воспитательная: патриотическое воспитание на примере отечественных селекционеров.
Тип урока: комбинированный. Метод проведения: объяснение, беседа.
Междисциплинарные связи: история.
Внутридисциплинарные связи: зоология, ботаника.
Обеспечение занятия:
наглядные пособия: изображения, фотографии, таблицы по каждому из рассматриваемых методов;
раздаточный материал; оборудование.
Ход урока
1. Организационный момент.
приветствие;
подготовка аудитории к работе;
наличие учащихся.
2. Проверка знаний учащихся.
Метод: фронтальный опрос, вопросы 1-4 (с. 206 учебника).
Вопросы.
Дополнительные вопросы.
3. Мотивация учебной деятельности.
Сообщение темы, цели занятия. Использование в дальнейшей деятельности.
Интенсификация сельского хозяйства невозможна без создания высокопродуктивных пород животных и сортов растений. Чтобы их создать, необходимо использование современных методов селекции.
4. Изложение нового материала.
Тема: Методы селекции растений и животных.
План
Методы селекции растений и животных.
Особенности селекции животных.
Сообщение домашнего задания. § 44, с. 207-211; вопросы 1-7.
Подведение итогов занятий.
Оценить степень реализации поставленных на занятии целей.
Оценить работу учеников во время занятий.
Закрепление изученного материала.
Совместная формулировка вывода о значении селекции в современном мире.
1. Методы селекции растений и животных.
По ходу объяснений учащиеся заполняют таблицу. Или можно предложить нескольким учащимся подготовить небольшие сообщения по каждому методу. Рассказывая о методах селекции, необходимо демонстрировать изображения, фотографии, таблицы, иллюстрирующие конкретный метод.
Основными методами селекции являются гибридизация и отбор. Различают две основные формы отбора: массовый и индивидуальный. При массовом отборе из исходного материала выделяют группу особей, обладающих желательными признаками, а при индивидуальном - отдельных особей, также с желательными признаками с целью получения от них потомства. Массовый отбор проводится среди перекрестноопыляемых растений (например, так был получен сорт ржи «Вятка»). При этом отборе генетически однородный материал не выделяется в силу наличия большого количества гетерозиготных особей. Индивидуальный отбор более применим к самоопыляющимся растениям (пшеница, овес, ячмень). Потомство одной самоопыляющейся особи называют чистой линией, которое является гомозиготным. В результате индивидуального отбора получаются сорта, представляющие собой одну или несколько гомозиготных чистых линий. Однако и у этих гомозиготных особей могут происходить мутации и появляются гетерозиготные формы. При половом размножении свойства сортов, состоящих из гетерозиготных особей, не сохраняются и происходит их расщепление, а при вегетативном размножении сортов растений можно сохранить и размножить любую гетерозиготную форму. При самоопылении повышается гомозиготность, что способствует закреплению наследственных свойств. Еще Дарвину было известно, что самооплодотворение у растений и близкородственное скрещивание (инбридинг) у животных происходит, но оно приводит к снижению жизнеспособности, уменьшению продуктивности и вырождению. Это связано с накоплением рецессивных неблагоприятных мутаций, быстро переходящих в гомозиготное состояние и устраняющихся естественным отбором.
Инбридинг часто применяют в селекции: сначала выводят гомозиготные линии, затем, к примеру у растений, проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями. Получают высокоурожайные гибриды - это так называемая межлинейная гибридизация. При этом часто проявляется эффект гетерозиса (или гибридной силы): первое гибридное поколение обладает повышенной урожайностью и жизнеспособностью, но со второго поколения эффект гетерозиса обычно снижается. Однако инбридинг позволяет выделять из популяции организмы с необходимыми для селекции свойствами. В инбридной линии возрастает число гомозигот, вследствие чего внутри инбридной линии особи менее изменчивы. И тем не менее полной гомозиготности в чистой линии достичь очень трудно, что можно объяснить тем, что в чистых линиях могут возникать мутации, а естественный отбор поддерживаег гетерозиготность.
