Селекция (от лат. — выбор, отбор) — это наука о путях и методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами.
Задачи селекции вытекают из ее определения — это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Сортом, породой и штаммом называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды. Основными направлениями селекции являются:
высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных;
качество продукции (например, вкус, внешний вид, лежкость плодов и овощей, химический состав зерна — содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.);
физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям);
интенсивный путь развития (у растений — отзывчивость на удобрения, полив, а у животных — «оплата» корма и т. п.).
Цель данной работы - изучить селекцию и ее виды.
Задачи:
рассмотреть теоретические основы селекции;
изучить вопросы селекцию растений, животных и микроорганизмов.
1. Теоретические основы селекции
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.
2. Значение селекции
Цели и задачи селекции как науки обусловлены уровнем агротехники и зоотехники, уровнем индустриализации растениеводства и животноводства. Например, в условиях дефицита пресной воды уже выведены сорта ячменя, которые дают удовлетворительные урожаи при орошении морской водой. Выведены породы кур, не снижающие продуктивности в условиях большой скученности животных на птицефабриках. Для России очень важно создание сортов, продуктивных в условиях мороза без снега при ясной погоде, поздних заморозков и т. д.
Одним из важнейших достижений человека на заре его становления и развития было создание постоянного и достаточно надежного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. У культурных форм растений и животных сильно развиты отдельные признаки, часто бесполезные или даже вредные для их существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность некоторых пород кур давать более 300 яиц в год лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не сможет высиживать. Продуктивность всех культурных растения также значительно выше, чем у родственных диких видов, но вместе с тем они хуже адаптируются к постоянно меняющимся условиям среды и не имеют средств защиты от поедания (горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек и т. п.). Поэтому в естественных условиях культурные, т. е. одомашненные формы существовать не могут.
Одомашнивание привело к ослаблению действия стабилизирующего отбора, что резко повысило уровень изменчивости: и расширяло его спектр. При этом одомашнивание сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более смирный нрав, обладали другими ценными для человека качествами), затем осознанным, или методическим. Широкое использование методического отбора направлено на формирование у растений и животных определенных качеств, удовлетворяющих человека. Опыт многих поколений людей позволил создать методы и правила отбора и сформировать селекцию как науку.
Процесс одомашнивания новых видов растений и животных для удовлетворения потребностей человека продолжается и в наше время. Например, для получения модной и высококачественной пушнины в нынешнем столетии создана новая отрасль животноводства — пушное звероводство.
Дата________
Урок № 61 Тема: Генетика как научная основа селекции организмов. Исходный материал для селекции.
Цели урока : Раскрыть роль генетика в селекции. Роль теоретических знаний в практике.
Профориентационная учащихся на с\х профессии, необходимые району. Учебные заведения нашего района.
Оборудование : Изображения сортов домашних растений и пород животных
Ход урока
I . Организационный момент :
II .Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :Повторение.
Установи соответствие термина определению.
Селекция – наука о выведении новых и совершенствовании уже существующих старых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами.
Сорт – популяция растений, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
Порода – популяция животных, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
Штамм – популяция микроорганизмов, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
2. Каковы основные задачи селекции как науки?
Повышение продуктивности сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов;
Изучение разнообразия сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов;
Анализ закономерностей наследственной изменчивости при гибридизации и мутационном процессе;
Исследование роли среды в развитии признаков и свойств организмов;
Разработка систем искусственного отбора, способствующих усилению и закреплению полезных для человека признаков у организмов с разными типами размножения;
Создание устойчивых к заболеваниям и климатическим условиям сортов и пород;
Получение сортов, пород и штаммов, пригодных для механизированного промышленного выращивания и разведения.
III . Изучение нового материала :
Что является теоретической базой селекции?
Теоретической базой селекции является генетика. Она также использует достижения теории эволюции, молекулярной биологии, биохимии и других биологических наук.
Групповая работа(12-15 мин)
1 группа- Основные генетические законы и селекция.
2группа-Что является исходным материалом для селекции? Основные виды и способы получения исходного материала.
Обмен информацией-5 минут
Дополнительный материал.
Селекционная работа начинается с подбора материала, от которого прежде всего зависит ее успех. Исходным материалом в селекции называют культурные и дикие формы растений, используемые для выведения новых сортов, культурных и аборигенных видов животных для выведения новых пород.
В качестве исходного материала используют:
Формы и сорта растений, имеющиеся в природе
Формы растений, созданные в процессе селекции
В животноводстве разнообразные породные группы.
В настоящее время насчитывается около 3000 пород с\х животных:
Свиней-203
Лошадей -250
Кроликов-60
Оленей-12
Основные виды и способы получения исходного материала:
1.Естественные популяции
2.Гибридные популяции
3.Самоопыляемые линии
4.Искусственные мутации и полиплоидные формы
5.Использование достижений генной инженерии
IV .Закрепление :
1.Можно ли проводить селекционную работу у себя на садовом участке или скотном дворе?
2.Что является теоретической основой селекции?
3.Какие законы используются в селекционной работе?
4.Что может являться исходным материалом для селекции?
5.Как отбор материала связан с процессами эволюции?
V . Задание на дом: § 56-57, эссе на тему: Прекратиться ли процесс селекции если селекционерам удастся создать идеальные сорта и породы?
Теоретической основой селекции и семеноводства, является генетика - учение о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Положение ее о дискретности наследственности учение о мутациях и модификациях, понятия о генотипе и фенотипе, доминантности и рецессивности, гомо- и гетерозиготности, установление природы гетерозиса, трансгрессий и новообразований при гибридизации, все достижения генетики имеют важнейшее значение для развития эффективных методов селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур.
