Учение Вавилова о центрах происхождения культурных растений

Федеральное агентство  по образованию

НОУ ВПО «Институт  управления, информации и бизнеса»

Контрольная работа

по дисциплине: «Биогеография»

тема: «Учение Вавилова о центрах происхождения 

культурных  растений».

Выполнила:

студентка 3 курса

заочного отделения

группы ЭП-10

11802122

Васькина  Е.В.

Ухта – 2012

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ _ 3-4

1. Теория центров происхождения  культурных растений _ 4-7

2. Н.И.Вавилов - автор закона гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов _ 7-9

3. Заключение _ 9-10

4. Список литературы _ 11

ВВЕДЕНИЕ

Николай Иванович Вавилов (13 ноября 1887 года, Москва, Российская империя - 26 января 1943 года, Саратов, СССР) - российский и советский учёный-генетик, ботаник, селекционер, географ, академик АН СССР, АН УССР и ВАСХНИЛ. Президент (1929-1935), вице-президент (1935-1940) ВАСХНИЛ, президент Всесоюзного географического общества (1931-1940), основатель (1920) и бессменный до момента ареста директор Всесоюзного института растениеводства (1930-1940), директор Института генетики АН СССР (1930-1940), член Экспедиционной комиссии АН СССР, член коллегии Наркомзема СССР, член президиума Всесоюзной ассоциации востоковедения. В 1926-1935 годах член Центрального исполнительного комитета СССР, в 1927-1929 - член Всероссийского Центрального Исполнительного Комитета.

Организатор и участник ботанико-агрономических экспедиций, охвативших большинство континентов (кроме Австралии и Антарктиды), в ходе которых выявил древние очаги формообразования культурных растений. Создал учение о мировых центрах происхождения культурных растений. Обосновал учение об иммунитете растений, открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов. Внес существенный вклад в разработку учения о биологическом виде. Под руководством Вавилова была создана крупнейшая в мире коллекция семян культурных растений. Он заложил основы системы государственных испытаний сортов полевых культур. Сформулировал принципы деятельности главного научного центра страны по аграрным наукам, создал сеть научных учреждений в этой области.

Погиб в годы сталинских репрессий. На основании сфабрикованных обвинений был арестован в 1940 году, в 1941 году - осужден и приговорен к расстрелу, который впоследствии был заменен 20-летним сроком заключения. В 1943 году умер в тюрьме. В 1955 году посмертно реабилитирован.

Среди флоры земного шара выделяется значительная по числу (более 2500 видов) группа растений, возделываемых человеком и получивших название культурных. Культурные растения и образованные ими агрофитоценозы пришли на смену луговым и лесным сообществам. Они - результат земледельческой деятельности человека, которая у отдельных народов началась 7-10 тысячелетий назад.

В переходящих в культуру диких  растениях неизбежно отражается новый этап их жизни. Отрасль биогеографии, изучающая распространение культурных растений, их приспособление к почвенно-климатическим условиям в различных областях земного шара и включающая элементы экономики сельского хозяйства, называется географией культурных растений.

По своему происхождению культурные растения делятся на три группы: наиболее молодая группа, сорно-полевые виды и наиболее древняя группа.

Наиболее молодая группа культурных растений происходит от видов, до настоящего времени живущих в диком состоянии. Для растений этой группы установить центр начала их возделывания не составляет особого труда. К ним относятся плодовые (яблоня, груша, слива, вишня, крыжовник, смородина, малина, земляника), все бахчевые, свекла, брюква, редис, репа и др.

Сорно-полевые виды растений стали  объектами культуры там, где основная культура из-за неблагоприятных природных условий давала низкие урожаи. Так, при продвижении земледелия на север озимая рожь вытеснила пшеницу; широко распространенная в Западной Сибири масличная культура рыжик, используемая для получения растительного масла, является сорняком в посевах льна.

Для наиболее древних культурных растений невозможно установить время начала их культивирования, поскольку их дикорастущие предки не сохранились. К ним относятся сорго, просо, горох, бобы, фасоль, чечевица и т.д.

1. Теория центров происхождения культурных растений

Первое исследование Н.И. Вавилова, относящееся к проблеме происхождения культурных растений было опубликовано в 1917 году в работе «О происхождении культурной ржи», второе - «О восточных центрах происхождения культурных растений» в 1924 году. А в 1926 году во втором томе 16-го выпуска «Трудов по прикладной ботанике и селекции» Н.И. Вавилов представил научной общественности фундаментальную работу «Центры происхождения культурных растений», посвященную Альфонсу Декандолю.

