Генетические основы селекции. презентация к уроку по биологии (8 класс) на тему

На уроке мы рассмотрим, как на практике применяется открытая генетикой закономерность в медицине и сельском хозяйстве, узнаем основы селекции организмов, как селекция способствует выведению пород животных с необходимыми для человека признаками.

Ко-неч-но, вряд ли такой при-знак поз-во-лил бы этому пе-ту-ху вы-дер-жи-вать кон-ку-рент-ную борь-бу и есте-ствен-ный отбор в окру-жа-ю-щей среде. Но этот при-знак за-ин-те-ре-со-вал че-ло-ве-ка, и эта по-ро-да была со-зда-на. Кроме этого, от-ли-ча-ют-ся до-маш-ние формы от диких еще и своей очень боль-шой пло-до-ви-то-стью, это то глав-ное ка-че-ство, ради ко-то-ро-го че-ло-век и стал со-зда-вать эти по-ро-ды. К примеру, яй-це-нос-кость кур по-ро-ды белый лег-горн со-став-ля-ет около 350 яиц в год, а яй-це-нос-кость их ди-ко-го пред-ка бан-ки-вской ку-ри-цы со-став-ля-ет 18-20 яиц в год (рис.2).

Рис. 2. Курица породы белый леггорн и банкивская курица ()

Из этих при-ме-ров можно вы-ве-сти за-да-чи со-вре-мен-ной се-лек-ции, к ним от-но-сит-ся:

1. По-лу-че-ние новых вы-со-ко-уро-жай-ных и устой-чи-вых к за-бо-ле-ва-нию пород жи-вот-ных и сор-тов рас-те-ний.

2. По-лу-че-ние эко-ло-ги-че-ски пла-стич-ных сор-тов и пород, то есть тех, ко-то-рые могут жить в раз-лич-ных эко-ло-ги-че-ских усло-ви-ях.

3. По-лу-че-ние пород и сор-тов, удоб-ных для про-мыш-лен-но-го вы-ра-щи-ва-ния и ме-ха-ни-зи-ро-ван-ной убор-ки.

Воз-ник-ла се-лек-ция на заре че-ло-ве-че-ства, при-мер-но 20-30 тысяч лет тому назад, когда люди стали слу-чай-ным об-ра-зом одо-маш-ни-вать жи-вот-ных, ко-то-рые их окру-жа-ли. Глав-ным кри-те-ри-ем было то, что жи-вот-ные могут раз-мно-жать-ся в нево-ле и имеют до-ста-точ-но хо-ро-ший ха-рак-тер, их удоб-но со-дер-жать. Это и послужило пред-по-сыл-кой развития науки се-лек-ции. Ши-ро-кое одо-маш-ни-ва-ние на-ча-лось где-то в 8-6 веках до нашей эры, и уже в тот мо-мент были одо-маш-не-ны все из-вест-ные сей-час жи-вот-ные и окуль-ту-ре-ны рас-те-ния, но это еще была не наука. Пи-о-не-ром науки се-лек-ции в нашей стране был Ни-ко-лай Ива-но-вич Ва-ви-лов (рис. 3).

Рис. 3. Н.И. Вавилов (1887-1943) ()

Ва-ви-лов счи-тал, что в ос-но-ве се-лек-ции лежит пра-виль-ный выбор для ра-бо-ты ис-ход-но-го ма-те-ри-а-ла, ге-не-ти-че-ское раз-но-об-ра-зие и вли-я-ние окру-жа-ю-щей среды на про-яв-ле-ние на-след-ствен-ных при-зна-ков при ги-бри-ди-за-ции ор-га-низ-мов. В по-ис-ках ис-ход-но-го ма-те-ри-а-ла для по-лу-че-ния новых ги-бри-дов Ва-ви-лов ор-га-ни-зо-вал в 1920-30 годы де-сят-ки экс-пе-ди-ций по всему зем-но-му шару. Во время этих экс-пе-ди-ций ему с кол-ле-га-ми уда-лось со-брать более по-лу-то-ра тысяч видов куль-тур-ных рас-те-ний и огром-ное ко-ли-че-ство сор-тов. К 1940 году во Все-со-юз-ном ин-сти-ту-те рас-те-ние-вод-ства на-счи-ты-ва-лось уже 300 тысяч об-раз-цов. В на-сто-я-щее время кол-лек-ция по-сто-ян-но по-пол-ня-ет-ся и ис-поль-зу-ет-ся для по-лу-че-ния новых сор-тов на ос-но-ве уже из-вест-ных. Ис-сле-дуя по-лу-чен-ный во время экс-пе-ди-ции ма-те-ри-ал, Н.И. Ва-ви-лов при-шел к от-кры-тию опре-де-лен-ной за-ко-но-мер-но-сти, ко-то-рая и стала ге-не-ти-че-ской ос-но-вой се-лек-ции. Эта за-ко-но-мер-ность по-лу-чи-ла на-зва-ние «закон го-мо-ло-ги-че-ских рядов на-след-ствен-но-сти». Фор-му-ли-ров-ка этого за-ко-на, ко-то-рую пред-ло-жил сам Н.И. Ва-ви-лов: «Ге-не-ти-че-ски близ-кие роды и виды ха-рак-те-ри-зу-ют-ся сход-ны-ми ря-да-ми на-след-ствен-ной из-мен-чи-во-сти с такой пра-виль-но-стью, что, зная ряд форм в пре-де-лах од-но-го вида, можно пред-ви-деть на-хож-де-ние па-рал-лель-ных форм у дру-гих род-ствен-ных видов и родов. Чем более близ-ки виды и роды си-сте-ма-ти-че-ски, тем пол-нее сход-ство в рядах их из-мен-чи-во-сти».

Эту слож-ную фор-му-ли-ров-ку можно про-ил-лю-стри-ро-вать, на при-ме-ре се-мей-ства зла-ко-вых (рис. 4), куда вхо-дят хо-ро-шо из-вест-ные вам пше-ни-ца, рожь, яч-мень, рис, ку-ку-ру-за.

Рис. 4. Семейство злаковых ()

У этого се-мей-ства име-ет-ся ряд при-зна-ков, ко-то-рые про-сле-жи-ва-ют-ся у раз-ных видов, от-но-ся-щих-ся к этому се-мей-ству. К таким при-зна-кам от-но-сят-ся на-ли-чие ози-мых форм, крас-ная окрас-ка у зер-но-вок, на-при-мер, крас-ная окрас-ка встре-ча-ет-ся и у ржи, и у пше-ни-цы, и у ку-ку-ру-зы. Точно так же ози-мые формы встре-ча-ют-ся и у пше-ни-цы, и у ржи. Вот это и по-слу-жи-ло ос-но-вой от-кры-тия этого за-ко-на. Закон го-мо-ло-ги-че-ских рядов спра-вед-лив не толь-ко для рас-те-ний, но и для жи-вот-ных. Так, на-при-мер, яв-ле-ния аль-би-низ-ма на-блю-да-ют-ся и у че-ло-ве-ка, и у мле-ко-пи-та-ю-щих, и даже у птиц (рис. 5).

Рис. 5. Явление альбинизма ()

Закон, открытый Вавиловым, имеет практическое зна-че-ние, его можно разобрать на кон-крет-ном при-ме-ре: у растения лю-пи-на плоды со-дер-жат очень боль-шое ко-ли-че-ство белка, и люпин (рис. 6) мог бы быть очень цен-ной кор-мо-вой куль-ту-рой, но его се-ме-на со-дер-жат опас-ный ядо-ви-тый ал-ка-ло-ид.

Рис. 6. Люпин многолетний с семенами ядовитого алкалоида ()

По-это-му при-ме-нять люпин в ка-че-стве кор-мо-вой куль-ту-ры было невоз-мож-но. Од-на-ко из-вест-но, что дру-гие пред-ста-ви-те-ли се-мей-ства бо-бо-вых: горох, бобы, лю-цер-на, соя - не имеют та-ко-го гена. Зна-чит, можно преду-га-дать, что и у лю-пи-на воз-мож-на му-та-ция вот в такую без-ал-ка-ло-ид-ную форму. И дей-стви-тель-но, се-лек-ци-о-не-рам уда-лось по-лу-чить без-ал-ка-ло-ид-ную форму лю-пи-на, и сей-час люпин ак-тив-но ис-поль-зу-ет-ся в сель-ском хо-зяй-стве как пре-крас-ная кор-мо-вая куль-ту-ра (рис. 7).

Рис. 7. Кормовые сорта люпина ()

Мы рассмотрели историю возникновения новой, ин-те-рес-ной, а самое глав-ное - очень по-лез-ной и прак-ти-че-ски зна-чи-мой науки се-лек-ции, ее основные задачи. В ходе сле-ду-ю-щих наших уроков мы более по-дроб-но узна-ем о ме-то-дах селекции и ра-бо-тах Н.И. Ва-ви-ло-ва.

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. Genetics-b.ru ().
2. Google Sites ().
3. Moykonspekt.ru ().

Домашнее задание

1. Что такое селекция?
2. Каковы основные за-да-чи со-вре-мен-ной се-лек-ции?
3. О чем говорит закон гомологических рядов наследственности?

Из истори селекции.

Животные- дикие и домашние.

Растения – дикорастущие и культурные.

Домашние животные и культурные растения появились в доисторический период.

Для чего человек культивировал растения и приручал животных?

СЕЛЕКЦИЯ- наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, и штаммов микроорганизмов. Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ 1. Из истории селекции.2 Наука селекция.3Общие методы селекции.

Из истории селекции. Животные- дикие и домашние. Растения – дикорастущие и культурные. Домашние животные и культурные растения появились в доисторический период. ? Для чего человек культивировал растения и приручал животных?

Селекция – как наука СЕЛЕКЦИЯ- наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, и штаммов микроорганизмов. Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. ПОРОДА, СОРТ, ШТАММ- это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов и бактерий с нужными для человека признаками.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ –генетика. генетика изучает наследственность и изменчивость. Свойства живых организмов определяется их ГЕНОТИПОМ, подвергается изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики.

ОБЩИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. ГИБРИДИЗАЦИЯ. МУТАГЕНЕЗ. ПОЛИПЛОИДИЯ.

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. -это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида,породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Ч. Дарвин заложил теоретические основы этого метода,выделил два направления: БЕССОЗНАТЕЛЬНЫЙ и МЕТОДИЧЕСКИЙ (СОЗНАТЕЛЬНЫЙ)

Искусственный отбор по отдельным,интересующим человека признакам. Бессознательный отбор ведется с давних времён: по внешним признакам отбирают и размножают лучших. Методический искус. Отбор – целенаправленное создание новых форм культивируемых растений и животных с использованием методов селекции и различных технологий.

гибридизация -это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов,размножающихся половым путем.

ГИБРИДИЗАЦИЯ Внутривидовая (в пределах одного вида между особями разных форм.) Межвидовая, или отдаленная (между особями разных видов)

ГЕТЕРОЗИС явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков над обеими родительскими формами называют ГИБРИДНОЙ МОЩЬНОСТЬЮ или ГЕТЕРОЗИСОМ. - выше продуктивность в животноводстве -выше урожайность в растениеводстве. - при скрещивании гибридов F 1 эффект гетерозиса ослабевает и исчезает. -гибриды,полученные путем отдаленной гибридизации,часто неплодовиты.(мул-гибрид лошади с ослом.)

МУТАГЕНЕЗ -это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием физических и химических факторов.(мутагенов) МУТАЦИИ – естественные (спонтанные) – - искусственные (индуцированные) ?????????????????????? Мутации????????????????

МУТАГЕНЕЗ Некоторые мутации улучшают свойства организма, оказываются интересными и полезными для человека и используются в селекции.

МУТАГЕНЕЗ

ПОЛИПЛОИДИЯ - наследственное изменение,при котором многократно увеличивается гаплоидный набор хромосом. -возникает в результате нарушения расхождения хромосом. -в митозе или мейозе под воздействием факторов окружающей среды. - ионизация.- -низкие температуры. -химические вещества.

ПОЛИПЛОИДИЯ Крупные размеры Устойчивы к неблагоприятным условиям. Повышено содержание многих веществ,ценных для человека. Применяется в селекции растений.

Особенности селекции растений

Селекция растений Эксперементальный (индуцированный) мутагенез – воздействие различных излучений для получения мутаций и использование химических мутагенов.

Селекция растений. Аутбридинг- скрещивание непосредственных форм(отсутствие общих предков в ближайших 4-6 поколениях.) Инбридинг, инцухт-близкородственное скрещивание и принудительное опыление (используется для получения чистых линий.)

Селекция растений. растения - ???????? Выращивают более 3000 видов Пищевые. Лекарственные. Волокнистые. Красильные. Технические. Эфиромасличные. декоративные Предки культурных растений -???????? Дикорастущие растения.

ЗАДАЧИ СЕЛЕКЦИИ 1 Повышение урожайности сортов и продуктивности пород. 2. Улучшение качества продукции. 3. Повышение устойчивости к заболеваниям и вредителям. 4. Экологическая пластичность сортов и пород.. 5.Пригодность для механизированного и промышленного выращивания и разведения.

Селекция растений Культурные растения Приобрели признаки- Внезапная(спонтанная) мутация. Случайная гибридизация. Полиплоидия. Работа человека Отбор Целенаправленная гибридизация- - полезные признаки закрепляются и размножаются.

Методы селекции растений Методы разнообразные сочетаются Основное значение: Мутации. Спонтанная и искусственная гибридизация между разными видами. ПОЛИПЛОИДИЯ(полиплоидные растения)

Н. И. Вавилов

П.П.ЛУКЬЯНЕНКО Работа селекционеров.

В. С. ПУСТОВОЙТ Вывел 34 сорта подсолнечника.

Селекция - это наука о создании новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Теоретической основой селекции является генетика.

Задачи селекции :

Повышение продуктивности растений, животных и микроорганизмов

В ыведение новых пород, сортов, штаммов

О беспечение максимального производства с минимальными затратами

Для решения данных задач необходимо:

Знание закономерности наследования признаков

Изучение наследственной изменчивости

Изучение модификационной изменчивости (влияния среды на развитие признаков)

Изучение сортового, видового и родового разнообразия культур

Разработка стратегий и методов искусственного отбора

Породы животных, сорта растений и штаммы микроорганизмов - это искусственно созданные человеком популяции организмов, с характерным набором признаков, закреплённых наследственно (продуктивность). Штаммы - потомство одной клетки, чистая культура, но при этом от одной клетки можно получить разные штаммы.

Часто культурные растения и домашние животные не могут прожить без человека, поскольку в результате селекции организмам привили признаки, полезные для человека, но вредные для самих организмов.

В России основоположником селекции считается Николай Вавилов .

Установил 8 центров происхождения культурных растений, тк в ходе экспедиций он изучал их разнообразие и диких предков в разных местах земного шара.

Сформулировал закон гомологических рядов наследственности и изменчивости: виды и роды генетически близкие характеризуются сходными рядами генетической изменчивости. Зная, какие формы изменчивости наблюдаются у одного вида, можно предвидеть обнаружение аналогичных форм у родственного ему вида. Это происходит потому, что родственные виды произошли от общего предка в ходе естественного отбора. То есть потомки унаследовали от него примерно такой же набор генов и возникающие мутации должны быть сходными.

Действие закона распространяется на растения и животных: альбинизм и отсутствие перьев у птиц; альбинизм и бесшерстность у млеков. У растений наблюдается параллелизм по признакам: голое и пленчатое зерно, остистый и безостый колос.

Для селекции и сельского хозяйства это даёт возможность найти у родственных видов характерный признак, который отсутствует у одного, но есть у других. Медицина получает материал для своих исследований, поскольку можно изучать болезни человека, используя животных с гомологическими заболеваниями. Например сахарный диабет крыс, врожденная глухота мышей, катаракта собак и т.д.

Гибридизация

Процесс получения гибридов, основывается на объединении генетического материала разных клеток и организмов. Гибридов можно получить в ходе полового процесса, объединением соматических клеток. Гибридизация: межвидовая и внутривидовая (родственная и неродственная)

1) Инбридинг - близкородственное скрещивание организмов, с общими предками. Характерно для самоопыляющихся растений и гермафродитных животных.

Жёсткий - скрещивание близких родственников: матери и сына, брата с сестрой

Мягкий - скрещивание родственных организмов в 4 и последующих поколениях

С каждым поколением повышается гомозиготность гибридов, и поскольку многие вредные мутации находятся в рецессивных генах, в гомозиготном состоянии они проявляются. Следствием инбридинга является ослабление и вырождение потомков. С помощью инбридинга выводятся чистые линии , закрепляются редкие желательные признаки.

2) Аутбридинг - неродственное скрещивание организмов, без родственных связей на протяжении 6 предыдущих поколений. Это скрещивание представителей одного вида, но разных линий, сортов, пород. Применяют для объединения ценных свойств различных линий, для повышения жизнеспособности породных или сортовых линий, что позволяет предотвратить их вырождение.

Гетерозис - явление, при котором первое поколение гибридов имеет повышенную продуктивность и жизнеспособность по сравнению с родительскими формами.

Полное проявление гетерозиса наблюдается лишь в первом поколении, так как большинство аллелей переходит в гетерозиготное состояние. Далее они постепенно переходят в гомозиготное состояние и эффект гетерозиса слабеет. Применяется в сельском хозяйстве, тк в селекции растений всегда поддерживаются чистые линии. Гетерозис растений бывает репродуктивный, соматический и приспособительный.

4) Отдаленная или межвидовая гибридизация - скрещивание двух особей разных видов. Используется для объединения ценных качеств особей разных видов. Так были получены гибриды: пшеница и пырей, рожь и пшеница=тритикале, вишня и черёмуха = церопадус, белуга и стерлядь = бестер, жеребц и ослица = лошак, хорек и норка = хонорик, зайцы русак и беляк = тумак.

Дикий баран архар и тонкорунная овца меринос = архаромеринос

Кобыла и осел = мул, выносливый, сильный, бесплодный, с длительным сроком жизни и повышенной жизнеспособностью.

Проблема - бесплодие межвидовых гибридов. Происходит из-за того, что у разных видов разное количество и структура хромосом, поэтому нарушается конъюгация и процесс расхождения хромосом во время мейоза.

Особенно сложным является преодоление бесплодия у гибридов животных. В 1924г Карпеченко создал капустно-редечный гибрид и впервые преодолел бесплодие с помощью метода полиплодизации . Он скрестил редьку и капусту (2 n -18; n -9 хр-м). Но в ходе мейоза, хромосомы не коньюгировали и не расходились, гибриды были стерильны. Тогда, используя колхицин, блокирующий образование микротрубочек веретена деления, Карпеченко удвоил хромосомный набор гибридов до тетраплоидного (4 n -36, 2 n -18). Вследствие этого стала возможна конъюгация, образование гамет и восстановление плодовитости.

У животных стало возможным получать гибриды с помощью клеточной инженерии.

Отбор

Искусственный отбор - создание новых пород и сортов путем систематического сохранения и размножения особей с определенными признаками. Сначала отбор проводился бессознательно: человек проводил его с начала одомашнивания животных. Современный отбор проводится сознательно, на основе знаний селекции и генетики, то есть законов наследственности и изменчивости.

Теоретические основы были выдвинуты Чарльзом Дарвином. Он доказал, что сорта и породы имеют одного общего предка и не являются самостоятельными видами. Человек формировал сорта и породы согласно собственным интересам, зачастую в ущерб жизнеспособности животных.

- массовый направлен на сохранение группы. Применяется преимущественно для микроорганизмов и перекрёстнопыляемых растений. Отбор проводят по фенотипу , тем самым желательный признак всё более развивается.

- и ндивидуальный направлен на сохранение отдельных особей. Применяется для самоопыляемых растений (получение чистых линий) и животных. Поскольку период получения потомства у животных довольно долгий, отбор проводят по генотипу , для размножения оставляют отдельных особей.

Мутагенез

Мутагенез – получение мутаций с помощью физических и химических агентов. Например метод полиплодизации , эффект которой достигается воздействием яда колхицина, уничтожающего нити веретена деления.

Особенности селекции

1) Растений

Характерно половое и бесполое размножение, используется массовый отбор по фенотипу. Разные формы гибридизации. Полиплоидию используют для повышения устойчивости сортов и преодоления стерильности гибридов.

Мичурин – метод ментора : направленное воздействие растения-воспитателя на свойства молодого гибрида после прививки.

Особенности селекции животных

Животные размножаются только половым путём, что значительно ограничивает методы селекции. Основными методами являются индивидуальный отбор и разные формы гибридизации. В с\х применяется явление гетерозиса и искусственное оплодотворение.

Астауров - тутовый шелкопряд путем полиплодизации.

Иванов – украинская белая степная свинья путем межвидовой гибридизации

Особенности селекции микроорганизмов

Геном бактерий гаплоидный, представлен одной кольцевой молекулой ДНК, поэтому любые мутации проявляются уже в первом поколении. Однако очень высокая интенсивность размножения облегчает поиск мутантов. Основными методами являются экспериментальный искусственный мутагенез и отбор наиболее продуктивных штаммов. Так был получен штамм гриба пеницилла, продуктивность которого была увеличена в несколько раз.

