Вклад н.и. вавилова в развитие селекции. закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Содержание

Слайд 1

учениц 11-Б класса Жилавской Екатерины Ручки Евгении

Слайд 2
Николай Иванович Вавилов (13 ноября 1887 — 26 января 1943) российский и советский учёный-
генетик, ботаник, селекционер, географ, академик АН СССР, АН УССР и ВАСХНИЛ.

Слайд 3

открытый Н. И. Вавиловым (1920) закон, согласно которому изменчивость близких по происхождению родов и видов растений осуществляется общим (параллельным) путем.

Слайд 4

Слайд 5
Виды и роды генетически близкие, связанные с друг другом единством происхождения
характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Зная такие формы изменчивости определенного вида можно предвидеть нахождение аналогичных форм у родственного ему вида.

Слайд 6
Целые семейства растений в целом характеризуются определенным циклом изменчивости,
проходящий через все роды, составляющих семейство.

Слайд 7
Генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других родственных видов и родов.

Слайд 8

Закон гомологических рядов, как и периодическая система элементов Д. И. Менделеева в химии, позволяет на основании знания общих закономерностей изменчивости предсказать существование в природе не известных ранее форм с ценными для селекции признаками. Многие такие формы были найдены после опубликования Н. И. Вавиловым закона гомологических рядов.

Слайд 9

Одним из наглядных примеров перспективности поиска таких форм и практического применения закона гомологических рядов является создание односемянных сортов сахарной свеклы.

Слайд 10
Подтверждён закон и у животных
Более поздними исследованиями закон гомологических рядов был подтвержден у микроорганизмов и животных, у которых обнаружен параллелизм изменчивости морфологических и биохимических признаков.
Вавилов пришёл к выводу, что закон носит всеобщий характер и проявляется «не только у высших, но и у низших растений, равно как и у животных»

Слайд 11

В 1936 году Вавилов назвал первую формулировку излишне категорической: «Таково было тогда состояние генетики…». Было принято думать, что «гены идентичны у близких видов», биологи «представляли ген более стабильным, чем в настоящее время». Позже было установлено, что и «близкие виды могут при наличии сходных внешне признаков характеризоваться многими различными генами»

Вавилов отмечал, что в 1920 году уделил «мало…внимания роли отбора», сосредоточив основное внимание на закономерностях изменчивости. Это замечание не означало забвения теории эволюции, ибо, как подчёркивал сам Вавилов, уже в 1920 году его закон «прежде всего представлял формулу точных фактов, основанных всецело на эволюционном учении».

Слайд 12
Вывод
В работах Вавилова прослежена изменчивость признаков у семейства злаковых

Им описаны наиболее важные морфологические признаки, характерные для видов этого семейства, такие как остистость и безостость колоса, разная окраска колосковых и цветочных чешуй и зерна, пленчатое и голое зерно, форма зерна, его консистенция, строение листьев, окраска всходов, озимость и яровость, скороспелость, холодостойкость и т.п.

Посмотреть все слайды

Практическое применение

Закон гомологических рядов отображает общую закономерность мутационного процесса и формообразования организмов, является биологической основой методов целенаправленного получения необходимых наследственных изменений. Он указывает селекционерам направления искусственного отбора, или как писал М. И. Вавилов, «что следует искать».

При изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены подобные алелльни формы, которые повторялись в разных видов (например, узлы на стебле в злаков с антоциановым окраской или без, колоски с остью или без и т.д.). Наличие такой повторности давало возможность предусмотреть наличие еще не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы.

Разведение и продовольственная безопасность

Чтобы сельское хозяйство процветало в будущем, необходимо внести изменения для решения возникающих глобальных проблем. Эти проблемы включают нехватку пахотных земель, все более суровые условия возделывания сельскохозяйственных культур и необходимость поддержания продовольственной безопасности, что предполагает возможность обеспечить население планеты достаточным питанием. Культуры должны иметь возможность созревать в различных средах, чтобы обеспечить доступ во всем мире, что предполагает решение проблем, включая устойчивость к засухе. Было высказано предположение, что глобальные решения достижимы посредством процесса селекции растений с его способностью отбирать определенные гены, позволяющие культурам работать на уровне, который дает желаемые результаты.

