это потомство одного самоопыляющегося растения, полученное путем индивидуального отбора. Растения этих сортов выравнены по всем признакам. Сорта-клоны представляют собой потомство одного вегетативного размноженного растения, поэтому генетически они наиболее однородны. Сорта-популяции — это относительно однородные совокупности перекрестноопыляющихся растений одного вида.

Стихийный отбор — прием искусственного отбора, который проводился человеком с древнейших времен, когда он не ставил перед собой задачу вывести породу или сорт с наперед заданными качествами. Человек находил в природной среде диких животных, приручал их и получал от них все необходимое для жизни. Дикорастущие растения высаживал или высевал, получал

плоды, семена, съедобные корни и побеги. Исходя из практического опыта, он отбирал для посева лучшие семена, а на племя оставлял лучших животных. Постепенно: очень медленно шло улучшение хозяйственных качеств домашних животных и возделываемых растений. По мере развития земледелия и животноводства стихийный отбор приобрел сознательный характер и развилась народная селекция.

Центры происхождения культурных растений — районы сосредоточения наибольшего числа видов, разновидностей, сортов, форм тех или иных культурных растений. Согласно закономерности, выявленной Н. И. Вавиловым в 1926-1939 гг., центры происхождения культурных растений находятся в тех районах земного шара, где в настоящее время наблюдается их наибольшее генетическое разнообразие. Как правило, эти центры связаны с древнейшими очагами мировой цивилизации и земледелия. В зависимости от дробности подразделения территории обычно выделяются семь-восемь таких очагов. Знание центров происхождения культурных растений дает возможность селекционерам подбирать исходный материал, изучать гомологические ряды наследственной изменчивости, выявлять пути эволюции. В настоящее время установлены и главные центры происхождения домашних животных. Экспериментальная полиплоидия — метод селекции растений, применяемый для получения полиплоидных форм с помощью индуцированного мутагенеза. Обычно в качестве мутагена используют ядовитое вещество колхицин, которое получают из растения безвременника (по-латыни «колхикум»), относящегося к семейству лилейных. Колхицин разрушает веретено деления, и хромосомы не расходятся к полюсам клетки, а остаются на экваторе. В интерфазе хромосомы удваиваются, и клетка из диплоидной становится тетраплоидной. Полиплоидные растения имеют более крупные клетки, а следовательно, и органы — корни, стебли, листья, цветки, семена, плоды. Но у таких растений часто снижена семенная продуктивность, поэтому при дальнейшей селекции требуется тщательный отбор.

Экстерьер (лат. «экстериор» — внешний) — внешний вид животного, совокупность его фенотипических признаков. Отбор по экстерьеру играет важную роль в селекции животных, так как внешнее строение связано с признаками продуктивности, определяемой, в свою очередь, внутренним строением, развитием кровеносной, дыхательной и мышечной систем.

План-конспект учебного занятия по дисциплине «Биология» для студентов 1 курса

Тема: «Основные методы селекции. Учение Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений».

Разработала: преподаватель дисциплины «Биология» Богуцкая Лилия Николаевна

Дата проведения: « » ________________ 20___ г.

Цели: Сформировать знания учащихся о селекции как науке, определить цели и задачи науки селекции и познакомить учащихся с центрами происхождения культурных растений, научить находить их по географической карте; сформировать уважительное отношение к труду ученых селекционеров на примере научной деятельности Н.И. Вавилова, представление об основных методах селекционной работы с растениями, животными и микроорганизмами и их использовании в с/х практике; дать учащимся новые понятия о гетерозисе, инбридной депрессии, инбридинге, особенностях отдаленной гибридизации; отрабатывать умения применять знания закономерностей наследственности и изменчивости для обоснования методов селекции, сравнения сортов, пород, форм отбора и формулирования выводов; показать учащимся достижения отечественной селекции и дельнейшие перспективы развития этой области науки и практики; продолжить формирование умений анализировать, сравнивать, обобщать и систематизировать, отработать умение учащихся работать с текстом учебника, гербарием.

Тип урока: Изучение нового материала.

Методическое обеспечение урока:

А) Учебные пособия: учебник «Общая биология» В.И. Сивоглазов 10-11 класс; раздаточный материал – муляжи и картинки, иллюстрирующие многообразие сортов культурных растений и пород домашних животных; материал для выполнения исследовательской работы по центрам происхождения культурных растений; атласы.

Б) Средства контроля: опрос; выполнение исследовательской работы для закрепления материала по центрам происхождения культурных растений.