Современные дополнительные методы селекции .

1. Искусственное осеменение.

2. Гормональная супер-овуляция.

3. Трансплантация эмбрионов.

Взгляды Дарвина

Дарвин изучал методы выведения новых пород и установил этапы: селекционер отбирает особи с нужными ему признаками; получает от них потомство; отбирает особей, у которых нужный признак выражен лучше. Через несколько поколений признак закрепляется, становится устойчивым, формируется новая порода или сорт.
Таким образом, в основе селекции лежат следующие факторы:

1. Исходное разнообразие особи, то есть их природная изменчивость.

2. Передаваемость признаков по наследству.

3. Искусственный отбор.

Заполните заявку на подготовку к ЕГЭ по биологии или химии

Краткая форма обратной связи

У растений оно осуществляется путем принудительного самоопыления перекрестноопыляющихся форм (инцухт ). У животных — это скрещивание особей, имеющих близкую степень родства и, следовательно, генетическое сходство. Инбридинг используется для получения чистых или гомозиготных линий. Сами по себе эти линии не обладают селективной ценностью, поскольку инбридинг сопровождается депрессией развития. Негативный эффект инбридинга объясняют переходом в гомозиготное состояние многих вредных рецессивных генов. Подобное явление, в частности, наблюдается у человека при родственных браках, на основании чего они запрещены. В то же время в природе существуют виды растений и животных, для которых автогамия является нормой (пшеница, ячмень, горох, фасоль), что можно объяснить, только предположив у них наличие механизма, препятствующего выщеплению вредных комбинаций генов.

В селекции инбредные линии растений и животных широко используются для получения межлинейных гибридов. Такие гибриды обладают ярко выраженным гетерозисом, в том числе и в отношении генеративной сферы. В частности, таким способом получают гибридные семена кукурузы, которыми засевают большую часть мировых площадей, отведенных под эту культуру.

На основе инцухта известным саратовским селекционером Е.М. Плачек был создан выдающийся сорт подсолнечника Саратовский 169.

Противоположностью инбридингу является аутбридинг — неродственное скрещивание организмов. Наряду с межпородным и межсортовым скрещиваниями, к нему относят также внутрипородное и внутрисортовое скрещивания, если родители не имели общих предков в 4-6 поколениях. Это наиболее распространенный тип скрещиваний, поскольку гибриды оказываются более жизнеспособными и устойчивыми к вредным воздействиям, т.е. проявляют ту или иную степень гетерозиса. Явление гетерозиса было впервые описано выдающимся немецким гибридизатором XVIII в. И. Кельрейтером. Однако природа этого явления до сих пор полностью не разгадана. Считают, что гетерозис обусловлен преимуществом гетерозиготного состояния по многим генам, а также большим числом благоприятных доминантных аллелей и их взаимодействием.

Существенным моментом, осложняющим использование гетерозиса в селекции, является его затухание в последующих поколениях. В связи с этим перед селекционерами стоит задача разработки способов закрепления гетерозиса у гибридов. Одним из них генетики считают перевод гибридных растений на апомиктичный способ размножения.

Еще одним типом скрещивания, которое используется в селекции, является отдаленная гибридизация . К ней относятся скрещивания между разновидностями, видами и родами. Скрещивание отдаленных в генетическом отношении форм затруднено из-за их несовместимости, которая может проявляться на разных уровнях. Например, у растений при отдаленной гибридизации может отсутствовать рост пыльцевых трубок на рыльце пестика, у животных препятствием могут служить несовпадение сроков размножения или различия в строении органов размножения. Тем не менее, несмотря на существование барьеров, межвидовая гибридизация осуществляется как в природе, так и в эксперименте. Для преодоления нескрещиваемости видов селекционеры разрабатывают специальные методы. Например, гибриды между кукурузой и ее апомиктичным дикорастущим сородичем — трипсакумом получают, укорачивая рыльца кукурузы до длины пыльцевых трубок трипсакума. При отдаленной гибридизации плодовых И.В. Мичуриным были разработаны такие методы преодоления нескрещиваемости, как метод предварительного вегетативного сближения (прививки), метод посредника, опыление смесью пыльцы разных видов и др. Например, чтобы получить гибрид персика с холодоустойчивым монгольским миндалем, он предварительно скрестил миндаль с полукультурным персиком Давида. Получив гибридный посредник, он скрестил его с персиком.

В 20-х гг. ХХ в. в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Юго-Востока в Саратове Г.К. Мейстером были получены первые пшенично-ржаные гибриды, которые высевались на довольно значительных площадях. Здесь же выдающимся селекционером А.П. Шехурдиным на основе скрещивания мягкой и твердой пшеницы получены высококачественные сорта мягкой пшеницы Саррубра, Сарроза, которые послужили донорами генов для других замечательных сортов и возделывались в Поволжье на огромных площадях. В 1930 г. Н.В. Цициным впервые в мире было осуществлено скрещивание пшеницы с пыреем, а вскоре С.М. Верушкиным были получены гибриды между пшеницей и элимусом. Уже к середине 30-х гг. саратовские ученые стали в нашей стране лидерами в области селекции пшеницы и подсолнечника. И в настоящее время сортами пшеницы и подсолнечника, выведенными саратовскими селекционерами, засеваются сотни тысяч гектаров. Созданный Н.Н. Салтыковой сорт твердой озимой пшеницы Янтарь Поволжья удостоен золотой и серебряной медалей ВВЦ.

