Отдаленная гибридизация страница 1
Восстановление плодовитости капустно-редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-редечный гибрид.
Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.
Методика преодоления бесплодия у отдаленных гибридов была разработана в 1924 году советским ученым Г.Д. Карпеченко. Он поступил следующим образом. Вначале скрестил редьку (2n = 18) и капусту (2n = 18). Диплоидный набор гибрида был равен 18 хромосомам, из которых 9 хромосом были «редечными» и 9 — «капустными». Полученный капустно-редечный гибрид был стерильным, поскольку во время мейоза «редечные» и «капустные» хромосомы не конъюгировали.
Далее с помощью колхицина Г.Д. Карпеченко удвоил хромосомный набор гибрида, полиплоид стал иметь 36 хромосом, при мейозе «редечные» (9 + 9) хромосомы конъюгировали с «редечными», «капустные» (9 + 9) с «капустными». Плодовитость была восстановлена. Таким способом были получены пшенично-ржаные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды и др. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоидами.
http://poznayka.org/s2900t1.html
Отдаленная гибридизация
Межвидовое скрещивание известно с древних времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны (нарушение мейоза и, как следствие, отсутствие гаметогенеза). С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом — мула, который отличается выносливостью и долгожительством. Но иногда гаметогенез у отдаленных гибридов протекает нормально, что позволило получить новые ценные породы животных. Примером являются архаромериносы, которые, как и архары, могут пастись высоко в горах, а как мериносы, дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного крупного рогатого скота с яками и зебу. При скрещивании белуги и стерляди получен плодовитый гибрид — бестер, хорька и норки — хонорик, продуктивен гибрид между карпом и карасем.
Лекция №25.
Селекция микроорганизмов. Биотехнология
Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Но и здесь есть свои особенности. Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении. Хотя вероятность естественного возникновения мутации у микроорганизмов такая же, как и у всех других организмов (1 мутация на 1 млн. особей по каждому гену), очень высокая интенсивность размножения дает возможность найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену.
В результате искусственного мутагенеза и отбора была повышена продуктивность штаммов гриба пеницилла более чем в 1000 раз. Продукты микробиологической промышленности используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии, приготовлении многих молочных продуктов. С помощью микробиологической промышленности получают антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, различные ферменты, витамины и многое другое.
Микроорганизмы используют для биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы. В настоящее время разработаны методы получения марганца, меди, хрома при разработке отвалов старых рудников с помощью бактерий, где обычные методы добычи экономически невыгодны.
Биотехнология — использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых человеку веществ. Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах.
Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная, хромосомная и генная инженерия.
Генная инженерия
Генная инженерия — совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из генома одного организма и вводить его в геном другого организма. Растения и животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными, бактерии и грибы — трансформированными. Традиционным объектом генной инженерии является кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста — соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.
Процесс создания трансформированных бактерий включает в себя следующие этапы.
1. Рестрикция — «вырезание» нужных генов. Проводится с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов — рестриктаз.
2. Создание вектора — специальной генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки. Основой для создания вектора являются плазмиды. Ген вшивают в плазмиду с помощью другой группы ферментов — лигаз. Вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена — промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор, а также маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток.
3. Трансформация — внедрение вектора в бактерию.
4. Скрининг — отбор тех бактерий, в которых внедренные гены успешно работают.
5. Клонирование трансформированных бактерий.
Образование рекомбинантных плазмид:
1 — клетка с исходной плазмидой; 2 — выделенная плазмида; 3 — создание вектора; 4 — рекомбинантная плазмида (вектор); 5 — клетка с рекомбинантной плазмидой.
Эукариотические гены, в отличие от прокариотических, имеют мозаичное строение (экзоны, интроны). В бактериальных клетках отсутствует процессинг, а трансляция во времени и пространстве не отделена от транскрипции. В связи с этим для пересадки эффективнее использовать искусственно синтезированные гены. Матрицей для такого синтеза является иРНК. С помощью фермента обратная транскриптаза на этой иРНК сперва синтезируется цепь ДНК. Затем на ней с помощью ДНК-полимеразы достраивается вторая цепь.
http://poznayka.org/s2901t1.html
Клетка – сложная система, состоящая из трех структурно-функциональных подсистем поверхностного аппарата, цитоплазмы с органоидами и ядра.
