Урок біології "Гібридологічний аналіз: основні типи схрещувань та їхні наслідки."

Тема: Гібридологічний аналіз: основні типи схрещувань та їхні наслідки.

Мета:

     сформувати поняття про суть процесу гібридизації, ознайомити учнів із шляхами отримання гібридів, з особливостями  таких форми гібридизації як внутрішньовидова, міжвидова і міжродова, виявити риси подібності і відмінності між спорідненим і неспоріднене схрещуванням;

     розвивати  увагу, спостережливість, пам’ять, логічне і критичне мислення, вміння аналізувати явища з різних точок зору;

     вміння виділяти спільні та відмінні риси у процесі порівняння;

     розвивати вміння виділяти причинно-наслідкові зв’язки, формувати і   викладати свої думки, правильно будувати свою монологічну мову;

     розвивати вміння спілкуватися та працювати в групі;

     продовжити формування вміння працювати з текстом підручника та його ілюстраціями: виділяти головне і суттєве, структурувати текст, складати порівняльну таблицю, узагальнюючу схему;

     сформувати розуміння учнями значущості знань про позитивні та негативні наслідки гібридизації;

     формувати негативне відношення до шлюбів між близькими родичами, спираючись на наукові факти;

     формувати потяг до отримання сучасних біологічних знань.

Обладнання: картки із різнорівневими завданнями, фотоматеріали

Тип уроку: формування нових знань

Міжпредметні зв’язки: історія, українська мова, географія, економіка

Основні поняття: гібридизація, споріднене схрещування або інбридинг,  

                                неспоріднене схрещування або аутбридинг, віддалена

                                гібридизація

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Запитання:

— Що вивчає генетика?

— Що таке спадковість? Наведіть приклади.

— Що таке мінливість? Наведіть приклади.

— Давайте пригадаємо, які методи генетичних досліджень вам відомі?

— Який із цих методів на вашу думку є провідним у генетиці? Хто вперше застосував цей метод?

— В чому суть гібридологічного методу генетичних досліджень?

— Що  ж мають на увазі, коли вживають термін «гібрид»?

— А хто з вас бачив гібриди? Де саме?

— Що вам іще відомо про гібриди?

Вчитель. Цікаво, що XVIII столітті на Русі в народі гібриди називалися «ублюдками». У 1800 Т. Смєловський ввів термін «помісі», який використовувався у ХІХ столітті, і тільки у 1896 році А. Бекетов запропонував термін «гібриди».

Запитання. Як ви думаєте, що наштовхнуло людину на думку про можливість отримання гібридів?

Вчитель: Процес гібридизації, що відбуваються у природі, людина спостерігала давно. Тварини-гібриди  (наприклад, мули) існували вже за 2 тисячі років до нашої ери.

Запитання. Що вам відомо про мулів? Чому людина їх здавна використовує? (демонстрація фото 1)

Фото 1. Мул — гібрид кобили і віслюка. Мули не є впертими тваринами. Вони можуть здаватися трішки лінивими, але завжди здатні потурбуватися про свою безпеку. Коні можуть працювати, аж поки не впадуть з ніг, проте про мула цього сказати не можна. Впертість мула підказує людині, що щось не так.

Вчитель. Так, мул — домашня тварина, гібрид кобили і віслюка, поєднує в собі зовнішні ознаки обох батьків. Від кобили мул успадковує розміри тіла і здатність до швидкого руху, а від віслюка — витривалість і дуже велику для його розмірів працездатність. Вирізняються значною тривалістю життя (живуть до 40 років), менш сприйнятливі до хвороб, невибагливі до корму та догляду, як правило — безплідні. Цікаво, що у деяких країнах поголів’я мулів значно переважало поголів’я коней, досягаючи декількох мільйонів.

Цитата: «Із домашніх тварин виживали лише мули, яких і використовували для вивезення бури із Долини Смерті. 20 мулів запрягали у спеціальний величезний віз, який складався із двох вагонів із причепленою позаду бочкою води на 1200 галонів. Загальна вага вантажу — 36,5 тонн, довжина шляху  — 165 миль. Дорога в один кінець займала від 10 до 12 днів» Ці 20 мулів стали частиною американської легенди. А ще мулів часто використовували для перевезення артилерійських гармат  і поранених солдат із поля битви.

А гібридизація великих кішок — тигрів, левів, леопардів— бере початок іще з тих днів, коли власники зоопарків у 1800-х роках намагалися мати багато «дивних істот» для заохочування відвідувачів. Внаслідок утримання тварин у неволі  виникли  лігр (гібрид лева і тигриці),  леопон (гібрид леопарда-самця и левиці-самки), тігон або тигролев  (гібрид від схрещування тигра-самця и левиці) та інші незвичайні тварини. (демонстрація фотографій 2,3,4).

Фото 2. Лігр — гібрид лева і тигриці. У лігрів відсутній ген, що гальмує ріст і тому вони ростуть на протязі всього життя і дуже швидко стають вдвічі більшими за своїх батьків. Не беручи до уваги тигра, який є безпосереднім природнім видом, це найбільша у світі кішка на сьогодні.

Фото 3. Леопон — гібрид леопарда-самця и левиці-самки. Зберігають зовнішність лева, ніби є його зменшеною копією. У них невелика голова, на тілі — плями. Але леопони мають більший розмір, ніж леопарди.

Фото 4. Тігон — гібрид від схрещування тигра-самця і левиці.

Вчитель.  Вперше висловив думку про штучне отримання гібридів німецький вчений Р. Камераріус. А вперше здійснив штучну гібридизацію англійський садівник Т. Ферчайлд, який у 1717 році провів схрещування різних видів гвоздик. Проводячи досліди по гібридизації гороху Г. Мендель заклав наукові основи генетики. 

І так крок за кроком, поступово, свідомо і цілеспрямовано проводячи гібридизацію, людина навчилася створювати все досконаліші сорти і породи, а також різновиди (штами) корисних мікроорганізмів.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. На сьогодні вже існує велика кількість високопродуктивних гібридів рослин і тварин, штамів мікроорганізмів. Уявіть собі: за даними різних авторів лише троянд  нараховується близько 25 тисяч сортів, які були отримані в результаті величезної роботи по гібридизації та селекції! Вже виведено чимало високопродуктивних порід корів, свиней, овець та інших сільськогосподарських тварин.

Запитання. Чи потрібно і надалі проводити різні дослідження по гібридизації?

Вчитель: Останнім часом всі ми є свідками різких змін клімату на нашій планеті. Вчені-кліматологи зазначають, що останніми роками посухи стають дедалі частішими та інтенсивнішими. Цьогорічна спека, коли температура повітря підвищувалася аж до 40-42 ⁰С, охопила десять степових областей України і за силою прирівнюється до числа найбільш згубних — таких, які були в 1921, 1946, 1954, 1968, 1972 роках. У пресі, на телебаченні з’явилися  повідомлення про зниження врожайності пшениці, ячменю, кукурудзи. А деякі вчені-кліматологи допускають, що можливо через деякий час на території України взагалі стане неможливо вести землеробство без штучного зрошування. В умовах глобальних змін клімату основним завданням селекціонерів є використання гібридизації для виведення нових сортів рослин і порід тварин із підвищеними властивостями адаптивності до стресових умов, із високою пластичністю та стабільною продуктивністю. Тобто, успішний розвиток селекції залежить від рівня розвитку її теоретичної бази — генетики.

Епіграфом до нашого уроку є такі слова: «Гібридизація надто важлива для майбутнього, щоб нею нехтувати»

 А саме вам, молодому поколінню жити у майбутньому, дбати про добробут та змінювати Україну на краще. Тому тема сьогоднішнього уроку «Системи схрещувань організмів та їхні генетичні наслідки» важлива, актуальна та потрібна кожному із вас.

Мета уроку — з’ясувати суть процесу гібридизації, особливості отримання гібридних рослин і тварин, ознайомитися із формами гібридизації, дослідити генетичні наслідки різних систем схрещувань організмів.

ІV. Вивчення нового матеріалу.

1. Поняття про гібридизацію.

Вчитель. Суть гібридизації полягає у злитті під час запліднення генотипно різних статевих клітин і розвитку із зиготи нового організму, який має спадкові ознаки батьківських особин. До гібридизації відносять також копуляцію у одноклітинних організмів.

Отже, гібридизація – процес одержання гібридів, який грунтується на об’єднанні генетичного матеріалу різних клітин або організмів. Термін «гібрид» походить від грецького слова «гібрида» — суміш.

Гібриди утворюються в результаті статевого процесу або з’єднання нестатевих клітин. В останньому випадку ядра таких гібридних клітин можуть зливатися з утворенням спільного ядра або ж залишаються відокремленими одне від одного.

Гібридизація широко використовується в селекції. Адже підвищення продуктивності сортів росли і порід тварин  тісно пов’язане з отриманням гібридних особин. Селекціонери створюють короткостеблові неполягаючі сорти зернових культур, які придатні для збирання комбайнами, сорти винограду, томатів, чайних кущів, бавовни, пристосовані для механізованого збирання, сортів овочевих культур для вирощування в теплицях. Генетичне покращення садивного матеріалу — це вимога сьогодення. Успішне ведення  сучасного тваринництва теж неможливе без використання гібридів сільськогосподарських тварин.

 В залежності від цілей використання гібридизації розрізняють «комбінаційну» селекцію (коли за мету ставлять поєднати бажані ознаки двох вихідних форм) і «трансгресивну» селекцію (коли за мету ставлять отримання і відбір генотипів, в яких та чи інша ознака виражена краще, ніж у обох батьківських форм).

Гібридизація можлива як у межах одного виду (внутрішньовидова), так і між особинами різних видів (міжвидова або віддалена).

Для першого покоління гібридів часто характерне явище гетерозису, що проявляється у кращій пристосованості, більшій плодючості і життєздатності організмів.

2. Внутрішньовидова гібридизація.

Вчитель. Внутрішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим.

Споріднене схрещування, або інбридинг (від англ. ін – в, усередині та бридінг – розведення) – це схрещування організмів, що мають безпосередніх спільних предків. Залежно від ступеня спорідненості інбридинг може бути більш або менш тісним. Найтісніші форми спорідненого схрещування спостерігаються серед самозапилених рослин і самозаплідних гермафродитних тварин. У організмів з перехресним заплідненням тісний інбридинг відбувається при схрещуванні братів і сестер, батьків та їхніх нащадків тощо.

Унаслідок спорідненого схрещування з кожним наступним поколіннім підвищується гомозиготність гібридів. Це пояснюється тим, що генетична близькість батьків збільшує ймовірність поєднання у потомках одних і тих самих алелей різноманітних генів пропорційно до ступеня спорідненості. У самозапильних рослин уже у 10-му поколінні спостерігається майже повна гомозиготність (до 99,9%), а при схрещуванні братів із сестрами чи батьків з нащадками такий результат може бути досягнений після 20-го покоління. Проте досягнути 100%-ї гомозиготності за всіма генами не вдається, бо вона порушується внаслідок мутацій, що постійно виникають. Так як чисті і інбредні лінії мають знижену життєздатність, то у селекційній практиці звичайно створюють декілька чистих (або інбредних) ліній, між якими в подальшому проводять схрещування. Цей прийом називається між лінійна гібридизація і ряді випадків приводить до створення високопродуктивних видів рослин або тварин.

  Біологічним наслідком спорідненого схрещування є ослаблення або навіть виродження нащадків (демонстрація фото 5) оскільки у таких гомозиготних організмів збільшується ймовірність фенотипного прояву летальних чи сублетальних рецесивних алелей.

Фото 5. Виродження кукурудзи внаслідок спорідненого схрещування.

Таким чином, тісний інбридинг часто призводить до появи організмів із різноманітними спадковими аномаліями. Наслідки спорідненого схрещування були відомі людині ще в сиву давнину. Наприклад, близько 20% людей-альбіносів є нащадками від споріднених шлюбів. Відомо, що у людини є декілька рецесивних летальних алелей, здатних у гомозиготному стані спричинити смерть. Тому шлюби між близькими родичами вважалися небажаними або взагалі заборонялися релігією чи законами. Але все таки знаходяться люди, які закохуються у своїх близьких родичів та вступають з ними в шлюб. Як відомо, великий біолог, основоположник еволюційної гіпотези, Чарльз Дарвін був одружений на своїй двоюрідній сестрі. У них було 10 дітей. Троє з них померли у віці до 10 років, а ще троє не могли мати нащадків. Трагедія з дітьми заставила Дарвіна серйозно задуматися про те, як вплинув родинний шлюб на здоров’я його нащадків. Згодом, Чарльз Дарвін написав декілька книг, в яких на прикладі рослин доводив, що від організмів, які не пов’язані родинними зв’язками, потомство буде більш життєздатніше  і пристосованіше  до життя, ніж від організмів, що є близькими родичами.

У селекції споріднене схрещування застосовують для отримання чистих ліній. Інбридинг дає можливість дістати цінні ознаки в гомозиготному стані і закріпити їх серед нащадків.

Генотип чистих та інбредних ліній більш-менш стабільний, але в них відбуваються мутації, тобто їхня стабільність не абсолютна. Чисті та інбредні лінії мають знижену життєздатність, тому у селекційній практиці звичайно створюють декілька чистих ліній, між якими в подальшому проводять схрещування. Такий прийом називається міжлінійна гібридизація, яка в ряді випадків веде до створення високопродуктивних сортів рослин і порід тварин.

Наприклад, дуб звичайний — один із найстійкіших видів лісових культур на Україні.  Проте він характеризується повільним ростом надземної частини у перші роки життя, вразливістю до тривалих посух, пошкоджень шкідливими комахами, ураження борошнистою росою. У науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцькoго біологи працюють над підвищенням продуктивності і стійкості дуба звичайного. Це можливо шляхом його віддаленої (міжвидової) гібридизації з видами, що не мають зазначених особливостей біології, а також використання форм апоміксису, за яких зародок розвивається з незаплідненої яйцеклітини (зрідка спермію) з наступним подвоєнням геному. При цьому утворюються чисті лінії. Рослини, обтяжені генетичним тягарем, елімінуються; залишаються особини, очищені від леталей, а отже, – підвищеного генетичного рівня. Створені таким чином чисті лінії можуть бути використані для одержання міжлінійних гібридів із більшою (на 30–40%) продуктивністю деревної маси. Вже створено фонд ліній для наступних міжлінійних схрещувань.

3. Неспоріднене схрещування. Явище гетерозису.

Вчитель. Неспоріднене схрещування, або аутбридинг (від англ. аут – поза) – гібридизація організмів, які не мають тісних родинних зв’язків, тобто представників різних ліній, сортів чи порід одного виду. Неспорідненими вважають особин, у яких немає спільних предків принаймні протягом попередніх шести поколінь. Неспоріднене схрещування застосовують для поєднання у потомстві цінних властивостей, притаманних різним лініям, породам чи сортам. За своїми генетичними наслідками воно прямо протилежне інбридингу. При неспорідненому схрещуванні з кожним наступним поколінням підвищується гетерозиготність нащадків. Це пояснюється тим, що із зменшенням ступеня спорідненості організмів зростає ймовірність наявності в них різних алелей певних генів.

У разі неспорідненого схрещування часто спостерігається явище гетерозису, або “гібридної сили”. Гетерозис (від грец. гетерозис – зміна, перевтілення) – це явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність і продуктивність порівняно з вихідними батьківськими формами. Це пояснюється тим, що у гетерозисних форм сублетальні та летальні рецесивні алелі переходять гетерозиготний стан, завдяки чому їхня шкідлива дія не проявляється фенотипно. Крім того, в генотипі гібридних нащадків можуть поєднуватися сприятливі домінантні алелі обох батьків. Унаслідок цього може спостерігатись явище взаємодії неалельних домінантних генів. За даними біохімічних досліджень у гетерозисних форм часто спостерігається ширший набір ферментів та їхня підвищена активність порівняно з батьківськими організмами.

