Лабораторные и практические работы по биологии

Практическая работа № 1 Тема: "Решение элементарных задач по молекулярной  биологии" Цель: закрепить теоретические знания решения задач по  молекулярной биологии. Оборудование: таблица генетического кода, инструкции,  методические рекомендации, учебник. Ход работы: Задача № 1       Фрагмент молекулы ДНК содержит 560 тимидилового нуклеидов, что  составляет 28% общего количества. Определите:     а) сколько в данном фрагменте адениловых, гуаниловых и цитидиловых  нуклеотидов;     б) размер данного фрагмента Задача № 2       В молекуле ДНК с относительной массой 69000 на долю адениловых  нуклеотидов приходится 8625. Определите количество нуклеотидов каждого вида,  если молекулярная масса одного нуклеотида 345. Задача № 3       Определить последовательность нуклеотидов в цепи ДНК, если  комплементарная цепь имеет такое строение:                         ТАГ­АГЦ­ЦТА­АГА­ГТЦ. Задача № 4       Молекула ДНК распалась на две цепи. Определена последовательность  нуклеотидов в одной из цепей:                 АТГ­ТАА­ЦГА­ЦЦГ­АТА­ГТА. Задача № 5       Определите последовательность нуклеотидов ДНК, которая будет  комплементарной такой:             А Т Г ­А Ц Т­ Г Г Т­ А Ц Г ­Т Т А ­Г. Задача № 6       Длина фрагмента ДНК 680 нм. Определите количество азотистых оснований в  данном фрагменте. Задача № 7       ДНК сперматозоида человека содержит 109 пар азотистых оснований.  Определите длину ДНК. Задача № 8       Фрагмент одной из цепей ДНК имеет такой нуклеотидный состав:                          АТГ­ГАЦ­АЦГ­ТГА. Определите: а) последовательность нуклеотидов во второй цепи ДHК; б) длину этого участка ДHК               Методические рекомендации к практической работе № 1 Тема: Решение типовых задач по молекулярной биологии. Проработайте теоретический материал: «Как решать задачи по общей биологии» Алгоритм решения любой задачи: I. Внимательно прочитайте условие задачи, вдумываясь в каждое слово. II. Изучите условие задачи на столько, что бы она была вам понятна. III. Сделайте короткую запись условия задачи. Не забывайте ставить символы. IV. Подумайте, какие из известных вам величин вы можете использовать во время решения задачи. Запишите их. V. Запишите, что вам необходимо найти в задании. VI. Процесс решения задачи: а) поиск способа решения задачи; б) действий в задании может быть несколько. Записывайте их в таком виде: 1) ..., 2) ..., 3) ... и так далее. VII. Проверьте правильность решения. VIII. Запишите ответ (результат, который вы получили).                                  "Как решать задачи по молекулярной биологии"         Известно, что ДНК ­ дезоксирибонуклеиновая кислота ­ это биологическая макро молекула, носитель наследственной информации, с РНК ­ рибонуклеиновою кислотой   –  связанны     процессы   переноса   генетической   информации   в   клетках, транспорта аминокислот к месту синтеза белка и осуществления самого процесса биосинтеза   белков.   ДНК   и   РНК   являются   полимерами,   мономерами   которых выступают, так называемые нуклеотиды.               Нуклеотиды состоят из трех компонентов: азотистого основания, сахара (рибоза или дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания в нуклеиновых   кислотах   представлены   аденином,   гуанином,   цитозином,   тимином, урацилом. В ДНК используются четыре основания, а в РНК не встречается тимин, вместо которого в полинуклеотидную цепь включается урацил.      Молекула   ДНК   представляет   собой   двойную   спираль.   Спираль   из   двух полинуклеотидных   цепей   по   одной   и   той   же   оси.   Сахарофосфатный   остов располагается снаружи двойной спирали, а азотистые основания находятся внутри и   соединяются   друг   с   другом   водородными   связями   согласно   принципам комплементарности:   напротив   аденилового   нуклеотида   всегда   располагается тимидиловый нуклеотид и они связаны двумя водородными связями, а наоборот гуанилового   нуклеотида   выстраивается   цитидиловый,   связывается   с   ним   тремя водородными связями.      Следствием комплементарности двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК есть правила Чаргаффа: ­ количество адениловых нуклеотидов в ДНК всегда равно количеству  тимидиловых нуклеотидов, а количество гуаниловых равно количеству  цитидиловых;                                       ­ сумма адениловых и гуаниловых нуклеотидов равна сумме тимидиловых и  цитидиловых нуклеотидов.      При решении задач необходимо учитывать, что:                                                         ­ на один нуклеотид в молекуле ДНК или РНК приходится примерно 0,34 нм;           ­ средняя масса нуклеотида соответствует примерно 345 дальтон;                               ­ Нуклеотиды условно обозначаются: А ­ адениловый,                               Ц ­ цитидиловый, Г ­ гуаниловый,                                Т ­ тимидиловый; У ­ урациловый, ­ "нонсенс", + "стоп­кодон" , "терминатор" ­ условные названия триплетов,  обозначающие конец синтеза. Примеры решения типовых задач и правила их оформления: Задача № 1 Участок первой цепи молекулы ДНК имеет следующую структуру: ...­А­А­Ц­Г­Ц­Г­Ц­А­Т­А­ ... Определить структуру соответствующего участка левой цепи молекулы ДНК.  Какова длина этого участка молекулы ДНК? Решение: 1. Записываем структуру участка правой цепи молекул ДНК, а ниже, в  соответствии с принципом комплементарности, ­ структуру участка левой цепи  молекулы ДНК: ДНК правая:    ... ­ А­А­Ц­Г­Ц­Г­Ц­А­Т­А...                                  |    |   |   |   |    |   |   |   |   | ДНК левая:       ...  Т­ Т ­Г­Ц­Г­Ц­Г­Т­А­Т­... 2. Участок цепи ДНК содержит 10 нуклеотидов, а средняя длина одного  нуклеотида равна 0, 34 нм, следовательно, длина участка цепи ДНК будет равна  0,34 * 10 = 3,4 нм. Задача № 2 Определите последовательность нуклеотидов в участке молекулы и­ РНК, синтезированного с участка ДНК такого строения: ...­Г­Ц­Т­А­А­Ц­Ц­Г­А­А­Г­Г­А­...                                                      Решение:                                                                                                                               Записываем структуру участка цепи ДНК, а ниже, в соответствии с принципом  комплементарности, ­ структуру участка и­РНК, помня о том, что в РНК вместо  тимидинового нуклеотида присутствует урациловый, который комплементарный  адениловому нуклеотиду молекулы ДНК:                                                                        ДНК:    ...­Г­Ц­Т­А­А­Ц­Ц­Г­А­А­Г­Г­А­... і–РНК: ...­Ц­Г­А­У­У­Г­Г­Ц­У­У­Ц­Ц­У­... Задача № 3. Фрагмент правой цепи ДНК имеет следующий нуклеотидный состав: ЦЦГ­ЦАТ­АЦЦ­ГЦТ. Определите порядок чередования нуклеотидов в левой цепи. Какова длина этого фрагмента молекулы ДНК? Найдите процентное содержание каждого фрагменте. Решение. нуклеотида данном в         1. По   принципу   комплементарности   восстановим   последовательность ДНК: левой цепи       нуклеотидов ЦГГ ­ ЦАТ­АЦЦ­ ГЦТ                              в   ГЦЦ­ ГТА ­ ТГГ­  ЦГА.                                                                                                                                     2.Зная, что на один нуклеотид приходится 0, 34 нм, а всего нуклеотидов 12, найдем длину ДНК:                        0,34*12=4,08 (нм) 3.