Лекция. Взаимодействие генотипа и среды при формировании признака. Количественные изменения растений это
Норма реакции
Предел проявления модификационной изменчивости организма при неизменном генотипе — норма реакции. Норма реакции обусловлена генотипом и различается у разных особей данного вида. Фактически норма реакции — спектр возможных уровней экспрессии генов, из которого выбирается уровень экспрессии, наиболее подходящий для данных условий окружающей среды. Норма реакции имеет предел для каждого вида — например, усиленное кормление приведет к увеличению массы животного, однако она будет находиться в пределах нормы реакции, характерной для данного вида или породы. Норма реакции генетически детерминирована и наследуется. Для разных изменений есть разные пределы нормы реакции. Например, сильно варьируют величина удоя, продуктивность злаков (количественные изменения), слабо — интенсивность окраски животных и т. д. (качественные изменения). В соответствии с этим норма реакции может быть широкой (количественные изменения — размеры листьев многих растений, размеры тела многих насекомых в зависимости от условий питания их личинок) и узкой (качественные изменения — окраска у куколок и имаго некоторых бабочек). Тем не менее, для некоторых количественных признаков характерна узкая норма реакции (жирность молока, число пальцев на ногах у морских свинок), а для некоторых качественных признаков — широкая (например, сезонные изменения окраски у многих видов животных северных широт).
Фенотипические изменения, возникающие на основе одного и того же генотипа в разных условиях его реализации, называют модификациями.Примером модификаций могут служить изменения содержания жира в молоке животных или массы тела в зависимости от их питания, изменения количества эритроцитов в крови, в зависимости от парциального давления кислорода в воздухе, изменения темпа роста растений при разной освещенности и содержании минеральных веществ в почве. Другим примером модификационной изменчивости являются различия, наблюдаемые у генетически идентичных монозиготных близнецов или потомков одного растения, полученных путем вегетативного размножения, но развивавшихся в разных условиях среды.
Модификации отдельного признака или свойства, формируемого данным генотипом, образуют непрерывный ряд. Частота встречаемости каждого варианта в таком вариационномряду различна. Чаще обнаруживаются средние значения признака. Чем дальше признак отстоит от среднего значения, тем реже он наблюдается (рис. 6.1).
Так как фенотипическое проявление наследственной информации может модифицироваться условиями среды, в генотипе организма запрограммировано не конкретное значение отдельных его характеристик, а лишь возможность их формирования в определенных пределах, называемых нормой реакции.Таким образом, норма реакции представляет собойпределы модификационной изменчивости признака,допустимой при данном генотипе. Некоторые признаки характеризуются широкой нормой реакции. Как правило, это количественные признаки, контролируемые полигенами (масса тела, жирность молока, пигментация кожи), другие свойства характеризуются узкой нормой реакции и слабо или почти не модифицируются в разных условиях (цвет глаз, группа крови).
(Одним из признаков жизни является изменчивость. Любой живой организм отличается от других представителей вида. Изменчивость – свойство живых организмов существовать в разных формах. Фенотипическая изменчивость- ненаследственная, связана с изменением фенотипа под влиянием условий окружающей среды. Она может быть случайная и модификационная. Фенотипические изменения, возникающие на основе одного и того же генотипа в разных условиях его реализации- модификации. Пример: изменение содержания жира в молоке животных от их питания и т.д. Свойства:
1.возникают постепенно, имеют переходные формы
2. Модификации- изменения количественные, они образуют непрерывные ряды и группируются вокруг среднего значения.
3. Возникают направленно- под влиянием одного и того же фактора среды.
4. Модификации обратимы.
5. не передаются по наследству.
Фенотипические проявления наследственной информации может модифицироваться условиями среды, в генотипе организма запрограммировано не конкретное значение отдельных его признаков, а лишь возможность их формирования в определенных пределах- норма реакции. Норма реакции –это предел мод. изм.
Значение модификаций: позволяют адаптироваться к условиям внешней среды.
Частный случай фенотипической изменчивости – фенокопии. Фенокопии – вызванные условиями внешней среды фенотипические модификации, имитирующие генетические признаки. Под влиянием внешних условий на генетически нормальный организм копируются признаки совсем другого генотипа. Проявление дальтонизма может произойти под влиянием питания, плохой психической конституции, повышенной раздражительности. У человека возникает заболевание витилиго (1% людей) – нарушение пигментации кожи. Генетический дефект есть у 30% болеющих, у остальных – профессиональное витилиго (воздействие на организм особых химических и отравляющих веществ). В Германии 15 лет назад рождались дети с фекомелией – укороченными ластовидными руками. Выяснилось. Что рождение таких детей происходило, если мать принимала Телидомид (успокоительное средство, показанное беременным). В результате нормальный немутантный генотип получал мутацию. Фенокопии появляются в большинстве случаев при действии внешней среды на ранних стадиях эмбриогенеза, что приводит к врожденным заболеваниями порокам развития. Наличие фенокопий затрудняет диагностику заболеваний. )
44.Фенотип. Фенотип как результат реализации наследственной информации (генотипа) в определенных условиях среды. Значение средовых и генотипических факторов в формировании патологически измененного фенотипа человека.
Генотип – совокупность всех генов организма (генетическая конституция).
Фенотип – все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. (Иогансен – 1803год) свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма – результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.
Долгое время считалось, что в зиготе находятся разные хромосомы для разных клеток, однако теперь известно, что в зиготе имеется та же генетическая информация, что и во всех клетках данного организма. В специализированных клетках работают гены, характерные для функций данных клеток, а все остальные – до 95% - заблокированы. Каждая эмбриональная клетка потенциально может стать любой клеткой организма, т.е. специализироваться в любую сторону – полипотентные клетки. Каждая клетка организма способна дифференцироваться только по одному пути. Направление специализации определяется внешней средой (химическим окружением хромосом – цитоплазмой). На самых ранних этапах эмбриогенеза, генотип уже взаимодействует со средой. Взаимодействие удобно просматривать на примере глобиновых генов. До и после рождения эти гены работают неодинаково. В раннем эмбриогенезе включается ген, отвечающий за альфа-цепь гемоглобина (он активен на протяжении всей жизни), а ген, отвечающий за синтез бета-цепи, неактивен. Зато есть ген, отвечающий за синтез гамма-цепи. После рождения ген бета-цепи начинает работать, а гамма - блокируется. Эти изменения связаны с особенностями дыхания. Фетальный гемоглобин легко доносит воздух до зародыша.
Фенотипическое проявление генотипа в зависимости Ио среды изменяется в пределах нормы реакции. От родителей потомки получают специфические типы химических реакций на разные условия среды. Совокупность всех химических реакций определят метаболизм – обмен веществ. Интенсивность обмена веществ варьирует в широких пределах. У каждого человека свои особенности обмена веществ, которые передается от поколения к поколению, и подчиняются законам Менделя. Различия в обмене веществ реализуются в конкретных условиях среды на уровне синтеза белка.
Дифференцированная реакция растений примулы в разных условиях окружающей среды. При обычной температуре 20-25 градусов и нормальном давлении – красные цветы, при повышенной температуре или давлении – белые цветы. Семена обладают теми же свойствами.
Муха – дрозофила имеет ген, формирующий замыкание крыльев на спину. Если мух с мутантным генов выводить при температуре22-25 градусов, крылья загнуты. При более низкой температуре – нормальные крылья и лишь у некоторых – загнуты. Ген обуславливает синтез термочувствительного белка. Поэтому, обсыхая после выхода из куколки, при повышенной температуре происходит деформация крыльев.
Никакие признаки не наследуются. Признаки развиваются на основе взаимодействия генотипа и среды. Наследуется только генотип, т.е. комплекс генов, который определяет норму биологической реакции организма, изменяющую проявление и выраженность признаков в разных условиях среды. Таким образом, организм реагирует на свойства внешней среды. Иногда один и тот же ген в зависимости от генотипа и от условий внешней среды по-разному проявляет признак или меняет полноту выраженности.
studfiles.net
Модификационная изменчивость
Модификационная изменчивость
Модификации. Модификациями называют изменения фенотипа, вызванные влиянием окружающей среды и не связанные с изменениями генотипа. При этом возникшее конкретное модифицированное изменение признака не наследуется, но диапазон такой изменчивости, или норма реакции, генетически детерминирована и наследуется. Модификации сохраняются лишь на протяжении жизни данного организма.
Модификационной изменчивости подвержены как количественные, так и качественные признаки. Возникновение модификаций связано с тем, что такие важнейшие факторы среды, как свет, тепло, влага, химический состав и структура почвы, воздух, воздействуют на активность ферментов и в известной мере изменяют ход биохимических реакций, протекающих в развивающемся организме. Этим, в частности, объясняется появление различной окраски цветков у примулы и шерсти у гималайских кроликов, о чем говорилось выше.
Примерами модификационной изменчивости у человека могут служить усиление пигментации кожи (загар) под влиянием ультрафиолетовых лучей, мощное развитие костно-мышечной системы в результате физических нагрузок и т. д. К модификационной изменчивости следует отнести также и явление физиологического гомеостаза — способности организмов противостоять колеблющимся условиям среды путем приспособительного реагирования. Так, у человека при пребывании на разных высотах над уровнем моря вырабатывается неодинаковое количество эритроцитов: в 1 mmj крови у людей, живущих в местностях на уровне моря, их в два раза меньше, чем у людей, живущих высоко в горах.
Число эритроцитов растет пропорционально подъему над уровнем моря. Это явление можно легко объяснить, если вспомнить, что главная функция эритроцитов — перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким. Увеличение высоты над уровнем моря сопровождается снижением концентрации кислорода в атмосфере, что приводит к недостатку его в тканях. Поэтому насущная потребность в кислороде заставляет человека и животных адаптивно реагировать путем изменения числа эритроцитов на разных высотах.
Эта реакция обратима: переезд в места, расположенные на уровне моря, приводит к снижению числа эритроцитов в крови.
Статистический анализ модификационной изменчивости. Такие условна среды, как влажность, температура, освещенность, физические свойства почвы и ее плодородие, глубина заделки семян, взаимодействие и конкуренция растений с другими сообита-телями, никогда не бывают тождественными даже на одном поле. Поэтому длина колосьев пшеницы на одном поле может колебаться от 6 до 14 см, а размеры листьев одного дерева иногда варьируют в еще более широких пределах, хотя генотип их одинаков. Если листья или колосья расположить в порядке нарастания или убывания их длины, то получается вариационный ряд изменчивости данного признака, слагающийся из отдельных вариант, то есть числа листьев дерева или колосков в колосе пшеницы, имеющих одинаковые показатели.
Как показывают подсчеты, частота встречаемости отдельных вариант в вариационном ряду неодинакова. Чаще всего встречается среднее значение признака, а к обоим концам вариационного ряда частота встречаемости закономерно снижается. Рассмотрим это на примере изменчивости числа колосков в колосе пшеницы. Возьмем произвольно (не выбирая) 100 колосьев одного сорта и подсчитаем в каждом из них число колосков. Полученные цифры (варианты) расположим в порядке нарастания признака и подсчитаем, сколько раз каждая варианта v встречается в каждом ряду р, затем сгруппируем их, т. е. составим вариационный ряд:
Распределение вариант в этом ряду можно выразить наглядно на графике (рис. 3.12). Для этого на оси абсцисс откладывают значения вариант v в порядке их увеличения, на оси ординат — частоту встречаемости р каждой варианты.
Графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариаций, так и частоты встречаемости отдельных вариант, называют вариационной кривой. Установлено, что мо-дификационная изменчивость у растений, животных и человека имеет общие черты.
Рис. 3.12. Вариационная кривая числа колосков в колосе пшеницы.
Кривая на графике, как правило, бывает симметричной, особенно когда изучается большое число особей. Это значит, что вариации, как большие, так и меньшие, отличающиеся от среднего арифметического на одну и ту же величину, встречаются одинаково часто. Отсюда следует, что минимальные и максимальные величины должны встречаться очень редко, но с одинаковой частотой.
Значение модификаций.Модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительный характер и в этом смысле имеет важное значение в эволюции. Обусловленные нормой реакции адаптивные модификации дают возможность организму выжить и оставить потомство в изменившихся условиях среды.
Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет также большое практическое значение, так как позволяет предвидеть и заранее планировать максимальное использование возможностей каждого сорта растений и породы животных. В частности, создание заведомо известных оптимальных условий для реализации генотипа обеспечивает их высокую продуктивность.
Такой подход в равной мере относится и к человеку. Каждый ребенок обладает определенными способностями, иногда даже в нескольких областях. Задача психологов и педагогов состоит в том, чтобы как можно раньше найти эту область и обеспечить максимальное развитие ребенка в этом направлении (наряду с общим образованием), т. е. в пределах нормы реакции достичь максимального уровня реализации его генотипа.
sbio.info
Разногодичные (флуктуационные) и возрастные изменения фитоценозов
Разногодичная изменчивость фитоценозов (флуктуации)
Параметры любого растительного сообщества не остаются неизменными, а колеблются год от года. Их значения в разные годы оказываются то большими, то меньшими по отношению к ср. значению за определённый, но не слишком большой период, то есть колеблются около средней характеристики. Изменяются сроки прохождения фенологических фаз, обилие видов и их соотношение, фитомасса, иногда происходит изменение и во флористическом составе. Причина, определяющая эти изменения, заключается в колебаниях погодных условий – кол-ва солнечной энергии, поступающей к растениям, температурного режима, количества осадков. Меняющиеся условия существования дают при этом преимущества то одним, то другим видам, что приводит в изменении системы взаимодействий между растениями. Такие колебательные изменения растительных сообществ были названы флуктуациями. Термин «флуктуация» впервые применил в 1939 г. Х. Глизон.
Флуктуации (от лат. fluctuatio – колебания) – ненаправленные различно ориентированные или циклические (с циклом, как правило, не более 6–10 лет) разногодичные обратимые изменения растительного покрова, то есть такие изменения, которые завершаются возвратом сообщества к близкому к исходному состоянию.
Различают следующие типы флуктуаций в соответствии с причинами их возникновения:
· экотопические, обусловленные различиями в метеорологических и гидрологических условиях экотопа;
· фитоциклические, отражающие особенности жизненного цикла некоторых видов растений и (или) их неравномерное по годам семенное или вегетативное размножение;
· зоогенные, связанные с различиями в воздействии растительноядных и роющих животных, в особенности животных-землероев и насекомых;
· фитопаразитарные, обусловленные массовым размножением фитопаразитарных грибов и др.
· антропические, вызванные различиями в форме и интенсивности воздействия человека;
Возрастные изменения - вызываются изменением возрастной структуры популяций растений, образующих фитоценоз, в частности возрастными изменениями (онтогенезом) эдификаторов. Роль вида в фитоценозе определяется не только его численностью, экологическими особенностями, но и возрастным составом его популяции, потому что отдельные особи, входящие в состав популяции вида, в связи с различиями в возрасте и жизненном состоянии сильно отличаются друг от друга по массе подземных и надземных органов и по интенсивности влияния на среду и другие растения. Слабые изменения условий произрастания какого-либо вида сказываются преимущественно на численности ювенильной части его популяции, а более глубокие изменения резко влияют на количество генеративных особей, и многие экземпляры взрослых растений находятся в вегетативном состоянии и т.д. Возрастные смены могут быть очень длительными, от нескольких лет до нескольких десятков лет, например, развитие лесного сообщества от стадии молодняка до приспевающего и спелого леса. Оно сопровождающееся не только изменением возраста дерева-эдификатора, но и соответствующими изменениями фитосреды и соотношений компонентов растительного покрова (не выходящими за рамки одного фитоценоза, например ельника-кисличника). Однако изменения фитосреды, т.е. режимов средообразующих факторов, не выходят за пределы определенной нормы, соответствующей растительным условиям, подходящим для данного типа сообщества. Длительность прохождения фитоценозом возрастных стадий определяется условиями существования вида в данном фитоценозе и урожайностью семян.
