Какими свойствами характеризуется модификационная изменчивость имеет массовый характер

Введение

Свойство живых организмов приобретать отличия от особей своего вида и других видов называется изменчивостью.

Изменчивость бывает двух типов:

— Наследственная (генотипическая) изменчивость связана с изменением самих генов или возникновением новых комбинаций генетического материала.

— Модификационная (фенотипическая) изменчивость не связана с изменением в генотипе, не передается поколениям.

Модификационная (фенотипическая) изменчивость

Многие виды растений размножаются вегетативно, и потомки, полученные от одного растения, имеют одинаковый генотип. Это не значит, что все растения, например картофель, выросшие на одном поле и произошедшие от одного клубня, будут одинаковыми. Они будут отличаться по высоте, количеству и форме клубней и т. д. (рис. 1).

Рис. 1. Картофель

Различия зависят от факторов внешней среды: влажности, качества почвы, освещенности. Изменения признаков организма, не затрагивающие гены и не передающиеся последующим поколениям, называются модификационными. Чаще модификациям подвержены количественные признаки: рост, вес, плодовитость и т. д.

Пример

Одним из классических примеров модификационной изменчивости является изменение формы листьев растения стрелолиста, укореняющегося под водой (рис. 2).

Рис. 2. Стрелолист

У одной особи растения встречаются три вида листьев в зависимости от того, где развивается лист: под водой, на поверхности или на воздухе. Различия определяются степенью освещенности, набор генов одинаков.

Для признаков и свойств организма характерна зависимость от условий окружающей среды. На группу крови и цвет радужки глаз окружающая среда не влияет, но рост, вес, физическая выносливость зависит от внешних условий. Интересны в этом плане близнецы, которые фенотипически схожи, но разница может быть в наличии родинки у одного из близнецов. Если поместить их в разные условия: одного отправить заниматься культуризмом, а другого – шахматами, то разница в фенотипе будет более очевидной.

Норма реакции

Норма реакции – пределы модификационной изменчивости какого-либо признака.

Норма реакции определяется генетически и наследуется. Изменчивость признака может быть существенной, но не выходит за пределы нормы реакции. Есть признаки, у которых широкая норма реакции (например, молочность коров), также есть признаки с узкой нормой реакции (например, окрас шерсти кроликов).

Наследуется не сам признак, а способность проявлять этот признак в зависимости от условий.

Характеристики модификационной изменчивости (рис. 3)

Рис. 3. Характеристики модификационной изменчивости

Модификационная изменчивость встречается у всех организмов независимо от видовой принадлежности, способов размножения и разнообразия окружающей среды.

Список литературы

1. Теремов А.В., Петросова Р.А. Биология. Биологические системы и процессы. 10 класс. – М.: 2011. – 223 с.
2. Сивоглазов В.И. и др. Биология. Общая биология. 10-11класс. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – М.: Дрофа, 2010. – 384 с.
3. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология. 10-11 класс. – М.: Дрофа, 2005. – 367 с.
4. Пономарева И.Н. и др. Биология. 10 класс. Базовый уровень. – 2-е изд., перераб. — М.: 2010. – 224 с.
5. Захаров В.Б. и др. Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс. – М.: 2010. – 352 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет портал «bio-faq.ru» (Источник)
2. Интернет портал «hedufuture.biz» (Источник)
3. Интернет портал «examen.ru» (Источник)
4. Интернет портал «biologiya1311.narod.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Что такое изменчивость?
2. Чем отличается модификационная изменчивость от наследственной изменчивости?
3. Чем определены пределы модификационной изменчивости?
4. Перечислите характеристики модификационной изменчивости.

Степень выраженности признаков в существенной мере зависит от среды, в которой живет организм:

1. Высокий рост обуславливается генотипом, то есть носит наследственный характер. В зависимости от условий питания, социально-бытовой среды и витаминизации люди, получившие по наследству гены высокого роста, могут быть высокими (при оптимальных благоприятных условиях), средним (при средних условиях) и низкими (при плохих условиях).

2. Человек под действием ультрафиолетовых лучей преобладает защитное свойство – загар (усиление пигментации кожи). Степень загара у разных людей различна. Это зависит и от наследственности, и от интенсивности и длительности действия фактора. С прекращением действия ультрафиолетовых лучей загар постепенно исчезает. И еще, веснушек больше у тех, кто много бывает на улице в солнечную погоду.

3. В зависимости от ухода урожайность культурных растений бывает разная. При соблюдении всей технологии выращивания растений урожайность их всегда выше по сравнению с урожайностью растений, возделываемых в плохих условиях. Степень проявления декоративных качеств у декоративно-лекарственных и декоративно-цветковых культур напрямую зависит от агротехники выращивания.

— какие выводы можно сделать на основании приведенных примеров?

ВЫВОДЫ:

· Большую роль в формировании признаков организмов играет среда обитания.

· Каждый организм развивается и обитает в определенной среде испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, то есть их фенотип.

· Изменчивость носит ненаследственный характер, так как изменения, возникшие у родителей, потомкам не передаются.

· На действие определенного фактора внешней среды вид реагирует специфическим образом, и реакция оказывается сходной у всех особей одного вида.

— Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивает генотипа, называется модификационной.

Модификационная изменчивость – изменчивость фенотипа; реакция конкретного генотипа на разные условия среды обитания.

Модификация – ненаследственное изменения фенотипа, возникающее под влиянием факторов внешней среды.

Модификационная изменчивость носит групповой характер, то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретает сходные признаки.

Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует тем факторам, которые ее вызывают. Так повышенные физические нагрузки влияют на степень развития мышц, но не изменяют цвет кожи, а ультрафиолетовые лучи изменяют цвет кожи человека, но не изменяют пропорции тела.

Несмотря на то, что под влиянием условий среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. У модификационной изменчивости есть довольно жесткие границы или пределы проявления признака, обусловленные генотипом. Пределы модификационной изменчивости признака организма называют его нормой реакции.

Норма реакции – степень варьирования признака или пределы модификационной изменчивости, обусловленные генотипов.

Значит наследуется не признак как таковой, а его способность изменяться в пределах нормы реакции под действием факторов среды. Гены определяют возможность развития признака, а его проявление и степень выраженности во многом определения условия среды. Так, зеленая окраска растений зависит и от контролирующих синтез хлорофилла генов, и от наличия света. При отсутствии света хлорофилл не синтезируется. Степень выраженности окраски растений зависит от интенсивности света.

— Каким образом можно проверить наследуемость фенотипических изменений у растений? У животных? (Получить потомство, создать иные условия для их роста и развития, сравнить фенотипы родителей и потомков).

Роль модификационной изменчивости в природе велика, так как она обеспечивает организмам возможность в течение жизни адаптироваться к измененным условиям среды.

Можно привести в доказательство этого некоторые примеры:

· Усиленная пигментация кожи имеет защитное значение;

· Число эритроцитов закономерно растет при повышении местожительства человека над уровнем моря; потребность в кислороде при его низких концентрациях заставляет человека и животных адаптировано реагировать изменением числа эритроцитов на разных высотах;

· В холодное время года у млекопитающих развивается более густой и длинный мех, в подкожной жировой клетчатке активно накапливается жир, который обеспечивает теплоизоляцию;

· При обитании в холодных зараженных районах зайцы-беляки щеголяют весь год в белой шубке. А там где снег – редкость, беляк не белеет вовсе.

ВЫВОДЫ:

· Норма реакции организма определяется генотипом

· Наследуется не сам признак, а способность его меняться в пределах нормы реакции

· Модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительных характер.

При наследственной (генотипической) изменчивости возникают новые генотипы, что приводит, как правило, к изменению фенотипа (мутации рекомбинации – мутационная, комбинативная изменчивость).

Комбинативная изменчивость состоит в том, что при слиянии двух отличающихся друг от друга гамет образуются новые комбинации генов, которых не было у исходных родителей, что приводит к появлению новых признаков.

Мутации – это изменения генотипа, происходящие под влиянием факторов внешней и внутренней среды. Впервые термин «мутация» был предложен в 1901 голландским ученым Гуго де Фризом, описавшим самопроизвольные мутации у растений.

Мутационная изменчивость – это вновь возникшие изменения в наследственных структурах клетки под воздействием факторов внешней или внутренней среды.

ТИПЫ МУТАЦИЙ

1. Генные (точечные) мутации (изменения в генах):

1) изменение расположения нуклеотидов в ДНК

2) выпадение или внедрение одного или нескольких нуклеотидов

3) замена одного нуклеотида другим.

2. Хромосомные мутации (перестройка хромосом):

1) удвоение участка хромосомы (дупликация)

2) потеря участка хромосомы (делеция)

3) перемещение участка одной хромосомы на другую, не гомологичную ей хромосому

4) поворот участка ДНК (инверсия)

3. Геномные мутации (ведут к изменению числа хромосом):

1) утеря или появление новых хромосом в результате нарушения процесса мейоза

2) полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом.

КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ

ПО ФЕНОТИПИЧЕСКОМУ ПРОЯВЛЕНИЮ

ПО ВЛИЯНИЮ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ

Причиной мутаций являются мутагены.

Мутагены– факторы, вызывающие стойкие наследственные изменения в организме.

МУТАГЕНЫ

Основные характеристика мутационной изменчивости:

1. Мутационные изменения возникают внезапно, и в результате у организма появляются новые свойства.

2. Мутации наследуются и передаются из поколения в поколение.

3. Мутации не имеют направленного характера, то есть нельзя достоверно сказать, какой именно ген мутирует под воздействием мутагенного фактора.

4. Мутации могут быть полезными или вредными для организма, доминантными или рецессивными.

Наследственная изменчивость обусловлена изменением генотипа.

Источники комбинативной изменчивости:

1. Процесс кроссинговера, протекающий в профазе 1 мейоза, при котором происходит обмен участками между гомологичными хромосомами. Возникшие рекомбинантные хромосомы, оказавшиеся в зиготе, способствуют появлению признаков, не характерных для родителей.

2. Явление независимого расхождения гомологичных хромосом в анафазе 1 мейоза.

3. Случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Все перечисленные явления не способствуют изменению самих генов, они лишь меняют характер их взаимодействия, что и приводит к появлению огромного количества различных генотипов. Возникшие комбинации генов при передаче по наследству достаточно быстро распадаются, не образуя новые.

Например, в потомстве выделяющихся по тем или иным качествам живых организмов появляются особи, уступающие по этим признакам родителям, поэтому селекционеры для закрепления необходимых признаков проводят близкородственное скрещивание, при котором возрастает вероятность встречи одинаковых гамет.

Мутационная изменчивость основывается на возникновении мутаций.

Мутации – это внезапное изменение структуры генов, хромосом или числа хромосом. Термин «мутация» впервые ввел голландский генетик Фриз. В 1901 – 1903 на основе своих опытов и наблюдений Де Фриз разработал мутационную теорию.

Основные положения мутационной теории:

1. Мутации возникают внезапно и скачкообразно.

2. Мутации не образуют непрерывных рядов, они являются качественными изменениями.

3. Мутации могут быть полезными и вредными

4. Мутации наследственны и передаются из поколения в поколение.

5. Сходные мутации могут возникать повторно.

6. Мутации ненаправленны, так как мутировать может любой кокус, вызывая изменения как незначительные, так и жизненно важных признаков.

7. Мутации по характеру проявления могут быть доминантными и рецессивными.

Мутационная изменчивость характерна всем организмам, в том числе и вирусам.

Селекция – наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Порода, сорт, штамм – это искусственно полученные популяции животных, растений, грибов, бактерий с нужными для человека признака.

Свойства живых организмов определяется генотипом, который подвергается наследственной изменчивости, поэтому развитие селекции базируется на законах генетики как науки о наследственной изменчивости.

Задача селекции состоит и улучшении уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Научные основы создания человеком новых сортов растений и пород животных были раскрыты Дарвином в его учении об изменчивости, наследственности и отборе.

ЗАДАЧИ СЕЛЕКЦИИ

Улучшение продуктивности, создание новых сортов и пород

Повышение урожайности сортов и продуктивности пород

Повышение устойчивости к заболеваниям

Экологическая пластичность сортов и пород

Создание сортов и пород, пригодных для механизированного или промышленного выращивания и разведения

Первым разработали научные основы селекционной работы русский ученый Н.И. Вавилов считал, что так как генофонд исходного дикого фонда, то успех селекционной работы зависит от генетического разнообразия исходной группы растений или животных.

В результате многочисленных экспедиций Н.И. Вавилов с сотрудниками собрали огромный коллекционный материал, используемый для селекционной работы. На основе изучения коллекций Н.И. Вавиловым были установлены важные закономерности: разные культуры растений имеют свои центры разнообразия, где сосредоточено наибольшее число разновидностей, разнообразных наследственных уклонений; не во всех географических зонах культурные растения обладают одинаковым разнообразием. Центры разнообразия являются и районами происхождения сортов данной культуры.

ЗАДАНИЕ. Используя текст учебника параграф 3.13, заполните таблицу «Центры происхождения культурных растений»

ЦЕНТРЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ

Анализ огромного количества культурных растений и их дикорастущих предков позволил Н.И. Вавилову сформулировать закон гомологичных рядов наследственной изменчивости:

Генетические близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других родственных видов и родов.

Этот закон позволяет предсказать существование дикорастущих растений с признаками, ценными для селекционной работы.

Все современные сорта растений и породы животных, без которых немыслима современная цивилизация, создана человеком благодаря селекции.

— сорт — совокупность культурных растений одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся определенными наследственными особенностями: продуктивностью, морфологическими и физиологическими признаками.

— Порода – совокупность домашних животных одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующиеся определенными наследственными особенностями: продолжительностью, экстерьером.

— Штамм – совокупность микроорганизмов.

Из определения селекции видно, что целью практической деятельности селекционеров является создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, обладающих нужными для человека качествами.

Задачи селекции:

1. Повышение урожайности сортов и продуктивности пород.

2. Улучшение качества продукции.

3. Повышение устойчивости к заболеваниям, вредителям.

4. Экологическая пластичность сортов и пород.

5. Пригодность для механизированного и промышленного выращивания и разведения.

Пионером разработки научных основ селекционной работы в нашей стране стал Н.И. Вавилов. Он считал, что основой селекции есть правильный выбор для работы исходного материала, их генетическое разнообразие и влияние окружающей среды на проявление наследственных признаков при гибридизации особей.

В поисках исходного материала для получения новых гибридов растений Н.И. Вавилов организовал в 20-30 годы десятки экспедиций по всему земному шару.

— рассмотрим центры происхождения культурных растений:

Прочитать тест пар. 3.13 и заполните таблицу.

Исследование происхождения культурных растений привело Вавилова к выводу, что центры формообразования важнейших культурных растений в значительной мере связаны с очагами человеческой культуры и центрами разнообразия домашних животных.

Вавилов изучая наследственную изменчивость у культурных растений и их диких предков, обнаружил ряд закономерностей, которые позволили сформулировать закон гомологичных рядов наследственной изменчивости: генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других родственных видов и родов».

Основные направления научной работы Вавилова:

1. Формирование задач современной селекции

2. Создание учения о центрах многообразия и происхождения культурных растений

3. Закон гомологичных рядов

4. Разработка проблемы иммунитета растений

5. Создание коллекции семян культурных растений и их дикорастущих предков

6. Создание сети институтов и селекционных опытных станций в стране.