Основные понятия урока:

Селекция, сорт, порода, штамм, одомашнивание (доместикация), отбор (искусственный, естественный, индивидуальный, массовый), гибридизация, инбридинг, аутбридинг, мутагенез, полиплоидия, гетерозис (гибридная мощь), экстерьер, инбредная депрессия, биотехнология.

Ход урока:

1. Оргмомент
2. Изучение новой темы.

1. Что такое селекция?
2. Для чего селекции необходимо знание законов наследственности и изменчивости?
3. Почему селекцию можно назвать эволюцией, направляемой желаниями и трудом человека?
4. Каковы основные направления научной работы Н.И. Вавилова?

- Селекция – наука об улучшении уже существующих и о выведении новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Название этой науки происходит от лат.слова «selectio» - отбор.

Как род практической деятельности человека селекция возникла на заре человеческой культуры. Однако селекция стала наукой сравнительно недавно. Теория селекции стала успешно развиваться благодаря эволюционной теории Ч. Дарвина о творческой роли отбора, а затем на основе генетики.

Итогом селекционных работ являются сорт растений, порода животных, штамм микроорганизмов. 

( преподаватель показывает муляжи гибридов культурных растений, породы собак, кошек)

Сорт растений или порода животных – это совокупность особей одного вида, созданная в результате селекции и обладающая определенными, передающимися по наследству, морфологическими, биологическими, хозяйственными признаками и свойствами.

Штамм – совокупность микроорганизмов.

Целенаправленной селекционной работе предшествовал период одомашнивания животных и окультуривания растений. Первые попытки одомашнивания были предприняты людьми еще 10–12 тыс. лет назад, а возможно, и ранее, когда древними охотниками были уничтожены крупные млекопитающие (основные объекты промысла), и охота перестала обеспечивать людей продуктами питания в достаточной степени. Домашний кролик был одомашнен лишь в Средневековье, сахарная свекла в XIX в., мята – в XX в.

Как наука селекция окончательно оформилась благодаря трудам Ч.Дарвина. Он проанализировал огромный материал по одомашниванию животных и введению в культуру растений и на этой основе создал учение об искусственном отборе. В настоящее время селекция является важнейшим родом практической деятельности человека, итогом которой стали все имеющиеся сегодня сорта культурных растений, породы домашних животных и штаммы полезных микроорганизмов.

Научной основой современной селекции выступает генетика, в частности такие ее разделы, как теории гена и мутаций, молекулярные основы наследственности, учение о роли среды в фенотипическом проявлении генетической информации, теория отдаленной гибридизации, экологическая генетика и др.

Задачи современной селекции:

– повышение урожайности и продуктивности уже существующих сортов и пород;

Основные методы селекции: (заполнение таблицы)

Массовый отбор проводится по внешним, фенотипическим, признакам в популяциях растений и животных.

Массовый отбор может быть эффективен, когда особи выделяются по качественным, просто наследуемым, признакам (белый или красный цветок, рогатое или безрогое животное и др.). Его обычно применяют для перекрестноопыляемых растений. Так, например, были получены новые сорта ржи, в частности сорт Вятка.

При индивидуальном отборе выбирают отдельную особь с интересующим человека признаком и получают от нее потомство.

+ индивидуального отбора - точная оценка генотипа при анализе индивидуальных потомков. При отборе особей по количественным признакам, которые наследуются, как правило, очень сложно (количество зерен в колосе пшеницы, жирность молока коровы и др.), где нужна предельно точная оценка генотипа, наиболее эффективен индивидуальный отбор.

Отбор особей с нужными человеку наследственными изменениями приводит к созданию совершенно новых сортов и пород, т.е. никогда ранее не существовавших органических форм с признаками и свойствами, сформированными самим человеком. В этом заключается творческая роль искусственного отбора.

(учащиеся сравнивают виды отбора и заполняют таблицу)

Таблица 2. Сравнение искусственного и естественного отбора

Более высокая жизнеспособность, продуктивность гибридов первого поколения по сравнению со скрещиваемыми родительскими формами получила название гетерозис. Гетерозис может возникать при скрещивании пород у животных, сортов и чистых линий у растений.

Индуцированный мутагенез, полиплоидия и их использование в селекции растений

Методы мутагенеза успешно применяют в селекции растений. Известный сорт яровой пшеницы Новосибирская 67 был получен в Институте цитологии и генетики СО РАН после обработки семян исходного материала сорта Новосибирская 7 рентгеновскими лучами. Этот сорт обладает короткой и прочной соломиной, что предохраняет растения от полегания в период уборки урожая.