Влияние изменений фитоценоза на его обитателей
Для вредителей леса наиболее важный фактор — по-видимому, изменение структуры фитоценоза, видового и возрастного состава древостоя и состояния отдельных деревьев под воздействием антропогенных факторов. Резкие изменения такого рода могут происходить после рубок, пожаров (более 80 % пожаров возникает по вине человека), изменения уровня грунтовых вод в процессе хозяйственной деятельности. Загрязнение и уплотнение почвы, загрязнение воздуха и другие факторы приводят к снижению устойчивости растений, создавая благоприятную среду для размножения насекомых. Широко известны вспышки массового размножения алтайского усача в лиственничниках, пройденных пожарами, пихтового усача в древостоях — зонах техногенного воздействия, лубоедов в сосняках, подверженных интенсивным рекреационным нагрузкам. С другой стороны, подобные воздействия могут вызывать неблагоприятные для развития насекомых биохимические изменения в составе древесных растений. Например, при сильном промышленном загрязнении воздуха соединениями серы и фтора резко снижается содержание азотистых соединений и Сахаров в листьях, делая их малопригодными для листоядных насекомых.
Классификация фитоценозов, свойстваГеоботаникаКонтактные трансфитотрофные взаимоотношения между растениямиЗаконы аутэкологии, оптимум и амплитудаФлористический состав
biofile.ru
Закономерности роста
РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
Процессы роста и развития растений имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с животными организмами. Во-первых, растения способны размножаться вегетативным путем. Во-вторых, наличие мерестематических тканей у растений обеспечивает высокую скорость и способность к регенерации. В-третьих, для обеспечения питательными веществами растения поддерживают рост на протяжении всей жизни.
Понятие роста и развития. Общие
закономерности роста
Каждый живой организм подвергается постоянным количественным и качественным изменениям, которые прекращаются только при известных условиях периодами покоя.
Рост – это количественные изменения в ходе развития, которые заключаются в необратимом увеличении размеров клетки, органа или целого организма.
Развитие – это качественные изменения компонентов организма, при которых имеющиеся функции преобразуются в другие. Развитие – это изменения, которые происходят в растительном организме в процессе его жизненного цикла. Если этот процесс рассматривать как установление формы, то он называется морфогенезом.
Примером роста может служить разрастание ветвей благодаря размножению и увеличению клеток.
Примерами развития являются образование проростков из семян при прорастании, образование цветка и т. д.
Процесс развития включает в себя целый ряд сложных и очень строго скоординированных химических превращений.
Кривая, характерная для роста всех органов, растений, популяций и т. д. (от сообщества до молекулярного уровня) имеет S-образный, или сигноидный вид (рис. 6.1).
Эту кривую можно разделить на ряд участков:
– начальная лаг-фаза, протяжение которой зависит от внутренних изменений, которые служат для подготовки к росту;
– логарифмическая фаза, или период, когда зависимость логарифма скорости роста от времени описывается прямой;
– фаза постепенного снижения скорости роста;
– фаза, на протяжении которой организм достигает стационарного состояния.
 |
| Рис 6.1. S-образная кривая роста: I – лаг-фаза; II – логарифмическая фаза; III– снижение скорости роста; IV – стационарное состояние |
Протяженность каждой из слагающих S-кривую фаз и ее характер зависит от ряда внутренних и внешних факторов.
На длительность лаг-фазы прорастания семян влияет отсутствие или излишек гормонов, присутствие ингибиторов роста, физиологическая неспелость зародыша, недостаток воды и кислорода, отсутствие оптимальной температуры, световой индукции и др.
Протяженность логарифмической фазы связано с рядом специфических факторов и зависит от особенностей генетической программы развития, закодированной в ядре, градиента фитогормонов, интенсивности транспорта питательных элементов и т. д.
Торможение роста может быть результатом изменения факторов окружающей среды, а также определяться сдвигами, связанными с накоплением ингибиторов и своеобразных белков старения.
Полное торможение роста обычно связывают со старением организма, т. е. с тем периодом, когда скорость синтетических процессов идет на убыль.
Во время завершения роста происходит процесс накопления ингибирующих веществ, растительные органы начинают активно стареть. На последней стадии все растения или отдельные его части прекращают рост и могут впадать в состояние покоя. Эта конечная стадия растения и срок прихода стационарной фазы часто бывает задан наследственностью, но эти характеристики могут в какой-то степени изменяться под воздействием окружающей среды.
Кривые роста свидетельствуют о существовании разных типов физиологической регуляции роста. В период лаг-фазы функционируют механизмы, связанные с образованием ДНК и РНК, синтезом новых ферментов, белков, а также биосинтезом гормонов. В период логарифмической фазы наблюдается активное растяжение клеток, появление новых тканей и органов, увеличение их размеров, т. е. происходят этапы видимого роста. По наклону кривой можно часто довольно успешно судить о генетическом фонде, который определяет ростовой потенциал данного растения, а также определяет, насколько хорошо соответствуют условия потребностям растения.
