Особенности селекции растений.

Особенности селекции растений.

Урок биологии в 9 классе по УМК Пономаревой И.Н.

Цель. Сформировать у учащихся знания о методах селекции растений, раскрыть значение работ русских ученых- селекционеров по выведению новых сортов культурных растений.

Задачи:

- углубить знания материальных основ наследственности; познакомить с работами выдающихся селекционеров; познакомить учащихся с основными методами селекции;

- формировать умения выделять главное, сравнивать, делать выводы;

- воспитание чувства ответственности у каждого ученика за результаты своей деятельности.

Ход урока.

Проверка знаний.

Чем занимается селекция?

Почему селекцию сравнивают с эволюцией? Какие сходства и отличия вы можете указать?

Когда селекция стала не только практической деятельностью человека, но и наукой?

Знания в каких областях науки необходимы селекционеру для успешной работы?

Почему исходный материал местного происхождения имеет большую ценность для селекционной работы?

Изучение нового материала.

(слайд 2) Все культурные растения, выращиваемые в настоящее время, произошли от дикорастущих предков. ( вот такой вид имели : рожь, капуста, пшеница, виноград, яблоки).Преобладающее число растений, возделываемых на полях, огородах и в садах разных областей земного шара, приобрело свой культурный облик под воздействием человека. (слайд 3-4 картинки)

Какие виды изменчивости имеют наибольшее значение для селекции?

Какая разница с генетической точки зрения между самоопылением и перекрестным опылением?

Рассмотрим основные методы селекции растений. При рассказе и просмотре презентации вы должны заполнить таблицу. (слайд 4)

( слайд 5 -1) Искусственный отбор - выбор человеком наи­более ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами. Предшественник и основной метод современной селекции. Результатом искусственного отбора является многообразие сортов растений и пород животных.

(слайд 5-2,3) Для перекрёстноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными.

(слайд 5- 4,5) Если же желательно получение чистой линии  — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путём самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты.

Пример искусственного отбора – рожь (слайд 6 - 1- рожь (дикая форма); 2- рожь- культурная растение).

(слайд 7 - 1) Полиплоидия - Суть данного процесса заключается в увеличении числа наборов хромосом в клетках тканей организма, кратное одинарному (гаплоидному) набору хромосом.

(слайд 7-2)В результате происходит увеличение размеров самих клеток и всего организма в целом. Это фенотипические проявление полиплоидии.

(слайд 8 – 1, 2,3) Примерно 80% существующих ныне сортов разных видов культурных растений являются полиплоидами. К ним относятся овощные и плодово-ягодные культуры, злаковые, цитрусовые, технические, декоративные и лекарственные растения.

(слайд 9 – 1,2) Ярким примером результата полиплоидии служит триплоидная сахарная свекла, которая в отличие от обычной, имеет большую урожайность вегетативной массы и более крупные размеры корнеплодов в сочетании с их повышенной сахаристостью и устойчивостью к различным болезням. Но триплоидные растения не дают потомства. Поэтому селекционеры могут получать гибридные семена только при скрещивании тетраплоидной и диплоидной форм. Вследствие доказанной стерильности триплоидных гибридов были получены бессеменные плоды арбуза, винограда, банана, которые пользуются большим спросом.

(Слайд 10 – 1) Гибридизация — основной метод селекции растений. Гибрид получают от скрещивания двух растений, относящихся к разным разновидностям, сортам, видам и родам. При слиянии половых клеток — гамет—получается зигота, дающая начало гибридному организму.

Успех работы при гибридизации зависит от подбора родительских пар для скрещивания. Их подбирают по разным показателям: по экологическому признаку, по продуктивности и др.

(слайд 10 -2,3)Инбридинг (близкородственная)

Самоопыление у перекрестноопыляющихся растений путем искусственного воздействия для получения гомозиготных (чистых) линий.

(слайд 10 – 3)Аутбридинг (неродственная)

Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций и гетерозиса. Потомство может быть бесплодным.

(Слайд 11 – 1) В разработку теории и практики селекции растений большой вклад внес ученый – селекционер Иван Владимирович Мичурин.

(слайд 11 -2,3) знаменитый биолог- селекционер, создатель многих современных сортов плодово-ягодных культур. Произвел свыше 300 новых сортов плодовых деревьев и кустарников: яблони- 45 сортов, груши- 20 сортов, вишни- 13 сортов, черешни- 6 сортов, рябины- 3 сорта и т. Д

(слайд 12 -1,2) Мичурин занимался межвидовой гибридизацией. Рассмотрим некоторые работы Мичурина.