Установим   процентное   содержание   каждого   нуклеотида   в   данном   фрагменте ДНК: Всего нуклеотидов ­ 24, из них А = 5, Г = 7, Ц = 7,отсюда:                                           Х=(5*100)/24=20,8 (%)                                 х=(7*100)/24=29,2 (%)   24­100%           5­х%     24­100%   7   ­х%                                                                                                 Ответ: содержание адениловых нуклеотидов равно 20,8%, тимидиловых ­ 20,8%,  гуаниловых ­ 29,2%, цитидиловых ­ 29,2%;                                                                      Порядок чередования нуклеотидов  в левой цепи:    ГЦЦ­ГТА­ТГГ­ЦГА Задача № 4. Фрагмент молекулы ДНК содержит 440 адениловых нуклеотидов, что составляет   22%   от   их   общего   количества.   Определите,   сколько   цитидиловых, гуаниловых   и   тимидиловых   нуклеотидов   содержится   в   данном   фрагменте,   его размеры и молекулярную массу Дано:                                                                    Решение:                                    А=440 нуклеотидов=22%                    1.Согласно  правилу комплементарности:         А = Т = 440 = 22% Т ­ ?                                            2. Из правила Чаргаффа:                                        Г ­ ?                                                       (А+Г)+(Т+Ц)=100%,                                    Ц ­ ?                                                   А+Т=22% + 22% =44%, тогда:                       Lфрагмента ­?                                        Г+Ц=100%­44%=56%, на Г и Ц                        Мфрагмента ­?                                      Отдельно приходится по 28% . 3. Выясним количество гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов в данном  фрагменте ДНК:                  22% ­ 440,                  28% ­ х                     Х= 28∗440 22 = 560 (нуклеотидов) Значит Г = Ц = 560                                                                                                      4. Выясним общее количество нуклеотидов в этом фрагменте ДНК:                                           440+440+560+560=2000 (нуклеотидов) 5. Зная примерную массу нуклеотида, вычислим значение этого фрагмента:                                    345*2000=690000 (даль тон) 6. Поскольку нуклеотиды в двухцепочной  ДНК размещены парами, то в длину  молекула содержит вдвое меньшее число нуклеотидов:                                                 2000/2 = 1000(нуклеотидів), а длина фрагмента 0,34*10 3= 340(нм)                             Ответ: Т = 440 = 22%, Г = Ц =560 =28%, Lфрагмента =340нм, Мфрагмента= 690000  дальтон. Лабораторная работа N°1 Тема: Строение тканей животных организмов и растительного организма. Цель   работы:  изучить   принцип   строения   животных   и растительных   тканей,   научится   сравнивать   разные   типы тканей. Материалы   и   оборудование:  микроскоп,   микропрепараты животных   тканей,   таблицы,   микропрепараты   «Эпидермис лука»,   «Корневой   чехлик»,   «лист   камелии»,   таблица   «Ткани   растительного организма» Ход работы: 1.Рассмотрите под микроскопом микропрепараты различных видов эпителиальных тканей. Обратите внимание на соотношение клеток и межклеточного вещества, на форму и расположение клеток. Заполните таблицу. 2. Рассмотрите   под   микроскопом   микропрепараты   различных   видов соединительной   ткани.   Обратите   внимание   на   соотношение   в   клетке межклеточного вещества. Чем оно представлено? Заполните таблицу. 3.Рассмотрите   под   микроскопом   микропрепараты   различных   видов   мышечной ткани. Обратите внимание на форму, длину клеток. Заполните таблицу. 4.Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Нервная ткань». Найдите тело нейрона,   аксоны,   дендриты.   Обратите   внимание   на   форму   клетки.   Заполните таблицу. Таблица: Строение и функции животных тканей Вид под микроскопом (рисунок с обозначениями) Особенности строения и значение Типы тканей Эпителиальная Соединительная Мышечная Нервная .    Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Эпидермис лука».     Обратите внимание на форму и расположение клеток. 6.  Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Листка камелии». Обратите  внимание на размещение клеток ассимиляционной (столбчатая паренхима) и  вентиляционной (губчатая паренхима) тканей. Найдите сосудисто­ волокнистый пучок. Чем он образован? Заполните таблицу. 7. Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Корневой чехлик». Обратите внимание на толщину клеток корневого чехлики. Сравните       клетки чехлики с клетками изобразительной ткани кончика корня.       Заполните таблицу. Таблица: Строение и функции растительных тканей Типы тканей Вид под микроскопом (рисунок с обозначениями)) Особенности строения и значение Покровная Основная Ведущая Механическая           Образующая Как связана строение клеток с выполняемыми ими функциями? Контрольные вопросы: Методические рекомендации к лабораторной работе №2 Тема: Строение тканей растительного организма. Ткани животного    Изучите теоретический материал и выполните задания организма.    Основные термины и понятия: образовательная ткань (меристема),  покровная ткань, основная ткань (паренхима), проводящая ткань,  механическая ткань, выделительная ткань, анатомия растений. Гистология,  эпителиальная ткань, соединительная ткань, мышечная ткань, нервная ткань,  нейрон. Эволюция растительных тканей       У мхов возникают зачатки покровной, основной и проводящей тканей. У  Плауновидных, Хвощевидных и Папоротникообразных есть такие ткани:           Покровная                               Проводящие                                      Основные      (эпидермис                                                                                       с устьицами)              ситовидные клетки    трахеиды            стебель                лист                                                   (флоэма)             (ксилема)                                      (мезофилл)                                                                                                          (кора)        У большинства споровых есть верхушечная меристема ­ одна клетка, которая  делится. У голосеменных есть камбий (настоящие деревья). Возникла пробковая  ткань, которая защищает стебель. Откладывается большое количество древесины.  Ситовидные трубки не имеют клеток­спутников. В покрытосеменных продолжают совершенствоваться все ткани, благодаря  чему вот уже около 100 мил. лет эти растения господствуют на Земле. Виды растительных тканей        Образующие ткани (меристемы)   Состоят из мелких клеток с тонкими стенками и мелкими ядрами; вакуолей мало  или совсем нет. Основная функция­роста. Клетки делятся, дифференцируются и  дают начало тканям всех других типов.       В зависимости от места расположения в органах растения меристемы (от греч.  «Meristes» ­ что делится) подразделяют на: Верхушечные (конусы нарастания: верхушка стебля и кончик корня) Боковые  (камбий Вставные (в основаниях Раневые (в любой и пробковый междоузлий стебля участке, где есть камбий)         злаков) повреждения)       Покровные ткани (защитные).  Состоят из толстеньких клеток, предохраняющие лежащие глубже тонкостенные  клетки от высыхания и механических повреждений.  