" Основы селекции. Работы Н.И. Вавилова."

Тема урока

«Основы селекции. Работы Н.И.Вавилова»

Цель:

-создание условий для формирования у учащихся представления о селекции как науке;

-раскрыть значение работ Н.И.Вавилова.

Задачи:

Предметные:

-содействовать углублению знаний учащихся об истории селекции;

-познакомить со значением учения Н.И.Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений для развития селекции;

-помочь выяснить сущность закона гомологических рядов наследственной изменчивости.

Развивающие:

-развивать умение анализировать, делать выводы (о связи наук генетики и селекции);

-развивать навыки работы с учебником, устанавливать причинно – следственные связи (от диких форм организмов к современным, в результате искусственного отбора);

-развитие познавательного интереса, аналитического мышления у учащихся.

Личностно – ориентированные (воспитательные):

- содействовать воспитанию уважения и чувства гордости за заслуги и достижения своего соотечественника Н.И.Вавилова;

-способствовать воспитанию культуры речи;

-помочь учащимся установить связь между центрами происхождения культурных растений и местами существования великих цивилизаций древности;

-способствовать выбору будущей специальности (селекционер, агроном).

Метод: эвристическая беседа, работа с учебником.

Оборудование и дидактическое обеспечение: муляжи овощей плодов, карта «Центры происхождения культурных растений», гербарный материал.

Структура и содержание урока.

I.Организационный момент (настрой на урок).

• Приветствие

• Подготовка аудитории к работе.

• Наличие учащихся.

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности.( Фронтальный опрос – беседа).

• Что изучает генетика?

• Значение работ Г.Менделя?

• О чем гласит закон Т.Моргана?

• Что такое изменчивость? Какие формы изменчивости вам известны?

• В чем основные различия между модификациями и мутациями?

• Какие факторы способны вызвать увеличение мутаций?

III. Изучение нового материала. Учащиеся видят многообразие сортов культурного растения - розы и сельскохозяйственного растения – капусты. Их предками являются – шиповник и дикая капуста, которые мало чем похожи на современные. Так почему мы можем видеть эти и другие формы многообразия растений? Как вы думаете? (Учащиеся предлагают разные версии ответов).

Конечно, это стало возможным в результате селекции

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

История селекции

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 потребительских качеств 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. Давайте послушаем небольшое сообщение о его жизни и деятельности.

Никола́й Ива́нович Вави́лов (13 (25) ноября 1887, Москва — 26 января 1943, Саратов) — русский учёный-генетик, ботаник, селекционер, академик АН СССР, АН УССР и ВАСХНИЛ. Брат физика Сергея Ивановича Вавилова.

Организатор и участник ботанико-агрономических экспедиций, охвативших все континенты (кроме Австралии и Антарктиды); установил на их территориях древние очаги формообразования культурных растений. Создал учение о мировых центрах происхождения культурных растений. Собрал крупнейшую в мире коллекцию семян культурных растений. Заложил основы государственных испытаний сортов полевых культур. Обосновал учение об иммунитете растений, открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов. Разработал учение о виде. Сформулировал принципы деятельности главного научного центра страны по аграрным наукам, создал сеть научных учреждений.

Президент Всесоюзного географического общества (с 1931 года), основатель и директор Всесоюзного института растениеводства, директор Института генетики АН СССР, член Экспедиционной комиссии Академии наук СССР, член коллегии Наркомзема СССР, член президиума Всесоюзной ассоциации востоковедения.

Арестован в 1940 году, в 1941 году осуждён и приговорён к расстрелу, который был заменён 20-летним сроком заключения. В 1943 году умер в тюрьме. В 1955 году посмертно реабилитирован.

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 центрах происхождения культурных растений

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

Для каждого центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные культуры.

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

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

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

Этот центр может быть подразделен на следующие очаги:

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

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

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

Около 15% всей мировой культурной флоры ведет начало с этой территории. В исключительном видовом разнообразии здесь сосредоточены дикие родичи пшеницы, ржи и различных европейских плодовых. До сих пор здесь можно проследить для многих видов непрерывный ряд от культурных до диких форм, т. е. установить сохранившиеся связи диких форм с культурными.

4. Средиземноморский центр – включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот замечательный географический центр, характеризующийся в прошлом величайшими древнейшими цивилизациями, дал начало приблизительно около 10% видов культурных растений. Среди них такие, как твердые пшеницы, капуста, свекла, морковь, лен, виноград, маслина, множество других овощных и кормовых культур.

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

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

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

а) Горный южномексиканский,

б) Центральноамериканский,

в) Вест-Индский островной.

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

7. Андийский центр, в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это родина картофеля, томата. Отсюда ведут начало хинное дерево и кокаиновый куст.

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

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

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

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

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

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

Н.И. Вавилов установил, что «важным моментом при оценке материала для селекции является наличие в нем разнообразия наследственных форм».

Н.И. Вавилов придавал большое значение новым гибридным формам. 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. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

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

Согласно этому закону, у генетически близких видов и родов существуют близкие гены, которые дают сходные серии множественных аллелей и вариантов признака. Например, в пределах разных родов злаков существует параллельная изменчивость окраски зерна:

Варианты окраски зерна	Роды злаков
	Рожь	Пшеница	Ячмень	Овес	Просо
Белое	есть	есть	есть	есть	есть
Красное	есть	есть	есть	нет	нет
Зеленое	есть	есть	есть	есть	есть
Черное	есть	есть	есть	нет	нет
Фиолетовое	есть	есть	есть	нет	нет

 

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.

В основе этого явления лежат не случайные, а вполне закономерные генетические, то есть наследственные взаимосвязи между поколениями организмов (т. Е филогенетические). Чем ближе по своим наследственным связям особи видов, родов и даже семейств, тем резче проявляется у них параллелизм признаков.

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.

IV. Обобщение и систематизация, контроль знаний, умений учащихся.

• почему теоретической основой селекции является генетика?

• почему большинство сортов культурных растений погибнет без участия человека?

• для чего ведутся селекционные работы?

Закрепить полученные знания, навыки по работе с картой «центры происхождения культурных растений».

Подведение итогов урока.

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

Дидактическое назначение Познакомить с тем, какие центры происхождения культурных растений выделил Н. И. Вавилов; показать на карте мира их месторасположение; привести примеры культурных растений, возникших в этих областях. Вопросы и задания для работы с таблицей 1.    Что собой представляют центры происхождения культурных растений? Каким образом ученые определяют, что данное культурное растение происходит именно из этих мест? 2.    Работа Н. И. Вавилова, посвященная обсуждаемому вопросу, называется «Учение о происхождении культурных растений после Дарвина». На какие идеи Дарвина опирался Вавилов? (Вавилов основывался на идеях Дарвина о существовании географических центров происхождения биологических видов («Происхождение видов», гл. 12,1859 г.)). 3.    В какой стране и в какое время работал Н. И. Вавилов? 4.    Какую практическую цель преследовал Вавилов, собирая образцы растений в многочисленных экспедициях, организованных им в различные районы мира? 5.    Сколько центров происхождения культурных растений выделил Н. И. Вавилов? Назовите их и покажите на карте, приведенной на таблице. 6.    Выберите один из центров происхождения культурных растений, охарактеризуйте его местонахождение, назовите культурные растения, возникшие в этой области. 7.    Найдите на таблице и назовите центр происхождения для таких растений, как рис; картофель; слива; табак; арбуз; капуста; редька; виноград; ананас и т. д. 8.    Из исследований, проведенных Н. И. Вавиловым, его соратниками и последователями, следует, что очагами происхождения многих культурных растений были не равнинные, а горные районы. Как вы можете объяснить этот факт? 9.    Удивительно ли, что центры происхождения культурных растений в общем совпадают с древнейшими областями земледелия? Ответ обоснуйте. 10.  Как изменилось представление о центрах происхождения культурных растений со времен Вавилова?