Тема 4.4.2 Работы И.В. Мичурина

Работы И.В. Мичурина. Иван Васильевич Мичурин, выдающийся русский учёный и селектор, посвятил выведению новых сортов плодовых деревьев и других культурных растений 60 лет напряжённого труда. Первые работы он начал в 70-х годах XIX столетия в небольшом питомнике г. Козлова. Ныне это НИИ растениеводства им. Мичурина в г. Мичуринске.

И.В. Мичурин не сразу пришёл к тем методам и взглядам, которые привели к большим успехам. В начале своей деятельности он потратил много сил на опыты по акклиматизации южных сортов к суровому, с холодными зимами климату. Эти попытки оказались безуспешными. Южные сорта зимой вымерзали.

В основе работ Мичурина лежит сочетание трёх основных методов: гибридизации, отбора и воздействия условиями среды на развивающиеся гибриды.

Большое внимание уделял Мичурин подбору исходных родительских форм для гибридизации. Он скрещивал местные морозостойкие сорта с лучшими южными, полученные сеянцы подвергал строгому отбору и содержал в суровых условиях. Мичурин указывал на возможность управлять доминированием признаков при развитии гибрида. Воздействие внешних факторов эффективно лишь на ранних стадиях развития гибрида. Этим методом получена яблоня Славянка – гибрид Антоновки и Ранета ананасного. Особое значение Мичурин придавал скрещиванию географически удалённых форм, не произрастающих в той местности, где осуществляется гибридизация. Этим путём он вывел ряд сортов плодовых деревьев. Груша Бере зимняя Мичуриным получена, как гибрид дикой уссурийской груши и южного сорта Бере-рояль.

Мичурин разработал ряд методов «воспитания» гибридов, среди которых важное место принадлежит методу ментора. Сущность его в том, что признаки развивающегося гибрида изменяются под влиянием привоя и подвоя. Влияние ментора следует рассматривать как изменение доминирования в процессе развития гибрида.

В своей работе Мичурин применял отдалённую гибридизацию – скрещивание особей разных видов и даже родов – и получил, таким образом гибриды ежевики и малины, сливы и тёрна, рябины и боярышника.

Большинство сортов, полученных И.В. Мичуриным, представляло собой сложные гетерозиготы. Для сохранения качеств их размножают вегетативным путём: отводками, черенками и т.д.

Микроорганизмы интенсивно используются в самых разнообразных технологических процессах. Продукты жизнедеятельности прокариот и одноклеточных эукариот с каждым годом все более широко применяют в разных отраслях народного хозяйства, где используется ферментативная деятельность этих организмов (в основном грибов и бактерий): в хлебопечении, пивоварении, виноделии, и приготовлении многих молочных продуктов.

В связи с этим развивается промышленная микробиология. Осуществляется интенсивная селекция новых штаммов микроорганизмов с повышенной продуктивностью веществ, необходимых человеку. Такие штаммы имеют большое значение для производства кормового белка, ферментных и витаминных препаратов, используемых в медицине, пищевой промышленности, животноводстве. Например, микроорганизмы применяют для получения витаминов В₂, В₁₂. Дрожжевые грибы, растущие на гидролизатах древесины или за счёт потребления парафинов, служат источником кормового белка. В сухих дрожжах содержится до 60 % белков. Важное значение в народном хозяйстве, имеет производство с помощью микроорганизмов незаменимых аминокислот. Недостаток в пище этих соединений резко тормозит рост животных. В традиционных кормах для животных незаменимых аминокислот мало и для нормального питания скота приходится увеличивать рацион. Добавление 1т. полученной путём микробиологического синтеза аминокислоты – лизина позволяет сэкономить десятки тонн фуража. Быстро расширяется производство препаратов для профилактики заболеваний птиц и сельскохозяйственных животных, для борьбы с вредителями культурных растений. В отличие от многих химических, микробиологические препараты обладают высокой специфичностью действия и безвредны для человека и животных. Они не вызывают так же образования устойчивых форм вредных организмов.

Технологию получения необходимых человеку продуктов из живых клеток или с их помощью называют биотехнологией. Биотехнология развивается чрезвычайно быстро. За последние 20 лет возник ряд совершенно новых производств, основанных на использовании различных бактерий и грибов. Широко используются микроорганизмы в металлургии. Обычная технология извлечения металлов из руд не позволяет широко использовать бедные или сложные по составу руды. В результате их переработки образуются огромные скопления отходов, в атмосферу выбрасываются ядовитые газы. Биотехнология металлов основана на способности бактерий окислять минералы и переводить металлы в растворимое соединение. При окислении бактериями сульфидных минералов большинство цветных металлов и редких элементов переходит в раствор. Таким путём во всём мире только меди получают сотни тысяч тонн в год, причём стоимость её в 2-3 раза ниже, чем стоимость меди, добиваемой традиционным путём. С помощью бактерий извлекают из руды уран, золото и серебро, удаляют вредную примесь – мышьяк. На основе способности микроорганизмов непрерывно синтезировать белки, разработаны способы внедрения в бактериальную клетку определённых генов, в том числе генов человека. Такие способы получили название генной инженерии. Бактериальная клетка синтезирует белок, кодируемый чужим для неё геном, в больших количествах. Так получают интерферон – белки, подавляющие развитие вирусов, и инсулин, регулирующий уровень глюкозы в крови.

Селекция микроорганизмов позволила вывести такие штаммы, которые сделали реальностью получение больших количеств аминокислот, стимуляторов роста, бактериальных удобрений, а также микробиологических средств защиты растений от вредителей и паразитов.

Создание большого числа сортов сельхозкультур и многочисленных пород домашних животных, тем не менее не решает всех проблем, стоящих перед сельским хозяйством. В условиях постоянного прироста населения, не занятого в производстве сельхозпродуктов, остаётся актуальной задача повышения продуктивности существующих и создания новых сортов культурных растений и пород домашних животных.

1. Рассказать о начале селекционной деятельности И.В. Мичурина.

2. Основные методы работы Мичурина в области селекции.

Некоторые сведения о развитии живой природы были собраны ещё в Древнем мире. Систематическим изучением животных занимался Аристотель, описавший более 500 видов и расположивший их в определённом порядке: от просто устроенных ко всё более сложным. Аристотель и его ученики изучали также строение растений. На протяжении всего средневековья труды Аристотеля были основой представлений о живой природе.

Интерес к биологии возрос в эпоху Великих географических открытий (XV в.) и развития товарного производства. Интенсивная торговля и открытие новых земель расширяли сведения о животных и растениях. Из Индии и Америки в Европу завезли новые растения: корицу, гвоздику, картофель, кукурузу, табак. Ботаники и зоологи описывали множество новых, невиданных ранее животных и растений. В практических целях они указывали, какими полезными или вредными свойствами обладают эти организмы.

Потребность в упорядочении быстро накапливающихся знаний привела к необходимости систематизировать их. Создаются системы, в которых растения и животные объединяются в группы в зависимости от их пользы для человека или приносимого ими вреда. Например, выделяли лекарственные растения, садовые или огородные культуры. Понятия «домашний скот» или «ядовитые животные» служили для обозначения самых разных по своему строению и происхождению животных. Вследствие удобства, практическая классификация видов применяется до сих пор.

Однако учёных, классификация живых организмов по признаку полезности удовлетворить не могла. Они искали такие свойства, которые позволили бы объединять растения и животных в группы по сходству в строении и жизнедеятельности. Первоначально в основу классификации брали один или небольшое число произвольно выбранных признаков. Понятно, что при этом в одну и ту же группу попадали совершенно неродственные организмы.

На протяжении XVI-XVIII вв. продолжалась работа по описанию животных и растений, по их систематизации. Большой вклад в создание системы природы внёс выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней. Этот учёный описал более 8000 видов растений, установил единообразную терминологию и порядок описания видов. Он объединил сходные виды в роды, сходные роды – в отряды, отряды – в классы. Таким образом, в основу своей классификации он положил принцип иерархичности таксонов. В системе Линнея самым крупным таксоном был класс, самым мелким – вид (разновидность). Это был чрезвычайно важный шаг на пути к установлению естественной системы. Линней закрепил использование в науке бинарной (двойной) номенклатуры для обозначения видов. С тех пор каждый вид называется двумя словами: первое означает род и является общим для всех входящих в него видов, второе – собственно видовое название. С развитием науки в систему были введены дополнительные категории: семейство, подкласс и т.д., а высшим таксоном стал тип. Но принцип построения системы остался неизменным.

Линней создал самую совершенную для того времени систему органического мира, включив в неё всех известных тогда животных и все известные растения. Будучи крупным учёным, он во многих случаях правильно объединил виды организмов по сходству строения. Однако произвольность в выборе признаков для классификации привела Линнея к ряду ошибок.

Линней сознавал искусственность своей системы и указывал на необходимость разработки естественной системы природы. Он писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная».

