Биология / Биология / ЕГЭ. Биология. Пошаговая подг. Садовниченко, 2019, 368с

НЕДЕЛЯ 11. Организм как биологическая система

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

7.Причиной рождения ребёнка с синдромом Дауна у фенотипически нормальных супругов является

1)генная мутация

2)хромосомная мутация

3)геномная мутация

4)модификация

8.В медико-генетическую консульта-

цию обратилась женщина с группой крови А, нормально различающая цвета. Её отец был дальтоником, а мать имела I (0) группу крови и не страдала цветовой слепотой. Какой генотип вероятен для этой женщины?

9.Какой диагноз можно поставить 15-летней непропорционально сложенной девочке очень маленького роста с боковыми шейными складками кожи и отсутствием менструального цикла?

1)синдром Дауна

2)синдром Шерешевского—Тёрнера

3)синдром Клайнфельтера

4)синдром ломкой Х-хромосомы

10.Синдром Клайнфельтера является примером

1)анеуплоидии

2)полиплоидии

3)хромосомной мутации

4)генной мутации

11.К наследственным болезням принадлежит

1)СПИД

2)злокачественная анемия

3)железодефицитная анемия

4)серповидноклеточная анемия

12.Для людей с болезнью Дауна характерна трисомия по

1)половым X-хромосомам

2)половым Y-хромосомам

3)21-й паре хромосом

4)13-й паре хромосом

13.Рождение ребёнка с каким набором половых хромосом является невозможным?

негативно сказывается на росте женщины, а также развитии е¸ половой сферы и других органов.

Синдром Клайнфельтера связан с наличием лишней X-хромосомы в кариотипе (47, XXY) — анеуплодной. Больной — высокий мужчина с телосложением по женскому типу, патологиями развития половых органов и их функционирования.

Болезни несовместимости матери и плода являются следствием иммунологического конфликта, как, например, в случае резус-конфликта, который возникает, когда у резус-отрицательной женщины плод резус-по- ложительный. Резус-конфликт может быть причиной гибели плода или рождения реб¸нка с серь¸зными патологиями нервной и других систем организма.

Болезни с наследственной предрасположенностью

могут проявляться не сразу после рождения, а через некоторое время, поскольку для активации соответствующих генов нужен целый комплекс факторов, в том числе характер питания и образ жизни человека. К таким заболеваниям относятся сахарный диабет и подагра.

Действенными мерами по снижению частоты наследственных заболеваний у человека являются защита окружающей среды от загрязнения, проверка поступающих на рынок продуктов питания, лекарственных препаратов и товаров бытового назначения на мутагенное и канцерогенное действие. Важным условием является отсутствие у родителей вредных привычек, а также медико-генетическое консультирование супругов.

ВРЕДНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАГЕНОВ НА ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ КЛЕТКИ

Мутагены вызывают перестройки ДНК, подавляют активность ферментов е¸ репарации, разрушают микротрубочки веретена деления и способствуют неправильному расхождению хромосом при митозе и мейозе. Возникшие мутации могут приводить к развитию у живущих особей раковых заболеваний, а у их потомков — наследственных заболеваний, таких как синдром Дауна.

Особую опасность для окружающих представляет курение, поскольку большая часть вредных веществ (вызывающие рак канцерогенные соединения, тяж¸лые металлы) оседает не в л¸гких курильщика, а в л¸гких других людей, которых называют «пассивными курильщиками».

ЗАЩИТА СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МУТАГЕНАМИ

Загрязнение среды приводит к усилению процесса мутагенеза и к ухудшению состояния здоровья населения, что делает актуальными вопросы очистки окружающей среды от загрязнения мутагенами. На государственном уровне устанавливаются предельные нормативы загрязнения вредными выбросами и отходами производства атмосферы, воды и почвы, а также значительные штрафные санкции за нарушение данных норм. В ряде стран мира вводятся ограничения на въезд в центр городов автомобилей и на курение в общественных местах, запрещается реклама продукции табачной и лик¸ро-водочной промышленности, проводятся интенсивные агитационные кампании по борьбе с курением и употреблением наркотиков. Продукция, поступающая на рынок, проверяется на соответствие установленным нормам содержания вредных веществ и изымается из продажи в случае нарушения данных норм. Контролируется и уровень загрязнения воды, атмосферы и почвы в крупных городах.

ВЫЯВЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ МУТАГЕНОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (КОСВЕННО) И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Существует три основных пути проникновения мутагенов в тело человека: через дыхательные пути с воздухом, через пищеварительную систему с водой и пищей, а также через кожу. В связи с этим можно провести поиск источников мутагенов по тем средам, которые они загрязняют: воздух, вода и почва.

Загрязнение атмосферы осуществляется в основном автотранспортом и промышленными предприятиями. Его можно обнаружить по угнетению растительности вдоль автодорог, по быстро образующемуся слою пыли на окружающих предметах, по неприятному запаху. Определ¸нную трудность в идентификации представляют некоторые источники ионизирующего и других видов излучения, например, электромагнитного (станции мобильной связи, мобильные телефоны, мониторы телевизоров и компьютеров и т. д.), однако, например, в районе высоковольтных линий зачастую наблюдается либо угнетение, либо усиленный рост растений. Существенную угрозу жизни и здоровью окружающих представляют также

èкурильщики, поскольку табачный дым содержит химические мутагены, вызывающие рак.

Âзависимости от выявленных источников загрязнения определяют характер загрязнения и его степень, что может служить основанием для прогноза развития различных заболеваний (респираторных, аллергических, раковых и др.), а также мутагенного эффекта.

НЕДЕЛЯ 11. Организм как биологическая система

НЕДЕЛЯ 11. Организм как биологическая система

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика типов изменчивости

Заполните таблицу.

Характеристика классов наследственных болезней человека

Генные

Хромосомные

Несовместимость матери и плода

С наследственной предрасположенностью

Ответы на тестовые задания (неделя 11) 1 — 1. 2 — 3. 3 — 1. 4 — 3. 5 — 3. 6 — 2. 7 — 3. 8 — 3. 9 — 2. 10 — 1. 11 — 4. 12 — 3. 13 — 4.

СЕЛЕКЦИЯ, ЕЁ ЗАДАЧИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Селекция (îò ëàò. селектио — отбор) — это наука о методах создания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами; процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей.

Порода (сорт, штамм, чистая линия) — это популяция организмов, искусственно созданная человеком и характеризующаяся специфическим генофондом, наследственно закрепл¸нными морфологическими и физиологическими признаками, определ¸нным уровнем и характером продуктивности.

Основной задачей селекции является повышение продуктивности сортов растений и пород животных. Достижения селекции пшеницы позволили осуществить «зел¸ную» революцию в середине ХХ века в Мексике, когда традиционные сорта были заменены новыми, и тем самым решить продовольственную проблему.

ВКЛАД Н. И. ВАВИЛОВА В РАЗВИТИЕ СЕЛЕКЦИИ

Выдающийся русский генетик и селекционер Н. И. Вавилов определил семь центров происхождения культурных растений (см. табл. 3), собрал мировую коллекцию культурных растений Всероссийского института растениеводства (г. Санкт-Петербург), сформулировал

закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости:

Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно

предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Данный закон объясняет направленность исторического развития родственных групп организмов.

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система

МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ И ИХ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Первым этапом селекции было одомашнивание (доместикация) около 150 видов растений и около 20 видов животных. Основные методы (этапы) селекции — гибридизация и ис-

кусственный отбор.

Гибридизация — это процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.

Для достижения результата в процессе гибридизации особое внимание уделяется подбору родительских пар. В селекции растений подбор вед¸тся по определ¸нным признакам с уч¸- том генетической и географической удал¸нности; в селекции животных — только по хозяйственно ценным признакам, которые определяют по экстерьеру, родословной и потомству.

Выделяют родственную и неродственную гибридизации. Родственное скрещивание, или инбридинг, приводит к появлению чистых линий, но при этом снижается жизнеспособность потомства вследствие перехода различных летальных и полулетальных генов в гомозиготное состояние.

Неродственное скрещивание, или аутбридинг, бывает внутривидовым и межвидовым (в т. ч. отдал¸нная гибридизация). Аутбридинг в первом поколении да¸т эффект гетерозиса.

Гетерозис (îò ãðå÷. гетерозис — изменение, перевоплощение) — явление повышения жизнеспособности и продуктивности у гибридов первого поколения по сравнению с исходными родительскими формами. Данное явление объясняется благоприятным сочетанием родительских генов, а также переходом сублетальных и летальных аллелей в гетерозиготное состояние. Во втором и последующих поколениях эффект гетерозиса ослабевает.

Искусственный отбор — процесс создания новых пород животных и сортов культурных растений пут¸м систематического сохранения и размножения особей с определ¸нными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений.

Выделяют две формы искусственного отбора: бессознательный, ведущийся без опреде- л¸нного плана, и методический, производимый с определ¸нной целью. Также он применяется в форме массового è индивидуального отбора. Массовый отбор является эффективным при высокой наследуемости признака (используется в селекции растений и микроорганизмов). При индивидуальном отборе учитываются не только продуктивность и иные качества организма, но и наследование данного признака в ряду поколений.

Теорию искусственного отбора создал английский уч¸ный Ч. Дарвин.

РОЛЬ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ В СТАНОВЛЕНИИ И РАЗВИТИИ БИОТЕХНОЛОГИИ

Создание клеточной теории позволило связать наследственность и изменчивость с их материальной основой — ДНК, а также определить, что клетка является единицей строения, жизнедеятельности и развития живых организмов. Поэтому дальнейшее внимание исследователей в области биотехнологии было сосредоточено именно на клетке как основном объекте. Уже в середине ХХ века были получены первые растения, выращенные из отдельных клеток на питательной среде, а в 1973 году родился первый «реб¸нок из пробирки». Операции с клетками (генная и клеточная инженерия) позволили клонировать сначала холоднокровных животных, а затем и млекопитающих.

МЕТОДЫ ВЫВЕДЕНИЯ НОВЫХ СОРТОВ РАСТЕНИЙ, ПОРОД ЖИВОТНЫХ, ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ

Помимо гибридизации и искусственного отбора на современном этапе развития селекции широко используются также искусственный мутагенез, методы биотехнологии, клеточ-

ной и генной инженерии, клонирование.

Искусственным, èëè экспериментальным мутагенезом называют получение мутаций

ñпомощью физических или химических агентов (рентгеновского излучения).

Âселекции растений широко применяются различные формы гибридизации и искусственного отбора. Однако гибриды довольно часто являются бесплодными, и поэтому их либо каждый раз получают заново либо размножают вегетативно.

Âплодоводстве и декоративном цветоводстве используют методы И. В. Мичурина: методов ментора, вегетативного сближения, смеси пыльцы и др. Например, метод ментора благодаря сочетанию свойств привоя и подвоя позволил ему вывести сорт груши Бере зимняя.

Âселекции животных на определ¸нных стадиях селекционного процесса прибегают к инбридингу. Более широко распростран¸нный в животноводстве аутбридинг может давать эффект гетерозиса, но при межвидовой гибридизации гибриды в основном бесплодны.

Âселекции микроорганизмов используют искусственный мутагенез и различные формы переноса наследственной информации, в том числе с помощью бактериофагов.

ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ

Генетика является теоретической основой селекции. Опираясь на частную генетику различных объектов, селекционеры подбирают исходный материал для создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. При этом не только используются

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.Явление гетерозиса, как правило, наблюдается при

1)аутбридинге

2)инбридинге

3)создании генетически чистых линий

4)партеногенезе

2.Культурная слива (2n 48) является межвидовым гибридом тёрна (2n 32) и алычи (2n 16). Это стало возможным вследствие

1)модификации

2)генной мутации

3)хромосомной мутации

4)геномной мутации

3.Бесплодность отдалённых гибридов чаще всего обусловлена

1)нарушением расхождения хромосом в митозе

2)нарушением конъюгации хромосом в мейозе у гибрида

3)наличием нечётного числа хромосом

4)отсутствием репликации ДНК

4.Г. Мендель в процессе выведения чистых линий гороха применял

1)аутбридинг

2)межвидовую гибридизацию гибрида

3)инбридинг

4)перекрёстное опыление

5.Какое учение сформулировал российский учёный Н. И. Вавилов?

1)эволюционное

2)о центрах происхождения культурных растений

3)о центрах происхождения домашних животных

4)мутационную теорию

6.Каким способом следует размножать пестролистный сорт комнатного фикуса, полученный под действием ионизирующего облучения?

7.Какой метод не применяется в селекции млекопитающих?

1)гибридизация

2)искусственный отбор

3)искусственный мутагенез

4)клонирование

уже имеющиеся наследственные признаки, но и создаются новые благодаря применению метода искусственного мутагенеза, а также вносятся новые гены с помощью методов биотехнологии. Не утрачивает своего значения и явление гетерозиса.

Значительную роль методы искусственного мутагенеза, клеточной и генной инженерии сыграли в выведении новых штаммов микроорганизмов, продуцирующих антибиотики, витамины, гормон роста человека, инсулин и др., а также в создании новых сортов растений и животных с измен¸нными свойствами — генетически модифицированных организмов.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫРАЩИВАНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ

Для достижения генетически запрограммированной продуктивности сельскохозяйственные растения и животные нуждаются в создании оптимальных условий. В первую очередь растениям необходима соответствующая интенсивность освещения, которая обеспечивает протекание процессов фотосинтеза, однако если пшеница требует высокой интенсивности света, то кофейные деревья необходимо выращивать в тени. Не менее существенным фактором является и достаточное количе- ство влаги в почве, что можно обеспечить в основном благодаря созданию оросительных систем, хотя в настоящее время вс¸ чаще прибегают к капельному поливу. Ещ¸ одним важным условием повышения урожайности сельскохозяйственных культур является обеспечение их элементами минерального питания.

Растения и животные должны быть также устойчи- вы к изменениям условий окружающей среды, вредителям и возбудителям заболеваний. Эта задача решается как средствами традиционной селекции, так и биологи- ческими методами борьбы с вредителями, биотехнологи- ческими методами.

БИОТЕХНОЛОГИЯ, ЕЁ НАПРАВЛЕНИЯ

Биотехнология — это применение биологических процессов и использование живых организмов в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и других отраслях человеческой деятельности.

Биологические процессы издавна используются че- ловеком в хлебопечении, сыроварении, виноделии, пивоварении и других отраслях деятельности человека.

В настоящее время прогресс в области биотехнологии тесно связан с применением методов генной и клеточной инженерии, а также клонированием.

Основные направления биотехнологии — получение продуктов питания, кормовых добавок и ценных кормовых белков, лекарственных препаратов и средств диагностики, биотоплива, борьба с загрязнением окружающей среды, защита растений от вредителей и болезней, создание штаммов микроорганизмов, сортов растений и пород животных с новыми полезными свойствами.

Различные штаммы дрожжей используются в хлебопекарской и кондитерской промышленности, в производстве биотоплива (биодизеля). Другие грибы продуцируют антибиотики и лимонную кислоту, а вместе с бактериями — кефир, сыры и т. д.

Бактерии синтезируют промышленным способом витамины, гормоны и ферменты, например, кишечная палочка Escherichia coli — гормон инсулин. Уже выведены штаммы бактерий, способные разлагать пластмассы и полиэтилен. В процессе расщепления органических остатков бактерии могут выделять и горючие газы, в том числе метан, что легло в основу технологий получения биогаза из отходов растениеводства и животноводства.

Бактерии, грибы и вирусы способны эффективно бороться с вредителями сельского и лесного хозяйства, а также с возбудителями и переносчиками заболеваний, поэтому их штаммы используют для приготовления биопрепаратов. Преимущество таких биологических методов борьбы состоит в их безвредности для других организмов и окружающей среды.

КЛЕТОЧНАЯ И ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, КЛОНИРОВАНИЕ

Клеточная инженерия — метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования на питательной среде, гибридизации и реконструкции. При этом в клетки вводят новые хромосомы, ядра и другие клеточные структуры.

Достижения клеточной инженерии растений нашли широкое применение в растениеводстве, селекции и медицине, например искусственное оплодотворение.

Генная инженерия — это отрасль молекулярной биологии и генетики, задачей которой является конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Как правило, это сводится к переносу необходимых генов от одного вида живых организмов к другому, зачастую очень далекому по происхождению. Сначала нужные гены выделяют из клеток бактерий, растений

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

8.Биотехнологическим процессом является

1)осушение болот

2)микробиологическая очистка сточных вод

3)замена хрусталика глаза на искусственный

4)вырубка лесов

9.В качестве векторов в генной инженерии не используют

1)собственно вирусы

2)бактериофаги

3)плазмиды бактерий

4)хромосомы грибов

10.Генетически модифицированным организмом является

1) ВИЧ, встроивший свой геном

в ДНК Т4-лимфоцита человека

2)овца Долли, полученная вследствие переноса наследственной информации соматической клетки одного животного в яйцеклетку другого

3)спортсмен, получивший дополнительную дозу гена гормона эритропоэтина, определяющего скорость образования эритроцитов

4)полученный в результате скрещивания сорт картофеля, устойчивый к фитофторе

11.Какие организмы не используются в процессе очистки сточных вод?

12.Трансгенных животных получают путём введения чужеродного гена

1)в соматическую клетку

2)в яйцеклетку

3)в сперматозоид

4)в зиготу

13.Основной причиной простоты клонирования растений по сравнению с животными является

1)бóльшее видовое разнообразие растений

2)прикреплённый способ жизни растений

3)тотипотентность растительных клеток

4)автотрофное питание растений

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система

или животных, затем встраивают их в генетический вектор (плазмиду, вирус, хромосомы митохондрий и пластид) и вводят в клетки потенциального хозяина. Процесс введения чужеродного гена в ДНК клетки-реципиента называется трансформацией. После размножения генетически модифицированные организмы сохраняют и размножают, а остальные уничтожают.

Клонирование — это получение многочисленных копий гена, белка, клетки или организма. Клонирование генов чаще всего осуществляется с помощью бактерий и вирусов.

Клонирование растений никогда не представляло значительной трудности, поскольку клетки растений тотипотентны, т. е. из одной клетки можно восстановить целый организм.

Первым клонированным млекопитающим была овца Долли (1997). Для клонирования были взяты клетки молочной железы е¸ генетической матери и яйцеклетки суррогатной матери. Ядра яйцеклеток удалялись, а на их место вводились ядра клеток молочной железы. После стимуляции развития зиготы и непродолжительного культивирования на питательной среде делящийся зародыш вводили в матку суррогатной матери.

Заманчивые перспективы перед человечеством открываются в области терапевтического клонирования — воспроизведения отдельных органов. Так, в настоящее время широко используются клонированная кожа, клетки соединительной ткани и другие части организма.

ЗНАЧЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ СЕЛЕКЦИИ, СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА, МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СОХРАНЕНИЯ ГЕНОФОНДА ПЛАНЕТЫ

Прогресс биотехнологии позволил совершить прорыв во многих отраслях человеческой деятельности. Появились возможности изменения свойств организмов и ускорения процесса их создания. Введение в растения бактериальных генов устойчивости к поеданию насекомыми и поражению вирусами, а также способности расти на бедных или загрязн¸нных почвах способствует решению продовольственной проблемы, особенно в странах с быстро растущим населением.

Клонирование животных с генетически измен¸нными признаками и свойствами позволяет вывести более продуктивные породы и добиться их быстрого размножения, но этот процесс пока ещ¸ слишком трудо¸мок и дорог, чтобы применяться в промышленном масштабе.

Трансформация бактерий позволяет использовать новые штаммы для получения биологически активных веществ и для очистки сточных вод, ликвидации нефтяных разливов, получения цветных металлов, биогаза и др.

В будущем возможно использование клонирования для восстановления исчезнувших видов и возобновления природных популяций исчезающих видов.

ЭТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НЕКОТОРЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В БИОТЕХНОЛОГИИ (КЛОНИРОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА, НАПРАВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНОМА)

Расширение сферы влияния биотехнологии, с одной стороны, преследует благородные цели, поскольку с е¸ помощью стало возможным преодоление бесплодия, лечение многих наследственных и приобрет¸нных заболеваний, а также решение продовольственных и экологических проблем современности. С другой стороны, активное вторжение современных технологий в медицину не может не настораживать, поскольку это сопряжено с операциями

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Заполните таблицу.

Этапы селекции

Одомашнивание

Гибридизация

Искусственный

отбор

Искусственный

мутагенез

Заполните таблицу.

Характеристика методов биотехнологии

Клеточная

инженерия

Генная

инженерия

Искусственный

мутагенез

Клонирование

Ответы на тестовые задания (неделя 12) 1 — 1. 2 — 4. 3 — 2. 4 — 3. 5 — 2. 6 — 1. 7 — 3. 8 — 2. 9 — 4. 10 — 3. 11 — 2. 12 — 2. 13 — 3.

НЕДЕЛЯ 12. Организм как биологическая система