В селекции растений находит широкое применение и метод получения полиплоидных форм. Полиплоидия является разновидностью геномной мутации и заключается в кратном по сравнению с гаплоидным увеличении набора хромосом. Полиплоидные формы можно получить, обрабатывая колхицином семена в период их прорастания.

Кратное увеличение числа хромосом сопровождается возрастанием массы семян и плодов, что ведет к повышению урожайности сельскохозяйственных растений.

К середине прошлого века возникла новая отрасль промышленности – микробиологическая, которая использует одноклеточные грибы, бактерии для производства сложных органических веществ. Микробиологическая промышленность является составной частью биотехнологии.

К биологическим особенностям микроорганизмов, учитываемым в селекции, следует отнести:

– высокую скорость размножения; – большую частоту появления мутаций; – неоднородность штамма и эффективность отбора.

Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, некоторых органических кислот и витаминов, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.

Исключительно большое значение для здоровья человека имеют антибиотики. Это особые вещества – продукты жизнедеятельности некоторых бактерий и грибов, убивающие болезнетворные микробы. Благодаря антибиотикам многие болезни излечиваются относительно легко, тогда как ранее они давали большой процент смертности. Витамины, столь необходимые для человека, вырабатываются растениями и некоторыми микроорганизмами.

Достижения в селекции (слушаются короткие доклады о селекции растений, животных и микроорганизмов).

Центры происхождения культурных растений

Один из основоположников научной селекции, академик Николай Иванович Вавилов, считал, что для успешного решения задач селекции, необходимо изучение:

– исходного сортового, видового и родового разнообразия растений и животных; – влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; – наследственной изменчивости; – закономерностей наследования при гибридизации; – особенностей селекционного процесса для самоопыляющихся или перекрестноопыляемых растений.

В ходе экспедиций было установлено, что для разных культур существуют свои центры многообразия, где сосредоточено наибольшее число сортов, разновидностей, разнообразных наследственных отклонений. Эти центры многообразия являются и районами возникновения культурных сортов.

Большинство центров совпадает с древними очагами земледелия. Это в основном не равнинные, а горные районы.

Таких центров многообразия Н.И. Вавилов насчитал сначала 8, а в более поздних работах сократил их число до 7.

1. Южноазиатский тропический (Индийский, или Индонезийско-Индокитайский). 2. Восточноазиатский (Китайский, или Китайско-Японский). 3. Юго-Западноазиатский (Переднеазиатский и Среднеазиатский). 4. Средиземноморский.Э 5. Абиссинский (Эфиопский). 6. Центральноамериканский (Южномексиканский, или Среднеамериканский). 7. Южноамериканский (Андийский).

3. Закрепление знаний.

Выборочный опрос по карточкам.

1. Каковы биологические особенности растений, учитываемые в селекции? 2. Что такое инбридинг? 3. Что такое межсортовое и межвидовое скрещивание? 4. В чем состоит явление гетерозиса и каковы его генетические основы? 5. Что такое массовый и индивидуальный отбор в селекции растений? 7. Что такое индуцированный мутагенез и в чем заключается метод получения полиплоидов в селекции растений?

8. Каковы биологические особенности животных, учитываемые в селекции?
9.  Каковы типы скрещиваний, применяемые в селекции животных?
10. В чем состоят особенности отбора в селекции животных?
11.  Каковы достижения селекции животных?
12. Что такое биотехнология?
13. Какие методы используются в селекции микроорганизмов?

4. Домашнее задание.

5. Рефлексия (итог урока): подводятся итоги занятия, выставляются оценки за работу.

Приложение

Государственное образовательное бюджетное учреждение

среднего профессионального образования

Воронежской области

«Воронежский техникум строительных технологий»

Методические рекомендации

для организации исследовательской деятельности студентов по теме

«Происхождение центров культурных растений»

дисциплины Биология

Руководители:

Богуцкая Л.Н.

Воронеж

2013 г.