На практике сначала создают большое число самоопыляющихся линий растений, затем проводят скрещивание между ними и выявляют те комбинации, при которых проявляется наибольший эффект гетерозиса. В дальнейшем проводят скрещивание между линиями, имеющими наибольший эффект гетерозиса, для получения семян, используемых в сельском хозяйстве. Скрещивание в сочетании с отбором - наиболее эффективный путь в селекции.
У растений выделяют несколько типов гетерозиса:
репродуктивный (лучшее развитие органов размножения, выражающееся в повышенной урожайности плодов и семян);
соматический (мощное развитие зеленой массы);
приспособительный (общее повышение жизнеспособности).
Гетерозис может быть закреплен несколькими путями: партеногенезом растений, вегетативным размножением (у растений), переводом диплоидного гибрида в полиплоидное состояние (в этом случае вероятность сохранения гетерозиготных комбинаций генов в ряду поколений значительно выше); у животных проводят переменное скрещивание, то есть постоянное скрещивание гибридов попеременно с одной и другой исходной формой.
Многие формы культурных растений являются (по сравнению с родственными дикими видами) полиплоидами. К их числу относятся пшеница, картофель, некоторые сорта сахарной свеклы, садовая земляника и др. Как природную полиплоидию можно рассматривать наличие кратного 14 числа хромосом у пшеницы, кратного 12- у табака и картофеля; есть виды с 24, 48 и 72 хромосомами.
A. Р. Жебрик получил большое число полиплоидов пшеницы;
B. В. Сахаровым была получена полиплоидная гречиха; имеется триплоидная сахарная свекла (она содержит на 15-20% больше сахара). В настоящее время известно более 500 различных растительных организмов, имеющих полиплоидный набор хромосом, искусственно полученных в лабораторных условиях. Случаи полиплоидии известны и среди животных (например, у разных видов лягушек и тритонов), полученных под воздействием повышенной или пониженной температуры. Демонстрируются изображения, фотографии полиплоидов.
Аутбридинг- отдаленная гибридизация, то есть скрещивание неродственных организмов. Обычно скрещивание происходит в пределах вида, но иногда получают гибриды при скрещивании растений разных видов одного рода и даже разных родов. К примеру, существуют гибриды ржи и пшеницы. Однако отдаленные гибриды, как правило, бесплодны. При скрещивании неродственных организмов вредные рецессивные мутации переходят в гетерозиготное состояние. При отдаленной гибридизации хромосомы обоих родительских видов настолько несхожи между собой, что они не способны к конъюгации, нарушается процесс мейоза. Особенно ярко эти нарушения проявляются, когда скрещивающиеся виды различаются по числу хромосом (например, диплоидное число хромосом ржи 14, мягкой пшеницы - 42). При отдаленной гибридизации могут возникать следующие трудности: несовпадение циклов размножения; неспособность одного вида животных вызвать половой рефлекс у другого; несовпадение строения полового аппарата; гибель спермы в половых путях другого вида; несовместимость пыльцевых трубок и тканей пестика у растений.
При отдаленной гибридизации гибриды часто бывают стерильными. Впервые преодолеть это препятствие удалось в 1924 г. советскому ученому - генетику Г. Д. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты. Демонстрируется таблица «Капустно-редечный гибрид». Оба вида имеют в диплоидном наборе по 18 хромосом, следовательно, гаметы несут по 9 хромосом (гаплоидный вариант). Гибрид будет иметь по 18 хромосом, но он бесплоден, так как «редечные» и «капустные» хромосомы при мейозе не конъюгируют друг с другом. Тогда Г. Д. Карпеченко удвоил число хромосом гибрида и получил по 18 хромосом от каждого из родителей - всего было 36 хромосом, то есть каждая хромосома имела себе парную. «Капустные» хромосомы конъюгировали с «капустными», а «редечные» с «редечными». В результате каждая гамета получила по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9+9=18). Зигота вновь имела 36 хромосом. В результате полученный гибрид стал плодовитым. Расщепления на родительские формы не наблюдалось вследствие того, что хромосомы редьки и капусты всегда оказывались вместе. Полученное растение уже не было похоже ни на капусту, ни на редьку: одна половина стручка напоминала стручок капусты, а другая - редьки. Получившийся полиплоид уже был плодовитым.
Академиком Н. В. Цициным на основе отдаленной гибридизации получен гибрид пшеницы с рожью, дающий высокий урожай и стойкий к неблагоприятным внешним факторам. Искусственная полиплоидия является одним из методов создания новых форм. Некоторые вещества (например колхицин), задерживая нормальное расхождение хромосом при делении, нередко вызывают удвоение числа хромосом.
Человек широко использует методы отдаленной гибридизации и полиплоидии для получения высокоурожайных и устойчивых сортов различных культурных растений.
2. Особенности селекции животных.
Применимы ли методы селекции растений к животным?
Как вы думаете, на основании, каких причин методы селекции растений и животных отличны?
Селекционная работа с животными имеет свои особенности, вытекающие из самой природы организма животного: животные имеют более продолжительную жизнь, у животных существует только половое размножение; они имеют немногочисленное потомство и каждая отдельная особь представляет значительную ценность, множество этических норм ограничивает генетические эксперименты над животными. При получении гибридов животных важно учитывать экстерьерные признаки животных- телосложение, соотношение частей тела, окрас и т. п. Известно, что все домашние животные происходят от диких предков, которые человек начал приручать очень давно (10-12 тыс. лет до н. э.). Основные виды домашних животных были приручены лишь 5-6 тыс. лет тому назад. Важно, что географические области приручения животных в значительной мере совпадают с центрами многообразия и происхождения культурных растений.
Типы скрещивания при селекционной работе с животными также весьма разнообразны. В основном применяют два типа скрещивания: неродственное и родственное. Неродственное скрещивание между особями одной породы или между особями разных пород (при наличии строгого отбора) приводит к поддержанию свойств или улучшению их в ряду следующих поколений гибридов. При близкородственном скрещивании (между братьями и сестрами или родителями и потомством) получаются гибриды, гены которых находятся в гомозиготном состоянии. При этом происходит закрепление хозяйственно-ценных признаков, которые сохраняются у потомства (оно гомозиготно по этим признакам). Близкородственное скрещивание приводит часто к ослаблению животных (отрицательное проявление признака называют депрессией). В селекции родственное скрещивание - лишь один из этапов улучшения породы. Далее проводят скрещивание разных линий, полученных при близкородственном скрещивании, для перевода рецессивных генов в гетерозиготное состояние. В таком случае вредное действие близкородственного скрещивания снижается.
У домашних животных, как и у растений, наблюдается гетерозис: при скрещивании разных пород (а также при межвидовых скрещиваниях) иногда в первом поколении гибридов наблюдается особенно мощное развитие и повышение жизнеспособности, затухающее в последующих поколениях. Например, для получения скороспелых свиней (на мясо и сало) скрещивают дюрокджерсейскую и беркширскую породы. Академиком М. Ф. Ивановым получена высокопродуктивная порода свиней - белая степная украинская свинья, а также порода овец с высоким настригом шерсти -асканийский рамбулье. С помощью отдаленной гибридизации получают новые формы домашних животных, но межвидовые гибриды животных большей частью бесплодны. С глубокой древности человек использует мула (гибрид кобылы с ослом). Мулы обнаруживают гетерозис: они выносливы, обладают большой физической силой, живут дольше родителей, но они бесплодны. Гетерозис проявляется при скрещивании одногорбого и двугорбого верблюдов. В настоящее время проводится много работ по межвидовой гибридизации: создана порода тонкорунных овец - архаромериносов (тонкорунная овца и дикий горный баран); скрещивают яка с крупным рогатым скотом (гибридные самцы бесплодны, а самки плодовиты); получены высокопродуктивные ропшинский и украинский карп, гибрид стерляди и белуги (бестер), обладающие быстрым темпом роста (гетерозис) и прекрасными вкусовыми качествами.
