Центры происхождения культурных видов 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.

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

Вспомните из учебников «Растения. Бактерии. Грибы и лишайники» и «Животные», с какой целью человек выращивает культурные растения и разводит домашних животных. Что служит основной движущей силой и материалом для создания человеком новых сортов культурных растений и пород домашних животных?

С давних пор человек для своих нужд вел промысел различных животных и собирал растения. С увеличением народонаселения Земли и расширением его оседлости, природа уже была не в состоянии удолетворить потребности людей в пище, одежде и других ресурсах. Человек оказался перед необходимостью целенаправленного выращивания растений и разведения необходимых ему животных. Постепенное накопление сведений об этих древних занятиях человечества привело к оформлению селекции (от лат. селекцио - выбор, отбор) - науки о методах выведения сортов растений и пород животных с нужными человеку признаками.

Происхождение культурных форм организмов. Первым этапом селекции было окультуривание дикорастущих растений и одомашнивание диких животных. Это началось около 30-20 тыс. лет назад со случайного, по всей видимости, выращивания нашими далекими предками диких растений, произраставших по соседству с их жилищами.

Подавляющее большинство возделываемых человеком растений, первоначально было окультурено в районах, отличавшихся богатой флорой и развитым земледелием. Они совпадали с очагами древнейших цивилизаций Китая, Индии, Месопотамии, Ирана, Греции, Рима, Египта и Центральной Америки (рис. 172).

Рис. 172. Центры происхождения некоторых культурных растений н домашних животных

Большой вклад в изучение происхождения культурных растений внес отечественный ученый Николай Иванович Вавилов (рис.171). В результате организованных экспедиций по всему миру, Вавилову с сотрудниками удалось собрать коллекцию семян культурных растений.

Рис. 171. Николай Иванович Вавилов (1887 - 1943)

Рис. 173. Яблоня домашняя

Проанализировав этот материал, он пришел к выводу, что район наибольшего генетического, а следовательно и сортового разнообразия того или иного вида культурного растения является его центром происхождения.

Центры происхождения домашних животных, так же, как и центры происхождения культурных растений, совпадают с очагами древнейших цивилизаций. Эти области в основном определяются ареалами обитания диких предков домашних животных (рис. 172).

Сорт и порода. Ученые-селекционеры работают с сортами растений и породами животных. Сорт - это группа созданных в результате селекции культурных растений одного вида, например, яблоня домашняя (рис. 173), обладающих передающимися по наследству хозяйственно-ценными признаками.

Сорта культурных растений подразделяют на местные и селекционные. Местные сорта получены в результате длительного естественного и искусственного отборов в процессе выращивания той или иной культуры. Селекционные сорта (рис. 174) создаются в научно-исследовательских учреждениях с использованием методов генетики и селекции.

Рис. 174. Сорта яблони

Порода - это группа созданных в результате селекции сельскохозяйственных животных одного вида, например, курица, овца, свинья, обладающих передающимися по наследству хозяйственно-ценными признаками.

Различают примитивные и заводские породы домашних животных. Примитивные породы хорошо приспособлены к местным условиям, выносливы и отличаются невысокими, но стабильными качествами. Заводские породы разводятся в специальных племенных хозяйствах. Они обладают особо ценными качествами, высокой продуктивностью и используются для получения элитных животных (рис. 175).

Рис. 175. Породы лошадей

Итак, сорт и порода представляют собой искусственно созданные человеком внутривидовые группировки - популяции организмов, обладающие хозяйственно-ценными наследуемыми признаками.

Особенности культурных форм организмов. Домашние животные и культурные растения резко отличаются по целому ряду признаков от своих диких предков. Прежде всего, культурные формы организмов обладают значительно большим разнообразием наследственной изменчивости, чем их родоначальные виды. Такое разнообразие - результат творческой роли искусственного отбора, проводимого человеком по сохранению особей с интересующими его признаками (рис. 177).

Рис. 177. Иллюстрация творческой роли искусственного отбора: различные сорта роз отличают окраской, формой и числом лепестков венчика; предок культурных роз - шиповник (в центре) имеет розовую окраску венчика и пять лепестков

Рис. 176. Петух породы Иокогамский феникс

Часто культурные формы организмов обладают признаками, ненужными и даже вредными для них, но полезными для человека. Например, петухи декоративной породы Иокогамский феникс, имеют хвостовые перья, длиной до 11 м. Такой признак, безусловно, мешал бы птице жить в естественных условиях, но как нужный (декоративный) человеку был закреплен искусственным отбором при выведении этой породы (рис. 176).

Другое отличие культурных форм организмов состоит в том, что их продуктивность, как правило, выше, чем у родственных им диких видов организмов. Например, яйценоскость кур породы Белый леггорн достигает 350 яиц в год, а их предки - банкивские куры откладывают всего лишь 18-20 яиц в год (рис. 178). Значит, селекция культурных форм организмов ведет к созданию таких сортов растений и пород животных, которые обладают нужными человеку признаками и наибольшей продуктивностью.

Рис. 178. Куры яйценоской породы Белый леггорн (слева) и их предки - банкивские куры (справа)

Упражнения по пройденному материалу

1. Объясните, что такое селекция.
2. Каковы предпосылки окультуривания человеком дикорастущих растений и одомашнивания диких животных?
3. Расскажите о вкладе Н.И. Вавилова в изучение происхождения культурных растений.
4. Почему центры происхождения культурных форм организмов совпадают с очагами древнейших цивилизаций человечества?
5. Что такое сорт и порода?
6. Чем культурные формы организмов отличаются от их диких предков?

Используя учебники по истории Древнего мира и географическую карту, выясните, с очагами каких древнейших цивилизаций совпадают центры происхождения важнейших культурных растений и домашних животных.

За свою историю человечество одомашнило около 3000 видов дикорастущих растений, превратив их в зерновые, бобовые, плодовые, технические и декоративные культуры. Процесс приручения животных не был таким успешным, человек одомашнил лишь около 60 видов млекопитающих, 12 видов птиц и менее 10 видов рыб и насекомых.

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.

В своих экспедициях Вавилов собрал богатейшую коллекцию культурных растений, нашел родственные связи между ними, предсказал возможные для выведения ранее неизвестные, но заложенные генетически свойства этих культур. Он обнаружил существование районов с максимальной концентрацией видов, разновидностей и сортов определенных культурных растений, а также то, что эти районы связаны с местами древнейших цивилизаций.

В ходе исследований Н.И. Вавилова было выявлено семь основных географических центров происхождения культурных растений.

1. Южноазиатский тропический центр (Рис. 2) включает в себя тропическую Индию, Индокитай, Южный Китай, Юго-Восточную Азию. Культурные растения центра: рис, сахарный тростник, огурец, баклажан, цитрусовые, манго, банан, кокосовая пальма, черный перец - около 33 % всех культурных растений.

Рис. 2. Южноазиатский тропический центр ()

2. Восточноазиатский центр - Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань (Рис. 3). Отсюда произошли соя, просо, гречиха, слива, вишня, редька, грецкий орех, мандарин, хурма, бамбук, женьшень - около 20 % культурных растений.

Рис. 3. Восточноазиатский центр ()

3. Юго-западноазиатский центр - Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия (Рис. 4). Этот центр является прародителем пшеницы, ячменя, ржи, фундука, бобовых культур, льна, конопли, репы, чеснока, винограда, абрикоса, груши, дыни - порядка 14 % всех культурных растений.

Рис. 4. Юго-западноазиатский центр ()

4. Средиземноморский центр - страны побережья Средиземного моря (Рис. 5). Отсюда вышли капуста, сахарная свекла, маслины, клевер, чечевица, овес, лен, лавр, кабачок, петрушка, сельдерей, виноград, горох, бобы, морковь, мята, тмин, хрен, укроп - около 11 % культурных растений.

Рис. 5. Средиземноморский центр ()

5. Абиссинский, или Африканский центр - Абиссинское нагорье Африки в районе Эфиопии (Рис. 6). Оттуда произошли пшеница, ячмень, сорго, кофе, бананы, кунжут, арбуз - порядка 4 % культурных растений.

Рис. 6. Абиссинский, или Африканский центр ()

6. Центральноамериканский центр - Южная Мексика (Рис.7). Родоначальник фасоли, кукурузы, подсолнечника, хлопчатника, какао, тыквы, табака, топинамбура, папайи - около 10 % культурных растений.

Рис. 7. Центральноамериканский центр ()

7. Южноамериканский, или Андийский центр - западное побережье Южной Америки (Рис. 8). Из этого центра произошли картофель, томат, ананас, сладкий перец, хинное дерево, кокаиновый куст, гевея, арахис - около 8 % культурных растений.

Рис. 8. Южноамериканский, или Андийский центр ()

Мы познакомились с важнейшими центрами происхождения культурных растений, они связаны не только с флористическим богатством, но и с древнейшими цивилизациями.

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. - Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2005.
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002.

1. Dic.academic.ru ().
2. Proznania.ru ().
3. Biofile.ru ().

Домашнее задание

1. Кто сформулировал полную теорию центров происхождения видов культурных растений?
2. Каковы основные географические центры происхождения культурных растений?
3. С чем связаны центры происхождений культурных растений?