Исследуя изменчивость и эволюцию культурных растений, Чарльз Дарвин опирался так же на труд Альфонса Декандоля (1806-1893) «Рациональная ботаническая география». Дарвин обращал внимание на эволюцию видов, на наследственные изменения, которым подвергся вид. Декандоля же в первую очередь интересовало установление родины культурного растения.

Уже после смерти Дарвина вышла  книга Декандоля «Происхождение культурных растений», ставшая основным трудом в этой области. Но Декандоль  лишь в общих чертах намечал родину культурных растений в пределах континентов. Остальные зарубежные ученые, занимавшиеся этой проблемой, в своих географических исследованиях мировой флоры совершенно не затрагивали культурные растения.

Классический труд Декандоля представлялся  русскому ученому Николаю Ивановичу  Вавилову односторонним, освещающим лишь вопрос о начальной родине культурных растений и связи их с дикими исходными или родственными видами.

Вавилов же уделил первостепенное внимание, как основным областям возникновения  видов, так и эволюционным этапам, пройденным видами при их расселении под действием культуры, условий среды и под влиянием естественного и искусственного отбора.

Подытоживая в своей работе «Центры  происхождения культурных растений»  результаты теоретических положений, Вавилов подчеркивает очевидность  параллелизма и цикличности в формообразовании самых различных родов и семейств, что позволяет предвидеть наличие тех или иных форм, упрощая решение проблемы их происхождения.

В данной публикации, впервые подводя  итог своим теоретическим разработкам, Н.И. Вавилов выделил пять основных очагов главнейших полевых, огородных и садовых растений, затем их стало семь.

Николай Иванович Вавилов, несмотря на уже достигнутое, рассматривал первое издание «Центров происхождения культурных растений» как начальный этап дальнейших исследований. На протяжении более двух десятилетий он продолжал работать над этой проблемой. Каждая новая работа в той или иной степени обогащала и развивала идею «Центров происхождения культурных растений».

В одной из своих последних работ  «Учение о происхождении культурных растений после Дарвина» Вавилов обобщает весь огромный исследованный материал: общая возделываемая территория земного шара в настоящее время определяется приблизительно в 850 миллионов га, что составляет около 7% от всей суши. Из общего числа 1500 видов пищевых, технических и лекарственных культурных растений примерно 1000 главнейших видов, которые фактически занимают не менее 99% всей возделываемой территории. Остальные 500-600 видов при всем их разнообразии занимают менее 1% всей возделываемой территории.

Континентом, давшим наибольшее число  культурных растений, является Азия, на долю которой приходится из рассматриваемых 1000 видов около 700, т. е. около 70% всей культурной флоры. На Новый Свет приходится приблизительно 17%. Австралия до прихода европейцев не знала культурных растений, и только в последнее столетие ее эвкалипты и акации начинают широко использоваться в культуре тропических и субтропических районов мира.

Согласно Вавилову культурная флора  возникла и формировалась в  относительно немногих очагах, обычно расположенных в горных местностях.

В пределах континентов выделяются, по мнению Вавилова, следующие семь основных географических центров происхождения  культурных растений.

1. Южно-азиатский тропический центр,  включая сюда территорию тропической Индии, Индокитая, Южного тропического Китая и острова Юго-Восточной Азии.

2. Восточно-азиатский центр включает  умеренные и субтропические части  Центрального и Восточного Китая,  большую часть Тайваня, Корею  и Японию.

3. Западно-азиатский центр. Сюда входят территории нагорной Малой Азии (Анатолии), Иран, Афганистан, Средняя Азия и Северо-Западная Индия.

4. Средиземноморский центр включает  страны, расположенные по берегам  Средиземного моря.

5. В пределах Африканского материка  выделяется маленькая Абиссиния как самостоятельный географический центр. Сюда же примыкает несколько своеобразный Горно-Аравийский (Йеменский) очаг.

6. На обширной территории Северной  Америки выделяется, прежде всего,  Центральноамериканский географический  центр, включая южную Мексику.

7. Андийский центр в пределах  Южной Америки, приуроченный к  части Андийского хребта.

Сейчас установлено девять самостоятельных  мировых центров происхождения  культурных растений, то есть девять самостоятельных  областей введения в культуру различных растений: Китайский центр, Индийский (Индостанский) центр, Индо-малайский центр, Среднеазиатский центр, Переднеазиатский центр, Средиземноморский центр, Абиссинский центр, Центральноамериканский центр, Южноамериканский (Перуано-эквадоро-боливийский) центр. Дополнительно к основному Южноамериканскому центру выделено ещё два субцентра: Чилоандский субцентр, Бразильско-парагвайский субцентр.

Основные географические центры начального введения в культуру большинства возделываемых растений связаны не только с флористическими областями, отличающимися богатой флорой, но и с древнейшими цивилизациями. Выделенные семь крупных центров соответствуют локализации древнейших земледельческих культур.

Южно-азиатский тропический центр  связан с высокой древнеиндийской и индокитайской культурой. Новейшие раскопки показали глубокую древность этой культуры, синхроничную переднеазиатской.

Восточно-азиатский центр связан с древней китайской культурой. Юго-Западно-азиатский с древней  культурой Ирана, Малой Азии, Сирии и Палестины.

Средиземноморье уже за несколько  тысячелетий до нашей эры сосредоточило  этрусскую, эллинскую и египетскую культуры, насчитывающие около 6 тысяч  лет своего существования.

Сравнительно примитивная абиссинская  культура имеет глубокие корни, вероятно, синхроничные древней египетской культуре, а может быть, и предшествующие ей.

В пределах Нового Света Центральноамериканский центр связан с великой культурой  майя, достигшей до Колумба огромных успехов в науке и искусстве.

Андийский центр связан с замечательной доинкской и инкской цивилизациями.

В дальнейшем, для каждого из центров  или очагов происхождения Н.И.Вавиловым  указан основной перечень видов возделываемых  растений, характерных для данного  географического района включающий: хлебные злаки и другие зерновые культуры; зерновые бобовые; бамбуки, корнеплоды, клубнеплоды, луковичные и водяные пищевые растения; овощные, бахчевые; плодовые; кормовые; сахароносы; масличные и эфирно-масличные, смолоносы и дубильные растения; пряные растения; технические и лекарственные растения; прядильные; красильные; растения различного назначения, вплоть до растительных эндемов:

1. Южно-Азиатский тропический центр  (тропическая Индия, Индокитай,  Южный Китай и острова Юго-Восточной  Азии), дал человечеству рис, сахарный тростник, азиатские сорта хлопчатника, огурцы, лимон, апельсин, большое количество других тропических плодовых и овощных культур.

2. Восточно-Азиатский центр (Центральный  и Восточный Китай, остров Тайвань,  Корея, Япония). Родина сои, проса,  чайного куста, многих овощных и плодовых культур.

3. Юго-Западноазиатский центр (Малая  Азия, Иран, Афганистан, Средняя Азия, Северо-Западная Индия), откуда произошли  мягкая пшеница, рожь, зернобобовые, дыня, яблоня, гранат, инжир, виноград, многие другие плодовые.

4. Средиземноморский центр - родина нескольких видов пшениц, овсов, маслин, многих овощных и кормовых культур, таких как капуста, свекла, морковь, чеснок и лук, редька.

5. Абиссинский, или Эфиопский,  центр -- выделяется разнообразием  форм пшеницы и ячменя, родина кофейного дерева, сорго и др.

6. Центрально-Американский центр  (Южная Мексика, Центральная Америка,  острова Вест-Индии), дал кукурузу, фасоль, хлопчатник упланд (длинноволокнистый), овощной перец, какао и др.

7. Андийский центр (горные области  Южной Америки) - родина картофеля, табака, томата, каучукового дерева и других.

Теория центров происхождения  культурных растений помогла Вавилову и его сотрудникам собрать  крупнейшую в мире мировую коллекцию  семян культурных растений, насчитывающую  к 1940 году 250 тысяч образцов (36 тысяч образцов пшеницы, 10 022 - кукурузы, 23 636 - зернобобовых и т. д.). С использованием коллекции селекционерами было выведено свыше 450 сортов сельскохозяйственных растений. Мировая коллекция семян культурных растений, собранная Вавиловым, его сотрудниками и последователями, служит делу сохранения на земном шаре генетических ресурсов полезных растений.

2. Н.И.Вавилов - автор закона гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов.

Проблема происхождения видов  неотделима от проблемы изменчивости. Выявление правильностей в изменчивости видов подводит к пониманию линеевского вида как определенной сложной системы, т. е. целого, состоящего из связанных друг с другом частей, в котором части и целое взаимно проникают друг в друга.

Линнеевский вид в нашем понимании является обособленной сложной подвижной морфофизиологической системой, связанной в своем генезисе с определенной средой и ареалом, и в своей внутривидовой наследственной изменчивости подчиняющийся Закону гомологических рядов.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости проявляется как определенная общая тенденция, присущая организмам и обусловленная общностью свойств  организмов. Естественный отбор и  внешние условия способствовали и способствуют вымиранию многих звеньев. Фактор изоляции, расселение, обособление, игравшие и играющие большую роль в формообразовании, могут быть причиной неполности рядов изменчивости вида по сравнению с исходным потенциалом. С другой стороны, отбор и внешние условия, действуя одинаково на различные роды и виды, могут содействовать выявлению признаков; например, так могут возникать параллельные ряды экотипов у разных видов и родов. Исключительно велика роль человека в изменчивости культурных растений и домашних животных, как в смысле отбора, так и в применении гибридизации, инцеста, сохранения нежизненных в обычных условиях мутаций.