Покровные ткани делятся на: Эпидерма (или кожица,) Покрывает все части растения. В ней: устьица, кутикула, восковой налет, волоски пробка Корка Эпидерма заменяется пробкой. Многослойная ткань, оболочки ее клеток утолщаются и Просачиваются суберином; в оболочках форуме пор, они становятся непроницаемыми для воды и газов. Есть Мертвая   покровная  ткань, входит в  состав коры  дерева чечевички.      Проводящие ткани. Осуществляют перемещение питательных веществ между  подземными частями растения и надземными. Ксилема (древесина) Флоэма (луб) Вода с растворенными в ней веществами  всасывается корнями из почвы и  поднимается вверх по восходящему тока во все органы растений. Сосуды (или  трахеи) ­ вытянутые в длину трубки. Это Путь, по которой осуществляется  передвижение органических веществ от  листьев по стеблю к подземным органам,  называют нисходящим током. Ситовидные трубки ­ живые безъядерные вытянутые  мертвые клетки с оболочками  одревесневших. клетки, поперечные перегородки которых  продырявленные (сито). Рядом клетки­ спутники.        Два типа проводящих тканей:        Механические ткани.        Обеспечивают прочность органов растений. Клетки имеют мощные  утолщенные одревесневшие оболочки, тесно смыкаются между собой.      Различают два вида механической ткани. Колленхима Склеренхима Образована живыми клетками с  неравномерно утолщенными  оболочками. Клетки эти легко  растягиваются и практически не  мешают удлинению частей  растения. Образована вытянутыми клетками с равномерно утолщенными  часто Одревесневшие оболочками, содержание которых  отмирает на ранних стадиях.                    Волокна                                        склереиды (лубяные, древесные)             округлые мертвые     клетки                                                                     с очень толстым    одеревесневшимм оболочками (ими пронизаны: семенная кожура, скорлупа орехов, косточки   косточковых, мякоть груш и др.)       Основная ткань (паренхима)       Состоит из живых, обычно тонкостенных клеток, которые составляют основу  органов (отсюда и название ткани). В ней размещены другие виды тканей.     В зависимости от выполняемой функции различают: Воздухоносная (паренхима) Клетки образуют  мелкие обширные  межклетники (у  водных и болотных  растений). водоносная Служит для  запасания воды (в  стеблях пустынных  растений и растений  солончаков). Ассимиляционная (клоренхима) Клетки содержат  хлоропласты и  выполняют функцию фотосинтеза.  Основная масса в  листьях и зеленых  стеблях.  запасающая В стеблях растений,  корнеплодах,  клубнях, луковицах, плодах и семенах.  Создается из живых  клеток, которые  содержат большое  количество  вещества нужных  растению       Выделительная (секреторная) ткань       Клетки или группы клеток образуют секрет ­ особые продукты метаболизма,  используемые растениями для регуляции физиологических функций или,  выделяются наружу. Сюда относятся смоляные и эфирно­масляные ходы, железы, железистые волоски, нектарники, а также образования, выделяют капельножидкую  воду (гуттация).            Запомните!  1.Тканевый уровень организации структуры тела. 2.Ткани   растительных   организмов,   их   строение,   функции,   процессы   развития изучает наука анатомия растений. 3. Растительные ткани состоят только из клеток.  4. Все растительные ткани образуются из образующей ткани. Ткани многоклеточных организмов животных.      Наиболее примитивными среди многоклеточных животных является  кишечнополостные. В результате дифференцировки клеток у них формируются  примитивные ткани (мышечная, нервная).       Организация плоских червей по сравнению с таким значительно затруднена. У  них уже хорошо выражены ткани, из которых формируются органы.       В ходе дальнейшей эволюции происходит усложнение функций всех типов  тканей, и особого совершенства они достигают в классе млекопитающих.       У многоклеточных животных известно около 100 типов клеток, которые можно  сгруппировать в четыре тканевые системы. Эпителиальная ткань      Эта ткань состоит из клеток, плотно прилегающих друг к другу межклеточное  вещество развито слабо. Она образует внешние покровы тела и выстилает его  внутренние полости. Эпителиальная ткань выполняет функции защиты,  всасывания, секреции и восприятия раздражений (или одновременно несколько из  этих функций).     Виды эпителия (в зависимости от формы и функции его клеток) Плоский Кубический Клетки сплющены, имеют форму многогранников, часто их  несколько слоев (многослойный). Верхний слой кожи,  эпителий полости рта, пищевода и др. Кубовидные клетки. Выстилающие почечные канальцы. Цилиндрический Клетки напоминают столбики или колонны. Выстилающих  Реснитчатый цилиндрический Чувствительный (сенсорный) Железистый желудок и кишечник. Клетки могут иметь цитоплазматические отростки­реснички.  Выстилает большую часть дыхательных путей. Клетки, специализированные для восприятия раздражений.  Эпителий носовой полости ­ обонятельный эпителий. Клетки цилиндрической или кубической формы,  специализированные для секреции различных веществ  (гормонов, молока, пота, ушной серы). Соединительная ткань Для этой ткани характерно наличие большого количества неживого материала  (основное вещество), который выделяют клетки. Таким образом, клетки  выполняют свои функции косвенным движением, выделяя основное вещество,  которое и служит собственно связующим и опорным материалом.       К связующим тканям относятся: Рыхлая волокнистаяВ основной (межклеточном) веществе аморфная масса  Плотная волокнистая преобладает над волокном. Заполняет промежутки между  внутренними органами. Волокна преобладают над аморфным (без структурным)  веществом. Выполняет защитную функцию, добавляет  органам эластичность (дерма позвоночных животных,  оболочка кровеносных сосудов). Костная и хрящевая В основном веществе костной ткани преобладают  Жидкая внутренняя среда организма Ретикулярная (у позвоночных) Жировая неорганические соединения, а в хрящевой ­ органические. В  составе опорно­двигательного аппарата. Поддерживает гомеостаз, транспорт веществ, защитные  реакции; гуморальная регуляция. Составляет основу кроветворных органов. В этой ткани  находятся стволовые клетки, из которых возникают клетки  крови. Подкожная жировая клетчатка, сальники. Запас питательных веществ, теплоизоляция. Мышечная ткань    Возбуждаюсь, обладает способностью к сокращению и расслаблению и выполняет двигательную функцию. Она состоит из волокон различной формы и размеров.  Каждое волокно содержит большое число тонких продольных сократимых волокон ­ миофибрилл. Сокращаясь, мышечные клетки производят механическую работу,  они могут только тянуть, но не толкать.       По строению волокон и их свойствам мышечную ткань различают: Поперечно­полосатаяВолокна имеют цилиндрическую форму, очень тонкие, но  достаточно длинные (до 10 см), под микроскопом имеют  вид поперечной полосатости. Многоядерные. Регуляция  сокращений произвольная (нервная). Прикрепляются к  костям скелета и обеспечивают движение тела и его частей. Очень мелкие веретенообразные одноядерные волокна  (около 0,1 мм). Регуляция сокращений непроизвольная.  Находится в стенках полых внутренних органов ­ желудка,  кишечника, кровеносных сосудов. Сердце построено из мышечных волокон, имеющих  поперечную полосатость (переплетающихся между собой),  но по свойствам приближающихся к гадким мышцам.  