Межвидовая гибридизация –скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами.

(слайд 12 -3) Вишня Краса севера - Этот гибридный сорт произошел от всхода (в 1885 г.) косточки вишни Владимирская ранняя, известной в г. Владимире под названием Бели, цветы которой были оплодотворены в 1884 г. пыльцой черешни Винклера белая.

Скрещивание произведено при тщательной кастрации с принятием всех мер предосторожности при опылении.

Таким образом, мы имеем в этом новом выведенном сорте гибрид простой кислой вишни с черешней.

(слайд 13 )Плоды первых трех лет плодоношения были выдающейся величины, до 30 мм в диаметре, и совершенно белой окраски, вследствие чего новый сорт был сначала назван мною Белая морель, но в размножении его окулировкой на подвои из сеянцев простой красноплодной вишни (вероятно, под влиянием подвоя) привитые деревца стали приносить плоды розовой окраски с желтоватым боком, впоследствии перешедшим в сплошную розовую окраску всего плода.

Из этого опыта становится очевидным, что новый белоплодный сорт вишни не следовало бы рано подвергать влиянию подвоя из сеянцев красной вишни. Изменение окраски плода вынудило меня заменить прежнее несоответствующее виду плодов название новым.

Ввиду особой окраски плодов нового сорта и замечательной выносливости его к морозам я нашел более подходящим дать ему название Краса севера. Этот сорт вишни требует хорошей черноземной почвы, на которой он является очень урожайным.

(слайд 14 -1) в своей работе Мичурин также использовал Межродовую гибридизацию – скрещивание представителей разных родов для получения новых растений.

(слайд 14-2) Церападусы – это неизвестные ранее растения – гибриды между вишней и черемухой, которые в свое время были получены еще И.В. Мичуриным. С целью повышения зимостойкости вишен он решил ввести в их наследственность ген зимостойкости черемухи.

(слайд 15 – 1, 2) У церападусов кисти плодов напоминают черемуху, а размеры плодов – вишню.

( слайд 15- 3) Деревья церападусов высоко зимостойки, имеют мощную корневую систему и отличаются высокой устойчивостью к болезням, поэтому И.В. Мичурин предсказал этому растению большое будущее и рекомендовал поработать с ним с целью получения зимостойких подвоев для вишни и урожайных сортов вишни с кистями плодов, как у черемухи.

(слайд 16-1) Получение сорта с новыми, улучшенными характерными признаками называется гибридизацией. Как правило, она осуществляется посредством скрещивания местного сорта с южным с более высокими вкусовыми качествами. Однако из-за исторической приспособленности местного сорта к условиям существования данной местности у полученных гибридов доминирующими были признаков местного сорта.

Для того, чтобы гибридизация прошла успешно, Мичурин брал для скрещивания родителей из очень отдаленных между собой географических зон. Мичурин считал, что в этом случае не произойдет одностороннего доминирования, так как ни для одной из родительских форм условия существования не будут привычными. Основываясь на этом, можно управлять развитием нового полученного гибрида.

(слайд 16-2) В дальнейшем Мичурин практически доказал справедливость вышеприведенного утверждения, получив совершенно новый сорт груши Бере зимняя Мичурина.

(слайд 17 -1,2) Он отличался крупными, лежкими плодами с хорошим вкусом, в то время как само гибридное растение переносило холод до — 36°. В качестве отца был взят южный сорт груши Бере рояль с крупными сочными плодами, а в качестве матери - дикая уссурийская груша с мелкими плодами и высокой зимостойкостью. Для обоих родителей условия средней полосы России были необычными.

(слайд 18 – 1) . Другой советский ученый, который работал над преодолением бесплодия межвидовой гибридизации был Георгий Дмитриевич Карпеченко.

(слайд 18 - 2,3) советский учёный-генетик. Как генетик известен своими работами в области отдалённой гибридизации. За счёт искусственно вызванной полиплоидии. Он впервые в мире смог получить плодовитые гибриды растений, относящихся к разным родам.

(слайд 19). Карпеченко работал с капустно-редечным гибридом, полученным в результате скрещивания растений из разных родов семейства крестоцветных. Как и многие межвидовые гибриды, он был стерилен, поскольку в каждой из клеток присутствовало по одной копии гаплоидного хромосомного набора редьки капусты. Хромосомы капусты и редьки не вступали в конъюгацию при мейозе, в результате чего невозможно было получить пыльцу и семезачатки, из которых после оплодотворения могли бы развиться семена гибридного растения. Разрушив веретено деления в мейозе, Карпеченко в 1924 году   искусственно вызвал полиплоидию, удвоив хромосомный набор капустно-редечного гибрида. У этой новой полиплоидной формы каждая клетка содержала диплоидный набор хромосом редьки и диплоидный набор хромосом капусты. В результате конъюгация снова стала возможна, и способность к мейозу была восстановлена.

Хотя работа не оправдала надежд на получение капусто-редьки, сочетавшей полезные качества обоих овощей (гибрид был пригоден только для скармливания скоту), Карпеченко показал принципиальную возможность преодоления стерильности, возникающей при отдаленной гибридизации. Тем самым он заложил теоретические основы для использования отдаленной гибридизации в селекционной работе и существенно пополнил представления о возможных путях генной инженерии цветковых растений. Классическая работа Карпеченко по капустно-редечным гибридам была опубликована в 1927 году.

(слайд 20 – 1,2,3 ) Николай Васильевич Цицин - советский ботаник, генетик и селекционер. С самого начала его заинтересовала проблема создания более продуктивных сортов главной продовольственной культуры — пшеницы — на основе отдаленной гибридизации культурных растений с дикорастущими видами. Работая агрономом одного из отделений зерносовхоза «Гигант» Сальского района Ростовской области, Цицин скрестил пшеницу с пыреем и впервые получил пшенично-пырейный гибрид, что стало началом его работы в этом направлении. Он широко вовлекал в скрещивание дикорастущие и культурные растения, прошедшие самостоятельные эволюционные пути, определившие их генетическую обособленность. Исследования, проводимые ученым в этом направлении, позволили создавать новые сорта растений, такие как много­летняя и зерно-кормовая пшеницы, межродовые пшенично-пырейные, пшенично-элимусные и ржано-пырейные гибриды.

(слайд 21 -1,2) Тритикале — гибрид  ржи и пшеницы. Создан в конце XIX века. Выращивался, в основном, на корм животным. Сегодня тритикале используется и как продовольственная, и как кормовая культура.

Тритикале обладает повышенной морозостойкостью (больше чем у озимой пшеницы), устойчивостью против грибковых и вирусных болезней, пониженной требовательностью к плодородию почвы

Тритикале является перспективной культурой для получения хлебопекарной муки и других продуктов питания, таких как печенье, макаронные изделия, тесто для пиццы и сухие завтраки. Основная трудность при переработке зерна тритикале с целью получить высококачественные сорта муки — отделить оболочки от эндосперма. В СССР пшенично-ржаные гибриды получали ещё начиная с 1920-х годов (Мейстер, Лебедев, Державин, Писарев).

(слайд 22 ) Гетерозис (в переводе с греческого языка — изменение, превращение) — увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей. Сначала выводят ряд отличающихся друг от друга чистых линий, а затем производят межлинейное скрещивание.

(слайд 23 -1,2) Межсортовые гибриды являются результатом скрещивания двух сортов. В селекции кукурузы чаще применяют сортолинейные и двойные межлинейные гибриды.

(слайд 24 -1,2). Мутагенез - важность искусственного мутагенеза трудно недооценить, ведь именно он служит важнейшим источником получения исходных материалов в селекции растений. Биологи уже научились применять ионизирующее излучение и химические мутагены, с помощью которых возможно увеличить число мутаций. Правда, вначале учёные не особо придавали значение искусственному мутагенезу, считая его просто очередным экспериментом. Вся важность этого открытия была понята не сразу, но когда, наконец, биологи осознали, насколько важен искусственный мутагенез в селекции растений, то сразу взяли на вооружение эту технологию.

3.Закрепление.

1. С какой целью и каким образом проводят гибридизацию в селекции растений?

2. Почему применение искусственного мутагенеза может помочь быстрому решению какой – либо селекционной задачи?

(слайд 25 - 1). Путём искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта культурных растений.

(слайд 25 -2, 3, 4) А для того чтобы в искусственном мутагенезе получить наиболее ценные в сельском хозяйстве мутации учёные применяют гамма-лучи и лучи Рентгена, а также нейтроны, а также используют химические мутагены типа этиленимина. Чтобы получить хотя бы одну полезную мутацию учёным приходиться подвергать искусственному мутагенезу две тысячи семян. Благодаря открытию и изучению искусственного мутагенеза, были получены новые сорта и виды растений, которые имеют значительные преимущества перед своими собратьями.

(слайд 26 – 1,2,3,4) Во многом благодаря искусственному мутагенезу, биологами были получены ценные исследования, которые позволили открыть множество полезных свойств используемых для получения новых мутаций в сельскохозяйственных растениях.

(слайд 27 -1,2,3,4)

домашнее задание. Параграф 28