Тема: Біотехнологія. Генетична та клітинна інженерія.

Мета:розширити знання студентів щодо біотехнології, біотехнологічних процесів, які дуже широко використовує людство. Виховувати зацікавленість дисципліною, прагнення отримати нові знання самостійно; розвивати духовні і інтелектуальні  відчуття.

 .

 Питання, що виносять на самостійне вивчення:

1  Що таке біотехнологія.

2 Які завдання генетичної інженерії.

3 Що таке клітинна ( тканинна) інженерія.

Література:

1 Біологія (профільний рівень) Межжерін С.В., Межжеріна Я.О., Коршевнюк Т.В. – К.: „Планета книжок”, 2010 р

2 Біологія (рівень стандарту, академічний рівень) Балан П.Г., Вервес Ю.Г., Поліщук В.П. – К.: „Генеза”, 2010 р.

3 Тагліна О.В. Біологія, 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч, для загальноосв. навч. закл.- Х.: «Ранок», 2010. – 256 с.

 

Біотехнологія- су­купність промислових методів, у яких використову­ють живі організми або біологічні процеси. Людина з давніх-давен застосовує біотехнологічні процеси для виробництва різних речовин і харчових продуктів (сирів, молочних продуктів, тіста, пива тощо), але сам термін «біотехнологія» (від грец. біос — життя, технос  мистецтво і логос - учення) запровадили лише в 70-х роках XX століття.

У наш час різні види бактерій і грибів використову­ють у мікробіологічній промисловості для виробниц­тва антибіотиків, вітамінів, гормонів, ферментів, кормових білків тощо. У харчовій промисловості висо­копродуктивні штами мікроорганізмів дають змогу збільшити випуск високоякісних продуктів харчуван­ня (кисломолочних, сирів, пива), кормів для тварин ( силос, кормові дріжджі) тощо.

Біотехнологічні процеси застосовують і для очищен­ня навколишнього середовища, зокрема стічних вод і грунту від побутового і промислового забруднення. Методи біологічного очищення ґрунтуються на здат­ності певних видів бактерій розкладати органічні сполуки, які потрапляють у довкілля. Завдяки селекційній роботі створено штами мікроорганізмів здатних розкладати ті сполуки, які природні види не можуть мінералізувати. Для очищення стічних вод природних водойм і ґрунту застосовують властивості деяких організмів накопичувати органічні та неорганічні сполуки або певні хімічні елементи у своїх клітинах (деякі види бактерій, водоростей, найпростіших).

Біотехнологічні процеси враховують і під час розроблення біологічних методів боротьби зі шкідни­ками сільського і лісового господарств, а також парази­тичними і кровосисними видами. Використовуючи штами певних видів мікроорганізмів (бактерій, грибів), виготовляють препарати, які ефективно зни­жують чисельність шкідливих видів, не забруднюючи при цьому довкілля токсичними сполуками. Необ­хідною умовою використання біологічних препаратів у біологічному методі боротьби є їхня безпечність для корисних видів організмів.

Останнім часом у розробці біотехнологічних про­цесів все ширше застосовують методи генетичної і клітинної інженерії, які дають можливість одержати різноманітні сполуки і препарати.

Генетич­на (генна) інженерія— прикладна галузь молекуляр­ної біології, яка розробляє методи перебудови геномів організмів вилученням або введенням окремих генів чи їхніх груп. Генна інженерія здійснює:

- синтез генів поза організмом, видалення з клітин і перебудову окремих генів;

- копіювання і розмноження виділених або синте­зованих генів;

- введення генів або їхніх груп у геном інших організмів;

- експериментальне поєднання різних геномів одній клітині

Для перенесення синтезованих або виділених генів, крім вірусів, використовують і плазміди (переважно одержані з клітин бактерій). Плазміди - позахромосомні фактори спадковості, найчастіше являють собою кільцеві молекули ДНК прокаріотів (наприк­лад, генетичний апарат мітохондрій і хлоропластів).