Гетерозис повною мірою проявляється в першому поколінні гібридів, однак у наступних, унаслідок розщеплення ознак та переходу частини генів у гомозиготний стан, його ефект слабшає і до восьмого покоління сходить нанівець. У рослин гетерозис можна закріпити вегетативним розмноженням, подвоєння числа хромосом або партеногенезом. Гетерозис може більше позначатись на одних ознаках гібридної особини, не зачіпаючи інших.

Явище гетерозису широко застосовується у сільському господарстві, оскільки воно значно підвищує продуктивність (наприклад, у кукурудзи – до 20-25% — демонстрація фото 6)

Фото 6. Гетерозис — феномен «гібридної сили». На фото: батьківські форми по бокам, а в центрі — гібрид.

 Ефект гетерозису добре виражений в овочевих культур (цибулі, помідорів, огірків, баклажанів, буряків тощо). У тваринництві схрещування між різними породами прискорює ріст і статеве дозрівання, поліпшує якість м’яса, молока тощо.

4. Віддалена гібридизація. Подолання стерильності міжвидових гібридів.

Вчитель. Перспективним методом селекційної роботи є віддалена гібридизація – схрещування особин, які належать до різних видів і навіть родів з метою поєднання у гібридів цінних спадкових ознак представників різних видів. Віддалена гібридизація дає можливість отримувати рослинні гібриди, які мають підвищену врожайність і стійкість до грибкових захворювань, до шкідників.

За допомогою віддаленої гібридизації створено гібриди пшениці та пирію, що відзначають високою продуктивністю ( до 300-450 ц/га зеленої маси) та стійкістю до полягання; пшениці з житом; китайської цукрової тростини з дикими видами, що сприяло підвищенню цукристості. Відомі міжвидові гібриди і серед плодових культур (малини та ожини, сливи й терену, горобини та сибірського глоду тощо — демонстрація фото 7,8)

Фото 7.  Гібрид малини  і ожини — сорт «Кумберленд» (чорний). Найбільш ранній з усіх відомих сортів цікавого смаку (ні малина, ні ожина). Абсолютно не хворіє, найстійкіший сорт в світовій колекції. У плодах особливо багато вітамінів і різних мікроелементів.

Фото 8. Біла полуниця — така  ягода з’явилася у середині ХХVІІІ століття в результаті схрещування різних видів диких полуниць із Північної і Південної Америки. Білі плоди з червоними насінинками менші, ніж у звичайної червоної полуниці, але мають сильний аромат ананаса. Сім років тому назад голландські фермери відновили її вирощування і вивели його на комерційний рівень. Хоча 125-грамові коробочки  з білими полуницями коштують  4,5 $, вони «розлітаються» з прилавків магазинів.

Міжвидові гібриди соняшника, які отримав академік В. Пустовойт містять у насінні до 55% олії (у виідних формах вміст олії не перевищував 35%) і мають груповий імунітет до хвороб та паразитів. Цікаво, що у 1974 році сорти соняшника селекції В. Пустовойта  займали більшу половину сортових посівів цієї культури в СРСР. До речі, на ефективність вирощування сільськогосподарських культур впливає багато характеристик агрономічної системи: грунти, пестициди, сільськогосподарська техніка. Але всі ці компоненти не дадуть результату, якщо не буде якісного насіння. Посівний матеріал є вирішальним елементом цієї агрономічної системи в цілому. Наприклад, що стосується соняшника, гібридне насіння і пов'язаний з ним ефект гетерозису — це той єдиний і найважливіший фактор, який дозволяє сільгосптоваровиробникам використовувати переваги всіх інших компонентів агросистеми. Так як гібриди генетично однорідні, то поява їх сходів, цвітіння і достигання насіння відбувається одночасно. Завдяки синхронному цвітінню всі рослини на полі досягають придатної для збору врожаю зрілості в один в той же час. Таким чином довжина періоду вегетації кожної рослини максимально збільшується — а це забезпечує максимальний врожай. За останні 25 років врожайність гібридного соняшника у світі зросла на 15-20% у порівнянні з гібридами першого покоління, які були створені у другій половині семидесятих років минулого століття. Важливо й те, що за той же час вміст олії у насінні теж збільшився. З точки зору ефективності використання землі це означає, що для отримання такої ж кількості продукції сьогодні потрібно на 20% менше землі, ніж 25 років тому. Найбільш славнозвісні гібриди соняшника — Аламо, Аламо ОР, Ягуар, Жалон, створені у Франції (демонстрація фото 9)

Фото 9. Гібрид соняшника Жалон F1 (Франція). Новий високоврожайний сорт з відмінною стійкістю до хвороб, зареєстрований в Україні у 2009 році. Генетичний потенціал врожайності — 53 цнт/га, вміст олії — 52%. Має високу однорідність, стійкий до полягання.

