Культурные растения: происхождение, сорта и земледелие
Узнаем, как отбор изменял растения, чем различаются центры происхождения и разнообразия и почему сорняк — не ботанический вид.
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
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?
- Высокое разнообразие сортов указывает на важный регион многообразия.
- Для вывода о происхождении нужны дополнительные данные: древние остатки, историю выращивания и генетические связи с дикими родственниками.
- 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
- По открытым материалам хозяйства или безопасной экскурсии с учителем составьте список не менее пяти реально выращиваемых культур региона.
- Для каждой укажите семейство, используемый орган, способ посева или посадки и наблюдаемый сезон развития; не угадывайте признаки только по названию продукта.
- 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.
| Участок | Начальный запас | Поступление извне | Вынос с урожаем | Другие потери за границу |
|---|---|---|---|---|
| Луг без изъятия урожая | 100 | 10 | 0 | 5 |
| Поле со сбором урожая | 100 | 10 | 30 | 5 |
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.
- 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.
- 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.
- 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?
- 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
- На доступном безопасном участке сада или учебной грядки сфотографируйте растения, растущие среди посевов, без удаления.
- По определителю установите хотя бы род и отметьте, какие культуры и ресурсы рядом могут использоваться ими одновременно.
- 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
- 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.
- 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.
- ФРП ООО «Биология», базовый уровень, 5–9 классы
- ФРП биологии 5–9 классов, базовый уровень
- FAO: культурные сорта, местные формы, дикие родственники и сохранение
- Международный центр картофеля: Андский регион и разнообразие культур
- USDA: наследственные признаки одомашнивания пшеницы
- FAO, Sanchez и Palm: поступление, круговорот и вынос элементов урожаем
- Университет Миннесоты: культуры-хозяева и ограничения севооборота против соевой нематоды
- Исследование Университета Миннесоты: двенадцатилетний опыт чередования сортов и управления нематодой
- Мичуринский ГАУ: методы отдалённой гибридизации И. В. Мичурина
- Kew: современное родовое положение черёмухи Мака (Prunus maackii)
- UMN Extension: полевое кормовое и сидеральное использование гороха
- UMN Extension: овощное использование гороха