Підручник Біологія 9 клас - О. А. Андерсон - Школяр 2017

Тема 9 БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА. БІОТЕХНОЛОГІІ ТА МЕДИЦИНИ

З історії відкриттів

Наукові основи селекції заклав ще Чарлз Дарвін. Із розвитком генетики селекція з комплексу практичних заходів для виведення й поліпшення сортів рослин, порід свійських тварин і штамів мікроорганізмів перетворилася на точну науку, що ґрунтується на експерименті.

В Україні селекція як наука почала розвиватися наприкінці XIX ст., коли виникли перші станції для селекції цукрового буряку й інших сільськогосподарських культур. Було створено такі сорти сільськогосподарських рослин, як озима пшениця Кримка, яра - Полтавка, конюшина Глухівка, яра вика Вишневецька та багато інших. Значних успіхів досягнуто й у селекції нових порід сільськогосподарських тварин.

На основі ідей Ч. Дарвіна про існування географічних центрів походження біологічних видів сформувалося вчення про центри походження культурних рослин. У 1883 р. швейцарський ботанік Альфонс Декандоль опублікував працю, у якій установив географічні області початкового походження найголовніших культурних рослин. Однак ці області він поширював на цілі континенти або досить великі території. Протягом півстоліття після виходу книжки Декандоля пізнання щодо походження культурних рослин розширювалися: з’являлися монографії, присвячені культурним рослинам різних країн, а також окремим рослинам. Найдетальніше цю проблему розробляв вчений-біолог Микола Іванович Вавилов. На підставі матеріалів про світові рослинні ресурси він визначав сім основних географічних центрів походження культурних рослин.

Завдяки працям французького мікробіолога й хіміка Луї Пастера, що довели зв’язок процесів бродіння з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія набула наукової основи. У 40 - 50-ті роки ХХ ст., коли було здійснено біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалась ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу й створенню мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті роки ХХ ст. розпочався бурхливий розвиток клітинної інженерії. Зі створенням у 1972 р. групою американського біохіміка Пола Берга першої гібридної молекули ДНК invitro формально пов’язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів у такий спосіб, аби ці організми могли продукувати необхідні людині продукти й здійснювати перебіг важливих для промисловості процесів.

Альфонс Декандоль (1806 - 1893)

М. І. Вавилов (1887 - 1943)

§ 50. Одомашнення рослин і тварин. Поняття про селекцію

Згадаємо!

Що таке генотип і фенотип?

Що таке вид і популяція?

Що таке спадкова мінливість і природній добір?

Ви вже ознайомилися із закономірностями успадкування ознак та еволюційних змін, що відбуваються в живій природі. Це стане підґрунтям для опанування знань про селекцію організмів.

Селекція. Англійський учений Ч. Дарвін у своїй праці «Зміни свійських тварин і культурних рослин під впливом одомашнення» наголошував на тому, що утворення порід та сортів почалося з приручення людиною диких видів тварин і вирощування диких видів рослин.

! Селекція - це наука, що вивчає методи створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів з цінними для людини ознаками та властивостями.

Сортом і породою називають стійку популяцію організмів одного виду, що штучно створені та мають подібні морфологічні, фізіологічні, біохімічні та господарські ознаки. Штам - це чиста культура мікроорганізмів, тобто потомки однієї клітини.

Основними методами селекції є штучний добір і гібридизація. Людина, розвиваючи в різних напрямах ознаки диких предків, створила багато порід і сортів. Наприклад, нині у світі відомо понад 150 порід голубів, що походять, імовірно, від одного дикого виду - Голуба скельного (рис. 200).

Рис. 200. Різноманітність порід голубів

Серед багатьох організмів певного виду людина вибирає особини, які вирізняються ознаками, що найбільшою мірою її цікавлять. Після проведення схрещування залишають для розмноження саме ті особини, які успадкували ці ознаки. На початкових етапах розвитку людства діяв несвідомий добір, бо людина не ставила за мету створення нових порід і сортів. Надалі вона почала застосовувати добір цілеспрямовано за певними ознаками.

! Штучний добір - це процес створення порід, сортів, штамів шляхом систематичного збереження особин з певними, цінними для людини ознаками, і сприяння їхньому розмноженню. Важливою умовою ефективності штучного добору є різноманіття вихідного матеріалу. Для цього використовують плідників з різних географічних областей. Існує масова та індивідуальна форми штучного добору. Масовий добір, за якого вибирають особин із особливостями фенотипу, простий у застосуванні. Але особини, подібні за фенотипом, можуть виявитися різнорідними за генотипом, й ефективність добору буде незначною. За індивідуального добору плідників вибирають за результатами вивчення як фенотипу, так і генотипу.

