Вспомните, когда и почему человек стал выращивать культурные растения и разводить домашних животных. Каковы движущие силы создания сортов культурных растений и пород домашних животных?
Селекция (от лат. selectio - выбор, отбор) - наука о методах выведения новых и улучшения существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов. Сорт, порода и штамм - это группы созданных человеком культурных форм организмов, обладающих передающимися по наследству хозяйственно ценными признаками.
Зарождение и развитие селекции. С давних пор человек для своих хозяйственных и иных нужд вел промысел диких животных и собирал дикорастущие растения. С ростом народонаселения Земли и расширением его оседлости природа уже была не в состоянии удовлетворять потребности людей в пище, одежде и других ресурсах. Человек оказался перед необходимостью целенаправленного выращивания и разведения необходимых ему организмов.
Начальным этапом селекции стала доместикация (от лат. domesticus - домашний) - превращение диких организмов в культурные. Одними из первых в этом ряду стали зерновые злаки. Так, возделывание пшеницы и ячменя на Ближнем Востоке в Древнем Египте началось примерно 10 тыс. лет назад (рис. 179). С давних времен известны в земледельческой культуре кукуруза, рис, виноград, маслина, лен, кокосовая пальма. К числу сравнительно недавно окультуренных растений принадлежит сахарная свекла, которую люди стали выращивать лишь в последние два столетия ради того, чтобы сделать зоны умеренного климата менее зависимыми от тропических областей, где возделывается сахарный тростник - основной источник сахара. За всю свою историю человечество окультурило свыше 150 видов растений, из которых в настоящее время наиболее широко выращивается около 20 видов.
Рис. 179. Изображение уборки урожая пшеницы на древнеегипетской фреске: жатва, вязание снопов и их перевозка, укладка в скирды и обмолот
Большой вклад в изучение центров доместикации культурных растений внес Н.И. Вавилов. В 1920-1940 гг. он вместе со своими сотрудниками в результате многочисленных экспедиций изучил географическое распространение около 1600 видов культурных растений всего Земного шара и установил их центры многообразия и происхождения (рис. 180). В 1926 г. Н.И. Вавиловым была заложена коллекция семян культурных растений, которая постоянно пополняется и используется селекционерами для работы по созданию новых сортов культурных растений. В настоящее время эта коллекция, хранящаяся в Санкт-Петербурге, насчитывает свыше 320 тыс. образцов из более тысячи видов растений.
С распространением земледелия важную роль в хозяйственной деятельности человека стали играть домашние животные. Процесс одомашнивания животных был более сложным и длительным, чем окультуривание растений. Человек одомашнил лишь 0,004% фауны планеты: около 60 видов млекопитающих, 12 видов птиц, 7 видов рыб и 5 видов насекомых. Центры происхождения домашних животных, так же, как и центры происхождения культурных растений совпадают с очагами древнейших цивилизаций. Эти области в основном определены ареалами обитания диких предков домашних животных (табл. 11).
Рис. 180. Центры многообразия и происхождения культурных растений (по Н.И. Вавилову): 1 - Тропический, или Индомалайский (рис, сахарный тростник, банан); 2 - Восточноазиатский (яблоня, апельсин, слива); 3 - Юго-Западноазиатский (мягкая пшеница, горох, хлопчатник); 4 — Средиземноморский (капуста, маслина, свекла); 5 — Абиссинский (твердая пшеница, ячмень, кофе); 6 — Центральноамериканский (кукуруза, перец, фасоль): 7 - Андийский (картофель, табак, ананас)
Примитивная селекция, которой занимались древние земледельцы и скотоводы, состояла в стихийном (бессознательном) отборе для размножения лучших растений и животных, более плодовитых и хорошо приспособленных к существованию рядом с человеком. С развитием сельского хозяйства и успехами в изучении наследственности и изменчивости организмов появилась комбинационная селекция, основанная на методическом (сознательном) отборе особей и их дальнейшем скрещивании с целью получения желаемого сочетания признаков у гибридов.
Таблица 11
Центры происхождения некоторых домашних животных
Как наука селекция оформилась благодаря трудам Ч. Дарвина, создавшего учение об искусственном отборе. Материалом для искусственного отбора служит наследственная изменчивость организмов. Природа поставляет наследственные изменения, а человек отбирает среди них полезные для себя, сохраняет и размножает отдельных особей с нужными ему признаками. Так, сравнив около 150 пород домашних голубей, Ч. Дарвин пришел к выводу, что все они выведены путем искусственного отбора от одного дикого предка - сизого скалистого голубя (рис. 181).
Методы и задачи селекции. Теоретической базой селекции служит генетика. Помимо закономерностей наследственности и изменчивости, для селекционной работы важное значение имеет также учение о гене и молекулярных основах наследственности.