Эукариоты (ядерные) – клетки, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой.
К эукариотическим клеткам относят клетки животных, человека, растений и грибов.
Строение эукариотических клеток
| Структура | Строение и состав | Функции структуры |
| Плазматическая мембрана | Представляет собой двойной слой липидных молекул – фосфолипидов, плотно расположенных друг к другу. Состоит из липидов, белков и сложных углеводов. | 1.защищает цитоплазму от физических и химических повреждений 2.избирательно регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой 3.обеспечивает контакт с соседними клетками |
| Ядро | Двойная ядерная мембрана, окружающая кариоплазму (ядерный сок). Мембрана пронизана порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой | 1.регулирует клеточную активность 2.содержит ДНК, хранящую информацию о специфической последовательности аминокислот в белке 3.мембрана ядра через ЭПС связана с наружной мембраной |
| Ядрышко | Округлое тельце диаметром около 1 мкм | Происходит сборка рибосомных субъединиц, синтез рРНК |
| Цитоплазма | Органоиды: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, лизосомы и др. | 1.объединяет все компоненты клетки в единую систему 2.осуществляются все процессы клеточного метаболизма, кроме синтеза нуклеиновых кислот 3.принимает участие в передаче информации (цитоплазматическая наследственность) 4.участвует в переносе веществ и перемещении органоидов внутри клетки 5.участвует в передвижении клетки (амебовидное движение) |
| Хромосомы | Две хроматиды, соединенные в области центромеры. Состоят из ДНК и белка | Хранят и распределяют генетическую информацию |
| Митохондрии | Внешняя мембрана, наружная мембрана, внутренняя мембрана, из которой образуются складки (кристы). Внутри находятся РНК, ДНК, рибосомы | 1.образуется энергия (синтез АТФ) в результате окислительных процессов 2. осуществляют аэробное дыхание |
| Рибосомы | Немембранные компоненты клетки. Состоят из двух субъединиц (большой и малой) | Сборка белковых молекул |
| Эндоплазматический ретикулум (ЭПС) | Система уплощенных, удлиненных, трубчатых и пузыреобразных элементов | Обеспечивает синтез углеводов, липидов, белков и их перемещение внутри клетки |
| Аппарат Гольджи | Три основных элемента: стопка уплощенных мешочков (цистерн), пузырьки и вакуоли | Модификация, накопление, сортировка продуктов синтеза и распада веществ |
| Лизосомы | Одномембранные структуры, внешне напоминающие пузырьки. | 1.внутриклеточное переваривание макромолекул пищи 2.уничтожение старых клеток (аутолиз или автолиз) |
| Клеточная стенка | Животные клетки – отсутствует | - |
| Растительные – состоят из целлюлозы | 1.опорная 2.защитная | |
| Пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) | Мембранные органоиды, содержащие хлорофилл, ксантофилл, каротиноиды, ДНК Существуют только в растительных клетках. | 1.фотосинтез 2.запас питательных веществ |
| В А К У О Л И | Растительные клетки – органоиды, ограниченные мембраной, содержащие клеточный сок. | 1.создание и поддержание тургора тканей 2.запас необходимых веществ (особенно воды) 3.отложение вредных веществ 4.ферментативное расщепление органических соединений |
| Животные клетки имеют пищеварительные вакуоли и автографические вакуоли. Относятся к группе вторичных лизосом. Содержат гидролитические ферменты. | 1.пищеварение 2.выделение | |
| У одноклеточных животных есть сократительные вакуоли | 1.осморегуляция 2.выделение | |
| Микротрубочки и микрофиламенты | Белковые образования, цилиндрической формы | 1.образование цитоскелета клетки, центриолей, базальных телец, жгутиков, ресничек 2.обеспечение внутриклеточного движения (митохондрий и др.) |
| Реснички, жгутики | Система микротрубочек, покрытых мембраной | 1.перемещение клетки 2.формирование потоков жидкости у поверхности клеток |
| Клеточный центр | Немембранный органоид, в котором находятся центриоли – система микротрубочек | 1.участие в организации цитоскелета клетки 2.участвует в равномерном распределении генетического материала при клеточном делении 3.образует митотическое веретено |
 |
| Функции эукариотических клеток | |
| В одноклеточных организмах | В многоклеточных организмах |
Осуществляют все функции, характерные для живых организмов:
| Клетки различны (дифференцированы) по строению. Определенные клетки выполняют определенные функции. Специализированные клетки образуют эпителиальные, мышечные, нервные, соединительные ткани (в качестве примера см. инфо-урок – Ткани человека). |
Сноски
Автолиз (аутолиз) – саморастворение живых клеток и тканей под действием их собственных гидролитических ферментов, разрушающих структурные молекулы. Происходит в организме при физиологических процессах: метаморфоз, автотомия, также после смерти.
Ксантофилл – растительный пигмент, придающий желтый и коричневый цвета частям растений (желтый цвет листьев, красный цвет моркови, помидор). Принадлежит к группе каротиноиды.
Каротиноиды – группа растительных пигментов – высокомолекулярные углеводороды. Накапливаются в хлоропластах и, главным образом, в хромопластах. К этой группе относят каротины и ксантофиллы; из последних наиболее распространены зеаксантин, капксантин, ксантин, ликопин, лютеин. Участвуют в процессе фотосинтеза, поглощая энергию синей части солнечного спектра; окрашивают цветки, плоды, семена, корнеплоды, а осенью – и листья.
Тургор тканей – внутреннее гидростатическое давление в живой клетке, вызывающее напряжение клеточной оболочки.
Митотическое веретено (веретено деления) – структура, возникающая в клетках эукариот в процессе деления ядра (митоз). Получила своё название за отдалённое сходство формы с веретеном.
Цитоскелет – клеточный каркас или скелет, находящийся в цитоплазме живой клетки. Он присутствует во всех клетках как у эукариот, так и у прокариот. Образован из микротрубочек и микрофиламентов. Осуществляет поддержание формы и движение клетки.
Фагоцитоз – процесс, при котором клетки крови и тканей (фагоциты) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки.
Фагоциты – общее название клеток: в крови – зернистые лейкоциты (гранулоциты), в тканях – макрофаги. Процесс открыт И.И.Мечниковым в 1882 г.
Фагоцитоз – одна из защитных реакций организма.
Пиноцитоз – 1. захват клеточной поверхностью жидкости с содержащимися в ней веществами. 2. процесс поглощения и внутриклеточного разрушения макромолекул. Один из основных механизмов проникновения в клетку высокомолекулярных соединений, в частности белков и углеводно-белковых комплексов.
Используемая литература:
1.Биология: полный справочник для подготовки к ЕГЭ. / Г.И.Лернер. – М.: АСТ: Астрель; Владимир; ВКТ, 2009
2.Биология: учеб. для учащихся 11 класса общеобразоват. Учреждений: Базовый уровень / Под ред. проф. И.Н.Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2008.
3.Биология для поступающих в вузы. Интенсивный курс / Г.Л.Билич, В.А.Крыжановский. – М.: Издательство Оникс, 2006.
4.Общая биология: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / В.Б.Захаров, С.Г.Сонин. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2006.
5.Биология. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый уровень / Д.К.Беляев, П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др. под ред. Д.К.Беляева, Г.М.Дымшица; Рос. акад. наук, Рос. акад. образования, изд-во «Просвещение». – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2010.
6.Биология: учеб.-справ.пособие / А.Г.Лебедев. М.: АСТ: Астрель. 2009.
7.Биология. Полный курс общеобразовательной средней школы: учебное пособие для школьников и абитуриентов / М.А.Валовая, Н.А.Соколова, А.А. Каменский. – М.: Экзамен, 2002.
http://www.egeteka.ru/learning/intensive_work/biology/1280/