В качестве критериев роста используют увеличение размеров, количества, объема клеток, сырой и сухой массы, содержание белков или ДНК. Но для измерения роста целого растения трудно найти подходящий масштаб. Так при измерении длины не обращают внимания на ветвление; навряд ли можно точно измерить объем. При определении количества клеток и ДНК не обращают внимания на размеры клетки, определение белка включает и запасные белки, определение массы также включает запасные вещества, а определение сырой массы, кроме всего включает и транспирационные потери и т. д. Поэтому в каждом случае масштаб, который можно использовать для измерения роста целого растения – это специфическая проблема.
Скорость роста побегов составляет в среднем 0,01 мм/мин (1,5 см/день), в тропиках – до 0,07 мм/мин (~ 10 см/день), а у побегов бамбука – 0,2 мм/мин (30 см/день).
Похожие статьи:
poznayka.org
Лекция. Взаимодействие генотипа и среды при формировании признака
План.
1. Качественные и количественные признаки организма
2. Влияние условий среды на качественные признаки
3. Влияние условий среды количественные признаки.
4. Норма реакции
1. Качественные и количественные признаки.Все признаки организма можно разделить на две группы — качественные и количественные. Окраска цветков, форма плодов, масть животных, цвет глаз, половые различия — все это качественные признаки. При изучении качественных признаков не возникает затруднений в их классификации. Фенотипические классы потом- ков, появившиеся при расщеплении, легко различимы: черная или бурая корова, красная или черная лиса, белые или фиолетовые цветки у душистого горошка и т. д.
Однако изменчивость (разнообразие) носит не только качественный, но и количественный характер. Яйценосность кур, молочность коров, масса семян пшеницы — это примеры так называемых количественных признаков. Большинство признаков, важных при разведении животных и выращивании растений, носит количественный характер. Количественные признаки можно изучать с помощью измерения и подсчета.
Живые организмы постоянно испытывают действие разнообразных факторов среды, в которой они обитают. Среда влияет на формирование и количественных, и качественных признаков.
2. Влияние условий среды на качественные признаки.Многие качественные признаки в меньшей степени, чем количественные признаки, подвержены влиянию условий среды. Например, в семье, где отец и мать имеют голубой цвет глаз, рождаются только голубоглазые дети. При этом не имеет значения, в каких условиях живет данная семья. Однако можно привести немало примеров, демонстрирующих влияние среды. У примулы окраска цветков определяется аллельной парой Rr. Гомозиготные растения RR обычно имеют красные цветки, но если в момент формирования бутонов растение перенести из обычных комнатных условий в теплую влажную оранжерею с температурой 30—35 °С, то появятся белые цветки. Возвращение в комнатные условия не изменяет их белой окраски, но вновь распустившиеся цветки будут красными. Понятно, что в этом случае изменился признак, а не ген.
Другим примером, показывающим влияние условий внешней среды на развитие качественных признаков, может служить изменение окраски шерсти у горностаевого кролики. Горностаевые кролики (chch) и кролики-альбиносы (ее) при рождении не окрашены. Альбиносы остаются совершенно белыми в течение всей жизни, а у горностаевых кроликов лапки, хвост, уши и мордочка со временем окрашиваются в черный цвет.
Если у горностаевого кролика (рис. 40) сбрить шерсть на каком-либо участке тела, то окраска вновь выросшей шерсти будет зависеть от температуры среды. Так, если сбрить белую шерсть на боку или на спине и содержать животное при температуре выше 2 °С, то на этом месте снова вырастет белая шерсть. При температуре воздуха ниже 2 °С вместо белой шерсти вырастет черная. Но если сбрить шерсть на ухе, то в обычных условиях там снова вырастет черная шерсть; под согревающим компрессом (при температуре 30 °С) на выбритом участке вырастет белая шерсть.
Эти опыты объясняют, почему горностаевые кролики рождаются совершенно белыми: в эмбриональный период они находятся в условиях высокой температуры.
3. Влияние условий среды на количественные признаки.Развитие количественных признаков очень сильно зависит от влияния условий среды. Масса тела у крупного рогатого скота, как и У Других животных, — типичный количественный признак. Установлено, что генотип оказывает важное влияние на формирование признака. Именно благодаря различиям в генотипе породы крупного рогатого скота резко отличаются по среднему значению, например, массы одного животного. Однако условия среды, например количество и качество корма, играют не менее важную роль в формировании этого признака (рис. 41).
Известно, что количество и качество молока в сильной степени зависят от правильности кормления коровы. Но значит ли это, что удой зависит только от кормления? Нет, такой вывод неверен. Известно, что некоторые породы скота дают в обычных условиях в год 800—1200кг молока. Улучшение кормления и содержания этих животных может резко повысить их продуктивность до 2500 кг молока. Ухудшение условий может привести к тому, что ценная порода скота, дающая 4500— 5000 кг в год, снизит продуктивность до 2500 кг и даже ниже. Однако поднять продуктивность скота до 4000—5000 кг, улучшая только условия содержания, невозможно.
4. Норма реакции.Итак, признаки развиваются в результате взаимодействия генотипа и среды. Один и тот же генотип может в разных условиях среды давать разное значение признака. Пределы, в которых возможно изменение признаков у данного генотипа, называют нормой реакции. Иначе говоря, организм наследует не признак как таковой, а способность формировать определенный фенотип в конкретных условиях среды, т. е. норму реакции (рис. 42).
На примере с молочным скотом можно отметить, что норма реакции молочности местных пород скота колеблется от 1000 до 2500 кг, а у ценных пород она значительно выше — от 4000 до 6000кг молока в год и даже более. В таких случаях говорят, что признак молочности у коров обладает широкой нормой реакции. Таким образом, фенотип каждой особи есть результат взаимодействия ее генотипа с условиями окружающей среды.
Лекция. Закономерности изменчивости. Модификационная и наследственная изменчивость
План.
1. Модификационная изменчивость.
2. Типы наследственной изменчивости.
3. Применение наследственной изменчивости в с/ х.
1. Модификационная изменчивость.Разнообразие фенотипов, возникающих у организмов одинакового генотипа под влиянием условий среды, называют модификационной изменчивостью. Спектр модификационной изменчивости определяется нормой реакции. Примером модификационной изменчивости может служить изменчивость генетически сходных (идентичных) особей. Многие виды растений, например картофель, обычно размножаются вегетативно, в этом случае все потомки обладают одинаковым генотипом. Значит ли это, что все растения, выросшие на поле и происходящие от одного клубня, будут одинаковы? Нет, многие растения существенно отличаются по высоте, кустистости, количеству и форме клубней и другим показателям.
Эти фенотипические различия между генетически идентичными растениями обусловлены тем, что их развитие происходило в различных условиях среды. Даже в пределах одной грядки есть различия в уровне освещенности, увлажнения почвы, в количестве сорняков. Эти различия сказываются на развитии растений. Условия внешней среды изменяют особенности проявления генов, но не сами гены. Многие гены отвечают за синтез ферментов. Количество и набор микроэлементов в почве могут сильно менять (модифицировать) активность ферментов и, следовательно, сказываться на росте и развитии растений. Однако эти модификации не наследуются, потому что гены, отвечающие за развитие растений, не меняются в ответ на изменения температуры, влажности, характера питания. Вывод, что признаки, приобретенные в течение жизни организмов, не наследуются, сделал крупный немецкий биолог А. Вейсман.
Иногда модификационная изменчивость называется ненаследственной. Это верно в том смысле, что модификации не наследуются. Следует помнить, однако, что сама способность живых организмов к адаптивным модификациям — приспособительным изменениям — генетически обусловлена, выработана в результате естественного отбора.
2. Типы наследственной изменчивости.Наследственная изменчивость — основа разнообразия живых организмов и главное условие их способности к эволюционному развитию. Механизмы наследственной изменчивости разнообразны. Основной вклад в наследственную изменчивость вносит генотипическая изменчивость; существует также и цитоплазматическая изменчивость. Генотипическая изменчивость в свою очередь слагается из мутационной и комбинативной изменчивости. Комбинативная изменчивость — важнейший источник того бесконечно большого наследственного разнообразия, которое наблюдается у живых организмов.
В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие генотипов. Генотип потомков, как известно, представляет собой сочетание генов, которые были свойственны родителям. Число генов у каждого организма исчисляется тысячами. При половом размножении комбинации генов приводят к формированию нового уникального генотипа и фенотипа. У любого ребенка можно обнаружить признаки, типичные для его матери и отца. Тем не менее даже среди близких родственников не найти двух абсолютно одинаковых людей. Исключение составляют однояйцевые близнецы. В чем причины этого огромного разнообразия? Они лежат в явлении комбинативной изменчивости. Рассмотрим основные ее истоки.
Независимое расхождение гомологичных хромосом в первом мейотическом делении — первая и важнейшая основа комбинативной изменчивости. Именно независимое расхождение хромосом, как вы помните (см. § 25), является основой третьего закона Менделя. Появление зеленых гладких и желтых морщинистых семян во втором поколении от скрещивания растений с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами — пример комбинативной изменчивости екомбинация генов, основанная на явлении перекреста хромосом, — второй, тоже очень важный источник комбинативной изменчивости. Рекомбинантные хромосомы, попав в зиготу, вызывают появление комбинаций признаков, нетипичных для родителей.
Третий важный источник комбинативной изменчивости — случайная встреча гамет при оплодотворении. В моногибридном скрещивании возможны три генотипа: АА, Аа и аа. Каким именно генотипом будет обладать данная зигота, зависит от случайной комбинации гамет.
3. Все три основных источника комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, создавая огромное разнообразие генотипов. Однако новые комбинации генов не только легко возникают, но также и легко разрушаются при передаче из поколения в поколение. Именно поэтому часто в потомстве выдающихся по качествам жцвых организмов появляются особи, уступающие родителям.
Для закрепления желательных признаков селекционеры используют близкородственные скрещивания. Благодаря таким скрещиваниям возрастает вероятность встречи одинаковых гамет, и могут возникнуть потомки с комбинацией генов, близкой к родительской комбинации. Таким путем созданы некоторые породы животных и сорта растений.
Лекция. Мутационная изменчивость.
План.
1. Геномные мутации.
2. Хромосомные мутации.
3. Генные мутации.
4. Экспериментальное получение мутаций.
Мутации — это случайно возникшие стойкие изменения генотипа, затрагивающие целые хромосомы, их части или отдельные гены. Они могут быть и полезны, и вредны, и нейтральны для организмов.
Основные положения мутационной теории,основы которой были заложены нидерландским ботаником и генетиком Де Фризом (1848—1935):
— мутации — это дискретные изменения наследственного материала;
— мутации — редкие события;
— мутации могут устойчиво передаваться из поколения в поколение;
— мутации возникают ненаправленно (спонтанно) и, в отличие от модификаций, не образуют непрерывных рядов изменчивости;
— мутации могут быть вредными, полезными и нейтральными.
1. Геномные мутации.Геномными называют мутации, приводящие к изменению числа хромосом. Наиболее распространенным типом геномных мутаций является полиплоидия — кратное изменение числа хромосом. У полиплоидных организмов гаплоидный (п) набор хромосом в клетках повторяется не 2 раза, как у диплоидов, а 4—6 раз, иногда значительно больше — до 10—12 раз.
Возникновение полиплоидов связано с нарушением митоза или мейоза. В частности, нерасхождение гомологичных хромосом в мейозе приводит к формированию гамет с увеличенным числом хромосом. У диплоидных организмов в результате такого процесса могут образоваться диплоидные (2ге) гаметы. Полиплоидные виды растений довольно часто обнаруживаются в природе; у животных полиплоидия редка. Некоторые полиплоидные растения характеризуются более мощным ростом, крупными размерами и другими свойствами, что делает их ценными для генетико-селекционных работ.
2. Хромосомные мутации.Хромосомные мутации — это перестройки хромосомы. Многие из хромосомных мутаций доступны изучению под микроскопом. Пути изменения структуры хромосом разнообразны. Участок хромосомы может удвоиться или, наоборот, выпасть, он может переместиться на другое место и т. д. Рассмотрим основные типы хромосомных мутаций:
Хромосомные мутации приводят к изменению функционирования генов. Они играют серьезную роль в эволюционных преобразованиях видов.
3. Генные мутации.Генные, или точковые, мутации — наиболее часто встречающийся класс мутационных изменений. Генные мутации связаны с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Они приводят к тому, что мутантный ген либо перестает работать и тогда не образуются соответствующие РНК и белок, либо синтезируется белок с измененными свойствами, что проявляется в изменении каких-либо признаков организма. Вследствие генной мутации образуются новые аллели. Это имеет важное эволюционное значение.
Мутации — редкие события. На 10 000 — 1 000 000генов определенного типа в среднем возникает одна новая мутация. Хотя мутационные события происходят редко, но благодаря постоянству естественного мутационного процесса и способности видов накапливать мутации генотипы всех без исключения особей содержат значительное количество генных мутаций.
Генные мутации следует рассматривать как результат «ошибок», возникающих в процессе удвоения молекул ДНК.
Изучение мутационного процесса показало, что изменяться — мутировать — могут все гены, контролирующие развитие любого признака организма. Многие генные мутации вредны для организма, часть нейтральны, а некоторые из них в определенных условиях жизни могут становиться полезными.
4. Экспериментальное получение мутаций.Отечественные генетики первыми обнаружили, что ультрафиолетовые лучи и некоторые вещества — мощные факторы, способные' вызвать мутации у самых различных организмов. Резкое повышение числа вновь возникающих мутаций вызывает действие лучей Рентгена. Американский генетик Г. Мёллер, работавший несколько лет в нашей стране, разработал методы учета возникающих мутаций и впервые экспериментально доказал эффективность лучей Рентгена для повышения частоты мутационного процесса в сотни раз.
Большую генетическую опасность для всех живых организмов несет радиоактивное излучение, что стало причиной заключения договора о прекращении испытаний ядерного оружия в воздухе, на земле и в воде.
В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию методов направленного воздействия химических и физических факторов на определенные гены. Эти исследования очень важны, так как искусственное получение мутаций нужных генов имеет большое практическое значение для селекции растений, животных и микроорганизмов.
Мутагенные факторы среды подразделяются на три группы: физические, химические и биологические. Ионизирующее излучение — самый эффективный физический мутаген. Значительно меньшим мутагенным воздействием характеризуется ультрафиолетовое излучение. Слабым эффектом обладает повышенная температура. Химические мутагены вызывают главным образом точковые, или генные, мутации. К биологическим мутагенам относится воздействие некоторых вирусов.
Общие свойства мутагенов:
— универсальность, т. е. способность вызывать мутации во всех живых организмах;
—- отсутствие нижнего порога мутационного действия, т. е. способность вызывать мутации при действии в любых малых дозах;
— ненаправленность возникающих мутаций,
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
zdamsam.ru
Модификационная изменчивость | Биология
Какое значение для организмов имеет изменчивость?
Сущность модификационной изменчивости. Различают наследственную и фенотипическую изменчивость. Наследственная изменчивость связана с изменением генотипа. Фенотипическая изменчивость выражается в изменении фенотипа. Ее принято называть модификационной изменчивостью (от лат. modificatio – видоизменение, характеризующееся появлением новых свойств). Модификационные изменения не передаются по наследству, а возникают как реакция организма на изменение условий среды. Иногда модификационную изменчивость называют ненаследственной, что нельзя считать правильным, так как в данном случае наследуется не само изменение признака, а способность к изменению.
Фенотип организма формируется в результате взаимодействия генотипа и среды. Генотип организма определяется в момент оплодотворения, но степень его последующей реализации во многом зависит от внешних факторов, воздействующих на организм во время его развития. Один и тот же генотип в разных условиях среды может давать различное проявление признака.
Влияние условий окружающей среды на индивидуальное развитие организмов было доказано французским ботаником Г. Боннье. Корни нескольких экземпляров растений одуванчика ученый разрезал на две равные части. Затем одну из этих частей высаживали в долине, другую –- в высокогорных условиях Альп. Результаты опытов показали, что данные растения имели значительные различия по многим признакам. Одуванчик, выросший в горных условиях, был приземистый, листья прикорневые, корни глубокие. Одуванчик, выросший в долине, имел высокие цветоносы, более крупные листья, поверхностную корневую систему (рис. 65).
Рис. 65. Модификационная изменчивость у одуванчикаТакое изменение формы стебля – результат приспособления к суровым условиям высокогорья. Опыт продолжили: семена обоих растений высеяли в однотипных условиях среды. Из семян выросли растения с одинаковым фенотипом независимо от того, каким был фенотип родительских форм. Ученый сделал вывод о том, что изменение фенотипа под влиянием условий окружающей среды не вызывает изменения генотипа. В этом и заключается одна из особенностей модификационной изменчивости. Однако степень изменчивости под действием внешних факторов неодинакова для разных признаков.
Качественные и количественные признаки. Некоторые признаки организмов представлены в пределах вида ограниченным числом вариантов. В этих случаях различия между особями четко выражены, а промежуточные формы отсутствуют. К таким признакам, например, относятся группа крови у человека, пол у животных и растений, окраска и форма у семян гороха. Признаки, для которых характерна подобная дискретность (прерывистость), и условия среды практически не влияют на их формирование, называют качественными. Как правило, наследование этих признаков подчиняется закономерностям, установленным Г. Менделем.
По ряду других признаков в пределах вида наблюдается множество вариантов перехода от минимального до максимального значения. Примерами таких признаков может служить молочность коров, яйценоскость кур и др. Эти признаки называют количественными. Их устанавливают измерением.
Примером модификации у птиц может быть изменение яйценоскости под влиянием длины светового дня. Молодые птицы позднего выводка – плохие несушки, но их яйценоскость удается значительно повысить, искусственно удлиняя световой день до 13 – 14 ч. К числу самых обычных модификаций у млекопитающих принадлежат изменения фенотипа, связанные с питанием. Особенно сильно различия в питании отражаются на развитии молодых особей (рис. 66).
Рис. 66. Влияние питания на развитие одновозрастных быковЗакономерности модификационной изменчивости. И для качественных, и для количественных признаков пределы изменчивости определяются генотипом и называются нормой реакции.
Норма реакции – это пределы, в которых возможно изменение фенотипических признаков у данного генотипа. Организм наследует не признак как таковой, а норму реакции. Норма реакции может быть широкой (признак под влиянием среды изменяется в значительной степени) и узкой (признак мало подвержен влиянию условий среды). Как правило, широкую норму реакции имеют количественные признаки, а узкую – качественные признаки.
Единичное выражение развития признака (степень его проявления) в пределах нормы реакции называют вариантой. Варианты, расположенные в определенной последовательности, например от минимального до максимального значения, образуют вариационный ряд.
Примером вариационного ряда может служить ряд изменчивости, отражающий количество колосков в сложном колосе пшеницы:Графическое выражение изменчивости признака, отражающее все варианты и частоту их встречаемости, называют вариационной кривой. В данном случае вариационная кривая будет выглядеть следующим образом (рис. 67).
Рис. 67. Вариационная кривая модификационной изменчивости признака (количество колосков в сложном колосе пшеницы)Вариационная кривая демонстрирует статистическую закономерность модификационной изменчивости: в пределах нормы реакции чаще всего встречается среднее развитие признака.
Для того чтобы большинство особей имели максимальное или минимальное выражение значения признака, необходимо, чтобы различные факторы среды (влажность, температура, свет, минеральные соли и др.) действовали в одном направлении. Для образовании колоса с большим количеством колосков нужно, чтобы сочетание всех факторов среды оказалось самым благоприятным; для формирования колоса с минимальным числом колосков– наоборот. В природных условиях большинство организмов испытывают разнонаправленное действие факторов среды – и благоприятное, и неблагоприятное. При этом фенотип большинства особей оказывается чаще всего в пределах средних вариант вариационного ряда.
Важнейшая черта модификационной изменчивости – ее предсказуемость. Например, урожайность растений можно существенно повысить на основе внесения в почву удобрений, своевременных полива и прополки. Также известно, что количество и качество кормов определяют скорость увеличения массы тела у сельскохозяйственных животных. Эти примеры показывают, что интенсивность модификационных изменений в значительной степени зависит от силы и продолжительности воздействия на организм факторов среды.
Однако следует помнить, что пределы модификационной изменчивости ограничиваются нормой реакции. Например, норма реакции по молочности у малопродуктивных по данному признаку пород колеблется от 1000 до 2500 л в год. У элитных молочных пород показатели нормы реакции по атому признаку гораздо выше – до 12 000 л в год.
Модификации признаков не наследуются, поскольку модификационная изменчивость не связана с изменением генов. Модификационная изменчивость проявляется массово, это означает, что особи одного вида реагируют на изменения условий среды одинаково.
Вопросы и задания
- В какой зависимости находятся между собой фенотип и генотип?
- Каким образом было доказано влияние условий окружающей среды на развитие фенотипа?
- Какими опытами было доказано, что изменение фенотипа под влиянием внешних условий не вызывает изменения генотипа?
- Какие признаки организмов называют количественными, какие – качественными?
- Что понимают под нормой реакции?
- В чем проявляются закономерности модификационной изменчивости?
blgy.ru