Как теперь известно, естественная система отражает происхождение животных и растений и основана на их родстве и сходстве по совокупности существенных черт строения. Во времена господства религиозных представлений учёные полагали, что виды организмов созданы независимо друг от друга Творцом и неизменны. Поэтому поиски естественной системы природы означали для биологов попытки проникновения в план творения, которым руководствовался Бог, создавая всё живое на Земле. Совершенство строения видов, взаимное соответствие внутренних органов, приспособленность к условиям существования объяснялись мудростью Творца.

Несмотря на господство взглядов о неизменности живой природы, биологи продолжали накапливать фактический материал, который противоречил этим представлениям. Создание микроскопа в XVII в. и его применение в биологических исследованиях сильно расширило кругозор учёных Учёным, создавшим первую эволюционную теорию, был выдающийся французский естествоиспытатель Ж.-Б. Ламарк.

В отличие от многих предшествующих теорий, теория эволюции Ламарка опиралась на факты. Мысль о непостоянстве видов возникла у него в результате глубокого изучения строения растений и животных. Своими трудами Ламарк внёс большой вклад в биологию. Сам термин «Биология» принадлежит ему. Занимаясь систематикой животных, Ламарк обратил внимание на сходство существенных черт строения у животных, не относящихся к одному виду.

Известное несовершенство систематики Ламарка объясняется уровнем науки того времени, но в ней есть главное – стремление избежать искусственных группировок. Можно сказать, что Ламарк заложил основы естественной системы классификации. Он же впервые поставил вопрос о причинах сходства и различий у животных. Впервые со времён Лукреция учёный осмеливается заявить, что не Бог создавал организмы разной степени сложности, а природа на основе естественных законов. Ламарк приходит к эволюционной идее. Заслуга Ламарка в том, что эволюционная идея у него тщательно разработана, подкреплена многочисленными фактами и поэтому превращается в теорию. В основу её положено представление о развитии, постепенном и медленном, от простого к сложному, и о роли внешней среды в преобразовании организмов.

В своём основном труде: «Философия зоологии», опубликованном в 1809 г. Ламарк приводит многочисленные доказательства изменяемости видов. К числу таких доказательств Ламарк относит изменения под влиянием одомашнивания животных и окультуривания растений, при переселении организмов в другие места обитания с иными условиями существования. Важную роль в возникновении новых видов Ламарк отводит постепенным переменам гидрогеологического режима и климатических условий на поверхности Земли. Это был большой шаг вперёд по сравнению с механическими представлениями сторонников неизменности видов.

Главными механизмами изменчивости Ламарк считал тенденцию организмов к самосовершенствованию, прямое влияние внешней среды и наследование признаков, приобретённых в течение жизни организма.

Взгляды Ламарка на механизмы эволюции оказались ошибочными. Теория Ламарка не получила признания современников так как в его время наука не была готова к принятию идеи эволюционных преобразований. Доказательства причин изменяемости видов были признаны неубедительными. Отводя решающую роль в эволюции прямому влиянию внешней среды, упражнению и неупражнению органов и наследованию приобретённых признаков Ламарк не мог объяснить возникновение приспособлений, обусловленных мёртвыми структурами. Например, окраска скорлупы яиц носит явно приспособительный характер, но объяснить этот факт с позиций теории Ламарка невозможно.

В первой четверти XIX в. были сделаны большие успехи в сравнительной анатомии и палеонтологии. Большие заслуги в развитии этих областей биологии принадлежат французскому учёному Ж. Кювье. Исследуя строение органов позвоночных животных, он установил, что все органы животного представляют собой части одной целостной системы. Вследствие этого строение каждого органа закономерно соотносится со строением всех других. Ни одна часть тела не может изменяться без соответствующего изменения других частей.

Это означает, что каждая часть тела отражает принципы строения всего организма. Так, если у животного имеются копыта, вся его организация отражает травоядный образ жизни. Если кишечник животного служит для переваривания мяса, соответствующее строение имеют и другие органы. Соответствие строения органов животных друг другу Кювье назвал принципом корреляций (соотносительности).

Палеонтологические данные неопровержимо свидетельствовали о смене форм животных на Земле. Тогда Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно этой теории, причиной вымирания были периодически происходившие крупные геологические катастрофы, уничтожавшие на больших территориях животных и растительность. Потом эти территории заселялись видами, проникавшими из соседних областей. После каждой катастрофы утверждали последователи Кювье, следовал новый акт творения. Теория катастроф получила широкое распространение.

Однако ряд учёных, к числу которых относились русские биологи К. Рулье, Н. Северцов, сомневались в этой теории. Эколого-географические исследования привели их к мысли о возможности родства между видами и происхождении одного вида от другого.

Спорам приверженцев неизменности видов и стихийных эволюционистов положила конец глубоко продуманная и фундаментально обоснованная теория видообразования, созданная Ч. Дарвином.

2. Необходимость в систематизации знаний о растениях и животных.

3. Работы К. Линнея по созданию классификации организмов.

11. Работы русских биологов в области видообразования.

В 1859 г. появился труд Ч. Дарвина «Происхождение видов». Эта работа в корне изменила представления о живой природе. Этому событию предшествовала более чем двадцатилетняя работа по изучению и осмысливанию богатого фактического материала, собранного в ходе кругосветного путешествия самим Дарвином, так и другими учёными.

Каково же было состояние науки в первую половину XIX в., когда создавалась теория естественного отбора? Геолог Ч. Лайель доказал несостоятельность представлений Кювье о внезапных катастрофах, изменяющих поверхность Земли. С его точки зрения поверхность Земли изменяется непрерывно и не под влиянием каких-то особых сил, а под действием обычных, повседневных факторов – колебаний температуры, ветра, дождя, жизнедеятельности животных и растений. К числу постоянно действующих природных факторов Лайель отнёс землетрясения и извержения вулканов. Сходные мысли задолго до Лайеля высказывал М.В. Ломоносов, но Лайель подкрепил свои взгляды многочисленными доказательствами. Эта теория оказала большое влияние на формирование мировоззрения Ч. Дарвина.

В биологии был создан ряд крупных открытий, которые оказались несовместимыми с представлениями о неизменяемости природы, об отсутствии родства между видами. Клеточная теория Т. Шванна показала, что в основе строения всех живых организмов лежит своеобразный структурный элемент – клетка. Исследования русского учёного академика К. Бэра показали, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки и что на ранних этапах развития обнаруживается поразительное сходство в строении зародышей животных, относящихся к разным классам. В развитии биологии большую роль сыграла разработанная Ж. Кювье теория типов. Сходство в строении животных в пределах типа объективно указывает на их возможное родство и происхождение от одного корня. Итак, в самых разных областях естествознания собранные учёными материалы противоречили представлениям о божественном происхождении и неизменности природы. Правильно объяснить эти факты, обобщить их, создать теорию эволюции сумел великий английский учёный Ч. Дарвин.

Чарльз Роберт Дарвин родился 12.02.1809 г. в семье врача. Обучаясь на медицинском, а затем и на богословском факультетах университета он проявлял большую склонность к естественным наукам. После окончания университета в 1831 г. ему предложили место натуралиста на исследовательском судне «Бигль», отправляющемся в кругосветное путешествие. В путешествии Дарвин провёл пять лет. Эти годы стали поворотными в судьбе учёного и истории биологии. Во время путешествия наблюдения заставили Дарвина задуматься над причинами сходства и различия между видами. Главная его находка, обнаруженная в геологических отложениях Южной Америки – это скелеты вымерших гигантских неполнозубых, очень схожих с современными ленивцами. Еще большее впечатление произвело на Дарвина изучение видового состава животных на Галапагосских островах. На этих вулканических островах Дарвин обнаружил близкие виды вьюрков, сходных с материковым видом, но приспособившиеся к различным источникам питания. Вывод – эти виды создал не творец, а они попали с материка и изменились, приспособившись к новым условиям обитания. Таким образом, Дарвин ставит вопрос о роли условий среды в видообразовании. Аналогичную картину Дарвин наблюдал у берегов Африки. Перечисленные и многие другие факты поколебали веру Дарвина в сотворение видов.

Из кругосветного путешествия в Англию Дарвин вернулся убеждённым сторонником изменяемости видов под влиянием условий обитания. Данные многих естественных наук так же указывали на изменяемость органического мира. Однако большинство учёных не признавали эволюции: никто не наблюдал превращения одних видов в другие. Поэтому Дарвин сосредоточил свои усилия на раскрытии механизма эволюционного процесса. С этой целью он обратился к практике сельского хозяйства. Английские фермеры к этому времени вывели 150 пород голубей, много пород собак, кур, крупного рогатого скота. Интенсивно велась работа по селекции новых пород животных и сортов культурных растений. Сторонники неизменности видов утверждали, что каждый сорт, каждая порода имеют особого дикого предка. Дарвин предполагал, что это не так. Все породы кур происходят от дикой банкивской курицы, домашние утки – от дикой кряковой утки, кролики от дикого европейского кролика. Предками крупного рогатого скота были виды диких туров. При этом породы животных и сорта растений могут сильно отличаться. Примечательны примеры различия в строении пород голубей, собак, лошадей. Аналогичная картина наблюдается среди сортов культурных растений.

