Изменчивость и ее формы

Большой интерес  представляют данные о географическом распространении полиплоидных видов. Для многих родов растений установлена приуроченность полиплоидных видов к крайним северным и экваториальным широтам, а также высокогорным районам. Так, из числа цитологически изученных видов высших растений Арктики 72 % оказались полиплоидами, на Памире - 86 %, среди растительности Алтая полиплоидных видов оказалось 65 %. Очевидно, это объясняется большей жизнестойкостью полиплоидных форм, т. к. в таких генетических системах возможность перехода летальных и вредных мутаций в гомозиготное состояние уменьшается.

Обладая большой  экологической пластичностью, полиплоидные виды оказываются способными распространяться в более суровых местах обитания, чем диплоидные виды. Следовательно, полиплоиды представляют собой новый  материал для отбора, обладающий большими возможностями, иначе говоря, полиплоиды являются сырьем для возникновения новых форм и видов растений.

У животных в  естественных условиях полиплоиды не встречаются. Экспериментально были получены полиплоиды у насекомых (тутовый шелкопряд), амфибий (тритон), птиц (индюк), млекопитающих (мышь, кролик).

Полиплоидные  зародыши человека обнаружены при изучении материала, полученного при выкидышах. Продолжительность жизни новорожденных  с полной триплоидией (3 п) колебалась от

11.

15 минут до 7 суток. У них были обнаружены  различные фенотипические нарушения:  общее физическое недоразвитие, сращение III-IV пальцев кистей и  стоп, уродства мочеполовой и  нервной систем.

АНЕУПЛОИДИЯ

Анеуплоиды - организмы, имеющие в основном наборе увеличенное или уменьшенное, но не кратное гаплоидному, как у полиплоидов, число хромосом. Анеуплоиды, у которых недостает одной из пары гомологичных хромосом, называют моносомиками (2 п - 1); если нет двух гомологичных хромосом - это нуллисомики (2 п - 2). В первом случае отсутствует одна из гомологичных хромосом какой-то пары, во втором - полностью отсутствует, выпадает одна из гомологичных хромосом.

Анеуплоиды, у  которых полный набор увеличен на одну хромосому, называют трисомиками (2 п + 1), а если таких дополнительных хромосом будет две, это будут тетрасомики. В первом случае какая-то пара гомологичных хромосом увеличивается на одну, т. е. происходит трисомия, во втором - одна из хромосом численно увеличивается в четыре раза, т. е. происходит тетрасомия. Нарушения в распределении хромосом, приводящие к образованию анеуплоидных организмов, возможны как в митозе, так и в мейозе. Анеуплоиды могут возникать спонтанно, при неправильном расхождении хромосом во время деления клеток. В результате образуются дочерние клетки с дупликациями или нехватками по отдельным хромосомам. При слиянии возникших на этой основе гамет получаются анеуплоидные организмы.

У пшеницы общая  частота спонтанно возникающих  анеуплоидов равна приблизительно 1 %. Очевидно, процент анеуплоидов и у других организмов достаточно высок.

Все анеуплоиды отличаются пониженной жизнестойкостью  и плодовитостью. Это объясняется  нарушением у них мейоза и, следовательно, большим числом ненормально развитых гамет. Анеуплоидия у разных форм организмов проявляется по-разному.

У растений одни виды более, другие менее чувствительны  к анеуплоидии. Например, к трисомии более чувствительны виды, имеющие  небольшое число хромосом, чем  полиплоиды и виды с большим числом хромосом.

Моносомики  у диплоидных видов в большинстве случаев нежизнеспособны. У полиплоидов моносомики значительно более жизнеспособны, утрата одной хромосомы на них сказывается менее чувствительно, чем на диплоидов.

Анеуплоиды  встречаются у животных и человека.

Анеуплоиды  у человека образуются чаще все при нерасхождении половых хромосом у одного из родителей при образовании половых клеток. Чаще всего наблюдается появление трисомиков (2 п + 1). У человека нормальный набор хромосом 23 пары, среди которых у женщин имеются две Х-хромосомы, а у мужчин - ХY. Нерасхождение половых хромосом приводит к появлению организмов с хромосомными болезнями.