Урожай

С ростом населения необходимо увеличивать производство продуктов питания. По оценкам, к 2050 году необходимо увеличить производство продуктов питания на 70%, чтобы выполнить Декларацию Всемирного саммита по продовольственной безопасности. Но из-за деградации сельскохозяйственных земель просто посев большего количества культур больше не является жизнеспособным вариантом. В некоторых случаях новые сорта растений могут быть выведены путем селекции растений, которые обеспечивают повышение урожайности, не полагаясь на увеличение площади земель. Пример этого можно увидеть в Азии, где производство продуктов питания на душу населения увеличилось вдвое. Это было достигнуто не только за счет использования удобрений, но и за счет использования более качественных культур, специально созданных для данной местности.

Пищевая ценность

Селекция растений может способствовать глобальной продовольственной безопасности, поскольку это рентабельный инструмент повышения питательной ценности кормов и сельскохозяйственных культур. Повышение питательной ценности кормовых культур за счет использования аналитической химии и технологии ферментации рубца было зарегистрировано с 1960 г .; Эта наука и технология дали селекционерам возможность проверять тысячи образцов за небольшой промежуток времени, а это значит, что селекционеры могли быстрее идентифицировать высокопроизводительный гибрид. Генетическое улучшение заключалось в основном в перевариваемости сухого вещества in vitro (IVDMD), что привело к увеличению на 0,7-2,5%, при увеличении IVDMD всего на 1% один Bos Taurus, также известный как мясной скот, сообщил об увеличении суточного прироста на 3,2%. Это улучшение указывает на то, что селекция растений является важным инструментом в переводе сельского хозяйства будущего на более продвинутый уровень.

Экологические стрессоры

Селекция гибридных культур стала чрезвычайно популярной во всем мире в борьбе с суровыми условиями окружающей среды

Из-за продолжительных периодов засухи и отсутствия воды или азота устойчивость к стрессу стала важной частью сельского хозяйства

Селекционеры сосредоточили свое внимание на определении культур, которые обеспечат урожайность в этих условиях; способ добиться этого — найти сорта культуры, устойчивые к засушливым условиям с низким содержанием азота

Из этого очевидно, что селекция растений имеет жизненно важное значение для выживания сельского хозяйства будущего, поскольку она позволяет фермерам выращивать устойчивые к стрессу культуры, тем самым повышая продовольственную безопасность. В странах с суровыми зимами, таких как Исландия , Германия и дальше на восток в Европе, селекционеры занимаются селекцией на устойчивость к морозам, постоянному снежному покрову, морозно-засухе (высыхание от ветра и солнечной радиации под морозом) и высоким уровням влажности

в почве зимой.

В странах с суровыми зимами, таких как Исландия , Германия и дальше на восток в Европе, селекционеры занимаются селекцией на устойчивость к морозам, постоянному снежному покрову, морозно-засухе (высыхание от ветра и солнечной радиации под морозом) и высоким уровням влажности. в почве зимой.

Географические центры распространения видов

Основой для открытия закона гомологических рядов послужил материал, который Вавилов собрал во время своей экспедиции по странам Африки, Азии, Европы и Америки. Первые предположения о том, что существуют некие географические центры, откуда берут свое начало биологические виды, было сделано швейцарским ученым А. Декандолем. По его представлениям, когда-то эти виды охватывали большие территории, иногда и целые континенты. Однако именно Вавилов был тем исследователем, который смог изучить многообразие растений на научной основе. Он использовал метод, называемый дифференцированным. Вся та коллекция, которая была собрана исследователем во время экспедиций, подвергалась тщательному анализу с помощью морфологических и генетических методов. Так можно было определить конечную область сосредоточения разнообразия форм и признаков.

Описание

Суть явления состоит в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без, колосья с остью или без и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. Поиск растений с такими аллелями проводился в экспедициях в предполагаемые центры происхождения культурных растений. Следует помнить, что в те годы искусственная индукция мутагенеза химическими веществами или воздействием ионизирующих излучений ещё не была известна, и поиск необходимых аллелей приходилось производить в природных популяциях.
Дело в том, что в процессе клеточного деления явления, отвечающие за наследственную изменчивость, например, кроссинговер, не происходят полностью случайным образом, а зависят от структуры хромосом, т.е. у гомологичных видов хромосомные перестройки могут совпадать, давая параллелизм форм. Мутагенез с помощью радиации тоже не полностью спонтанен, из-за наличия у организмов системы репарации повреждений генома, а происходит в так называемых горячих точках, которые у гомологичных видов соответствуют друг другу.