Гладкая (не полосатая) Сердечная Регуляция сокращений непроизвольная. Нервная ткань      Основные свойства ­ возбудимость и проводимость. Этой тканью образована  нервная система.    Нервная ткань состоит из: Нейронов Нейрон (нервная клетка) ­ основная структурно­ функциональная единица нервной системы. Состоит из тела,  аксона и дендритов. Всю жизнь находится в состоянии  интерфазы. Нейроглии Мелкие, с многочисленными отростками клетки, способны к  делению. Выполняют функции: опорную, трофическую,  синтезируют биологически активные вещества, необходимые  для функционирования нервной системы, заполняют  промежутки между органами. Методические рекомендации к лабораторной работе № 2   «Строение хромосом. Митотическое деление клеток» Изучите теоретический материал и выполните задания Хромосомы (гр. Chroma ­ цвет, soma ­ тело) могут находиться в двух  структурно­функциональных состояниях: в конденсированном (спирализованная) ­ и тогда хромосомы хорошо заметны, поскольку имеют палочковидную форму;  второе состояние ­ деконденсированное (деспирализованное) ­ при этом  хромосомы приобретают вид почти невыраженных нитей, которые получили  название хроматиновых. Основу хромосом составляет двухцепочечная молекула ДНК, которая  связана с ядерными белками. Кроме того, в состав хромосом входят РНК,  небольшое количество липидов, полисахаридов, ионов металлов. В хроматиновом состоянии молекулы ДНК активно работают. Формы хромосом  наследственное вещество клетки приобретает перед ее делением. В любом случае  мелким структурным компонентом хроматина ­ хромосом ­ является нуклео­ протеидные фибриллы. Образуется такая нить (фибрилл) благодаря тому, что  молекула ДНК накручивается на так называемые белковые коры, в результате чего  получается «бусина» ­ нуклеосома. Часть молекулы ДНК не навороченная на коры  и свободна. Далее нуклеосомная нить образует компактную структуру за счет  сближения соседних «бусин» ­ нуклеосомы и приобретают вид соленоида ­ это и  есть хроматиновая фибрилла (рис. 1). Хроматиновая фибрилла образует  петли, еще сильнее укорачивается ­ такая структура называется хромонемой (рис.  2) Образование же хромосомы  сопровождается суперспираллизацией  хроматина. Это происходит в профазе  митоза, уже после редупликации  хромосом. Каждая хромосома состоит из двух копий ­ сестринских хроматид,  связанных между собой в особой области ­ первичной перетяжке (рис.). Первичная перетяжка делит хромосому на участки ­ плечи. В зависимости от  места расположения первичной перетяжки различают три типа хромосом:  метацентрические, акроцентрические и субметацентрические. Некоторые хромосомы имеют еще и вторичные перетяжки ­ они отделяют участки  хромосом, называемые спутниками. Для клеток каждого вида характерен определенный набор хромосом ­ кариотип.  Если хромосомы каждой пары расположить в порядке убывания, то они образуют  идиограму. В основе важнейших жизненных процессов ­ размножения, роста, индивидуального развития ­ лежит деление клеток. Универсальной формой деления соматических клеток является митоз. Комплекс  процессов, в результате которых из одной клетки образуются две новые,  одинаковые, имеющие с материнской набор хромосом, принято называть  митотическим циклом. Он включает период самого митоза и интерфазу ­ период  подготовки клетки к делению. Во время интерфазы происходит самоудвоение  ДНК, а затем и удвоение всей хромосомы. Хромосома оказывается составленной  из двух сестринских (абсолютно одинаковых) хроматид. Кроме того, во время  интерфазы происходит накопление АТФ, синтез белков, необходимых для  дальнейшего митоза, начинается и, спирализованная и укорочения хроматиновых  нитей. Митоз ­ сложный процесс деления клеток, при котором между дочерними  клетками происходит точное распределение комплекса хромосом с ДНК,  содержащейся в них. Процесс митоза происходит в четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и  телофаза, каждая из которых без резкой границы переходит друг в друга. Биологическое значение митоза­заключается в увеличении количества  клеток, причем каждая вновь образованная клетка (дочерняя) является точной  копией ­ начальной (материнской) по заключенному в ней наследственной  информации. Лабораторная работа № 2 Тема: Строение хромосом. Митотическое деление клетки. Цель работы: научиться различать структурные компоненты хромосом и фазы  митоза в растительных клетках. Материалы и оборудование: модель строения хромосомы, таблица «Количество  хромосом некоторых растений и животных», микроскоп, готовые микропрепараты  митотического деления клеток корня лука. Ход работы:  1. Рассмотрите модель строения хромосомы. Найдите первичную, вторичную  перетяжки, хроматиды. Закрасьте хромосому                     Сделайте соответствующие подписи.                                                                         1 ­                                                                              2 ­                                                                            3 ­                                                                            4 ­                                                                         5 –       3. Рассмотрите таблицу количества хромосом некоторых растений и животных.  Сделайте вывод. Вид шимпанзе конь корова собака муха комнатная дрозофила овца Диплоидный набор хромосом 48 64 60 78 12 8 54 Вид Диплоидный набор хромосом картофель томат пшеница мягкая кукуруза ячмень 48 24 42 20 14 2. Рассмотрите микропрепараты наборов хромосом в клетках корешка лука и  дрозофилы. Обратите внимание на их форму, размер, количество. Сделайте вывод. Контрольные вопросы    : 1. Четными   и   нечетными   числами   представлено   количество   хромосом соматических клеток? 2. Зависит количество хромосом от уровня организации живых существ? 3. Можно   ли   определить,   какому   организму   принадлежит   ткань,   если   из   нее приготовить   микропрепарат   так,   чтобы   в   клетках   были   хорошо   заметны хромосомы? 4. Что такое видовая специфичность хромосом? 5. Укажите на схемах, сколько хромосом содержится в каждой дочерней клетке в  результате митоза.         6. Какое значение митоза? Вывод. Заполните таблицу. Клеточный цикл Процессы, происходящие в клетке Состояние  хромосом 1. Интерфаза 2. Профаза 3. Метафаза 4. Анафаза 5. Телофаза ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Тема: "Изучение изменчивости, построение вариационного ряда и вариационной кривой у растений." Цель: 1. Изучить статистические закономерности  модификационной изменчивости.   2. Научиться строить вариационный ряд и вариационную  кривую, вычислять среднюю величину модификационной  изменчивости. Оборудование: инструктивные карточки, раздаточный материал.                                                                 Ход работы:         1. Пользуясь раздаточным материалом (листья разных растений) постройте  вариационный ряд, обозначьте длину каждого листа (рис. 109).         2. Выпишите данные: Длина листа ­ V Количество листков ­Р                                                         Где V­ варианта,                                                         Р ­ частота встречаемости каждого варианта 3. Постройте график модификационной изменчивости данного признака. 4. Используя данные построенного вариационного ряда, определить среднюю  величину по формуле Где  М – средняя величина V­ варианта, Р ­ частота встречаемости варианта,  Σ  ­ знак суммирования, n ­ общее  число вариантов вариационного ряда. 5. По ходу работы каждому пункту сделайте необходимые пояснения. 