Наследственность и изменчивость при внутривидовой гибридизации

Первые опыты по получению искусственных гибридов: Р.Камерариус, И. Кельрейтер, X. Шпренгель и др., послужили основой для широкого применения этого метода в целях улучшения сельскохозяйственных растений. Сам метод был назван скрещиванием или гибридизацией; потомство, полученное от скрещивания двух форм, получило название гибриды.
Скрещивание - это естественное или искусственное соединение двух половых гамет при оплодотворении. Скрещивания бывают:
- внутривидовое - это скрещивание форм, относящихся к одному и тому же биологическому виду;
- межвидовое (межродовое) - скрещивание форм, относящихся к разным видам или родам;
- анализирующее - скрещивание гибридов F1 с рецессивной гомозиготной родительской формой (аа) для выяснения генома гибридной (F1) особи по характеру получаемого потомства:
1) F1 AA х аа → Aa: Аа; 2) F1 Aa х аа → Аа: аа. Если при таком скрещивании в новом F1 проявляются только признаки Aa и Аа, то анализируемое растение имело генотип АА; если же признаки Aa и аа, то анализируемое растение было гетерозиготным - Аа;
- мот-, ди-, три- полигибридное скрещивания - это скрещивания, у которых родительские формы различаются по одному (АА и аа), по двум (ААВВ и аавв), трем (ААВВСС и ааввсс) и т.д. признакам;
- насыщающие или беккроссные скрещивания - это скрещивания гибридов F1 несколько раз с одной из исходных родительских форм для усиления положительного признака: А х В → AB х В → ABB х В и т.д.
- ступенчатые скрещивания - это скрещивания, когда в гибридизацию последовательно вовлекаются несколько родительских форм: [(А х В) х С] х D и т.д.
- циклические скрещивания - это скрещивания, в которых известный по определенным признакам сорт, скрещивается с рядом других сортов по изучению определенного показателя, например, передачи зимостойкости.
Для записи скрещиваний были предложены определенные правила: родителей принято обозначать латинской буквой P (от лат. parents -родители); женский пол знаком ♀ (знак Венеры - зеркало с ручкой); мужской ♂ (знак Марса - щит и копье); скрещивание - х (в последнее время через косую); гибридные поколения буквой F (от лат. filialis-сыновий, filia - дочь) с маленькой цифрой с правой стороны, указывающей, какого поколения гибрид. Счет поколений ведется от образования семян, полученных в момент скрещивания. Полученные семена обозначаются буквой F0 первое поколение - F1 второе - F2 и т.д. Расщепление семей - знаком „:”.
В процессе размножения от одного поколения к другому всегда передаются общие, характерные для данного растения черты строения и организации. Процесс воспроизведения организмами сходных признаков и свойств в ряде поколений получил название наследственность.
В природе часто бывает, что потомство удивительно похоже на своих родителей. Однако абсолютного сходства между родителями и детьми никогда не бывает - всегда можно обнаружить какой-нибудь признак отличия. Поэтому процесс возникновения различий между потомством и исходными формами получил название изменчивость.
Наследственность и изменчивость всегда существуют рядом и обнаруживаются совместно при размножении организма как противоречивые, и в то же время неразрывно связанные между собой процессы.
Наука, занимающаяся изучением наследственности и изменчивости организмов, получила название генетика (от греч. генетикос относятся к происхождению).
Современная генетика - это результаты работ нескольких поколений ученных: И. Кельрейтера, К. Гертнера, О. Сажрэ, Ш. Нодэна, Г. Менделя, Т.Моргана, Н. Дубинина, М. Лобашова и др., проведших много опытов по изучению наследственности и изменчивости организмов. Ho решающая роль в открытии законов наследственности и изменчивости принадлежит Г. Менделю.
Г. Мендель в 1865 г. в Обществе естествоиспытателей г. Борно (Чехословакия) доложил о результатах своих опытов с растительными гибридами. Полученные им данные представляли собой поворотный пункт в развитии исследований в области наследственности и изменчивости, так как было доказано, что наследственность делима и что отдельные признаки и свойства организма развиваются на основе материальных наследственных факторов. Факторы, передающие наследственность гибридам, остаются такими же отдельностями, какими они были у родителей. Оценивая это открытие, К. Тимирязев писал: «Самым важным в работе Менделя является тот факт, что признаки не сливаются, не складываются и не делятся, не стремятся стушеваться, а сохраняются неизменными между различными потомками».
Свой доклад Г. Мендель разослал в 120 библиотек. Несмотря на это, его открытие долгое время оставалось неизвестным. Только в 1900 г., когда трое ученых, независимо друг от друга и в разных странах: Гуго де Фриз из Голландии; К. Корренсон из Германии и Э. Чермак из Австрии «переоткрыли» закономерности наследственности, установленные Г.Менделем. Год «переоткрытия» - 1900 считается датой рождения новой науки - генетика. Однако термин «генетика» был предложен несколько позже - в 1906 г. английским ученым В. Бетсоном.
Генетика, как наука, основывается на следующих методах исследования:
1. Гибридологический (генетический) анализ, заключающийся в исследовании системы скрещивания для установления характера наследования признаков и генетических различий организмов.
2. Цитологический метод изучает материальные структуры клетки в связи с размножением организмов и передачей наследственности - «анатомы» наследственности.
3. Онтогенетический метод используется для изучения действия генов и их проявления в индивидуальном развитии организмов в разных условиях внешней среды.
4. Статистический метод используется для изучения статистических закономерностей наследственности и изменчивости организмов.
Метод гибридологического (генетического) анализа. Чаще всего рассматривается на примере опытов Г. Менделя. Как известно, для этого Г.Мендель поставил задачу - изучить наследование различий, а не сходство. Для этого была взята самоопыляющая гомозиготная культура горох, у которой сорта различались по конкретным признакам: форме семян, окраске семян, окраске семенной кожуры, форме бобов, окраске незрелого боба, расположению цветков и длине стебля. Названные признаки практически не изменялись под влиянием внешних условий, родительские формы являлись чистыми в наследственном отношении (при посеве в потомстве получались растения схожие с родителями, но четко различались).
Строгое соблюдение Менделем установленных им принципов проведения опытов, математический подход к оценке и объяснению полученных результатов, позволили ему установить три закономерности наследования различий. Эти закономерности генетики называют законами или правилами Менделя.