Об'єктами досліджень генетичної інженерії є пере­важно прокаріоти, хоча вчені працюють і з генами еукаріотів. Наприклад, у геном бактерій було введе­но гени пацюка і людини, які відповідають за синтез гормону інсуліну, і бактерії почали синтезувати цей гормон. Методами генетичної інженерії одержані білки-інтерферони, які захищають організм людини і тварин від вірусних інфекцій, гормон росту тощо. Що­річно зростає перелік медичних препаратів, одержа­них за допомогою методів генетичної інженерії.

Перед генетичною інженерією, незважаючи на її молодість, відкриваються значні перспективи. Крім розв'язання перелічених вище питань, у майбутньо­му генетична інженерія буде здатна вирішувати і гло­бальніші завдання. Серед них: видалення дефектних алелей на найранніших етапах індивідуального роз­витку і заміна їх нормальними, поєднання в одному геномі генів різних організмів тощо.

Наприклад, перенесення з клітин азотфіксуючих бактерій генів, які відповідають за фіксацію атмосфер­ного азоту, в клітини вищих рослин, значно скоротило б витрати на виробництво і внесення в ґрунт нітрат­них добрив.

Результати досліджень генетичної інженерії мають виняткове значення і для теоретичної біології. Завдя­ки їм зроблено важливі відкриття щодо тонкої будови генів, їхнього функціонування, структури геномів Різних організмів. Подальший розвиток генетичної інженерії пов'язаний зі створенням банків генів, тоб­то колекцій генів різноманітних організмів.

Робота з геномами вищих організмів, крім техніч­них труднощів, пов'язана і з етичними проблемами, втручання в генотип хребетних тварин і особливо лю­дини, навіть із найкращими намірами, може спричи­нити непередбачувані наслідки.

Клітинна (тканинна) інженерія- галузь біотехпології, в якій застосовують методи виділення клітин з організму і перенесення їх на поживні се­редовища, де вони продовжують жити і розмножуватися. Крім того, клітинна інженерія здійснює гібридизацію соматичних клітин організмів різних видів, родів, родин тощо. Тобто здійснює схрещуван­ня організмів, яке неможливо зробити іншим спосо­бом (людини і миші, людини і моркви, курки й дріжджів тощо). Гібридизація нестатевих клітин дає змогу створювати препарати, які підвищують стійкість організмів проти різних інфекцій, а також лікують ракові захворювання.

Наприклад, гібридизацією клітин, здатних виробляти певні антитіла, з раковими одержано гібридні клітини. Найпродук­тивніші з цих клітин переносили на поживні середовища і вирощували культури, які виробляли антитіла.

Завдяки вирощуванню нестатевих клітин певних видів організмів на поживному середовищі створюють культуру клітин (тканин) для отримання цінних речовин, що значно знижує собівартість лікарських препаратів (наприклад, препарати лікарської росли­ни женьшеню). Оскільки нестатеві клітини, як пра­вило, містять усю спадкову інформацію про організм, то існує можливість вирощувати з них значну кількість організмів з однаковими спадковими властивостями.

Перспективним напрямом клітинної інженерії є клонування організмів.

 Клон (від грец. клон - гілка, нащадок) - сукупність клітин або особин, які виник­ли від спільного предка нестатевим способом. Отже, клон складається з однорідних у генетичному відно­шенні клітин або організмів.

При клонуванні з незаплідненої яйцеклітини ви­даляють ядро і пересаджують у неї ядро нестатевої клітини іншої особини. Таку штучну зиготу переса­джують у матку самки, де зародок і розвивається. Ця методика дає можливість одержувати від цінних за своїми якостями плідників необмежену кількість нащадків, які є їхньою точною генетичною копією. Методом клонування вирощують різні організми.

 

 

 

Питання для самоконтролю:

1 Що таке біотехнологія? Яке її значення в житті людини?

2 Що таке генетична інженерія? Які методики вона викорис­товує у своїх дослідженнях?

3 Які завдання постають перед клітинною (тканинною) інженерією?

4 На яких рівнях органі­зації живої матерії проводять дослідження в галузі генетичної та клітинної інженерії?

5 Що таке клонування клітин або організмів ?

 

Самостійне заняття 14

Тема: Популяції.

Мета:ознайомити студентів з основними характеристиками популяцій і факторами, які на них впливають, розглянути особливості статевої та вікової структури популяцій. Розвивати вміння порівнювати й аналізувати відому інформацію. Виховувати розуміння залежності існування живих організмів від діяльності людини.

 

 Питання, що виносять на самостійне вивчення:

1  Визначення популяції.

2 Характеристика популяції.

3 Особливості структури популяції.

4 Чинники, які впливають на чисельність популяції. Динаміка і коливання чисельності популяції.

Література:

1 Біологія (профільний рівень) Межжерін С.В., Межжеріна Я.О., Коршевнюк Т.В. – К.: „Планета книжок”, 2010 р

2 Біологія (рівень стандарту, академічний рівень) Балан П.Г., Вервес Ю.Г., Поліщук В.П. – К.: „Генеза”, 2010 р.

3 Тагліна О.В. Біологія, 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч, для загальноосв. навч. закл.- Х.: «Ранок», 2010. – 256 с.

 

 

На території, яку займає вид, окремі особини зібрані в більш-менш відмежо­вані одна від одної групи - популяції. Популяція(від лат. популюс - народ, населення) - сукупність особин одного виду, які тривалий час мешкають у певній частині його ареалу частково чи повністю ¹зольовано від інших подібних угруповань.

Існування виду в формі популяцій пов'язане з не­рівномірністю розподілу сприятливих умов існуван­ня по його ареалу. Наприклад, білка звичайна поширена в Євразії, але мешкає лише в лісах пев­них типів, які розділені іншими рослинними угру­пованнями, річками, горами. Тому кожен із таких лісів має одну або кілька популяцій білки. Отже, чим різноманітніші умови існування на території поши­рення виду, тим більшою буде кількість популяцій, з яких він складається. Ступінь відокремленості популяцій може бути різним. За значних географічних перешкод популяції одного виду можуть бути повністю відокремлені одна від одної (наприклад, популяції риб з різних озер). Якщо ж умови існування на території поширення виду відносно однорідні, то окремі по­пуляції можуть бути відокремлені нечітко (популяції гризунів, які мешкають у степах і пустелях).

Популяція як структурна одиниця виду харак­теризується певними показниками. Так, кожна попу­ляція має певну чисельність, тобто кількість особин які її складають. Кожна популяція в біогеоценозі зай­має певну площу або об'єм, (популяції мешканців во­дойм). Густота популяції визначається середньою кількістю особин, що припадає на одиницю площі або об'єму. Біомаса - це маса особин у перерахунку на одиницю площі або об'єму. Народжуваність - кіль­кість особин популяції, які народилися за певний час, а смертність - кількість особин, яка гине за цей самий час. Різниця між народжуваністю і смертністю становить приріст популяції. За певних умов він може бути або позитивним, або негативним.

Кожна популяція характеризується певною структурою: ста­тевою, віковою, просторовою тощо. Структура попу­ляції має пристосувальне значення, оскільки формується внаслідок взаємодії особин популяції з умовами довкілля. Вона динамічна, тобто зміни умов середовища життя спричинюють і відповідні зміни структури популяції.

Статеву структуру популяції визначає спів­відношення особин різних статей, а вікову - роз­поділ її особин за віковими групами. Цей важливий показник характеризує стан популяції. Так, різке скорочення частки нестатевозрілих особин свідчить про можливе зниження чисельності популяції в май­бутньому, коли ці особини стануть статевозрілими і залишать нечисленне потомство. Розподіл особин популяції по території, яку вона займає, визначає її просторову структуру.

Залежно від характеру використання території популяції тварин поділяють на осілі, кочові й мігруючі. Популяції осі­лих видів (бурі ведмеді, кроти, дощові черв'яки тощо).як правило, тривалий час мешкають на одній і тій самій території. Популяції кочових видів у пошуках їжі або оптималь­них умов життя здатні пересуватись на відносно незначні відстані (шпаки, песці, сірі ворони). Кочовий спосіб життя дає можливість уникнути швидкого виснаження ресурсів довкілля, а також краще пристосуватись до сезонних змін клімату. Популяції мігруючих видів закономірно змінюють місця існування, просторово значно віддалені. Міграції, як і кочівлі, часто зумовлені сезонними змінами у навколиш­ньому середовищі й відбуваються, як правило, за певни­ми маршрутами. Міграції бувають періодичними (перелітні птахи, прохідні риби) і неперіодичними. Останні спричи­няються несприятливими змінами умов довкілля, висна­женням кормової бази, масовим розмноженням тощо (наприклад, міграції перелітної сарани, білок, лемінгів). Просторова структура популяції дає змогу найповніше використовувати ресурси середовища життя.

Етологічна структура популяції - це система взаємозв'язків між: особинами, яка проявляється в їхній поведінці. Науку про біологічні основи поведін­ки тварин називають етологією (від грец. етос — ха­рактер, норов і логос). Особинам різних видів властивий поодинокий або груповий спосіб життя. У першому випадку особини популяції більш-менш розділені про­сторово і збираються разом лише на період розмножен­ня, міграцій тощо (скорпіони, тетеруки, качки-крижні та ін.). Груповий спосіб життя пов'язаний з утворенням постійних родин, колоній, зграй, табунів тощо. Спільне існування організмів у вигляді постійних груп сприяє кращому пристосуванню до умов довкілля (захист від хижаків, ефективне полювання, виживання молоді тощо). Зазвичай у цих угрупованнях кожна особина займає певне положення (ранг), яке визначає пове­дінку, черговість доступу до їжі, участі (або неучасті) у розмноженні тощо. Чисельність і гус­тота популяцій, які мешкають навіть у стабільних умовах, можуть періодично або неперіодично змінюватись під впливом різноманітних факторів. Коли­вання чисельності популяцій дістали назву популяційних хвиль,або хвиль життя. Це поняття ввів російський біолог С.С. Четвериков.

Популяційні хвилі можуть бути сезонними чи не­сезонними. Сезонні популяційні хвилі зумовлені особливостями життєвих циклів організмів або сезон­ними змінами кліматичних факторів. Наприклад, за умов чітко виражених сезонних змін довкілля, роз­множення організмів, як правило, припадає на сприятливі періоди року, а в несприятливі, навпаки спостерігають підвищену смертність, особливо видів із нетривалим терміном життя. Приміром, комахи розмножуються переважно наприкінці весни -влітку, а наприкінці осені та взимку значна частина особин їхніх популяцій гине.

Несезонні популяційні хвилі можуть бути спри­чинені зміною інтенсивності дії різних екологічних факторів (наприклад, спрямовані протягом тривало­го історичного періоду зміни кліматичних факторів, інтенсивний вплив хижаків або паразитів, госпо­дарська діяльність людини).

Чисельність популяції залежить від рівня народжуваності й смертності особин, які входять до її складу. Якщо інтенсивність народжуваності пере­вищуватиме смертність, то приріст популяції буде позитивним,, якщо ж навпаки — негативним. Три­валий негативний приріст популяції з часом може спричинити її зникнення.

Рівень народжуваності та смертності особин попу­ляції залежить від багатьох чинників, насамперед від ресурсів, потрібних для її нормального існуван­ня (наявність їжі, води, місць гніздування). За низь­кої густоти популяції, коли є надлишкові ресурси, необхідні для її існування, народжуваність переви­щуватиме смертність, а за надто високої — навпаки-надмірне зростання густоти популяції спричинює виснаження ресурсів середовища існування і тому є негативним явищем. Зниження густоти популяції є сигналом для запровадження заходів щодо її охорони.

Теоретично для кожного комплексу умов середо­вища є певна оптимальна густота популяції того чи іншого виду, за якої народжуваність і смертність врівноважуватимуть одна одну. В цьому випадку не відбувається ні зростання, ні зменшення чисельності популяції. Такий врівноважений стан популяціі відповідає поняттю ємності середовища існування

- його здатність забезпечити нормальну життєдіяльність певній кількості особин популяції без помітних порушень у довкіллі. При цьому рівень споживання ресурсів має врівноважуватись їхнім відновленням. Як тільки густота популяції стає ви­щою чи нижчою певного рівня, в ній спрацьовують процеси саморегуляції, що приводять цей показник у відповідність до ємності середовища існування. Зміни чисельності популяції проявляються у ви­гляді популяційних хвиль.

Густота популяції залежить і від змін інтенсив­ності дії кліматичних факторів. Популяції рос­лин і тварин, що мають тривалий період розвитку, як правило, характеризуються відносно повільними тем­пами розмноження і порівняно слабкою чутливістю до змін кліматичних факторів. Зміни чисельності популяцій таких видів значно розтягнені в часі: пе­ріоди зростання чисельності та її зниження спостері­гаються раз у декілька років. Так, дослідження змін чисельності популяцій рисі показали, що її максимум спостерігається приблизно раз на 10 років і пов'яза­ний зі зростанням чисельності популяцій зайця, який слугує рисі кормовою базою.

Натомість, організми з нетривалими періодами розвитку, як правило, здатні до інтенсивного роз­множення. Тому вони чутливіші до змін умов довкіл­ля і їхня чисельність може значно змінюватися за незначний проміжок часу.

На зміни чисельності популяцій впливають взаємо­зв'язки з популяціями інших видів. Так, чисельність популяцій паразитів залежить від чисельності попу­ляцій їхніх хазяїв, популяцій хижаків - популяцій здобичі.

Густота популяцій тварин регулюється також їхньою територіальною поведінкою. Наприклад, У деяких ссавців (бурих ведмедів, тигрів, зубрів) ок­ремі особини або родини займають певні ділянки, які вони мітять за допомогою пахучих речовин або подряпин на стовбурах дерев і охороняють від інших особин свого виду. Завдяки цьому густота популяції обмежується кількістю придатних для існування ділянок.

Регуляції чисельності популяцій тварин сприяють і фізіо­логічні процеси, зокрема стресова поведінка. Коли гус­тота популяції перевищує певний рівень, в її особин спостерігають затримку росту й статевого дозрівання, підвищену агресивність, поїдання особин свого виду {ка­нібалізм).

Уникненню надмірної густоти популяції сприяє розселення, коли частина особин мігрує на незайняті території або до інших популяцій, -низькою густотою. Особливо інтенсивне розселенця відбувається у роки масового розмноження організмів. Наприклад, перелітна сарана утворює численні зграї, здатні долати значні відстані.

Унаслідок пристосування до умов середовища життя у різних видів виробилися різноманітні механізми, які дають змо­гу уникнути необмеженого зростання чисельності популяцій і, відповідно, перенаселення і виснажен­ня ресурсів довкілля. Ці механізми сприяють підтри­манню густоти популяцій на відносно сталому рівні, особливо у видів з тривалими періодами індиві­дуального розвитку. Підтримання чисельності по­пуляції на певному, оптимальному для даного середовища життя рівні, дістало назву гомеостаз популяції.На гомеостаз популяції впливають абіо­тичні фактори, а також міжвидові й внутрішньови­дові взаємозв'язки.

 

 

Питання для самоконтролю:

1 Що таке популяція?

2 Якими параметрами характеризуються популяції?

3 Екологічна структура популяції.

4 Яку вікову структуру може мати популяція?

5 Від чого залежить статева структура популяції?

6 Які фактори і як впливають на структуру популяції?

Самостійне заняття 15

---

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 729; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

---

Мы поможем в написании ваших работ!