Н. И. Вавилов рассматривал сформулированный им закон как вклад в популярные в то время представления о закономерном характере изменчивости, лежащей в основе эволюционного процесса (например, теория номогенеза Л. С. Берга). Он полагал, что закономерно повторяющиеся в разных группах наследственные вариации лежат в основе эволюционных параллелизмов и явления мимикрии.

В 1970-1980-х годах к закону гомологических рядов обратился в своих трудах Медников Б. М., написавший ряд работ, в которых показал, что именно такое объяснение возникновения сходных, часто до мелочей, признаков в родственных таксонах вполне состоятельно.

Родственные таксоны часто имеют родственные генетические последовательности, слабо различающиеся в принципе, а некоторые мутации возникают с большей вероятностью и проявляются в целом сходно у представителей разных, но родственных, таксонов. Как пример приводятся двувариантная фенотипически ярко выраженная мутация строения черепа и организма в целом: акромегалия и акромикрия, за которые отвечает в конечном счете мутация, изменяющая баланс, своевременное «включение» или «выключение» в ходе онтогенеза гормонов соматотропина и гонадотропина.

Биология и медицина

Одни и те же мутации в популяциях данного вида появляются с определенной частотой. Это свидетельствует о том, что всякий генотип имеет хотя и большие, но вполне конкретные возможности мутационных изменений — спектр изменчивости , т.е. изменчивость не безгранична. Эта идея лежит в основе закона гомологических рядов в наследственной изменчивости, сформулированного Н.И.Вавиловым (1887-1943) в 1920 г.

Согласно этому закону, генетически близкие виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд мутаций в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных мутаций у других близкородственных видов ( табл. 5 ). Так, например, пшеницы распадаются на несколько групп видов (твердая, мягкая, однозернянка и др.). В каждой из этих групп встречаются озимые и яровые формы; красноколосные и белоколосные; остистые, полуостистые и безостые; краснозерные и белозерные ( рис. 22 ). Сходные формы наблюдаются и среди других родов злаковых — у овсов, ячменей, ржи.

Гомологичные мутации могут закрепиться у разных видов. Обнаружив у одного вида серию форм А, В, С, D, а у близкого вида формы A1, B1, F1, W1, мы вправе предположить существование еще не открытых форм С1, D1.

Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова можно сравнить с периодическим законом Менделеева. Как периодический закон Менделеева позволил открыть и предсказать свойства еще не известных элементов, так и закон гомологических рядов дал возможность предвидеть мутационные изменения, т.е. в какой-то степени предсказывать эволюцию.

Причина гомологических мутаций — общность происхождения генотипов, наличие сходных генов у родственных организмов.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

В огромном количестве разнообразных наследственных изменений можно установить определенные закономерности: родственные в систематическом отношении виды характеризуются сходными типами мутаций.

Изучение этого вопроса позволило Н. И. Вавилову показать, что систематически близкие виды растений имеют сходные и параллельные ряды наследственных форм, и чем ближе друг к другу стоят виды по происхождению, тем резче проявляется сходство между рядами морфологических и физиологических признаков. Например, у различных родов злаков — ржи, пшеницы, ячменя, овса, проса, сорго, кукурузы, риса и пырея — был обнаружен ряд сходных наследственных изменений по пленчатости зерна, остистости колоса, окраске, форме и консистенции зерна, скороспелости, холодостойкости, отзывчивости на удобрения и т. д.

На основе обобщения большого числа подобных наблюдений Н. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Согласно этому закону, генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предсказать параллельные формы у других видов и родов.

В основе гомологической изменчивости лежат две причины: единство генетической структуры ближайших видов и родов, общность их происхождения; определенное действие отбора в относительно сходных условиях внешней среды.

Использование закона гомологических рядов в селекции позволяет правильно ориентироваться в многообразии наследственных изменений, находить нужные, но отсутствующие в данное время у того или иного вида формы, если они имеются у родственного вида, или создавать их искусственно.

Так, до 20-х годов текущего столетия у твердой пшеницы были известны только остистые разновидности. Но наличие безостых разновидностей у мягкой пшеницы указывало на возможность существования или создания путем гибридизации безостых форм твердой пшеницы. Они действительно были обнаружены Н. И. Вавиловым в Абиссинии (Эфиопия), а известный селекционер А. П. Шехурдин в результате скрещивания твердых остистых сортов с мягкими безостыми вывел безостые сорта твердой яровой пшеницы.

Мягкая пшеница представлена в культуре озимыми и яровыми формами. У твердой пшеницы до последнего времени были известны лишь типичные яровые формы. На основании закона гомологических рядов в наследственной изменчивости можно было предположить, что и у этого вида будут обнаружены или созданы такие сорта. И они действительно получены Ф. Г. Кириченко. С учетом этого же закона выведены безъязычковые формы ячменя, обнаружены и созданы формы и сорта чечевицы с зелеными семядолями, найдены формы сои с неопушенными бобами и т. д.

Закон гомологических рядов выражает общую закономерность мутационного процесса и формообразования организмов.

История формулировки

Закон сформулирован М. И. Вавиловым в 1920 г. Впервые был опубликован на русском языке в трудах 3-го съезда по растениеводству, а в 1922 — на английском языке.

Изучая изменчивость признаков у видов и родов злаков и других семей, М. И. Вавилов обнаружил, что:

1) Виды и роды, генетически близкие между собой, характеризуется тождественными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм одного вида, можно предположить нахождение тождественных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и линнеоны, тем полнее тождество в рядах их изменчивости.

2) Цели семьи растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, которая происходит через все роды, которые образуют семью.

Хотя первоначально закон касался изменчивости у растений, М. И. Вавилов указывал на возможность применения его к животным.

ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ

Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии . И.И. Дедю . 1989 .

Смотреть что такое «ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ» в других словарях:

Закон гомологических рядов — Гомологические ряды в наследственной изменчивости понятие, введенное Н. И. Вавиловым при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений. Закономерности в… … Википедия

закон гомологических рядов — homologinių eilių dėsnis statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Lygiagretaus organizmų kitimo dėsnis, pagal kurį genetiškai artimoms augalų rūšims, gentims ir šeimoms yra būdingos lygiagretės (homologinės) paveldimųjų požymių ir savybių… … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

закон гомологических рядов — биол. Закономерность, устанавливающая параллелизм в изменчивости родственных групп растений (открыт академиком Н. И.Вавиловым) … Словарь многих выражений

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости — Гомологические ряды в наследственной изменчивости понятие, введенное Н. И. Вавиловым при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений. Закономерности в… … Википедия

Гомологических рядов закон — изменчивости, разработанный советским учёным Н. И. Вавиловым закон, устанавливающий параллелизм в изменчивости организмов. Ещё Ч

Дарвин (1859 68) обратил внимание на далеко идущий параллелизм в изменчивости (См. Изменчивость) близких… … Большая советская энциклопедия

ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЗАКОН — устанавливает параллелизм в наследств, изменчивости организмов. Сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920. Изучая изменчивость признаков у видов и родов злаков и др. семейств, Н. И. Вавилов обнаружил, что: 1. Виды и роды, генетически близкие между… … Биологический энциклопедический словарь

ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ ЗАКОН — в наследственной изменчивости сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920, устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений. Как было показано позже, в основе этого явления лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение) и … Большой Энциклопедический словарь

гомологических рядов закон — в наследственной изменчивости, сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920, устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений. Как было показано позже, в основе этого явления лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение)… … Энциклопедический словарь

гомологических рядов в наследственной изменчивости закон — открытая рус. генетиком Н.И. Вавиловым в 1920 г. закономерность, устанавливающая параллелизм (сходство) в наследственной (генотипической) изменчивости у родственных организмов. В формулировке Вавилова закон гласит: «Виды и роды, генетически… … Биологический энциклопедический словарь

Помощь

Теоретической основой гомологии рядов фенотипической изменчивости у близких таксономических групп представление о единстве их происхождения путем дивергенции под действием естественного отбора. Поскольку общие предки существующих ныне форм владели определенным специфическим набором генов, то их потомки должны обладать, за небольшим исключением, таким же набором генов. Учитывая, что каждый ген может мутировать в разных направлениях (множественный аллелизм) и поскольку мутационный процесс имеет не направленный характер, естественно предусматривать что спектр изменений одинаковых генов у особей близких видов будет подобным. Таким образом, в основе закона гомологических рядов лежит параллелизм генотипов изменчивости у особей с подобным набором генов.

Закон Вавилова

Согласно С. И. Вавилову и Г. В. Розенбергу строгое выполнение закона Бугера имеет место при следующих трех условиях.

Общее строение клеток различных организмов, отмеченное -еще Т. Шваном (1839), было научно обосновано в 1920 г. академиком Н. И. Вавиловым в открытом им законе гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Изучая мутационную изменчивость культурных злаковых растений и их диких предковых форм, Н. И. Вавилов (1887-1943) сформулировал закон гомологичных рядов наследственности, в соответствии с которым у этих организмов мутационный процесс протекает параллельно, а возникающие мутации характеризуются сходством, образуя гомологичные ряды. По Н. И. Вавилову гомологичные ряды наследственности являются отражением сходства генотипов организмов, входящих в эти ряды. В рамках закона гомологичных рядов наследственности изменчивость организмов представлена в виде закономерного явления, присущего видам организмов. Этот закон явился также основой в подборе исходных форм для скрещиваний с последующей селекцией полезных форм организмов.

Еще одно важное свойство сложных систем — их способность изменяться, эволюционировать во времени в соответствии с условиями существования и под действием внутренних законов. Например, вид эволюционирует как система, причем система достаточно сложная, многоуровневая: ее элементами являются и отдельные особи, и популяции, и экологические типы, и многие другие составляющие вплоть до подвидов

Заметим кстати, что одна из известнейших статей Н. И. Вавилова, вышедшая в 30-е годы, называлась «Линнеевский вид как система»; это ясно говорит о возникновении потребности в исследовании систем задолго до появления современной системологии.

Весьма важной характеристикой люминесценции является так называемый выход флюоресцентного излучения, т. е

отношение испускаемой энергии к энергии поглощенной. Согласно закону С. И. Вавилова, для каждого вещества выход флюоресцентного излучения не зависит от длины волны возбуждающего света до некоторой предельной длины волны, после чего интенсивность флюоресцентного излучения резко падает. Величина выхода флюоресцентного излучения зависит от ряда факторов. В определенном интервале концентраций порядка 10 4—10 5 г/мл интенсивность флюоресценции пропорциональна концентрации веществ в растворе. По мере увеличения концентрации интенсивность перестает возрастать и начинает уменьшаться, наступает концентрационное тушение. Последнее может быть обусловлено также изменением диссоциации растворенного вещества или полимеризацией молекул. Тушение флюоресценции может быть вызвано присутствием в растворе посторонних веществ как органических, так и неорганических, а также повышением температуры выше определенного предела.

Ограничение числа и форм взаимодействия подсистем одного системного уровня ограничивает «фантазию природы», укладывает ее в строго лимитированный закономерный ряд образований. Периодический закон химических элементов Д. И. Менделеева (свойства химических элементов, проявляющиеся в простых веществах и соединениях, находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов) был первой формализацией «третьего измерения» таблицы «системы систем» (см. табл. 2.1). Родственные виды, роды, семейства и др.

Подробные сведения о генетике фотопериодической реакции цветения различных растительных видов приведены в сводке В. В. Скрипчинского . Анализируя большой материал по генетике фотопериодизма, он приходит к выводу, что изменчивость фотопериодических биотипов подчиняется закону гомологических рядов, как это было установлено Н. И. Вавиловым в 1935 г. для озимых, полуозимых и яровых форм.

Поскольку с некоторой вероятностью каждый рецессивный аллель иногда оказывается в гомозиготном состоянии, т. е. в результате свободного скрещивания оба аллеля данного гена оказываются у определенного организма одинаковыми, соответствующий вариант признака проявляется в фенотипе, как называется весь комплекс проявившихся у конкретного организма признаков. Таким образом, у родственных видов, например у видов одного семейства растений, варианты тех признаков, которые не являются строго видовыми, оказываются в значительной мере общими, как и сами признаки, и эта общность имеющихся у близких видов вариантов признаков в виде запаса рецессивных аллелей унаследована ими от общего предка и сохранена в течение миллионов лет независимой эволюции. В этом и состоит смысл открытого Н. И. Вавиловым в 1920 г. Закона гомологических рядов наследственной изменчивости.