Земледелия как отрасль сельскохозяйственного производства

Задача сельского хозяйства — производство продуктов питания для человека, кормов для сельскохозяйственных животных и сырья для перерабатывающей промышленности. В сельском хозяйстве различают две ведущие отрасли: земледелие и животноводство. Земледелие — отрасль сельскохозяйственного производства, основанная на рациональном использовании земли с целью выращивания сельскохозяйственных культур, получения стабильного и качественного урожая. Оно подразделяется на ряд подотраслей:

1) полеводство — изучает приемы выращивания полевых культур (зерновых, кормовых, технических, бахчевых);

2) овощеводство;

3) плодоводство;

4) луговодство и др.

Земледелие как наука зародилось около 10 тыс. лет назад. Сначала оно существовало в виде умений и навыков по возделыванию сельскохозяйственных растений, которые передавались из поколения в поколение сначала устно, потом письменно (до нас дошли глиняные таблички с описаниями, которым около 6 тыс. лет). Содержание земледелия как науки менялось с развитием производительных сил общества. Сначала оно носило комплексный, энциклопедический характер, объединяя в себе вопросы севооборотов, обработки почв, применения удобрений, мелиорации земель, земледельческой техники, борьбы с вредителями, болезнями и сорняками сельскохозяйственных культур, т.е. включала в себя сегодняшние агрономические дисциплины: земледелие, растениеводство, селекцию и семеноводство, агрохимию, сельскохозяйственную мелиорацию, энтомологию, фитопатологию, механизацию сельского хозяйства и др. По мере накопления знаний с XIX в. началась дифференциация земледелия, от него отпочковался ряд дисциплин и в первой четверти XX в., когда земледелие разделилось на общее и частное (растениеводство), его содержание стало таким, каким оно является в наше время. Современное земледелие можно определить как науку о рациональном использовании земли. В его задачи входит разработка агротехнических мероприятий по повышению эффективного плодородия почв при помощи физических и биологических методов. На рис. 1.1 показана взаимосвязь земледелия с другими сельскохозяйственными науками. Рис. 1.1. Взаимосвязь земледелия с другими сельскохозяйственными науками Таким образом, земледелие опирается на почвоведение, физиологию растений и сельскохозяйственную микробиологию, находится в тесном контакте с агрохимией, зашитой растений и механизацией сельского хозяйства и, в свою очередь, служит базой для растениеводства. Основная задача земледелия как отрасли сельскохозяйственного производства — максимальное удовлетворение растущих потребностей общества в продуктах питания, кормах и сельскохозяйственном сырье. По данным статистики, по производству и потреблению сельскохозяйственной продукции сейчас наша страна значительно уступает наиболее развитым странам. В России не обеспечивается питание населения в соответствии с медицинскими нормами (табл. 1.1 и 1.2). Таблица 1.1 Производство сельскохозяйственной продукции на душу населения Особого внимания требует производство зерна. В цивилизованных странах на каждого жителя производится порядка 1 т зерна. Для России это означает ежегодный валовой сбор зерна на уровне 140—150 млн т, тогда как в последние 10 лет оно составляет 70—90 млн т, т.е. около половины от рекомендуемой нормы. Это предполагает увеличение производства собственного зерна за счет повышения урожайности и стабилизации внутреннего рынка. Если же обратиться к данным по урожайности зерновых культур в нашей стране, то за 100 лет по сравнению с дореволюционным периодом (1913 г.) она увеличилась примерно в три раза, однако остается невысокой и нестабильной, с колебаниями от 0,5—0,7 т/га в засушливые до 2,0—2,2 т/га во влажные годы. Как показывают статистические данные, мы значительно уступаем цивилизованным странам как по урожайности сельскохозяйственных культур, так и по производительности труда в сельском хозяйстве (табл. 1.3). Пути преодоления имеющегося отставания вытекают из опыта мирового и отечественного земледелия. Это экологически безопасная интенсификация производства, достижение на основе науки и передового производственного опыта высокой культуры земледелия. С экономической точки зрения интенсификация — увеличение затрат труда и средств на единицу земельной площади при одновременном увеличении выхода продукции. С агрономической точки зрения интенсификация земледелия — увеличение воздействия человека на почву и растения с целью увеличения урожая. В области земледелия интенсификация осуществляется главным образом за счет механизации, химизации и мелиорации. Интенсификация земледелия характеризуется наиболее полным регулированием факторов жизни растений человеком, что позволяет повысить отдачу использования пашни, т.е., с одной стороны, мы больше вкладываем, с другой — больше берем от земли. Но интенсификация должна проводиться в экологически обоснованных пределах и режимах, иначе она вызывает негативные последствия. Таким образом, задача земледелия как отрасли сельскохозяйственного производства — обеспечить растения всеми факторами роста и развития, а земледелия как науки