Обработка обширного материала  наблюдений и опытов, детальное исследование изменчивости многочисленных линнеевских  видов (линнеонов), огромное количество новых фактов, полученных главным образом при изучении культурных растений и их диких родичей, позволили Н.И. Вавилову свести в единое целое все известные примеры параллельной изменчивости и сформулировать общий закон, названный им «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости».

Закон гомологических рядов, прежде всего, устанавливает основы систематики  огромного разнообразия растительных форм, которыми так богат органический мир, позволяет селекционеру получить ясное представление о месте  каждой, даже самой мелкой, систематической единицы в мире растений и судить о возможном разнообразии исходного материала для селекции.

Основные положения закона гомологических рядов следующие:

1. Виды и роды, генетически близкие,  характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и линнеоны, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

2. Целые семейства растений в  общем характеризуются определенным  циклом изменчивости, проходящей  через все роды и виды, составляющие  семейства.

Современные успехи молекулярно-клеточной  биологии позволяют понять механизм существования гомологической изменчивости у близких организмов - на чем именно основывается сходство будущих форм и видов с имеющимися - и осмысленно синтезировать новые, не имеющиеся в природе формы растений. Теперь в закон Вавилова вкладывается новое содержание, точно так же как появление квантовой теории дало новое более глубокое содержание периодической системе Менделеева.

Согласно этому закону генетически  близкие виды растений характеризуются  параллельными и тождественными рядами признаков; тождество в рядах  наследственной изменчивости проявляют и близкие роды и даже семейства. Закон вскрыл важную закономерность эволюции: у близких видов и родов возникают сходные наследственные изменения. Используя этот закон, по ряду признаков и свойств одного вида или рода можно предвидеть наличие сходных форм и у другого вида или рода. Закон гомологических рядов облегчает селекционерам поиск новых исходных форм для скрещивания и отбора.

3. Заключение

Николай Иванович Вавилов - выдающийся отечественный генетик, селекционер, агроном, ботаник, географ-путешественник. Его вклад в науку - биологию и географию культурных растений - общепризнан во всем мире.

На III Всероссийском съезде по селекции в 1920 году, где Вавилов впервые  доложил о своем открытии, все  участники съезда признали, что «подобно таблице Менделеева» закон гомологических рядов позволит предсказывать существование, свойства и строение неизвестных еще форм и видов растений и животных, и высоко оценили научное и практическое значение этого закона.

В 1921 году Н.И. Вавилов был командирован в Америку на Международный конгресс по сельскому хозяйству, где выступил с сообщением о законе гомологических рядов. Закон параллельной изменчивости близких родов и видов, установленный Н.И. Вавиловым и связываемый с общностью происхождения, развивающий эволюционное учение Ч. Дарвина, был по достоинству оценен мировой наукой. Он был воспринят слушателями как крупнейшее событие в мировой биологической науке, которое открывает самые широкие горизонты для практики.

Не меньшее значение для мировой науки имеет учение Н.И.Вавилова о центрах происхождения культурных растений и о географических закономерностях в распределении их наследственных признаков. В этих классических трудах Н.И. Вавилов впервые представил стройную картину сосредоточения огромного богатства форм культурных растений в немногочисленных первичных очагах их происхождения и совершенно по-новому подошел к решению вопроса о происхождении культурных растений.

Для отыскания центров разнообразия и богатства растительных форм Н.И. Вавилов организовал по определенному, соответствующему его теоретическим открытиям (гомологические ряды и центры происхождения культурных растений) плану многочисленные экспедиции, которые за 1922--1933 гг. побывали в 60 странах мира, а также в 140 районах нашей страны. В результате был собран ценный фонд мировых растительных ресурсов, насчитывающий свыше 250 000 образцов.

Одаренный исключительной способностью к теоретическим обобщениям, он создал стройные теории, прочно вошедшие в  сокровищницу мировой науки, и сделал многое для поднятия нашей биологической и сельскохозяйственной науки.

