- •Биология с основами экологии: практический курс
- •Практическое занятие №1. Уровни организации живой материи. Неклеточные и клеточные формы жизни.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV.Ход работы:
- •Живые организмы
- •Клеточное строение организмов
- •Прокариоты
- •Эукариоты
- •Мембрана
- •Органеллы общего назначения
- •Основные функции эпс:
- •Основные функции комплекса Гольджи:
- •Основные функции лизосом:
- •Функции пластид:
- •Органеллы специального назначения
- •1) Ядерная оболочка; 2) ядерный сок; 3) ядрышки; 4) хроматин.
- •1. Ядерная оболочка.
- •2. Ядерный сок (кариоплазма, кариолимфа).
- •3. Ядрышко.
- •4. Хроматин.
- •Химический состав клетки
- •Самостоятельная работа
- •Сравнительная характеристика растительных и животных клеток
- •Литература:
- •Практическое занятие №2. Структурно-функциональная организация биологических тканей, их классификация. Эпителиальные и соединительные ткани.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV. Ход работы:
- •Классификация тканей растений
- •Классификация тканей животных Животные ткани
- •Эпителиальные Соединительные Мышечные Нервная
- •1.Эпителиальная ткань.
- •Классификация эпителиальной ткани (по морфологическим признакам)
- •Классификация эпителиальной ткани (по функциям)
- •2. Соединительная (опорно-трофическая) ткань. Соединительная ткань
- •Общее в строении:
- •Самостоятельная работа
- •Литература
- •Практическое занятие №3. Структурно-функциональная организация мышечной и нервной ткани. Регенерация органов и тканей.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV. Ход работы:
- •Поперечно-полосатые мышечные ткани
- •Сердечная мышечная ткань
- •Гладкая (неисчерченная) мышечая ткань
- •Сравнительная характеристика мышечных тканей.
- •Нервная ткань
- •Регенерация органов и тканей.
- •Самостоятельная работа
- •Литература
- •Практическое занятие №4. Молекулярные и надмолекулярные основы наследственности. Биосинтез белка в клетке.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV. Ход работы:
- •Строение и функции нуклеиновых кислот
- •Структура днк
- •Строение и виды рнк
- •Химическая и структурная организация хромосом
- •Хромосомы обеспечивают:
- •Понятие о кариотипе
- •Генетический код и его свойства
- •Биосинтез белка
- •Транскрипция
- •Трансляция
- •Самостоятельная работа
- •Основная литература:
- •Дополнительная литература:
- •Практическое занятие №5. Размножение живых организмов и его формы. Бесполое размножение. Амитоз. Митоз и его биологическая роль.
- •Размножение живых организмов и его формы
- •Бесполое размножение
- •Деление клеток
- •Митотический цикл
- •Деление клеток
- •Литература
- •Практическое занятие №6. Половое размножение. Гаметогенез. Мейоз, его биологическая роль.
- •II.Контрольные вопросы:
- •Половое размножение
- •Сравнительная характеристика сперматогенеза и овогенеза
- •Практическое занятие № 7 Биология развития: онтогенез, его периодизация, основные закономерности эмбриогенеза.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Ход работы.
- •IV. Оснащенность занятия:
- •Онтогенез и его периодизация.
- •Периодизация онтогенеза.
- •I. Эмбриональный период.
- •Литература
- •Практическое занятие № 8 Основные закономерности наследования признаков Моно- и полигибридное скрещивание.
- •II. Контрольные вопросы:
- •Наследование признаков при моногибридном скрещивании
- •Наследование признаков при неполном доминировании
- •Наследование признаков при дигибридном скрещивании
- •Самостоятельная работа задачи на моногибридное скрещивание
- •Задачи на дигибридное и полигибридное скрещивание
- •Задачи на неполное доминирование
- •Практическое занятие № 9 Основные закономерности наследования признаков, сцепленных с полом.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV. Ход работы:
- •Сцепление генов и кроссинговер.
- •Основные положения хромосомной теории наследственности.
- •Наследование признаков, сцепленных с полом
- •Самостоятельная работа
- •I. Решить задачи на наследование признаков, сцепленных с полом
- •II. Решить задачи на сцепление генов и кроссинговер
- •Литература
- •Методы генетических исследований человека
- •II. Контрольные вопросы:
- •IV. Ход работы:
- •Генеалогический метод
- •1. Составление родословной
- •2. Генеалогический анализ
- •I. Аутосомно-доминантный тип наследования.
- •II. Аутосомно-рецессивный тип наследования
- •III. Наследование признаков, сцепленных с полом
- •Близнецовый метод
- •Методы дерматоглифики
- •В дерматоглифике различают ряд разделов:
- •Дерматоглфические признаки на ладони.
- •Цитогенетический метод исследования
- •Исследование полового хроматина
- •Исследование морфологических особенностей хроматина нейтрофилов (полиморфноядерных лейкоцитов)
- •Исследование хромосом
- •Распределение хромосом на 7 групп согласно классификации Patau (1961)
- •Популяционно-статистический метод.
- •Нарушения равновесия генов в популяциях
- •Другие методы генетического исследования человека. Биохимические методы
- •Методы генетики соматических клеток
- •3) Гибридизация и 4) селекция.
- •Иммуногенетические методы
- •Показатели влияния наследственности (н) на некоторые морфофизиологические признаки, физические качества и некоторые способности человека (Сологуб е.Б., Таймазов в.А., 2000; Москатова а.К., 1983)
- •Примеры конкордантности по некоторым признакам и заболеваниям у монозиготных (мз) и дизиготных (дз) близнецов (Сологуб е.Б., Таймазов в.А., 2000; Лильин е.Т., 1990)
- •Основная литература
- •Дополнительная литература:
- •Практическое занятие № 11 Изменчивость и ее формы: модификационная, комбинативная, мутационная. Виды мутации. Понятие о наследственных заболеваниях.
- •II.Контрольные вопросы:
- •Изменчивость
- •Изменчивость индивидуальная групповая
- •Генотипическая (наследственная) изменчивость
- •Мутации по характеру изменения генома
- •Геномные мутации
- •Полиплоидия
- •Анеуплоидия
- •3. Решить задачи:
- •Литература
- •Практическое занятие № 12 Популяция как элементарная единица эволюции. Особенности популяционной структуры человечества.
- •II. Контрольные вопросы:
- •Популяция как элементарная единица эволюции
- •Генетические процессы в больших популяциях Идеальные (большие) популяции подчиняются закону Харди-Вайнберга. В популяционной генетике основными являются понятия частоты генов и частоты генотипов.
- •Генетические процессы в малых популяциях
- •Генетические процессы в малых популяциях
- •Практическое занятие № 13 Возникновение жизни на Земле. Современные представления об антропогенезе.
- •II. Контрольные вопросы:
- •Определение понятия “жизнь” Теории возникновения жизни на Земле
- •Происхождение жизни
- •Гипотезы вечности жизни
- •Гипотезы самозарождения
- •Эволюционная теория возникновения жизни на Земле
- •Абиогенный синтез органических веществ
- •Возникновение фазово-обособленных открытых систем
- •Эволюция протобионтов (первых живых существ)
- •Современные представления об антропогенезе
- •Дриопитеки
- •Движущие силы антропогенеза
- •Человеческие расы
- •Практическое занятие № 14 Основные среды жизни
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV.Ход работы:
- •Водная среда жизни
- •Наземно-воздушная среда жизни
- •Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности
- •Почва как среда жизни
- •Экологические группы почвенных организмов.
- •Живые организмы как среда жизни
- •Литература
- •Практическое занятие № 15 Биосфера, ее структура и функциональная целостность. Биогеохимический круговорот веществ. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV.Ход работы:
- •Основные виды антропогенных воздействий на биосферу.
- •Загрязнение атмосферного воздуха.
- •Экологические последствия загрязнения атмосферы.
- •Загрязнение гидросферы.
- •Экологические последствия загрязнения атмосферы.
- •Антропогенные воздействия на литосферу.
- •Биологическое значение организмов в биогеохимических циклах
- •Литература
- •Введение в экологию человека. Природные ресурсы. Охрана природы и рациональное природопользование.
- •II. Контрольные вопросы:
- •III. Оснащенность занятия:
- •IV. Ход работы:
- •Адаптация человека к среде обитания.
- •Антропогенные экологические системы.
- •Основные свойства города, как среды обитания людей:
- •Популяционная характеристика человека.
- •Природные ресурсы. Охрана природы и рациональное природопользование.
- •Классификация природных ресурсов.
- •1. По источникам происхождения:
- •2. Второй признак по которому классифицируются ресурсы - по использованию их в производстве.
- •3. Третья классификация природных ресурсов - по степени истощаемости.
- •Природопользование включает в себя:
- •Литература
- •Содержание
- •Учебное издание
- •Биология с основами экологии: практический курс
- •400005, Г.Волгоград, пр.Ленина, 78.
Генотипическая (наследственная) изменчивость
Наследственная изменчивость подразделяется на комбинативную и мутационную.
Комбинативная изменчивость представляет собой результат перекомбинации генов и перекомбинации хромосом, несущих различные аллели. Она выражается в появлении разнообразия организмов - потомков, получивших новые комбинации дискретных единиц генетического материала, уже существовавших у родительских форм. Это достигается в результате трех процессов:
а) независимого расхождения хромосом при мейозе;
б) случайного их сочетания при оплодотворении;
в) рекомбинации генов благодаря кроссинговеру.
Гены при этом не изменяются, но возникают их новые сочетания, что приводит к появлению организмов с другим генотипом и фенотипом. Число хромосом не изменяется. Комбинативная изменчивость широко распространена в природе и является «поставщиком» новых видов для естественного отбора.
Мутационная изменчивость связана с появлением мутаций. Мутации (лат. mutatio - изменения) - внезапные, естественные, или вызванные искусственно, наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.
Существует несколько принципов классификации типов мутаций.
I. По характеру изменения генома:
а) геномные мутации - изменение числа хромосом;
б) хромосомные мутации или хромосомные перестройки (аберрации) - изменение структуры хромосом.
в) генные мутации - изменения структуры генов.
II. По проявлению в гетерозиготе:
а) доминатные мутации;
б) рецессивные мутации.
III. По уклонению от нормы или так называемого дикого типа:
а) прямые мутации;
б) реверсии (возвращение), которые часто называют обратными мутациями.
IV. В зависимости от причин, вызывающих мутации:
а) спонтанные, возникающие без видимой причины, т.е. без каких-либо индуцирующих воздействий со стороны экспериментатора. На самом деле и у спонтанных мутаций имеются конкретные причины - влияние факторов внешней среды, нарушение процессов репликации ДНК и другие.
б) индуцированные мутации вызываются с помощью мутагенов, т.е. биологических, разнообразных физических, химических и других факторов, изменяющих структуру хромосом или порядок расположения нуклеотидов в молекуле ДНК.
V. По отношению к возможности наследования:
а) генеративные, происходящие в половых клетках;
б) соматические, происходящие в соматических клетках.
VI. По локализации в клетке:
а) ядерные;
б) цитоплазматические.
Мутации по характеру изменения генома
Генные мутации, или точковые, представляют собой изменения пар нуклеотидов ДНК (или нуклеотида РНК). Этот класс мутаций подразделяют на следующие группы:
а) ТРАНЗИЦИИ - такие замены пар нуклеотидов (АТGC), которые не изменяют ориентации: пурин-пиримидин, в пределах пары.
АТ GC, ТА GC.
б) ТРАНСВЕРСИИ - замены пар нуклеотидов (АТ GC, АТТА,
GC GC), изменяющие ориентацию:
АТ GC
ТА GC
в) вставка лишней пары нуклеотидов;
г) выпадение пары нуклеотидов.
ХРОМОСОМНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ (АБЕРРАЦИИ)
Хромосомные мутации представляют собой перемещение генетического материала, приводящее к изменению структуры хромосом в пределах кариотипа. В такие перестройки могут вовлекаться участки одной хромосомы или разных - негомологичных хромосом. В соответствии с этим выделяют аберрации внутрихромосомные (дупликации, делеции, инверсии) и межхромосомные (транслокации, центрическое слияние, т.е. слияние негомологичных хромосом).
Внутрихромосомные перестройки заключаются в утрате части хромосомы (делеция), удвоении или умножении некоторых ее участков (дупликация), повороте фрагмента хромосомы на 180 с изменением последовательности расположения генов (инверсия).
При межхромосомных перестройках негомологичные хромосомы обмениваются участками, т.е. происходит ТРАНСЛОКАЦИЯ наследственного материала.
Механизмы возникновения разных видов мутаций различны, однако во всех случаях имеет место разрыв хромосомы с возможным соединением фрагментов в последующем.
Хромосомные аберрации оказывают на организм различное влияние. При делециях хромосомы укорачиваются, и физическое отсутствие участка одного из гомологов приводит к гемизиготному состоянию генов (т.е. у диплоидного организма присутствует только одна аллель в единичном числе), находящихся в нормальном гомологе. Например, если участок нормальной хромосомы имеет вид abcdf, то при делеции он будет выглядеть следующим образом ab df.
Делеции, обычно, летальны в гомозиготе, что указывает на выпадание каких-либо жизненно важных генов. Очень короткие делеции могут не нарушать жизнеспособности в гомозиготе.
Дупликации представляют собой двукратное повторение одного и того же участка хромосомы (abccdf). Известны случаи многократных повторений какого-либо участка. Дупликации и делеции часто возникают в результате разрывов хромосом, вызываемых различными повреждающими агентами, ионизирующей радиацией, химическими мутагенами, вирусами и пр.
Дубликации практически не отражаются на развитии жизнеспособности особей, несущих изменившиеся хромосомы.
Дупликации играют существенную роль в эволюции генома (гаплоидного набора хромосом с локализованными в них генами), поскольку они создают дополнительные участки генетического материала, функция которых может быть изменена в результате мутаций и последующего естественного отбора.
Инверсии, связанные с изменением чередования генов в хромосоме, наиболее часто встречающийся тип перестроек в природных популяциях. Они являются широко распространенными благодаря эволюционному преобразованию генетического материала. Инверсия приводит к изменению сцепления генов, иной их линейной последовательности, нежели у исходной формы (например, abfdc). Другое важное следствие инверсии - подавление кроссинговера, если инверсия происходит в гетерозиготе. Это приводит к образованию нежизнеспособных спор у растений или зигот у животных.
Учитывая последствия гетерозиготных инверсий для мейоза, следует подчеркнуть, что они могут служить факторами изоляции и способствовать эволюционной дивергенции новых форм, образующихся в пределах вида. У человека инверсия - очень редкая аномалия, что, возможно, связано с трудностями идентификации.
Транслокации представляют собой реципрокный обмен участками не гомологичных хромосом. В результате такого обмена у гомозигот по транслокациям изменяется характер сцепления генов (например, abcekn). В гетерозиготе по транслокации гены, принадлежащие к разным негомологичным хромосомам наследуются как принадлежащие к одной группе сцепления. Это объясняется тем, что полностью функциональными оказываются только те споры (у растений) и гаметы (у животных), которые несут родительские сочетания хромосом. Характер коньюгации транслоцированных хромосом меняется: образуется фигура креста. Плотная коньюгация вблизи точек разрывов оказывается затрудненной, что приводит к подавлению кроссинговера в этих участках. Подобно инверсиям транслокации обеспечивают изоляцию новых форм и способствуют дивергенции в пределах вида.
Таким образом, хромосомные мутации нарушают генный баланс клеток организма, в результате чего изменения происходят в физическом и психическом развитии особей. Обычно изменения распространяются на несколько систем органов. Конкретное выражение изменений фенотипа зависит от локализации, мутации в той или иной хромосоме или ее участке. Мутации по аутосомам, обычно приводят к более неблагоприятным последствиям, чем по половым хромосомам.