Вопрос 1. Разнообразие сортов растений и пород животных – результат селекционной работы ученых. Закон Н. И. Вавилова о гомологических радах в наследственной изменчивости
Одна из главных проблем человечества – обеспечение пищей и сельскохозяйственным сырьем жителей Земли. Успехи современной генетики позволяют увеличивать урожайность сельскохозяйственных растений и повышать продуктивность животноводства. Соединив воедино генетику и селекцию, использовав удобрения, защитив растения от болезней и вредителей, можно обеспечить нужный для человечества рост пищевых и технических ресурсов.
Одним из первых ученых, отчетливо осознавших необходимость сбора и хранения генетического капитала, накопленного природой и тысячелетней практикой земледельцев и скотоводов, был Н. И. Вавилов. Одна из его главных заслуг – создание теоретической базы генетики и селекции – закона гомологических рядов.
Н. И. Вавилову удалось установить, что систематически близкие виды растений имеют сходные и параллельные ряды наследственных форм, и чем ближе друг к другу стоят виды по происхождению, тем резче проявляется сходство между рядами морфологических и физиологических признаков. Например у различных родов злаков (риса, пшеницы, ячменя и др.) были обнаружены сходные ряды наследственных изменений по остистости колоса, окраске, форме и консистенции зерна, скороспелости, холодостойкости, отзывчивости на удобрение и т. д.
На основе обобщения огромного количества наблюдений Н. И. Вавилов сформулировал 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.
В основе гомологической изменчивости лежат две причины:
1) единство генетической структуры ближайших видов и родов, общность их происхождения;
2) определенное действие отбора в относительно сходных условиях внешней среды.
Использование закона гомологических рядов в селекции позволяет находить нужные, но отсутствующие в данное время у того или иного вида формы, если они имеются у родственного вида, или создавать их искусственно. У твердой пшеницы до 20-х гг. прошлого столетия были известны только остистые разновидности. Но наличие безостых разновидностей у мягкой пшеницы указывало на возможность нахождения или создания путем гибридизации безостых форм твердой пшеницы. Такие формы действительно были обнаружены Н. И. Вавиловым в Эфиопии, а А. П. Шехурдин вывел безостые сорта твердой яровой пшеницы.
На основании закона гомологических рядов были созданы безъязычковые формы ячменя, обнаружены и выведены формы и сорта чечевицы с зелеными семядолями, найдены формы сои с неопушенными бобами и т. д.
Гомологические ряды изменчивости имеются и у животных. Например, цветные расы (альбиносы, черные, голубые, горностаевые) известны у морских свинок, кроликов и некоторых других грызунов. У различных видов микроорганизмов обнаружены сходные биохимические наследственные изменения.
В настоящее время выращивается около 3000 полевых культур хорошо приспособленных к местным почвенно-климатическим условиям различных зон, высокоурожайных и ценных по качеству продукции. Большинство из них – результат работы генетиков. Причем можно смело сказать, что в будущем ожидаются еще большие достижения.
Вопрос 2. Агроценоз (агроэкосистема), его отличие от биогеоценоза. Пути повышения продуктивности агроценоза
Под влиянием сельскохозяйственного производства возникают искусственные экологические системы – агроценозы (поля, сенокосы, пастбища, сады, парки, лесные посадки). В промышленности также создаются искусственные экосистемы, например, для биологической очистки сточных вод, биотехнологического получения некоторых веществ, поддержания жизнедеятельности человека в космосе и др. В отличие от природных биогеоценозов, характеризующихся саморегуляцией, искусственные экологические системы для нормального функционирования нуждаются в том, чтобы человек сам поддерживал их гомеостаз, т. е. управлял ими.
В земледелии и лесном хозяйстве используют высокую продуктивность ранней фазы в сукцессиях естественных экосистем. Человек путем корчевания, выжигания, мелиорации, орошения свел многообразие продуцентов естественных биоценозов к начальным фазам развития экосистем с немногими (предпочтительно одним) продуцентами (монокультурой). По мере развития сельского хозяйства он сделал эти фазы постоянными, поддерживая монокультуры и снимая почти весь урожай. Это привело к неустойчивости искусственных сообществ по отношению к внешним факторам и к конкурирующим продуцентам (сорнякам) и консументам (вредителям).
В природных экосистемах за счет взаимодействия многообразия абиотических и биотических факторов (сопротивление среды) между всеми видами, входящими в биоценоз, устанавливается равновесие, в какой-то мере колеблющееся около средних значений плотности популяций. Эта относительная стабильность поддерживается притоком энергии Солнца и поглощением минеральных элементов, которые со временем вновь возвращаются в окружающую среду.
Но если система искусственно упрощена и при этом неуклонно повышается продукция постоянно изымаемой биомассы одного или нескольких видов культурных растений или домашних животных, то появляется необходимость постоянно возмещать расходуемые вещества с помощью удобрений и вносить добавочную энергию для поддержания почв, борьбы с сорняками и вредителями. В этом случае необходимо детальное знание биологии и экологии всех компонентов системы с целью рационального использования природных ресурсов в условиях научно-технического прогресса.
Вопрос 3. Описать фенотип своего организма и высказать предположение о его генотипе по ряду признаков, например, по цвету волос и глаз, росту
Я имею темные волосы, голубые глаза, нормальный рост тела.
Изучив фенотип моих родителей, могу предположить, что я являюсь гетерозиготой по пигментации волос, так как у моего отца волосы темные, а у матери – светлые.
У моих родителей голубые глаза так же, как и у меня, следовательно, по пигментации глаз я являюсь гомозиготой по рецессиву, так как голубые глаза – рецессивный признак.
Оба моих родителя имеют нормальный рост. Этот признак они передали мне, значит, по данному признаку я являюсь гомозиготой по доминанте, так как нормальный рост тела – доминантный признак.
Билет № 24
Вопрос 1. Основные методы селекции растений и животных: гибридизация и искусственный отбор
Основными методами селекции являются отбор и гибридизация. В растениеводстве по отношению к перекрестно опыляющимся растениям нередко применяется массовый отбор. При таком отборе в посеве сохраняют растения только с желательными качествами. При повторном посеве снова отбирают растения с определенными признаками. Сорт, получаемый этим способом, не является генетически однородным, и отбор, время от времени, приходится повторять.
Индивидуальный отбор сводится к выделению отдельных особей и получению от них потомства. Индивидуальный отбор приводит к выделению чистой линии – группы генетически однородных (гомозиготных) организмов.
Для внесения в генофонд создаваемого сорта растений или породы животных ценных генов и получения оптимальных комбинаций признаков применяют гибридизацию с последующим отбором. Так, сорт пшеницы может иметь прочный стебель и быть устойчивым к полеганию, но в то же время легко поражается ржавчиной. Другой же сорт, с тонкой и слабой соломиной, устойчив к ржавчине. При скрещивании этих двух пшениц у части растений в потомстве сочетаются признаки устойчивости к полеганию и к ржавчине. В животноводстве трудно получить массовый материал для отбора из-за малого числа потомков, поэтому широко используется индивидуальный отбор с тщательным учетом хозяйственно полезных признаков и гибридизации. У сельскохозяйственных животных проводят или близкородственное скрещивание с целью перевода большинства генов породы в гомозиготное состояние или неродственное скрещивание между породами или видами. Неродственное скрещивание имеет целью комбинацию