— разработать приемы их наиболее продуктивного использования.

Тема 1.2. Важнейшие направления научно- технического прогресса в области земледелия.

Научно-технический прогресс (НТП) – это процесс постоянного совершенствования средств и предметов труда, технологии, организации и управления производством, профессионального и образовательного уровня занятых в производстве.

Этот процесс осуществляется в целях повышения благосостояния и всестороннего развития всех членов общества на основе реализации научных знании.

Из этого определения следует, что исходной движущей силой НТП являются научные знания. Основное содержание – развитие и совершенствование всех факторов производства. При этом для НТП характерны планомерность, системность, непрерывность и глобальность. Конечной целью внедрения достижений НТП является снижение общественно необходимых затрат на производство продукции и повышение ее качества, улучшение условий труда и повышение уровня жизни народа.

Ha современном этапе роль НТП возрастает. Решение важнее задач – переход на интенсивный путь развития экономики и неуклонное повышение эффективности производства – требует не столько количественнoгo, сколько качественного их изменения на основе всемерного и эффективного использования новейших достижений науки и техники. Использование науки в производстве является мощным фактором роста его эффективности. Установлено, что от 60 до 80 % прироста производительности труда и до 50 % прироста валового внутреннего прироста в различных странах обеспечивается за счет внедрения новейших достижений науки и техники.

НТП позволяет радикально улучшить использование природных ресурсов, сырья, материалов, топлива и энергии на всех стадиях, т. е. от производства и комплексной переработки сырья до выпуска и использования конечной продукции. За счет этого будет достигнуто резкое снижение материал емкости, металлоемкости и энергоемкости производства. Ресурсосбережение станет основным источником удовлетворения прироста потребностей общества в топливе, энергии и сырья, материалах.

Качественное совершенствование техники технологии в производстве, улучшении использования основных фондов позволяет преодолеть тенденцию снижения фондоотдачи и добиться ее повышения, что приведет к созданию предпосылок значительного повышения качества продукции и ее конкурентоспособности на мировом рынке.

Социальное значение HTП огромно. В результате его происходит вытеснение тяжелого физического труда, изменяется его характер. НТП предъявляет очень высокие требования к профессиональному и образовательному уровню работников. Под его влиянием сглаживаются различия между умственным и физическим трудом.

Прогресс в науке и технике включает эволюционные и революционные изменения.

Тема 1.2. Важнейшие направления научно- технического прогресса в области земледелия.

Приоритетные направления научно-технического прогресса в сель­ском хозяйстве. Научно-технический прогресс оказывает непосредственное воздействие на сельское хозяйство через важнейшие направления его разви­тия, которые выступают в качестве материально-вещественных, экономиче­ских и организационных факторов воспроизводства. Применительно к расте­ниеводству его элементами являются создание и широкое применение более эффективных машин и механизмов, средств химизации, мелиорации, исполь­зование новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйствен­ных культур, интенсивных технологий их возделывания и уборки. Прямое отношение к развитию научно-технического прогресса имеет внедрение ра­циональных форм управления, организации и оплаты труда, подготовки вы­сококвалифицированных кадров.