4. Список литературы:

1.Вавилов Н.И. Избранные произведения: в 2-х т.- Л.: Наука, 1967;

2. Вавиловское наследие в современной  биологии / Е.В. Левитес.- М.: Наука, 1989;

3.Вопросы географии культурных  растений и Н.И. Вавилов / Л.  Е. Родин.- М. - Л.: Наука, 1966;

4.Келер В.Р. Сергей Вавилов. - М.: Молодая гвардия, 1975;

5.Медников Б.М. Закон гомологической изменчивости: К 60-летию со дня открытия Н.И. Вавиловым закона. - М.: Знание, 1980;

6.Николай Иванович Вавилов: Очерки, воспоминания, материалы.- М.: Наука, 1987.

Алле́ли (от греч. ἀλλήλων — друг друга, взаимно) — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака. В диплоидном организме может быть два одинаковых аллеля одного гена, в этом случае организм называется гомозиготным, или два разных, что приводит к гетерозиготному организму.

Нормальные диплоидные соматические клетки содержат два аллеля одного гена (по числу гомологичных хромосом), а гаплоидные гаметы — лишь по одному аллелю каждого гена. Для признаков, подчиняющихся законам Менделя, можно рассматривать доминантные и рецессивные аллели. Если генотип особи содержит два разных аллеля (особь — гетерозигота), проявление признака зависит только от одного из них — доминантного. Рецессивный же аллель влияет на фенотип, только если находится в обеих хромосомах (особь — гомозигота). В более сложных случаях наблюдаются другие типы аллельных взаимодействий (см. ниже).

Типы аллельных  взаимодействий

Полное доминирование — взаимодействие двух аллелей одного гена, когда доминантный аллель полностью исключает проявление действия второго аллеля. В фенотипе присутствует только признак, задаваемый доминантной аллелью.

Неполное доминирование — доминантный аллель в гетерозиготном состоянии не полностью подавляет действие рецессивного аллеля. Гетерозиготы имеют промежуточный характер признака.

Сверхдоминирование — более сильное проявление признака у гетерозиготной особи, чем у любой гомозиготной.

Кодоминирование — проявление у гибридов нового признака, обусловленного взаимодействием двух разных аллелей одного гена. Фенотип гетерозигот не является чем-то промежуточным между фенотипами разных гомозигот.

Агрофитоценоз

совокупность культурных и сорных растений в пределах однородного участка агроэкосистемы (обычно одного поля), используемого в едином хозяйственном режиме (севооборот, система удобрений и защиты растений). А. объединяет все фазы севооборота или многолетнюю монокультуру, его состав довольно постоянен. При смене культурных растений в ходе севооборота в почве сохраняется постоянным банк диаспор растений — семян и вегетативных зачатков (корневищ) сорных растений. Возможны А. многолетних трав. Структура А. изменяется в течение вегетационного сезона — от высева культурного растения до выпадения снега. Происходят не только изменения, связанные с развитием культурных растений (увеличивается их высота, количество побегов, общая биомасса, изменяется ее распределение между вегетативными и генеративными органами), но и сезонная динамика состава и состояния сорных растений, которые в разное время зацветают, дают плоды. Структура А. изменяется также и от года к году вследствие колебаний климата и в зависимости от фазы севооборота. Во влажный и холодный год рост культурного растения может задержаться и массово развиваются сорняки. Изменения в структуре А. происходят и в результате применения гербицидов.

Параллелизм (от греч. parallelos— идущий рядом, параллельный), независимое развитие сходных признаков в эволю-пии близкородственных групп организмов. В результате П. вторично приобретённое сходство разных групп как бы накладывается на их сходство, обусловленное общностью происхождения. Так возникает особая категория сходства органов у разных видов — гомойология. П. широко распространён в филогенезе разл. групп организмов. Так, по-видимому, путём П. развивались приспособления к водному образу жизни в трёх линиях эволюции ластоногих (моржи, ушастые и настоящие тюлени); у неск. групп крылатых насекомых передние крылья преобразовались в надкрылья; у разных групп кистепёрых рыб развивались признаки земноводных; у неск. групп зверообразных пресмыкающихся (терапсид) — признаки млекопитающих. Признаки покрытосеменных растений независимо и параллельно развивались в разных линиях эволюции их предков — проангиоспермов. Возникновение П.связано с сохранением родственными группами организмов определённой генетич. общности, а также сходства процессов онтогенеза и его регуляции. В генофондах родств. видов закономерно появляются сходные (гомологичные) мутации (закон гомологич. рядов в наследств, изменчивости, установленный Н. И. Вавиловым). При действии на популяции родственных видов сходно направленного естеств. отбора изменения этих популяций идут сходными путями, что и выражается в П. (см. КОНВЕРГЕНЦИЯ ).

Селе́кция — наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных.

Селекция растений

Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности — отбор и гибридизация. Для перекрестноопыляемых 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. Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты, и т. п.

Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.