Центры многообразия культурных растений таблица. §37

Селекция растений

Селекция -- 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.

Породы, сорта, штаммы -- искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Пионером разработки научных основ селекционной работы был Н. И. Вавилов и его ученики. Н. И. Вавилов считал, что в основе селекции лежит правильный выбор для работы исходных особей, их генетическое разнообразие и влияние окружающей среды на проявление наследственных признаков при гибридизации этих особей.

Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала, с этой целью Н.И.Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара. К 1940 году во Всесоюзном институте растениеводства насчитывалось 300 тыс. образцов.

В поисках исходного материала для получения новых гибридов растений Н. И. Вавилов организовал в 20--30-е гг. XX в. десятки экспедиций по всему миру. Во время этих экспедиций Н. И. Вавиловым и его учениками было собрано более 1500 видов культурных растений и огромное количество их сортов. Анализируя собранный материал, Н. И. Вавилов заметил, что в некоторых районах наблюдается очень большое разнообразие сортов определенных видов культурных растений, а в других районах такого разнообразия нет.

Центры происхождения культурных растений

Н. И. Вавилов предположил, что район наибольшего генетического разнообразия какого-либо вида культурного растения является центром его происхождения и одомашнивания. Всего Н. И. Вавилов установил 8 центров древнего земледелия, где люди впервые стали выращивать дикие виды растений.

1. Индийский (Южноазиатский) центр включает в себя полуостров Индостан, Южный Китай, Юго-Восточную Азию. Этот центр -- родина риса, цитрусовых, огурцов, баклажанов, сахарного тростника и многих других видов культурных растений.

2. Китайский (Восточноазиатский) центр включает в себя Центральный и Восточный Китай, Корею, Японию. В этом центре были окультурены человеком просо, соя, гречиха, редька, вишня, слива, яблоня.

3. Юго-западноазиатский центр охватывает страны Малой Азии, Средней Азии, Иран, Афганистан, Северо-Западную Индию. Это родина мягких сортов пшеницы, ржи, бобовых (гороха, бобов), льна, конопли, чеснока, винограда.

5. Средиземноморский центр включает в себя европейские, африканские и азиатские страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Здесь родина капусты, маслин, петрушки, сахарной свеклы, клевера.

6. Абиссинский центр расположен в относительно небольшом районе современной Эфиопии и на южном побережье Аравийского полуострова. Этот центр -- родина твердых пшениц, сорго, бананов, кофе. По-видимому, из всех центров древнего земледелия Абиссинский центр является самым древним.

7. Центральноамериканский центр -- это Мексика, острова Карибского моря и часть стран Центральной Америки. Здесь родина кукурузы, тыквы, хлопчатника, табака, красного перца.

8. Южноамериканский центр охватывает западное побережье Южной Америки. Это родина картофеля, ананаса, хинного дерева, томатов, фасоли.

Все эти центры совпадают с местами существования великих цивилизаций древности -- Древнего Египта, Китая, Японии, Древней Греции, Рима, государств майя и ацтеков.

Центры происхождения культурных растений

9. Основные методы селекции растений

1. Массовый отбор для перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). Результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.

2. Индивидуальный отбор для самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя, гороха). Потомство от одной особи является гомозиготным и называется чистой линией.

3. Инбридинг (близкородственное скрещивание) используют при самоопылении перекрестноопыляемых растений (например, для получения линий кукурузы). Инбридинг приводит к "депрессии", поскольку рецессивные неблагоприятные гены переходят в гомозиготное состояние!

Аа х Аа, АА + 2Аа + аа

4. Гетерозис ("жизненная сила") - явление, при котором гибридные особи по своим характеристикам значительно превосходят родительские формы (прибавка урожая до 30%).

Этапы получения гетерозисных растений

1. Подбор растений, которые дают максимальных эффект гетерозиса;

2. Сохранение линий путем инбридинга;

3. Получения семян в результате скрещивания двух инбредных линий.

Объясняют эффект гетерозиса две основные гипотезы:

Гипотеза доминирования - гетерозис зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии: чем больше пар генов будут иметь доминантные гены, тем больше эффект гетерозиса.

Гипотеза сверхдоминирования - гетерозиготное состояние по одному или нескольким парам генов дает гибриду превосходство над родительскими формами (сверхдоминирование).

Перекрестное опыление самоопылителей используется с целью получения новых сортов.

Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов.

6. Полиплоидия. Полиплоиды - растения, у которых произошло увеличение хромосомного набора, кратное гаплоидному. У растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена.

Естественные полиплоиды - пшеница, картофель и др., выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.

Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Колхицин разрушает веретено деления и количество хромосом в клетке удваивается.

7. Экспериментальный мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использование химических мутагенов.

8. Отдаленная гибридизация - скрещивание растений, относящихся к разным видам. Но отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз.

В 1924 году советский ученый Г.Д.Карпеченко получил плодовитый межродовой гибрид. Он скрестил редьку (2n = 18 редечных хромосом) и капусту (2n = 18 капустных хромосом). У гибрида 2n = 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных, но он стерилен, не образует семян.

С помощью колхицина Г.Д.Карпеченко получил полиплоид, содержащий 36 хромосом, при мейозе редечные (9 + 9) хромосомы конъюгировали с редечными, капустные (9 + 9) с капустными. Плодовитость была восстановлена.

Таким способом в дальнейшем были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др.

9. Использование соматических мутаций.

С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.

10 . Технологическая схема получения картофельного концентрата

Упростили технологическую схему получения картофельного концентрата, снизили энергозатраты и трудоемкость его производства ученые из Республиканского унитарного предприятия "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию" (патент Республики Беларусь на изобретение №15570, МПК (2006.01): A23L2/385; авторы изобретения: З.Ловкис, В.Литвяк, Т.Тананайко, Д.Хлиманков, А.Пушкарь, Л.Сергеенко; заявитель и патентообладатель: вышеупомянутое РУП). Изобретение призвано обеспечить получение картофельного концентрата, используемого в рецептурах безалкогольных, слабоалкогольных и алкогольных напитков с улучшенными органолептическими характеристиками.

Предложенный способ получения картофельного концентрата включает несколько стадий: подготовку картофельного сырья, в качестве которого используют свежий картофель и (или) доброкачественные сухие и пюреобразные картофельные отходы; его термическую и последующую двухстадийную обработку амилолитическими ферментами; отделение образовавшегося осадка фильтрацией; концентрирование фильтрата упариванием; его подкисление одной или несколькими органическими кислотами; последующее термостатирование.

После термостатирования в полученный концентрат вносят водные и (или) водно-спиртовые настои пряно-ароматических растений в определенном количестве до конечного содержания сухих веществ 70±2 %. Спектр этих растений широк: тмин, эхинацея пурпурная, иссоп лекарственный, кориандр, донник, душица, бессмертник, пижма бальзамическая, мята перечная, полынь эстрагоновая и другие.

Центры происхождения культурных растений и домашних животных – это те районы Земли, где возникли или были окультурены те или иные виды полезных для человека растений и где сосредоточено их наибольшее генетическое разнообразие. Соответственно это центры, где происходила, как говорят, доместификация животных. Особо важно подчеркнуть, что почти все ныне известные культурные растения и домашние животные появились за сотни и тысячи лет до нашей эры. Пожалуй, лишь сахарная свекла, каучуконосная гевея и хинное дерево стали культурными растениями сравнительно недавно.
Теорию центров происхождения культурных растений разработал выдающийся отечественный ученый академик Н. И. Вавилов на основе своих многочисленных экспедиций, которыми были охвачены вся территория Советского Союза, а также 60 стран Азии, Африки, Северной и Южной Америки. Из этих экспедиций были привезены тысячи образцов семян, которые затем высевали в питомниках Всесоюзного института растениеводства и тщательно исследовали. В этом же институте была собрана крупнейшая в мире коллекция семян зерновых культур, насчитывающая 60 тыс. сортов; эта уникальная коллекция была сохранена в Ленинграде в голодные месяцы блокады во время Великой Отечественной войны. Н. И. Вавилов считал, что общее число видов культурных растений, не считая декоративных, составляет примерно 1500–1600. При этом для разных культур существуют свои центры многообразия, которые обычно и являются центрами их происхождения, совпадая с древними центрами земледелия. Понятие о центре происхождения культурных растений Н. И. Вавилов окончательно сформулировал в 1935 г., когда выделил восемь важнейших таких центров (табл. 123 и рис. 87).
Хотя за прошедшие с тех пор шесть с половиной десятилетий эту теорию на основе многочисленных новых данных подвергли некоторым изменениям и дополнениям (ныне принято выделять 7 главных центров – Тропический, Восточноазиатский, Юго-Западноазиатский, Средиземноморский, Абиссинский, Центральноамериканский и Андийский), все же основные ее принципы не были пересмотрены, причем даже теми учеными, которые предлагают увеличить число таких центров до 12. Очень важно, что никто не подвергает сомнению тот исходный пункт теории, который связывает эти центры не только с природным флористическим разнообразием тех или иных территорий, но и с размещением древнейших цивилизаций.
Таблица 123


Немало работ посвящено и выявлению истории доместификации диких животных (рис. 88). При этом за основу обычно также берут очаги одомашнивания этих животных, предложенные Н. И. Вавиловым, который выделил пять главных таких очагов и еще семь дополнительных.

