6. Основные этапы клонального микроразмножения растений.

1) Выбор раст. донора. Взятие у него экспланта. Культивирование in vitro. Эксплантами м.б. любые части растения, но корни не берут. 2) Собственно микроразмн. 3) Укоренение стеблей, депонирование растений, растения содержат при низкой температуре на свету. 4) Высадка в грунт, теплицу, подращивание, реальзация.

7. Экспланты: происхождение, и их стерилизация.

Выбор зависит от времени года, фазы развития, органа, из которого взят. Эксплант – часть органа или ткани выращ. на пит. среде, или для получения каллуса. Каллус – ткань, возникшая путем неорганизованного деления клетки, без дифференциации. Для большинства раст. взятие экспланта лучше в фазу активного роста. Некоторые раст. лучше образуют побеги в фазу покоя (лилия). А тюльпан – в период сухого хранения.

Взятые экспланты стерилизуют: Обрабатывают мылом, в боксе раствором ядовитых в-в (NaClO - гипохлорат, CaClO2, 0,5-0,7% р-р, 15 мин.), препарат ртути 0,1% р-р., пероксидом. Промывают стерильной водой от яд. в-в. Осн. сложность введения в культуру асептика. Можно использовать для стериализации антибиотики (пенициллин). Эксплантами м.б. любые части растения, но корни не берут.

При оздоровлении берут только апек. меристему. Складывают в мешочки, промывают в проточной воде 2 часа. Затем в теплой, с добавлением детергента (ПАВ, ТВИН-20, мыло, шампунь). Далее стериализация в ламинарном боксе. Заливают в стер. стакане р-ми хим. в-в (сулема, диацид, пероксид) – 5-15 мин. Промывают стер. водой 3-5 раз в течении 10 мин. Мешочки достают, вершинки в петри. В мокрой капле, пинцетом, извлекают меристемы (0,1-0,3 мм.). На игле переносят на пит. среду. Ауксины доб. нельзя.

8. Питательные среды для клонального размножения, каллусообразования и морфогенеза in vitro.

in vitro выращивают на пит. средах. 1) Универсальная Мурасига-Скуга: агар (3,5 гр.), макросоли, CaCl2, микросоли, хелат железа, витамины (В1 – тиамин, В6 – пиридоксин, РР, аскорб. к-та, пантотеновая к-та, фолиевая к-та), глицин, набор а/к, ИУК, сахароза. 2) Среда Гамбурга. 3) Среда Бейца для определенных цветов.

В среды вводят минеральные соли с макро- и микроэлементами, витамины, а/к, сахара. Среды бывают жидкие и твердые. Агара 1-5%. Регулируют рН. Иногда вводят природные соединения: кокосовое молоко, гомогенизат банана.

Каусообразование вызывает большая доля ауксинов 24Д, 3,6 мг/л. среды.

Избавляются от сорняков. Из каллусной ткани получают стебли на среде ИУК, где цитокининов больше или равно 10/1. Для стимуляции вводят 0,1-2 мг. цитокининов. Соотношение цитокининов не приводит к делению клетки. Криосохранение и банк клеток тканей растений.

Сохранение биоразнообразия. Для получения ГМО нужен приток генов из новых источников. Многие растения на грани вымирания. Криосохранение – хранение при темп. жидкого азота (-196). В кл. прекращается обмен в-в, но сохр. все св-ва, не происходит молек. изменения. «-» фоновая радиация – убивает некоторые составные части молекулы (10% нарушений возникнет лишь через 32 тыс. лет). После разморозки кл. сохр. способность к морфогенезу.

ВИР (всерос. инст. раст-ва) хранит семена в банках. Кл. готовят: 1) медл. замор-е. 2) сверхбыстрое замор-е. Фактор гибели кл. – образование льда (рвет кл.), обр-ся при темп. (-20 / -60), при -100 прекращается образование льда. Важно проскочить район темпер. с образованием льда. Избегают образование льда добавлением криопротектора – сахара, этиленгликоль – повышает вязкость. Обычно применяют смесь.