! Гібридизація - процес отримання гібридів, в основі якого лежить об’єднання в одній клітині генетичного матеріалу різних клітин. Інколи застосовують міжвидову, або віддалену, гібридизацію, коли плідники належать до різних видів і родів, з метою поєднання в гібридів цінних спадкових ознак (рис. 201). Цей тип гібридизації широко застосовують у плодівництві. У такий спосіб отримано гібриди ожини й малини, сливи й терну, пшениці та жита (тритикале) тощо. Частіше застосовують внутрішньовидову гібридизацію, що її проводять між організмами одного виду. Особини, які беруть участь у схрещуванні, можуть мати різний ступінь спорідненості. Розрізняють споріднене й неспоріднене внутрішньовидові схрещування.

Рис. 201. Міжвидові гібриди

Споріднене схрещування (інбридинг) - це гібридизація організмів, що мають спільних предків. Такий вид схрещування використовують для отримання чистих ліній організмів. Це призводить до гомозиготності, і в результаті проявляються рецесивні ознаки. Прикладом можуть слугувати самозапильні рослини та гермафродитні тварини, які здатні до самозапліднення.

Неспоріднене схрещування (аутбридинг) - це гібридизація між організмами різних ліній. У гібридів шкідливі алелі переходять у гетерозиготний стан - спостерігається явище гетерозису. Гетерозис (гібридна сила) - явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність, продуктивність, ріст та стійкість проти хвороб тощо (рис. 202). Гетерозис у природі властивий усім групам організмів. Він виник водночас із статевим розмноженням.

Селекція рослин. У рослин як об’єктів селекції є ряд особливостей. Вони вирізняються високою плідністю, тому селекціонери часто застосовують масовий добір. Для них крім статевого характерне й вегетативне розмноження. В Україні на Миронівській селекційній станції було створено багато сортів рослин, зокрема високоврожайні сорти озимої пшениці з підвищеною стійкістю в екстремальних умовах. Отже, високі плідність, чисельність потомства дають змогу використовувати метод масового добору. Наявність видів, що самозапилюються, уможливлює виведення чистої лінії шляхом індивідуального добору. Завдяки вегетативному розмноженню можна тривалий час зберігати гетерозиготність генотипу. Застосовуючи хімічні сполуки, певні види випромінювання під час проростання насіння, одержують матеріал для добору. Рослинам властиве явище поліплоїдії - кратне збільшення числа хромосом у клітинах. Це один із шляхів поліпшення сортів культурних рослин. Для селекції рослин застосовують особливий спосіб штучного об’єднання частин різних особин - щеплення.

Гетерозис кукурудзи за продуктивністю (ліворуч і в центрі - батьківські форми, праворуч - гібрид)

Гетерозис томатів (ліворуч і праворуч - батьківські форми, у центрі - гібрид)

Рис. 202. Гетерозис у рослин

Частину рослини, яку прищеплюють, називають прищепою, а рослину, до якої прищеплюють, - підщепою.

Селекція тварин. Для багатьох тварин характерні невелика кількість потомства й значна тривалість життя. Тому в тваринництві, як правило, застосовують індивідуальний добір. Свійські тварини - роздільностатеві організми, для них характерне лише статеве розмноження. У селекції тварин застосовують споріднене та неспоріднене схрещування, а також віддалену гібридизацію для виведення нових порід. Крім того, користуються методом визначення якостей плідників за показниками потомства.

Селекція мікроорганізмів. Прокаріотів та одноклітинних еукаріотів широко використовують у харчовій, кормовій, виноробній промисловості. Вони до того ж ефективні для біологічної боротьби зі шкідниками. Гібридизація для більшості видів мікроорганізмів неможлива через відсутність статевого процесу.

Центри походження й різноманітності культурних рослин та свійських тварин. Учені давно з’ясували, що і рослини, і тварини походять з різних регіонів планети. У результаті досліджень М. І. Вавилов визначив сім основних центрів походження й різноманітності культурних рослин (рис. 203). У Південноазійському тропічному центрі виникло близько 33 % культурних рослин, наприклад лимон, огірок, манго. На Східноазійський центр припадає 20 % культурних рослин. Це просо, соя, редька, яблуня, груша тощо. З Південно-західноазійського центру походять морква, абрикос, бавовник, виноград тощо. Цукровий буряк, капуста та олива виникли в Середземноморському центрі. В Абіссінському центрі виникли тверда пшениця та зернове сорго. З Центральноамериканського центру походять гарбуз, какао, соняшник, квасоля та кукурудза. Картопля, томати, ананас та арахіс походять з Південноамериканського центру.

I Південноазійський

II Східноазійський

III Південно-західноазійський

IV Середземноморський

V Абіссінський

VI Центральноамериканський

VII Південноамериканський

Рис. 203. Центри походження та різноманітності культурних рослин за М. І. Вавиловим

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

1. Що таке селекція?

2. Дайте означення понять сорт, порода, штам.

3. Схарактеризуйте методи селекції.

4. Порівняйте особливості застосування методів селекції для рослинних і тваринних організмів.

5. Наведіть приклади досягнень у галузі селекції.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити