Текст книги "Биология с основами экологии"

Занятие № 4. Наследственность и изменчивость (семинар)

Вопросы для подготовки:

1. Виды и структура хромосом. Аутосомы, гетерохромосомы, их значение. Плоидность соматических и половых клеток. Понятие о кариотипе.

2. Ген, генетический код. Свойства кода.

3. Особенности организации генетического аппарата прокариот. Специфика процесса репликации у бактерий.

4. Механизм репликации у эукариот. Что такое репликон? Какие ферменты участвуют в процессе репликации?

5. Транскрипция и трансляция: локализация и механизм этих процессов. Возможна ли транскрипция на этапах деления клетки?

6. Мейоз, его этапы и биологическое значение.

7. Митоз, фазы митоза и его биологическое значение.

8. Гаметогенез, этапы овогенеза и сперматогенеза. Механизм оплодотворения.

9. Понятие онтогенеза. Этапы эмбрионального развития.

10. Масса одного нуклеотида в среднем составляет 300 дальтон. Определите массу участка двойной спирали ДНК, если известно, что белок, кодируемый этим участком, состоит из 200 аминокислот.

11. Масса одного нуклеотида в среднем составляет 300 дальтон. Определите массу участка одной цепи двойной спирали ДНК, если известно, что белок, кодируемый этим участком, состоит из 150 аминокислот.

12. Факторы и значение мутационного процесса.

13. Задача. Кареглазый мужчина, сын голубоглазой женщины, вступает в брак с голубоглазой девушкой. Какова вероятность рождения в семье голубоглазых детей, если карий цвет глаз является доминирующим признаком?

14. Законы Менделя.

15. Факторы наследственности и изменчивости.

16. Задача. Близорукий мужчина вступает в брак с девушкой с нормальным зрением. Определите вероятность рождения в семье здоровых детей, если отец: а) гомозиготен; б) гетерозиготен, а близорукость – доминирующий признак.

17. Закон Харди – Вайнберга.

18. Организация генетического аппарата. Хромосомы вирусов и бактерий. Хромосомы ядерных организмов.

19. Генетический код и биосинтез белка.

20. Типы мутаций. Мутагенные факторы.

21. Генетическая инженерия. Генетические основы селекции.

22. Хромосомное определение пола. Сцепленное наследование.

23. Генетическое картирование, методы и значение.

24. Цитоплазматическая наследственность – понятие, значение.

25. Мутационная и модификационная изменчивость.

Занятие № 5. Строение растительного организма. Способы размножения растений

Цель работы: Получить представление о строении растительного организма, изучить способы размножения растений.

Части растения, имеющие определенную форму и строение и выполняющие специфические функции, называют органами. Органы, обеспечивающие жизненные функции, являются вегетативными, к ним относят корень, стебель и лист. Генеративные органы осуществляют половое размножение растений, это цветок, плод, семя.

Корень – осевой орган растения, функциями которого являются всасывание воды и минеральных веществ и закрепление растения в почве. На продольном разрезе корня различают следующие зоны: деления, растяжения, всасывания и проведения (рисунок 8).

Рисунок 8 – Продольный разрез корня:

I – корневой чехлик, II – зона деления и зона растяжения, III – зона всасывания, IV – зона проведения; 1– зачаток бокового корня, 2 – корневые волоски, 3 – первичная кора, 4 – эндодерма, 5 – эпиблема, 6 – осевой цилиндр

Совокупность корней одного растения называют корневой системой. Различают два вида корневых систем: стержневую и мочковатую.

Задание 1.

Охарактеризуйте особенности стержневой и мочковатой корневых систем, заполнив таблицу 8.

Таблица 8 – Корневые системы растений

Видоизменение корней связано с выполнением особых функций.

Задание 2.

Охарактеризуйте типы видоизменений корней, отметив их функции. Заполните таблицу 9.

Таблица 9 – Типы видоизменений корней у растений

Стебель как осевой орган растения характеризуется верхушечным ростом, ветвлением, образует листья и почки. Развитие побега осуществляется за счет деления клеток конуса нарастания. Формы побегов разнообразны: прямостоячие, стелющиеся, вьющиеся, лазающие. Во внутреннем строении стебля древесного растения различают ряд слоев: кора, слой древесины и сердцевина. К функциям корня относятся транспорт и запас веществ, вегетативное размножение.

Задание 3.

Охарактеризуйте видоизменения побегов, заполнив таблицу 10.

Таблица 10 – Видоизменения побега

Лист – боковой орган растения, который обеспечивает функции фотосинтеза, транспирации и газообмена. Лист состоит из листовой пластинки и черешка. Листовые пластинки могут быть цельными или рассеченными. Листья различаются по форме листовой пластинки (округлые, ланцетовидные, овальные, игольчатые и т.д.) и по форме края листовой пластинки (цельнокрайние, зубчатые, выемчатые). Расположение листьев на стебле может быть очередным, супротивным, мутовчатым. Различают простые и сложные листья. У сложных имеется несколько листовых пластин, прикрепленных к основному черешку черешочками. Лист снаружи и снизу покрыт эпидермой, между слоями которой находится мякоть листа – мезофил, содержащий хлорофиллоносную ткань, а также сосудисто – волокнистые пучки и механическую ткань (рисунок 9).

Задание 4.

Рассмотрите рисунок 9 и определите назначение различных элементов листа. В чем состоит роль столбчатой и губчатой паренхимы? В чем заключается значение устьиц, проводящих пучков?

Цветок – орган семенного размножения. Стебель цветка образует цветоножку и цветоложе, а видоизмененные листья – чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики, формирующие пестик (рисунок 10). Цветки с тычинками и пестиками называют обоеполыми, только с тычинками или только с пестиками – однополыми. Растения с мужскими и женскими цветками называются однодомными, только с одним из типов цветков – двудомными.

Рисунок 9 – Микроскопическое строение листа:

1 – эпидерма, 2 – ксилема, 3 – сосудисто – волокнистый пучок, 4 – флоэма, 5 – склеренхима, 6 – устьице, 7 – губчатая паренхима, 8 – столбчатая паренхима

Цветки с тычинками и пестиками называют обоеполыми, только с тычинками или только с пестиками – однополыми. Растения с мужскими и женскими цветками называются однодомными, только с одним из типов цветков – двудомными.

Часто наблюдается сочетание некоторого количества цветков в соцветия, которые могут быть простыми и сложными. Биологическое значение соцветий состоит в том, что мелкие цветки, собранные вместе, лучше заметны для насекомых, что ускоряет их опыление. У ветроопыляемых растений в соцветиях лучше происходит отдача и улавливание пыльцы, переносимой воздушными потоками.

Семя – орган полового размножения и расселения растений. В зрелом семени различают семенную кожуру, питательную ткань (эндосперм) и зародыш. В неблагоприятных условиях семена пребывают в состоянии покоя, а при определенной температуре и влажности начинают прорастать.

Рисунок 10 – Строение цветка двудольного (А) и однодольного (Б) растений: 1 – пестик, 2 – тычинки, 3 – лепестки, 4 – чашелистики, 5 – цветоложе, 6 – цветковые чешуи, 7 – цветковые пленки

Задание 5.

Зарисуйте семена однодольного и двудольного растения. Сделайте обозначения. Приведите примеры сельскохозяйственных однодольных и двудольных растений.

Плод представляет собой видоизмененный после оплодотворения цветок, приспособленный к защите и распространению семян. Плод формируется из завязи и состоит из трех слоев: внешнего слоя – кожицы, среднего – мясистого, сочного или сухого слоя и внутреннего слоя – одревесневшего.

Задание 6.

Заполните таблицу 11.

В сельском хозяйстве большое значение имеют способы вегетативного размножения растений, основанные на способности растений продолжать развитие целого организма из того или иного вегетативного органа: побега, почки, листа. Широкое применение нашли такие приемы, как черенкование, деление кустов, размножение отводками, клубнями и т.д.

Таблица 11 – Типы плодов

Задание 7.

Какие способы вегетативного размножение культурных растений вам известны? Заполните таблицу 12.

Таблица 12 – Способы вегетативного размножения сельскохозяйственных растений

Проверьте себя, решив тестовые задания:

1. Какие из названных растений имеют плод «ягода»: а) малина; б) клубника; в) крыжовник; г) томат; д) абрикос; е) вишня; ж) картофель; з) банан.

2. Закончите формулировку: «Вегетативный орган растения, образованный подземным побегом и характерный для пырея ползучего, называется «…».

3. Закончите формулировку: «Совокупности женских и мужских частей цветка называются соответственно «…» и «…».

Контрольные вопросы:

1. Какие растения господствуют в современной флоре и почему?

2. Охарактеризуйте роль цветка как репродуктивной структуры покрытосеменных растений.

3. Какие органы растения называются вегетативными, а какие генеративными и почему?

Занятие № 6. Значение растений. Средства защиты растений

Цель работы: Получить представление о хозяйственном назначении растений. Ознакомиться с основными способами защиты сельскохозяйственных растений от вредителей и болезней.

Растениеводство – одна из основных отраслей сельского хозяйства. Отдельно следует отметить земледельческие его отрасли: полеводство, овощеводство, плодоводство, виноградарство, цветоводство. Существует классификация полевых культур (таблица 13).

Задание 1.

Как используются в хозяйстве приведенные в таблице 12 растения? К каким систематическим группам они относятся? Какие виды культивируются в нашем регионе?

Защита растений от вредителей и болезней – деятельность, направленная на предотвращение и устранение вреда, причиняемого растениям вредящими организмами и сорняками. Многие сельскохозяйственные растения являются пищей для различных видов насекомых, моллюсков, нематод, грызунов и т.д.

Таблица 13 – Классификация полевых культур

Часто гибель растения вызывается фитопатогенными грибами, бактериями, вирусами. Вредители и болезни уносят до 25 % потенциального урожая. Широко распространены такие паразиты как пузырчатая головня, спорынья (рисунок 11).

Не меньший ущерб урожаю наносит сорная растительность. Сорняки конкурируют с культурными растениями за их ресурсы – минеральные вещества, воду, солнечный свет. Система защитных мероприятий включает агротехнические, химические и биологические методы.

Рисунок 11 – Паразитические грибы: колос ржи пораженный спорыньей (слева) и початок кукурузы, пораженный головней (справа)

Для ограничения распространения вредных растений, насекомых – вредителей специалистами проводятся карантинные мероприятия. Карантин – это система государственных мероприятий, направленных на защиту растительных богатств страны от завоза и вторжения из других государств опасных вредителей, болезней растений и сорняков, а в случае проникновения карантинных объектов – на ликвидацию их очагов. Необходимость карантина вызывается непрерывно протекающими в природе процессом географического расселения организмов. Естественному проникновению препятствуют географические преграды, но проникновение возможно при импорте продукции. Так, с посевным и посадочным материалом, сельскохозяйственным сырьем из Америки в Европу проникли кровяная тля, многие червецы, колорадский жук, фитофтора картофеля, повилика и амброзия.

Задание 2.

Заполните таблицу 14.

Таблица 14 – Методы защиты растений

Проверьте себя, решив тестовые задания:

1. Укажите особенности строения и функций вегетативных органов – корня (1), побега (2) и листа (3): а) наличие верхушечной меристемы, б) состоит из узлов и междоузлий, в) ветвление, г) накопление питательных веществ, д) образование придаточных корней, е) образование боковых корней, ж) участвует в вегетативном размножении, з) фотосинтез, и) транспирация;

2. Выберите соответствующие видоизменения вегетативных органов – побега (1), листа (2), корня (3): а) клубеньки, б) корневища, в) микориза, г) клубни, д) колючка, е) луковица, ж) чешуи;

3. Укажите отличительные черты двудольных (1) и однодольных (2): а) жилкование листа параллельное или дуговое, б) простые листья, в) цветок с пятью или четырьмя лепестками, г) стержневая корневая система, д)простые или сложные листья, е) мочковатая корневая система, ж) цветок трехчленный, з) зародыш с двумя семядолями, и) жилкование листа сетчатое, к) зародыш с одной семядолей.

4. Соотнесите проводимые мероприятия с соответствующим способом защиты растений – агротехнический (1), химический (2) и биологический (3): а) чередование культур в севообороте; б) внедрение насекомых – энтомофагов; г) использование энтомопатогенных вирусов; д) применение пестицидов; е) своевременный посев и сбор урожая; ж) аэрофумигация; з) прополка.

Контрольные вопросы:

1. Укажите основные способы защиты сельскохозяйственных растений.

2. Какие группы полевых культур вам известны?

3. Охарактеризуйте основные типы соцветий. Какие соцветия являются простыми, сложными? Какие сельскохозяйственные культуры имеют соцветия?

4. В чем преимущества вегетативного и семенного размножения растений с хозяйственной точки зрения?

Занятие № 7. Значение растений в природе и жизни человека (семинар)

Вопросы для подготовки:

1. Биосферная роль растений.

2. Культурные растения, принципы создания новых сортов.

3. Основные приемы селекции растений.

4. Пищевые растения, их использование человеком.

5. Хлебные злаки.

6. Овощи.

7. Плодовые растения.

8. Зернобобовые растения.

9. Сахаристые растения.

10. Масличные культуры, возможности и направления их использования.

11. Технические культуры.

12. Прядильные (волокнистые растения).

13. Дубильные растения.

14. Эфиромасличные растения и каучуконосы.

15. Кормовые культуры.

16. Лекарственные растения и их применение в народной и официальной медицине.

17. Декоративные растения и их эстетическое значение.

18. Древесина как сырье для производства строительных материалов, бумаги.

19. Роль растений в формировании ландшафтов.

20. Растительные фитонциды как средство профилактики инфекционных заболеваний.

Занятие № 8. Бактерии, вирусы, грибы

Цель работы: Изучить основные группы микроорганизмов. Сформировать представление о распространении и значении в природе и жизни человека вирусов, бактерий, грибов.

Вирусы – простейшая форма жизни на Земле, они занимают пограничное положение между живой и неживой материей. У вирусов отсутствует клеточное строение, обмен веществ и энергии. У них имеется только одна нуклеиновая кислота – ДНК или РНК. Вирусы – обязательные паразиты, живущие в клетках хозяев (как бактерий, так и эукариотических организмов). В состоянии покоя вирус не проявляет никаких признаков живого и только паразитируя реплицирует свою нуклеиновую кислоту, строит белки, пользуясь резервами клетки хозяина и ее рибосомами. Отдельная вирусная частица – вирион состоит из белковой оболочки – капсида и нуклеиновой кислоты. Некоторые вирусы могут содержать дополнительные оболочки. Форма капсида может быть сферической, палочковидной, нитевидной, икосаэдрической. Вирусы микробных клеток называются бактериофагами (рисунок 12).

Проникновение вирусов в клетку начинается с их адсорбции на поверхности клетки. В животную клетку вирус проникает путем пиноцитоза и фагоцитоза, в растительную – при повреждениях клеточных стенок, в бактериальную вводится только нуклеиновая кислота бактериофага. Проникнув в клетку, вирусный геном изменяет ее обмен, направляя всю ее деятельность на производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусного белка. После соединения новых молекул ДНК или РНК с новыми белковыми капсидами формируются новые вирионы, которые массово покидают клетку.

Рисунок 12 – Бактериофаг

Задание 1.

Зарисуйте строение бактериофага, сделайте обозначения его частей, укажите этапы его взаимодействия с бактериальной клеткой.

Биологическое значение вирусов связано с их патогенным воздействием, т.е. способностью вызывать заболевания у растений, животных и человека. Существует более 500 заболеваний человека вирусной природы, среди них бешенство, корь, оспа, СПИД, злокачественные опухоли, энцефалит, грипп и др. Вирусы растений (табачной мозаики, раневых опухолей, карликовости помидоров) и животных (ящур, коровье бешенство), наносят большой ущерб сельскому хозяйству.

Бактерии – прокариотические (безъядерные) организмы примитивного строения (рисунок 13). Бактериальная клетка имеет прочную клеточную стенку, содержащую каркас из гликопротеида муреина. Функции ядра в клетке выполняет нуклеоид – это замкнутая в кольцо молекула ДНК. В цитоплазме находятся рибосомы, включения и отсутствуют развитые мембранные структуры. Размножаются бактерии делением надвое. Они способны образовывать слизистые чехлы – цисты и споры – уплотнения цитоплазмы для переживания неблагоприятных условий. В зависимости от формы клетки различают шаровидные бактерии – кокки, палочковидные – бациллы, дугообразные – вибрионы, штопорообразные – спириллы.

Задание 2.

Зарисуйте виды бактериальных клеток в соответствии с указанными выше группами.

Большинство бактерий питается гетеротрофно. У бактерий широко распространен паразитизм. Многие из них вызывают опасные заболевания, разрушая клетки хозяина и выделяя токсические вещества. Существует огромное количество инфекций бактериальной природы: у человека – туберкулез, холера, тиф, дифтерия, столбняк и др.; у сельскохозяйственных животных – туляремия, сибирская язва, бруцеллез. Для уничтожения бактерий производят дезинфекцию раствором карболовой кислоты, спиртом, формалином, стерилизацию высокой температурой, пастеризацию, когда пищевые продукты (молоко) нагревают несколько раз до 60 – 70 °C.

Бактерии – сапрофиты также относятся к гетеротрофам, но питаются мертвой органикой, как растительной, так и животной. Они обеспечивают минерализацию – гниение остатков растений и трупов животных, превращая сложные органические соединения в простые неорганические. Это исключительно важный природный процесс.

Автотрофные бактерии синтезируют органические вещества путем усвоения СО₂. Источником энергии для этого может служить окисление минеральных соединений (хемосинтез) или свет (фотосинтез). К хемотрофам относят нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии, железобактерии и некоторые другие. Фототрофным бактериям свойственен аноксигенный тип фотосинтеза (без выделения кислорода).

Рисунок 13 – Бактериальные клетки

Задание 3.

Заполните таблицу 15.

Таблица 15 – Группы бактерий и их значение

Задание 4.

Зарисуйте строение органов спороношения аскомицетов, базидиомицетов и дейтеромицетов.

Шляпочные грибы (рисунок 15) представлены в основном базидиомицетами. Грибница (мицелий) шляпочных грибов находится в почве, нередко образуя грибокорень – микоризу (симбиоз с корнями деревьев). Они образуют макроскопические плодовые тела, состоящие как правило из ножки и шляпки. Это органы спороношения. На обратной стороне шляпки имеется слой – гименофор, на котором развиваются споры. Он может быть пластинчатым (шампиньон, лисичка, груздь, бледная поганка и др.) и трубчатым (белый гриб, подосиновик, подберезовик).

Рисунок 14 – Высшие и низшие грибы:

пеницилл (слева, спороношение на концах гиф (1)) и мукор (справа, видны спорангии со спорами (2))

Рисунок 15 – Шляпочные грибы

Многие дикорастущие грибы являются распространенным продуктом питания. Плодовые тела грибов содержат белки, жиры, углеводы, минеральные элементы. Поэтому в настоящее время широко практикуется искусственное культивирование грибов (шампиньонов, вешенки, шиитаке, зимнего опенка).

Среди плесневых грибов существуют виды, которые способны выделять ценные вещества – антибиотики, органические кислоты, ферменты, витамины, спирт, поэтому их используют в биотехнологии для промышленного получения этих веществ.

Почвенные грибы могут выполнять функции редуцентов. Они обладают целлюлозолитическими и лигнолитическими ферментами, благодаря которым способны разлагать мертвую растительную органику (лиственный опад, древесину, отмершую травянистую массу).

Древесным породам наносят вред трутовые грибы, многие из которых растут на живых деревьях. Среди грибов множество паразитов сельскохозяйственных растений (головневые, ржавчинные, спорынья). Многие грибы наносят вред деревянным постройкам, бумажным изделиям, непосредственно человеку и животным, паразитируя на коже и волосах и вызывая заболевания – лишай, паршу, микозы.

Задание 5.

Заполните таблицу 16.

Таблица 16 – Значение и особенности грибов

Проверьте себя, решив тестовые задания:

1. Для вирусов не свойственны процессы: а) размножение; б) дыхание; в) наследственность; г) изменчивость; д) выделение.

2. Понятие «высший гриб» подразумевает: а) септированный мицелий; в) крупное плодовое тело; г) половое размножение; д) одноклеточный мицелий.

3. Для бактерий не характерно: а) наличие митохондрий; б) наличие рибосом; в) наличие пластид; г) жгутики; д) клеточная стенка.

4. Для бактерий характерно наличие: а) развитой системы мембран; б) двунитевой линейной ДНК; в) нуклеосомной цепочки; г) бесцветных пластид; д) двунитевой циклической ДНК.

5. Понятию «вирион» не соответствует: а) отдельная вирусная частица; б) нуклеиновая кислота бактериофага; в) спирально симметричный капсид.

6. Какие свойства и процессы не характерны для бактерий: а) наследственность и изменчивость; б) питание; в) мейоз; г) митоз.

Контрольные вопросы:

1. На какие основные группы подразделяются микроорганизмы, в чем основные отличия между группами?

2. В чем заключается положительное и отрицательное значение бактерий для человека и его хозяйственной деятельности?

3. Какие бактериальные и вирусные инфекции человека и сельскохозяйственных животных вам известны? Какие профилактические меры вам известны?

4. В чем заключается роль грибов в природе? Объясните термины: «микориза», «минерализация».

5. В чем состоит значение грибов для человека и его хозяйственной деятельности?