Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Глава II. Фрагменты лекционного курса по основам экологии

БИОЛОГИЯ С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ

 

учебно-методическое пособие для специальности

110301 -«Механизация сельского хозяйства»

 

 

ЕЛЕЦ – 2008


Содержание

 

Предисловие

Глава I. Фрагменты лекционного курса по дисциплине биология

Тема 1. Биология как наука. Краткий исторический очерк. Система

биологических наук. Значение биологии для сельского, лесного,

промыслового хозяйства и медицины.

Тема 2. Теории происхождения жизни. Уровни организации жизни.

Тема 3. История эволюции органического мира. Системы организмов.

Основы современной систематики.

Тема 4. Размножение и индивидуальное развитие организмов

Тема 5. Обмен веществ и энергии клетки

Тема 6. Основы генетики.

Тема 7. Основы селекции

Тема 8. Общий обзор организма человека. Концепции физиологии человека.

Тема 9. Здоровье.

Лабораторные занятия по биологии

Глава II. Фрагменты лекционного курса по основам экологии

Тема 1. Введение, история и задачи курса «Экология»

Тема 2. Среды жизни организмов и экологические факторы

Тема 3. Экология популяций

Тема 4. Биоценозы, экосистемы

Тема 5. Основы учения о биосфере. Работы В.И. Вернадского

Тема 6. Биосфера и человек. Ноосфера

Тема 7. Глобальные экологические проблемы

Тема 8. Региональные экологические проблемы

Тема 9. Экология сельского хозяйства.

Лабораторные занятия по экологии

 

Список литературы


Предисловие

Сельское хозяйство стоит ближе к природе по своей сущности по сравнению с другими видами производственной деятельности человека. Оно широко использует природы в производственном процессе, связано с воспроизводством живых организмов (растений, животных), а следовательно, сохраняет специфику производственных процессов, обусловленную природными факторами, несмотря на рост технической вооруженности. Поэтому очевидна необходимость целенаправленной подготовки специалистов по механизации сельского хозяйства с экологической установкой.

Формированию экологического сознания у инженеров-механиков сельского хозяйства способствует изучение основ биологии и экологии, поскольку эта специальность стоит на стыке живой и неживой природы. По нашему мнению инженер-механик должен знать законы биологии и экологии, чтобы сформировать основы рационального природопользования, управления развития экосистем, ликвидации техногенных воздействий на окружающую среду.

Дисциплина состоит из двух частей: основ биологии и экологии. Решение этих задач в аудиторном секторе позволит улучшить и создать новые ресурсо- и энергосберегающие технологии, оптимизировать агроландшафты, повысив их устойчивость к антропогенным воздействиям.

 


Тема 2. Теории происхождения жизни. Уровни организации жизни.

 

Среди главных теорий возникновения жизни на Земле следует упомянуть следующие:

1. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время – теория креационизма;

2. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества – теория самопроизвольного зарождения;

3. жизнь существовала всегда – теория стационарного состояния;

4. жизнь занесена на нашу планету извне – теория панспермии;

5. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам - биохимическая эволюция.

Теория креационизма

Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом; ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений. Если наука в поисках истины широко использует наблюдение и эксперимент, то богословие постигает истину через божественные откровения и веру. Вера признает вещи, которым нет доказательств в научном смысле слова. Это означает, что логически не может быть противоречия между научным и богословским объяснением сотворения мира. Для ученого научная истина всегда содержит элементы гипотез, предварительности, но для верующего

теологическая истина абсолютна.

Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а потому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.

Теория стационарного состояния

Согласно этой теории, земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало. Виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо вымирание.

Теория панспермии

Эта теория выдвигает идею о внезапном происхождении жизни. Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также (пока еще не подтвержденные) сообщения о встрече с инопланетянами.

При изучении материала метеоритов и комет, в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные форм жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.

Биохимическая эволюция

Наиболее широкое признание получила гипотеза, согласно которой жизнь возникла как результат длительной эволюции углеродных соединений. Разработка такой гипотезы принадлежит А.И. Опарину. Несколько позднее к подобной гипотезе пришел Дж. Холдейн. Формулировка гипотезы А.И. Опариным была сделана в 1924, Дж. Холдейном в 1929 году.