Для разработки эффективных методов создания сортов и гибридов с высокими технологическими и пищевыми качествами зерна необходимо изучить генетические и физиолого-биохимические закономерности наследственности и изменчивости содержания углеводов, фракционного и аминокислотного состава белков в зерне, характер изменчивости и наследования признаков качества зерна у пшеницы, пивоваренного ячменя, проса, семян зерновых бобовых и масличных культур и сформулировать теоретические основы трансгрессивной селекции по признакам, определяющим качественный состав основных веществ (белка, масла и др.). Важное значение имеет дальнейшее совершенствование методики электрофореза запасных белков зерна пшеницы и ячменя для подбора родительских форм при гибридизации и отбор наиболее ценных рекомбинантов по качеству зерна, морозостойкости, устойчивости к болезням и другим хозяйственно ценным признакам, а также для биотипного анализа сортов в первичных звеньях семеноводства. Очень важно изучить генетические основы и морфолого-анатомические особенности устойчивости хлебных злаков к полеганию и осыпанию и создать устойчивые сорта. Следует разрабатывать и совершенствовать методы получения новых форм растений с помощью полиплоидии, гаплоидии, культуры гибридных зародышей, а также клеточной, хромосомной и генной инженерии.
Генетика обосновала применение методов индивидуального отбора и разработала теорию скрещиваний. Одна из важнейших задач селекции - создание сортов, дающих продукцию высокого качества. Зерно новых высокопродуктивных сортов и гибридов зерновых культур должно иметь отличные технологические и пищевые качества, стабильные при изменяющихся условиях выращивания. В нашей стране выведено и районировано более 60 сортов сильной пшеницы (Безостая 1, Мироновская 808, Донская безостая, Одесская 51, Обрий, Саратовская 29, Саратовская 44, Целинная 60, Новосибирская 87 и др.), которые служат прекрасным исходным материалом для создания еще более высококачественных сортов для всех природно-климатических зон. Среди новых районированных сортов яровой пшеницы по технологическим качествам зерна выделяется Саратовская 54. Этот сорт характеризуется стабильно высоким содержанием белка в зерне и высоким объемным выходом хлеба, а также лучшей его пористостью. Качество клейковины у него выше, чем у сорта Саратовская 29. Среди образцов мировой коллекции имеются сорта и формы, обладающие исключительно высокими качествами зерна, - содержат от 18 до 22 % белка (образцы из Китая, Канады, Индии). Их успешно используют при гибридизации. Новые сорта пшеницы должны иметь повышенное содержание белка (15-16 %) и клейковины высокого качества.
Необходимо создать сорта озимой и яровой пшеницы, сочетающие высокую урожайность (соответственно 7-9 и 5-6 т с 1 га) с большим содержанием белка в зерне (16-17 и 18-19 %), высококачественной клейковиной и улучшенным аминокислотным составом. Важнейшая задача селекции - выведение сортов со стабильно высокими урожайностью и качеством зерна при различных погодных условиях. Создание высокобелковых сортов и гибридов кукурузы, пшеницы, ячменя и овса с повышенным содержанием лизина и других незаменимых аминокислот - также очень важная проблема селекции.
Ставится задача выведения новых сортов и гибридов подсолнечника с масличностью семян 58-60 %. В то же время важно добиться улучшения качества масла, т. е. определенного состава жирных кислот, соотношения липидов, повышенного содержания витаминов. Создание нового мутантного сорта Первенец, содержащего в масле до 75 % олеиновой кислоты против 30-35 % у обычных сортов, показывает огромные возможности, имеющиеся в селекции подсолнечника на качество продукции.
Селекцию зерновых бобовых культур нужно вести на повышенное содержание белка. Необходимо создать сорта сахарной свеклы с повышенной сахаристостью и высокими технологическими качествами, новые технические сорта картофеля с большим количеством крахмала и белка в клубнях. Важнейшая задача в селекции льна-долгунца и хлопчатника - выведение новых высокоурожайных сортов, дающих высокий выход и качество волокна.
Для успешного решения проблемы иммунитета растений большое значение имеет усовершенствование способов создания инфекционных фонов и определения расового состава ржавчины зерновых культур, фитофторы картофеля и других наиболее опасных болезней. Необходимо разработать методы выявления генов и доноров устойчивости к болезням и вредителям, изучить условия проявления их действия и характера наследования этого свойства в зависимости от подбора родительских пар и погодных условий. Должно найти применение ЭВМ и математическое моделирование для организации информационно-генетических систем регистрации и документации селекционного материала, разработки моделей сортов и селекционных программ, объективного подбора родительских пар, выбора оптимальной стратегии селекции.
Необходимо продолжать разработку вопросов организации и экономики промышленного семеноводства, совершенствовать приемы ускоренного размножения и внедрения в производство новых сортов и гибридов; разрабатывать применительно к условиям различных почвенно-климатических зон технологии выращивания; высокоурожайных семян во всех звеньях системы семеноводства; совершенствовать методы и схемы первичного семеноводства; продолжать исследования по выявлению лучших экологических и агротехнических условий для формирования высокоурожайных семян.
Сорту принадлежит очень важная роль в освоении энерго- и ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Это достигается за счет посева устойчивых к полеганию сортов зерновых культур и неосыпающихся сортов гороха, что позволяет убирать урожай прямым комбайнированием, скороспелых гибридов кукурузы и подсолнечника с быстрым высыханием зерна и семян при созревании, что обусловливает снижение затрат электроэнергии или топлива на сушку, раннелистопадных сортов хлопчатника, что дает возможность высокопроизводительно и без потерь проводить машинную уборку хлопка-сырца, и т. д.
Селекция растений - важнейший фактор ускорения научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. В последние годы происходит бурное развитие ее в нашей стране и за рубежом. На основе разработки высокоэффективных методов создания новых сортов получены важные практические результаты. К ним прежде всего относятся выведение короткостебельных сортов пшеницы и риса, позволяющих на высоком агрофоне получать урожай 10 т более с 1 га, создание гибридной кукурузы и гибридного сорго с потенциальной урожайностью 15 т с 1 га, разработка приемов коренного улучшения аминокислотного состава белка важнейших зерновых и зернофуражных культур, создание сортов некоторых культур, устойчивых к опасным заболеваниям, удвоение масличности семян подсолнечника и другие достижения. Селекция и хорошо налаженное семеноводство приобрели первостепенное значение в повышении урожайности и валовых сборов зерновых и других сельскохозяйственных культур.
