От того, насколько регулярно осуществляется круговорот того или иного биогенного элемента, зависит продуктивность биогеоценоза, что имеет большое значение для сельскохозяйственного производства и лесного хозяйства. Сбалансированность биологического круговорота, т. е. его уравновешенность, а, следовательно, и устойчивость экосистемы определяются максимально возможным числом связей между видами в пищевой сети.
Вопрос 3. Решить задачу на определение аминокислот в молекуле белка с использованием таблицы генетического кода
Задача.
Фрагмент левой цепи ДНК имеет следующую структуру:
ТГТ-ТАТ-ЦАЦ-ЦГА-АГГ-ЦТТ-АЦА.
Какова первичная структура фрагмента белка, если он синтезируется согласно генетической информации на фрагменте правой цепи ДНК.
Решение.
1. Построим по принципу комплементарности правую цепь ДНК:
2. Используя принцип комплементарности, построим иРНК, кодирующую биосинтез данного фрагмента белка, по правой цепи ДНК:
УГУ-УАУ-ЦАЦ-ЦГА-АГГ-ЦУУ-АЦА иРНК
3. С помощью таблицы генетического кода определим последовательность включения аминокислот в белковую цепь:
вал-изолей-тре-арг-гли-фен-цис.
Ответ: первичная структура фрагмента молекулы белка, синтезированной согласно генетической информации на правой цепи ДНК, вал-изолей-тре-арг-гли-фен-цис.
Вопрос 1. Гетерозис, полиплоидия, мутагенез, их использование в селекции
Основными методами селекции являются отбор и гибридизация. Однако методом отбора нельзя получить организмы с новыми признаками и свойствами. Для создания новых форм и получения оптимальных сочетаний признаков в селекции используют гибридизацию и сопутствующее ей явление – гетерозис. Было замечено, что гибриды первого поколения обладают повышенной жизнеспособностью и продуктивностью по сравнению с обеими родительскими формами. Кроме того, при создании новых сортов растений широко используются полиплоидия (умножение числа наборов хромосом) и индуцированный мутагенез. Применение этих методов в селекции растений и микроорганизмов дает больше положительных результатов, чем в селекции животных. Рассмотрим их использование в селекции.
Несмотря на некоторые недостатки самоопыления, его часто применяют в селекции у перекрестноопыляемых растений. В первую очередь выводят гомозиготные линии с устойчивыми желательными признаками. Затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями. При этом в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Этот прием называется межлинейной гибридизацией, при использовании которого проявляется эффект гетерозиса, или гибридной силы. В этом случае первое гибридное поколение обладает высокой урожайностью и жизнеспособностью. Во втором поколении эффект гетерозиса, как правило, снижается. Генетические основы гетерозиса еще недостаточно изучены, но, нет сомнений, что положительный эффект обусловлен высокой гетерозиготностью гибридов, связанной с проявлением повышенной физиологической активности. Гетерозис так же успешно применяется в животноводстве и птицеводстве.
Наследственные изменения (мутации) свойственны всем организмам. Происходят они в хромосомах под влиянием внешней или внутренней среды. Мутации затрагивают строение и функции организма. Известны как резкие наследственные отклонения, так и небольшие мутационные изменения, встречающиеся гораздо чаще. Они не являются полезными для организма приспособительными изменениями, а, напротив, вредны и часто приводят к его гибели. Существует несколько типов мутаций по характеру изменения генотипа. Наиболее распространенными являются генные мутации, представляющие собой качественные изменения отдельных генов, ведущие к появлению новых свойств организма. Мутации, связанные с видимыми в микроскоп изменениями хромосом, называют хромосомными. К ним относятся: перемещение одной части хромосомы на другую, поворот участка хромосомы на 180°, а так же изменение числа хромосом.
Особым типом наследственных изменений является полиплоидия, выражающаяся в кратном увеличении числа хромосом. Большинство культурных растений, по сравнению с родственными дикими видами, полиплоидны. Полиплоидные растения отличаются более мощным ростом, размером семян и плодов. К ним относятся пшеница, картофель, некоторые сорта сахарной свеклы, садовая земляника и др.
В настоящее время в селекции разработаны и широко используются методы экспериментального получения полиплоидов.
Мутации, связанные с изменениями строения или числа хромосом, называются геномными. Если они происходят в половых клетках, то проявляются в поколении, развивающемся из этих клеток. Изменения, происходящие в соматических клетках, носят название соматических мутаций. У животных такие мутации не передаются по наследству, тогда как у растений при помощи отводков и прививок возможно сохранение возникшего изменения.
Вопрос 2. Изменение биогеоценозов под влиянием деятельности человека, их последствия. Меры охраны биогеоценозов (на примере либо водоема, либо леса, либо болота)
Известно, что в природе распределение растений и животных происходит под влиянием множества факторов, продиктованных, в первую очередь, средой обитания, формируя сравнительно устойчивые комплексы – природные сообщества.
Такие комплексы различных взаимосвязанных видов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования, называются биогеоценозом. Таким образом, характеристика окружающей среды (состав почвы, влажность воздуха, температура) является определяющей в образовании природной системы, между составляющими которой происходит круговорот веществ. Система эта является устойчивой и саморегулирующейся, т. е. численность особей каждого вида поддерживается на определенном уровне.
Тем не менее, устойчивость биогеоценозов не является неизменной. Часто под влиянием внешних условий все же происходит либо изменение численности отдельных видов, либо изменение самих биогеоценозов.
Мощным фактором изменения экосистем является хозяйственная деятельность человека. Воздействие человека на природные экосистемы началось с момента становления человеческой цивилизации. Оно все время усиливалось вместе с увеличением численности населения планеты. В последнем столетии в связи с быстрым развитием промышленности, сельского хозяйства, ростом городов влияние человека приобрело решающее значение.
Большие изменения происходят в «зеленых зонах» городов, используемых для отдыха горожан. Растительность такой территории постоянно вытаптывается людьми, почва уплотняется, травмируются наземные органы растений, нарушается влагообмен почвы и организмов. В результате изменяется видовой состав растений и животных, нарушается экологическое равновесие и устойчивость природных экосистем. Очень сильно влияет на луговые, степные и пустынные экосистемы выпас скота. Снижается обилие ценных кормовых злаков, уменьшается количество видов растений, состав сообществ упрощается.
К примеру неконтролируемая охота порой приводит к практически полному уничтожению ценных промысловых зверей и птиц. В свою очередь это зачастую ведет к усиленному размножению видов, ранее подавляемых этими животными. Длительность существования биогеоценозов различна, а их смена происходит в различных направлениях. Примером изменения биогеоценоза может служить зарастание водоема. Из-за недостатка кислорода в придонных слоях водоема часть органического вещества остается неокисленной и не участвует в круговороте. В глубоких местах на дне откладываются остатки планктона, образуя мелкозернистый ил. У берега происходит накопление остатков водной растительности, образуя торфянистые отложения. Отложения глины и песка, поступающие с водосборной площади, еще более ускоряют процесс обмеления. Постепенно прибрежная водная растительность распространяется к центру водоема, превращая его в болото.
Растения и животные замещаются другими видами, более приспособленными к данной среде обитания – болоту. Со временем окружающая растительность вытеснит бывший водоем, и, в зависимости от местных характеристик, здесь возникнет луг, лес или другой тип биогеоценоза.
На примере водоема видно, что биогеоценоз постоянно развивается и эволюционирует. Изучая последовательность и закономерность этого процесса, человек учится управлять им. Необходимо проводить меры по сохранению естественных биогеоценозов, следить за соотношением численности населяющих его видов. Для этого нужно учитывать биологические особенности каждого из них, взаимодействие с другими видами, а так же влияние экологических факторов.