Методом отдаленной гибридизации в разных странах были получены устойчивые к болезням и вредителям сорта картофеля, табака, хлопка, сахарного тростника.

Отрицательным моментом отдаленной гибридизации является частичная или полная стерильность отдаленных гибридов, вызываемая, в основном, нарушениями мейоза при образовании половых клеток. Нарушения могут возникать как при совпадении, так и при различии чисел хромосом у исходных форм. В первом случае причиной нарушений является отсутствие гомологии хромосомных наборов и нарушение процесса конъюгации, во втором — к этой причине добавляется также образование гамет с несбалансированными числами хромосом. Если даже такие гаметы являются жизнеспособными, то от их слияния в потомстве возникают анеуплоиды, которые часто оказываются нежизнеспособными и подвергаются элиминации. Например, при скрещивании 28-хромосомных и 42-хромосомных видов пшеницы образуются гибриды с 35-ю хромосомами. У гибридов F2 числа хромосом варьируют от 28 до 42. В последующих поколениях растения с несбалансированными числами постепенно элиминируются, и в конце концов остаются только две группы с родительскими кариотипами.

При отдаленной гибридизации в процессе становления гибридов идет формообразовательный процесс: образуются гибридные формы с новыми признаками. Например, в потомстве пшенично-пырейных гибридов появляются многоцветковые формы, ветвистые колосья и др. Эти формы, как правило, генетически неустойчивы, и для их стабилизации требуется длительный период времени. Однако именно отдаленная гибридизация позволяет селекционерам решать задачи, неразрешимые другими методами. Например, все сорта картофеля сильно поражаются различными болезнями и вредителями. Получить устойчивые сорта можно было, только позаимствовав это свойство у дикорастущих видов.

Обязательным этапом любого селекционного процесса, в том числе и с использованием метода гибридизации, является отбор , с помощью которого селекционер закрепляет признаки, необходимые для создания нового сорта или породы.

Ч. Дарвин различал два вида искусственного отбора: бессознательный и методический. На протяжении многих тысячелетий люди вели отбор бессознательно, отбирая лучшие экземпляры растений и животных по интересующим их признакам. Именно благодаря такому отбору были созданы все культурные растения.

При методическом отборе человек заранее ставит себе цель, какие признаки и в каком направлении он будет изменять. Эту форму отбора стали применять с конца XVIII в. и достигли выдающихся результатов в совершенствовании домашних животных и культурных растений.

Отбор может быть массовым и индивидуальным. Массовый отбор — более простой и доступный. При массовом отборе одновременно отбирается большое число особей популяции с нужным признаком, остальные выбраковываются. У растений семена всех отобранных особей объединяют и высевают на одном участке. Массовый отбор может быть однократным и многократным, что определяется, в первую очередь, способом опыления растений: у перекрестников отбор обычно ведется на протяжении нескольких поколений, пока не будет достигнута однородность потомства. Иногда отбор продолжается непрерывно, чтобы избежать потери ценных признаков. Массовым отбором создано большое количество старых сортов сельскохозяйственных растений, например, сорт гречихи Богатырь, созданный в начале ХХ в., и сейчас остается одним из лучших у этой культуры.

Метод индивидуального отбора более сложен и трудоемок, но гораздо более эффективен. Новый сорт при индивидуальном отборе создается из одного единственного элитного экземпляра. Метод предусматривает отбор в потомстве этого растения на протяжении ряда поколений, что делает процедуру создания сорта очень длительной.

Индивидуальный отбор широко используется в селекции животных. В этом случае используют метод проверки производителя по потомству, при которой генетическая ценность производителя определяется на основании качества потомства. Например, качество быков-производителей оценивается на основании продуктивности их дочерей. Другой способ оценки называется сибселекцией. В этом случае оценку производят по продуктивности родственных особей — братьев и сестер.

Наиболее эффективным будет отбор, который осуществляется на фоне среды, максимально выявляющей наследственные возможности организма. Нельзя вести отбор на засухоустойчивость во влажном климате. Часто отбор специально производится в искусственно созданных крайних условиях, т.е. на провокационном фоне.

Отбор и гибридизация являются традиционными методами селекции, которые длительное время играли основную роль в селекционных схемах. Однако успешное развитие генетики в ХХ в. привело к значительному обогащению арсенала селекционных методов. В частности, нашли свое место в селекционных схемах такие генетические явления, как полиплоидия, гаплоидия, цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) .

Автополиплоиды у многих культур, например у ржи, клевера, мяты, турнепса, используются в качестве исходного материала для создания новых сортов. В ГДР и Швеции в I половине ХХ в. были получены тетраплоидные короткостебельные сорта ржи, имеющие более крупное зерно по сравнению с диплоидными сортами. Академиком Н.В. Цициным была создана тетраплоидная ветвистоколосая рожь, обладающая высокой продуктивностью. В.В. Сахаровым и А.Р. Жебраком получены крупносемянные, с большим содержанием нектара тетраплоидные формы гречихи.

На основе полиплоидии наибольшие результаты достигнуты в селекции сахарной свеклы. Созданы гибридные триплоидные сорта, которые сочетают высокую урожайность с повышенным содержанием сахара в корнеплодах. Одновременно созданы высокоурожайные тетраплоидные сорта и гибриды сахарной и кормовой свеклы. Японским генетиком Г. Кихарой путем скрещивания тетраплоидной и диплоидной форм арбуза был получен бессемянный арбуз, отличающийся высокой урожайностью и превосходными вкусовыми качествами.

В селекции ряда растений нашла применение и другая форма полиплоидии — аллополиплоидия . Аллополиплоиды — это межвидовые гибриды, у которых в два раза и более увеличен набор хромосом. При удвоении диплоидного набора хромосом гибрида, полученного от скрещивания двух разных видов или родов, образуются плодовитые тетраплоиды, которые называются амфидиплоидами. Им свойствен резко выраженный гетерозис, сохраняющийся в последующих поколениях. Амфидиплоидом, в частности, является новая зерновая культура — тритикале. Она получена В.Е. Писаревым путем скрещивания мягкой озимой пшеницы (2n = 42) с озимой рожью (2n = 14). Для удвоения набора хромосом у межродового 28-хромосомного гибрида использовалась обработка растений колхицином — клеточным ядом, блокирующим расхождение хромосом в мейозе. Полученные 56-хромосомные амфидиплоиды тритикале характеризуются высоким содержанием белка, лизина, крупным колосом, быстрым ростом, повышенной устойчивостью к болезням, зимостойкостью. Еще большую селекционную ценность имеют 42-хромосомные Triticale. Они еще более продуктивны и устойчивы к вредным воздействиям.

Использование для искусственного получения полиплоидов колхицина произвело подлинную революцию в области экспериментальной полиплоидии. С его помощью триплоидные и тетраплоидные формы получены более чем у 500 видов растений. Полиплоидизирующим эффектом обладают также некоторые дозы ионизирующих излучений.

Использование явления гаплоидии открыло большие перспективы в области разработки технологии для быстрого создания гомозиготных линий путем удвоения у гаплоидов набора хромосом. Частота спонтанной гаплоидии у растений очень низкая (у кукурузы — один гаплоид на тысячу диплоидов), в связи с чем разработаны способы массового получения гаплоидов. Одним из них является получение гаплоидов через культуру пыльников. Пыльники на стадии микроспор высаживают на искусственную питательную среду, содержащую стимуляторы роста — цитокинины и ауксины. Из микроспор образуются зародышеподобные структуры — эмбриоиды с гаплоидным числом хромосом. Из них в дальнейшем развиваются проростки, дающие после пересадки на новую среду нормальные гаплоидные растения. Иногда развитие сопровождается образованием каллуса с очагами морфогенеза. После пересадки на оптимальную среду из них также формируются эмбриоиды и проростки, вырастающие в нормальные гаплоидные растения.

Путем создания из гаплоидов гомозиготных диплоидных линий и их скрещивания получены ценные гибридные сорта кукурузы, пшеницы, ячменя, рапса, табака и других культур. Использование гаплоидов позволяет сократить срок создания гомозиготных линий в 2-3 раза.

В селекционных схемах по производству гибридных семян кукурузы, пшеницы и ряда других культур использовано явление ЦМС, что позволило упростить и удешевить этот процесс, т.к. была устранена ручная процедура кастрации мужских соцветий при получении гибридов F 1 .

Использование новейших достижений генетики и создание эффективных технологий позволило во много раз повысить продуктивность сортов культурных растений. В 70-х гг. появился термин “зеленая революция“, который отразил значительный скачок в урожайности важнейших сельскохозяйственных культур, достигнутый с помощью новых технологий. По расчетам экономистов вклад генетических методов в прибавку урожая составил 50%. Остальное приходится на использование усовершенствованных приемов обработки земли и достижений агрохимии. Внедрение сложных технологий привело к масштабному культивированию отдельных видов ограниченного числа культур. Это вызвало проблемы, связанные с болезнями и эпидемиями в результате поражения растений разными вредителями. Именно устойчивость растений к этим вредным факторам вышла на первое место в списке признаков для отбора.

Предмет – биология

Класс – 9 «А» и «Б»

Продолжительность – 40 минут

Учитель – Желовникова Оксана Викторовна

Тема урока : «Генетические основы селекции организмов»

Форма учебного процесса : классный урок.

Тип урока: урок сообщения новых знаний.

Цель: познакомить с генетическими основами селекции организмов.

Задачи урока:

1. расширить знания о селекции организмов как науки;

2. познакомить с краткой историей селекции;

3. углубить знания о сорте, породе и штамме организмов;

4. сформировать знания о главных методах селекции организмов;

5. раскрыть основополагающую роль генетических закономерностей и законов для селекционной практики.

Оборудование: ИКТ презентация «Основы селекции» учебник под ред.И.Н. Пономарёвой,

журнал «Биология в школе» №1-1998г., таблицы «Методы селекции растений», «Методы селекции животных», муляжи гибридов плодовых культур.

Ход урока.

1.Актуализация знаний учащихся:

Какую роль сыграли в развитии селекции общие свойства всех организмов – наследственность и изменчивость?

В чем суть генетических законов и какова их роль в селекции?