Основные методы работы селекционеров - гибридизация (скрещивание) и искусственный отбор. Некоторые методы селекции человек использует с давних времен. Так, еще в XIV в. до н.э. в Хеттском государстве, расположенном на территории Передней Азии, появился трактат о коневодстве. Он содержал описание схем скрещивания лошадей и дошел до нас в виде клинописной глиняной таблички (рис. 182).
Рис. 181. Породы голубей и их предок — сизый скалистый голубь (в центре): 1 — дутыш: 2 — турман короткоклювый; 3 — мальтезер; 4 — павлиний; 5 — богдетта; 6 — почтовый; 7 — якобинец; 8 - трубастый голубь
Другие методы селекционной работы появились сравнительно недавно. Например, благодаря открытию мутаций в начале XX в., в селекции растений и микроорганизмов селекционеры стали широко использовать искусственный мутагенез. Он резко повысил уровень наследственной изменчивости у организмов под влиянием радиоактивного излучения и некоторых химических соединений-мутагенов.
Рис. 182. Клинописная глиняная табличка с записью схемы скрещивания пяти поколений лошадей, отличающихся формой гривы. Найдена в верховьях р. Евфрат (возраст около 6 тыс. лет)
Селекция как область практической деятельности призвана обеспечить продовольственную безопасность человечества, численность которого неуклонно растет. Поэтому основная задача селекции — повышение продуктивности существующих культурных форм организмов, а также выведение новых, еще более продуктивных сортов, пород и штаммов.
Рис. 183. Поля с низкорослыми сортами риса
Созданные селекционерами новые сорта растений совершили так называемую «зеленую революцию» в земледелии Индии, Мексики, Аргентины и других стран мира. Например, внедрение в растениеводство полученных в результате искусственных мутаций низкорослых, карликовых сортов злаков (риса и пшеницы) привело к тому, что все используемые этими культурами питательные вещества стали расходываться на образование плодов и семян, а не на рост стеблей и листьев (рис. 183). Урожайность таких злаков возросла в 8 раз, и они оказались более устойчивыми к полеганию, поскольку стебли-соломины у них стали толще и крепче, чем у высокорослых сортов.
Помимо высокой продуктивности важно, чтобы полученные культурные формы организмов обладали устойчивостью к заболеваниям, соответствовали климатическим условиям содержания и обеспечивали максимальное проявление у них хозяйственно ценных признаков. Учитывается также и то, чтобы новые сорта и породы обладали калиброванными, т.е. стандартизированными качествами, что облегчало бы их промышленное выращивание и разведение (рис. 184).
Рис. 184. На птицефабрике цех клеточных кур-несушек, обладающих калиброванными качествами (вес, яйценоскость), облегчает промышленное разведение домашней птицы
Селекция: примитивная, комбинационная; сорт, порода, штамм; доместикация (одомашнивание); центры многообразия и происхождения культурных растении; методы селекции: гибридизация (скрещивание), искусственный отбор, искусственный мутагенез.
1. Дайте определение селекции. 2. Что такое сорт, порода и штамм?
2. Назовите основные этапы развития селекции. 3. Какое значение для селекции имеет учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений? 4. Что служит теоретической базой селекции? 5. Какое значение для селекции имеет учение Ч. Дарвина об искусственном отборе? 6. Какими методами работают ученые-селекционеры? 7. Назовите основные задачи, стоящие перед современной селекцией. 8. Подумайте, какие растения, животные и микроорганизмы могут быть окультурены и одомашнены в ближайшем будущем. 9. Заполните таблицу (в тетради).
Основные этапы селекции
В России началом развития комбинационной, т.е. научной селекции, считается 1903 г., связанный с организацией ученым-селекционером Д.Л. Рудзинским при Московском сельскохозяйственном институте (ныне Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева) селекционной станции, на которой были выведены первые в стране сорта зерновых культур и льна. В 1909 г. начала работать Харьковская сельскохозяйственная опытная станция; в 1910-1914 гг. были организованы Саратовская, Безенчукская, Одесская и другие опытные станции, имевшие отделы селекции.
В 1921 г. был принят декрет «О семеноводстве», заложивший основы единой государственной системы селекционно-семеноводческой работы в нашей стране. В последующие годы была создана масштабная сеть научно-исследовательских селекционных станций, организовано государственное сортоиспытание и начато планомерное сортовое районирование культурных растений. Открытый позже Н.И. Вавиловым закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, учение о мировых центрах происхождения культурных растений, учение об исходном материале для селекции и иммунитете растений к инфекционным заболеваниям стали широко использоваться селекционерами.