В практике утвердились и широко используются основные направления, по которым развиваются и внедряются достижения научно-технического про­гресса в растениеводстве. Среди них такие, как агротехнические, технологи­ческие, организационно-экономические.

К агротехническим относятся: применение интенсивных севооборотов, создание и использование высокопродуктивных сортов и гибридов сельско­хозяйственных культур, расширение орошаемых земель и совершенствование способов полива, эффективное применение минеральных "и органических удобрений, химических и биологических средств защиты растений от вреди­телей, болезней, сорняков.

Технологические включают: создание и применение новых высокопро­изводительных машин и орудий, внедрение индустриальных технологий воз­делывания и уборки сельскохозяйственных культур, использование новых видов тары, транспортных средств, расширение емкостей для кратковремен­ного хранения продукции.

Наибольшую значимость приобретает изучение организационно-эко­номических направлений, в которых концентрируются достижения научно-технического прогресса в агротехнике и технологии возделывания культур. К ним относятся: углубление специализации и повышение концентрации отрас­ли, совершенствование форм и методов заготовок продукции, организация труда и материальное стимулирование, подготовка высококвалифицированных кадров для сельского хозяйства. Данные направления актуальны на всех этапах развития сельского хозяйства. В настоящее время на передний план выступают подходы комплексного обоснования направлений научно- технического прогресса. При этом наиболее четко и ясно проявляется е влияние на производственные и экономические результаты.

Научно-технический прогресс является важным фактором повышения экономической эффективности производства, если достижения науки и техники используют комплексно, и они способствуют переводу отрасли на индустриальную основу. Если он внедряется только по отдельным элементам производственного процесса или при возделывании отдельных видов сельскохозяйственных культур, то материально-денежные расходы на производство единицы продукции в целом или несколько увеличиваются, или снижают крайне медленно. На основании этого иногда делается неправильный вывод о том, что внедрение достижений науки и техники в сельском хозяйстве является неэффективным.

Приоритетным направлением научно-технического прогресса становится разработка и создание принципиально нового комплекса машин и оборудования для возделывания и уборки сельскохозяйственных культур.

Разработка и применение новых машин, оборудования и технологий сельском хозяйстве открывает широкий путь для эффективного использования трудовых, материальных и финансовых ресурсов. Важным условием рационального использования машин в сельскохозяйственном производстве является повышение надежности техники и соответствие ее достижения научно-технического прогресса.

Надежность техники характеризуется комплексным параметром, включающим такие показатели, как безотказность, долговечность работы машин оборудования, ремонтопригодность и сохраняемость их первоначальных свойств. Надежность зависит от условий и интенсивности применения, качества проводимых профилактических работ и ремонтов, использование диагностических средств. Перспективным направлением научно-технического прогресса является биотехнология. Это сравнительно новая быстроразвивающаяся отрасль науки и производства, основанная на промышленном применении естественных и целенаправленно созданных живых систем. В сельском хозяйстве широко используются созданные промышленным путем бис препараты для зашиты растений, бактериальные удобрения, дрожжи, грибной мицелий и др.

Задачи по ускорению научно-технического прогресса. Важнейшим задачами по ускорению научно-технического прогресса в сельском хозяйств являются:

качественно новый подход к селекционной работе, широкое использование биотехнологии в сельскохозяйственном производстве;

разработка прогрессивной системы ведения сельского хозяйства, способствующая сохранению и повышению плодородия почвы; разработка и внедрение системы управления урожайностью сельскохо­зяйственных культур;

создание новых орошаемых земель, реконструкция и модернизация существующих мелиоративных сооружений;

конструирование и изготовление опытных образцов машин и других средств производства для возделывания и уборки сельскохозяйственных культур.

Особенно велика роль внедрения научно-технического прогресса в се­лекции сельскохозяйственных культур. Она должна быть направлена на соз­дание сортов с высокой и устойчивой урожайностью, с разными сроками со­зревания и приспособленными к индустриальным технологиям возделывания и уборки.

Ускорение научно-технического прогресса в определенной мере зависит от научно-технического потенциала общества. Он характеризуется комплекс­ной оценкой уровня развития науки и техники, возможностей и ресурсов, которыми располагает общество для решения научно-технических проблем. Основными показателями функционирования научно-технического потен­циала являются наличие квалифицированных научно-технических кадров, материально-техническое обеспечение научно-технических и опытно-кон­структорских работ, развитие системы научно-технической информации, планирование и управление в науке и технике, финансирование научно-технических исследований.