Доказательство на примере культурных растений семейства Злаковые закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова
Доказательство на примере культурных растений семейства Злаковые закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова
«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 виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство».
Зако́н гомологи́ческих рядов — закон наследственной изменчивости, сформулированный Н.И. Вавиловым в 1920 году. Закон устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений, в основе которого лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение) и гомология (сходство) в порядке их расположения в хромосомах у родственных видов.
Н.И. Вавилов обнародовал этот закон в докладе «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости» в день открытия в Саратове III Всероссийского селекционного съезда 4 июня 1920 года. Позднее ботаник-физиолог профессор Заленский сказал о законе Вавилова:
Главная ценность закона гомологических рядов в наследственной изменчивости состоит в его прогностической сущности, позволяющей вести целенаправленный поиск гендоноров адаптивно значимых и хозяйственно ценных признаков.
На основе закона растениеводы и животноводы могут целенаправленно искать и находить нужные признаки и варианты у различных видов в мировом многообразии форм как культурных растений и домашних животных, так и у их диких родичей. Например, если черная окраска зерна встречается у ржи, пшеницы и других злаков, то растения с такой же окраской зерна могут быть получены у овса и проса. Так Н.И. Вавилов предсказал наличие безалкалоидного (неядовитого) люпина, учитывая существование безалкалоидных форм в родах гороха, фасоли и других растений семейства бобовых.
Цель: влияние климатических факторов (солнечный свет и вода) на злаковые культуры, произрастающие на одном участке (биотоп).
Задачи: наблюдать за воздействием абиотических факторов за культурами одного семейства.
Гипотеза: если на культуры одного семейства (злаковые) воздействуют одинаковые абиотические факторы, то результативность будет одинаковой.
В исследовании использовали 4 вида злаковых растений: рожь, ячмень, овес, пшеница.
Виды работы Дата Результат
подготовка почвы к посадке 10.05. -Перекопка участка для рыхлости землиперекапывают на глубину 20-30 см.
-удобрение земли перегноем. (На 1 м2 вносят 4-6 кг перегноя или компоста)
-выравнивание земли и оформление грядок
Отбор семян 11.05 -очистка от мусора и поврежденных семян
Посадка семян 12.05 - Земля должна быть как можно ровнее. Область, которую вы будете засаживать должна быть глубиной 5.1 см.
- отверстия каждые 15.2 см. и посадить несколько семян на отверстие на глубину 3.8 см.
-покрыть семена пшеницы достаточным количеством почвы для предотвращения семян от высыхания
Полив Каждое утро до 10 часов, если нет дождя Лейка с насадкой в виде сеточки
Наблюдение:
Первые всходы 17.05-20.05
В зависимости от вида -Зерновка овса, словно панцирем, плотно прикрыта цветковыми чешуями, и они оказывают воздействие на ход прорастания:появляющееся колеоптиле не в силах пробить этот пленчатый панцирь и проходит вдоль него, пока не найдет выход у верхушки зерновки, где между соприкасающимися чешуями имеется щель; выйдя из нее, оно направляется кверху.
Продолжающее расти колеоптиле пронзает почву и выходит на дневную поверхность;
-Ячмень:начинается с прорастания семян, заканчивается появлением всходов и образованием третьего листа. Общая продолжительность ее 15-30 дней.
Вначале развивается главный побег и в пазухах зародышевых листьев закладываются почки боковых побегов. Главный зародышевый корешок к концу фазы всходов проникает в почву на глубину до 40 см.
-Пшеница: При температуре почвы на глубине заделки семян 15 °С всходы появляются на 7-ой день (19.05)
-Рожь: для прорастания зародышевых корней требуется 3,8°С, а для появления первого листа требуется более высокая температура. Первым трогается в рост главный корешок и углубляясь в почву поглощает воду и минеральные вещества почвенного раствора. Всходы на 6-8 день.
Кущение: Кущение - это биологический процесс, имеющий важное значение в жизни растений, так как в фазу кущения закладываются органы, определяющие урожай. С 20.05 -У ржи кущение начинается, когда образуется 4-й лист. В это время появляется первый боковой побег из почки в пазухе первого зародышевого листа. Затем появляются следующие побеги из почек в пазухах следующих зародышевых листьев. Одновременно развиваются узловые корни. Каждый новый побег имеет свои корни. Таким путем формируется узел кущения, который располагается близко к поверхности почвы. Узел кущения - важная часть растения, так как в нем формируются боковые побеги и узловые корни. Степень кущения зависит от многих факторов - плодородия почвы, погодных условий, сроков посева, норм высева и глубины заделки семян, а также от биологических особенностей сорта. Кущение продолжается 35-37 дней.
-Кущение яровой пшеницы лучше проходит при температуре 10-12°С.
Недостаток влаги в почве в этот период увеличивает количество бесплодных колосков
-овес:Эта фаза начинается обычно через 10- 15 дней после появления всходов, в момент развития 3- 4-го листа. Число всех стеблей на одно растение обозначается как общая кустистость, а число стеблей с нормально развитой метелкой - как продуктивная. Последняя обычно составляет 2-4 стебля. В разреженных посевах кустистость возрастает. Сорта голозерного овса кустятся сильнее пленчатого. В фазе полного кущения у сортов овса различают следующие формы куста: прямостоячую (сомкнутую), распластанную (лежачую) и промежуточную.
- Кустится ячмень сильнее, чем яровая пшеница и овес. При появлении третьего листа ячмень начинает куститься, то есть образовывать боковые побеги. Главный узел кущения расположен в почве на глубине 1 — 3 см, важно, чтобы узел кущения находился в увлажненном слое почвы.
выход в трубку С 10-24.06 - Ячмень сильно страдает от быстрого наступления высокой температуры в фазе выхода в трубку, когда формируется продуктивность колоса. В период выхода в трубку — колошения наиболее благоприятна среднесуточная температура 20—22°С, Фаза выхода в трубку наступает примерно через 3—4 недели после появления полных всходов.
- пшеница:Период от выхода в трубку до колошения — очень важный этап в развитии зерновых хлебов. В это время усиленно растут листья и соломина, формируется колос. Растение испытывает повышенную потребность во влаге и питательных веществах. В фазе выхода в трубку у яровой пшеницы можно легко различить узлы, междоузлия, язычки и ушки. Стеблевой узел представляет перехват на тех частях стебля, где имеются сплошные перегородки. Междоузлием является часть стебля между двумя узлами. Междоузлия бывают полые, реже выполненные вверху рыхлой тканью. Над стеблевым узлом располагается листовой узел — небольшое кольцевое утолщение, с помощью которого лист прикреплен к стеблю. Лист плотно охватывает междоузлие, что придает стеблю прочность и защищает его нежные растущие части от внешних повреждений. В месте перехода листового влагалища в листовую пластинку находится язычок, представляющий тонкую пленку, прилегающую к стеблю. Около язычка по краям листового влагалища помещаются два полулунных рожка, или ушка, которые способствуют закреплению влагалища листа на стебле.
- Овес:Начинается фаза через 10-15 дней после кущения и означает начало образования соломины. На практике можно определить прощупыванием узла на стебле от поверхности почвы. Обычно с этого момента начинается быстрый рост надземных органов и корней, который продолжается до начала цветения; позднее процессы роста замедляются и постепенно затухают. После выхода в трубку появляются органы полового размножения - цветки, собранные в колоски и в соцветие - метелку.
-Рожь: Вытягивание первого междоузлия на 5-6 см и появление нижнего стеблевого узла на поверхности почвы принято считать началом фазы выхода в трубку. С этого момента начинается быстрый рост стеблей и развитие колоса, заключенного внутри трубки листовых влагалищ. В это время заканчивается образование основной массы листьев. К концу фазы растения достигают высоты, соответствующей особенностям данного сорта.
колошение С 10.07 - Рожь: Фаза отмечается при выдвижении колоса из влагалища верхнего листа. Листья раздвигаются в результате вытягивания междоузлий, листья увеличиваются в размере. Стебель укрепляется механически и выдерживает увеличивающуюся массу листьев и колоса. Колошение начинается в среднем через 40-50 дней после весеннего возобновления вегетации. Период от кущения до колошения у яровой ржи- 25-30 дней.
С 10.07 -Овес: определяют по появлению первого колоска из влагалища верхнего листа.
С 15.07 -Пшеница: Фаза колошения начинается выходом из влагалища последнего листа. Колошение у яровой пшеницы наступает через 50-60 дней после посева и длится 10-12 дней. Эта фаза продолжается 1-4 дня в зависимости от сорта и погодных условий. Наиболее благоприятная температура в этот период 20-25 ºС. В период выхода в трубку и колошения происходит самый интенсивный рост вегетативной массы растений, а также расходуется большое количество влаги (50-60 % потребляемого количества за вегетацию)
С 13.07 -Ячмень: Фаза колошения наступает, когда колос наполовину выходит из влагалища листа. Обычно это случается на 38-42 день после появления всходов. К наступлению колошения ячмень полностью сформировывает генеративные органы— пыльники и пестик с рыльцами.
цветение С 13.07 -Рожь: При созревании генеративных органов цветковые чешуи раздвигаются вследствии набухания лодикул. При этом наружу выбрасываются тычинки и рыльце пестика. В каждом пыльнике у ржи до 20 тыс. пыльцевых зерен.. Цветение яровой ржи наступает через 3-6 дней после колошения и продолжается 6-7 дней. Цветение начинается со средней части колоса. Пыльца переносится ветром на рыльце другого цветка и прорастает, проникает в завязь и сливается с яйцеклеткой. На рыльце своего цветка пыльца плохо прорастает. Для цветения требуется 12,5°С. Цветение каждого цветка продолжается 12-25 минут.
С 15.07 -Овес: Овес считается самоопылителем, однако у гексаплоидных видов нередки случаи перекрестного опыления. Цветение овса начинается одновременно с выходом метелки из влагалища с растрескиванием пыльников самых верхних ее колосков и концов отдельных веточек. Затем цветение последовательно переходит к основанию веточек и мутовок метелки. В колоске оно начинается с нижнего цветка и идет в восходящем порядке, поэтому колоски в метелке разновозрастные: если в нижней части метелки еще наблюдается цветение, в верхушечных колосках происходит налив зерна.
С 25.07 -Пшеница: Цветение яровой пшеницы протекает интенсивнее в утренние и вечерние часы. Продолжительность цветения одного колоса 3-5 дней, а всего поля обычно 5-7 дней. Яровая пшеница относится к самоопыляющимся культурам, но не исключено и перекрестное опыление. Недостаточная влажность и повышенная температура воздуха в это время снижают степень оплодотворения цветков, что уменьшает число зерен в колосе
С 20.07 -Ячмень: Цветение — важный период в жизни растений, так как к концу его прекращается рост вегетативных органов, а в большинстве случаев — и рост корневой системы. Ячмень — самоопыляющееся растение, однако в ряде случаев опыляется и перекрестно. В каждом развитом цветке у него находятся мужские и женские органы. Цветение ячменя чаще всего совпадает с началом колошения и реже (через 1—3 дня) после него. В засушливые годы ячмень цветет во влагалище листа.
Цветение начинается со средних колосков и одновременно распространяется на верхние и нижние части колоса. Наиболее интенсивное цветение и оплодотворение наблюдается в утренние часы. Весь процесс оплодотворения продолжается 6—8 ч.
созревание С 20.05 -Рожь:Поскольку колошение происходит не одновременно, то зерно от разных побегов формируется при различных условиях. В пределах каждого колоса зерно также не однородно. Кроме внешних условий на зерно влияют внутренние условия, поэтому зерно отличается по морфологии, биохимии. Скорость созревания зерновки зависит от погодных условий. Сильное влияние оказывают ветры, температура воздуха и влажность. При молочной спелости зерно имеет зеленую окраску, содержит 60-40% воды, в которой растворены органические вещества. При восковой спелости растение желтеет. Зерно становится желтым, имеет консистенцию воска. В эту фазу зерно отделяется от материнского растения. Влаги в зерне 20-40%. При полной спелости растение полностью желтеет, зерно твердеет, имеет 14-16% влаги. В период созревания в зерне увеличивается содержание крахмала, в стебле уменьшается содержание сахара. В зерне до конца молочной спелости увеличивается содержание азота. В начале созревания в зерне активны различные ферменты, но в стадии восковой спелости зерно устойчиво на влияние ферментов. При полной спелости зерно имеет слабую ферментативную активность. В молочной и восковой спелости в зерне много аскорбиновой кислоты, каротина и каротиноидов. При полной спелости их количество резко уменьшается. В период восковой спелости в зерновке накапливаются все жизненно необходимые вещества, обеспечивающие нормальную всхожесть.
С 22.07 -Овес: При послеуборочном дозревании в зерне протекают сложные биохимические процессы. Содержание азотистых веществ и крахмала в зерне по мере хранения увеличивается, количество сахаров уменьшается. Семена при хранении от - 1 до 25 °С имеют малорастворимые белки, которые распадаются до аминокислот, тормозится дыхание. При покое у семян ржи влажность должна быть 10%. Если влажность увеличивается дыхание усиливается, что приводит к самосогреванию зерна.
С 28.07 -пшеница: созревание зерна наступает после оплодотворения завязи, когда начинается приток в нее питательных веществ и постепенное ее разрастание. Различают три фазы созревания: молочную, восковую и полное созревание.
С 22.07 -Ячмень: Формирование зерна у ярового ячменя продолжается 10-11 дней. В конце этого этапа зерно достигает окончательной длины, но остается щуплым. Содержание влаги в нем снижается с 80 до 65%. Растение и зерно имеют зеленый цвет. Налив зерна длится 11-14 дней, от начала молочной до восковой спелости. Во время налива происходит максимальное накопление в зерне минеральных и органических веществ, при снижении влаги до 40%. При сдавливании зерна в молочной спелости выделяется белая жидкость.
Сбор семян -Рожь: При послеуборочном дозревании в зерне протекают сложные биохимические процессы. Содержание азотистых веществ и крахмала в зерне по мере хранения увеличивается, количество сахаров уменьшается. Семена при хранении от - 1 до 25 °С имеют малорастворимые белки, которые распадаются до аминокислот, тормозится дыхание. При покое у семян ржи влажность должна быть 10%. Если влажность увеличивается дыхание усиливается, что приводит к самосогреванию зерна.
- Овес:
-Пшеница: Молочная спелость наступает через 8-18 дней после начала цветения. В эту фазу зерно достигает нормальной длины, при надавливании из него выступает белая, густой консистенции жидкость. Влажность зерна при этом высокая – 72-47 %.
Восковая спелость наступает через 10-14 дней после молочной. Зерно приобретает желтоватую окраску, его содержимое, как воск, хорошо режется ногтем. В этой фазе спелости в зерновке содержится 32-25 % воды.
Полная спелость характеризуется потерей воды в зерне до 18-15 %, оно приобретает характерную для сорта окраску, твердость, ногтем не режется.
-Ячмень:
Подводя итоги рассмотренным закономерностям, мы приходим к следующим положениям.
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.
Гомологическая изменчивость обусловлена генетическим родством видов и родов, проявляется лучше всего в переделах одного семейства, тогда как в аналогичной и общей изменчивости генетическое родство не играет роли.
Позже было установлено, что этот закон распространяется на животные и микроорганизмы. Так, альбинизм встречается у всех классов позвоночных животных, коротколапость наблюдается у всех пород крупного рогатого скота, овец и собак.
Подготовка почвы к посадке
Посадка семян и полив
Первые всходы и кущение
Созревание