Меристематические кл. лучше выживают после хранения в ж. азоте; суспенз. культуры риса, моркови, кукурузы, сах. тростника; эмбрионы табака, белладонны; каллусные ткани. Сохраняют кровь человека для последующего клонирования. Выращивание органов.

Билет 14 Биофилотическое районирование суши Земного шара. Принципы выделения биофилотических царств и областей.

Обзор биотических царств земного шара показывает, что на разных континентах сообщества, относящиеся к одним и тем же типам (например, влажные тропические леса), населены животными и растениями, которые зачастую относятся к различным систематическим группам, но характеризуются сходными экологическими особенностями, обусловленными близостью экологических условий. Знание генетического родства форм, свойственных тому или иному сообществу в разных регионах земного шара, позволяет проследить не только генезис биоты, но и происхождение биома.

В противоположность флористическому, фаунистическому и общебиотическому подразделению суши (и океанов) по филогенетической близости или отдаленности характерных для тех или иных регионов видов и других таксонов, районирование Земли по биомам основано на экологической близости организмов с учетом доминирования (преобладания) определенных жизненных форм растений и животных. При этом сообщества одного и того же облика и одной и той же экологической близости могут быть населены на разных континентах видами, далекими в филогенетическом отношении, но близкими в экологическом, т. е. относящимися к одним и тем же исходным жизненным формам. Такое районирование основано на сходстве обитателей того или иного региона по реакции на условия среды.

Существуют две системы объединения биомов. В основе обеих систем лежит растительный покров, поскольку животное население с этих позиций изучено значительно слабее. Одна из них типологическая. Выделяются типологические категории различных рангов, характеризующиеся разорванным ареалом, присутствующие в сходных экологических условиях нередко на разных континентах: тип биома, класс, группа формаций, формация, группа ассоциаций и ассоциация. Вторая система региональная. Каждый регион единое целое и единственный в системе. Регион разнороден по составу входящих в него биомов. В нем могут сочетаться, например, леса, болота, луга.

Фаунистическое районирование суши основывается на позвоночных ее обитателях, в первую очередь на млекопитающих, птицах, амфи­биях и рептилиях. Использование пресноводных рыб в районировании приводит к существенным изменениям границ.

Учение о флоре. Флористическое деление суши Земного шара.

Флорой называют совокупность видов и других таксонов расте­ний, обитающих в том или ином регионе. Один из первых опытов создания флористической системы суши принадлежит датскому ботанику Скоу, который в 1823 г. выделил 25 царств, часть из которых он подразделил на провинции. В качестве критерия при построении флористической системы Скоу учитывал степень эндемизма таксонов разного ранга. Большой вклад в развитие флористического районирования внесли Энглер, Дильс, Толмачев. Высшая единица флористического районирования - царство. Ранг царства присваивается регионам, характеризующимся максимальным своеобразием флоры в целом и наличием эндемичных таксонов высокого ранга (семейств, подсемейств) в сочетании с очень высоким числом эндемиков родового и видового ранга. Всего выделяют шесть царств. Царства подразделяются на полцарства и области, которые характеризуются высоким родовым и видовым эндемизмом; кроме того, каждой области присущ определенный набор семейств, занимающих в ней лидирующее положение. Всего выделяют 35 областей, которые подразделяются на провинции. Низшей хорологической единицей является округ.

Флористические царства: I) Голарктическое царство. Широко представлены магнолиевые, лавровые, лютиковые, буковые, березовые, ореховые, гвоздичные, маревые, гречишные, чайные, ивовые, крестоцветные, розоцветные, камнеломковые, бобовые, зонтичные. Из хвойных наиболее распространены сосновые и кипарисовые. Папоротники представлены главным образом двумя семействами: полиподиевые, или многоножковые, и асплениевые папоротники. Выделяются три подцарства: 1. Бореальное - богатая флора, в составе которой большое количество эндемичных семейств и родов. Выделяются четыре области: а) Евросибирско-Канадская: сосна, ель, пихта, лиственница, туи. б) Восточноазиатская (Японо-Китайская): бамбук, пальма трахикарпус, метасеквойя. в) Атлантическо-Североамериканская: магнолия, дуб, платан, лавровые, клен, белая акация. г) Область Скалистых гор: туя, ель, пихта, сосна, кипарисовик. 2. Древнесредиземноморское: Области: а) Макаронезийская: лавровые леса Канарских о-ов, финиковая пальма. б) Средиземноморская: лавр благородный, платан, маслина, жестколистные вечнозеленые виды дуба (каменный и кермесовый), ряд сосен (алеппская, приморская, итальянская пиния), земляничное дерево, фисташки, ладанник, бесствольная пальма, ливанский и атласский виды кедра. в) Сахаро-Аравийская: верблюжья колючка, джузгун, акации, суккуленты (алоэ, молочаи). г) Ирано-Туранская: джузгун, кермек, акантолимон, полынь, тюльпан, лук, ирис. 3. Мадреанское подцарство: Мадреанская (Сонорская) область: дуб, калина, можжевельник, фисташка, платан, карнегия из кактусовых. II) Палеотропическое царство: 1. Африканское подцарство: Области: а) Гвинее- Конголезская: тутовые, бобовые, пальмовые, анноновые, панданусовые, роголистный папоротник, кактус рипсалис. б) Судано-Замбезийская: акации, терминалия, комбретум, изоберлиния, слоновая трава, африканское просо, молочай, пальма дум. в) Область Карру-Намиба: вельвичия удивительная. г) Область о. Св. Елены и Вознесения. 2. Индо-Малезийское подцарство: Области: а) Индийская, б) Индокитайская, в) Малезийская: двукрыло-плодниковые, виды рода тик, гигантские фикусы, пальма тени, саговая пальма, раффлезия. г) Папуасская, д) Фиджийская. 3. Мадагаскарское подцарство: Мадагаскарская область: пальма рафия, баобаб, саговник, непентес, сейшельская пальма. 4. Полинезийское подцарство: Области: Полинезийская и Гавайская: метросидерос, гавайские тунги, древовидные папоротники, древовидные колокольчиковые. 5. Новокаледонское подцарство: Новокаледонская область. III) Неотропическое царство: Области: Карибская, Область Гвианского нагорья, Амазонская, Бразильская, Андийская. IV) Капское царство: капская область. V) Австральйское царство: Области: Северо-восточноавстралийская, Юго-западноавстралийская, Центральноавстралийская (Эремейская). VI) Голантарктическое царство: Области: Хуан-Фернандесская, Чилийско-Патагонская, Новозеландская, Область субантарктических островов.

Билет 1 Ареал - это часть земной поверхности (или акватории), в пределах которой встречается данный вид. Понятие об ареале приложимо к любой систематической (таксономической) категории независимо от ее ранга, однако основной объект изучения - ареал вида, который объединяет все географические пункты, где данный вид отмечен. Чем выше таксономический ранг, тем большую площадь занимает ареал, хотя эта закономерность не универсальна. Ареал - географическая характеристика вида. Часто границы ареалов совпадают с морскими побережьями, проходят по вытянутым на большие расстояния горным цепям. Это так называемые географические (ограничено географическим барьером). Так, для морских обитателей суша - непроходимое препятствие. Климатические условия, особенно гидротермический режим, долгота дня, мощность снегового покрова. Почвенно-грунтовые (эдафические) условия. Засоление почвы токсичными для растений солями - экологическая преграда.

Размеры и форма ареалов изменяются от охватывающих значительные части планеты до ареалов крайне локальных (одна вершина, один остров и т.д.). Предельно широкое распространение (без четких критериев, что под этим понимать) называется космополитным. В строгом смысле, космополитными являются ареалы таксонов более высокого ранга, чем вид. Однако этот термин применяют и по отношению к видам, распространение которых охватывает несколько частей света или протягивается от умеренных до тропических широт. Следует сказать, что величина ареала зависит от того, как понимается современной систематикой объем того или иного таксона. Если, например, вид ветреница дубравная принимается в широком объеме, то его ареал простирается от Северной Америки через Европу до Восточной Азии. Если же мы выделяем американскую, сибирскую и восточноазиатскую формы как особые виды, то вид собственно ветреницы дубравной (в узком объеме) не будет выходить за пределы Европы.

В противоположность космополитному отмечается узкая локализация видов, эндемичные ареалы. Так, ряд видов рода араукария, одного из древних родов хвойных, в Южном полушарии можно встретить только в Новой Каледонии. Значительное число видов встречается в оз. Байкал, оз. Танганьика, в изолированных горных массивах тропической Африки. Обилие эндемичных видов всегда отражает долговременность развития флоры и фауны в том или ином регионе, относительную стабильность природных условий на протяжении геологически длительного времени. Не менее важный фактор - географическая изоляция, т.е. обособленность той или иной территории (острова, отдельные горные вершины). В качестве фактора развития эндемизма рассматривают также дифференциацию в пространстве природных условий, степень их изменчивости. Контрастность условий существования, быстрая их смена в пространстве определяют обилие эндемиков в горных регионах. Выделяют палео- и неоэндемики. Особенно много эндемиков на затерянных в океанах островах, длительное время изолированных: на о-ве Св. Елены примерно 85% видов растений эндемичны, на Гавайских островах - почти 97%. В то же время, например, на Британских островах, недавно отделившихся от материка, эндемичных видов практически нет. Таким образом, высокая доля эндемиков на о-ве Св. Елены и Гавайских островах, в отличие от Британских, обусловлена прогрессивным развитием таксонов в условиях длительной изоляции, закрепляющей изменения, ведущие к формированию новых таксонов. Это - неоэндемики, прогрессивные эндемики. Эндемичный ареал характерен также для гинкго - единственного представителя семейства гинкговых, господствовавших в позднем мезозое и палеогене в лесах Северного полушария. В настоящее время ареал гинкго двулопастного охватывает только небольшую территорию Китая. Эндемичны ареалы гаттерии, кистеперых рыб. Для таких эндемиков характерна систематическая изолированность, они не имеют в составе окружающей флоры и фауны близких сородичей. Формирование подобных ареалов - результат вымирания видов на значительной части области их распространения в другие периоды, при иных географических и экологических условиях. Это палеоэндемики, или реликтовые эндемики.

Типизация ареалов основывается на их размерах и широтной (зональной) приуроченности. Так, различают тропический, бореальный, арктический типы распространения. Эти обозначения можно уточнить, добавив, в каких именно регионах тропиков или Арктики распространен тот или иной вид (например, европейско-бореальный, американско-арктический). Ареалы, занимающие северную сушу, называют циркумполярными, когда они охватывают арктические пустыни и тундру, и циркумбореальными, когда виды распространены в пределах тайги. Ареалы, охватывающие тропические широты, относят к пантропическомутипу. Реликты - это виды (роды), пережившие свой расцвет в прошлом, сократившие (или продолжающие сокращать и поныне) область своего распространения и сохранившиеся на тех территориях, где условия оказались в чем-то особенно благоприятны для их существования. Таким образом, реликтами являются многие палеоэндемики (гинкго, вельвичия).

Билет 20 Генетика человека.

Биологический вид Homo sapiens составляет часть биосферы и продукт ее эволюции. Закономерности биологических процессов, происходящих на клеточном уровне и имеющие универсальное значение в природе, в полной мере приложимы к человеку: организация эукариотической клетки, основные пути метаболизма, закономерности митоза и мейоза. К человеку применимо большинство физиологических закономерно­стей, характерных для царства животных, класса млекопитаю­щих, отряда приматов, семейства гоминид, к которым он относится. Все это подчеркивает его связь с миром живых существ. К человеку в полной мере приложимы закономерности наследственности и изменчивости.

Такие факторы, как миграция, или поток генов, избирательность спа­ривания, дрейф генов в изолированных популяциях, сохраняют свое значение. При этом действие одних факторов, например миграции, усиливается, действие других ослабляется, например, все меньше становится изолированных популяций с их близкородственными браками и повышенным коэффициентом инбридинга.

Эволюция человека перешла преимущественно в сферу социальную. Многие исследователи наряду с генетической наследствен­ностью предлагают рассматривать сигнальную наследственность (Лобашев), социальную наследственность (Дубинин), преемственность (Давиденков). Все они означают различные формы передачи опыта между поколениями.

Сигнальная наследственность представляет собой передачу на­выков адаптивного поведения от родителей потомкам, а также в пределах одного поколения и даже от потомков родителям. Сюда можно отнести явление имбринтинга (запечатления) поведенческих реакций, формирующихся на ранних стадиях постнатального развития позвоночных, различные способы обучения и подражания. Среди млекопитающих сигнальная наследственность высокого уровня достигла у приматов.

Динамика сигнальных, или культурных, признаков сходна с динамикой биологических признаков, т.е. признаков, контроли­руемых генами и хромосомами. Популяции животных могут раз­личаться по сигнальным признакам - поведению; эти признаки, подобно потоку генов, могут передаваться другим популяциям. Возможен дрейф сигнальных признаков, и по этим признакам, как и по биологическим, возможен отбор.

Наряду с этими чертами сходства имеется по меньшей мере одно существенное различие - наследование сигнальных призна­ков, приобретенных в онтогенезе. При этом речь идет не о наслед­ственном закреплении онтогенетических изменений, а о сигналь­ной наследственности.

Частная генетика человека сформировалась с учетом особенностей, создающих трудности при изучении его на­следственности и изменчивости: 1) невозможность направленных скрещиваний для генетиче­ского анализа; 2) невозможность экспериментального получения мутаций; 3) позднее половое созревание; 4) малочисленность потомства; 5) невозможность обеспечения одинаковых и строго контро­лируемых условий для развития потомков от разных браков; 6) недостаточная точность регистрации наследственных признаков и небольших родословных.

Билет 8 Хромосомная теория определения пола.

Как показал Бриджес (1922), пол у дрозофилы зависит от соотношения половых (X) хромосом и наборов всех осталь­ных - так называемых аутосом (А). Он обнаружил самок, которые имели по три набора всех хро­мосом: 3Х + 3А, т.е. были триплоидными. Некоторые из них ока­зались плодовитыми при скрещивании с нормальными диплоидными самцами (XY+2A). В потомстве от таких скрещиваний были получены мухи с различным числом Х-хромосом и аутосом. Иссле­довав их, Бриджес и пришел к заключению, что пол дрозофилы определяется соотношением числа Х-хромосом и наборов аутосом. Если это соотношение в зиготе равно 1 (2Х:2А), из нее разви­вается самка, если оно равно 0,5 (1X:2А), - самец. При этом Y-хромосома в определении пола не играет роли. При промежуточном соотношении (2Х:3А=0,67) развиваются интерсексы - мухи, имеющие промежуточный фенотип - не­что среднее между самцами и самками.

Хромосомный механизм определения пола животных широко распространен в природе. Различают несколько типов хромосомно­го определения пола в зависимости от того, какой пол гетерогаметный, а какой - гомогаметный. Как было показано, у дрозофилы гомогаметный пол - самки, а гетерогаметный - самцы. Y-хромосома хотя и не определяет пола, но в ней нахо­дятся гены фертильности самцов. Самцы ХО (где О - отсутствие Y-хромосомы) стерильны.

У человека гомогаметен также женский пол (XX), а гетерогаметен - мужской (XY), однако в этом случае Y-хромосома несет функцию, определяющую пол. У птиц и бабочек гомогаметен мужской пол. В этом случае половые хромосомы обозначают ZZ. Гетерогаметный пол - жен­ский (ZW). Гены, находящиеся в Х- или Z-хромосомах, обнаруживают характерное, сцепленное с полом наследование.

Первые сведения о гетерогаметности мужского и гомогаметности женского пола у растений получены Корренсом (1906) для Bryonia dioica. Скрещивая женские и мужские растения этого двудомного вида, он получил в F1 мужское и женское потомство приблизительно в равном соотношении. При опылении обоеполого (однодомного) растения В. alba пыльцой В. dioica также наблю­далось расщепление по полу 1:1, а в реципрокном скрещивании (B. dioica X В. alba) в F1 все потомство было представлено женскими растениями. Из этих опытов следует, что мужские растения В. dioica гетерогаметны, а женские - гомогаметны так же, как однодомные растения В. alba.

Хромосомный механизм определения пола у растений был впер­вые показан для мха Sphaerocarpus. Мужские особи этого гаплоид­ного организма имеют 7 аутосом и одну мелкую Y-хромосому, а женские - 7 аутосом и одну крупную Х-хромосому. Диплоид­ный спорофит Sphaerocarpus имеет кариотип 14А+XY. В резуль­тате мейоза образуются тетрады спор, в которых наблюдается расщепление: 2 самец (7А+Y) 2 самка (7А+X).

Хромосомный механизм определения пола у растении подраз­деляется на два типа: 1) активную роль в определении пола играет Y-хромосома (мужской пол), например у Rumex acetosella; 2) пол определяется балансом аутосом и Х-хромосом, при этом Y-хромосома практически инертна, как у Rumex acetosa.

Билет 23 Мутационная изменчивость обусловлена мутациями (от лат. mutatio - изменение, перемена) - устойчивым изменением ге­нетического материала и, как следствие, наследуемого признака. Переходных форм изменчивости по сравнению с исходным состо­янием не наблюдается. В соответствии с уровнем организации наследственных структур различают генные, хромосомные и геномные мутации.

Онтогенетическая изменчивость - это реализация нормы реакции организма во времени, в ходе его индивидуального развития. По этому критерию она относится к ненаследственной изменчивости. Существует, од­нако, ряд фактов, несомненно указывающих и на изменения са­мого генетического материала в ходе онтогенеза, что приближает онтогенетическую изменчивость к наследственной.

Методы: Основной метод изучения мутационного процесса - опреде­ление его частоты. При этом экспериментаторы следуют правилам, которые были сформулированы Тимофеевым-Ресовским (1934): 1) Работа возможна только с генетически чистым материалом, т.е. чистыми линиями, гомозиготными по исследуемым генам. 2) Необходимо оперировать достаточно большими численностями как в контроле, так и в обработанном мутагенами материале. 3) Для регистрации возникающих мутаций следует применять удобные генетические методы. 4) Анализировать любые полученные изменения, с тем чтобы установить наследственны ли они (цитоплазматические или ядер­ные, хромосомные или генные).

Билет 5 . Законы Менделя.

1) Закон единообразия гибридов первого поколения (закон домини­рования) , так как все особи первого поколения имеют оди­наковое проявление признака. Сформулировать его можно следующим образом: при скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям (двух гомози­готных организмов), отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все первое поко­ление гибридов F1 окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

2) Если потомков первого поколения, одинаковых по изу­чаемому признаку, скрестить между собой, то во втором поколении признаки обоих родителей появляются в опреде­ленном числовом соотношении: ³/₄ особей будут иметь доми­нантный признак, ¹/₄ - рецессивный. Расщепление - это распределение доми­нантных и рецессивных признаков среди потомства в опре­деленном числовом соотношении. Рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчезает, а только подавля­ется и проявляется во втором гибридном поколении. Таким образом, второй закон Менделя можно сформу­лировать следующим образом: при скрещивании двух потом­ков первого поколения между собой (двух гетерозиготных особей) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.

3) В дигибридном скрещивании каждая пара признаков при расщеплении в потомстве ведет себя так же, как при моногибридном скрещивании, т, е. независимо от другой пары признаков. При оплодотворении гаметы соединяются по правилам случайных сочетаний, но с равной вероятностью для каж­дой. В образующихся зиготах возникают различные комби­нации генов.

Независимое распределение признаков в потомстве и воз­никновение различных комбинаций генов, при дигибридном скрещивании возможно лишь в том случае, если пары аллельных генов расположены в разных гомологичных хромосомах.

Теперь можно сформулировать третий закон Менделя: при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающих­ся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки на­следуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.