12.

Например, при  трисомии по Х-хромосоме (44 + Х) наблюдается  синдром Шерешевского-Тернера. Эта  болезнь проявляется у женщин и выражается в отсутствии яичников, недоразвитием вторичных половых признаков и в полном бесплодии, а также в необычно маленьком росте и отставании в умственном развитии. Эта болезнь сопровождается преждевременным старением.

При трисомии по Y-хромосоме (44 + Y) наблюдается синдром Клейнфельтера. Эта болезнь проявляется у мужчин и выражается в недоразвитии половых желез (яичек), а затем бесплодии, непропорциональном развитии конечностей и часто в умственной отсталости.

Но анеуплоидия  у человека проявляется и в  образовании трисомиков по аутосомам. Например, трисомия по 21-й хромосоме вызывает распространенное заболевание - болезнь Дауна. Синдром Дауна поражает и мужчин, и женщин. Он проявляется в сочетании врожденного слабоумия с рядом физических недостатков: маленькая круглая голова, плоский затылок, полуоткрытый рот, толстый язык и т. д. Частота рождения детей с болезнью Дауна возрастает пропорционально возрасту матери. У женщин старшего возраста нарушение мейоза типа нерасхождения хромосом происходит чаще, чем у молодых женщин. Главная причина болезни Дауна - нарушение строения гамет у матери.

Трисомия по 22-й хромосоме вызывает шизофрению.

ГАПЛОИДИЯ

Гаплоиды - организмы, у которых содержится в два  раза меньше хромосом (п), чем у исходных форм. Гаплоиды развиваются из одной  клетки с генотипом гаметы, минуя  оплодотворение: из яйцеклетки, сперматозоида  или пыльцевого зерна.

Одна из характерных особенностей гаплоидов - уменьшение размеров всех клеток и органов. Поскольку у гаплоидов одинарный набор хромосом, в их фенотипе могут проявляться не только доминантные, но и рецессивные гены. Это одна из причин, почему гаплоиды перекрестноопыляющихся растений маложизнеспособны. В то же время у самоопылителей жизнеспособность гаплоидов значительно выше.

Гаплоиды зарегистрированы более чем у 152 видов растений, у животных не зарегистрированы.

Спонтанно гаплоиды возникают с различной частотой, постоянной для каждого вида, сорта. Так, средняя частота гаплоидии у кукурузы 1 : 900, тогда как у разных видов она варьируется от 1 : 145 до 1 : 4500. У хлопчатника гаплоидные растения встречаются в среднем с частотой 0,0003-0,0025 %. В то же время у некоторых линий частота гаплоидий выше 20 %.

 

 

 

 

 

13.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

 

Мы выяснили, какие различия существуют между  генотипической и фенотипической изменчивостью. Узнали, на какие формы делится  генотипическая изменчивость. Рассмотрели  подробно один из видов генотипической изменчивости - мутации.

Рассмотрели и  многие важные вопросы, касающиеся теории и практического использования  мутационного процесса, а именно:

1. Мутации происходят  в природе в естественных условиях  у всех живых организмов - от  бактерий до человека. Мутационная изменчивость - неотъемлемое свойство всего живого.

2. Мутации можно  получать путем воздействия на  организмы соответствующими внешними  условиями. Частота их при этом  увеличивается во много раз. 

3. Происходящие  в результате мутаций изменения  генетических структур клетки обусловливают различные фенотипические проявления, касающиеся внешних и внутренних особенностей организма: морфологических, физиологических, биохимических. Эти изменения стойко передаются в последующих поколениях.

4. Мутации представляют важнейший источник наследственной информации, тот основной "строительный материал", который используется в эволюции и селекции организмов.

5. Наследственная  изменчивость организма данного  вида или формы не может  идти в каком угодно направлении,  она материально обусловлена возможностями его генетических структур.

6. Знание особенностей  мутационного процесса и умение  им управлять используются в  селекции для создания новых  видов, сортов и пород сельскохозяйственных  и декоративных растений и  животных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Бабий Т.  П., Кахонов А. Л.. Биологи: Библиографический  справочник. Киев: Наукова думка, 1984. 890 с. 

2. Каменова Т.  С. Биология. М.: Мир, 1995. 351 с. 

3. Мюнтцинг А.  Генетика. М.: Мир, 1967. 601 с. 

4. Лаптев Ю.  П. Занимательная генетика. М.: Колос, 1982. 123 с.

5. Петрова Е.  В. Основы классической генетики. Саратов, Добродея, 1997. 80 с. 

6. Ярыгин В.  Н. Биология для поступающих  в вузы. М.: Мир, 1985. 560 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы на вопросы  после модулей.

 

1.     Что такое  митоз? 

 Митоз - непрямое деление  клетки, наиболее распространенный  способ репродукции эукариотических  клеток. Биологическое значение  митоза состоит в строго одинаковом  распределении хромосом между  дочерними ядрами, что обеспечивает  образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

   Митоз — один из фундаментальных  процессов онтогенеза. Митотическое  деление обеспечивает рост многоклеточных  эукариот за счёт увеличения  популяций клеток тканей. В результате митотического деления клеток меристем увеличивается количество клеток тканей растений. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений.

Продолжительность митоза в среднем составляет 1—2 часа. Митоз клеток животных, как правило, длится 30—60 минут, а растений — 2—3 часа.

За 70 лет в теле человека суммарно осуществляется порядка 1014 клеточных  делений.

2.     Из каких  двух основных этапов состоит  митоз?

Состоит из двух крупных стадий: деление ядра или кариокенез, деление цитоплазмы или цитокенез.

3.     Сколько  стадий проходит клетка в жизненном  цикле?

Жизненным циклом называют период от появления клетки до ее гибели или  деления. В общем виде жизненный  цикл делится на две фазы:

фаза интенсивной метаболической активности

деление клетки и распределение  генетического материала по дочерним клеткам.

4.     Как называются  стадии деления клеток?

На основании морфологических  особенностей митоз условно подразделяется на стадии: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу, телофазу. Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно — одна незаметно переходит в другую.

5.     В какой фазе происходит движение хромосом к центру клетки?

Метафаза – хромосомы движутся к экваториальной плоскости веретена и выстраиваются в метафазную пластину.

6.     Как называется  деление тела клетки?

Телофаза - заключительная фаза деления  клетки и ее ядра. В телофазе происходит набухание и деспирализация хромосом, формируется целостное ядро с  оболочкой и ядрышко, начинается симметричное разделение тела клетки: появляется перетяжка (у животных) или образуется цитоплазматическая мембрана в центре клетки (у растений).

 

 

 

 

7.     На сколько  периодов делится интерфаза?

пресинтетическая: клетка растет, в  ней происходит активный синтез РНК и белков, увеличивается количество органоидов; кроме этого, происходит подготовка к удвоению ДНК (накопление нуклеотидов)

синтетическая: происходит удвоение (репликация, редупликация) ДНК

постсинтетическая: клетка готовится  к делению, синтезирует необходимые для деления вещества, например белки веретена дел

8.     Что такое мейоз?

Уменьшение или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом — образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.

9.     Сколько дочерних клеток образуется из одной материнской при митозе?

После митоза мы получаем 2 абсолютно идентичные дочерние клетки

10. Сколько дочерних клеток образуется при мейозе?

после мейоза мы получаем 4 клетки с  гаплоидным набором хромосом, причём все различные по генам.

 

1. Кто и в каком году открыл основные законы генетики?

Основы современной генетики заложены Г. Менделем открывшим законы дискретной наследственности (1865г.),

2. Что такое моногибридное скрещивание?

Моногибридное скрещивание - скрещивание, при котором скрещиваемые организмы  отличаются только одним признаком (например, отцовское растение имеет красные цветки, а материнское - белые).