В процессе становления жизни на Земле условно выделяют 4 этапа:

1. Синтез низкомолекулярных органических веществ из газов первичной атмосферы.

2. Полимеризация мономеров с образование цепей белков и нуклеиновых кислот.

3. Образование систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами;

4. Возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого.

Первые три этапа относят к химической эволюции, с четвертого этапа начинается биологическая эволюция.

Возможность химической эволюции подтверждена опытами в лабораторных условиях, начало которым было положено в 1953 году С. Миллером. В разработанной им установке из циркулирующей газовой смеси, состоящей из метана, аммиака, водорода и паров воды, под высоким давлением и воздействием высокого напряжения был получен набор малых органических молекул.

По данным современной науки, возраст Земли оценивается в 4,6 млрд. лет, а первые признаки жизни на ней (по данным палеонтологии) появились около 3,8 млрд. лет назад.

Первичная атмосфера имела восстановительный характер, так как состояла из свободного водорода и его соединений (H2O, CH4, NH3, HCN). Под влиянием различных видов энергии (ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, электрические грозовые разряды, вулканические процессы, высокая температура и др.) из простейших соединений синтезировались молекулы аминокислот, сахаров, азотистых оснований, жирных кислот. При концентрировании этих веществ в растворе происходило образование биополимеров (примитивных белков и нуклеиновых кислот).

Некоторые из полипептидов обладали каталитической активностью и могли ускорить процессы матричного синтеза полинуклеотидов.

Молекулы, окруженные водной оболочкой, могли объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном бульоне коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества. Одни коацерватные капли распадались, другие росли, изменяя свой химический состав. Академик А.И. Опарин отмечал, что среди коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенного размера, коацерватная капля могла распадаться на дочерние.

В дальнейшем сохранялись лишь те капли, которые обладали способностью поглощать из окружающей среды не всякие вещества, и лишь, те которые обеспечивали им устойчивость: которые при разделении на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т.е. обладали свойством самовоспроизведения.

Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны из фосфолипидов. Появление первых клеточных организмов положило начало биологической эволюции жизни.

Первые живые организмы были гетеротрофными (использовали в качестве пищи органические вещества первичного океана), анаэробами (в атмосфере Земли не было свободного кислорода).

С увеличением количества гетеротрофов органических веществ в первичном океане становилось меньше. В преимущественном положении оказались организмы, способные использовать для создания органических веществ энергию света. Одним из первых источников электронов, необходимых для восстановления углекислого газа и азота, был сероводород.

Следующим этапом эволюции было приобретение фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве источника водорода. С этого времени в атмосфере Земли начал накапливаться свободный кислород. Первыми организмами, выделившими кислород в атмосферу, были цианобактерии, или синезеленые водоросли.

Накопление свободного кислорода в атмосфере привело к тому, что, одни из анаэробов вымерли, другие нашли среду, лишенную кислорода, третьи вступили в симбиоз с аэробными клетками, вследствие чего возникли эукариотические клетки. Полагают, что основой для симбиоза послужили амебоподобные клетки-гетеротрофы, которые, питаясь, могли захватывать и мелкие бактериоподобные аэробные клетки. Бактерии-симбионты в теле амебоподобных клеток могли оставаться невредимыми. В дальнейшем они превратились в митохондрии.

К поверхности клетки-хозяина могли прикрепиться жгутикоподобные бактерии, вследствие чего возникали предшественники ныне живущих простейших. Фотосинтезирующие бактерии-симбионты стали хлоропластами. Появились одноклеточные водоросли.

В организации живого в основном различают молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический (экосистемный) уровень.

Молекулярный уровень. Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и стероидов, находящихся в клетках и, как уже отмечено, получивших название биологических молекул. Размеры биологических молекул разнообразны. Самыми малыми биологическими молекулами являются нуклеотиды, аминокислоты и сахара. Напротив, белковые молекулы характеризуются значительно большими размерами. Например, диаметр молекулы гемоглобина человека составляет 6,5 нм.

Биологические молекулы синтезируются из низкомолекулярных предшественников, которыми являются окись углерода, вода и атмосферный азот и которые в процессе метаболизма превращаются в биологические макромолекулы с большой молекулярной массой. На этом уровне начинаются и осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельности (кодирование и передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ и энергии, изменчивость и др.).

Все макромолекулы универсальны, так как построены по одному плану независимо от их видовой принадлежности. Являясь универсальными, они одновременно и уникальны, ибо их структура неповторима. Например, в состав нуклеотидов ДНК входит по одному азотистому основанию из четырех известных (аденин, гуанин, цитозин и тимин), вследствие чего любой нуклеотид или любая последовательность нуклеотидов в молекулах ДНК неповторимы по своему составу, равно как неповторима также и вторичная структура молекулы ДНК. В состав большинства белков входит 100-500 аминокислот, но последовательности аминокислот в молекулах белков неповторимы, что делает их уникальными.

Биологическим макромолекулам присущи непрерывные превращения, которые обеспечиваются химическими реакциями, катализируемыми ферментами.

На молекулярном уровне осуществляется фиксация лучистой энергии и превращение этой энергии в химическую, запасаемую в клетках в углеводах и других химических соединениях, а химической энергии углеводов и других молекул – в биологически доступную энергию, запасаемую в форме макроэнергетических связей АТФ. Наконец, на этом уровне происходит превращение энергии макроэргических фосфатных связей в работу – механическую, электрическую, химическую, осмотическую. Объединяясь, макромолекулы разных типов образуют надмолекулярные структуры, примерами которых являются нуклеопротеиды, представляющие собой комплексы нуклеиновых кислот и белков, липопротеиды (комплексы липидов и белков), рибосомы (комплексы нуклеиновых кислот и белков).

Таким образом, биологические молекулы обеспечивают также преемственность между молекулярным и следующим за ним уровнем (клеточным), являясь материалом, из которого образуются клетки. На молекулярном уровне существует все многообразие вирусов.

Клеточный уровень. Этот уровень организации живого представлен клетками, действующими в качестве самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и др.), а также клетками многоклеточных организмов. Будучи способными к жизни, росту и размножению, клетки являются основной формой организации живой материи, элементарными единицами, из которых построены все живые существа (прокариоты и эукариоты). Надмолекулярные структуры на этом уровне формируют мембранные системы и органеллы клеток (ядра, митохондрии и др.).

Специфичность клеточного уровня определяется специализацией клеток, существованием клеток в качестве специализированных единиц многоклеточного организма. На клеточном уровне происходит разграничение и упорядочивание процессов жизнедеятельности в пространстве и во времени, что связано с приуроченностью функций к разным субклеточным структурам.

На основе различий в строении клеток в органическом мире выделяют прокариоты (ц. бактерий) и эукариоты (ц. грибы, ц. растения, ц. животные).

Организменный уровень. Этот уровень представлен самими организмами – одноклеточными и многоклеточными растительной и животной природы. Организмы уникальны в природе, потому что уникален их генетический материал, детерминирующий развитие, функции и взаимоотношение их с окружающей средой.

Живой организм – целостная биологическая система, состоящая из взаимозависимых соподчиненных элементов, взаимоотношения и особенности строения которых определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). По определению акад. М.В. Волькенштейна «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».

Популяционно-видой уровень. Этот уровень определяется видами растений, животных и микроорганизмов, существующими в природе в качестве живых звеньев.

Видом - считается совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область – ареал.

Популяция – элементарная единица вида и эволюции.

Популяционный состав видов чрезвычайно разнообразен. В составе одного вида может быть от одной до многих тысяч популяций, представители которых характеризуются самым различным местообитанием, занимают разные экологические ниши и характеризуются определенным генофондом. В популяции начинаются элементарные эволюционные преобразования, выработка адаптивных форм.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Представлен биогеоценозами, составной частью которых является биоценоз.

Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и неживых компонентов (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.), объединенных обменом веществ и энергии в единый сложный природный комплекс.

Понятие биогеоценоз введено В.Н. Сукачевым (1940 г.). Получило распространение главным образом в отечественных трудах. За рубежом, особенно в англоязычных странах, чаще используется термин, предложенный в 1935 году англ. ученым Тенсли «экосистема», хотя он многозначен и употребляется также по отношению к искусственным комплексам организмов и абиотических компонентов (аквариум, космический корабль), к отдельным частям биогеоценоза (гниющий пень с населяющими его организмами).

Совокупность всех входящих в биогеоценоз живых организмов составляет биоценоз. Каждый вид использует часть энергии, содержащейся в органических веществах. Остатки используются другими живыми организмами, образуя сложные цепи питания. Любой биоценоз включает:

• продуценты (растения);

• консументы (животные)

• редуценты (микроорганизмы, живущие за счет органических веществ и разлагающие их до минеральных компонентов).

Необходимое условие существования биогеоценоза – постоянный приток солнечной энергии. Каждый биогеоценоз характеризуется определенной однородностью абиотических условий и составом биоценоза. При определении границ наземных биоценозов главное значение придается характеру растительности.

Биогеоценоз – незамкнутая (открытая) динамическая система (любой биогеоценоз не остается в неизменном виде, эволюционирует). Однако ему присуща определенная устойчивость во времени (результат длительной адаптации живых компонентов друг к другу и неживым компонентам среды).

Биосферный уровень. Этот уровень является высшей формой организации живого (живых систем). Он представлен биосферой, в которой осуществляется объединение всех вещественно-энергетических круговоротов в глобальный круговорот веществ и энергии.

Биосфера – совокупность всех биогеоценозов (экосистем) Земли. Включает все живое и неживое, связанное с жизнью. Совокупность всех живых организмов планеты составляет живое вещество биосферы. Границы биосферы определяются наличием условий для жизни.

Биосфера охватывает:

• поверхность Земли;

• верхнюю часть литосферы (твердой оболочки Земли);

• гидросферу (всю);

• нижнюю часть атмосферы (тропосферу).

Крайних пределов достигают бактерии, споры грибов (обнаружены на высоте 20 км в атмосфере, на глубине 4 км в земной коре, 11 км на дне океанических впадин). Верхняя граница обусловлена озоновым экраном, не пропускающим жесткое УФ излучение, губительно воздействующее на живые организмы. Нижняя находится в литосфере и определяется границей осадочных и базальтовых пород.

Наибольшая концентрация жизни находится на границах сфер: у границ соприкосновения литосферы и атмосферы (почва), гидросферы и атмосферы (верхние слои мирового океана), литосферы и гидросферы (дно мирового океана). В.И. Вернадский их называл «пленками жизни». Все живые организмы на планете в процессе своей жизнедеятельности преобразуют геологические оболочки и определяют «лик» Земли.

Круговорот веществ и превращения энергии обуславливают стабильность биосферы. Зеленые растения (продуценты), используя световую энергию Солнца создают органические вещества – первичную продукцию. Первичная продукция используется животными, грибами (консументы). В результате чего создается вторичная продукция. Первичная и вторичная продукция разрушается бактериями и грибами (редуценты) до минеральных веществ.

Между разными уровнями организации живого существует диалектическое единство. Живое организовано по типу системной организации, основу которой составляет иерархичность систем. Переход от одного уровня к другому связан с сохранением функциональных механизмов, действующих на предшествующих уровнях, и сопровождается появлением структуры и функций новых типов, а также взаимодействия, характеризующегося новыми особенностями.

 

Тема 6. Основы генетики.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Рождение генетики как науки принято относить к 1900 г., когда Х. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя, описанные им в 1865 г.

Наследственность – свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями. Наследственность реализуется в процессе наследования или воспроизведения в ряду поколений специфического характера обмена веществ и индивидуального развития в определенных условиях внешней среды. Материальной основой ее при бесполом размножении являются соматические клетки, при половом гаметы (яйцеклетки, сперматозоиды). Наследственные факторы локализуются в хромосомах ядра, в некоторых органоидах цитоплазмы (в митохондриях, пластидах) и называются генами. В 1928 г. Н. К. Кольцов (1872-1940) развил концепцию о молекулярном строении хромосом и химической природе гена, предвосхитил главные положения современной молекулярной генетики.

Ген – это функционально неделимая единица генетического материала, представляющая собой участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов – РНК), кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомальной РНК.

Каждый ген, контролирующий проявление того или иного признака, всегда парный (один из них поступает от матери, второй от отца). Пара генов, расположенных в одинаковых участках (локусах) парных (гомологичных) хромосом и определяющих контрастные (альтернативные) признаки, называется аллельными генами. Альтернативный признак, проявляющийся у гибридов в первом поколении, - доминантный, не проявляющийся (подавленный) – рецессивный, а гены, контролирующие эти признаки, соответственно доминантные и рецессивные.

Аллельные гены принято обозначать одинаковыми буквами латинского алфавита: доминантный – прописной буквой (например, А), рецессивный – такой же строчной (а). Организмы с одинаковыми аллелями одного гена, к примеру, обе аллели доминантные (АА) или обе рецессивные (аа), называют соответственно гомозиготными или гомозиготами. Организмы, имеющие разные аллели одного гена – одну доминантную, другую – рецессивную (Аа), называют гетерозиготными или гетерозиготами. В результате мейоза гомологичные хромосомы,а с ними и аллельные гены расходятся в разные гаметы. Поскольку у гомозиготы обе аллели одинаковые, она образует один тип гамет. Гетерозиготная особь образует два типа гамет – один с доминантным, другой с рецессивным геном.

Совокупность генов клетки или организма, обусловливающих его развитие, называют генотипом. Генотип является не механическим набором независимо функционирующих генов, а единой их системой. Комплекс признаков и свойств организма, формирующихся в процессе взаимодействия генотипа с внешней средой, называются фенотипом.

Изменчивость – свойство живых организмов изменяться под влиянием факторов среды в результате приобретения новых или утраты имеющихся признаков. Изменчивость отражает нестабильность наследственных свойств организма и является одним из важнейших факторов эволюции, обеспечивающих приспособленность популяций и видов к изменяющимся условиям существования.

Материальные основы наследственности и изменчивости организмов на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях организации живого являются предметом генетики.

Перед генетикой как наукой стоят следующие задачи:

1. изучение проблем хранения генетической информации, то есть определение структур клетки, являющихся материальным субстантом генетической информации, и способов ее кодирования;

2. выяснение механизмов и закономерностей передачи генетической информации от клетки к клетке, от поколения к поколению;

3. анализ способов реализации генетической информации в конкретные признаки организма при его взаимодействии со средой;

4. изучение типов изменения генетической информации и механизмов ее возникновения.

Эти задачи решаются различными методами.

Материальные основы наследственности (хромосомы) изучают с помощью цитологического метода. Анализ закономерностей наследования отдельных свойств и признаков организма при половом размножении, а также изменчивости генов и их комбинаторики проводят гибридологическим методом, разработанным Г. Менделем. Мендель изучал наследование отдельных пар признаков в потомстве, полученным при скрещивании родительских особей, отличающихся по одной или двум парам альтернативных признаков. Он предложил соблюдать следующие условия:

1) в каждом поколении вести учет отдельно по каждой паре альтернативных признаков без учета других различий скрещиваемых организмов;

2) проводить количественный учет гибридных организмов, отличающихся по отдельным парам альтернативных признаков, в ряду последовательных поколений;

3) осуществлять индивидуальный анализ потомства от каждого гибридного организма.

Сочетание гибридологического метода с цитологическим составляет самостоятельный метод – цитогенетический. Он дает возможность изучать кариотип человека, выявлять изменения в строении и количестве хромосом.

Действие генов в процессе индивидуального развития исследуют онтогенетическим методом. В сочетании с биохимическим этот метод позволяет установить носительство рецессивных генов в гетерозиготном состоянии по фенотипу.

Количественный учет наследования признаков проводят математическим методом. Частоту встречаемости различных генов в популяции определяют популяционностатистическим методом. По родословной высокопродуктивных животных, а также человека устанавливают типы наследования признаков в различных поколениях (генеалогический метод). Близнецовый метод основан на изучении близнецов с одинаковым генотипами и позволяет выяснять влияние среды на формирование признаков.

Закономерности наследственности. Основные закономерности наследования признаков были открыты Г. Менделем. Скрещивание, в котором родительские особи анализируются по одной паре альтернативных признаков, называется моногибридными, по двум – дигибридным, по многим альтернативным признакам - полигибридным. Опыт по скрещиванию записывают в виде схем. Причем родительские особи обозначаются буквой Р, особи первого поколения – F1, второго поколения – F2 и т.д.; скрещивание – знаком умножения (x); генотип материнской особи записывают первым, а отцовский вторым; в первой строке располагают генотипы родителей, во второй типы их гамет, в третьей – генотипы гибридов первого поколения.

Для опытов Мендель брал горох, различающийся по цвету семян (желтые и зеленые). В результате скрещивания гомозиготных желтых (АА) особей с зелеными (аа) каждый родитель образует по одному типу гамет «А» и «а», которые дают гибриды с одинаковым генотипом, причем из пары альтернативных признаков развивается только один (доминантный), а второй (рецессивный) подавляется. Исходя из этих данных, Мендель сформулировал первый закон — закон доминирования, или закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения однообразны как по генотипу, так и по фенотипу. По генотипу они гетерозиготны, а по фенотипу несут доминантный признак.

Опыты также показали, что каждая гибридная особь может образовать два типа гамет, которые вследствие скрещивания друг с другом могут дать особи как с доминантными (75 %), так и с рецессивными (25 %) признаками.

Таким образом, по фенотипу получается расщепление 3:1, а по генотипу— 1АА:2Аа:1аа. Исходя из результатов второго скрещивания, Мендель открыл второй закон — закон расщепления: при скрещивании двух гетерозиготных особей, т. е. гибридов, анализируемых по одной альтернативной паре признаков, в потомстве происходит расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 и по генотипу 1:2: 1.

Для объяснения закономерностей, вытекающих из второго закона Менделя, У. Бэтсон в 1902 г. сделал обобщение, вошедшее в генетику под названием закона чистоты гамет: гены в гаметах у гибридных особей не гибридны, а чисты.

Законы Менделя и закон чистоты гамет с цитологической точки зрения можно объяснить тем, что у гибридов каждая пара аллельных генов находится в идентичных локусах гомологичных хромосом, одна из которых — материнская, а другая — отцовская. При гаметогенезе вследствие мейоза гомологичные хромосомы расходятся в разные гаметы, причем в каждой гамете из пары располагается только одна хромосома с одним аллельным геном в «чистом» виде. В результате оплодотворения мужские и женские гаметы обоих типов могут соединяться с равной вероятностью, после чего и осуществляется расщепление по генотипу в соотношении 1АА:2Аа : 1аа.

В некоторых случаях при гибридологическом анализе приходится выяснять генотип неизвестного гибридного организма. Для этих целей применяется так называемое анализирующее скрещивание — скрещивание гибридной особи, генотип которой неизвестен, с «анализатором» (гомозиготной по рецессивным аллелям особью). Если гибрид гетерозиготен по анализируемой паре аллельных генов (Аа), то он образует два типа гамет, а рецессивный «анализатор» (аа) — один тип гамет, в результате у гибридов произойдет расщепление потомства по анализируемому признаку в соотношении 1 : 1 (50 % особей с доминантным признаком и 50 % —с рецессивным). Если же гибрид гомозиготен по анализируемому признаку (АА), то он, как и рецессивный «анализатор», образует один тип гамет. Все гибриды вследствие проявления доминантного гена будут однообразными по фенотипу и гетерозиготными по генотипу. Анализирующее скрещивание применяется в селекции для проверки генотипа организма по изучаемой паре аллелей из любого поколения или для установления генотипа организма неизвестного происхождения.

Следует отметить, что в некоторых случаях первый закон Менделя не проявляется, поскольку ряд признаков у растений и животных наследуется не по доминантному, а по промежуточному типу (неполное доминирование — результат взаимного влияния генов одной аллельной пары). Например, при скрещивании гомозиготных растений ночной красавицы с белыми цветками (аа) и таких же растений с красными цветками (АА) гибриды первого поколения наследуют не красную (доминантную) окраску цветков, а розовую — промежуточную (Аа). После скрещивания этих гибридов между собой во втором поколении происходит расщепление окраски цветков по фенотипу и генотипу в соотношении 1:2:1, т. е. появляется 25 % красных (АА), 50 % розовых (Аа) и 25 % белых (аа) цветков. Таким образом, промежуточный характер наследования не противоречит закону расщепления.

Для дигибридного скрещивания Мендель брал гомозиготные растения гороха, отличающиеся по двум признакам. У материнских растений семена были гладкие желтые, у отцовских — морщинистые зеленые. После их скрещивания семена у гибридов первого поколения оказались желтые гладкие. Следовательно, у них гладкая форма семени (В) доминирует над морщинистой (b), а желтая окраска (А) — над зеленой (а). Поскольку гены формы семян и их окраски располагаются в разных парах гомологичных хромосом и проявляются разными признаками, они получили название неаллельных генов. При скрещивании дигетерозиготных гибридов (АаВЬ) между собой каждый из них может образовать четыре типа гамет — АВ, Аb, аВ, аb. При равновероятном их слиянии во втором поколении образуется 16 вариантов генотипов.

Английский генетик Р. Пеннет (1906) для удобства учета предложил записывать образующиеся генотипы в виде решетки. Фенотипически это расщепление по форме и цвету дает 9 гладких желтых семян, 3 гладких зеленых, 3 морщинистых желтых и 1 морщинистое зеленое семя (соотношение 9:3:3:1).

Таким образом, проанализировав наследование признаков у гибридов второго поколения, Мендель установил, что форма горошин не зависит от их окраски, т. е. расщепление по каждому признаку (по каждой аллельной паре) происходит независимо от другого признака (других аллельных генов) в соотношении 3:1. Это третий закон Менделя, или закон независимого наследования признаков: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя (или более) парами признаков, во втором поколении наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков в сочетаниях, не свойственных родительским и прародительским особям.

Цитологическими основами третьего закона Менделя являются свободное расхождение и независимое комбинирование отцовских и материнских хромосом в мейозе при образовании гамет гибридами. Поэтому гибриды первого поколения (АаВb) могут образовывать с одинаковой вероятностью четыре типа гамет (АВ, Аb, аВ, аb). При оплодотворении гаметы соединяются также по правилам случайных сочетаний с равной вероятностью для каждой, благодаря чему во втором поколении возникают все возможные типы зигот в таком же соотношении, как и при скрещивании.

Для объяснения открытых законов Мендель использовал математические методы исходя из теории вероятности. Он полагал, что гаметы при оплодотворении сливаются друг с другом в зиготу по законам случая. Характер наследования признаков у гибридов зависит от воздействия множества факторов внешней и внутренней среды. Так, если в основе расщепления лежат биологические механизмы (мейоз), то конечный результат (количество особей, особенности их генотипов, фенотипов и т.д.) определяется суммарным воздействием многих непредвиденных внутренних и внешних факторов и носит случайный или статистический характер.

Хромосомная теория наследственности

Хромосомная теория наследственности — это учение о локализации наследственных факторов (генов) в хромосомах клеток, которое утверждает, что преемственность свойств организмов в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом.

Хромосомная теория наследственности была разработана Т. Морганом с сотрудниками в начале 20 в. и нашла подтверждение при изучении генетических механизмов определения пола у животных.

Пол — это совокупность морфологических и физиологических признаков организма, обеспечивающих его половое размножение и передачу наследственной информации за счет образования гамет. Особи мужского и женского пола различаются хромосомным набором в гаметах. Например, у самок некоторых видов (дрозофила, человек) все хромосомы парные, а у самцов — две непарные, причем одна из них такая же, как и у самки.

Хромосомы, по которым различаются особи мужского и женского пола, получили название половых хромосом: парная хромосома обозначается буквой X, непарная — буквой У. Хромосомы, по которым мужской и женский пол не различаются, называются аутосомами (А). Например, у человека из 23 пар хромосом 22 пары являются аутосомами и лишь 1 пара — половыми хромосомами. Хромосомный набор женщины можно записать так: 44А + ХХ, мужчины — 44А + ХУ. У дрозофилы хромосомный набор самки составляет 6А + ХХ, у самца — 6А + ХУ.

Пол, контролируемый одинаковыми половыми хромосомами, производит один тип гамет (с Х-хромосомой) и называется гомогаметным.

Противоположный пол, контролируемый разными хромосомами, производит два типа гамет (с Х-и У-хромосомой) и называется гетерогаметным. У дрозофилы, млекопитающих и других гомогаметен женский пол, а гетерогаметен — мужской; у птиц, бабочек — наоборот. В таком случае женская хромосома обозначается буквой W, а мужская — буквой Z. Пол наследуется как типичный менделирующий признак.

Половые хромосомы, помимо генов, определяющих пол, несут гены, не имею<

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-22

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...