6. Сделайте выводы к работе. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. В чем разница между модификационной и мутационного изменчивостью? 2. Какая изменчивость играет главную роль в эволюции и почему? 3. Что такое норма реакции и лежит за ее пределами? Какое значение имеет  это свойство для эволюции? Методические рекомендации к лабораторной работе № 3. Тема: "Изучение изменчивости, построение вариационного ряда и вариационной кривой у растений." Изучите теоретический материал и выполните задания Модификационная изменчивость ­ это форма не наследственной  изменчивости, которая связана с изменениями фенотипа вследствие влияния  условий существования и не связана с изменениями генотипа.  Модификационная изменчивость играет исключительную роль в жизни  организмов, обеспечивая обычно их приспособленность к меняющимся  условиям среды. Однако под влиянием физических и химических факторов, с  которыми организм не встречается в природе (или встречается в значительно  меньших дозах, или не приходилось встречаться его предкам) возникают  модификации, не имеющие приспособленного значения. Модификационная  изменчивость, как правило, имеет целесообразный характер, соответствует  условиям существования и является приспособительной.  Модификациями называют фенотипические изменения, возникающие  под влиянием условий среды. Их возникновение связано с тем, что условия  среды влияют на ферментативные реакции, происходящие в организме и  определенным образом, изменяют их ход. Этим, в частности, объясняется  появление разного цвета цветков примулы и откладывания пигмента в волосах  гималайских кроликов. Примерами модификационной изменчивости у  человека могут быть усиление пигментации под влиянием ультрафиолетового  облучения, развитие мышечной и костной систем в результате физических  нагрузок и т.п Статистическ    и  е   закономерности модификационной изменчивости  .     Модификационная   изменчивость   подчиняется   определенным статистическим закономерностям. Для определения этих закономерностей следует проанализировать   поведение   признака   при   определенной   совокупности наблюдений,  которая  называется  выборкой.  Выборка   может   включать  от 10  до 1000   наблюдений.   На   основании   данных   выборки   строят   ряд   изменчивости признака, или вариационный ряд. 5.Вариацийнный ряд                            ­      численных   показателей   проявлений последовательность определенного признака (вариант), расположенных в порядке их возрастания или   убывания.   Особенности   вариационного   ряда   можно   изобразить графически, в виде вариационной кривой. Пример: 18 19 20 Число зерен в одном колосе Варианта­ V Частота встречаемости­ p Количество   колосьев пшеницы 14 15 16 17 2 7 22 32 24 8 5 Вариационная   кривая    ­   это   графическое   выражение количественных показателей изменчивости определенного признака, которое иллюстрирует  как  размах этой  изменчивости,  так  и  частоту встречаемости отдельных вариант.     Для   характеристики   изменчивости   признака   вычисляют   ее   среднюю   (v   •   p)   /   n,   где   М   ­   средняя   величина   величину   (М)   по   формуле:   М   =   признака, V­варианта, р ­ сотая варианты, n ­ общее количество вариант. Σ      При исследовании признаков чаще всего проявляется ряд статистических закономерностей. ­ Любой признак может изменяться лишь в определенных пределах. Гены определяют   не   готовые   проявления   признаков,   а   норму   реакции   признака, есть   определенные   пределы,   в   которых   они   зависят   от   интенсивности воздействия факторов среды. Например, у комнатного растения первоцвета китайского при температуре 15­20°С цветы красные, а при 30­35 ° С ­ белые. ­   Различные   признаки   имеют   разный   размах   нормы   реакции. Норма  реакции  ­   пределы   модификационной   изменчивости   признака, которые   определяются   генотипом.  Для   изучения   нормы   реакции используют генетически однородный материал, который помещают в разные условия   внешней   среды   (клоны,   чистые   линии,   однояйцевые   близнецы). Границы   нормы   реакции   обусловлены   генотипом,   но   фенотипическими проявлениями   в   пределах   нормы   реакции   может   изменяться   под   влиянием условий   среды.   Норма   реакции   для   различных   признаков   может   быть однозначной (например, группы крови, цвет глаз), узкой (жирность молока у коров), широкой (количество молока у коров). Для изучения нормы реакции признаков   и   выявления   закономерностей   их   проявления   применяются математические   методы,   а   наука   называется   биометрией.   Определение нормы   реакции   играет   большую   роль   в   растениеводстве   (для   получения высоких урожаев) и животноводстве и для повышения производительности), в медицине (для разработки критериев нормальных показателей у здорового человека). ­ Большинство организмов имеют величину признака среднюю или близкую к средней.   Это   объясняется   тем,   что   сочетание   только   благоприятных   или только неблагоприятных условий случается редко. Организмов с большими отклонениями признаков от средних величин в природе очень мало. ­  На   размах   модификационной   изменчивости   влияют   внешние   и внутренние   условия.  Чем   однородные   внешние   условия   развития  данных особей,   тем   меньше   проявляется   модификационная   изменчивость.   На фенотипические   проявления   гена   значительное   влияние   оказывают   другие гены   (например,   рост   человека   определяется   несколькими   парами полимерных  генов).  На развитие  признака  влияют  и регуляторные  системы организма   (например,   яркая   окраска   перьев   у   петухов   обусловлено действием   мужского   полового   гормона,   а   введение   ему   женских   гормонов подавляет развитие этого признака).                                 Методические рекомендации к практической работе  Практическая работа № 2.   Тема: Решение типовых задач по генетике. Моногибридное   скрещивание.    Изучите теоретический материал и рассмотрите примеры решения задач по генетике:    В генетических задачах используются следующие условные обозначения:  P­родители;  F­потомки,   гибриды.     1,2,..­цифровые   индексы,   обозначающие номер гибридного поколения, (зеркало Венеры) ­ материнская особь, женщина; (копье Марса) ­ родительская особь, человек; х­ скрещивания; : ­ соотношение в потомстве;  | ­  направление  от родителей  к  потомкам, А­доминантный  ген,  а рецессивный ген (А, а­аллельные гены) А, В­неаллельных ген; Аа­ гетерозигота; АА­доминантная   гомозигота;   аа­рецессивный   гомозигота,   ­А   ­   хромосомная формула зиготы.    Условия задачи записываются в виде таблички, где в принятых условных обозначениях указываются гены и контролируемые ими признаки; кроме этого, можно записывать и схемы скрещиваний, в которых приведены или генотипы (если это возможно) или фенотипы всех особей, о которых идет речь в задании . При   составлении   схемы   скрещивания   на   одной   строке   записывают   условное обозначение: родители (Р), затем ­ знак матери и ее генотип, знак скрещивания (х),   знак   отца   и   его   генотип.   Если   все   генотип   родителей   или   потомков определить   сразу   невозможно,   то   в   этом   случае   генотип   записывают   в   виде генотипического радикала ­ А ­ В ­, где прочерки обозначают неизвестные гены. Ниже записывают типы гамет, которые образуются в родительских организмах, и обводят их в кружок. Под ними записывают генотипы потомков, их фенотипы и соотношение по гено­и фенотипу. После решения задачи записывают ответ.        Для правильного решения задачи необходимо установить: а)   количество   анализируемых   признаков   (мон­,   ди­,   полигибридное скрещивание),   б) характер наследования признаков (независимое наследование, сцепленное наследование; наследование, сцепленное с полом) в)   характер   взаимодействия   генов   (полное   или   неполное   доминирование, эпистаз, полимерия, комплиментарность, множественный аллелизм).   закономерности, характерные для того или иного вида скрещивания. Кроме этого, в решении задач вам помогут следующие закономерности: 1.   Если   при   скрещивании   двух     фенотипически   одинаковых     родительских особей в их потомстве наблюдается расщепление, то эти особи гетерозиготные. 2.Если в результате скрещивания родительских особей, отличающихся по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков соотношение 1:1, то одна из родительских особей была гетерозиготная, а другая ­ гомозиготная по рецессивным признаком. 3.   Если   при   скрещивании   двух   особей,   фенотипическое   по   одной   паре признаков,   в   их   потомстве   наблюдается   расщепление   признаков   на   3 фенотипических класса в соотношении 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании, и оба родителя гетерозиготные.           Исходя   из   полученной   информации,   следует   вспомнить   основные                            Неполное доминирование:      В некоторых случаях гибриды F1 имеют фенотип промежуточного характера, то   есть   доминантный   ген,  не   полностью   подавляет   проявления   рецессивного гена. Такое явление получило название неполного доминирования. При   этом,   хотя   признак   и   носит   промежуточный   характер,   все   гибриды первого поколения (F1) будут ­ единообразно (с промежуточной признаку), а в F2 наблюдаться одинаковое расщепление по фенотипу и генотипу, то есть ­ 1:2:1, поскольку доминантное гомозигота АА отличается от гетерозиготы Аа. Например,   если   скрестить   гомозиготные   растения   ночной   красавицы   с красными   и   белыми   цветками,   то   в   первом   и   втором   поколениях   получим следующую картину: В первом поколении наблюдается однообразие потомков по фенотипу (все цветки розовые) и по генотипу (у всех особей генотип Аа). Во втором поколении произошло расщепление и по фенотипу и по генотипу в соотношении 1 (АА­ красные): 2 (Аа­розовые): 1 (аа­белые). Явление   неполного   доминирования   можно   объяснить   дозой   гена,   т.е. гетерозиготы, содержат только один активный ген, детерминирует проявление доминантного признака. Промежуточное наследование может иметь как один, так и несколько признаков у конкретного индивидуума. Задание   на   неполное   доминирование   решаются   по   схеме,   аналогичной моногибридному или дигибридному скрещиванию, но при этом надо учитывать промежуточное наследование признака. Дигибридное скрещивание ­ это скрещивание, в котором принимают участие две пары аллелей (парные гены ­ аллельные и располагаются только в гомологичных хромосомах).         При дигибридном скрещивании Г. Мендель изучал наследование признаков, за которые отвечают гены, лежащие в разных парах гомологичных хромосом. В связи с этим каждая гамета должна содержать по одному гену из каждой аллельной пары. Для скрещивания были взяты две начальные гомозиготные родительские формы: первая форма имела желтые и гладкие семена, вторая форма обладала зеленым и морщинистым   семенами.   Желтый   цвет   и   гладкая   форма   семян   ­   доминантные признаки;   зеленый   цвет   и   морщинистое   семя   ­   рецессивные   признаки.   Гибриды первого   поколения   скрещивались   между   собой,   и   во   втором   поколении наблюдалось расщепление по фенотипу в соотношении 9:3:3:1, или (3 +2) 2. Таким образом, при скрещивании гетерозиготных особей, отличающихся по нескольким парам   альтернативных   признаков,   в   потомстве   наблюдается   расщепление   по фенотипу в соотношении (3 +1) n, где n ­ число пар альтернативных признаков.       Закон независимого комбинирования признаков свидетельствует:                        При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по двум или нескольким парам альтернативных признаков, во втором гибридном поколении наблюдается независимое комбинирование этих признаков, в результате чего получаются   новые   формы,   обладающие   несвойственными   родителям сочетаниями признаков.           Законы Г. Менделя выполняются при следующих условиях: а) гены, контролирующие рассматриваемые признаки, расположены в разных парах гомологичных хромосом; б) равна вероятность образования и выживания гамет и зигот всех типов; в) отсутствие избирательнности оплодотворения.          Нарушение хотя бы одного из перечисленных условий вызывает отклонения от ожидаемого расщепления в потомстве гибридов. Таким образом, в F2 возможны 16 комбинаций, а именно: расщепление по фенотипу будет следующим: 9 желтых гладких (в генотипе должно быть хотя бы по одной доминантной аллели каждого гена, а именно «А­В­»), 3 желтых морщинистых (в генотипе должна быть хотя бы одна доминантная аллель «А» и две рецессивные аллели «вв»), 3 зеленых гладких (в генотипе должно быть две рецессивные аллели «аа» и хотя бы одна доминантная аллель «В»), 1 зеленая морщинистая (в генотипе должны быть только рецессивные аллели обоих генов). Расщепление по генотипу происходит в соотношении: 1 (ААВВ): 2 (АаВВ): 1 (ааВВ): 2 (ААВв): 4 (АаВв): 2 (ааВв): 1 (ААвв): 2 (Аавв): 1 (аавв ).         Примеры решения задач на  дигибридное скрещивание: Задача 1. У человека кареглазосгь доминирует над голубоглазостью, а  праворукость ­ над леворукостью. Кареглазый левша женился на голубоглазой  женщине ­ правши. У них родился голубоглазый ребенок­левша. Определите  генотип матери, отца и ребенка. Дано: А ­ ген кареглазости а ­ ген голубоглазости С ­ ген праворукость с­ген леворукости F1 ­ голубоглазый левша =?♀ ♂=? F1=? Решение: Проанализируем условие задачи. Генотип кареглазой  мужчины­левши может быть ААСС или ААСС.  Поскольку оба варианта генотипа отличаются лишь  одним геном, то можно записать генотип отца в виде  генотипического радикала А_сс. Генотип голубоглазой матери­правши может быть  ААСС или ААСС; запишем его также в виде  генотипического радикала ааС_. Голубоглазая ребенок­левша, родившегося может быть  только рецессивной дигомозиготой ­ ААСС. Составим схему брака:                                                                                                                     P ♀ aaC_   x ♂ A_cc Гаметы аС а_ Ас _с                               F1                                            аасс Поскольку потомки получают один ген из аллельной пары от матери, а второй ­ от отца, то факт рождения голубоглазого ребенка свидетельствует о наличии гена голубоглазости у обоих родителей. Поэтому вторым геном с аллельной пары, отвечающий за окраску глаз, у отца будет рецессивный ген а; Его генотип ­ ААСС. Аналогично   ребенок   получил   один   рецессивный   ген   леворукости   от матери,   второй   ­   от   отца,   поэтому   генотип   матери   будет   таким   ААСС (логика рассуждений показана в схеме брака пунктирными линиями). Для решения задачи можно воспользоваться также II законом Менделя: расщепление   потомков   по   фенотипу   наблюдается   только   в   случае гетерозиготности хотя бы одного из родителей. Отсюда следует, что мать будет гетерозиготная по генам, определяющим право­и леворукость, а отец ­ гетерозиготен по генам окраски глаз. Ответ: генотип матери ААСС; генотип отца ААСС; генотип ребенка ААСС. Задача 6.  В  морских  свинок хохлатая  шерсть доминирует  над гладкой, черный   окрас   шерсти   ­   над   белой.   Среди   гибридов   первого   поколения, полученных   от   скрещивания   черной   хохлатой   морской   свинки   с   белой хохлатой,   оказалось   28   черных   гладких,   30   черных   хохлатых,   9   белых гладких и 11 белых хохлатых потомков. Определите генотип родителей и потомства. Решение. Введем   условные   обозначения   и   запишем   краткое   условие   задачи   в принятых условных обозначениях. Дано: А­ген хохлатой шерсти а­ген гладкой шерсти Р­ген черного окраса шерсти р­ген белой окраски шерсти ♀ ♂ F1 ­ черные гладкие, черные хохлатые,   беды   гладкие, белые чубатые =?, ♀ ♂=?, F1 =? ­А_Р_; ­А_рр      Решение:                                                                         Составим схему скрещивания с использованием  генотипических радикалов.                   P гаметы А_р_     x ♂ A_рр ♀ А р _ р А Р _ Р А _  _        F1       ааР_          А_р_          аарр       А_рр                   чёрные     чёрные       белые     белые                       гладкие   хохлатые  гладкие  хохлатые  проанализируем фено­и генотипы потомков. А А Р Р а а Р Р А А Р Р а а р р А А р р а а р р        Животные с гладкой шерстью имеют генотипы ааР_ (черная гладкая шерсть) или ААРР  (белая   гладкая   шерсть),  т.е.  гладкую   шерсть   определяет   аллельные   пара генов аа. Потомки один ген с аллельной пары получают от матери, а второй от отца, следовательно, каждый из родителей имел один рецессивный ген а и был гетерозиготным по этому признаку.               Факт   рождения   потомков   с   белой   шерстью   (рр)   свидетельствует   о гетерозиготности   матери   по   этому   признаку,   поскольку   один   ген   р   потомки получают от матери, а второй от отца. Итак, мать была гетерозиготная по этому признаку.   На   основе   проведенных   рассуждений   можно   окончательно   записать генотипы родителей:  Далее составим полную схему скрещивания для определения генотипов потомков. P А_р_     x ♂ A_рр ­АаРа;  ♀ ♂ ­Аарр. ♀ Гаметы: 2АР, аР,ар               Ар,ар  F1      2АаРр   :   Аарр   :   2Аарр   :   1Аарр   :   ааРр   :   аарр     чорные хохлатые белые хохлатые  чорные  гладкие   белые гладкие Ответ: генотипы черных хохлатых потомков ­ АаРр и Аарр; белых хохлатых­Аарр  и Аарр; черных с гладкой шерстью – ааРр; белых с гладкой шерстью ­ аарр.                                                                                                   Практическая работа № 2    Тема: Решение генетических задач. Дигибридное скрещивание.    Цель: применить теоретические знания закономерности наследственной признаки при решении задач по генетике. Оборудование: инструктивные карточки, таблицы, методические рекомендации                       Ход работы:     Задание на ди­и полигибридное скрещивание. Задание № 1. Выпишите гаметы организмов со следующими генотипами: Задача № 2.  У крупного рогатого скота ген комолости доминирует над геном рогатости, а ген черного цвета шерсти ­ над геном красной окраски. Обе пары генов находятся в разных парах хромосом 1.   Какими   окажутся   телята,   если   скрестить   гетерозиготных   по   обеим   парам признаков быка и корову. 2.   Какое   потомство   следует   ожидать   от   скрещивания   черного   комолого   быка, гетерозиготного по обоим парам признаков, с красной рогатой коровой? Задача № 3. У собак черный цвет шерсти доминирует над кофейным, а короткая шерсть ­ над длинной. Обе пары генов находятся в разных хромосомах. 1.Какой процент черных короткошерстных щенков можно ожидать от скрещивания двух особей, гетерозиготных по обоим признакам? 2.Охотник купил черную собаку с короткой шерстью и хочет быть уверен, что она не несет генов длинной шерсти кофейного цвета. Какого партнера по фенотипу и генотипу надо подобрать для скрещивания, чтобы проверить генотип купленной собаки? Задание №  4.В   человека   ген   карих   глаз   доминирует   над   геном   определяющим развитие   голубой   окраски   глаз,   а   ген,   обусловливающий   умение   лучше   владеть правой рукой, преобладает над геном, определяющим развитие леворукости. Обе пары   генов   расположены   в   разных   хромосомах.   Какими   могут   быть   дети,   если родители их гетерозиготные? Практическая работа № 3. Решение задач по экологии.   Тема: Решение задач по экологии.  Цель:  закрепить   умения   решения   элементарных   задач   по   экологии;   научиться составлять   сети   и   цепи   питания,   решать   задачи   на   составление   экологических пирамид.  Оборудование: инструктивные карточки, таблицы, методические рекомендации Ход работы:                                Решите задачи: 1.Масса лисы – 15 кг; если считать, что основной рацион лисы составляют грызуны, а    продуктивность наземной растительности на 1 м2 – 300г, то какова необходимая площадь   (в   га)   соответствующего   биоценоза   для   проживания   животного?   Из указанной массы лисы 50% составляет вода. 2.Биомасса   планктона   на   1   м2  составляет   600   г.   По   правилу   экологической пирамиды определите площадь (в га) соответствующего биоценоза, которая может прокормить белого медведя массой 500 кг (60% ­ вода) в цепи питания: Планктон             рыба          тюлень              белый медведь. 3.Биомасса   сухого   сена   с   1   м2    луга   составляет   200   г.   На   основе   правила экологической   пирамиды   определите,   сколько   га   луга   необходимо,   чтобы прокормить   на   протяжении   года   одного   ученика   массой   58   кг   (из   них   65% составляет вода ) в цепи питания: Трава         корова             человек   4.В   сутки   взрослому   человеку   необходимо   в   среднем    10000  кДж   энергии.  На протяжении   одного   года   1   га   кукурузного   поля   поглощает     76   650   00   кДж солнечной энергии, из которых только 2% аккумулируется  в виде прироста сухого вещества. 5.Известно, что средняя масса волка достигает 40 кг.   Если предположить, что волчонок с месячного возраста, имея массу 1 кг, питался исключительно зайцами (средняя   масса   2   кг),   то   подсчитайте,   какое   количество   зайцев   съел   волк   для достижения массы 40 кг и какое количество растительной пищи съели зайцы? 6.В   гнезде   стрижа   4   птенца.     Во   время   вылупления   из   яиц   их   масса   одного составляла 10 г. При  переходе к самостоятельному питанию,  масса каждого была около 50 г.. Какую массу и сколько насекомых (средняя масса 0,01 г) съели за этот период птенцы?                                                                                                                                                  Методические рекомендации к практической работе № 3 Тема: Решение задач по экологии. Краткие теоретические сведения: Организмы,   которые   входят   в  состав   биогеоценоза,   образуют   сложную систему, в которой виды объединены пищевыми взаимоотношениями. Благодаря трофическим   связям   в  биогеоценозе   осуществляется   круговорот  веществ, аккумулируется энергия и распределяется между видами. Функционирующая   группа  в  экосистеме   ­   биоценоза   ­   представлена  Продуцентами  в   экосистеме продуцентами,   консументами  и  редуцентами. являются автотрофные организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические   вещества   с   использованием   солнечной   энергии   или   энергии, выделяющейся во время химических реакций (хемотрофы). Это высшее растений и микроорганизмы   (бактерии).   Бактерии   (водные,   серобактерии,   железобактерии, нитрификаторы   и   др.)   вследствие   своей   жизнедеятельности   синтезируют органические вещества из углекислого газа, используя энергию, освобождающуюся при окислении аммиака, сероводорода, серы, азотной кислоты, соединений железа и др. Консументы ­ гетеротрофные организмы, которые питаются органическими веществами,   трансформируя   их  в  другие   формы.   Это   все   животные,   часть микроорганизмов,   паразитических   и  насекомоядных   растений.     Редуценты (сапрофиты) — организмы, которые  питаются мертвым органическим веществом. К   ним   относятся   в  основном   бактерии   и   грибы,  которые   превращают   сложные органические соединения в простые неорганические.  Таким   образом,   осуществляется   постоянный   биологический   кругооборот, благодаря   которому   организмы   вместе   с   неорганической   средой   образуют экологическую систему, где потоки энергии и вещества замыкаются.  уровни   Организмы разных групп представляют разные трофические   : первый ­ продуценты, второй — фитофаги, третий — хищники первого порядка, четвертый —  хищники второго порядка,   питающиеся хищниками первого  порядка,  и  т.д. Последовательность   групп   организмов,   каждая   из   которых   служит   пищей   для последующей, называется пищевой цепью. Существуют два основных типа пищевых цепей ­ пастбищные (цепи выедания,  или  цепи потребления)  и детритные  (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер ­ кролик ­ волк; фитопланктон (автотрофные протисты) ­ зоопланктон (гетеротрофные протисты) ­ плотва ­ щука ­ скопа. Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных ­ детрита, идут к микроорганизмам, которые ими   питаются,   а   затем   к  мелким     животным   (детритофагам)  и   к   их потребителям(хищникам). Детритные цепи наиболее распространены  в  лесах, где большая  часть   (около   90%  ежегодного   прироста   биомассы   растений   не потребляется непосредственно травоядными животными, а отмирает, подвергаясь затем   разложению  (сапрофитными  организмами)   и   минерализации.  Типичным примером  детритной  пищевой связи  наших лесов является  следующий: листовая подстилка   –   дождевой   червь   ­   черный   дрозд   –   ястреб   –   перепелятник.   Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клещи. Поэтому   в   реальной   природе   складываются   не   цепи,   а  пищевые   сети.   Общие закономерности перехода энергии от одного трофического уровня на другой не меняются. Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему,   носит   название  цепи   питания.  Разные   уровни   питания   в экологической   системе   называют  трофическими   уровнями.   В   основе   цепи питания   (1­й   трофический   уровень)   находятся   зеленые   растения  –  продуценты. Второй   трофический   уровень   ­   консументы   1­го   порядка   (растительноядные животные), третий­ консументы 2­го порядка (плотоядные животные, поедающие растительноядных).   Следующий   трофический   уровень   –   Редуценты,   которые разрушают отмершие тела.             Пищевые   цепи   в   природе   обычно   включают   не   более   3­4   звеньев.   Это обусловлено тем, что большая часть получаемой энергии (80­90%) используется организмами   на   поддержание   жизнедеятельности.   Именно  поэтому   каждое последующее  звено   в   цепи   питания   меньше   предыдущего   в     10­  12   раз.   Эта закономерность носит название экологической пирамиды. Экологическая пирамида отражает число особей на каждом этапе пищевой цепи,   количество   биомассы   и   заключенной   в   организмах   энергии.   В   реальных условиях цепи питания перекрещиваются, образуя сети питания. Примеры решения задач.  Задача 1. За год 1 м2 площади агроценоза дает примерно 800 г сухой биомассы в год.  Сколько  гектаров  окультуренных  посевов  необходимо, чтобы прокормить взрослого человека массой 70 кг (из них 63% составляет вода)? Дано:                                                               Решение: т = 70 кг (из них 63% Н20)  1. Определим процентное содержание (в %) сухого   биопродуктивность 1 м2            вещества в теле человека: агроценоза ­ 800 г в год.          100% ­ 63% = 37%.                                                  2.0пределим количество органического вещества в                                                         теле человека:                                                                     70 кг – 100%                                                                       х кг – 37%                                                   тогда х = 37% • 70%/100% = 25,9 кг ~ 26 кг. (сухой биомассы в  теле человека).                                                  3.Определим количество сухой биомассы в первом                                                        звене цепи   питания:                                               зеленые           растительноядные                                                растения    ­­­­­   животные          ­­­­  человек                                                   2600 кг              260 кг                          26 кг   4. Определим площадь биогеоценоза, необходимую для того, чтобы прокормить      одного человека на протяжении года: 1м ­ 0,8 кг биомассы, х м 2 – 2600 кг, S = 2600 кг/ 0,8 кг/ м 2 = 3250 м2 ~ 0,325 га. Ответ: ~ 0,325 га посевных площадей необходимо, чтобы прокормить человека  массой 70 кг на протяжении года. Задача 2. Используя правило экологической пирамиды, определить, какая площадь  (га) биоценоза может прокормить одну особь последнего звена в цепи питания:     А) планктон        синий кит (100 т) ,     Б) планктон         рыба              тюлень (300 кг). 60% массы данных организмов составляет вода. Биопродуктивность планктона – 600 г на 1м2 . Решение А) планктон        синий кит (100 т) : 1. процентное содержание в теле кита сухого вещества:   100% ­ 60% = 40%. 2. сухая масса органического вещества в теле кита:                     100 т – 100%                      х т   ­ 40%,   х = 40% * 300кг / 100% = 120 кг. Б)  планктон         рыба              тюлень (300 кг): 1.процентное содержание в теле тюленя сухого вещества:   100% ­ 60% = 40%. 2.Сухая масса органического вещества в теле тюленя:      300 кг – 100%      х кг – 40 %, х = 40% * 300 кг/100%=120 кг. 3. масса планктона, по правилу экологической пирамиды, составит: 120 кг * 10* 10 = 12 000 кг. 4. площадь биоценоза, необходимая для одного тюленя: S = 12 000 кг / 0,6 кг/м2  =  20 000 м2 = 2га. Ответ: площадь биоценоза, необходимая, чтобы прокормился один синий кит  ~ 66,6 га, один тюлень – 2 га.