Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 9. БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА БІОТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНИ

§55. ОСОБЛИВОСТІ СЕЛЕКЦІЇ ТВАРИН, РОСЛИН ТА МІКРООРГАНІЗМІВ

Пригадайте: що таке поліплоїдія. Як вона впливає на фенотип організмів? Що таке щеплення в рослин?

Археологічні та палеонтологічні дослідження дали змогу з’ясувати, що перші вдалі спроби введення в культуру рослин і приручення тварин було здійснено 2030 тис. років тому. Вважають, що головними вихідними центрами зародження сільського господарства були п’ять регіонів світу: Південно-Східна Азія (Близький Схід - долини річок Тигру та Євфрату - найстародавніший регіон виробництва продуктів харчування, де було окультурено найбільшу кількість рослин і тварин); Китай (долини річок Янцзи та Хуанхе); Центральна Америка (територія сучасної Мексики та прилеглі до неї регіони Центральної Америки); Південна Америка (південноамериканські Анди); схід Північної Америки. Більшість цих регіонів відрізнялись найбільшим розмаїттям диких рослин і тварин, придатних для використання у сільському господарстві.

Особливості селекції рослин. Центри походження і різноманітності культурних рослин дослідив М.І. Вавилов (мал. 310). Під його керівництвом у 20-30-х роках ХХ ст. було організовано численні експедиції в різні куточки нашої планети. Вони встановили, що для кожного з видів культурних рослин існує свій центр різноманітності, де виявлено найбільшу кількість їхніх сортів і форм. Учений зробив висновок: центри різноманітності культурних рослин є водночас районами їхнього походження (таблиця 8).

Мал. 310. Микола Іванович Вавилов (1887-1943) - всесвітньо відомий генетик і селекціонер

Цікаво знати

Завдяки експедиціям М.І. Вавилова було створено унікальну колекцію насіння приблизно 1600 видів рослин, яку використовували для селекційної роботи. Родинні зв'язки культурних рослин і диких видів встановлюють на підставі аналізу особливостей каріотипів та інших ознак, насамперед завдяки молекулярно- генетичним, біохімічним та фізіологічним дослідженням тощо.

Культурні рослини належать до більш ніж 25 тис. видів. Учені вважають, що одними з перших ввели в культуру кукурудзу, гарбуз, кокосову пальму, цибулю, горох посівний, ячмінь, пшеницю, рис. Диких предків деяких культурних рослин у природі не знайдено (наприклад, цибулі городньої), інші - дотепер поширені в природних екосистемах (наприклад, дикі капуста та морква). Деякі культурні рослини було виведено за допомогою віддаленої гібридизації (наприклад, ріпак - гібрид, отриманий унаслідок схрещування капусти і свиріпи).

Хоча землеробство на території України розвивається понад 5 тисячоліть, всі культурні рослини, які вирощують у нас, походять з інших країн. Утім, багато їхніх сортів виведено саме в нас. Єдиний вид на сучасних теренах України, одомашнений татарами за часів Кримського ханства, - це характерний для степової зони тюльпан Шренка (мал. 311). Через Туреччину він потрапив до Європи, і з кінця XVI ст. лідером із селекції декоративних сортів тюльпана поступово стають Нідерланди.

В Україні функціонує багато центрів селекції рослин. Один з найвідоміших у світі - це Миронівський інститут пшениці (Київська область), який тривалий час очолював видатний український селекціонер академік В.М. Ремесло (мал. 312). Тепер цей інститут носить його ім’я.

У селекції рослин є можливість використовувати різні форми штучного добору (як масовий, так і індивідуальний). Для підвищення різноманітності вихідного матеріалу для

Мал. 311. Тюльпан Шренка - один з найгарніших видів тюльпанів.

В Україні трапляється в південно-східних регіонах, найчисленніший на території Криму. Занесений до Червоної книги України селекції рослин застосовують різні форми гібридизації спільно з використанням штучних мутагенів. Міжвидові гібриди рослин часто безплідні, проте їх розмножують вегетативно або долають безпліддя, подвоюючи число хромосом гібридів. Створено поліплоїдні високопродуктивні сорти різних культурних рослин: картоплі, садових суниць, цукрового буряку, гречки, льону, кавуна, м’якої пшениці, жита, кукурудзи, проса тощо.

Таблиця 8

Центри різноманітності та походження культурних рослин, за М.І. Вавиловим (не для запам’ятовування)

Назва центру

Де розташований

Які види походять

Південно-азійський тропічний

Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії

Огірки, кілька видів цитрусових і бананів, рис, цукрова тростина

Східноазійський

Центральний і Східний Китай, Японія, Корея, Тайвань

Соя, гречка, редька, яблуня, груша, слива, шовковиця, кілька видів проса

Південно-західно-азійський

Мала і Середня Азія, Кавказ, Іран, Афганістан, Північно-Західна Індія

Горох посівний, сочевиця, морква, цибуля ріпчаста, бавовник, льон, виноград, абрикос, мигдаль, волоський горіх, кілька видів м’якої пшениці, жита, ячменю та вівса

Середземноморський

Узбережжя Середземного моря

Цукровий буряк, капуста, олива, конюшина, люпин

Абіссінський

Абіссінське нагір’я, південь Аравійського півострова

Тверда пшениця, зернове сорго, особливий вид бананів, кавове дерево

Центральноамери канський

Південна Мексика та острови Карибського моря

Кукурудза, червоний перець, гарбуз, тютюн, какао, довговолокнистий бавовник, соняшник

Південноамериканський (Андійський)

Частина Анд уздовж узбережжя Південної Америки

Картопля, помідори, арахіс, ананас, хінне дерево

Мал. 312. Василь Миколайович Ремесло (1907-1983). Під його керівництвом створено 20 сортів пшениці, які вирощують у багатьох країнах. Найвідомішим є сорт «Миронівська-808», який вважають шедевром світової селекції рослин

Широко в селекції рослин використовують щеплення (мал. 313) - особливий спосіб штучного об’єднання частин різних особин. Частину рослини, яку прищеплюють, називають прищепою, а рослину, до якої прищеплюють, - підщепою.

Щеплення відрізняється від справжньої гібридизації тим, що приводить лише до неспадкових змін фенотипу прищепленої особини, не змінюючи генотипи таких рослин. Щеплення здійснюють для підсилення бажаних змін фенотипу, поєднуючи властивості прищепи й підщепи та поширюючи їх на весь новостворений організм. Наприклад, прищеплення до зимостійкої дички живців від південних високопродуктивних сортів плодових культур забезпечує поєднання високих смакових якостей прищепи з холодостійкістю підщепи.

Особливості селекції тварин. Райони одомашнювання і походження порід свійських тварин зазвичай пов’язані з давніми центрами землеробства (див. табл. 9), але точно встановити ці місця складніше, ніж культурних рослин. Це пояснюють здатністю тварин до активного пересування та зміною ареалів протягом історичного розвитку. У свійських тварин відбулися значні зміни в будові, життєвих функціях, індивідуальному розвитку, поведінці. Тому більшість з них не здатна існувати без підтримання людиною.

Таблиця 9

Предки деяких свійських тварин

Свійські тварини

їхні предки

Собака свійський

Вовк

Кіт свійський

Кіт лісовий

Вівця

Муфлон

Кінь

Тарпан

Велика рогата худоба

Дикий бик - тур

Свиня свійська

Дикий кабан

Кури свійські

Дикі банківські кури

Качка свійська

Дика качка-крижень

Гуси свійські

Гуска сіра

Індичка свійська

Дика американська індичка

Короп

Сазан

Одного з перших, 10-15 тис. років тому, у декількох районах Євразії одомашнено собаку свійського, якого спочатку використовували для захисту і як помічника в полюванні. Приблизно 6 тис. років тому на території Ближнього Сходу та Давнього Єгипту для захисту запасів зерна від гризунів приручено кота свійського.

Мал. 313. Форми щеплення рослин: 1 - зближення; 2 - копулювання; 3 - у прикладку; 4 - у розщіп; 5 - окулірування (6 - вічко)

Зяпам'ятаємо: виявлення центрів різноманітності культурних рослин підказало вченим, де саме потрібно шукати генетично різноманітний вихідний матеріал для селекційної роботи.

Запам'ятаємо: отримані за допомогою щеплення гібриди необхідно постійно підтримувати, проводячи періодичні повторні щеплення, бо інакше виродження (повернення до предкових диких форм) сорту неминуче.

Цікаво знати

ДИКИЙ КІНЬ Пржевальського (мал. 314), який зберігся майже виключно на територіях природно- заповідного фонду, не є безпосереднім предком свійського коня: вони мають різний хромосомний набір (66 та 64 відповідно). Тарпана та коня Пржевальського більшість дослідників розглядають як різні підвиди дикого коня. З 1998 р. коней Пржевальського завезли в зону відчуження Чорнобильської АЕС. Там ці тварини прижилися, їхня кількість наближується до сотні. Це одна з найбільших популяцій коня Пржевальського у світі.

Мал. 314. Кінь Пржевальського - єдиний нині існуючий вид диких коней

Одними з перших об’єктів скотарства, вік одомашнення яких оцінюють у 10 тис. років, були вівці та кози. Вівчарство виникло в гірських регіонах Близького Сходу, Греції, Кавказу, Малої та Середньої Азії. До найбільш стародавніх об’єктів скотарства відносять також свинарство (дика свиня - кабан - була одомашнена близько 10 тис. років тому) та велику рогату худобу (8 тис. років тому). Предком великої рогатої худоби був дикий бик - тур, який жив на території лісостепової та степової зон Євразії та в Північній Африці (останню тварину цього виду знищено 1627 р. у Польщі). Вважають, що його було одомашнено в Південно-Західній Азії та Північній Африці.

До найважливіших свійських тварин належить кінь. Його предком був вимерлий дикий кінь - тарпан, якого одомашнено приблизно 6 тис. років тому в степовій зоні на території нинішньої України. Кінь, якого спочатку було одомашнено заради шкіри, м’яса і молока, згодом став основним транспортним засобом.

Свійського кроля, якого тепер розводять у всьому світі заради м’яса та хутра, одомашнено не більше ніж 2 тис. років тому в південних регіонах Європи. Його предок - дикий кріль - і нині трапляється в південних областях України (його туди було завезено ХІХ ст.). Одомашнені й розводяться людиною такі хутрові звірі, як норка, соболь, песець, лисиця, нутрія, ондатра.

Важливою галуззю тваринництва в Україні є свинарство. Предком свині свійської є кабан, який і нині поширений у природі (мал. 315, 1). Вважають, що одомашнення свиней розпочалося близько 13 тис. років тому на Близькому Сході, звідки вони потрапили на територію Європи. На сьогодні число свійських свиней на нашій планеті становить близько 1 млрд особин, які належать до понад 100 різних порід. В Україні поширені такі породи, як велика біла, українська степова біла, миргородська, українська степова ряба тощо (мал. 315, 2-4).

Людина одомашнила й багато видів птахів. Так, свійські кури походять від диких банківських курей, одомашнених 5-6 тис. років тому на теренах Південної та Південно-Східної Азії. Індіанські племена Центральної Америки одомашнили близько 5 тис. років тому інших представників ряду куроподібних - індичок (предок - дика індичка), яких, як і курей, розводять заради м’яса, яєць та пуху. Свійська качка походить від дикої качки - крижня, поширеної в Північній півкулі. Різноманітні породи свійської качки (українську, московську тощо) розводять заради м’яса, а також яєць. Приблизно одночасно з качкою (близько 4 тис. років тому) з подібною метою людина одомашнила сіру гуску. Голуба свійського було одомашнено заради м’яса, а деякий час його використовували для транспортування кореспонденції («голубина пошта»). Цьому сприяла здатність поштових голубів знаходити домівку: їх брали із собою в подорож, і якщо виникала потреба, до ніжки голуба прив’язували листа і випускали. Численні породи свійського голуба (декоративні, поштові та м’ясні) походять від дикого сизого голуба, який мешкає в гірських місцевостях помірних широт Євразії та Північної Африки. Нині штучно розводять деякі інші види птахів - перепелів, куріпок, фазанів тощо.

Мал. 315. Кабан (1) та породи свійських свиней: 2 - дюрок-джерсійська; 3 - беркширська; 4 - українська степова біла

Багато декоративних порід золотих рибок виведено в Китаї від сріблястого карася близько 5 тис. років тому. Предком різних порід коропа (дзеркального, українського, ропшинського тощо) був сазан, який і сьогодні мешкає у прісних водоймах Євразії.

Понад 5 тис. років тому в Китаї виникла нова галузь виробництва - шовківництво, а в тропічних і субтропічних регіонах Євразії - бджільництво (мал. 316). Шовковичний шовкопряд і медоносна бджола в дикому стані нині невідомі, однак бджоли часто дичавіють. Введення в культуру диких видів рослин та одомашнення тварин триває дотепер.

Особливостями селекції тварин є те, що свійським тваринам притаманне лише статеве розмноження, а вегетативне розмноження безплідних міжвидових гібридів неможливе. У селекції тварин майже не застосовують масовий добір, бо кількість нащадків незначна і тому кожна особина має велику цінність.

У селекції тварин застосовують споріднене (для переведення певних генів у гомозиготний стан) та неспоріднене схрещування, а також віддалену гібридизацію (для виведення нових порід). Широко використовують і явище гетерозису. Наприклад, схрещуючи дюрок-джерсійську та беркширську породи свиней, отримують швидкостиглих нащадків, які за неповний рік сягають значної маси (до 300 кг і більше) (див. мал. 315, 2, 3).

Практично важливі спадкові ознаки можуть не проявлятися у фенотипі в особин однієї зі статей. Наприклад, у самців великої рогатої худоби не проявляються молочність і жирномолочність, у півнів - несучість. Тому для виявлення подібних властивостей застосовують метод визначення якостей плідників за властивостями нащадків. При цьому порівнюють продуктивність нащадків плідників протилежної статі (наприклад, корів - дочок одного бугая) із середніми показниками по породі. Із кінця XX ст. у селекції тварин дедалі частіше застосовують клонування (детальніше цю методику ми розглянемо в § 58).

Селекція мікроорганізмів. Мікроорганізми (прокаріоти та деякі мікроскопічні еукаріоти, наприклад дріжджі) широко використовують у харчовій, мікробіологічній, виноробній та інших галузях, для біологічної боротьби зі шкідниками тощо. Вони мають низку особливостей, які потрібно враховувати в селекційній роботі. Насамперед, гібридизація для більшості видів мікроорганізмів неможлива через відсутність статевого процесу. Тому для збільшення різноманітності вихідного матеріалу здійснюють штучний мутагенез, а потім відбирають найпродуктивніші штами для подальшої роботи з ними; також застосовують методи генної і клітинної інженерії. Багато прокаріотів мають гаплоїдний набір генів - єдину кільцеву молекулу ДНК, тому мутації проявляються вже в першому поколінні нащадків. Завдяки високим темпам розмноження можна швидко отримати потрібну кількість «мутантів» з певними властивостями. За допомогою вірусів- бактеріофагів, здатних переносити спадкову інформацію від однієї бактеріальної клітини до іншої, штучно об’єднують спадковий матеріал клітин із різних штамів чи видів (про методи генетичної інженерії ви дізнаєтеся з § 58).

Мал. 316. Кокони і метелики шовковичного шовкопряда (1) та медоносна бджола (2) - свійські безхребетні тварини; людина вивела багато порід цих комах

Цікаво знати

ОДНИМ З видатних селекціонерів тварин, робота якого пов'язана з Україною, був академік Михайло Федорович Іванов (1871-1935). За його ініціативи 1925 р. засновано племінну станцію в Асканії-Новій (Херсонська обл.), нині - Інститут тваринництва степових районів ім. М.Ф. Іванова - Національний науковий селекційно-генетичний центр з вівчарства. М.Ф. Іванов вивів такі відомі породи, як асканійська порода тонкорунних овець та українська степова біла порода свиней.

Коротко про головне

Селекція різних груп живих істот (тварин, рослин, мікроорганізмів) має певні відмінності, пов'язані з їхніми біологічними особливостями.

В.І. Вавилов встановив центри походження і різноманітності культурних рослин, які є водночас районами їхнього походження. Райони одомашнювання і походження порід свійських тварин пов'язані з давніми центрами землеробства.

Цікаво знати

Уперше термін «біотехнологія» застосував угорський інженер Карл Ерекі 1917 р. для описання процесу широкомасштабного вирощування свиней. К. Ерекі запропонував використовувати цукровий буряк (сировину) як корм для свиней (біотрансформація) для отримання їхнього дешевого м'яса (кінцевий продукт).

Ключові терміни та поняття:

щеплення рослин, метод визначення якостей плідників за властивостями нащадків.

Перевірте здобуті знання

1. Які методи застосовують у селекції рослин? Які їхні особливості? 2 Для чого здійснюють щеплення культурних рослин? 3. Як можна підвищити різноманітність вихідного матеріалу в селекції рослин?

4. Які особливості селекції тварин порівняно із селекцією рослин?

5. Що таке оцінка плідників за якостями нащадків? 6. Для чого здійснюють селекцію мікроорганізмів і які її особливості?

Поміркуйте

Чим можна пояснити, що райони одомашнення тварин зазвичай збігаються із центрами походження культурних рослин?





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