Норма реакции генотипа. Модификационная изменчивость, ее адаптивное и эволюционное значение.

Норма реакции — способность генотипа формировать в онтогенезе, в зависимости от условий среды, разные фенотипы. Она характеризует долю участия среды в реализации признака. Чем шире норма реакции, тем больше влияние среды и тем меньше влияние генотипа в онтогенезе. Один и тот же ген в разных условиях среды может реализоваться в несколько проявлений признака (фенов). В каждом конкретном онтогенезе из спектра проявлений признака реализуется только один. Аналогично один и тот же генотип в разных условиях среды может реализоваться в целый спектр потенциально возможных фенотипов, но в каждом конкретном онтогенезе реализуется только один фенотип. Под наследственной нормой реакции понимают максимально возможную ширину этого спектра: чем он шире, тем шире норма реакции. Фенотипическое значение любого количественного признака (Ф) определяется, с одной стороны, его генотипическим значением (Г), с другой стороны — влиянием среды. Термин введён в 1909 В. Иогансеном. Широкая норма реакции: большие изменения признаков, например, надоев молока у коров, коз, массы животных. Узкая норма реакции – небольшие изменения признаков, например, жирности молока, окраски шерсти. Фактически норма реакции — спектр возможных уровней экспрессии генов, из которого выбирается уровень экспрессии, наиболее подходящий для данных условий окружающей среды

Норма реакции генотипа: Наследуется не признак как таковой, а способность генотипа давать какой-нибудь признак в результате взаимодействия с условиями среды. Генотип реагирует на воздействие факторов внешней среды в определенном диапазоне. Поэтому каждый признак имеет несколько вариантов, несколько модификаций. Норма реакции - это диапазон модификационной изменчивости, пределы модификационной изменчивости. Фактически норма реакции — это размах, спектр модификаций, который может произвести генотип под влиянием внешних условий. Норма реакции генотипа — это пределы колебаний данного фактора среды, в которых возможна реализация генетической программы по данному признаку в виде какого-либо признака.

Модификационная (фенотипическая) изменчивость — изменения в организме, связанные с изменением фенотипа вследствие влияния окружающей среды и носящие, в большинстве случаев, адаптивный характер. Генотип при этом не изменяется. В целом современное понятие «адаптивные модификации» соответствует понятию «определенной изменчивости», которое ввел в науку Чарльз Дарвин. Особенности модификационной изменчивости – не передается по наследству, так как не затрагивает гены и генотип, имеет массовый характер (проявляется одинаково у всех особей вида), обратима – изменение исчезает, если вызвавший его фактор прекращает действовать. Например, у всех растений пшеницы при внесении удобрений улучшается рост и увеличивается масса; при занятиях спортом масса мышц у человека увеличивается, а с их прекращением уменьшается. Адаптивный характер модификационной изменчивости – приспособительная реакция организмов на изменения условий среды. Характеристика модификационной изменчивости: обратимость — изменения исчезают при смене специфических условий окружающей среды, спровоцировавших их; групповой характер; изменения в фенотипе не наследуются, наследуется норма реакции генотипа; затрагивает фенотип, при этом не затрагивая сам генотип.

Значение модификаций. Модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительный характер и в этом смысле имеет важное значение в эволюции. Обусловленные нормой реакции адаптивные модификации дают возможность организму выжить и оставить потомство в изменившихся условиях среды.

Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет также большое практическое значение, так как позволяет предвидеть и заранее планировать максимальное использование возможностей каждого сорта растений и породы животных. В частности, создание заведомо известных оптимальных условий для реализации генотипа обеспечивает их высокую продуктивность.

Значение модификационной изменчивости: Модификационная изменчивость увеличивает адаптированность организмов. Модификационная изменчивость позволяет нетолько выжить организмам, но и произвести потомство. Благодаря модификационной изменчивости популя-ция получает отсрочку элиминации до приобретения (в результате мутационного процесса, или потока генов, или рекомбинации генетических вариантов) нужного изменения признака, позволяющего успешно выживать и давать размножающееся потомство.

№ 25 Мутационная изменчивость. Ее эволюц роль. Классифик мутаций по изменению генома и адаптивному значению.