Чем разнообразнее исходный материал, используемый для селекции, тем большие возможности дает он для успешного создания сортов и тем эффективнее будут результаты селекции. Но где в природе искать это многообразие.

Н.И. Вавилов с сотрудниками в результате многочисленных экспедиций изучил многообразие и географическое распространение культурных растений. Экспедициями были охвачены вся территория бывшего Советского Союза и много зарубежных стран: Иран, Афганистан, страны Средиземноморья, Эфиопия, Центральная Азия, Япония, Северная, Центральная и Южная Америка и др.

Во время этих поездок было изучено около 1600 видов культурных растений. Из экспедиций были привезены тысячи образцов семян, которые высевали в питомниках Всесоюзного института растениеводства, расположенных в разных географических зонах бывшего СССР. Работа по изучению мирового многообразия культурных растений продолжается и в настоящее время. Эти ценнейшие, все время пополняемые уникальные коллекции служат материалом для селекционной работы.

В результате изучения всего этого колоссального материала Н.И. Вавилов установил важные закономерности, показав, что не во всех географических зонах культурные растения обладают одинаковым разнообразием.

Для разных культур существуют свои центры многообразия, где сосредоточено наибольшее число сортов, разновидностей, разнообразных наследственных уклонений. Эти центры многообразия являются и районами происхождения сортов данной культуры. Большинство центров совпадает с древними очагами земледелия. Это в основном не равнинные, а горные районы.

Таких центров многообразия Н.И. Вавилов насчитал сначала 8. В более поздних работах он различает 7 основных центров.

Южноазиатский тропический центр. Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, острова Юго-Восточной Азии. Исключительно богат культурными растениями (около половины известных видов культурных растений). Родина риса, сахарного тростника, множество плодовых и овощных растений.

Восточноазиатский центр. Центральный и Восточный Китай, Япония, остров Тайвань, Корея. Родина сои, нескольких видов проса, множества плодовых и овощных культур. Этот центр тоже богат видами культурных растений - около 20% мирового многообразия.

Юго-Западноазиатский центр. Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Северо-Западная Индия. Родина нескольких форм пшеницы, ржи, многих зерновых, бобовых, винограда, плодовых. В нем возникло 14 % мировой культурной флоры.

Средиземноморский центр. Сраны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот центр, где располагались величайшие древние цивилизации, дал около 11% видов культурных растений. В их числе маслины, многие кормовые растения (клевер, чечевица), многие овощные (капуста) и кормовые культуры.

Абиссинский центр. Небольшой район Африканского материка (территория Эфиопии) с очень своеобразной флорой культурных растений. Очевидно, очень древний очаг самобытной земледельческой культуры. Родина зернового сорго, одного вида бананов, масличного растения нута, ряда особых форм пшеницы и ячменя.

Центральноамериканский центр. Южная Мексика. Родина кукурузы, хлопчатника, какао, ряда тыквенных, фасоли.

Андийский (Южноамериканский) центр. Включает часть района Андийского горного хребта вдоль западного побережья Южной Америки. Родина многих клубненосных растений, в том числе картофеля, некоторых лекарственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево и др.).

Подавляющее большинство культурных растений связано в своем происхождении с одним или несколькими из перечисленных выше географических центров.

Цель урока:

познакомить учащихся с понятием «сорт», « селекция»;

познакомить с центрами происхождения культурных растений

Задачи:

- изучить центры происхождения культурных растений открытых Н.И.Вавиловым.

- формировать умения выделять главное, сравнивать, формулировать выводы.

- патриотическое воспитание на примере работ Н.И.Вавилова.

Оборудование и материалы: Портрет Н. И. Вавилова . Карта центров происхождения культурных растений. Картинки для интеллект кары (разновидности капусты, рисунки картофеля, подсолнечника, чая, томата, арбуза, сорта яблок и др.).

План урока:

1. Появление культурных растений.

2. Сорт. Свойства и признаки сорта.

3. Селекция растений.

4. Н.И. Вавилов – советский биолог, академик, открывший центры происхождения культурных растений.

Ход урока:

1. Знакомство учащихся с целью урока.

Рассказ учителя о появлении культурных растений, о возможности получать новые сорта растений.

2. Работа по учебнику с выполнением задания: найти понятие сорта и записать его в тетрадь. Учащиеся записывают определение понятий:

сорт – это однородная группа растений, имеющих определенные признаки и свойства. Признаки: размер кроны, плода, форма плода. Свойства: урожайность, зимостойкость, устойчивость к заболеваниям и вредителям.

Проводится беседа по вопросам:

Чем по внешнему виду отличаются яблоки данных сортов?

Какие сорта яблок вам еще известны?

Форма, цвет, вкус плода – это признаки или свойства сорта?

Также демонстрируются различные сорта тюльпанов, названия которых учащиеся записывают в тетрадь.

Один из учащихся показывает презентацию о биографии Н.И. Вавилова, отмечает его любовь к природе с ранних лет, увлечения растениями. Заслуга Вавилова в мире биологии велика. Именно он в результате путешествий открыл центры происхождения культурных растений. Жизнь Н.И. Вавилова закончилась в застенках сталинской тюрьмы. Но и сейчас память об этом замечательном человеке жива в сердцах людей.

3. Работа с учебником. Заполнение таблицы

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

(20% культурных растений)

Юго-Западноазиатский

Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия

Мягкая пшеница, рожь, лен, конопля, репа, морковь, чеснок, виноград, абрикос, груша, горох, бобы, дыня, ячмень, овес, черешня, шпинат, базилик, грецкий орех и др. (14% культурных растений)

Средиземноморский

Страны по берегам Средиземного моря

Капуста, сахарная свекла, маслина (олива), клевер, одноцветковая чечевица, люпин, лук, горчица, брюква, спаржа, сельдерей, укроп, щавель, тмин и др. (11% культурных растений)

Абиссинский

Эфиопское нагорье Африки

Твердая пшеница, ячмень, кофейное дерево, зерновое сорго, бананы, нут, арбуз, клещевина и др.

Центральноамериканский

Южная Мексика

Кукуруза, длинноволокнистый хлопчатник, какао, тыква, табак, фасоль, красный перец, подсолнечник, батат и др.

Южноамериканский

Южная Америка вдоль западного побережья

Картофель, ананас, хинное дерево, маниок, томаты, арахис, кокаиновый куст, садовая земляника и др.

4.Закрепление

Класс делиться на группы. Каждая группа составляет интеллект= карту.

Задание .

1.Подпишите на контурной карте материки и океаны.

2.Покажите границы основных происхождения культурных растений (по Н.И. Вавилову).

3.Подпишите растения, родиной которых являются эти центры. Для наглядности приклейте картинки этих растений.

4.Выберите условные знаки.

Интересные факты

Самым древним растением является пшеница.

Введение картофеля в культуру в России сопровождалось «картофельными бунтами», так как крестьяне, употребляя в пищу не клубни, а плоды картофеля, часто умирали, потому что плод картофеля - ягода содержит большое количество ядовитого вещества солонина.

5.Домашнее задание: П.43

ЖЕЛАЮ УДАЧИ!

Образец, к которому вы должны стремиться

Выдающийся генетик и селекционер акад. Н.И.Вавилов показал, что наиболее многообразные генотипы культурных растений находятся в центрах их происхождения, где в диком состоянии сохранились их предки.

В связи с этим для сбора мировой коллекции культурных растений Н.И.Вавилов и его сотрудники побывали в экспедициях по всей территории бывшего Советского Союза и во многих зарубежных странах: в Иране, Афганистане, Средиземноморье, Эфиопии, Центральной Азии, Японии, Северной, Центральной и Южной Америке.

Центры происхождения

Вавилов вывел семь основных центров происхождения культурных растений.

1. Южно-азиатский (родина риса, сахарного тростника, банана, кокосовой пальмы и др.).
2. Восточноазиатский (родина проса, гречихи, груши, яблони, сливы, ряда цитрусовых).
3. Юго-западно-азиатский (родина мягкой пшеницы, карликовой пшеницы, гороха, чечевицы, конских бобов, хлопчатника).
4. Средиземноморский (родина маслины, свеклы, капусты и др.).
5. Абиссинский (эфиопский) (родина твердой пшеницы, ячменя, кофейного дерева).
6. Центральноамериканский (родина кукурузы, американской фасоли, тыквы, перца, какао, американского хлопчатника).
7. Южно-американский (родина картофеля, табака, ананаса, арахиса).

Н.И.Вавиловым собрана самая крупная в мире коллекция культурных растений, которая и в настоящее время используется селекционерами в их практической работе.

Так, известный сорт озимой пшеницы Безостая-1 был получен П.П.Лукьяненко в результате гибридизации использованных из коллекции Вавилова аргентинских пшениц, скрещенных с сортами, выведенными на территории нашей страны.

Основными методами, используемыми селекционерами, являются подбор, гибридизация, отбор и воспитание. Гибридизация опирается на комбинативную изменчивость. Благодаря ей удается в одном гибридном организме сочетать ценные признаки, которые существовали ранее у разных сортов растений и пород животных. Селекционерами проводится подбор родительских пар с последующим отбором в их потомстве.

Таблица центров происхождения культурных растений по Н.И.Вавилову