Умблик
7 класс · базовый
Биология · 7 класс · базовый уровень
Биология · базовый уровень · 7 класс · Урок 12

Культурные растения: происхождение, сорта и земледелие

Узнаем, как отбор изменял растения, чем различаются центры происхождения и разнообразия и почему сорняк — не ботанический вид.

Растения и человек

Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс

Растения и человек

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Культурные растения и их происхождение
  • Центры многообразия и происхождения культурных растений
  • Земледелие
  • Овощные, плодово-ягодные и полевые культуры
  • Изучение сельскохозяйственных и сорных растений региона
Отбор меняет частоту наследуемых признаков поколение за поколениемдикая линиякультураразные сортаРазмеры условны; это модель, а не история конкретного вида.
Учебное сравнение дикорастущей формы, культурного растения и сортов. Схема не показывает конкретную родословную пшеницы или томата.

Как это устроено

Многие культурные растения возникли в результате длительного выращивания и отбора дикорастущих предков. Человек сохранял семена или вегетативные части растений с нужными свойствами, а условия поля влияли на выживание. Поэтому сорт может давать крупные плоды или удобный для уборки урожай, но нередко требует защиты и ухода, которых не было у дикого предка.

Одомашнивание и селекцию не сводят к простой картинке «дикое мелкое → культурное крупное». У злаков важным для уборки может быть удержание зрелых зерновок, а не только их размер; у разных видов отбирали вкус, сроки созревания, устойчивость и форму органов. Наследственные варианты сначала должны существовать или возникнуть, затем отобранные растения должны дать потомство с нужным признаком. Благоприятная почва может увеличить плод в одном сезоне без наследственного изменения сорта — это действие среды, а не доказательство нового сорта.

Н. И. Вавилов показал важность географических областей разнообразия культурных растений и их диких родственников. Современные генетические и археологические исследования уточняют происхождение каждой культуры. Не смешивайте центр нынешнего разнообразия с точным местом первого выращивания: их местоположения могут различаться, а история отдельных культур иметь несколько центров.

И. В. Мичурин работал с плодово-ягодными растениями: скрещивал выбранные формы, выращивал потомство, отбирал и испытывал сеянцы с нужными признаками. Среди примеров отдалённой гибридизации — церападусы, полученные при скрещиваниях вишни и черёмухи. Это не превращение взрослой вишни в другой вид, а получение и проверка потомства. Совместимость родителей ограничивает скрещивания; желаемое свойство не возникает гарантированно у всех потомков. Исторические обозначения «межродовые» нужно читать в их классификации: в современных источниках вишню и многие черёмухи включают в род Prunus. Карточки четырёх учёных в уроке о систематике позволяют сравнить вклад селекционера, коллекционера, систематика и экспериментатора.

Для картофеля Анды — важный район раннего одомашнивания и высокого разнообразия местных форм, но отдельное поле нынешнего выращивания в России не становится от этого «центром происхождения картофеля». Вывод проверяют по древним остаткам, генетическому родству выращиваемых и диких форм и истории распространения. Центр разнообразия может изменяться со временем и зависит от того, какие формы исследователь подсчитал; на карте не следует ставить одну точку как окончательный ответ для каждой культуры.

Овощные, плодово-ягодные и полевые культуры — удобные хозяйственные категории, но ботанически они не образуют отдельные семейства. Томат как овощная культура имеет плод-ягоду; картофель выращивают ради клубня-побега; пшеница — полевая культура со злаковым плодом-зерновкой. Чтобы понять выращивание, нужно знать строение используемого органа.

Растение одного вида может выращиваться в разных хозяйственных целях. Подсолнечник относят к полевым масличным культурам ради семянок, но его сорт может быть и декоративным; морковь как овощную культуру выращивают ради корнеплода, хотя растение способно цвести и образовывать семена. В таблице указывайте конкретный вид, используемый орган и цель выращивания, иначе слова «овощ» или «зерно» смешивают ботанический и бытовой смысл.

Сорные растения конкурируют с культурой за свет, воду и минеральные вещества, иногда мешают сбору урожая. Но одно и то же растение может быть сорняком на поле, полезным кормовым или частью природного сообщества в другом месте. Уход за посевом включает не только удаление растений: важны почва, вода, сроки, безопасность и сохранение биоразнообразия вокруг полей.

Земледелие включает подготовку почвы, выбор подходящего посадочного материала, сроки посева, уход, контроль болезней и вредителей и сбор урожая. Севооборот помогает не оставлять одну и ту же культуру на одном поле без оценки последствий, но эффект зависит от выбранной последовательности и местных условий. Сравнивая опытные грядки, держите одинаковыми полив, площадь и способ измерения урожая; иначе нельзя уверенно приписать различие одному новому приёму.

Сравните естественное луговое сообщество без сбора биомассы и поле с уборкой урожая. На обоих есть продуценты, консументы, разлагатели и неживая среда. На поле человек обычно поддерживает преобладание выбранной культуры посевом, уходом и подавлением конкурентов; у выращиваемых форм может быть ограниченное разнообразие и сходная восприимчивость к определённому вредителю. Управление удерживает нужный состав, а после его прекращения он может меняться. Это объясняет зависимость многих агроценозов от ухода, но не означает, что любой естественный биоценоз неуязвим, а любой агроценоз немедленно погибнет без человека.

Урожай уносит элементы питания за границу поля. Разложение собственных остатков возвращает часть уже имевшегося вещества в доступные формы, но не создаёт взамен вывезенного новый элемент. Если выход постоянно превышает поступление, запас может уменьшаться. Для поддержания производства оценивают посевной материал, воду, вещества, труд и энергию для обработки; полив и конкретные добавки нужны не каждому полю одинаково. Нельзя смешивать приход солнечной энергии с приходом массы азота или предлагать дозу удобрения по условной учебной таблице.

Севооборот имеет причинное объяснение, а не только правило «меняй названия растений». Если конкретный вредитель размножается на первой культуре, но не на следующей, часть цикла его размножения на посеве прерывается. Различия корней и используемых ресурсов могут менять условия почвы. Однако вредитель может сохраняться в покое или на сорных хозяевах, а культуры имеют свои болезни и потребности; поэтому последовательность выбирают под местные условия и проверяют. Бобовые с подходящими клубеньковыми бактериями могут получать азот из атмосферы, но это не гарантирует полного снабжения азотом, не создаёт фосфор и не отменяет выноса урожаем.

Сохранение разнообразия культур происходит одновременно в поле, у фермеров, в естественных местах обитания диких родственников и в документированных банках семян. Семена в банке — резерв для изучения и будущего выращивания, но там не продолжаются естественные взаимодействия растений с почвой, опылителями и соседями. Местные сорта и дикие родственники важны потому, что содержат разные наследственные варианты, которые могут пригодиться при изменении климата или появлении болезней; ценность отдельного варианта нужно проверять, а не обещать заранее.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Культурное растение

Растение, которое человек выращивает ради пищи, сырья, лекарственного или декоративного использования и свойства которого нередко менялись под действием отбора.

Пример: Пшеницу возделывают ради зерновок, а яблоню — ради плодов; обе культуры имеют множество сортов.

Одомашнивание растения

Исторический процесс изменения популяций растений при выращивании и отборе человеком, в результате которого некоторые наследственные признаки становятся чаще.

Пример: При длительном отборе злаков люди сохраняли растения с удобными для сбора и более крупными зёрнами.

Важно: Этот процесс не был одноразовым событием и у разных культур проходил по-разному.

Искусственный отбор

Выбор человеком растений для размножения по желаемым наследуемым признакам, например урожайности, вкусу или устойчивости к условиям выращивания.

Пример: Семена томатов с нужными свойствами собирают от отобранных растений, чтобы получить следующее поколение.

Сорт

Группа культурных растений внутри вида или близкого комплекса с установленными отличительными хозяйственно ценными признаками, поддерживаемыми при размножении.

Пример: Два сорта яблони могут различаться сроком созревания, размером и вкусом плодов.

Важно: Сорт — не то же самое, что биологический вид или отдельный плод.

Местный сорт (ландрас)

Исторически выращиваемая в определённой местности популяция культурного растения с разнообразными наследственными вариантами, поддерживаемая отбором и обменом посадочного материала. Это не обязательно единый генетически однородный современный сорт.

Пример: Фермеры в горном районе могут сохранять разные местные формы картофеля с подходящими для их участка сроками развития.

Селекция растений

Научно и практически организованное получение и улучшение форм культурных растений с нужными признаками с помощью отбора, скрещивания и других проверяемых методов. Оценивают не только желаемый признак, но и его наследование и поведение в разных условиях.

Пример: Селекционер сравнивает потомство разных линий пшеницы по урожаю и устойчивости к болезни в нескольких испытаниях.

Дикорастущий родственник культуры

Вид или популяция, родственная выращиваемому растению и сохраняющая наследственное разнообразие, которое может быть полезно при изучении и улучшении культуры. Родство не означает, что дикое растение безопасно есть.

Пример: Дикие родственники пшеницы помогают исследовать варианты устойчивости к засухе и болезням.

Центр происхождения культуры

Географическая область, с которой связывают ранние этапы одомашнивания определённой культурной линии по археологическим, генетическим и другим данным.

Пример: Для картофеля важны области Анд, где происходили ранние этапы его одомашнивания.

Важно: У некоторых культур были несколько путей и мест одомашнивания; точные границы уточняются.

Центр разнообразия

Область с особенно большим разнообразием форм и родственников определённой культуры в выбранном масштабе исследования.

Пример: Местные сорта и дикорастущие родственники культуры могут сосредоточиваться в регионе высокого генетического разнообразия.

Важно: Центр нынешнего разнообразия не обязан точно совпадать с местом первого одомашнивания.

Земледелие

Деятельность по выращиванию сельскохозяйственных растений, включающая подготовку почвы, посев, уход, защиту растений и получение урожая.

Пример: Полевод учитывает свойства почвы, сроки посева и водообеспечение при выращивании пшеницы.

Агроценоз

Сообщество организмов сельскохозяйственного участка, которое человек создаёт или существенно изменяет и поддерживает ради урожая. Кроме культуры включает сорные растения, животных, грибы, бактерии и их связи.

Пример: На пшеничном поле живут не только растения пшеницы, но и сорняки, насекомые, почвенные грибы и бактерии.

Важно: Агроценоз — живая часть; поле с почвой, водой и другими неживыми условиями рассматривают как агроэкосистему.

Агроэкосистема

Система сельскохозяйственного участка, включающая его агроценоз, неживую среду и потоки веществ и энергии, изменяемые управлением человека.

Пример: Поле вместе с почвой, водой, организмами и потоками посева, урожая и внешних ресурсов — агроэкосистема.

Вынос веществ с урожаем

Удаление за выбранную границу участка элементов, содержащихся в собранных и вывезенных органах растений. Если урожай вывезен, эти элементы уже не возвращаются здесь с его остатками.

Пример: При вывозе зерновок пшеницы с поля удаляются содержащиеся в них азот, фосфор и другие элементы.

Баланс элемента на участке

Сопоставление поступления элемента извне и его выхода за границу за выбранное время. При учитываемых потоках конечный запас равен начальному плюс поступление минус потери; внутреннее перемещение не является новым поступлением.

Пример: Переход фосфора из листа в почву при разложении внутри поля отличается от привоза содержащего фосфор материала извне.

Важно: Доступность элемента растению и общий запас — не одно и то же; расчёт не назначает удобрения.

Растение-хозяин вредителя

Растение, на котором конкретный вредитель может питаться или размножаться на соответствующей стадии. Культура, не являющаяся хозяином данного организма, не обязательно защищена от всех других вредителей.

Пример: В предоставленной карточке соя служит хозяином соевой цистообразующей нематоды, кукуруза — нет; эту пару нельзя применять к любому вредителю.

Севооборот

Планируемое чередование сельскохозяйственных культур на участке по годам или сезонам с учётом потребностей растений, состояния почвы и риска болезней и вредителей. Сам по себе севооборот не заменяет всех остальных мер ухода.

Пример: После зерновой культуры агроном может запланировать другую культуру, а не повторять одну и ту же посадку на поле без оценки почвы.

Банк семян растений

Организованное хранение документированных образцов семян с контролем условий и жизнеспособности для сохранения разнообразия и будущего исследования. Он дополняет, но не заменяет сохранение живых популяций и мест их обитания.

Пример: Семена нескольких местных форм культуры могут храниться отдельно с данными об их происхождении и проверяться на способность прорастать.

Овощная культура

Выращиваемое растение, у которого в пищу обычно используют сочные или зелёные органы; категория хозяйственная, а не строгая ботаническая группа.

Пример: Морковь выращивают ради корнеплода, капусту — ради листьев, томат — ради плодов, хотя все три считаются овощными культурами.

Плодово-ягодная культура

Выращиваемое растение, от которого получают плоды для пищи или переработки; бытовое слово «ягода» в названии категории не всегда совпадает с типом плода в ботанике.

Пример: Яблоня и смородина — плодово-ягодные культуры, но их плоды устроены по-разному.

Сорное растение

Растение, нежелательное на конкретном участке выращивания культуры, потому что оно мешает цели земледелия или осложняет уход и сбор урожая.

Пример: Лебеда может быть сорняком в посеве моркови, хотя вне поля является обычным компонентом растительности.

Важно: «Сорняк» — хозяйственная оценка в определённом месте, не систематическая группа и не признак «бесполезного вида».

Полевая культура

Хозяйственная категория культурных растений, которые выращивают на полях ради зерна, масла, волокна, корма и другой продукции; её выделяют по назначению и системе выращивания.

Пример: Пшеница для зерна и подсолнечник для масла — полевые культуры; горох может быть овощной либо полевой культурой в зависимости от цели.

Важно: Это не таксон: полевые культуры относятся к разным семействам, а одна культура может иметь несколько назначений.

Пример по шагам

Рядом с полем много местных сортов культуры. Можно ли сразу объявить его точным местом её первого одомашнивания?

  1. Высокое разнообразие сортов указывает на важный регион многообразия.
  2. Для вывода о происхождении нужны дополнительные данные: древние остатки, историю выращивания и генетические связи с дикими родственниками.
  3. Запишите осторожный вывод: регион может быть центром разнообразия, но это не автоматическое доказательство первого места одомашнивания.

Вывод: Центр разнообразия и центр происхождения связаны, но не являются синонимами.

Практическая работа

Сельскохозяйственные растения своего региона

  1. По открытым материалам хозяйства или безопасной экскурсии с учителем составьте список не менее пяти реально выращиваемых культур региона.
  2. Для каждой укажите семейство, используемый орган, способ посева или посадки и наблюдаемый сезон развития; не угадывайте признаки только по названию продукта.
  3. Отдельно зафиксируйте одно растение, которое на посеве считают сорным, и объясните, почему этот статус зависит от участка.

Что можно заключить: Культурные растения региона различаются систематически и по используемым органам; хозяйственные группы не равны таксонам.

Безопасность: Не заходите на работающие поля без разрешения и взрослого, не прикасайтесь к обработанным растениям и не собирайте образцы после применения агрохимикатов.

Практическая работа

Луг и поле: считаем вынос элемента и обосновываем севооборот

Учебные модельные данные — не результаты реального опыта

Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.

Баланс одного элемента за условный год: все величины в условных единицах
УчастокНачальный запасПоступление извнеВынос с урожаемДругие потери за границу
Луг без изъятия урожая1001005
Поле со сбором урожая10010305

Все числа вымышлены для расчёта, не дозы удобрений, не реальные запасы азота и не прогноз урожая. Солнечную энергию не складывают с массой элемента. Внутреннее разложение меняет доступность и место элемента, а не общий запас внутри выбранной границы.

  1. Различите живое сообщество (биоценоз) и целую систему «сообщество плюс неживая среда» (экосистема). В поле поддерживаемое человеком сообщество называют агроценозом, а всю систему с почвой, водой и управлением — агроэкосистемой.
  2. Граница каждого участка включает почву, живую биомассу и органические остатки. По таблице рассчитайте запас элемента в конце года: начальный запас + поступление извне − вынос с урожаем − другие потери. Перемещение элемента из растения в опавший лист внутри границы повторно не прибавляйте.
  3. На сколько отличаются конечные запасы? Что произойдёт с запасом поля за второй такой же условный год, если внешние потоки останутся прежними? Почему возвращение собственных растительных остатков не создаёт новый элемент из ничего?
  4. Готовые карточки севооборота: А — три года выращивают восприимчивую сою; Б — соя, затем кукуруза, затем соя. Для этого задания задан организм-вредитель — соевая цистообразующая нематода; кукуруза не служит её хозяином. В каком варианте один сезон разрывает размножение на выращиваемой культуре? Объясните, почему это не означает мгновенного уничтожения вредителя, защиты от любой болезни или восполнения всех элементов питания.

Что можно заключить: Луг: 100+10−0−5=105; поле: 100+10−30−5=75; разница 30 условных единиц из-за вывезенного урожая. Второй такой же год поля: 75+10−30−5=50. Отрицательный баланс может истощать запас при повторении, но это не доказательство реальной скорости истощения почвы. Вариант Б содержит сезон без растения-хозяина на посеве и может уменьшать размножение данного вредителя; сохраняющиеся яйца, растения-сорняки и местные условия мешают обещать полное устранение. Севооборот выбирают под культуры, вредителя, воду и почву; баланс веществ и другие меры оценивают отдельно.

Безопасность: Только расчёт и предоставленные карточки; не применять удобрения или средства защиты по этому заданию и не работать на производственном поле без разрешения и взрослого.

Практическая работа

Сорные растения без выкапывания

  1. На доступном безопасном участке сада или учебной грядки сфотографируйте растения, растущие среди посевов, без удаления.
  2. По определителю установите хотя бы род и отметьте, какие культуры и ресурсы рядом могут использоваться ими одновременно.
  3. Сравните тот же вид вне грядки и обсудите, меняется ли его хозяйственная оценка.

Что можно заключить: Статус сорного растения определяется контекстом земледелия, а не принадлежностью к отдельному «царству сорняков».

Безопасность: Не пробуйте неизвестные растения и не удаляйте посадки без разрешения; мойте руки после работы с почвой.

Практическая работа

Хозяйственные категории: цель выращивания важнее таксона

  1. Классифицируйте карточки: А — пшеница на поле ради зерновок для муки; Б — томат ради свежих плодов; В — яблоня в саду ради плодов; Г — подсолнечник на поле ради масла из семян; Д — декоративный подсолнечник в клумбе ради корзинок.
  2. Отдельно назовите орган продукции. У гороха сравните овощное использование нежных семян и полевое выращивание ради сухого зерна или корма. Изменился ли от этого ботанический вид?

Что можно заключить: А и Г — полевые культуры в указанных системах выращивания, Б — овощная, В — плодово-ягодная, Д — декоративная. У пшеницы продукция — зерновки, у томата и яблони — плоды, у масличного подсолнечника масло извлекают из семян, находящихся в сухих плодах. Полевые культуры — хозяйственная категория растений, выращиваемых на полях ради зерна, масла, волокна, корма и другой продукции. Категории могут пересекаться: один горох выращивают и как овощ, и как полевую культуру; одно название семейства не определяет технологию и цель выращивания.

Безопасность: Карточки готовы; пробовать обработанные семена и собирать урожай с неизвестного поля не нужно.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.