Дальнейшее развитие этой науки привело к разработке принципиально новых методов создания исходного материала и приемов управления наследственностью. Наряду с классическими методами получения исходного материала путем гибридизации, использования местных сортов и естественных популяций все большую роль играют новые генетические методы: гетерозиса, экспериментального мутагенеза, полиплоидии, гаплоидии, культуры тканей, соматической гибридизации, хромосомной и генной инженерии. Применение указанных методов в селекционном процессе уже дало положительные результаты.
В Основных направлениях экономического и социального развития поставлены задачи усилить на основе использования биотехнологии и генной инженерии работу по созданию и внедрению в производство новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, отвечающих требованиям интенсивных технологий, устойчивых к неблагоприятным воздействиям внешней среды, пригодных к машинной уборке и удовлетворяющих запросам пищевой промышленности; совершенствовать организацию семеноводства и улучшать качество семян.
Селекция -это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор . Теоретической основой селекции является генетика. 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. 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.
Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение:
- изучения сортового, видового и родового разнообразия культур;
- изучения наследственной изменчивости;
- влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков;
- знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации;
- особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей;
- стратегии искусственного отбора.
Породы, сорта, штаммы - искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями:
- продуктивностью,
- морфологическими,
- физиологическими признаками.
Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород. Селекционная работа начинается с подбора исходного материала, в качестве которого могут быть использованы культурные и дикие формы растений.
В современной селекции применяют следующие основные виды и способы получения исходного материала.
Естественные популяции. К этому виду исходного материала относятся дикорастущие формы, местные сорта культурных растений, популяции и образцы, представленные в мировой коллекции сельскохозяйственных растений ВИР.
Гибридные популяции, создаваемые в результате скрещивания сортов и форм в пределах одного вида (внутривидовые) и получаемые в результате скрещивания разных видов и родов растений (межвидовые и межродовые).
Самоопыленные линии (инцухт-линии) . У перекрестноопыляющихся растений важный источник исходного материала - самоопыленные линии, получаемые путем многократного принудительного самоопыления. Лучшие линии скрещивают между собой или с сортами, а полученные семена используют в течение одного года для выращивания гетерозисных гибридов. Гибриды, созданные на основе самоопыленных линий, в отличие от обычных гибридных сортов нужно ежегодно воспроизводить .
Искусственные мутации и полиплоидные формы . Этот вид исходного материала получают путем воздействия на растения различными видами радиации, температурой, химическими веществами и другими мутагенными средствами.
Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры. Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.
Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.
Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.
Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией . Чистая линия - потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает.
Естественный отбор. Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.
Гибридизация - процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке. Может осуществляться в пределах одного вида (внутривидовая гибридизация) и между разными систематическими группами (отдалённая гибридизация, при которой происходит объединение разных геномов). Для первого поколения гибридов часто характерен гетерозис, выражающийся в лучшей приспособляемости, большей плодовитости и жизнеспособности организмов. При отдалённой гибридизации гибриды часто стерильны. В селекции растений наиболее распространён метод гибридизации форм или сортов в пределах одного вида. С помощью этого метода создано большинство современных сортов сельскохозяйственных растений.
Отдалённая гибридизация - более сложный и трудоёмкий метод получения гибридов. Основное препятствие получения отдалённых гибридов - несовместимость половых клеток скрещиваемых пар и стерильность гибридов первого и последующих поколений. Отдаленная гибридизация - это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.
Гетерозис («гибридная сила») - явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30%. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии, тем больше эффект гетерозиса.
|
♀AAbbCCdd |
♂aaBBccDD |
||
|
AaBbCcDd |
|||
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование - вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.
Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.
Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы. Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами . Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.
Использование соматических мутаций. Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.
Экспериментальный мутагенез. Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.
Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным. С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вариант 10.
ВОПРОС № 1
Генетика - теоретическая основа селекции. Селекция. Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Основные методы селекции: гибридизация, искусственный отбор
Селекция (от Латинского selectio, seligere - отбор) - это наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками. До XVI-XVII вв. отбор происходил бессознательно, то есть человек, например, отбирал для посева лучшие, самые крупные семена пшеницы, не задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении.
Только в последнее столетие человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени.
Однако методом отбора человек не может получить принципиально новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию (скрещивание), скрещивая растения с желательными признаками и, в дальнейшем, отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно.
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 потребительского качества продукции.
Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная переработка.
Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.
Наибольший вклад в изучение разнообразия культурных растений внёс русский селекционер Н.И. Вавилов.
« Мне не жалко отдать жизнь ради самого малого в науке…»
Н.И. Вавилов родился 26 ноября 1887 г. в Москве. Ко времени окончания коммерческого училища он уже твердо знал, что будет биологом. В 1906 г. Николай Иванович поступил в Московский сельскохозяйственный институт. Уже в студенческие годы начали проявляться его замечательные качества.
В 1913 г. Н.И. Вавилов был командирован за границу для научной работы. В Мертоне (Англия), в генетической лаборатории Садоводственного института. Там он продолжил исследование иммунитета хлебных злаков.
Несколько месяцев Николай Иванович работал в лаборатории генетики Кембриджского университета; во Франции он посетил крупнейшую семеноводческую фирму Вильморена, где ознакомился с новейшими достижениями селекции в семеноводстве, в поражаемости различных сортов растений. Результаты этих исследований с широким использованием эксперимента были обобщены в монографии "Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям" (1919 г.). В 1917 г. Н. И. Вавилов получил приглашение возглавить кафедру генетики, селекции и частного земледелия на Саратовских высших сельскохозяйственных курсах и переехал в Саратов. Вместе с тем он продолжал широкое полевое изучение сортов различных сельскохозяйственных растений, в первую очередь хлебных злаков.
Он принял активное участие в организации в 1923 г. первой Всесоюзной сельскохозяйственной выставки в Москве. Авторитет Вавилова как ученого и организатора науки рос. В 1924 г. Отдел прикладной ботаники и селекции был преобразован во Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых культур при Совнаркоме (с 1930 г. - Всесоюзный институт растениеводства ВИР), и Н. И. Вавилов был утвержден его директором. К концу 20-х годов Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых культур превратился в один из крупнейших и известнейших в мире научных центров по изучению культурных растений. Вавилов отдал всю свою энергию для поднятия сельского хозяйства на новый уровень. Умирая в ГУЛАГЕ от голода, он думал о своей Родине, обо всем человечестве. Стремясь доказать необходимость науки - генетики, способной создавать новые сорта растений, которые спасут человечество от голода и удовлетворят растущие потребности в продуктах питания. Яркая и прекрасная жизнь Николая Ивановича долго будет привлекать внимание исследователей. Наша молодёжь должна знать эту большую жизнь, которую можно назвать подвигом учёного, должна учиться на ней, как нужно самоотверженно работать и как любить свою родину и науку.
Учение Н.И. Вавилова о происхождении 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.
Центры происхождения культурных растений
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.
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.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 среднее-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 до инкской и инкской цивилизациями.
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.
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости
«Генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других родственных видов и родов».
Н.И. Вавилов установил, что «важным моментом при оценке материала для селекции является наличие в нем разнообразия наследственных форм».
Разнообразие генов и генотипов в исходном материале Н.И. Вавилов назвал генетическим потенциалом исходного материала.
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.
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. Например, в пределах разных родов злаков существует параллельная изменчивость окраски зерна:
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.
Этот закон может способствовать более рациональному использованию органических богатств Земли. Закон гомологичных рядов признан одним из основных законов живой природы. Он облегчает поиск нужных для селекции хозяйственных признаков растений и животных.
Методы селекции
Современная селекция использует целый комплекс методов, основанных на последних достижениях множества наук: генетики, цитологии, ботаники, зоологии, микробиологии, агроэкологии, биотехнологии, информационных технологий и т.д. Однако основными специфическими методами селекции остаются гибридизация и искусственный отбор.
Гибридизация
Скрещивание организмов с разным генотипом является основным методом получения новых сочетаний признаков. Иногда гибридизация является необходимой, например, для предотвращения инбредной депрессии. Инбредная депрессия проявляется при близкородственном скрещивании и выражается в снижении продуктивности и жизненности. Инбредная депрессия - это явление, противоположное гетерозису.
Различают следующие типы скрещиваний:
Внутривидовые скрещивания - скрещиваются разные формы в пределах вида. К внутривидовым скрещиваниям относятся и скрещивания организмов одного вида, обитающих в разных экологических условиях и/или в разных географических районов (эколого-географические скрещивания). Внутривидовые скрещивания лежат в основе большинства других скрещиваний.
Близкородственные скрещивания - инцухт у растений и инбридинг у животных. Применяются для получения чистых линий.
Межлинейные скрещивания - скрещиваются представители чистых линий (а в ряде случаев - разных сортов и пород). Межлинейные скрещивания используются для подавления инбредной депрессии, а также для получения эффекта гетерозиса.
Скрещивания (бэк-кроссы) - это скрещивания гибридов (гетерозигот) с родительскими формами (гомозиготами). Например, скрещивания гетерозигот с доминантными гомозиготными формами используются для того, чтобы не допустить фенотипического проявления рецессивных аллелей.
Анализирующие скрещивания (являются разновидностью бэк-кроссов) - это скрещивания доминантных форм с неизвестным генотипом и рецессивно-гомозиготных тестерных линий. Такие скрещивания используются для анализа производителей по потомству.
Насыщающие (заместительные) скрещивания также являются разновидностью возвратных скрещиваний. При многократных возвратных скрещиваниях возможно избирательное (дифференциальное) замещение аллелей (хромосом).
Отдаленные скрещивания - межвидовые и межродовые. Обычно отдаленные гибриды бесплодны и их размножают вегетативным путем; для преодоления бесплодия гибридов применяют удвоение числа хромосом, таким путем получают амфидиплоидные организмы: ржано-пшеничные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды.
Соматическая гибридизация - это гибридизация, основанная на слиянии соматических клеток совершенно несходных организмов.
Важнейшим методом селекции был и остается искусственный отбор. Однако процесс отбора включает две группы мероприятий: оценку исходного материала и избирательное размножение (воспроизведение) отобранных организмов или их частей.
Отбором называется процесс дифференциального (неодинакового) воспроизведения генотипов. При этом не следует забывать, что фактически отбор ведется по фенотипам на всех стадиях онтогенеза организмов (особей). Неоднозначные взаимоотношения между генотипом и фенотипом предполагают проверки отобранных растений по потомству.
Существует множество форм искусственного отбора. Рассмотрим более подробно наиболее часто применяемые формы отбора.
Массовый отбор - отбору подвергается вся группа. Например, семена с лучших растений объединяются и высеваются совместно. Массовый отбор считается примитивной формой отбора, поскольку не позволяет устранить влияние модификационной изменчивости. Применяется в семеноводстве. Рекомендуется при селекции новых, вводимых в культуру растений или культур, мало проработанных в селекционном отношении.
Рассмотрим методы оценки исходного материала на примере растений.
В процессе селекции материал оценивают по его хозяйственным и биологическим свойствам, являющимися объектом селекции. Но независимо от особенностей объекта и задач селекции, производится оценка материала по следующим критериям:
Определенный ритм развития, соответствующий почвенно-климатическим условиям, в которых планируется дальнейшая эксплуатация сорта;
Высокая потенциальная продуктивность при высоком качестве продукции;
Устойчивость к неблагоприятному воздействию физико-химических факторов среды (морозоустойчивость, жароустойчивость, засухоустойчивость, устойчивость к различным видам химических загрязнений);
Устойчивость к воздействию болезней и вредителей;
Отзывчивость на агротехнику.