2.Изучение нового материала

Рассказ учителя сопровождается презентацией

Слайд 1 Культурные растения и домашние животные сформировались в доисторический период. Окультуривание растений и приручение животных обеспечили людей и питании и одежде. Первые попытки одомашнивания животных и окультуривания растений относится к 20 – 30 тысячелетию до нашей эры. В Средней Азии Закавказье, юге России в каменном веке знали пшеницу. В начале 7-ого тысячелетия до н.э. в горном Курдистане (Ирак) возделывали пшеницу – дикую однозернянку. В 10-м тысячелетии до н.э. начали культивировать многие растения и одомашнивать животных.

Домашние животные и культурные растения произошли от диких предков.

Человек на заре своего становления приручал необходимых ему животных.

Вопрос классу: Каких животных приручил человек?

банкиевская курица (курица) архар (овцы)волк (собака)

Человек собирал семена полезных растений и высевал их около своего жилища, обрабатывал землю и для новых посевов отбирал самые крупные семена.

Длительный отбор растений и животных способствовали появлению культурных форм с особыми свойствами, нужными человеку.

Однако основная роль в эволюции культурных растений и домашних животных принадлежит мутациям, отбору и селекции.

Учитель: Как вы понимаете, что такое селекция?

Селекция (лат. «selectio» – отбор)

Дети думают, отвечают, затем учитель показывает правильный ответ. Слайд№2

Это наука, изучающая биологические основы и методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Это отрасль с/х производства, занимающаяся практическим выведением новых сортов и гибридов культурных растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными для человека свойствами.

Учитель: Назовите, пожалуйста, задачи селекции. (учащиеся отвечают )

слайд№3

1.повышение урожайности сортов растений,продуктивности пород животных,

штаммов микроорганизмов.

2.создание устойчивых к заболеваниям и климатическим условиям сортов и пород.

3.получение сортов, пород и штаммов, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения.

В настоящее время учитывая рост населения Земли, требуется более широкое производство сельскохозяйственных продуктов. Решающая роль в решении данной глобальной задаче для всего мира отводится селекции растений, животных, микроорганизмов

3.Физкультминутка.

1.упражнения для позвоночника

2.упражнения для глаз.

Слайд 4 ПОРОДА, СОРТ, ШТАММ- это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов и бактерий с нужными для человека признаками.

Слайд 5 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ –генетика. генетика изучает наследственность и изменчивость. Свойства живых организмов определяется их ГЕНОТИПОМ, подвергается изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики.

Слайд 6 ОБЩИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР. ГИБРИДИЗАЦИЯ. МУТАГЕНЕЗ. ПОЛИПЛОИДИЯ.

Слайд 7 ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР- это выбор человеком наиболее ценных для него особей животных и растений данного вида, породы или сорта для получения от них потомства с желательными свойствами. Ч. Дарвин заложил теоретические основы этого метода, выделил два направления: БЕССОЗНАТЕЛЬНЫЙ и МЕТОДИЧЕСКИЙ (СОЗНАТЕЛЬНЫЙ)

Слайд 8 Искусственный отбор по отдельным, интересующим человека признакам. Бессознательный отбор ведется с давних времён: по внешним признакам отбирают и размножают лучших. Методический искускуственный. Отбор – целенаправленное создание новых форм культивируемых растений и животных с использованием методов селекции и различных технологий.

Слайд 9 Гибридизация - это процесс создания гибридов из двух отличающихся по генотипу родительских организмов, размножающихся половым путем.

Слайд 10 ГИБРИДИЗАЦИЯ Внутривидовая (в пределах одного вида между особями разных форм.) Межвидовая, или отдаленная (между особями разных видов)

Слайд 11 ГЕТЕРОЗИС явление превосходства первого поколения гибридов по ряду признаков над обеими родительскими формами называют ГИБРИДНОЙ МОЩНОСТЬЮ или ГЕТЕРОЗИСОМ. - выше продуктивность в животноводстве -выше урожайность в растениеводстве. - при скрещивании гибридов F 1 эффект гетерозиса ослабевает и исчезает. -гибриды, полученные путем отдаленной гибридизации, часто неплодовиты.(мул-гибрид лошади с ослом.)

Слайд 12 МУТАГЕНЕЗ - это процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием физических и химических факторов.(мутагенов) МУТАЦИИ – естественные (спонтанные) – - искусственные (индуцированные)

Слайд 13 МУТАГЕНЕЗ Некоторые мутации улучшают свойства организма, оказываются интересными и полезными для человека и используются в селекции.

Слайд 14 ПОЛИПЛОИДИЯ - наследственное изменение, при котором многократно увеличивается гаплоидный набор хромосом.Возникает в результате нарушения расхождения хромосом в митозе или мейозе под воздействием факторов окружающей среды. - ионизация.- низкие температуры. -химические вещества.

Слайд 15 ПОЛИПЛОИДИЯ Крупные размеры Устойчивы к неблагоприятным условиям. Повышено содержание многих веществ, ценных для человека. Применяется в селекции растений.

Самостоятельная работа с учебником (заполнение таблицы)

Методы селекции

5. Рефлексия Итак, давайте подведём итог:

1.Что такое изучает селекция?

2. Что такое сорт, порода, штамм?

3. Следующая наша задача - вспомнить основные методы селекции.

Искусственный отбор (бессознательный, сознательный)

Гибридизация (внутривидовая, межвидовая)

Мутагенез (мутации естественные и искусственные)

Полиплоидия

6. Домашнее задание : §27, термины стр. 109 вопросы 1, 2, 3 устно.