Мутационная изменчивость - это изменчивость самого генотипа. Мутации — это внезапные наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Основные положения мутационной теории разработаны Г. Де Фризом в 1901—1903 гг. и сводятся к следующему: 1) Мутации возникают внезапно, скачкообразно, как дискретные изменения признаков. 2) В отличие от ненаследственных изменений мутации представляют собой качественные изменения, которые передаются из поколения в поколение. 3)Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными, как доминантными, так и рецессивными. 4) Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей. 5)Сходные мутации могут возникать повторно. 6) Мутации ненаправленны (спонтанны), т. е. мутировать может любой участок хромосомы, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.

Почти любое изменение в структуре или количестве хромосом, при котором клетка сохраняет способность к самовоспроизведению, обусловливает наследственное изменение признаков организма. По характеру изменения генома, т. е. совокупности генов, заключенных в гаплоидном наборе хромосом, различают генные, хромосомные и геномные мутации. Генные, или точковые, мутации — результат изменения нуклеотидной последовательности в молекуле ДНК в пределах одного гена. Такое изменение в гене воспроизводится при транскрипции в структуре иРНК; оно приводит к изменению последовательности аминокислот в полипептидной цепи, образующейся при трансляции на рибосомах. В результате синтезируется другой белок, что ведет к изменению соответствующего признака организма. Существуют разные типы генных мутаций: это дупликации (повторение участка гена), вставки (появление в последовательности лишней пары нуклеотидов), делеции ("выпадение одной или более пар нуклеотидов), замены нуклеотид-ных пар (AT -><-ГЦ; AT -><-; ЦГ; или AT -><-ТА), инверсии (переворот участка гена на 180°). Эффекты генных мутаций чрезвычайно разнообразны. Большая часть из них фенотипически не проявляется, поскольку они рецессивны

Геномные мутации - это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом. Разные виды геномных мутаций называют гетероплоидией и полиплоидией. Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом. Н-р, у растений довольно часто обнаруживается явление полиплоидии - кратного изменения числа хромосом. У полиплоидных организмов гаплоидный набор хромосом n в клетках повторяется не 2, как у диплоидов, а значительно большее число раз (3n, 4п, 5п и до 12n). Полиплоидия - следствие нарушения хода митоза или мейоза: при разрушении веретена деления удвоившиеся хромосомы не расходятся, а остаются внутри неразделившейся клетки. В результате возникают гаметы с числом хромосом 2n.

Хромосомные мутации (аберрации) характеризуются изменением структуры отдельных хромосом. При них последовательность нуклеотидов в генах обычно не меняется, но изменение числа или положения генов при аберрациях может привести к генетическому дисбалансу, что пагубно сказывается на нормальном развитии организма. Различают внутрихромосомные, межхромосомные и изохромосомные аберрации. Внутрихромосомные аберрации — аберрации в пределах одной хромосомы. К ним относятся делеции, инверсии и дупликации. Делеция — утрата одного из участков хромосомы (внутреннего или терминального), что может стать причиной нарушения эмбриогенеза и формирования множественных аномалий развития. Инверсия — встраивание фрагмента хромосомы на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается порядок расположения генов. Дупликация — удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы.

Значение мутаций для эволюции, селекции и медицины. Основы понимания роли М. в эволюции были заложены в 20-х гг. 20 в. работами советского генетика С. С. Четверикова, английских учёных Дж. Холдейна и Р. Фишера и американского учёного С. Райта, положивших начало развитию эволюционной генетики. Было показано, что все наследственные изменения, служащие материалом для эволюции, обязаны М. (комбинативная изменчивость, возникающая путём образования новых сочетаний генов при скрещивании, в конечном счёте, тоже есть следствие М., обусловливающих генетические различия скрещивающихся особей). В отличие от модификаций, М. не являются однозначной реакцией на вызывающее их воздействие: один и тот же мутагенный фактор приводит к возникновению разнообразных М., затрагивающих те или иные признаки организма и изменяющих их в разных направлениях. Поэтому сами по себе М. не имеют адаптивного характера. Однако постоянно возникающие у любого вида живых существ М., многие из которых к тому же длительно сохраняются в популяции в скрытом виде (рецессивные Мутации), служат резервом наследственной изменчивости, который позволяет естественному отбору перестраивать наследственные признаки вида, приспосабливая его к меняющимся условиям среды (изменению климата или биоценоза, переселению в новый ареал и т. п.). Т. о., адаптивность эволюционных изменений — следствие сохранения естественным отбором носителей тех М. и их сочетаний, которые оказываются полезными в данной обстановке. Мутационная изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений. Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований. Одним из распространенных видов мутаций, имеющий важное значение в эволюции растений, является полиплоидия. Хромосомные мутации также играют важную эволюционную роль. Прежде всего необходимо указать на удвоение генов в одной хромосоме. Именно благодаря удвоениям генов в процессе эволюции накапливается генетический материал. Нарастание сложности организации живого в ходе исторического развития в значительной степени опиралось на увеличение количества генетического материала.

№ 26 Закон гомологичных рядов наслед-ой изменч-ти Н. И. Вавилова Его значение. Методы селекции жив и раст.

ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЗАКОН устан. параллелизм в наследств, изменчивости организмов. Сформ Н. И. Вавиловым в 1920. Изучая изменчивость признаков у видов и родов злаков и др. семейств, Н. И. Вавилов обнаружил, что: 1. Виды и роды, генетически близкие между собой, харак-тся тождественными рядами наслед изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм для одного вида, можно предвидеть нахождение тождественных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды, тем полнее тождество в рядах их изменчивости. 2. Целые семейства растений в общем характ-ся опред циклом изменчивости, проходящей через все роды, составляющие семейство». Хотя исходно закон касался изменчивости у растений, Н. И. Вавилов указывал на применимость его к животным. Теоретич. основой гомологии рядов фе-нотипич. измен-ти у близких таксономич. групп является представление о единстве их происхождения путём дивергенции под действием естеств. отбора. Поскольку общие предки существующих ныне видов обладали определ., спепифич. набором генов, то и их потомки должны обладать, таким же набором генов. Учитывая, что каждый ген может мутировать в разных направлениях (множеств, аллелизм) и что мутационный процесс имеет ненаправленный характер, естественно предполагать, что спектр изменений одинаковых генов у особей близких видов будет сходным.

Селе́кция — наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных. Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает раст или жив с интересующими его признаками. До XVI—XVII в. отбор происходил бессознательно.Только в последнее столетие человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени. Однако методом отбора человек не может получить принципиально новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками и в дальнейшем отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно.

Селекция растений. Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности — отбор и гибридизация. Для перекрестноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. Т. о. получают, н-р, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными. Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты, и т. п. Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидные клевер, рожь и твердая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница.

Селекция животных. Селекция животных имеет некоторые особенности: для них хар-но только половое разм-ие; в основном очень редкая смена поколений (у большва животных через несколько лет); кол-во особей в потомстве невелико. Поэтому в селек-ой работе с жив важное значение приобретает анализ совокупности внешних признаков, или экстерьера, хар-ого для той или иной породы. Одомашнивание животных. Главным фактором одомаш служит искус-ый отбор организмов, отвечающих требованиям человека. Одомаш привело к ослаблению действия стабил-го отбора, что резко повысило уровень измен-ти и расширило его спектр. При этом одомаш-ие сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более спокойный нрав), затем осознанным, или методическим. Методич-ий отбор направлен на формирование у животных определенных качеств, удовлетворяющих человеку. Отбор и типы скрещивания. Отбор родительских форм и типы скрещивания животных проводятся с учетом цели, поставленной селекционером. Это может быть целенаправленное получение определенного экстерьера, повышение молочности, жирности молока, качества мяса и т. д. В селекционной работе с животными применяют в основном два способа скрещивания: аутбридинг и инбридинг. Аутбридинг, или неродственное скрещивание между особями одной породы или разных пород животных, при дальнейшем строгом отборе приводит к поддержанию полезных качеств и к усилению их в ряду следующих поколений. При инбридинге в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство (отец—дочь, мать—сын, двоюродные братья—сестры и т. д.). При этом гомозиготизация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем быстрее, чем более близкородственное скрещивание используют при инбридинге. Однако гомозиготизация при инбридинге, как и в случае растений, ведет к ослаблению животных, снижает их устойчивость к воздействию среды, повышает заболеваемость.

№ 27. Биотехнологические (б/т) процессы в пищ промыш-ти. Использование дрожжей бактерий, водорослей и микроскопич. грибов в производстве кормового белка.

Б/т - комплексная дисциплина. Наука о методах и технологиях производства, транспортировки, хранении и переработки продукции с использованием обычных растений, жив-х, микро организмов (м/о) в естеств и искусств средах.

К важным отраслям биоиндустрии относят некоторые отрасли пищевой промыш-ти (выращивание дрожжей, водорослей, бакт для получения белков, витаминов, фермен; сельское хоз-во (клонирование и селекция сортов растений, произ-во биоинсектицидов); фармацевт пром-ть (разработка вакцин, синтез гормонов); экологию (защита окруж среды (очистка сточных вод, переработка хоз отходов).

Биотехнология также принята создавать современ технологии для синтеза полимеров, искуст-х приправ, для получения метанола, этанола, водорода и др.

Разделы: микробиол синтез (получ продуктов с испол-м трансгенных и нетранс-х м/о), экология б/т, биоэлектроника (создание биосенсоров для контроля биопроцессов в орган),

протоинженерия (изуч св-ва прир белков на генном уровне), медиц б/т, б/т кормопроиз-ва, пищевая б/т, генная инженерия.

Получение кормовых белков. Исполь-ся м/о, имеющие преимущ-ва: высокое содержание сухой массы (60%), высокая интенсив-ть синтеза белков, несложная технология культив-ия.

кормовые дрожжи. испол-т как источник белка в германии при культив-ии пивных дрожжей (сахоромицеты).Дрожжи выращ-т на древесине, отходах. Сырье измельч, подвергают кислотному гидролизу. При это образ-ся моносахариды, на к-х выращ-т м/о. Род кандида толуропсис сахаромиксис испол-т глубинную ферментацию при перемешивании. Растут быстро.Культу-ая жид-ть отдел-ся фильров-м. Далее культ. жид-ть конценрт-т на сепараторе.дрож. массу подверг-т механ., термич, ультразвук обработке, чтобы разрушить клет стенку. Далее массу упаривают до 10 % влажности. Недостатки: содер-ся токсич-ие в-ва (до 6 %) пурин и пиримидин основания.

Белковые концентраты бактерий. испол-т более 30 видов бакт. содер-ие белка до 80 %. они наращ-т биомассу быстрее и в них сод-ся больше серосодержащих аминокислот (аргинин, серин). Источ-и углерода могут служить газообразные прод-ы, нисшие спирты и водород. При испол. метана смесь подают в ферментер струйного типа. М/о рода милококкус. После окончания ферментации бакт осажд-т на ферментаторе. Получают массу, к-ую подвет мех и ультразвук обработке, высуш-ии. Взрывоопас в-во. При культив на метаноле испол псевдомонос и метиломонос. Недост: большое сод-ие пурин-х и пиримид основ.

Кормовые белки водорослей. испол одноклет водоросль хлорелла, сценодесмус, сине-зел водор рода спирулина, способные синтез-ть белки из углекс газа и воды, минерал в-в при исполь энергии солн света.

культив-т в спец бассейнах открытого типа либо в естеств-х усл-х в щелочных озерах. Недост: плотная целлю-ая обол водор-й, треб дополн обраб-ки. Содер белков 55 %, спирулина - 65 %.Белки хорошо сбалансир по аминокис-му составу, много ненасыщ АК, мало токсич в-в. Белковая масса из кл-к водор - й поступает в произ-во в виде суспензии, сухого порошка. Процесс отделения клеток водор от воды очень трудоемко. эти белки после очистки можно добав как добавка к рациону людей.

Белки грибов. сырьем для выращ грибоа служат растит отходы, лигнин, гемицелл-за. По питат св-ам белки приближ. к белкам мяса, сои. Раньше испол грибы корич-ой и белой глины из родов Строфария, Плевротис. Сейчас испол-т штаммы термофил-х гриьовпеницилум, аспергилум, триходерма. В белках грибов много витам-в, усвояемых липидов. недост: медленный рост биомассы по сравн с раст. источником углерода для промышл выращ грибов служит растит отходы,содерж клетчатку, а также торф и навоз.

Субстрат предвар подгот-т, исполь ферментат гидролиз. Получ моносах, культив-т в посевных аппаратах открытого типа. Грибной мицелий отделяют от культуральной жид-ти, разруш и высуш до 10 % влажн-ти и испол как биодобавка. Сыр корфор (гриб пениццилум роквефорти). В Великобрит создан пищ продукт - микопротеин, аналог мяса. Белки грибов хорошо перевар-ся в организме жив-х, и их испол в качестве кормовой добавки, чем кормоые дрожжи.

Белки трав и др раст-й. Имеют сбалансир АК состав.Метод разраб в 1773 г. Это метод путем отжатия соков. Сорвем м-ды заключ в отделении точкис аромат соедин от токсич сока.

1942 г-первый соврем метод в России, получ первый белковый концентра провитамин акаротин. Его испол для обраб раненных.

Технол: измельч растит массу, отжимают сок, коакуляция сока, раздел коакулята на зеленую массу и корич сок, консер-ие белково- витам пасты.

Получ 3 вида кормов: белковый коагулят, фермент сок, остатки растит матер-ла в виде жома.

№ 28. (1) Применение биотехнол процессов для решения проблем окруж среды. Биотрансформ ксенобиотиков. Получение биогага, этанола, преобраз солн энергии. Очистка сточных вод.

Экологич б/т - это новейший подход к охране и сохранению окр среды. Передмет экол б/т составляют применение методов для решения проблем окр среды, таких как, переработка отходов, очистка воды, устранение загрязнений. Рост городов привел к серьезным экол проблемам. Многие созданные чел-и в-ва не разлаг-ся м/о, поэтому треб-т более усоверш-х технологий. Обычно для утилизации отходов примен комплексы м/о со спец приборными усройствами.

Билтрансформация ксенобиотиков. Ксенобиотики - чужеродные в-ва, попадая в организм чел и жив подверг-ся различной биотрансформации: окислению, восстан, гидролизу и др. Биотрансф-ия чужеродных в-в под д-м м/о и ферментов протек в воде и почве. Но изучение этих процессов в почве затруднено из-за адсорбции ксенобиотиков, м/о и ферментов на частицах почвы. Усиойчивость многих ксенобиот-в в биосфере высока: альдрин и хлоран - до 15 лет, диэльдрин - до 25 лет. Некот поллютанны, подвергаясь распаду, могут образ-ть более устой-ые и токсич в-ва. Среди ксенобиот, вносимых чел-м в биосферу, есть производные нафталина и салициловой к-ты.

Биометаногенез.

Экол чистую энергию можно получить путем преобраз солн энергии в электр-ю с помощью солнечных коллекторов, биогаза. Биогаз - это смесь из 65 % метана, 30 % углек газа, 1 % сероводорода, и незнач примесей азота, кислорода, водорода. В основе получ биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез - процесс превращения биомассы в энергию. сущ- т 3 стадии биометаноген: 1) ферментат гидролиз белков, липидов, полисах. Также участ-т м/о бродильщики, к-ые фермент-т моносах-ды. 2) ацидогенез. Уч-т две группы м/о: ацетогенные (м/о фермент-т моносах, спирты, орган к-ты с образ водор, углек газа и НМС) и гомоацетатные м/о усваивают водород и углек газ через стадию образ ацетил -КоА и превращ его в низкомолек к-ты, в основном ацетат. 3) из разложив отходов образ метан. Он можнт синтез-ся через стадию восстан-ия углек газа молекулярным водородом.

4 H + CO ----- CH + H O 3H+CO-----CH + H O

Особое место в утилизации отходов занимает метановое сбраживание. Оно помогает получить из местного сырья биогаз как локальный источник энергии, также улучшить качество органич удобрения и очистить окр среду от загрязн. Метановые бактерии раздел на мезо- (30- 40 С) и термофильные (50-60 С). Использ след бакт: лактобациллус ацидофилус, бактероидес юниформис, клостридиум, мктановые бактерии из родов метанококус, метаногениум.

Для получения биогаза можно испол отходы с/х, испорченные продукты, жидкие отходы сахарных заводов, сточные воды городов и спиртовых заводов.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: