Рисунок. В соответствии с программой Министерства образования и науки Украины (приказ 306 от 20. 05. 2001)
 Скачать 3.46 Mb.
|
|
Тема 7. закономерности изменчивости 76 76 классификация мутаций Типы мутаций по уровню возникновения Генные . (точечные) Хромосомные Геномные Изменения .отде- льных .генов: — . .замены .азо- тистых .основа- ний; — . .выпадение .или . добавление .но- вых .оснований Изменения .структуры .хромосом: нехватки .— .утрата .концевого .участка .хромосомы; делеция .— .утрата .участка .средней .части .хромо- сомы; дупликация .— .повторение .участка .хромосомы; инверсия .— .переворот .участка .хромосомы .на .180 . °; транслокация .— .обмен .участками .между .него- мологичными .хромосомами Изменение .количества .хро- мосом .организма: . анеуплоидия .— .изменение . количества .хромосом, .не . кратное .гаплоидному .набору; полиплоидия .— .изменение . количества .хромосом, .крат- ное .гаплоидному .набору Типы мутаций по происхождению Спонтанные Индуцированные Возникают .без .видимых .причин Возникают .под .воздействием .мутагенных .факторов .(мутагенов) Типы мутаций (по месту возникновения) Генеративные Соматические Возникают .в .гаметах .и .проявля- ются .в .следующих .поколениях Возникают .в .соматических .клетках, .проявляются .в .этом .организ- ме . .Могут .передаваться .потомкам .при .вегетативном .размножении Типы мутаций в зависимости от влияния на жизнедеятельность организма Летальные Сублетальные Нейтральные Полезные Приводят .к .гибели . организма Снижают .жизнеспо- собность .организма При .определенных .условиях . не .влияют .на .организм Повышают .жизнеспо- собность .организма Вероятность . того, . что . мутация . повысит . жизнедеятельность, . не- значительна . .Но .при .изменении .ус- ловий . существования . нейтральные . мутации . могут . стать . полезными . для .организма . закон гомологических рядов наследственной изменчивости В 1920—1921 гг. Н. И. Вавилов сформировал закон гомологических рядов Виды .и .роды, .генетически .близкие, .характеризуются .подобными .ряда- ми .наследственной .изменчивости Генетически .близкие .родственники .имеют .общее .происхождение .путем . дивергенции .от .общего .предка . .В .семьях .видов, .имеющих .общее .проис- хождение, .возникают .и .подобные .мутации Закон .гомологических .рядов .позволяет .прогнозировать .характер .изменчи- вости .у . .родственных .видов, .что .облегчает .поиск .материала .для .селекции Николай .Иванович .Вавилов . (1887—194) раздел ІІІ 77 77 Тема8.селекция и биотехнология генетичеСкие оСновы Селекции оРганизМов Селекция .— .наука, .исследующая . выведение .новых .и .усовершенство- вание . существующих . сортов . куль- турных . растений, . пород . животных . и . штаммов . микроорганизмов, . от- вечающих . потребностям . человека . и .общества . Сорт, порода, штамм . — . это . ис- кусственно . созданные . человеком . разновидности . растений, . живот- ных . и . микроорганизмов, . имеющие . определенные . наследственные . осо- бенности: . комплекс . морфологичес- ких .и .физиологических .признаков, . продуктивность .и .норму .реакции . Н. И. Вавилов указал, что для успешной работы селекционеру следует изучать и учитывать: 1) .исходное .сортовое .и .видовое .разнообразие .растений .и .животных; 2) .наследственную .изменчивость .(мутации); ) .роль .среды .в .развитии .и .проявлении .исследуемых .признаков; 4) .закономерности .наследования .при .гибридизации; 5) .формы .искусственного .отбора, .направленные .на .выделение .и .закрепление .желательных .признаков . основные методы селекции Основные методы селекции Искусственный отбор Отбор, .совершаемый .человеком Ненаправленный Цель .заранее .не .поставлена Направленный Заранее .поставлена .цель Гибридизация Скрещивание .разнородных . в .наследственном .отношении .организмов Механизм искусственного отбора по ч. дарвину Выделение .отдельных .особей .с .признаками, .интересующими .человека Отбор .особей, .унаследовавших .от .родителей .желательные .для .человека .признаки Размножение .особей .с .полезными .признаками Развитие .желательного .признака, .его .закрепление Тема 8. Селекция и биотехнология 78 78 Формы искусственного отбора Массовый Индивидуальный Выделение .из .исходного .материала .целой .груп- пы .особей, .имеющих .желательные .для .селекци- онера .признаки Выделение .отдельных .особей .с .интересными . для .селекционера .признаками .и .получение .от . них .потомков Формы гибридизации Внутривидовая (в рамках одного вида) Родственное .скрещивание .(инбридинг) Неродственное .скрещивание .(аутбридинг) Скрещивание .организмов, .имеющих .непос- редственных .общих .предков . .Используют .для . получения .чистых .линий . Повышается .гомозиготность Гибридизация .организмов, .не .имеющих .тесных . родственных .связей . .Часто .наблюдается .явле- ние .гетерозиса .— .«гибридной .силы» . Повышается .гетерозиготность Межвидовая (между особями разных видов) Гибридизация .особей, .принадлежащих .к .разным .видам, .родам, .с .целью .объединения .у .гибридов . ценных .наследственных .признаков: Рожь .× .пшеница .⇒ .тритикале Кобыла .× .осел .⇒ .мул Чаще .всего .межвидовые гибриды бесплодны . . Впервые . методику . пре- одоления . бесплодности . межвидо- вых . гибридов . у . растений . разра- ботал . в . 1924 . г . . русский . ученый . Г . .Д . .Карпеченко . .Скрещивая .редьку . с . капустой, . он . удвоил . число . хромо- сом .у .гибрида . .Это .растение .не .было . похоже .ни .на .редьку, .ни .на .капусту . отдаленная гибридизация . ши- роко . применяется . в . плодоводстве: . И . . В . . Мичурин . получил . таким . об- разом .гибриды .ежевики .и .малины, . сливы .и .терна .и .др . гибриды растений . можно . раз- множать . вегетативно, . чего . нельзя . делать .с .животными . Размножают . сложные . межвидо- вые .гибриды .и .методами .клеточной инженерии . . Новый . организм . мож- но . получить . из . отдельных . гибрид- ных .соматических .клеток . .Этот .ме- тод .называется .клонированием . особенности растений как объектов селекции Особенности растений Высокая .плодовитость .(большое .число .потомков) Кроме .полового .размножения, .характерно .также .вегетативное Присуще .явление .полиплоидии Неприхотливы .к .условиям .среды Не .требуют .больших .экономических .затрат . а . б . в Гетерозис по продуктивности кукурузы а), .в) .родительские . линии; .б) .гибрид раздел ІІІ 79 79 Методы селекции растений Высокая .урожайность, .многочисленность .потомства .позволяют .использовать .метод .массового .отбора Наличие .самоопыляющихся .видов . .дает .возможность .вывести .чистую .линию .путем .применения . индивидуального .отбора Благодаря .вегетативному .размножению .можно .продолжительное .время .сохранять .гетерозигот- ную .комбинацию, .соматическую .мутацию Влияя .на .прорастание .семян .химическими .веществами, .излучением, .удается .получать .материал . для .отбора Полиплоидия .— .один .из .путей .улучшения .сортов .культурных .растений Значительный . вклад . в . развитие . селекции . растений . сделали . селек- ционеры-генетики: .И . .В . .Мичурин, . Г . . Д . . Карпеченко, . Н . . В . . Цицин, . Н . . Н . . Лукьяненко, . В . . Н . . Ремесло, . В . . С . . Пустовойт . . Они . вывели . вы- сокоурожайные . сорта . сахарной . свеклы, . гречихи, . хлопка, . высоко- производительные .кубанские .сорта . пшеницы, . украинские . сорта . «Ми- роновская-808», . «Юбилейная-50», . «Харьковская-6» .и .др . особенности животных как объектов селекции Немногочисленность .потомства Значительная .продолжительность .жизни Раздельнополые .(затрудняет .инбридинг) Только .половое .размножение Необходимая .гомозиготность .чистых .линий .достигается .за .счет .близкородственного .скрещива- ния, .ведущего .к .инбредной .депрессии Сложные .взаимоотношения .с .окружающей .средой .в .связи .с .наличием .нервной .системы Каждый .объект .представляет .собой .значительную .селекционную .ценность Значительные .экономические .затраты .на .содержание Методы селекции животных Не .применяется .массовый .отбор, .учитывая .соотносительную .изменчивость Определение .качества .производителей .по .показателям .потомков; .изучение .родословной Искусственное .оплодотворение, .получение .ценных .пород .большого .рогатого .скота .в .искусствен- ных .условиях .(«в .пробирке») . .Потом .эмбрион .пересаживают .в .матку .самки .другой .породы .для . дальнейшего .развития . .Таким .образом .можно .получить .значительное .количество .потомков .с .важ- ными .практическими .свойствами особенности микроорганизмов и их селекции Не .имеют .типичного .полового .процесса Гаплоидные, .что .дает .возможность .мутациям .проявляться .уже .в .первом .поколении .потомков Быстрые .темпы .размножения .дают .возможность .получать .большое .количество .клеток .— .потомков Тема 8. Селекция и биотехнология 80 80 основные направления современной биотехнологии Биотехнология . — . это . совокуп- ность . промышленных . методов, . применяющихся . для . производства . разных . веществ . с . использованием . живых .организмов, .биологических . процессов .или .явлений . основные направления биотехнологии Промышленная микробиология Превращение .парафинов .в .кормовой .белок .в .процессе .жизнедеятельности .мик- роорганизмов, .производства .антибиотиков .и .других .лекарственных .веществ Инженерная энзимология Получение .и .использование .чистых .ферментов .и .ферментных .препаратов Генная инженерия Искусственное .конструирование .молекул .ДНК .(генов) Клеточная инженерия Культивирование .клеток .и .тканей .высших .организмов клонирование генов Подготовка . вектора Рекомбинантная .ДНК .внедряется . в .клетку .хозяина Клонирование . гена а) 1 2 4 5 6 б) 7 8 6 5 6 клонирование генов с использованием а) бактерий, б) вирусов: .1 .— .бактерия; .2 .— .плазмида; . .— .чужеродный .ген; .4 .— . .рекомбинантная .плазмида; . . 5 .— .клетка .хозяина; .6 .— .рекомбинантная .ДНК; .7 .— .вирус; .8 .— .вирусная .ДНК раздел IV 81 81 раздел IV. оСновы Экологии Тема1.Экологические условия существования организмов Экология .— .область .знаний, .изу- чающая . взаимоотношения . орга- низмов . и . их . групп . с . окружающей . средой . .Термин .«экология» .предло- жил . немецкий . естествоиспытатель . Э . . Геккель . в . 1866 . г . . для . определе- ния . «общей . науки . об . отношении . организмов .с .окружающей .средой» . . Как . самостоятельная . наука . эколо- гия .отделилась .в .начале .ХХ .ст . Методы экологичеСких иССледований Наблюдение .— .кратковременное .и .продолжительное Экологическая индикация .— .определение .состояния .и .свойств .экосистем .по .видовому .составу . и .соотношению .между .собой .определенных .(эталонных) .групп .видов Метод экологического мониторинга .— .анализ .состояния .экосистем .(локальный, .региональный, . глобальный) Математическое моделирование — .прогнозирование .возможных .вариантов .течения .событий, . их .комбинирование, .предупреждение .нежелательных .последствий экологичеСкие фактоРы Экологические факторы — . это . условия . окружающей . среды, . име- ющие . влияние . на . живые . орга- низмы . Экологические факторы Абиотические Компоненты .и .свойства .неживой .природы: .температура, .освещенность, .влаж- ность, .давление .и .т . .п . Биотические Различные .формы .взаимодействий .между .особями .в .популяциях .и .между .попу- ляциями .в .сообществах Антропогенные (антропические) Сознательное .и .несознательное .вмешательство .человека .в .естественные . . процессы закономерности влияния экологических факторов на живые организмы Правило экологической индивидуальности Не .существует .двух .близких .видов, .сходных .по .своим .адаптациям Правило относительной независимости адаптаций Хорошая .приспособленность .организма .к .действию .определенного .фак- тора .не .означает .такой .же .хорошей .приспособленности .к .другим Закон оптимума Каждый .фактор .положительно .влияет .на .организм .лишь .в .определен- ных .рамках Тема 1. Экологические условия существования организмов 82 82 влияние факторов Оптимальный (оптимум) Интенсивность .фактора .наиболее .благоприятна .для .жизнедеятельности . того .или .иного .организма Ограничивающий Значение .фактора .выходит .за .пределы .выносливости .(минимума .и .мак- симума) . .Определяет .территорию .расселения .вида Предел выносливости (минимум и максимум) Границы, .за .которыми .существование .организма .невозможно Зона . . угнетения Гибель Диапазон .устойчивости .организма О п ти м у м В ер х н я я .г ра н и ц а Ст еп ен ь . бл аг оп р и я тн ос ти .ф ак то ра Н и ж н я я .г ра н и ц а Зона . . угнетения Зона .нормальной . . жизнедеятельности Температура Температура . — . важный . эко- логический . фактор . . Темпера- турные . границы . существования . организмов .— .от .— .50 .до .+95 .°С, .оп- тимальная .температура .— .от .+15 .до . . +0 .°С . Организмы Пойкилотермные (холоднокровные) Гомойотермные (теплокровные) Температура .тела .непостоянная, .зависит .от .тем- пературы .окружающей .среды Температура .тела .постоянная, .не .зависит .от . температуры .окружающей .среды С .наступлением .холодов .впадают .в .спячку .или . принимают .состояние .анабиоза Могут .переносить .неблагоприятные .условия . в .активном .состоянии анабиоз .— .состояние .организма, . при . котором . жизненные . процессы . временно . прекращаются . или . так . замедляются, . что . исчезают . все . ви- димые .проявления .жизни . Растения Холодоустойчивые Оптимальной .является . низкая .температура Теплолюбивые (термофилы) Живут .при .высоких . температурах раздел IV 8 8 Свет Свет .— .основной .источник .энер- гии . на . Земле . . В . форме . солнечной . радиации .он .обеспечивает .все .жиз- ненные . процессы . на . Земле . . Про- должительное . действие . света . (фо- топериод) . — . это . мощный . стимул . активности . организмов . . Фотопери- одизм .— .реакция .организма .на .сме- ну . дня . и . ночи, . проявляющаяся . в . колебаниях . интенсивности . физио- логических .процессов . Растения Длинного дня Для .нормального .роста .и .раз- вития .необходимо .не .менее . 12 .часов .светового .времени Короткого дня Необходимо .не .менее . 12 .часов .беспрерывного . темного .периода Нейтральные Развитие .происходит . независимо .от .периода . освещения Произрастают . на .хорошо . освещенных .местах Светолюбивые Произрастают .как .на .открытых, .хо- рошо .освещенных .местах, .так .и .выдер- живают .определенную .степень .тени Теневыносливые Произрастают . . в .тени Тенелюбивые У .животных, .живущих .в .услови- ях .отсутствия .света, .органы .зрения . редуцированные . или . могут . вообще . утрачиваться . влажность Растения Вода . играет . исключительную . роль .в .поддержании .жизни .на .Зем- ле . Гидрофиты Гигрофиты Мезофиты Ксерофиты Живут . в .водной . среде Растения . избыточно . влажных . мест Растения . достаточно . влажных . мест Растения . сухих .мест Животные Водные Влаголюбивые Сухолюбивые Засухоустойчивые Живут .только . в .водной .среде Вода .необходима .для .опре- деленных .процессов .жиз- недеятельности, .таких .как . размножение, .дыхание Живут .на .суше, .в .тече- ние .непродолжительного . времени .способны .пере- носить .недостаток .воды Живут .в .местах .с .низкой . влажностью, .использу- ют .метаболическую .воду Животные Дневные Активные . . в .светлую .часть .суток Ночные Активные . . ночью Тема 1. Экологические условия существования организмов 84 84 оСновные СРеды оБитания оРганизМов Среды обитания организмов Наземно-воздушная Водная Почва Другие .организмы наземно-воздушная среда Наземно-воздушная . среда . очень . разнообразна .по .проявлению .факто- ров, .которые .влияют .на .особенности . жизнедеятельности .организмов . Чинники Освещенность Температура Влажность Газовый .состав .атмосферы водная среда Водная .среда .значительно .отлича- ется .от .наземно-воздушной: .большая . плотность, . меньше . кислорода, . зна- чительные . перепады . давления, . раз- ные .типы .водоемов .отличаются .соле- ностью, .скоростью .течения .и .т . .п . Экологические группы обитателей водоемов Характеристика Планктонные .организмы .(планктон) Живут .в .толще .воды .и .неспособны .противостоять .течениям Бентосные .организмы .(бентос) Прикреплены .ко .дну .водоема, .передвигаются .по .дну, .уг- лубляются .в .его .толщу Перифитонные .организмы .(перифи- тон) Живут .на .разных .субстратах .в .толще .воды Нейстонные .организмы .(нейстон) . Живут .на .границе .двух .сред: .водной .и .воздушно-наземной, . используя .силу .натяжения .водной .пленки особенности почвы как среды обитания Влажность, .как .правило, .выше, .чем .влажность .воздуха Сравнительно .небольшая .амплитуда .суточных .и .сезонных .колебаний .температур Содержимое .углекислого .газа .значительно .выше, .а .кислорода .— .чуть .ниже, .чем .в .атмосфере живые организмы как среда обитания Живые .организмы .как .среда .оби- тания .коренным .образом .отличают- ся .от .других .сред . .Если .на .организ- мы, .живущие .на .других .организмах, . влияют .факторы .внешней .среды, .то . на .живущих .внутри .организма .хозя- ина .эти .факторы .непосредственно .не . влияют . .Среда .здесь .стабильная . раздел IV 85 85 Тема2.Естественные сообщества организмов. Экосистемы виды вид . — . совокупность . особей, . сходных .между .собой .по .строению, . функциям, . месту . в . биогеоцено- зе . (экологическая . ниша), . заселяю- щих .определенную .часть .биосферы . (ареал), . свободно . скрещивающих- ся .между .собой .в .природе, .дающих . плодовитых .потомков .и .не .гибриди- зирующиеся .с .другими .видами . Вид . — . основная . структурная . и .таксономическая .единица .в .систе- ме .живой .природы . .В .природе .виды . существуют .в .форме .популяций . критерии вида Характерные . для . вида . призна- ки . и . свойства . называют . критери- ями вида . . Для . установления . видо- вой . принадлежности . недостаточно . использовать .какой-либо .один .кри- терий; .только .их .совокупность .пра- вильно .характеризует .вид . Критерий Характеристика Генетический .(это . главный .критерий) Характерный .для .каждого .вида .набор .хромосом, .строго .определенное .их . число, .размеры .и .форма Морфологический Сходство .внешнего .и .внутреннего .строения .особей Физиологический . Сходство .всех .процессов .жизнедеятельности .у .особей, .прежде .всего .— . сходство .размножения Географический Определенный .ареал, .который .занимает .вид .в .природе Экологический Совокупность .факторов .окружающей .среды, .в .которой .существует .вид Существуют .виды-двойники, .кото- рые .похожи .по .морфологическому, . физиологическому, .географическому . критериям, .но .отличаются .по .коли- честву .и .строению .хромосом . .Генети- ческий .критерий .считают .основным . популяции Популяция . — . совокупность . осо- бей .одного .вида, .относительно .изоли- рованная .от .подобных .совокупностей . . того .же .вида, .продолжительное .вре- мя . занимающая . определенное . про- странство . и . воссоздающая . себя . на . протяжении .большого .числа .поколе- ний . .Популяция .— .форма .существо- вания .вида, .единица .эволюции . Популяция . способна . продолжи- тельное . время . поддерживать . свою . численность . благодаря . размноже- нию, . обмениваться . генетической . информацией .и .эволюционировать . . Популяция . является . основной . ес- тественной . единицей . существова- ния, . приспособления, . воспроизве- дения .и .эволюции .вида . |