7. Генетика и селекция. Центры происхождения культурных растений и животных

Определения и обозначения

Селекция — наука о создании и улучшении сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Она помогает получать организмы с признаками, которые полезны человеку, например с высокой урожайностью или устойчивостью к заболеваниям. Селекционер не начинает работу с пустого места: он использует наследственные особенности организмов и подбирает способы их размножения.

Сорт — созданная человеком группа культурных растений с наследственно закреплёнными признаками. Это значит, что характерные свойства сохраняются у потомства при размножении сорта. Такое понятие нужно, чтобы описывать и различать результаты селекции растений по устойчивым признакам, а не только по внешнему виду отдельных экземпляров.

Порода — группа домашних животных с наследственно закреплёнными признаками, полученная в результате селекции. К породе относят животных, у которых потомкам передаются характерные особенности, например размеры или продуктивность. Понятие помогает отличать группы животных, созданные человеком, и сохранять нужные качества при разведении.

Центр происхождения культурных растений — географическая область, где возникло разнообразие культурных растений и происходило их окультуривание. В таких областях можно обнаружить разные исходные формы культуры и её близких диких родственников. Для селекции это полезный ориентир при поиске наследственных вариантов, которые могут пригодиться при создании новых сортов.

Как это устроено

Селекция опирается на наследственную изменчивость — появление различий между организмами, часть которых передаётся потомству. Если все особи были бы одинаковы и не передавали бы различий, выбирать для размножения было бы не из чего. Поэтому селекционер сначала ищет или получает разнообразие, а затем оценивает, какие варианты отвечают поставленной задаче. Так природные наследственные различия становятся исходным материалом для улучшения растений, животных и микроорганизмов.

Искусственный отбор означает, что человек оставляет для размножения особей с нужными ему признаками. Эти особи передают потомству наследственные особенности, а селекционер снова выбирает среди потомков подходящие варианты. Повторение отбора в нескольких поколениях постепенно меняет свойства группы: полезные признаки становятся более характерными для сорта или породы. Эффект зависит от наследуемости признака и точности выбора, поэтому одного удачного организма недостаточно.

Гибридизация — скрещивание организмов, различающихся наследственными признаками. Её применяют, потому что потомки могут получить сочетания наследственных особенностей обоих родителей. Например, один родитель может отличаться урожайностью, а другой — устойчивостью к болезни; среди гибридного потомства ищут растения, сочетающие оба качества. Такое сочетание не возникает у каждого потомка автоматически, поэтому после скрещивания необходимы оценка и отбор.

В местах происхождения культурного растения обычно сохраняется особенно большое разнообразие его форм. Это связано с длительной историей вида в соответствующей области и тем, что там могли сохраниться местные варианты, приспособленные к разным условиям. Селекционерам такое разнообразие нужно как источник наследственных признаков, которых может не быть в распространённых сортах. Центр происхождения указывает, где искать исходный материал, но не ограничивает районы, в которых культуру можно выращивать.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости, сформулированный Н. И. Вавиловым, описывает сходство вариантов изменчивости у родственных видов. Если у одного вида обнаружен определённый наследственный признак, у близкого вида можно предположить сходный вариант. Это помогает направлять поиск полезных свойств у культурных растений и их родственников. Однако родство даёт основание для гипотезы, а не гарантию: предполагаемый признак нужно обнаружить и проверить, в том числе оценить его наследование.

Центры происхождения культурных растений и характерные культуры

Пользуйся таблицей как ориентиром: сначала соотнеси культуру с предполагаемым центром, затем обрати внимание на географическую область и примеры. Центр показывает вероятное место исторического формирования разнообразия, а не единственный район выращивания. Для поиска нужного признака селекционеру важно исследовать конкретные местные формы, а не полагаться только на название центра.

Разбор задач

Задача 1

Назовите метод селекции, который позволяет получить потомство с сочетанием признаков двух родительских организмов, и укажите, на каком свойстве организмов он основан. Нужно определить действие селекционера и объяснить, почему потомки могут отличаться друг от друга и от родителей. Речь идёт не об одном только выборе лучшей особи, а о получении потомства от разных родителей. Решение строится от метода к свойству, которое даёт материал для сочетания признаков.

1. Скрещивание организмов с различными наследственными признаками называется гибридизацией.
2. При размножении признаки родителей наследуются потомками, но их сочетания у потомства могут различаться.
3. Поэтому основой метода служит наследственная изменчивость, а подходящие комбинации находят отбором среди потомства.

Ответ: это гибридизация; она основана на наследственной изменчивости и наследовании признаков родителей.

Задача 2

Картофель происходит из Южной Америки, а рис — из Азии. Объясните, как сведения о центрах происхождения помогают селекционеру выбрать место поиска исходных форм этих культур. Важно не перепутать место происхождения с единственным местом выращивания. Сведения о происхождении нужны, чтобы направить поиск туда, где исторически сформировалось разнообразие культуры и могли сохраниться местные варианты.

1. Для картофеля сначала рассматривают южноамериканские области происхождения, а для риса — азиатские.
2. В этих регионах ищут местные формы культуры и, при необходимости, её близких диких родственников.
3. Затем сравнивают найденные растения и проверяют, есть ли у них полезные наследственные признаки, например устойчивость к неблагоприятным условиям.
4. Подходящие формы используют как исходный материал для селекции, но сами культуры можно выращивать и в других регионах.

Ответ: сведения о центрах происхождения помогают направить поиск разнообразных исходных форм в Южную Америку для картофеля и в Азию для риса. Ценные варианты отбирают после изучения, а не считают полезными только по месту их обнаружения.

Задача 3

У родственного культурному растению дикого вида обнаружен признак устойчивости к засухе. Объясните, как закономерность сходства наследственной изменчивости и методы селекции могут помочь перенести этот признак в культурную форму. Здесь нужно показать и роль родства, и последовательность действий селекционера. Нельзя считать, что признак уже гарантированно подходит культурному растению или обязательно передастся без проверки.

1. Сходство наследственной изменчивости родственных видов позволяет предположить, что у культурного вида могут встречаться сходные варианты признаков.
2. Найденная у дикого родственника устойчивость к засухе становится основанием проверить, наследуется ли она и можно ли использовать её при скрещивании.
3. Дикий вид скрещивают с культурной формой, если это возможно, и получают гибридное потомство.
4. Среди потомков отбирают растения, которые унаследовали устойчивость и сохраняют нужные культурные свойства; их проверяют и размножают.

Ответ: родство подсказывает перспективный источник признака, а гибридизация и последующий искусственный отбор помогают перенести его в культурную форму. Признак и его наследование необходимо проверять у потомства.

Типичные ошибки

Ошибочно думать, что селекция создаёт наследственные признаки без исходного материала. Так могут рассуждать, представляя её как простое «заказание» нужного свойства, но работа начинается с наследственной изменчивости, доступной селекционеру. Проверь себя: назови различия между исходными организмами, на которых можно провести отбор или скрещивание.

Нельзя путать сорт и породу: сорт относится к культурным растениям, порода — к домашним животным. Путаница возникает потому, что оба понятия обозначают группы организмов с устойчивыми признаками. Для проверки спроси себя, о каком организме идёт речь: растение — сорт, домашнее животное — порода.

Центр происхождения не является единственным местом, где культуру можно выращивать. Ошибка появляется, если слово «происхождение» принимают за ограничение условий возделывания. Проверь смысл: центр связан с историей культуры и её разнообразием, тогда как выращивать её могут в других регионах при подходящих условиях.

Сходство наследственной изменчивости родственных видов не позволяет точно предсказать все их признаки. Эту закономерность иногда ошибочно воспринимают как гарантию, хотя она лишь помогает выдвигать предположения. Чтобы проверить себя, раздели прогноз и факт: предполагаемый вариант нужно подтвердить изучением вида и его потомства.

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужны знания о наследственности и изменчивости: признаки передаются потомкам, а между особями возникают различия. Тема также опирается на представления о естественном и искусственном отборе, скрещивании и роли человека в изменении организмов. Позже эти знания пригодятся при изучении генетики популяций и биоразнообразия. Они помогают понять, как селекция может повышать продуктивность сельского хозяйства и почему важно сохранять разнообразие организмов.

Что запомнить

• Селекция использует наследственную изменчивость организмов.
• Искусственный отбор сохраняет признаки, полезные человеку.
• Гибридизация помогает сочетать наследственные особенности разных организмов.
• Сорт создают у растений, породу — у животных.
• Центры происхождения культурных растений — важные источники их исходного разнообразия.
• Родственные виды могут иметь сходные варианты наследственной изменчивости.