Прикладом успішної гібридизації географічно віддалених форм служать отримані академіком П. Лук’яненко пшениці Безоста-1 та інших сортів, які характеризуються високою врожайністю, пластичністю та іншими цінними ознаками. Шляхом схрещування культурних видів тютюну з дикими М.Ф. Терновський створив сорти тютюну вищого якості, які володіють комплексним імунітетом до тютюнової мозаїки, борошнистої роси і пероноспорозу. Б. С. Мошков у результаті схрещування редиски і капусти отримав гібрид, у якого надземна зелена маса використовується як салат, а підземна — як редиска.

На сьогодні провідною групою троянд, що налічує безліч сортів,  є група чайно-гібридних троянд. Перший сорт цієї групи був виведений французом Гюго у 1867 році шляхом схрещування ремонтантної троянди Мадам Віктор Верді’є із чайною трояндою Мадам Брані і названий Ля Франс. Більш пізні сорти з’явилися у результаті схрещування різних сортів між собою. Троянди цієї групи об’єднали у собі кращі властивості батьківських форм: від чайних вони успадкували прекрасну форму квітки, різноманітність забарвлення, ніжний аромат і майже безперервне цвітіння, від ремонтантних — відносну зимостійкість.

Харківські рослинники в інституті імені В. Я. Юр’єва навчилися добувати какао пальмове та оливкове масло із соняшника. Насправді цей звичний на вигляд соняшник є гібридом, над яким учені працювали понад тридцять років і вивели шляхом схрещування різних видів рослин. Із диво-соняшника, який росте на єдиному в світі полі-музеї сільськогосподарських культур під відкритим небом, можна отримати пальмового масла більше, ніж міститься в пальмі. З його насіння можна отримувати також какао-масло, яке не містить шкідливого для організму людини холестерину.

У тваринництві також виведено значну кількість міжвидових гібридів. Добре відомий гібрид кобили та осла – мул, який відрізняється значною витривалістю, фізичною силою та довшим терміном життя порівняно з батьківськими формами. Подібні властивості виявляє гібрид одногорбого та двогорбого верблюдів — нар (демонстрація фото 10). Гібрид зебри і коня — зорс (демонстрація фото11).

Фото 10. Одногорбий верблюд — 1, двогорбий верблюд — 2,

      гібрид нар  —3.

Фото 11. Гібрид зебри і коня — зорс, вважається одним із найдавніших гібридів у тваринництві разом  з мулом.

 Внаслідок міжвидового схрещування виведено нову породу овець – архаромериносів (гібрид тонкорунних овець – мериносів і дикого гірського барана – архара). Схрещування свійської тварини високогірських районів Центральної Азії – яка – з великою рогатою худобою виведено нові породи (сарлики та хайнаки –демонстрація фото 12). Вони мають більшу продуктивність і вищі якості м’яса порівно з яком та кращу пристосованість до суворих умов високогір’я порівняно з великою рогатою худобою.

Фото 12. Гібрид яка і корови — Хайнак (Дзо)

Велика заслуга по створенню нових порід сільськогосподарських тварин належить видатному українському селекціонеру М.Ф. Іванову (1871–1935), який вивів високопродуктивні породи свиней і овець. У 1925 році Михайло Федорович організував у заповіднику «Асканія-Нова» першу у колишньому Радянському Союзі зоотехнічну станцію де і розпочалися роботи по створенню нової породи свиней. Його спостереження показали, що завезена  на Україну високопродуктивна порода великих білих англійських свиней виявилася непристосованою до клімату степової зони.  Велику спека і посушливий клімат влітку та різкі зміни погоди восени, взимку, навесні пригнічують тварин, негативно впливають на їх здоров’я,  особливо на здоров’я молодняку. І навпаки, місцеві безпорідні свині мали гарну пристосованість до степового клімату півдня України, були невибагливі, мали гарну плодючість, але відносно низьку якість м’яса.  Селекціонер провів схрещування кабана білої англійської породи із місцевими свинями. Гібридні самки першого покоління знову були схрещені із чистопородним кабаном білої англійської породи. Із нащадків були відібрані особини з найбільш цінними ознаками, добре пристосовані до місцевих умов. Від них спочатку було отримано декілька інбредних ліній тварин, внаслідок схрещування між якими у 1935 році виведено нову породу свиней — українську білу степову (демонстрація фото 13)

Фото 13. Українська біла степова свиня.

 Використовуючи такий самий метод М.Ф. Іванов також вивів нову породу овець — асканійську тонкорунну.

У США схрещуванням биків браманського зебу (Індія) з коровами шортгорнської отримана спеціалізована м’ясна порода ВРХ санта-гертруда (завезена до СРСР).

У рибництві найбільш відомий і раніше за всіх виведений український лускатий і український рамчастий короп. На відміну від безпорідного коропа, ці породи відрізняються широкою і високою спинкою, краще використовують природну кормову базу водойми, швидше ростуть, краще зимують, мають більшу плодючість. Ці породи коропа вирощують не лише в Україні , а й у Росії.

У ставкових рибних господарствах   північних регіонів Росії культурні породи коропа не витримували навіть першу зимівлю і гинули. Для таких господарств у Росії  у 1976 вперше був виведений холодостійкий гібрид коропа і карася: за швидкістю росту та харчовою цінністю близький до коропа, а за підвищеною стійкістю до несприятливих факторів зовнішнього середовища та витривалістю — близький до карася.

 У рибництві відомий гібрид білуги та стерляді – бістер, який швидко росте та має смачне м’ясо (демонстрація фото 14).

Фото14. Міжродовий гібрид білуги та стерляді — бістер.

Гібрид коропа і золотої рибки — короп коі (демонстрація фото 15). Було завезено із Токіо у Європу. Тривалість життя — більше 70 років, виростає до 80 см, масою більше 20 кг. Користується попитом як декоративна риба, окремі екземпляри коштують дуже дорого.

Фото 15. Короп коі — гібрид коропа і золотої рибки. В Японії короп коі — перш за все домашня тварина, як наші кішки чи собаки. Їх розведення — справді захоплююче заняття, яке дуже поширене в Європі, США. Красота і граціозність коропа коі просто зачаровує.

У птахівництві гібридизація дала можливість отримати цікавих гібридів домашньої курки з павліном, півня з індичкою, павліна з цесаркою та ін.

Користь від бджіл величезна, і не тільки безпосередньо від продуктів бджільництва: вони сприяють запиленню сільськогосподарських рослин, врожай яких залежить від перенесення пилку з квітки на квітку комахами, насамперед бджолами. Так, виробництво меду та врожай сільськогосподарських культур, який залежить від запилення бджолами, оцінюється у декілька млрд. доларів. Тому з’являються спроби  вивести нові цінні "породи" шляхом схрещування різновидностей медоносної бджоли. Та деякі такі спроби не завжди давали бажані результати.

Так, схрещування африканських бджіл, які відзначаються великою плодючістю і високою життєздатністю, з італійськими мирними бджолами, що переважають у Бразилії, призвело до створення гібридів, плодючих та надзвичайно працьовитих й витривалих, але настільки агресивних і лютих, що вони виявились зовсім непридатними для бджільництва. Випадково опинившись на волі, ці гібриди знищили італійських бджіл, швидко розселилися, зайняли 2/3 площі Південної Америки і поставили під загрозу бджільництво у країнах, де вони з'явились, а їх напади на тварин і людей неодноразово закінчувались смертю останніх. Наведений приклад показує, що створення  агресивних бджіл-гібридів виявилося небезпечним для людей.

Проте є "порода", що навпаки, відзначається винятково миролюбивим характером. Виведена вона професором університету у Франкфурті-на-Майні Н. Кенігером на основі одного виду австралійських бджіл.

Я навела вам лише небагато окремих прикладів використання гібридів у практичній діяльності людини. Та хочу зазначити, що на сьогодні практично всі важливі сільськогосподарські сорти рослин і більшість високопродуктивних порід тварин є гібридами, які були цілеспрямовано створені людиною.

Та у процесі створення гібридів не обійшлося без проблем. Головна  проблема у створенні стабільних гібридних форм полягає в тому, що більшість гібридів є безплідними, їх гамети не дозрівають. Причиною безпліддя є неможливість протікання мейозу: хромосоми, отримані від вихідних батьківських форм — не гомологічні і вони не можуть конь’югувати. Навіть за умов однакової кількості хромосом у каріотипах батьківських форм хромосоми різних видів різняться за структурою і тому нездатні до кон’югації. Особливо ускладнюється хід мейозу за умов різного числа хромосом у каріотипах батьків.

Вихід із цієї ситуації знайшов генетик Г.Д. Карпеченко. Йому вдалося отримати гібрид редьки і капусти — рафанобрассіку (демонстрація фото 16)

Фото 16 . Гібрид редьки і капусти — рафанобрассіка.

  Кожна з батьківських форм, тобто і редька, і капуста, має по 18 хромосом у диплоїдному наборі. Спочатку хромосомний набір гібрида складався також із 18 хромосом, в який входили гаплоїдний набір хромосом капусти (9 хромосом) і гаплоїдний набір хромосом редьки (9 хромосом). Але так як хромосоми вихідних батьківських видів були негомологічними, то кон’югація між ними не відбувалася, мейоз не здійснювався, статеві клітини не формувалися. Гібрид був безплідний. Г. Карпеченко зміг подвоїти число хромосом, тобто отримав тетраплоїд. Тепер уже в клітинах гібрида був диплоїдний набір хромосом капусти і диплоїдний набір хромосом редьки. Мейоз став можливим: “капустяні” хромосоми конюгували з “капустяними”, а “редькові” – з “редьковими” і в кожну з гамет завжди потрапляло по одному гаплоїдному набору хромосом редьки та капусти. Метод отримання поліплоїдів у міжвидових гібридів знайшов широке поширення у світовій селекційній практиці.

Організми, які виникли на основі міжвидової гібридизації і мають два диплоїдних набори хромосом – по одному диплоїдному від кожного виду), називають амфіплоїдами. Вони мають важливе значення у видоутворенні, використовуються для ресинтезу (відтворення) старих видів. Наприклад, експериментально в результаті схрещування терну  (Prunus spinosa) з аличою (Р. divaricata) отримана культурна слива (P. domestica), що є доказом її первинного походження  шляхом міжвидової гібридизації.

Якщо безплідність у міжвидових рослинних гібридів ще можна подолати, то у тварин вирішити цю проблему значно складніше.  Лише в деяких випадках у міжвидових гібридів тварин одна чи обидві статі виявляються плідними. Так, у гібрида яка і великої рогатої худоби самці безплідні, тоді як самки – плідні, а мули взагалі нездатні до розмноження.