Подготовка исследовательской работы:

Деятельность преподавателя:

Преподаватель определяет:

• тему исследовательской работы: «Происхождение центров культурных растений»
• цель исследовательской работы: выявить условия, необходимые для формирования крупного очага происхождения культурных растений, места их происхождения, а также отработать графические навыки нанесения на контурную карту центров происхождения культурных растений.
• срок подготовки работы: исследовательская работа рассчитана на работу в течение 1 недели. Срок предоставления результатов работы – февраль.
• рекомендует базовую литературу:

1. Сивоглазов В.И. Биология. Общая биология. Базовый уровень: учеб. для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений / В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова; под ред. Акад. РАЕН, проф. В.Б. Захарова. – 9-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2013. – 381, [3] с.: ил.
2. Андреева Н.Д. Биология. 10-11 классы: учеб.для образоват. учреждений (базовый уровень) / Н.Д.Андреева. – 6-е изд., испр. – М.: Мнемозина, 2013. – 327 с.: ил.
3. Сайт «Я иду на урок биологии» создан на основе материалов журнала «Биология» Издательского дома «Первое сентября» [Электронный ресурс]: «Первое сентября», 2002 – Режим доступа: http://bio.1september.ru/article.php?ID=200202410 – Загл. с экрана

• оказывает консультативную помощь при формировании работы:
• формирует структуру исследовательской работы:

1. Знакомство с центрами происхождения культурных растений и их многообразием по Н.И. Вавилову (Приложение 1).
2. Работа с выданным преподавателем гербарным материалом, определение их центров происхождения и географического положения, заполнение таблицы 1 «Культурные растения».
3. Нанесение центров происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову на контурную карту (рис.1).
4. Оформление контрольных вопросов, выводов по работе.

Деятельность студентов:

1. Подбирают и изучают литературу по теме, обрабатывают фактический материал, оформляют исследовательскую работу по выданному плану с развернутыми контрольными вопросами, выводами, сдают на контроль преподавателю в установленный срок.
2. Порядок сдачи и защиты проектной работы:

• Работа сдается на проверку преподавателю за 1 неделю до зачетного срока.
• При оценке работы преподаватель учитывает:

- правильность заполнения таблицы, оформление контурной карты с центрами происхождения культурных растений;

- связанность, логичность и полноту ответов на контрольные вопросы, грамотность оформления выводов по работе.

• Общая оценка за исследовательскую работу выставляется с учетом оценок за работу, качество выполнения.

Учение об исходном материале является основой современной селекции. Исходный материал служит источником наследственной изменчивости – основы для искусственного отбора. Н.И. Вавилов установил, что на Земле существуют районы с особенно высоким уровнем генетического разнообразия культурных растений, и выделил основные центры происхождения культурных растений (первоначально Н.И. Вавилов выделил 8 центров, но затем сократил их число до 7).

Для возникновения крупного очага происхождения культурных растений Н. И. Вавилов считал необходимым условием, кроме богатства дикорастущей флоры видами, пригодными для возделывания, наличие древней земледельческой цивилизации.

Для каждого центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные культуры.

1. Южноазиатский тропический центр (около 50%) – включает территории тропической Индии, Индокитая, Южного Китая и островов Юго-Восточной Азии. Не менее одной четверти населения земного шара до сих пор живет в тропической Азии. В прошлом относительная населенность этой территории была еще более значительной. Из этого центра ведет начало около одной трети возделываемых в настоящее время растений. Это родина таких растений, как рис, сахарный тростник, чай, лимон, апельсин, огурец, черный перец, банан, баклажан, а также большого количества тропических плодовых и овощных культур.

2. Восточноазиатский центр (20%) – включает умеренные и субтропические части Центрального и Восточного Китая, Корею, Японию и большую часть о. Тайвань. На этой территории живет примерно также около одной четверти населения Земли. Около 20% всей мировой культурной флоры ведет начало из Восточной Азии. Это родина таких растений, как соя, просо, овес, хурма, редька, персик, чай и многих других овощных и плодовых культур.

3. Юго-западноазиатский центр (14%) – включает территории внутренней нагорной Малой Азии (Анатолии), Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Сюда же примыкает Кавказ. Родина мягких пшениц, ржи, овса, ячменя, гороха, чечевицы, льна, конопли, яблони, дыни, груши, сливы, винограда, миндаля, граната, инжира, лука, чеснока, моркови, репы, свеклы, дыни.

В исключительном видовом разнообразии здесь сосредоточены дикие родичи пшеницы, ржи и различных европейских плодовых. До сих пор здесь можно проследить для многих видов непрерывный ряд от культурных до диких форм, т. е. установить сохранившиеся связи диких форм с культурными.

4. Средиземноморский центр – включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот замечательный географический центр, характеризующийся в прошлом величайшими древнейшими цивилизациями, дал начало приблизительно около 11 % видов культурных растений. Среди них такие как твердые пшеницы, капуста, свекла, морковь, укроп, петрушка, лавр, малина, виноград, клевер, вика, лен, маслина, множество других овощных и кормовых культур.

5. Абиссинский центр. Общее число видов культурных растений, связанных по своему происхождению с Абиссинией, не превышает 4% мировой культурной флоры. Абиссиния характеризуется рядом эндемичных видов и даже родов культурных растений. Среди них такие, как кофейное дерево, кунжут, хлопчатник, финиковая пальма, масличная пальма, арбуз, хлебный злак тэфф, своеобразное масличное растение нуг, особый вид банана.

6. Центральноамериканский центр, охватывающий обширную территорию Северной Америки, включая Южную Мексику. В этом центре можно выделить три очага:

Из Центральноамериканского центра ведет начало около 8% различных возделываемых растений, таких, как кукуруза, подсолнечник, американские длинноволокнистые хлопчатники, какао (шоколадное дерево), табак, махорка, орех, ряд видов фасоли, тыквенных, многих плодовых (гвайява, аноны и авокадо).

7. Андийский центр (Южноамериканский), в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это родина картофеля, томата, кукурузы, ячменя, арахиса, тыквы, ананаса, гевеи. Отсюда ведут начало хинное дерево и кокаиновый куст.

 Как видно из перечня географических центров, начальное введение в культуру подавляющего числа возделываемых растений связано не только с флористическими областями, отличающимися богатой флорой, но и с древнейшими цивилизациями. Лишь сравнительно немногие растения введены в прошлом в культуру из дикой флоры вне перечисленных основных географических центров. Семь географических центров соответствуют древнейшим земледельческим культурам. Южноазиатский тропический центр связан с высокой древнеиндийской и индокитайской культурой. Новейшие раскопки показали глубокую древность этой культуры, синхронной передне-азиатской. Восточноазиатский центр связан с древней китайской культурой, а Юго-западно-азиатский – с древней культурой Ирана, Малой Азии, Сирии, Палестины и Ассиро-Вавилонии. Средиземноморье за много тысячелетий до нашей эры сосредоточило этрусскую, эллинскую и египетскую культуры. Своеобразная абиссинская культура имеет глубокие корни, вероятно совпадающие по времени с древней египетской культурой. В пределах Нового Света Центрально-американский центр связан с великой культурой майя, достигшей до Колумба огромных успехов в науке и искусстве. Андийский центр в Южной Америке сочетается в развитии с замечательной доинкской и инкской цивилизациями.

Н.И. Вавилов выделил группу вторичных культур, которые произошли от сорняков: рожь, овес и др. Н.И. Вавилов установил, что «важным моментом при оценке материала для селекции является наличие в нем разнообразия наследственных форм». Н.И. Вавилов различал следующие группы исходных сортов: местные сорта, иноземные и инорайонные сорта. При разработке теории интродукции (внедрения) инорайонных и иноземных сортов «необходимо отличать первичные очаги формообразования от вторичных». Например, в Испании обнаружено «исключительно большое число разновидностей и видов пшениц», однако это объясняется «привлечением сюда многих видов из разных очагов». Н.И. Вавилов придавал большое значение новым гибридным формам. Разнообразие генов и генотипов в исходном материале Н.И. Вавилов назвал генетическим потенциалом исходного материала.

Исследовательская работа

«Происхождение центров культурных растений»

студента(-тки) группы ________ ____________________________________

группа ФИО

Цель: выявить условия, необходимые для формирования крупного очага происхождения культурных растений, места их происхождения, а также отработать графические навыки нанесения на контурную карту центров происхождения культурных растений.

Оборудование: гербарий культурных растений, контурная карта мира, цветные карандаши, простой карандаш, ластик.

Ход исследования:

Задание №1. Культурные растения Таблица 1.

Условные обозначения: (названия центров)

I - ___________________________________________________________ V - ____________________________________________________________

II - ___________________________________________________________ VI - ___________________________________________________________

III- ___________________________________________________________ VII - ___________________________________________________________

IV- ___________________________________________________________

Ответы на контрольные вопросы:

1. Какие условия необходимы для формирования крупного очага происхождения культурных растений?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Из исследований, проведенных Н. И. Вавиловым, видно, что очагами происхождения многих культурных растений были не равнинные, а горные районы. Как вы можете объяснить этот факт?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Результаты исследования (вывод):

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Проверила: ______________ / _________________________ / Оценка за работу: ______ /___________________/

роспись ФИО преподавателя оценка расшифровка

Поделитесь с Вашими друзьями: