Лекция основы генетики и селекции. Генетические основы селекции

Предмет – биология

Класс – 9 «А» и «Б»

Продолжительность – 40 минут

Учитель – Желовникова Оксана Викторовна

Тема урока : «Генетические основы селекции организмов»

Форма учебного процесса : классный урок.

Тип урока: урок сообщения новых знаний.

Цель: познакомить с генетическими основами селекции организмов.

Задачи урока:

1. расширить знания о селекции организмов как науки;

2. познакомить с краткой историей селекции;

3. углубить знания о сорте, породе и штамме организмов;

4. сформировать знания о главных методах селекции организмов;

5. раскрыть основополагающую роль генетических закономерностей и законов для селекционной практики.

Оборудование: ИКТ презентация «Основы селекции» учебник под ред.И.Н. Пономарёвой,

журнал «Биология в школе» №1-1998г., таблицы «Методы селекции растений», «Методы селекции животных», муляжи гибридов плодовых культур.

Ход урока.

1.Актуализация знаний учащихся:

Какую роль сыграли в развитии селекции общие свойства всех организмов – наследственность и изменчивость?

В чем суть генетических законов и какова их роль в селекции?

2.Изучение нового материала

Рассказ учителя сопровождается презентацией

Слайд 1 Культурные растения и домашние животные сформировались в доисторический период. Окультуривание растений и приручение животных обеспечили людей и питании и одежде. Первые попытки одомашнивания животных и окультуривания растений относится к 20 – 30 тысячелетию до нашей эры. В Средней Азии Закавказье, юге России в каменном веке знали пшеницу. В начале 7-ого тысячелетия до н.э. в горном Курдистане (Ирак) возделывали пшеницу – дикую однозернянку. В 10-м тысячелетии до н.э. начали культивировать многие растения и одомашнивать животных.

Домашние животные и культурные растения произошли от диких предков.

Человек на заре своего становления приручал необходимых ему животных.

Вопрос классу: Каких животных приручил человек?

банкиевская курица (курица) архар (овцы)волк (собака)

Человек собирал семена полезных растений и высевал их около своего жилища, обрабатывал землю и для новых посевов отбирал самые крупные семена.

Длительный отбор растений и животных способствовали появлению культурных форм с особыми свойствами, нужными человеку.

Однако основная роль в эволюции культурных растений и домашних животных принадлежит мутациям, отбору и селекции.

Учитель: Как вы понимаете, что такое селекция?

Селекция (лат. «selectio» – отбор)

Дети думают, отвечают, затем учитель показывает правильный ответ. Слайд№2

Это наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Это отрасль с/х производства, занимающаяся практическим выведением новых сортов и гибридов культурных растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными для человека свойствами.

Учитель: Назовите, пожалуйста, задачи селекции. (учащиеся отвечают )

слайд№3

1.повышение урожайности сортов растений,продуктивности пород животных,

штаммов микроорганизмов.

2.создание устойчивых к заболеваниям и климатическим условиям сортов и пород.

3.получение сортов, пород и штаммов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения.

В настоящее время учитывая рост населения Земли, требуется более широкое производство сельскохозяйственных продуктов. Решающая роль в решении данной глобальной задаче для всего мира отводится селекции растений, животных, микроорганизмов

3.Физкультминутка.

1.упражнения для позвоночника

2.упражнения для глаз.

Слайд 4 ПОРОДА, СОРТ, ШТАММ- это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов и бактерий с нужными для человека признаками.

Слайд 5 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ –генетика. генетика изучает наследственность и изменчивость. Свойства живых организмов определяется их ГЕНОТИПОМ, подвергается изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики.

Слайд 6 ОБЩИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. ГИБРИДИЗАЦИЯ. МУТАГЕНЕЗ. ПОЛИПЛОИДИЯ.

Слайд 7 ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР- это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида, породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Ч. Дарвин заложил теоретические основы этого метода, выделил два направления: БЕССОЗНАТЕЛЬНЫЙ и МЕТОДИЧЕСКИЙ (СОЗНАТЕЛЬНЫЙ)

Слайд 8 Искусственный отбор по отдельным, интересующим человека признакам. Бессознательный отбор ведется с давних времён: по внешним признакам отбирают и размножают лучших. Методический искускуственный. Отбор – целенаправленное создание новых форм культивируемых растений и животных с использованием методов селекции и различных технологий.

Слайд 9 Гибридизация - это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов, размножающихся половым путем.

Слайд 10 ГИБРИДИЗАЦИЯ Внутривидовая (в пределах одного вида между особями разных форм.) Межвидовая, или отдаленная (между особями разных видов)

Слайд 11 ГЕТЕРОЗИС явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков над обеими родительскими формами называют ГИБРИДНОЙ МОЩНОСТЬЮ или ГЕТЕРОЗИСОМ. - выше продуктивность в животноводстве -выше урожайность в растениеводстве. - при скрещивании гибридов F 1 эффект гетерозиса ослабевает и исчезает. -гибриды, полученные путем отдаленной гибридизации, часто неплодовиты.(мул-гибрид лошади с ослом.)

Слайд 12 МУТАГЕНЕЗ - это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием физических и химических факторов.(мутагенов) МУТАЦИИ – естественные (спонтанные) – - искусственные (индуцированные)

Слайд 13 МУТАГЕНЕЗ Некоторые мутации улучшают свойства организма, оказываются интересными и полезными для человека и используются в селекции.

Слайд 14 ПОЛИПЛОИДИЯ - наследственное изменение, при котором многократно увеличивается гаплоидный набор хромосом.Возникает в результате нарушения расхождения хромосом в митозе или мейозе под воздействием факторов окружающей среды. - ионизация.- низкие температуры. -химические вещества.

Слайд 15 ПОЛИПЛОИДИЯ Крупные размеры Устойчивы к неблагоприятным условиям. Повышено содержание многих веществ, ценных для человека. Применяется в селекции растений.

Самостоятельная работа с учебником (заполнение таблицы)

Методы селекции

			Использование в селекции
			растений		животных

	Нродственная (аутбридинг)	Внутривидовое, межвидовое, Межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получений гетерозиготных популяций с высокой продуктивностью		Скрещивание отдаленных пород, отличающихся признаками, для получения гетерозиготных популяций и гетерозиса. Потомство может быть бесплодным
	Близкородственная (инбридинг)	Самоопыление перекрестноопыляющихся растений путем искусственного создания чистых линий		Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных чистых линий с желательными признаками
Искусствен ный отбор	массовый	Применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений		Не применяется
	индивидуаль	Применяется в отношении самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии – потомство одной самоопыляющейся особи		Применяется жесткий отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру
Селекция	Экспериментальное получение полиплоидов	Применяется для получения более продуктивных и урожайных форм полиплоидов		Не применяется
	Экспериментальный мутагенез	Применяется для получения исходного материала для селекции высших растений и микроорганизмов

5. Рефлексия Итак, давайте подведём итог:

1.Что такое изучает селекция?

2. Что такое сорт, порода, штамм?

3. Следующая наша задача - вспомнить основные методы селекции.

Искусственный отбор (бессознательный, сознательный)

Гибридизация (внутривидовая, межвидовая)

Мутагенез (мутации естественные и искусственные)

Полиплоидия

6. Домашнее задание : §27, термины стр. 109 вопросы 1, 2, 3 устно.

Из истори селекции.

Животные- дикие и домашние.

Растения – дикорастущие и культурные.

Домашние животные и культурные растения появились в доисторический период.

Для чего человек культивировал растения и приручал животных?

СЕЛЕКЦИЯ- наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, и штаммов микроорганизмов. Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ 1. Из истории селекции.2 Наука селекция.3Общие методы селекции.

Из истории селекции. Животные- дикие и домашние. Растения – дикорастущие и культурные. Домашние животные и культурные растения появились в доисторический период. ? Для чего человек культивировал растения и приручал животных?

Селекция – как наука СЕЛЕКЦИЯ- наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, и штаммов микроорганизмов. Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. ПОРОДА, СОРТ, ШТАММ- это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов и бактерий с нужными для человека признаками.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ –генетика. генетика изучает наследственность и изменчивость. Свойства живых организмов определяется их ГЕНОТИПОМ, подвергается изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики.

ОБЩИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. ГИБРИДИЗАЦИЯ. МУТАГЕНЕЗ. ПОЛИПЛОИДИЯ.

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. -это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида,породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Ч. Дарвин заложил теоретические основы этого метода,выделил два направления: БЕССОЗНАТЕЛЬНЫЙ и МЕТОДИЧЕСКИЙ (СОЗНАТЕЛЬНЫЙ)

Искусственный отбор по отдельным,интересующим человека признакам. Бессознательный отбор ведется с давних времён: по внешним признакам отбирают и размножают лучших. Методический искус. Отбор – целенаправленное создание новых форм культивируемых растений и животных с использованием методов селекции и различных технологий.

гибридизация -это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов,размножающихся половым путем.

ГИБРИДИЗАЦИЯ Внутривидовая (в пределах одного вида между особями разных форм.) Межвидовая, или отдаленная (между особями разных видов)

ГЕТЕРОЗИС явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков над обеими родительскими формами называют ГИБРИДНОЙ МОЩЬНОСТЬЮ или ГЕТЕРОЗИСОМ. - выше продуктивность в животноводстве -выше урожайность в растениеводстве. - при скрещивании гибридов F 1 эффект гетерозиса ослабевает и исчезает. -гибриды,полученные путем отдаленной гибридизации,часто неплодовиты.(мул-гибрид лошади с ослом.)

МУТАГЕНЕЗ -это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием физических и химических факторов.(мутагенов) МУТАЦИИ – естественные (спонтанные) – - искусственные (индуцированные) ?????????????????????? Мутации????????????????

МУТАГЕНЕЗ Некоторые мутации улучшают свойства организма, оказываются интересными и полезными для человека и используются в селекции.

МУТАГЕНЕЗ

ПОЛИПЛОИДИЯ - наследственное изменение,при котором многократно увеличивается гаплоидный набор хромосом. -возникает в результате нарушения расхождения хромосом. -в митозе или мейозе под воздействием факторов окружающей среды. - ионизация.- -низкие температуры. -химические вещества.

ПОЛИПЛОИДИЯ Крупные размеры Устойчивы к неблагоприятным условиям. Повышено содержание многих веществ,ценных для человека. Применяется в селекции растений.

Особенности селекции растений

Селекция растений Эксперементальный (индуцированный) мутагенез – воздействие различных излучений для получения мутаций и использование химических мутагенов.

Селекция растений. Аутбридинг- скрещивание непосредственных форм(отсутствие общих предков в ближайших 4-6 поколениях.) Инбридинг, инцухт-близкородственное скрещивание и принудительное опыление (используется для получения чистых линий.)

Селекция растений. растения - ???????? Выращивают более 3000 видов Пищевые. Лекарственные. Волокнистые. Красильные. Технические. Эфиромасличные. декоративные Предки культурных растений -???????? Дикорастущие растения.

ЗАДАЧИ СЕЛЕКЦИИ 1 Повышение урожайности сортов и продуктивности пород. 2. Улучшение качества продукции. 3. Повышение устойчивости к заболеваниям и вредителям. 4. Экологическая пластичность сортов и пород.. 5.Пригодность для механизированного и промышленного выращивания и разведения.

Селекция растений Культурные растения Приобрели признаки- Внезапная(спонтанная) мутация. Случайная гибридизация. Полиплоидия. Работа человека Отбор Целенаправленная гибридизация- - полезные признаки закрепляются и размножаются.

Методы селекции растений Методы разнообразные сочетаются Основное значение: Мутации. Спонтанная и искусственная гибридизация между разными видами. ПОЛИПЛОИДИЯ(полиплоидные растения)

Н. И. Вавилов

П.П.ЛУКЬЯНЕНКО Работа селекционеров.

В. С. ПУСТОВОЙТ Вывел 34 сорта подсолнечника.

В последние годы особое значение приобретает селекция ряда насекомых и микроорганизмов, используемых с целью биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений.

Селекция должна учитывать также и потребности рынка сбыта сельскохозяйственной продукции, удовлетворения конкретных отраслей промышленного производства. Например, для выпечки высококачественного хлеба с эластичным мякишем и хрустящей корочкой необходимы сильные (стекловидные) сорта мягкой пшеницы, с большим содержанием белка и упругой клейковины. Для изготовления высших сортов печенья нужны хорошие мучнистые сорта мягкой пшеницы, а макаронные изделия, рожки, вермишель, лапша, вырабатываются из твердой пшеницы.

Ярким примером селекции с учетом потребностей рынка служит пушное звероводство. При выращивании таких ценных зверьков, как норка, выдра, лиса, отбираются животные с генотипом, соответствующим постоянно меняющейся моде в отношении окраски и оттенков меха.

В целом развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости.

Теоретической основой селекции является генетика. Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы. Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами.

Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач. Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака. Достижения генетики, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, применение тестов для ранней диагностики селекционной перспективности исходного материала, разработка разнообразных методов экспериментального мутагенеза и отдаленной гибридизации в сочетании с полиплоидизацией, поиск методов управления процессами рекомбинации и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с нужным комплексом признаков и свойств дали возможность расширить источники исходного материала для селекции. Кроме того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики.

Успех работы селекционера в значительной мере зависит от правильности выбора исходного материала (видов, сортов, пород) для селекции, изучения его происхождения и эволюции, использования в селекционном процессе организмов с ценными признаками и свойствами. Поиск нужных форм ведется с учетом всего мирового генофонда в определенной последовательности. Прежде всего, используются местные формы с нужными признаками и свойствами, затем применяются методы интродукции и акклиматизации, т. е. привлекаются формы, произрастающие в других странах или в других климатических зонах и, наконец, методы экспериментального мутагенеза и генетической инженерии.

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н. И. Вавилов с 1924 г. и до конца 30-х гг. организовал 180 экспедиций по самым труднодоступным и зачастую опасным районам земного шара. В результате этих экспедиций Н. И. Вавилов изучил мировые растительные ресурсы и установил, что наибольшее разнообразие форм вида сосредоточено в тех районах, где этот вид возник. Кроме того, была собрана уникальная, самая крупная в мире коллекция культурных растений (к 1940 г. коллекция включала 300 тыс. образцов), которые ежегодно размножаются в кол лекциях Всероссийского института растениеводства имени Н. И. Вавилова (ВИР) и широко используются селекционерами как исходный материал для создания новых сортов зерновых, плодовых, овощных, технических, лекарственных и других культур.

На основании изучения собранного материала Вавилов выделил 7 центров происхождения культурных растений (Приложение 1). Центры происхождения важнейших культурных растений связаны с древними очагами цивилизации и местом первичного возделывания и селекции растений. Подобные очаги одомашнивания (центры происхождения) выявлены и у домашних животных.

1. Структура современной селекции

2. Теория селекционного процесса

3. Искусственный отбор

4. История селекции в России

5. Частная селекция растений, животных и микроорганизмов

1. Структура современной селекции

Селекция (от лат. selectio, seligere – отбор) – это наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Современная селекция – это обширная область человеческой деятельности, которая представляет собой сплав различных отраслей науки, производства сельскохозяйственной продукции и ее комплексной переработки.

В ходе селекции происходят устойчивые наследственные преобразования различных групп организмов. По образному выражению Н.И. Вавилова, «…селекция представляет собой эволюцию, направляемую волей человека». Известно, что достижения селекции широко использовал Ч. Дарвин при обосновании основных положений эволюционной теории.

Современная селекция базируется на достижениях генетики и является основой эффективного высокопродуктивного сельского хозяйства и биотехнологии.

Задачи современной селекции

Создание новых и совершенствование старых сортов, пород и штаммов с хозяйственно-полезными признаками.

Создание технологичных высокопродуктивных биологических систем, максимально использующих сырьевые и энергетические ресурсы планеты.

Повышение продуктивности пород, сортов и штаммов с единицы площади за единицу времени.

Повышение потребительских качеств продукции.

Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная переработка.

Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.

Структура современной селекции

Учение о современной селекции было нашим выдающимся соотечественником – агрономом, ботаником, географом, путешественником, всемирно признанным авторитетом в области генетики, селекции, растениеводства, иммунитета растений, крупным организатором сельскохозяйственной и биологической науки в нашей стране – Николаем Ивановичем Вавиловым (1887–1943). Многие хозяйственно-полезные признаки являются генотипически сложными, обусловленными совместным действием многих генов и генных комплексов. Необходимо выявить эти гены, установить характер взаимодействия между ними, иначе селекция может вестись вслепую. Поэтому Н.И. Вавилов утверждал, что именно генетика является теоретической основой селекции.

Н.И. Вавилов выделил следующие разделы селекции:

1) учение об исходном сортовом, видовом и родовом потенциалах;

2) учение о наследственной изменчивости (закономерности в изменчивости, учение о мутациях);

3) учение о роли среды в выявлении сортовых признаков (влияние отдельных факторов среды, учение о стадиях в развитии растений применительно к селекции);

4) теория гибридизации как в пределах близких форм, так и отдаленных видов;

5) теория селекционного процесса (самоопылители, перекрестноопылители, вегетативно и апогамно размножающиеся растения);

6) учение об основных направлениях в селекционной работе, таких, как селекция на иммунитет, на физиологические свойства (холодостойкость, засухоустойчивость, фотопериодизм), селекция на технические качества, химический состав;

7) частная селекция растений, животных и микроорганизмов.

Учение Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений

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 каждого центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные культуры.

1. Тропический центр – 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, банан, баклажан, а также большого количества тропических плодовых и овощных культур.

2. Восточноазиатский центр – 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, хурма, многих других овощных и плодовых культур.

3. Юго-западноазиатский центр – включает территории внутренней нагорной Малой Азии (Анатолии), Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Сюда же примыкает Кавказ, культурная флора которого, как показали исследования, генетически связана с Передней Азией. Родина мягких пшениц, ржи, овса, ячменя, гороха, дыни.

Этот центр может быть подразделен на следующие очаги:

а) Кавказский со множеством оригинальных видов пшеницы, ржи и плодовых. По пшенице и ржи, как выяснено сравнительными исследованиями, это наиболее важный мировой очаг их видового происхождения;

б) Переднеазиатский , включающий Малую Азию, Внутреннюю Сирию и Палестину, Трансиорданию, Иран, Северный Афганистан и Среднюю Азию вместе с Китайским Туркестаном;

в) Северо-западноиндийский , включающий помимо Пенджаба и примыкающих провинций Северной Индии и Кашмира также Белуджистан и Южный Афганистан.

Около 15% всей мировой культурной флоры ведет начало с этой территории. 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 10% видов культурных растений. Среди них такие, как твердые пшеницы, капуста, свекла, морковь, лен, виноград, 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, арбуз, хлебный злак тэфф (Eragrostis abyssinica), своеобразное масличное растение нуг (Guizolia ahyssinica), особый вид банана.

В пределах Нового Света установлена поразительно строгая локализация двух центров видообразования главнейших культурных растений.

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

а) Горный южномексиканский,

б) Центральноамериканский,

в) Вест-Индский островной.

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

7. Андийский центр, в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это родина картофеля, томата. 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 указанных 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.

Развитие учения Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений.

К сожалению, многие идеи Н.И. Вавилова не были в должной мере оценены современниками. Лишь во второй половине XX века крупные центры по сохранению генофонда культурных растений и их диких сородичей были созданы на Филиппинах, в Мексике, в Колумбии и других зарубежных странах.

Во второй половине XX в. появились новые данные о распределении культурных растений. С учетом этих данных академик П.М. Жуковский развил учение Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений. Он создал теорию мегацентров (генетических центров, или генцентров), объединяющих первичные и вторичные очаги происхождения культурных растений, а также их некоторых дикорастущих сородичей. В своей книге «Мировой генофонд растений для селекции» (1970) П.М. Жуковский выделил 12 мегацентров: Китайско-Японский, Индонезийско-индокитайский, Австралийский, Индостанский, Среднеазиатский, Переднеазиатский, Средиземноморский, Африканский, Европейско-сибирский, Среднеамериканский, Южноамериканский, Североамериканский. Перечисленные мегацентры занимают обширные географические регионы (например, к Африканскому центру отнесена вся территория Африки к югу от Сахары). В то же время, П.М. Жуковский выделил 102 микрогенцентра, в которых обнаружены отдельные формы растений. Например, родиной душистого горошка – популярного декоративного растения – является о. Сицилия; из некоторых районов Грузии происходят уникальные формы пшениц, в частности, пшеница Зандури, представляющая собой надвидовой комплекс, устойчивый к многим грибковым заболеваниям (кроме того, среди этих пшениц обнаружены формы с цитоплазматической мужской стерильностью).

Закон гомологических рядов

Систематизируя учение об исходном материале, Н.И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов (1920 г.):

1. Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

2. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство.

Согласно этому закону, у генетически близких видов и родов существуют близкие гены, которые дают сходные серии множественных аллелей и вариантов признака.

Теоретическое и практическое значение закона гомологических рядов:

Н.И. Вавилов четко разграничил внутривидовую и межвидовую изменчивость. При этом вид рассматривался как целостная, исторически сложившаяся система.

Н.И. Вавилов показал, что внутривидовая изменчивость небезгранична и подчиняется определенным закономерностям.

Закон гомологических рядов является руководством для селекционеров, позволяя предсказать возможные варианты признаков.

Н. И. Вавилов впервые осуществил целенаправленный поиск редких или мутантных аллелей в природных популяциях и популяциях культурных растений. В наше время продолжается поиск мутантных аллелей для повышения продуктивности штаммов, сортов и пород.

Выявление уровня биологического разнообразия и его сохранение

Для отыскания центров разнообразия и богатства растительных форм Н.И. Вавилов многочисленные экспедиции, которые за 1922…1933 гг. побывали в 60 странах мира, а также в 140 районах нашей страны.

Важно подчеркнуть, что поиски культурных растений и их диких сородичей шли не вслепую, как в большинстве стран, в том числе и в США, а опирались на стройную строгую теорию центров происхождения культурных растений, разработанную Н.И. Вавиловым. Если до него ботаники-географы искали «вообще» родину пшеницы, то Вавилов искал центры происхождения отдельных видов, групп видов пшеницы в различных областях земного шара. При этом особо важно было выявить области естественного распространения (ареалы) разновидностей данного вида и определить центр наибольшего разнообразия его форм (ботанико-географический метод). Чтобы установить географическое распределение разновидностей и рас культурных растений и их диких родичей, Н.И. Вавилов изучал очаги древнейшей земледельческой культуры, начало которой он видел в горных районах Эфиопии, Передней и Средней Азии, Китая, Индии, в Андах Южной Америки, а не в широких долинах крупных рек – Нила, Ганга, Тигра и Евфрата, как утверждали ученые прежде.

В результате экспедиций был собран ценный фонд мировых растительных ресурсов, насчитывающий свыше 250000 образцов. Подобная коллекция была создана и в США, однако она значительно уступала вавиловской коллекции и по числу образцов, и по видовому составу.

Коллекционные образцы, собранные под руководством Н.И. Вавилова, хранились в Ленинграде во Всесоюзном институте растениеводства (ВИРе), созданном Н.И. Вавиловым в 1930 г. на основе Всесоюзного института прикладной ботаники и новых культур (ранее – Отдела прикладной ботаники и селекции, еще ранее – Бюро по прикладной ботанике). В годы Великой Отечественной войны во время блокады Ленинграда сотрудники ВИРа несли круглосуточное дежурство при коллекции семян зерновых культур. Многие сотрудники ВИРа умерли голодной смертью, но бесценное видовое и сортовое богатство, из которого и поныне селекционеры всего мира черпают материал для создания новых сортов и гибридов, было сохранено.

Во второй половине XX столетия были организованы новые экспедиции по сбору образцов для пополнения коллекции ВИРа; в настоящее время эта коллекция насчитывает до 300 тысяч образцов растений, принадлежащим к 1740 видам.

Для хранения исходного материала в живом виде используются разнообразные насаждения: коллекционные питомники, коллекционно-маточные, маточные и производственные плантации. Для сохранения коллекционных образцов используются самые разнообразные методы: хранение семян с периодическим пересевом, хранение замороженных образцов (черенков, почек), поддержание тканево-клеточных культур. В 1976 г. на Кубани было построено Национальное хранилище семян для генофонда ВИРа, вместимостью 400 тысяч образцов. В этом хранилище семена хранятся при строго определенной температуре, позволяющей сохранить всхожесть и предотвратить накопление мутаций, в т.ч. при температуре жидкого азота (–196 °С).

Планомерное изучение мировых растительных ресурсов важнейших культурных растений коренным образом изменило представление о сортовом и видовом составе даже таких хорошо изученных культур, как пшеница, рожь, кукуруза, хлопчатник, горох, лен и картофель. Среди видов и множества разновидностей этих культурных растений, привезенных из экспедиций, почти половина оказались новыми, еще не известными науке. Собранная богатейшая коллекция тщательно изучается с применением самых современных методов селекции, генетики, биотехнологии, а также с помощью географических посевов.

Снижение генетического разнообразия на популяционном уровне – знамение нашего времени

Многие современные сорта растений (зернобобовых культур, кофейного дерева и др.) ведут начало от немногих особей-основателей. На грани вымирания находятся сотни пород домашних животных. Например, развитие промышленного птицеводства привело к резкому сокращению породного состава кур во всем мире: наибольшее распространение получили всего лишь 4…6 из известных 600 пород и разновидностей. Та же ситуация характерна для других сельскохозяйственных видов. Значительную роль в процессе снижения уровня разнообразия играет нерациональное ведение хозяйства, игнорирующее эволюционно сложившуюся системную организацию как природных, так и сельскохозяйственных популяций, их естественную подразделенность на генетически отличающиеся субпопуляции. Идеи Н.И. Вавилова о необходимости выявления и сохранения разнообразия были развиты в работах А.С. Серебровского, С.С. Четверикова и других отечественных ученых. Методы селекции, направленные на сохранение биологического разнообразия, будут рассмотрены ниже.

В настоящее время исходным материалом для селекции признаются:

Сорта и породы, возделываемые и разводимые в настоящее время.

Сорта и породы, вышедшие из производства, но представляющие большую генетическую и селекционную ценность по отдельным параметрам.

Местные сорта и аборигенные породы.

Дикие сородичи культурных растений и домашних животных: виды, подвиды, экотипы, разновидности, формы.

Дикие виды растений и животных, перспективные для введения в культуру и доместикации. Известно, что в настоящее время культивируется всего лишь 150 видов сельскохозяйственных растений и 20 видов домашних животных. Таким образом, огромнейший видовой потенциал диких видов остается неиспользованным.

Экспериментально созданные генетические линии, искусственно полученные гибриды и мутанты.

В наше время общепризнанно, что в качестве исходного материала должен использоваться как местный, так и инорайонный исходный материал. Исходный материал должен быть достаточно разнообразен: чем больше его разнообразие, тем больше возможность выбора. В то же время, исходный материал должен быть максимально приближен к идеальному образу (модели) результата селекции – сорта, породы, штамма (см. ниже). В настоящее время продолжается поиск мутантных аллелей для повышения продуктивности сортов, пород и штаммов.

Индуцированный мутагенез.

Экспериментальное получение мутаций у растений и микроорганизмов и их использование в селекции

Эффективными способами получения исходного материала являются методы индуцированного мутагенеза – искусственного получения мутаций. Индуцированный мутагенез позволяет получить новые аллели, которые в природе обнаружить не удается. Например, этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д. Экспериментально полученные мутации у растений и микроорганизмов используют как материал для искусственного отбора. Этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д.

Для получения индуцированных мутаций у растений используют физические мутагены (гамма-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение) и специально созданные химические супермутагены (например, N-метил-N-нитрозомочевина).

Дозу мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не более 30…50% обработанных объектов. Например, при использовании ионизирующего излучения такая критическая доза составляет от 1…3 до 10…15 и даже 50…100 килорентген. При использовании химических мутагенов применяют их водные растворы с концентрацией 0,01…0,2%; время обработки – от 6 до 24 часов и более.

Обработке подвергают пыльцу, семена, проростки, почки, черенки, луковицы, клубни и другие части растений. Растения, выращенные из обработанных семян (почек, черенков и т.д.) обозначаются символом M1 (первое мутантное поколение). В M1 отбор вести трудно, поскольку большая часть мутаций рецессивна и не проявляется в фенотипе. Кроме того, наряду с мутациями часто встречаются и ненаследуемые изменения: фенокопии, тераты, морфозы.

Поэтому выделение мутаций начинают в M2 (втором мутантном поколении), когда проявляется хотя бы часть рецессивных мутаций, а вероятность сохранения ненаследственных изменений снижается. Обычно отбор продолжается в течение 2…3 поколений, хотя в некоторых случаях для выбраковки ненаследуемых изменений требуется до 5…7 поколений (такие ненаследственные изменения, сохраняющиеся на протяжении нескольких поколений, называют длительными модификациями).

Полученные мутантные формы или непосредственно дают начало новому сорту (например, карликовые томаты с желтыми или оранжевыми плодами) или используются в дальнейшей селекционной работе.

Однако применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. К немногим исключениям относится тутовый шелкопряд, с которым велась интенсивная селекционная работа с использованием авто- и аллополиплоидов (Б.Л. Астауров, В.А. Струнников).

Соматические мутации. В результате индуцированного мутагенеза часто получают частично мутантные растения (химерные организмы). В этом случае говорят о соматических (почковых) мутациях. Многие сорта плодовых растений, винограда, картофеля являются соматическими мутантами. Эти сорта сохраняют свои свойства, если их воспроизводят вегетативным путем, например, прививая обработанные мутагенами почки (черенки) в крону немутантных растений; таким путем размножают, например, бессемянные апельсины.

Полиплоидия. Как известно, термин «полиплоидия» используется для обозначения самых разнообразных явлений, связанных с изменением числа хромосом в клетках.

Автополиплоидия представляет собой многократное повторение в клетке одного и того хромосомного набора (генома). Автополиплоидия часто сопровождается увеличением размеров клеток, пыльцевых зерен и общих размеров организмов. Например, триплоидная осина достигает гигантских размеров, долговечна, её древесина устойчива к гниению. Среди культурных растений широко распространены как триплоиды (бананы, чай, сахарная свекла), так и тетраплоиды (рожь, клевер, гречиха, кукуруза, виноград, а также земляника, яблоня, арбузы). Некоторые полиплоидные сорта (земляника, яблоня, арбузы) представлены и триплоидами, и тетраплоидами. Автополиплоиды отличаются повышенной сахаристостью, повышенным содержанием витаминов. Положительные эффекты полиплоидии связаны с увеличением числа копий одного и того же гена в клетках, и, соответственно, в увеличении дозы (концентрации) ферментов. Как правило, автополиплоиды менее плодовиты по сравнению с диплоидами, однако снижение плодовитости обычно с лихвой компенсируется увеличением размеров плодов (яблони, груши, винограда) или повышенным содержанием определенных веществ (сахаров, витаминов). В то же время, в ряде случаев полиплоидия приводит к угнетению физиологических процессов, особенно при очень высоких уровнях плоидности. Например, 84-хромосомная пшеница менее продуктивна, чем 42-хромосомная.

Аллополиплоидия – это объединение в клетке разных хромосомных наборов (геномов). Часто аллополиплоиды получают путем отдаленной гибридизации, то есть при скрещивании организмов, принадлежащих к различным видам. Такие гибриды обычно бесплодны (их образно называют «растительными мулами»), однако, удваивая число хромосом в клетках, можно восстановить их фертильность (плодовитость). Таким путем получены гибриды пшеницы и ржи (тритикале), алычи и терна, тутового и мандаринового шелкопряда.

Полиплоидия в селекции используется для достижения следующих целей:

Получение высокопродуктивных форм, которые могут непосредственно внедряться в производство или использоваться как материал для дальнейшей селекции;

Восстановление плодовитости у межвидовых гибридов;

Перевод гаплоидных форм на диплоидный уровень.

В экспериментальных условиях образование полиплоидных клеток можно вызвать воздействием экстремальных температур: низкими (0…+8 °С) или высокими (+38…+45 °С), а также путем обработки организмов или их частей (цветков, семян или проростков растений, яйцеклеток или эмбрионов животных) митозными ядами. К митозным ядам относятся: колхицин (алкалоид безвременника осеннего – известного декоративного растения), хлороформ, хлоралгидрат, винбластин, аценафтен и др.

Тема: Основы селекции растений, животных и микроорганизмов.

Тема урока №1. Генетические основы селекции организмов.

Задачи урока : 1 . расширить знания о селекции организмов как науки;

2. познакомить с краткой историей селекции;

3. углубить знания о сорте, породе и штамме организмов;

4. сформировать знания о главных методах селекции организмов;

5. раскрыть основополагающую роль генетическихзакономерностей и законов для селекционной практики.

Средства обучения :таблица«Методы селекции», «Породы животных», презентация «Основы селекции», в/фильм «».

Ход урока.

I . Актуализация знаний учащихся :

1. Какую роль сыграли в развитии селекции растений, животных, щтаммов микроорганизмов общие свойства всех организмов – наследственность и изменчивость?

2. В чем суть генетических законов и какова их роль в селекции?

II . Стадия осмысления.

1. Культурные растения и домашние животные сформировались в доисторический период. Окультуривание растений и приручение животных обеспечили людей и питании и одежде. Первые попытки одомашнивания животных и окультуривания растений относится к 20 – 30 тысячелетию до нашей эры. В Средней Азии Закавказье, юге России в каменном веке знали пшеницу. В начале7-ого тысячелетия до н.э. в горном Курдистане (Ирак)возделывали пшеницу – дикую однозернянку. В 10-м тысячелетии до н.э. начали культивировать многие растения и одомашнивать животных.

Домашние животные и культурные растения произошли от диких предков.

Человек на заре своего становления приручал необходимых ему животных.

банкиевская курицакурица

архаровцы

волксобака

Собирал семена полезных растений и высевал их около своего жилища, обрабатывал землю и для новых посевов отбирал самые крупные семена.

Однако основная роль в эволюции культурных растений и домашних животныхпринадлежит мутациям, отбору и селекции – целенаправленному выведению новых сортов растенийи пород животных с заданными человеком свойствами.

Селекция – это наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Сорт, порода,штамм – это искусственно полученные популяции (растений, животных, грибов, бактерий) с нужными для человека признаками.

Свойства живых организмов определяются их генотипом, систематически подвергаются наследственной и модификационной изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости.

Методы селекции

		Использование в селекции
		растений	животных

Гибридизация	Неродственная (аутбридинг)	Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущеек гетерозису, для получений гетерозиготных популяций с высокой продуктивностью	Скрещивание отдаленных пород, отличающихся признаками, для получения гетерозиготных популяций и гетерозиса. Потомство может быть бесплодным
Гибридизация	Близкородственная (инбридинг)	Самоопыление у перекрестноопыляющихся растений путем искусственного создания чистых линий	Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных чистых линий с желательными признаками
Искусственный отбор	массовый	Применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений	Не применяется
Искусственный отбор	индивидуальный	Применяется в отношении самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии – потомство одной самоопыляющейся особи	Применяется жесткий отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру
Селекция	Экспериментальное получение полиплоидов	Применяется для получения более продуктивных и урожайных форм полиплоидов	Не применяется
Селекция	Экспериментальный мутагенез	Применяется для получения исходного материала для селекции высших растений и микроорганизмов