Головною причиною того, що поліплоїдія у тварин трапляється дуже рідко, є те що цей тип мутацій порушує функціонування хромосомного механізму визначення статі: якщо кількість статевих хромосом стає більшою, ніж дві, спостерігаються зміни розвитку, і такі організми або гинуть, або нездатні до розмноження. А у більшості рослин такого обмеження не існує, бо вони не мають статевих хромосом.

Цікаво, що деякі  гібриди тварин мають власні назви, зокрема:

мул — гібрид кобили і віслюка

лошак — гібрид від схрещування жеребця і ослиці

лігр — гібрид від схрещування лева і тигриці

тігон або тигролев — гібрид від схрещування тигра-самця и левиці

леопон — гібрид леопарда-самця и левиці-самки

ягопард — гібрид ягуара і леопарда

хонорик — гібрид хорька і європейської норки

нар — гібрид одногорбого і двогорбого верблюдів

міжняк — гібрид тетерева і глухарки

хайнак (дзо) — гібрид яка і корови

зубробізон — гібрид зубра і бізона

зорс — гібрид від схрещування  зебри і домашньої кобили

зебрул — гібрид від схрещування зебри і віслюка

5. Науково-дослідницьке значення досягнень гібридизації.

Вчитель. Дослідження і практичні досягнення по гібридизації тварин мають  не лише важливе народно-господарське значення, а й науково-дослідницьке.

Останні цікавинки гібридизації — це спроба створити гібрид людини і тварини. Попри етичні протести суспільства, вперше в світі це вдалося  працівникам університету Н'юкасла, що є провідним центром британської ембріології.  Науковці Великобританії переконані, що гібридні ембріони людини і корови, яким дозволять розвиватися лише декілька днів, допомогли б вдосконалювати технологію терапевтичного клонування та стали б альтернативним джерелом стовбурних клітин. У кінцевому результаті це могло б дати науковцям шанс розробити ліки нового покоління від цілого ряду хвороб: від цукрового діабету  і інсульту до хвороб Паркінсона і Альцгеймера. Під час цих експериментів ДНК людини розмішують у яйцеклітини корів, з яких спеціалісти видалили увесь генетичний матеріал. Із отриманих ембріонів добувають стовбурні клітини. Використання для подібних експериментів яйцеклітин людини є проблемою, адже їх можна отримувати лише в результаті хірургічного втручання в організм жінки.  Представники 223 медичних організацій Великобританії у листі до прем’єр-міністра Тоні Блера висловили прохання дозволити продовжувати подальші дослідження. І хоча у Великобританії репродуктивне клонування людини заборонене з 2001 року, але у сфері терапевтичного клонування британські вчені продовжують експерименти з 2008 року.

6. Техніка гібридизації.

Запитання. Ми з вами сьогодні більше говорили про наслідки гібридизації, але чи уявляєте ви: як саме проводять гібридизацію?

Вчитель. Напевно, не зовсім чітко. Тому я коротко ознайомлю вас із технікою гібридизації.

У тваринництві розрізняють власне гібридизацію та міжпорідне схрещування тварин, потомство яких, на відміну від гібридного, називають помістями. Помісі легко схрещуються між собою і дають потомство. Гібридні тварини, як правило, дуже важко отримати, а якщо це і вдається, то воно виявляється частково (безплідна лише одна стать) або навіть і повністю безплідним (і жіноча, і чоловіча стать безплідна). Це викликає труднощі або навіть взагалі робить неможливе подальше їх розведення. Але у гібридних нащадків гетерозис (підвищення життєвої сили) як правило більш різко виявляється, ніж у помістях.

Якщо у рослинні міжвидові гібриди можна розмножувати вегетативно, то у хребетних тварин, як вам відомо, вегетативне розмноження неможливе. Розмножують складні міжвидові гібриди за допомогою методів клітинної інженерії. Зокрема, новий організм вирощують з окремих гібридних соматичних клітин. Цей метод дістав назву клонування.

Техніка гібридизації рослин досить різноманітна. Це дуже складна і копітка праця, потребує напруження зору. Наприклад, для отримання гібридів кукурудзи намічені сорти висівають рядами, що чергуються і видаляють султани на материнських рослинах за декілька днів до цвітіння. У перехреснозапильних рослин (жито) використовують кастрацію квіток на материнських рослинах. Кастровані колоски  накривають спеціальними мішечками із марлі у два шари — ізоляторами) разом із чоловічими квітуючими колосками, які знаходяться у пляшках з водою, підвішені на спеціальні палиці. У плодових рослин кастрація проводиться за 1-3 дні до розпускання пуп’янків, їх накривають ізоляторами.  А потім на приймочки маточки наносять пилок, що був зібраний заздалегідь. Гібридне насіння таке слабке і недорозвинуте, що для того щоб все таки виростити гібридну рослину потрібно відділити зародок такого гібридного насіння і помістити його на поживне середовище.

Фото 17,18. Техніка гібридизація винограду.

Як бачите, отримання гібридів – це нелегка справа, потребує уважності, точності, акуратності, терплячості, наполегливості, цілеспрямованості.  Але  водночас професія біолога-дослідника чи селекціонера — це творча і надзвичайно захоплююча справа, коли людина відчуває себе творцем на рівні з Богом чогось нового і потрібного для інших …

У нашій країні існує розгалужена мережа селекційних установ: інститутів, селекційних станцій, сортовипробувальних ділянок, племінних господарств, для досліджень яких багатий матеріал дає гібридизація.  Цікаво, що Полтавський інститут агропромислового виробництва ім. М.І.Вавилова УААН - найстаріша науково-дослідна установа сільськогосподарського спрямування на Україні. Бере свій початок з Полтавського Дослідного поля, яке було засновано в листопаді 1884 року. За цей період створено більше 60 сортів і гібридів кормових культур.

7. Поняття про руйнування гібридів.

Вчитель. Жива природа, як і будь-яка система, прагне до рівноваги і підтримує сталість. Як правило, покоління потомків міжвидових гібридів будуть містити дуже багато нежиттєздатних, повністю або частково безплідних особин. Це явище називають руйнуванням гібридів. Це вже остання ланка у тій послідовності перепон, які заважають міжвидовому обміну генів.

V. Узагальнення і систематизація знань.

Для виконання завдань різного рівня складності учні об’єднуються у групи гомогенного складу. Спочатку — робота з підручником, по завершенні якої учні коментують свої записи (завдання №1). А після цього — робота над  проблемними запитаннями (завдання №2)

Можливі відповіді учнів:

-         ні, не варто — сорт може виявитися гібридним, а явище гетерозису, що проявляється у вищій врожайності і життєвій силі рослинних організмів, найбільш сильне лише у гібридів першого покоління.

-         краще дізнатися назву сорту врожайних огірків і придбати сертифіковане насіння такого ж сорту.

Коментар вчителя. Так, більшість голландського насіння — це гібриди, тобто схрещені, а не чисті сорти. Вважається, що з них не варто збирати насіння. У гібридів характеристики сорту не передаються з насінням. Овочі наступного врожаю будуть іншими на вигляд і на смак.

Можливі відповіді учнів:

-         На уроці ми дізналися, що внаслідок явища гетерозису гібриди першого покоління, як правило, швидко ростуть і  переважають батьківські форми за розмірами, витривалістю. Завдяки цим якостям гібриди хижих птахів у конкурентній боротьбі за існування матимуть переваги над «чистокровними» дикими видами. Це може стати причиною різкого зменшення чисельності диких хижих птахів, а можливо і навіть їх вимирання.

Коментар вчителя.  Так, у Швеції, за словами представника місцевої природоохоронної організації, гібридні соколи вже складають серйозну конкуренцію диким сапсанам.

Можлива відповідь учнів:

- книга родоводів зубра дозволяє простежити родовід усіх наявних зубрів, не допустити близькоспорідненого схрещування і спланувати найбільш оптимальну комбінацію особин зубра для підвищення гетерозиготності.

Коментар вчителя. Справа в тому, що відтворений на основі небагатьох особин зубр має низьке генетичне різноманіття  та часто страждає при цьому відрізного роду хвороб. Зважаючи на це зубророзведення як тоді, тоді і зараз намагається максимально використовувати наявний генофонд збережених тварин та не допускати близькоспорідненого схрещування. Так генетика допомагає рятувати цього унікального велетня від вимирання. Отже, розумне використання гібридизації не тільки підвищує продуктивність сільськогосподарських рослин і тварин, має важливе науково-дослідницьке значення, а й відіграє певну роль у збереженні різноманітності органічного світу.

Можливі відповіді учнів:

- для збереження гетерозиготності і збереження виду як такого.

- якщо особини невеликої групи тварин будуть тривалий час розмножуватися між собою — це буде прояв спорідненого схрещування. Біологічним наслідком спорідненого схрещування є ослаблення або навіть виродження нащадків, оскільки у таких гомозиготних організмів збільшується ймовірність генотипного прояву летальних чи сублетальних рецесивних алелей.

- через малу кількість особин цих тварин втрачається гетерозиготність; обмін особинами цих тварин між зоопарками проводять для того, щоб  перевести летальні і сублетальні алелі у гетерозиготний стан і зберегти вид кінь Пржевальського як такий.

Можливі відповіді учнів:

-         я вважаю, що до сумних чи тяжких наслідків для природи це не може привести, тому що така ситуація лише на окремих територіях. Гібриди просто «розчиняться» в популяціях батьківських видів.

-         я думаю, що все залежить від того, чи даватимуть такі гібриди життєздатне потомство. Якщо даватимуть потомство, то нащадки міжняків можуть скласти конкуренцію диким птахам.

Коментар вчителя. Що стосується конкретно міжняків, то вони взагалі є безплідними. І практика дійсно показує, що такі випадки не є масовими. Отже виникнення помісі глухарки і тетерева значного негативного впливу на природу не має.

Таблиця 1.  «Порівняння спорідненого і неспорідненого схрещування»

VI. Підсумкова рефлексія. Використання прийому «Шість капелюхів мислення»

— Чи відповідає епіграф змісту нашого уроку? Аргументуйте відповідь. 

VIІ. Аргументація виставлених оцінок.

VIІІ. Домашнє завдання.

Вивчити  §50 (с.248-254), повторити § 49

Джерела інформації

Кучеренко М.Є. — Загальна біологія /підручник для учнів 10-11 класів/ — Київ, видавництво «Ґенеза», 2000