В идеале сорт должен отвечать не отдельным требованиям, а их комплексу. Однако на практике это часто оказывается невозможным, и именно поэтому создание композиций, состоящих из линий (клонов) с разными наследственными свойствами, считается наиболее быстрым и надежным способом повышения общей устойчивости Агро экосистем.
селекция гибридизация отбор искусственный
ВОПРОС № 2.
Видовая и пространственная структура экосистем. Пищевые связи, круговорот веществ и превращения энергии в экосистемах
в) Мюллер
б) Шмальгаузен
г) Ковалевский
Структура экосистемы многопланова. Различают видовую и пространственную структуру.
Видовая структура экосистемы - это разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности. Различные сообщества, входящие в состав экосистемы, состоят из разного числа видов - видового разнообразия. В таежном лесу, на площади в 100 м, как правило, произрастают растения около 30 различных видов, а на лугу вдоль реки - в два раза больше.
Видовое разнообразие зависит от соотношения численности видов в экосистеме. Например, в пригородном лесу обитают 1000 птиц: по 100 особей 10 разных видов. В другом пригородном лесу также 1000 птиц этих же 10 видов, но 920 из птиц - вороны и галки (двух видов), а особи остальных 8 видов встречаются значительно реже, в среднем по 10 особей.
Уменьшение видового разнообразия угрожает самому существованию вида в силу сокращения генетического разнообразия - запаса рецессивных аллелей, обеспечивающего приспособленность популяций к меняющимся условиям среды обитания.
В свою очередь, видовое разнообразие служит основой экологического разнообразия - разнообразия экосистем. Совокупность генетического, видового и экологического разнообразия составляет биологическое разнообразие планеты.
Пространственная структура экосистемы.
Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом - образуют пространственную структуру. Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы.
Основу вертикальной структуры формирует растительность.
Растительное сообщество определяет, как правило, облик экосистемы. Растения в значительной мере влияют на условия существования остальных видов. В лесу это крупные деревья, на лугах и в степях - многолетние травы, а в тундрах господствуют мхи и кустарнички.
Обитая совместно, растения одинаковой высоты создают своего рода этажи - ярусы. В лесу, например, высокие деревья составляют первый (верхний) ярус, второй ярус формируется из молодых особей деревьев верхнего яруса и из взрослых деревьев, меньших по высоте. Третий ярус состоит из кустарников, четвертый - из высоких трав. Самый нижний ярус, куда попадает совсем мало света, составляют мхи и низкорослые травы.
Ярусность наблюдается также в травянистых сообществах (лугах, степях, саваннах). Имеется и подземная ярусность, что связано с разной глубиной проникновения в почву корневых систем растений: у одних корни уходят глубоко в почву, достигают уровня грунтовых вод, другие имеют поверхностную корневую систему, улавливающую воду и элементы питания из верхнего почвенного слоя.
Животные тоже приспособлены к жизни в том или ином растительном ярусе (некоторые вообще не покидают свой ярус).
Любое сообщество можно представить в виде пищевой сети, в которой сложно переплетены многочисленные пищевые цепи. По пищевым цепям происходит передача веществ и энергии в экосистеме от звена к звену. Каждое звено в цепи питания называют трофическим (от греч. trofo - питание) уровнем.
Первый трофический уровень составляют продуценты, автотрофные организмы - растения и некоторые бактерии. В основном растения создают органические вещества из неорганических за счет использования энергии солнечного света (фотосинтез), а бактерии - за счет энергии химических реакций окисления минеральных веществ (хемосинтез).
Второй трофический уровень составляют растительноядные животные - консументы. Третий уровень - плотоядные животные (хищники), четвертый уровень - животные, поедающие других плотоядных, и т. д. Многих животных невозможно отнести к одному уровню, так как они всеядны, могут получать энергию с нескольких разных трофических уровней.
Разнообразные вещества и энергия перемещаются от одного трофического уровня к другому по цепям питания по мере поедания одних организмов другими, претерпевая многочисленные превращения. На конечном этапе редуценты полностью разрушают органические вещества, превращают их в минеральные.
Значит, существование всех экосистем зависит от постоянного притока энергии извне. Как осуществляется энергетический обмен в экосистемах?
Всем организмам необходима энергия, а единственным источником практически всей энергии на Земле является Солнце. Однако только 1% световой энергии Солнца улавливается растениями в процессе фотосинтеза и запасается в виде химической энергии, а 99% теряется в виде тепла и расходуется на испарение. Запасенная растениями энергия передается от одного трофического уровня к другому по пищевым цепям. Часть энергии теряется во время превращения веществ пищи в молекулы тела хищника, а часть проходит через кишечный тракт хищника в неизменном виде.
Биогенетический закон Геккеля-Мюллера (также известен под названиями «закон Геккеля», «закон Мюллера-Геккеля», «закон Дарвина-Мюллера-Геккеля», «основной биогенетический закон»): каждое живое существо в своем индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет в известной степени формы, пройденного его предками или его видом (филогенез).
Сыграл важную роль в истории развития науки, однако в дальнейшем был опровергнут и в своем исходном виде не признается современной биологической наукой.
Биогенетический Закон, одно из обобщений эволюционной биологии, связывающее индивидуальное развитие, или онтогенез, с историческим развитием, или филогенезом. Биогенетический закон, установленный немецкими учёными Ф. Мюллером (1864) и Э. Геккелем (1866), утверждает, что онтогенез всякого организма есть краткое повторение (рекапитуляция) основных этапов филогенеза вида, к которому данный организм принадлежит.
Биогенетический закон находит множество подтверждений в данных сравнительной анатомии, эмбриологии и палеонтологии. Напр., у зародышей птиц и млекопитающих на определённой стадии эмбрионального развития появляются зачатки жаберного аппарата. Это объясняется тем, что наземные позвоночные произошли от дышавших жабрами рыбообразных предков. Опираясь на биогенетический закон и используя данные эмбриологии, можно воссоздавать ход исторического развития тех или иных групп организмов. Это особенно важно в тех случаях, когда для к.-л. группы неизвестны ископаемые остатки предковых форм, т. е. при неполноте палеонтологической летописи.
Биогенетический закон Геккеля-Мюллера: каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) кратко и сжато повторяет историю развития своего вида (филогенез).
а) Примеры у животных:
* Сосуды зародышей сухопутных позвоночных похожи на сосуды рыб;
* У человеческого зародыша есть жаберные щели.
* Гусеницы бабочки и личинки жуков сходны с кольчатыми червями.
* Головастики земноводных сходны с рыбами.
б) Примеры у растений:
* Почечные чешуйки в почке растений развиваются как листья.
* Лепестки бутонов сначала зеленые, приобретают свойственную им окраску.
* Из споры мха сначала появляется зеленая нить, похожая на нитчатую водоросль (предросток).
в) Поправки к биогенетическому закону.
* У зародышей повторение филогенеза может нарушаться в связи с приспособлениями к условиям жизни в онтогенезе. Появляются: зародышевые оболочки, желточный мешок у икринки рыб, наружные жабры у головастика, кокон у шелкопряда.
* Онтогенез не полностью отражает филогенез за счет появления мутаций, изменяющих ход развития зародыша (у зародыша змеи закладываются сразу все позвонки, т.е. их количество не увеличивается постепенно; у птиц выпала пятипалая стадия развития конечности, у зародыша закладываются 4 пальца, а не 5, вырастают же в крыле только 3 пальца).
* В онтогенезе происходит повторение зародышевых стадий развития, а не взрослых форм (Ланцетник повторяет в онтогенезе общие стадии со свободно плавающей личинкой асцидии, а не с ее взрослой, закрепленной формой).
г) Современные представления о биогенетическом законе.
* Северцов показал, что за счет изменений в развитии могут: выпадать некоторые стадии развития зародыша; возникать изменения органов зародыша, которых не было у предков; возникать новые виды; выявляться новые признаки (например, хвостатые (тритоны) и бесхвостые (лягушки) амфибии произошли от одного предка: личинка тритона длинная, т.к. имеет много позвонков, у личинки лягушки число позвонков уменьшилось за счет мутации; у эмбриона ящерицы меньше число позвонков, чем у эмбриона змеи, за счет мутаций развития).
ВОПРОС № 3
Человеческие расы относятся к:
а) трем биологическим видам
б) разным популяциям одного вида
в) разным популяциям разных видов
Вид Человек разумный разделяют на три большие расы: евразийскую (европеоидную), азиатско-американскую (монголоидную) и австрало-негроидную (экваториальную). Представители европеоидной расы характеризуются относительно светлой кожей, мягкими прямыми или волнистыми волосами, тонкими губами, нешироким выступающим носом. У мужчин обычно хорошо растут борода и усы. Внутри расы существует большая изменчивость по цвету волос и глаз, поэтому ее делят на три крупные части: светлоокрашенную северную (скандинавы), темноокрашенную южную (индусы, арабы) и среднеевропейскую с промежуточным типом пигментации.
Типичные представители монголоидной расы обладают смуглой кожей желтоватого оттенка, темно-карими глазами, темными и прямыми жесткими волосами. У мужчин волосяной покров на теле развит слабо. Для большинства монголоидов характерен эпикантус - особая складка верхнего века, которая прикрывает внутренний угол глаза. Нос довольно узкий. Для представителей экваториальной расы характерны черные курчавые волосы, очень темная кожа и карие глаза. Борода и усы у мужчин растут слабо. Нос довольно плоский, мало выступающий, с широкими крыльями. У большинства представителей толстые губы и выступающий челюстной отдел черепа.
Основные человеческие расы
В современном человечестве выделяют три основные расы: европеоидную, монголо-идную и негроидную. Это большие группы людей, отличающиеся некоторыми физическими признаками, например чертами лица, цветом кожи, глаз и волос, формой волос.Для каждой расы характерно единство происхождения и формирования на определенной территории.
К европеоидной расе относится коренное население Европы, Южной Азии и Северной Африки. Европеоиды характеризуются узким лицом, сильно выступающим носом, мягкими волосами. Цвет кожи у северных европеоидов светлый, у южных - преимущественно смуглый.
К монголоидной расе относится коренное население Центральной и Восточной Азии, Индонезии, Сибири. Монголоиды отличаются крупным плоским широким лицом, разрезом глаз, жесткими прямыми волосами, смуглым цветом кожи.
В негроидной расе выделяют две ветви - африканскую и австралийскую. Для негроидной расы характерны темный цвет кожи, курчавые волосы, темные глаза, широкий и плоский нос.
Расовые особенности наследственные, но в настоящее время они не имеют существенного значения для жизнедеятельности человека. По-видимому, в далеком прошлом расовые признаки были полезны для их обладателей: темная кожа негров и курчавые волосы, создающие вокруг головы воздушный слой, предохраняли организм от действия солнечных лучей, форма лицевого скелета монголоидов с более обширной носовой полостью, возможно, является полезной для обогрева холодного воздуха перед тем, как он попадает в легкие. По умственным способностям, т. е. способностям к познанию, творческой и вообще трудовой деятельности, все расы одинаковы. Различия в уровне культуры связаны не с биологическими особенностями людей разных рас, а с социальными условиями развития общества. Первоначально некоторые ученые путали уровень социального развития с биологическими особенностями и пытались среди современных народов найти переходные формы, связывающие человека с животными. Эти ошибки использовали расисты, которые стали говорить о якобы существующей неполноценности одних рас и народов и превосходстве других, чтобы оправдать беспощадную эксплуатацию и прямое уничтожение многих народов в результате колонизации, захват чужих земель и развязывание войн.