Сорта растений и породы животных служат для удовлетворения потребностей человека – в одежде, пище, эстетических, спорте и т.д. Одно это убедительно доказывает, что они созданы человеком. Каким же образом человек получил многочисленные сорта растений и породы животных, на какие закономерности он опирается в своей работе? Ответ на этот вопрос Дарвин нашёл, изучая методы работы английских фермеров. В основе их методов лежал один принцип: разводя животных или растения, они искали среди них экземпляры, несущие нужный признак в наиболее ярком выражении и оставляли для размножения только такие экземпляры.

В основе всей работы по выведению нового сорта растения или породы животного лежит изменчивость признаков у организмов и отбор человеком таких изменений, которые наиболее уклоняются в желательную для него сторону. В ряду поколений такие изменения накапливаются и становятся устойчивым признаком породы. Для отбора имеет значение только индивидуальная неопределённая (мутационная) изменчивость. Поскольку мутация – явление достаточно редкое, искусственный отбор может быть успешным только в том случае, если он проводится среди большого числа особей. Известны случаи, когда к возникновению новой породы приводит единичная, крупная мутация. Так появилась такса, некоторые сорта растений. Особи с резко выраженными изменёнными признаками были сохранены и использованы для создания новой породы.

Следовательно, под искусственным отбором понимают процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений путём систематического сохранения и размножения особей с определёнными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений.

Дарвин выделил две формы искусственного отбора: сознательный (методический) и бессознательный.

Методический заключается в том, что селекционер ставит перед собой цель и ведёт отбор по одному, двум признакам. Этот приём позволяет достигнуть больших успехов. Дарвин приводит примеры быстрого выведения новых пород. Возможности искусственного отбора в изменении и преобразовании строения и свойств чрезвычайно велики. Например, размер ягоды садовой земляники в десятки раз больше чем у лесного сородича. Очень велики различия в строении тела у разных пород собак – борзой, таксы, пуделя, лайки. Условие успеха методического отбора – большое число исходных особей. Такой отбор невозможен при мелкотоварном производстве.

Таким образом, изучение методов селекции, применявшихся в крупнотоварном производстве сельского хозяйства Англии XIX в. позволило Дарвину сформулировать принцип искусственного отбора и с помощью этого принципа объяснить не только причину совершенствования форм, но и их многообразие.

Однако, домашние животные, так значительно отличающиеся от диких предков, появились ещё у доисторического человека, задолго до появления принципов селекции. По Дарвину, в процессе приручения диких животных человек осуществлял примитивную форму искусственного отбора, названного им бессознательным. Здесь не ставится цель выведения какой-либо породы или сорта. Происходит стихийный отбор. Бессознательный отбор существует до сих пор в мелких хозяйствах, но его влияние на увеличение многообразия домашних животных и культурных растений проявляется гораздо медленнее. Примером искусственного отбора в мелких хозяйствах может быть выведение новых сортов цветов цветоводами-любителями.

Работая с серебристо-чёрными лисами, учёный Д. Беляев обнаружил интересное явление. Животные различались поведенческой реакцией на человека. Проводя отбор среди особей спокойно относящихся к присутствию людей, удалось получить особей с изменёнными морфологическими и физиологическими свойствами. Внешне лисы стали напоминать нечистопородных домашних собак. Если дикие лисы размножаются один раз в год, то домашние – два раза. Изменились и некоторые другие признаки. В этом примере прослеживается взаимосвязь между изменениями строения и поведения животных. Такую взаимосвязь Дарвин назвал коррелятивной или соотносительной изменчивостью. Например, развитие рогов у овец сочетается с длиной шерсти. У комолых животных шерсть короткая. У кошек пигментация шерсти связана с функционированием органов чувств: белые голубоглазые кошки всегда глухие. Позднее было выяснено, что коррелятивная изменчивость основана на явлении сцепленной наследственности, в основе которой плейотронное действие генов.

3. Находки и выводы Дарвина в ходе путешествия.

4. Искусственный отбор в выведении новых пород животных и сортов культурных растений.

5. Теоретические основы искусственного отбора.

7. Бессознательный отбор в современных условиях.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: