Возникновение новых пород домашних животных и сортов культурных растений стало возможно вследствие существования у диких видов комбинативной наследственной изменчивости как результата полового размножения и отбора, применяемого человеком. Животные и растения, выведенные человеком, имеют общие черты, резко отличающие их от диких видов. У культурных форм сильно развиты отдельные признаки, бесполезные или вредные для существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность некоторых пород кур давать 300 и более яиц в год лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не может насиживать. Можно привести множество подобных примеров, относящихся не только к хозяйственно полезным признакам, но и к декоративным - у голубей, бойцовых петухов, некоторых пород собак.
Разнообразие и продуктивность культурных растений. Все современные домашние животные и возделываемые человеком растительные культуры произошли от диких предков. Процесс превращения диких животных и растений в культурные формы называют одомашниванием. Оно началось, по-видимому, со случайного выращивания молодняка диких животных. Некоторые оказались способными существовать в контакте с человеком и начали размножаться в созданных для них условиях. Этот процесс широко известен уже 6-8 тыс. лет. Именно в это время человек вовлек в культуру большинство животных и растений, используемых и поныне.
Размеры и продуктивность культурных растений выше, чем у родственных диких видов, но вместе с тем они лишены средств защиты от поедания: горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек. Для более полного удовлетворения пищевых и технических потребностей человека создаются все новые сорта растений и породы животных с заранее заданными свойствами. Разработка теории и методов создания и совершенствования пород животных и сортов растений представляет предмет селекции. Селекционеры исследуют специфические закономерности эволюции домашних животных и возделываемых растений, происходящей под направляющим влиянием человека.
Центры многообразия и происхождения культурных растений. Успех селекционной работы зависит главным образом от генетического разнообразия исходной группы растений или животных. Между тем генофонд существующих пород животных или сортов растений, естественно, менее разнообразен по сравнению с генофондом исходного дикого вида. Поэтому при выведении новых сортов растений и пород животных очень важны поиски и выявление полезных признаков у диких предков.
С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н.И. Вавилов организовал многочисленные экспедиции как в пределах территории нашей страны, так и во многие зарубежные страны. В результате этих экспедиций был собран огромный семенной материал, который был использован для селекционной работы. Н.И. Вавилов выделил семь центров происхождения культурных растений (табл. 16.1).
Таблица 16.1
Центры происхождения культурных растений (по Н.И. Вавилову)
|
Название центра |
Географическое положение |
Родина культурных растений |
|
Южноазиатский тропический |
Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, о-ва Юго-Восточной Азии |
Рис, сахарный тростник, цитрусовые, огурец, баклажан, черный перец и др. (50% культурных растений) |
|
Восточноазиатский |
Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань |
Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры - слива, вишня, редька и др. (20% культурных растений) |
|
Юго-западноазиатский |
Малая Азия, Средняя Азия, Афганистан, Юго-Западная Индия |
Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, морковь, чеснок, виноград, абрикос, груша и др. (14% культурных растений) |
|
Средиземноморский |
Страны по берегам Средиземного моря |
Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер, чечевица, кормовые травы (11% культурных растений) |
|
Абиссинский |
Абиссинское нагорье Африки |
Твердая пшеница, ячмень, кофейное дерево, сорго, бананы |
|
Центральноамериканский |
Южная Мексика |
Кукуруза, длинноволокнистый хлопчатник, какао, тыква, табак |
|
Южноамериканский |
Южная Америка вдоль западного побережья |
Картофель, ананас, хинное дерево |
Начатая Н.И. Вавиловым работа была продолжена другими ботаниками; после ряда уточнений в настоящее время насчитывается 12 первичных центров происхождения культурных растений.
Центры происхождения культурных растений, как показывают археологические исследования, тесно связаны с районами одомашнивания животных. Такие регионы получили название центров доместикации (от лат. domesticus - домашний). Многочисленные зоологические исследования подтвердили, что для каждого вида домашних животных, несмотря на обилие пород, существует, как правило, один дикий предок.
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. На основе изучения богатейшего коллекционного материала Н.И. Вавиловым были сделаны важные обобщения, послужившие крупным вкладом в теорию селекции.
Изучение наследственной изменчивости у культурных растений и их предков позволило Н.И. Вавилову сформулировать закон гомологических рядов наследственной изменчивости: «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. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство».