Несостоятельность расизма доказана настоящей наукой о расах - расоведением. Расоведение изучает расовые особенности, происхождение, формирование и историю человеческих рас. Данные, полученные расоведением, свидетельствуют о том, что различия между расами недостаточны для того, чтобы считать расы различными биологическими видами людей. Смешение рас - метисация - происходило постоянно, в результате чего на границах ареалов представителей различных рас возникали промежуточные типы, сглаживающие различия между расами.
ВОПРОС № 4
Гусеницы бабочки сходны с кольчатыми червями - это доказательство эволюции из области науки:
а) биогеографии б) эмбриологии
в) сравнительной анатомии г) палеонтологи
Палеонтологические доказательства эволюции
Палеонтология - наука об органическом мире прошедших геологических эпох, т. е. об организмах, когда-то живших на Земле, а ныне вымерших. В палеонтологии выделяют палеозоологию и палеоботанику.
Палеозоология изучает остатки ископаемых животных, а палеоботаника - остатки ископаемых растений. Палеонтология прямо доказывает, что органический мир Земли в разные геологические эпохи был различен, он изменялся и развивался от примитивных форм организмов к более высокоорганизованным формам. Палеонтологические исследования позволяют установить историю развития разных форм организмов на Земле, выявить родственные (генетические) связи между отдельными организмами, что способствует созданию естественной системы органического мира Земли. Для обоснования теории эволюции Ч. Дарвин широко использовал многочисленные доказательства из области палеонтологии, биогеографии, морфологии. Впоследствии были получены факты, воссоздающие историю развития органического мира и служащие новыми доказательствами единства происхождения живых организмов и изменяемости видов в природе.
Палеонтологические находки - едва ли не самые убедительные доказательства протекания эволюционного процесса. К ним относятся окаменелости, отпечатки, ископаемые остатки, ископаемые переходные формы, филогенетические ряды, последовательность ископаемых форм. Рассмотрим более подробно некоторые из них.
Ископаемые переходные формы - формы организмов, сочетающие признаки более древних и молодых групп. Среди растений особый интерес представляют псилофиты. Они произошли от водорослей, первыми из растений осуществили переход на сушу и дали начало высшим споровым и семенным растениям. Семенные папоротники - переходная форма между папоротниковидными и голосеменными, а саговниковые - между голосеменными и покрытосеменными.
Среди ископаемых позвоночных можно выделить формы, являющиеся переходными между всеми классами этого подтипа. Например, древнейшая группа кистеперых рыб дала начало первым земноводным - стегоцефалам. Это было возможно благодаря характерному строению скелета парных плавников кистеперых рыб, имевших анатомические предпосылки для превращения их в пятипалые конечности первичных земноводных. Известны формы, образующие переход между рептилиями и млекопитающими. К ним относятся звероящеры (иностранцевия) А связующим звеном между пресмыкающимися и птицами явилась первоптица (археоптерикс).
Палеонтологические ряды - ряды ископаемых форм, связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза (от греч. phylon - род, племя, genesis - происхождение). Классическим примером применения рядов ископаемых форм для выяснения истории отдельной группы животных является эволюция лошади. Русский ученый В.О. Ковалевский (1842-1883) показал постепенность эволюции лошади, установив, что сменяющие друг друга ископаемые формы приобретали все большее сходство с современными.
Современные однопалые животные произошли от мелких пятипалых предков, живших в лесах 60-70 млн лет назад. Изменение климата привело к увеличению площади степей и расселению по ним лошадей. Передвижение на большие расстояния в поиске пищи и при защите от хищников способствовало преобразованию конечностей. Параллельно увеличивались размеры тела, челюстей, усложнялось строение зубов и др.
К настоящему времени известно достаточное количество палеонтологических рядов (хоботных, хищных, китообразных, носорогов, некоторых групп беспозвоночных), которые доказывают существование эволюционного процесса и возможность происхождения одного вида от другого.
В заключение можно сделать вывод о том, что кратко рассмотренные явления доказывают, что органический мир Земли находится в состоянии постоянного медленного постепенного развития, т. е. эволюции, при этом развитие шло и идет от простого к сложному.
ВОПРОС № 5
Ученый, имевший метафизические взгляды на эволюцию:
а) К. Линней б) Ламарк
в) Ч. Дарвин г) А. Уоллес
Эволюционная идея - как идея исторического развития живой природы и изменяемости видов зародилась очень давно. Во II-I тысячелетиях до н.э. в Китае и Индии существовали учения о возможности превращения одних живых существ в другие, о происхождении человека от обезьян. Мысли о естественном развитии всех живых существ из первичной материи встречаются у философов Древней Греции Гераклита и Аристотеля.
Однако между эволюционными преставлениями древних мыслителей и современных ученых сходство чисто внешнее. Взгляды древних мыслителей имели характер догадок, без строгого научного обоснования фактами. Древние цивилизации в Европе сменила эпоха Средневековья. Преобладающей стала идея неизменности всего живого на Земле.
Эволюционные представления оформились в виде учения лишь с возникновением в философии материалистического мировоззрения. Господствовавшее до того идеалистическое мировоззрение провозглашало творцом всей природы Бога. А согласно материалистическому учению, первоначально возникла неживая, а затем живая природа и в ходе ее длительного развития появились высокоразвитые существа. Их никто не создавал, они - следствие эволюционных преобразований материи, вершиной которой стал человек.
С накоплением научной информации меняются взгляды в философии - формируется материалистическое учение; в биологии появляются первые представления об эволюции, содержавшиеся уже в поздних работах К. Линнея, а затем эволюционное учение Ж.-Б. Ламарка (XVIII-XIX вв.).
В России еще в XVIII в. складывались эволюционные представления, которые нашли отражения в трудах М. В. Ломоносова и А. Н. Радищева. В XIX веке исследованиями зародышевого развития животных большой вклад в науку внес К. М. Бэр; разработанные им закономерности были отмечены Ч. Дарвином и названы «законом зародышевого сходства». Зоолог К. Ф. Рулье обосновал положение о взаимосвязях организма и внешней среды. Проанализировав значение наследственности и изменчивости, как условий для приспособления видов к окружающей среде, он пришел к выводу, что это процесс постепенный, эволюционный. В классическом труде А. И. Герцена «Письма об изучении природы» утверждается, что материя никем не сотворена и не уничтожаема, а все ее формы и свойства - продукт ее развития.
Вклад в науку К. Линнея (1707-1778 гг.)
Открыл около 1,5 тыс. видов растений; - описал около 10 тыс. видов растений и около 4,5 тыс. видов животных;
Разработал короткие и четкие определения каждой группы организмов, что значительно облегчало их описание; - дал определение понятия «вид».
Ввел в науку латынь и удобную бинарную (двойную) номенклатуру вместо употреблявшихся ранее громоздких полиноминальных названий; эта номенклатура употребляется в наше время («Система природы», 1735);
Разработал принципы построения классификации живой природы («Философия ботаники»). На этих принципах он построил новую научную систему живой природы, которая включала в себя всех известных в то время животных и все растения и была самой совершенной для того времени;
в упорядочении быстро накапливающихся знаний привела к необходимости систематизировать их. Создаются практические зависимости от их пользы для человека или приносимого ими вреда.
К. Линней создал самую совершенную для того времени систему органического мира, включив в нее всех известных тогда животных и растений. Он во многих случаях правильно объединил виды организмов по сходству строения. Система К. Линнея была искусственной, так как не отражала родства и сходства растений и животных по совокупности существенных черт строения, не указывала единство происхождения живых организмов. К. Линней сознавал искусственность своей системы и указывал на необходимость разработки естественной системы природы. Он писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная».
По своему мировоззрению К. Линней был метафизиком и креационистом. Согласно метафизическим представлениям, природа является чем-то застывшим, не изменяющимся во времени. Во времена господства религиозных представлений ученые полагали, что виды организмов созданы независимо друг от друга Творцом и неизменны. «Видов столько, - отмечал К. Линней, - сколько различных форм создал в начале мира Всемогущий». Вот почему поиски естественной природы означали для биологов попытки проникновения в план творения, которым руководствовался Бог, создавая все живое на земле.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сивоглазов Н.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. Общая биология. Базовый уровень. 10 - 11 класс. - М.: Дрофа, 2005.
2. Беляев Д.К. Общая биология: учебное пособие для 10-11 класса общеобразовательных учреждений/ П.М. Бородин, Н.Н. Воронцов и др.- Москва: Просвещение, 2002.
3. Сивкова В.В. Новый справочник школьника 5-11 класс. Универсальное пособие. ИД «Весь», Санкт-Петербург- 2002.
4. Анастасова Л.П. и др. «Человек и окружающая среда» (М., «Просвещение», 1981 г.) 9 класс
5. Морозов Е.И., Тарасевич Е.И., Анохина В.С. Генетика в вопросах и ответах. Минск. «Университетское». 1989.
6. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. Москва. «Мир». 1990.
7. Демьяненков Е.Н. Биология в вопросах и ответах. - Москва, 1996.
8. Короткова Л.С. Дидактический материал по общей биологии 10класс. Москва «Просвещение»1984г.
9. Никешов А.И. Справочник школьника по биологии 6-9 классы.
Москва «Дрофа» 1996г.
10. Дмитриева Т.А. Дидактические материалы: Биология. Человек. Общая биология. М Дрофа 2002г.
РЕЦЕНЗИЯ
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Задачи современной селекции, породы животных и сорта растений. Центры многообразия и происхождения культурных растений. Основные методы селекции растений: гибридизация и отбор. Самоопыление перекрестноопылителей (инбридинг), сущность явления гетерозиса.
реферат , добавлен 13.10.2009
Учение о предковых формах как один из разделов селекции. Цепочка эволюционных изменений. Учения Чарльза Дарвина. Центры происхождения культурных растений в учении академика Н.И. Вавилова. Преимущества генетического разнообразия исходного материала.
реферат , добавлен 21.01.2016
Селекция как наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Центры происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов. Индуцированный мутагенез. Полиплоидия и гибридизация в селекции.
презентация , добавлен 09.12.2011
Характеристика основных методов селекции растений. Особенности искусственного и естественного отбора. Цели применения инбридинга и перекрестного опыления самоопылителей. Содержание гипотез, объясняющих эффект гетерозиса. Сущность отдаленной гибридизации.
презентация , добавлен 28.04.2013
Основные методы селекции - гибридизация и отбор, их характеристика и виды. Центры происхождения культурных растений. Вклад работ Мичурина в развитие селекции растений, его методы преодоления нескрещиваемости видов. Использование искусственного мутагенеза.
презентация , добавлен 12.03.2014
Рассмотрение истории возникновения и развития селекции как научной дисциплины под воздействием работ Менделя, Дарвина, Герасимова. Ознакомление с методами отбора и гибридизации растений. Основные способы скрещивания животных: аутбридинг и инбридинг.
реферат , добавлен 01.10.2010
Биография Н.И. Вавилова как выдающегося генетика, селекционера, организатора сельскохозяйственной и биологической науки в России. Открытие закона гомологических рядов в наследственной изменчивости. Учение о центрах происхождения культурных растений.
доклад , добавлен 24.06.2008
Понятие селекции как эволюции, управляемой человеком. Выведение новых сортов растений и пород животных для человека свойствами как основная задача селекционеров. Методы селекции: отбор, гибридизация, мутагенез. Центры происхождения культурных растений.
презентация , добавлен 23.02.2013
Отличия животных от растений. Особенности отбора животных для селекции. Что такое гибридизация, ее классификация. Современные разновидности селекции животных. Сферы использования микроорганизмов, их полезные свойства, методы и особенности селекции.
презентация , добавлен 26.05.2010
Гаметогенез и развитие растений. Основы генетики и селекции. Хромосомная теория наследственности. Моногибридное, дигибридное и анализирующее скрещивание. Сцепленное наследование признаков, генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом.