Митоз. Характеристика основных этапов
Деление клетки включает в себя два этапа – деление ядра (митоз, или кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез).
Митоз состоит из четырех последовательных фаз – профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Ему предшествует период, называемый интерфазой.
Фазы митоза:
1) профаза. Центриоли клеточного центра делятся и расходятся к противоположным полюсам клетки. Из микротрубочек образуется веретено деления, которое соединяет центриоли разных полюсов. В начале профазы в клетке еще видны ядро и ядрышки, к концу этой фазы ядерная оболочка разделяется на отдельные фрагменты (происходит демонтаж ядерной мембраны), ядрышки распадаются. Начинается конденсация хромосом: они скручиваются, утолщаются, становятся видимыми в световой микроскоп. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, резко сокращается число полисом;
2) метафаза. Заканчивается образование веретена деления.
Конденсированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам, или кинетохорам (первичным перетяжкам), каждой хромосомы. После этого каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы) которые оказываются связанными только в участке центромеры;
3) анафаза. Между дочерними хромосомами разрушается связь, и они начинают перемещаться к противоположным полюсам клетки со скоростью 0,2–5 мкм/мин. В конце анафазы на каждом полюсе оказывается по диплоидному набору хромосом. Хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее; 4) телофаза. Хромосомы полностью деспирализуются, восстанавливается структура ядрышек и интерфазного ядра, монтируется ядерная мембрана. Разрушается веретено деления. Происходит цитокинез (деление цитоплазмы). В животных клетках этот процесс начинается с образования в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов полностью делит материнскую клетку на две дочерние.
Мейоз.Характеристика основных этапов.
Это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).
Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.
Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер. Конъюгация — процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом. Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.
Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК), зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов), пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов), диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека), диакинез (терминализация хиазм).
Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.
Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.
Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.
Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.
Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.
Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.
Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.
Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.
Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.
Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.
Вопросы для устного отчета:
1. Жизненный цикл клетки. Митоз
2. Мейоз.
3. Образование половых клеток и оплодотворение.
ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
для выполнения лабораторной работы № 6
по дисциплине «Биология»
Тема: Изучение фаз митоза в клетках корешка лука. Изучение мейоза в пыльниках цветков. Сравнение процессов митоза и мейоза.
Цель занятия: изучить фазы митоза и мейоза, научиться определять фазы жизненного цикла на микропрепарате, дать сравнительную характеристику процессам митоза и мейоза, показать биологическое значение процессов митоза и мейоза.
Норма времени: 2 часа
Оснащение рабочего места: микроскопы, микропрепараты клеток корешка лука, фотографии клеток во время различных фаз митоза и мейоза.
Особые правила техники безопасности на рабочем месте:
Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами
Литература:
Содержание работы и последовательность выполнения операций:
1. Рассмотрите под микроскопом готовые микропрепараты клеток корешка лука. Найдите клетки, находящиеся в интерфазе, профазе, метафазе и телофазе. Зарисуйте их и сделайте обозначения.
2. Рассмотрите и изучите иллюстрации клеток в пыльниках во время различных фаз мейоза. Зарисуйте их и сделайте обозначения.
3. Сравните строение процессы митоза и мейоза. Результаты оформите в виде таблицы:
| № | Признаки для сравнения | Митоз | Мейоз |
| Количество хоромосом и молекул ДНК перед делением | |||
| Профаза I | |||
| Метафаза I | |||
| Анафаза I | |||
| Телофаза I | |||
| Профаза II | |||
| Метафаза II | |||
| Анафаза II | |||
| Телофаза II | |||
| Результат деления |
4. Сделайте вывод о биологическом значении процессов митоза и мейоза.
Иллюстрации
Рис. 1. Фазы митоза в корешке лука.
Рис. 2. Фазы мейоза в пыльниках цветковых растений.
Лабораторная работа № 7 Изучение строения и процессов развития половых клеток у животных и растений
Необходимый теоретический минимум:
Вопросы для устного отчета:
1. Гаметогенез.
2. Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений.
ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
для выполнения лабораторной работы № 7
по дисциплине «Биология»
Тема: Изучение строения и процессов развития половых клеток у животных и растений.
Цель занятия: выявить отличительные особенности строения половых клеток, наблюдать на препаратах процесс деления наследственного материала (хромосом) во время формирования половых клеток у растений.
Норма времени: 2 часа
Оснащение рабочего места: микроскоп, микропрепараты, иллюстрации строения половых клеток животных.
Особые правила техники безопасности на рабочем месте:
Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами
Литература:
Содержание работы и последовательность выполнения операций:
1. Рассмотрите иллюстрацию микропрепарата яйцеклетки человека под микроскопом, обратите внимание на форму и размеры клетки. Зарисуйте ее строение в тетради.
2. Найдите и подпишите на рисунке наружную клеточную мембрану, ворсинки, включения, ядро, прослойку цитоплазмы.
3. Рассмотрите иллюстрацию микропрепарата человека под микроскопом, обратите внимание на форму и размеры клетки. Зарисуйте ее строение в тетради.
4. Найдите и подпишите на рисунке наружную клеточную мембрану, лизосому, центриоль, хвостовую нить, цитоплазму.
5. Заполните сравнительную таблицу.
6. Изучите строение пыльцевых зерен и завязи растений.
7. Сформулируйте и запишите вывод о соответствии строения половых клеток выполняемым им функциям.
Иллюстрации
Рис. 1. Оплодотворение Рис. 2. Строение сперматозоида
Лабораторная работа № 8 Изучение этапов эмбрионального развития позвоночных
Необходимый теоретический минимум:
Эмбриональное развитие начинается с этапа дробления зиготы, т. е. серии последовательных митотических делений оплодотворенной яйцеклетки. Образующиеся в результате деления две клетки (и все последующие их поколения) на этом этапе называются бластомерами. Одно деление следует за другим, причем не происходит роста образующихся бластомеров и с каждым делением клетки становятся все более мелкими. Такая особенность клеточных делений и определила появление образного термина «дробление зиготы». В результате дробления (когда количество бластомеров достигнет значительного числа) образуется бластула. Часто она представляет собой полый шар (например, у ланцетника), стенка которого образована одним слоем клеток — бластодермой. Полость бластулы — бластоцель, или первичная полость, заполнена жидкостью.
На следующем этапе осуществляется процесс гаструляции — формирование гаструлы. У многих животных она образуется путем впячивания бластодермы внутрь на одном из полюсов бластулы при интенсивном размножении клеток в этой зоне. В результате и возникает гаструла.
Наружный слой клеток получил название эктодермы, а внутренний — энтодермы. Внутренняя полость, ограниченная энтодермой, полость первичной кишки сообщается с внешней средой первичным ртом, или бластопором. Существуют и другие типы гаструляции, но у всех животных (кроме губок и кишечнополостных) этот процесс завершается образованием еще одного клеточного пласта — мезодермы. Она закладывается между энто- и эктодермой. По завершении этапа гаструляции появляются три клеточных пласта (экто-, эндо- и мезодерма), или три зародышевых листка.
Далее начинаются процессы гистогенеза (образования тканей) и органогенеза (образования органов) у зародыша (эмбриона). В результате дифференцировки клеток зародышевых листков формируются различные ткани и органы развивающегося организма. Из эктодермы образуются покровы и нервная система. За счет энтодермы формируются кишечная трубка, печень, поджелудочная железа, легкие. Мезодерма продуцирует все остальные системы: опорно-двигательную, кровеносную, выделительную, половую. Обнаружение гомологии (сходства) трех зародышевых листков едва ли не у всех животных послужило важным аргументом в пользу точки зрения о единстве их происхождения.
На протяжении эмбрионального периода наблюдается ускорение темпов роста и дифференцировки у развивающегося эмбриона. Только в процессе дробления зиготы роста не происходит и бластула (по своей массе) может даже существенно уступать зиготе, но начиная с процесса гаструляции масса зародыша стремительно увеличивается.
Образование разнотипных клеток начинается еще на этапе дробления и лежит в основе первичной тканевой дифференцировки — возникновения трех зародышевых листков. Дальнейшее развитие зародыша сопровождается все более усиливающимся процессом дифференцировки и морфогенеза. К концу эмбрионального периода у зародыша имеются уже все основные органы и системы, обеспечивающие жизнеспособность во внешней среде. Завершается эмбриональный период рождением новой особи, способной к самостоятельному существованию.
Вопросы для устного отчета:
1. Индивидуальное развитие организма.
2. Эмбриональный этап онтогенеза.
3. Основные стадии эмбрионального развития.
ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
для выполнения лабораторной работы № 8
по дисциплине «Биология»
Тема: Изучение этапов эмбрионального развития позвоночных
Цель занятия: закрепить знания об этапах эмбрионального развития позвоночных животных на примере строения куриного яйца и этапов индивидуального развития ланцетника; показать эволюционное родство позвоночных и беспозвоночных.
Норма времени: 2 часа
Оснащение рабочего места: куриное яйцо, препаровальные инструменты, микроскоп, микропрепараты, иллюстрации этапов эмбрионального развития позвоночных.
Особые правила техники безопасности на рабочем месте:
Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами
Содержание работы и последовательность выполнения операций:
1. Пронаблюдайте процесс вскрытия куриного яйца (демонстрация преподавателя). Изучите строение куриного яйца. Зарисуйте в тетрадь, обозначьте все части.
2. Изучите зародышевый диск куриного яйца под микроскопом.
3. Изучите иллюстрацию этапов эмбрионального развития позвоночных на примере ланцетника. Зарисуйте в тетради. Сделайте обозначения.
4. Найдите сходство различных этапов эмбрионального развития и беспозвоночных животных. Заполните таблицу:
| Этапы эмбрионального развития | Деление клетки | Бластула | Гаструляция | Гаструла |
| Основные особенности этапов | ||||
| Организмы, соответствующие данному этапу |
Иллюстрации
Рис. 1. Строение куриного яйца.
Рис. 2. Стадии развития эмбриона
1 – бластоцель; 2 – бластодерма; 3 – бластопор; 4 – эктодерма; 5 – энтодерма; 6 – гастроцель; 7 – мезодерма; 8 – нервная трубка; 9 - хорда; 10 – мезодермальные карманы; 11 – первичная кишка
Лабораторная работа № 9 Выявление сходства зародышей человека и других позвоночных
Необходимый теоретический минимум:
Карл Бэр в своих трудах по эмбриологии сформулировал закономерности, которые позднее были названы «Законами Бэра»:
1. наиболее общие признаки любой крупной группы животных появляются у зародыша раньше, чем менее общие признаки;
2. после формирования самых общих признаков появляются менее общие и так до появления особых признаков, свойственных данной группе;
3. зародыш любого вида животных по мере развития становится все менее похожим на зародышей других видов и не проходит через поздние стадии их развития;
4. зародыш высокоорганизованного вида может обладать сходством с зародышем более примитивного вида, но никогда не бывает похож на взрослую форму этого вида.
Биогенетический закон Геккеля-Мюллера (также известен под названиями «закон Геккеля», «основной биогенетический закон»): каждое живое существо в своем индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет в известной степени формы, пройденные его предками или его видом (филогенез).
Биогенетический закон сыграл заметную роль в истории развития науки, однако в настоящее время не признается современной биологической наукой. Накопление фактов и теоретические разработки показали, что биогенетический закон в формулировке Геккеля в чистом виде никогда не выполняется. Рекапитуляция может быть только частичной.
В каком-то смысле в биогенетическом законе перепутаны причины и следствия. Филогенез есть последовательность онтогенезов, следовательно, изменения взрослых форм в ходе филогенеза могут основываться только на изменениях онтогенеза. К такому пониманию соотношения онтогенеза и филогенеза пришел, в частности,А. Н. Северцов, который в 1912—1939 гг разработал теорию филэмбриогенезов. Согласно Северцову, все эмбриональные и личиночные признаки делятся на ценогенезы и филэмбриогенезы. Термин «ценогенез», предложенный Геккелем, Северцов трактовал иначе; для Геккеля ценогенез (любые новые признаки, искажавшие рекапитуляцию) был противоположностью палингенеза (сохранения в развитии неизменных признаков, имевшихся и у предков). Северцов термином «ценогенез» обозначал признаки, которые служат приспособлениями к эмбриональному или личиночному образу жизни и у взрослых форм не встречаются, так как не могут иметь для них адаптивного значения. К ценогенезам Северцов относил, например, зародышевые оболочки амниот (амнион, хорион, аллантоис), плаценту млекопитающих, яйцевой зуб зародышей птиц и рептилий и др. Филэмбриогенезы — это такие изменения онтогенеза, которые в ходе эволюции приводят к изменению признаков взрослых особей.
Вопросы для устного отчета:
1. Сходство зародышей представителей разных групп позвоночных как свидетельство их эволюционного родства.
2. Закон Бэра.
3. Закон Геккеля-Мюллера.
ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
для выполнения лабораторной работы № 9
по дисциплине «Биология»
Тема: Выявление сходства зародышей человека и других позвоночных
Цель занятия: найти сходство зародышей и эмбриональную дивергенцию признаков у позвоночных животных, доказать эволюционное родство человека с другими позвоночными животными.
Оборудование: рисунок «Сходство начальных стадий эмбрионального развития позвоночных»
Содержание работы и последовательность выполнения операций:
1. Рассмотрите и изучите рисунок «Сходство начальных стадий эмбрионального развития позвоночных» ;
2. Что общего у позвоночных животных и человека на разных этапах эмбрионального развития;
3. На каком этапе эмбрионального развития у позвоночных животных и человека начинается расхождение признаков;
4. Заполнить таблицу:
«Зародышевое сходство и эмбриональная дивергенция признаков у позвоночных животных и человека»
| Этапы эмбрионального развития | рыба | саламандра | черепаха | крыса | человек | |
| Первый | ||||||
| Второй | ||||||
| Третий | ||||||
В таблице укажите на каких этапах начинают формироваться конечности (какие), челюсти, органы зрения, исчезают хвост и жабры.
Иллюстрации
Рис. 1. Сходство зародышей позвоночных по Геккелю.
Рис. 2. Сходство эмбрионов позвоночных по данным УЗИ
Практическая работа № 1 Решение генетических задач на моно- и дигибридное скрещивание и на промежуточный характер наследования.
Необходимый теоретический минимум:
1. Генетическая терминология и символика.
Ген – 1) дискретный наследственный фактор, определяющий проявления данного признака; 2) участок ДНК, кодирующий одну молекулу РНК.
Аллели – разновидности одного и того же гена, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом.
Гомозигота – организм, который имеет два одинаковых аллеля данного гена (АА, аа).
Гетерозигота – организм, который имеет два разных аллеля данного гена (Аа).
Доминантный аллель – проявляется (определяет признак) и у гомозиготных, и у гетерозиготных по этому аллелю особей.
Рецессивный аллель – проявляется (определяет признак) только у гомозиготных по этому аллелю особей, в отсутствие доминантного аллеля.
Генотип – 1) совокупность всех генов данной особи; 2) сочетание аллелей данного гена у данной особи.
Фенотип – 1) совокупность всех признаков данной особи; 2) проявление данного признака у данной особи.
Моногибридное скрещивание – скрещивание чистых линий, различающихся одним изучаемым признаком, за который отвечают аллели одного гена (АА х аа).
Дигибридное скрещивание - скрещивание чистых линий, различающихся двумя изучаемыми признаками, за которые отвечают аллели двух генов (ААВВ х ааbb) (аналогично - тригибридное. тетрагибридное, полигибридное скрещивание).
При написании схемы скрещивания в генетике принято обозначать родительское поколение буквой Р (от лат. Парентс – родители); знаком X – скрещивание. Записывая схему, на первое место принято ставить женский пол, которую обозначают символом ♀ (зеркало Венеры), на второе – мужскую ♂(щит и копье Марса).
Гибриды, полученные в результате скрещивания, обозначают буквой F (от лат. Филиала – дети): первое поколение – F1, второе – F2 и так далее.
2. Законы генетики, установленные Г. Менделем
Закон чистоты гамет: В каждую гамету попадает только один аллель из пары с вероятностью 50%. При генотипе Аа 50% гамет будут нести аллель А, 50% гамет – аллель а. Гаметы «чисты» от второго аллеля
Закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя) — при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.