На примере семейства Злаковых Н.И. Вавилов показал, что сходные мутации обнаруживаются у целого ряда видов этого семейства. Так, черная окраска семян встречается у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и ряда других злаковых за исключением овса, проса и пырея, удлиненная форма зерна - у всех изученных видов. У животных также наблюдаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, альбинизм и отсутствие перьев у птиц, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц. Некоторые наследственные заболевания и уродства, встречающиеся у человека, отмечены и у некоторых животных. Животных с такими болезнями используют в качестве модели для изучения дефектов у человека. Например, катаракта бывает у мышей, крыс, собак, лошадей; гемофилия - у мыши и кошки; диабет у крысы; врожденная глухота - у морской свинки, мыши, собаки и т.д. То, что сходные, наследственно обусловленные нарушения жизнедеятельности встречаются у представителей разных видов одного и того же класса - класса Млекопитающих, убедительно подтверждает закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Появление сходных мутаций объясняется общностью происхождения генотипов. В процессе возникновения новых видов от одного предка различия между ними устанавливаются только по части генов, обусловливающих успешное существование в конкретных условиях. Многие гены у видов, имеющих общее происхождение, остаются неизменными и при мутации дают сходные признаки.
Таким образом, обнаружение спонтанных или индуцированных мутаций у одного вида дает основание для поисков сходных мутаций у родственных видов растений или животных.
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости успешно используется в селекционной практике. Работа по созданию семенных коллекций сортов культурных растений и их дикорастущих предков, начало которой положил Н.И. Вавилов, продолжается. В нашей стране в настоящее время коллекция включает более 320 тыс. образцов, относящихся к 1041 виду растений. Сюда входят дикие виды, сородичи культурных растений, старые местные сорта, все лучшее и новое, что создано за последнее время усилиями селекционеров всех стран мира. Из мирового генофонда ученые выделяют генетические источники хозяйственно ценных признаков: урожайности, скороспелости, устойчивости к болезням и вредителям, засухоустойчивости, устойчивости к полеганию и др. Современные генетические методы дают возможность добиваться в селекции растений очень крупных успехов. Так, использование ценных генов дикого эфиопского ячменя позволило создать выдающийся по продуктивности сорт ярового ячменя Одесский 100.
Опорные точки
- Богатейший коллекционный материал собран Н.И. Вавиловым в различных районах мира. Его изучение позволило выявить родину и диких предков многих культурных растений.
- Развитие идей Н.И. Вавилова позволило выделить 12 центров происхождения культурных растений.
Вопросы и задания для повторения
- 1. Чем отличаются одомашненные и культурные организмы от диких?
- 2. Какое значение для селекции имеет знание центров происхождения культурных растений?
- 3. Изложите сущность закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова.
Люди всегда жили в соседстве с животными. Польза последних была очевидна, и часть из них удалось превратить из диких в домашних. На это ушли века. В результате существа, обитавшие когда-то сами по себе в природе, приобрели новые признаки и особенности.
Каких животных называют одомашненными, их значение для человека
Представители этой группы живут в непосредственной близости к человеку. Они имеют особый генетический набор, на который существенно повлияли условия существования, а также производимая селекционная деятельность.
Велика роль одомашненных животных как источников питания и ценного сырья. И в этом заключается не вся приносимая ими польза. Животные привлекаются в качестве незаменимых помощников во многих трудовых сферах. А некоторые из них проводят всю жизнь под одной крышей со своими хозяевами, являясь при этом любимцами и компаньонами для членов семьи.
Сравнение
Жизнь питомцев, находящихся на попечении человека, не лишена преимуществ. Таким животным не нужно постоянно проводить время в поисках пищи и заботиться о создании жилища. Они защищены от многих опасностей, а в случае болезни получают ветеринарную помощь. И человек обязан добросовестно ухаживать за теми, кто находится от него в полной зависимости.
Между тем дикие животные вынуждены постоянно бороться за выживание. Но и приспосабливаются к суровым условиям они гораздо лучше. В то же время одомашненные животные могут оказаться совершенно беспомощными на воле. Среди них есть даже такие виды, которые нельзя встретить в дикой природе. К примеру, отдельно от человека не живут коровы. Хотя есть все основания полагать, что дикие прародители были у каждого домашнего животного, но к настоящему времени некоторые из них вымерли.
Отличие одомашненных животных от диких заметно с первого взгляда. Оно проявляется и во внешнем виде, и в повадках. Человека его питомцы воспринимают адекватно. Они позволяют дотрагиваться до себя, обычно бывают покладистыми. Зачастую домашние животные очень привязаны к своим хозяевам и эмоционально это выражают. Кроме того, от них вполне реально добиться выполнения нужных действий. Так, собаки служат ищейками и поводырями, а на ослах можно перевозить грузы.
Диких животных трудно подчинить своей воле. Редкие из них поддаются дрессировке, и порой такая деятельность для людей является весьма опасной. Своим нравом дикие представители фауны заметно отличаются от одомашненных. Даже существуя рядом с людьми (в зоопарке, террариуме, цирке), большинство из них ведут себя настороженно и могут в какой-то степени признавать лишь тех, кто постоянно за ними ухаживает. Встретившись с человеком в условиях природы, дикие животные в одних случаях пугаются, ощущая опасность, в других – проявляют агрессию и нападают.
Иногда все-таки можно успешно приручить дикое животное, но от этого оно не становится одомашненным. Ведь подобное качество должно быть уже заложено в генах. Размножение в неволе у этих представителей фауны часто затруднено. А вот домашние виды обычно легко производят на свет потомство, нередко многочисленное.
Необходимо упомянуть еще один фактор, позволяющий увидеть, в чем разница между одомашненными и дикими животными. Он заключается в том, что последние проходят естественный отбор. В данном случае, образно выражаясь, сама природа решает, кто останется дальше существовать и какими свойствами будет наделен. Между тем «друзья человека» подчинены искусственному отбору. При этом могут выводиться новые, более эффективные породы.
Особую важность имеет то, что в результате одомашнивания с животными нередко происходят значительные изменения. К примеру, иногда они увеличиваются или уменьшаются в размерах. Не столь грубая пища становится причиной преобразования челюстей. Несколько иной вид приобретают конечности. Кроме того, существуя в благоприятных условиях, многие породы развиваются быстрей по сравнению со своими дикими предками.
Вопрос 1. Чем отличаются одомашненные животные и культурные растения от диких?
Животные и растения, выведенные человеком, резко отличаются от своих диких предков по ряду качеств. У культурных форм сильно развиты отдельные признаки, ненужные или даже вредные для существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность некоторых пород кур нести 300 и более яиц в год лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не может насиживать. Можно привести множество подобных примеров, относящихся не только к хозяйственно полезным признакам, но и к декоративным – у голубей, бойцовых петухов.
Вопрос 2. Как вы считаете, какая наука является теоретической основой селекции? Объясните свой выбор.
Теоретической основой селекции является генетика, так как именно знание законов генетики позволяет целенаправленно управлять появлением мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить отбор гибридов. В результате применения знаний по генетике удалось создать более 10000 сортов пшеницы на основе нескольких исходных диких сортов, получить новые штаммы микроорганизмов, выделяющих пищевые белки, лекарственные вещества, витамины и т. п.
Вопрос 3. Какое значение для селекции имеет знание центров происхождения культурных растений?
Для каждой породы или сорта характерна определенная реакция на окружающую среду. Фенотип данной породы или сорта наиболее полно проявляется лишь при известных условиях содержания, кормления, агротехники. Для каждого сорта и породы необходим известный комплекс климатических условий, при которых выявляются их положительные качества. Поэтому породы и сорта, выведенные в одной стране, далеко не всегда пригодны для другой страны.
Вопрос 4. Какие центры происхождения культурных растений вам известны?
Перечислим центры происхождения культурных растений:
1) Южноазиатский тропический центр. Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, острова Юго-Восточной Азии. Исключительно богат культурными растениями (около 1/3 известных видов культурных растений). Родина риса, сахарного тростника, множества плодовых и овощных культур.
2) 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.
3) 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.
4) Средиземноморский центр. Страны, 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, одноцветковая чечевица), многие овощные (капуста) и, кормовые культуры.
5) Абиссинский центр. Небольшой район Африканского материка 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.
6) Центральноамериканский центр. Южная Мексика. Родина кукурузы, длинноволокнистого хлопчатника, какао, ряда тыквенных, фасоли - всего около 90 видов культурных растений.
7) Андийский (Южноамериканский) центр. Включает часть районов Андийского горного хребта вдоль западного побережья Южной Америки. Родина многих клубненосных растений, и в том числе картофеля, некоторых лекарственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево и др.).
Вопрос 5. Определите, какие центры происхождения являются родиной культурных растений, выращиваемых в вашем регионе.
В Московской области выращивают картофель – Андийский центр происхождения, кукурузу – Центральноамериканский центр, овощи, такие как капуста, морковь, сахарная свекла, - Средиземноморский центр происхождения.
Вопрос 6. Объясните в классе, почему одомашнивание диких животных и возделывание культурных растений стало поворотным пунктом в развитии человечества.
Одомашнивание диких животных, наравне с окультуриванием полезных человеку растений, имело огромное значение в развитии человеческого общества. Созданные человеком породы домашних животных и сорта культурных растений явились новыми важными средствами производства продуктов питания и сырья для изготовления одежды, обуви и других предметов. Карл Маркс указывал, что прирученные, следовательно, уже измененные посредством труда, выращенные человеком животные играли на первых ступенях человеческой истории главную роль как средство труда.
Вопрос 7. Почему для успешной селекционной работы необходимо знать биологические свойства исходных диких видов?
Данные знания необходим для того, чтобы грамотно проводить селекционную работу и избежать большинства ошибок и нежелательных результатов.
Что лежит в основе создания пород животных и сортов культурных растений?Ответ
Сначала человек создает наследственное разнообразие с помощью дальнеродственных или межвидовых скрещиваний, искусственного мутагенеза и т.п. Затем проводится искусственный отбор: для размножения выбираются особи, у которых наиболее выражены полезные человеку признаки.
С какой целью проводят в селекции близкородственное скрещивание. Какие отрицательные последствия оно имеет?
Ответ
Близкородственное скрещивание повышает вероятность перехода рецессивных признаков в гомозиготное состояние и их проявления в фенотипе. Таким образом селекционеры закрепляют полезные признаки. При этом вредные рецессивные мутации тоже проявляются.
С какой целью в селекции растений производят скрещивание особей разных сортов?
=
С какой целью в селекции растений применяют межлинейную гибридизацию?
Ответ
1) Чтобы получить новые комбинации генов - создать наследственное разнообразие, которое является материалом для искусственного отбора.
2) Чтобы получить эффект гетерозиса.
Известно, что хвост самца японского петуха декоративной породы достигает 10 метров. Поясните, как эта порода была выведена человеком. Почему птицы с такой длиной хвоста не встречаются в природе?
Ответ
1) Человек вывел такую породу путем искусственного отбора: в каждом поколении для размножения выбираются петухи с самым длинным хвостом.
2) В дикой природе петухи с стаким длинным хвостом не смогут выжить, будут уничтожены хищниками.
Чем культурные растения и домашние животные отличаются от своих диких предков? Приведите не менее трех различий.
Ответ
1) Они обладают полезными для человека признаками, высокой продуктивностью.
2) Их приспособленность к условиям окружающей среды ослаблена.
3) У них намного выше диапазон изменчивости (много различных пород и сортов).
Каково значение закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н. И. Вавилова?
Ответ
Позволяет, зная признаки одного вида, целенаправленно искать такие же признаки у близкородственных видов. Помогает подбирать материал для селекции.
Чем характеризуется явление гетерозиса?
Ответ
Гетерозис (гибридная сила) - это явление, при котором гибридное потомство первого поколения очень сильно превосходит родителей по жизнестойкости, продуктивности и т.п.
Почему эффект гетерозиса проявляется только в первом поколении?
Ответ
Эффект гетерозиса обеспечивается определенным сочетанием генов (большим количество гетерозигот). В следующем поколении при половом размножении это сочетание генов исчезает.
Почему методы полиплоидии и искусственного мутагенеза, применяемые в селекции растений, не применимы в селекции животных?
Ответ
Животные стоят дороже, чем растения, развиваются дольше, поэтому опасные для жизни животного методы применять невыгодно. (Полиплоидные животные не выживают. Искусственный мутагенез случаен, обработка мутагенами может привести к смерти животного.)
Что такое искусственный мутагенез и для чего его применяют?
Ответ
Искусственный мутагенез – это метод селекции, при котором у организмов искусственно вызываются мутации (с помощью радиации, химических мутагенов и т.п.). Его применяют для создания наследственного разнообразия.
