Вопросы для экзамена уровни организации живой природы. Критерии жизни. Критерии живого
 Скачать 299.63 Kb.
|
|
47.Биотехнология, ее научные основы и направления. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии. Биотехнология — целенаправленное использование биологических объектов и процессов в разных отраслях производства: медицине, охране природы. Микроорганизмы, клетки растений, животных — основные объекты биотехнологии. Производство человеком с давних времен сыра, хлебопечение, виноделие, выделка кож на основе использования микроорганизмов. Выращивание бактерий, низших грибов, дрожжей на специальных питательных средах в стерильных условиях, при определенной температуре, реакции среды с целью повышения интенсивности их размножения, ускорения производства витаминов, ферментов, белков, антибиотиков, лимонной, уксусной кислот. Генная инженерия — направление биотехнологии, в основе которого лежит пересадка генов от одного организма к другому, получение организмов с новыми свойствами. Создание с помощью пересадки генов новых сортов растений с ценными для человека признаками, например устойчивого к колорадскому жуку картофеля, высокоурожайных сортов сои и других растений. Возможность пересадки генов человека в клетки микроорганизмов с целью синтеза ими ценных для человека ферментов, гормонов, например инсулина, необходимого больным сахарным диабетом. 48.Селекция растений, методы селекции растений. Центры происхождения культурных растений Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный. 1. Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений, таких, как рожь, кукуруза, подсолнечник. При этом выделяют группу растений, обладающих ценными признаками. В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя даже от одного материнского растения обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления. 2. Индивидуальный отбор эффективен для самоопыляемых растений (пшеницы, ячменя, гороха). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. У любой особи тысячи генов, и так как происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние. 3. Инбридинг используют при самоопылении перекрестноопыляемых растений, например, для получения чистых линий кукурузы. При этом подбирают такие растения, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса — жизненной силы, образуют початки более крупные, чем початки родительских форм. От них получают чистые линии — на протяжении ряда лет, производят принудительное самоопыление — срывают метелки с выбранных растений и, когда появляются рыльца пестиков, их опыляют пыльцой этого же растения. Изоляторами предохраняют соцветия от попадания чужой пыльцы. У гибридов многие рецессивные неблагоприятные гены при этом переходят в гомозиготное состояние, и это приводит к снижению их жизнеспособности, к депрессии. Затем скрещивают чистые линии между собой для получения гибридных семян, дающих эффект гетерозиса. Эффект гетерозиса объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Чем больше в генотипе генов в доминантном состоянии — тем больший эффект гетерозиса, и первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30% (рис. 339). Р ААbbCCdd x aaBBccDD F1 AaBbCcDd Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования: иногда гетерозиготное состояние по одному или нескольким генам дает гибриду превосходство над родительскими формами по массе и продуктивности. Но начиная со второго поколения эффект гетерозиса затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние. Аа х Аа АА 2Аа аа 4. Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Рассмотрим, как это практически выполняется при создании новых сортов пшеницы. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в банке с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов. 5. Очень перспективен метод получения полиплоидов, у растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы. Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются аутополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становится тетраплоидными (рис. 340). 6. Отдаленная гибридизация — скрещивание растений, относящихся к разным видам. Но отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не конъюгируют), и не образуются гаметы. В 1924 году советский ученый Г.Д.Карпеченко получил плодовитый межродовой гибрид. Он скрестил редьку (2n = 18 редечных хромосом) и капусту (2n = 18 капустных хромосом). У гибрида в диплоидном наборе было 18 хромосом: 9 редечных и 9 капустных, но при мейозе редечные и капустные хромосомы не конъюгировали, гибрид был стерильным. С помощью колхицина Г.Д.Карпеченко удалось удвоить хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе редечные (9 + 9) хромосомы конъюгировали с редечными, капустные (9 + 9) с капустными. Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), (рис. 341) пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами. 7. Использование соматических мутаций применимо для селекции вегетативно размножающихся растений, что использовал в своей работе еще И.В.Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур. 8. Экспериментальный мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использование химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций, сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами. Многие методы селекции растений были предложены И.В.Мичуриным. С помощью метода ментора И.В.Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества; или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В.Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах, повышается их морозостойкость. Центры происхождения культурных растений (по Н.И.Вавилову).
49.Закономерности наследственности, установленные Г. Менделем при моногибридном скрещивании, их цитологические основы. Моногибридным называется скрещивание, при котором родительские формы отличаются друг от друга по одной паре контрастных, альтернативных признаков. Признак —любая особенность организма, т. е. любое отдельное его качество или свойство, по которому можно различить две особи. У растений это форма венчика (например, симметричный—асимметричный) или его окраска (пурпурный—белый), скорость созревания растений (скороспелость—позднеспелость), устойчивость или восприимчивость к заболеванию и т. д. 50.Закономерности наследственности, установленные Г. Менделем при дигибридном скрещивании, их цитологические основы. Организмы различаются по многим генам и, как следствие, по многим признакам. Чтобы одновременно проанализировать наследование нескольких признаков, необходимо изучить наследование каждой пары признаков в отдельности, не обращая внимания на другие пары, а затем сопоставить и объединить все наблюдения. Именно так и поступил Мендель. Скрещивание, при котором родительские формы отличаются по двум парам альтернативных признаков (по двум парам аллелей), называется дигибридным. Гибриды, гетерозиготные по двум генам, называют дигетерозиготными, а в случае отличия их по трем и многим генам —три- и полигетерозиготными соответственно. Результаты дигибридного и полигибридного скрещивания зависят от того, располагаются гены, определяющие рассмотренные признаки, в одной хромосоме или в разных. 51.Развитие половых клеток у растений. Двойное оплодотворение у цветковых растений, его сущность и значение Этот процесс, характерный для всех покрытосеменных. Значение двойного оплодотворения заключается в том, что обеспечивается активное развитие питательной ткани уже после оплодотворения. Поэтому семяпочка у покрытосеменных не запасает питательных веществ впрок и, следовательно, развивается гораздо быстрее, чем у многих других растений, например у голосеменных. Явление открыто русским учёным С. Г. Навашиным в 1898 на 2 видах растений — лилии (Lilium martagon) и рябчике (Fritillaria orientalis) Гаметы цветковых растений образуются в главных частях цветка – тычинках и пестиках. В пыльниках тычинок формируется пыльца, внутри которой развиваются мужские половые клетки. Женские половые клетки – яйцеклетки – образуются в семязачатках завязи пестика. В результате опыления пыльца попадает на рыльце пестика и прорастает. Одна пыльцевая клетка вытягивается и образует пыльцевую трубку. В ней по цитоплазме двигаются два спермия. Продвигаясь сквозь ткани рыльца и столбика пестика, пыльцевая трубка достигает завязи и прорастает в семязачаток. Там спермий сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу – из нее сформируется зародыш нового растения. Второй спермий сливается с центральной клеткой. Образовавшаяся клетка делится и из нее в дальнейшем сформируется эндосперм – питательная ткань для зародыша. В результате двойного оплодотворения из семязачатка сформируется семя. Из зиготы образуется зародыш семени, из оболочек семязачатка – семенная кожура. Биологический смысл двойного оплодотворения весьма велик: В отличие от голосеменных , триплоидный эндосперм образуется лишь в случае оплодотворения. С учетом гигантского числа поколений этим достигается существенная экономия энергетических ресурсов. Увеличение уровня плоидности эндосперма до 3n способствует более быстрому росту ткани по сравнению с диплоидными тканями спорофита 52.Биосинтез белка. Матричный характер реакций биосинтеза 53.Генетика пола. Соотношение полов. Наследование признаков, сцепленных с полом. Пол – это совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих воспроизводство потомства и передачу наследственной информации. Половое размножение обеспечивает рекомбинацию генов и генотипическую адаптацию, т.е. лучшую приспособленность к изменяющимся условиям внешней среды. Признаки, сцепленные с полом. Это признаки, гены которых находятся в половых хромосомах. Например, в Х-хромосоме находятся ген окраски глаз дрозофилы, ген цветной слепоты (дальтонизм) и гемофилии у человека. Различие особей мужского и женского пола называется половым диморфизмом. Соотношение полов.Существует генетический механизм определения пола, обеспечивающий соотношение 1:1. Для того, чтобы это соотношение проявилось у новорожденных, необходимы следующие условия: 1. Особи гетерогаметного (мужского) пола должны образовывать половину гамет, определяющих мужской пол, и половину – женский. 2. Гаметы при всех условиях должны обладать одинаковой жизнеспособностью. 3. Гаметы, определяющие мужской и женский пол, должны обладать равной способностью к оплодотворению. 4. Самцы и самки должны обладать одинаковой жизнеспособностью при рождении. 5. Число животных, по которым вычисляется соотношение полов, должно быть достаточно большим. Различают три типа соотношения полов: 1) первичное – при оплодотворении яйцеклеток; 2) вторичное – при рождении или вылуплении; 3) третичное – для какого-либо более позднего возраста, при рождении, в 1, 2, 10, 70 лет и т. д. У млекопитающих и человека под соотношением полов понимают вторичное соотношение, у птиц – первичное. У человека при рождении соотношение полов 103-107 ♂♂: 100 ♀♀. Наследование признаков, сцепленных с полом.Наследование признаков, гены которых находятся в половых хромосомах, называется наследованием, сцепленным с полом. Изучая наследование таких признаков, сцепленных с полом, Т. Морган установил наличие связи определенных генов с половыми хромосомами у дрозофилы и тем самым заложил основу хромосомной теории наследственности. Примером сцепленной с полом наследственности у организмов с ХY-типом половых хромосом может быть наследование гена А, расположенного в Х-хромосоме дрозофилы и определяющего окраску глаз (доминантный ген А определяет красную окраску глаз, а рецессивный ген а – белую). Если самку дрозофилы с белыми глазами и генотипом аа скрестить с самцом, имеющим красные глаза и генотип А (так как ген имеется только в хромосоме Х), то в F1 все самцы будут иметь белые глаза (Х-хромосому они получат от матери, у которой в Х-хромосоме имеется ген а), а все самки – красные глаза, так как одну Х-хромосому они получат от матери, а другую - от отца, имеющую доминантный ген А. В F2 половина самок и самцов будут иметь белые глаза, а вторая половина – красные. Это соответствует распределению в F2 «отцовских» и «материнских» Х-хромосом исходных особей. Таким образом, доминантный ген А, расположенный в Х-хромосоме самца, передается от отца к дочерям и от них внукам и внучкам. Иначе обстоит дело в тех скрещиваниях, где мать гомозиготна по гену А и имеет красные глаза, а отец обладает геном а и имеет белые глаза. В этом случае все гибриды F1, как самцы, так и самки, имеют красные глаза, но самки гетерозиготны и являются носительницами рецессивного гена а. В F2 половина самцов имеют белые глаза, а половина самок – носительницы гена а. Таким образом, рецессивный ген а, расположенный в Х-хромосоме самца передается от отца через дочерей-носительниц к внукам. Y-хромосома обычно не содержит генов, поэтому ген, локализованный в половой Х-хромосоме самца любого млекопитающего, будет передаваться его дочерям, а не сыновьям. Если этот ген рецессивен и если у дочерей имеется полученный от матери его доминантный аллель, то действие этого рецессивного гена не проявится. Наоборот, если рецессивный ген имеется в одной их Х-хромосом самки, а в другой Х-хромосоме отсутствует, то этот сцепленный с полом ген может передаваться половине не только сыновей, но и дочерей самки. Если этот ген полностью рецессивен и если дочь получит от своего отца доминантный аллель этого гена, то его фенотипическое действие не проявится. Если сын получит рецессивный ген от матери, то у сына проявится сцепленный с полом рецессивный признак, так как Y-хромосома не содержит доминантного аллеля. |