Конспект лекцій для самостійної роботи з біології

 

Міністерство освіти і науки України

Запорізький електротехнічний коледж

Запорізького національного технічного університету

 

 

 

                                             

 

                                                                                                                                        

                                                                       ЗАТВЕРРДЖЕНО                                                                                                                                          

                                                                 Протокол засідання ПЦК

                                                                 природничо-математичних

                                                                 дисциплін від ______ 2016р. №  _

                                                                 Голова ПЦК ______    Ю.В. Хоменко

 

 

 

 

 

 

БІОЛОГІЯ

 

Збірник методичних вказівок до самостійних робіт

 

для всіх спеціальностей коледжу                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Викладач                                                                        О.А.Поліщук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2016

 

 

 

       Збірник методичних вказівок до самостійних робіт з предмета «Біологія» для студентів денного відділення всіх спеціальностей коледжу розглянуто на засі-данні методичної ради коледжу. Рекомендовано для використання у навчальному процесі.

 

 

 

          Секретар методичної ради                                                   В.В. Кузьменкова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕДМОВА

 

 

      Збірник методичних вказівок для самостійних робіт з предмета «Біологія»для студентів денного відділення всіх спеціальностей коледжу розроблено відповідно навчальної програми «Біологія» для вищих навчальних закладів І – ІІ рівнів ак-редитації, затвердженої Міністерством освіти і науки України у 2010 році. Збір-ник складається з методичних вказівок до 11 самостійних робіт. Роботи розроб-лено у вигляді лекцій, після кожної є контрольні запитання для кращого розумін-ня вивченого матеріалу.

      Матеріал викладений у доступній формі, що дасть змогу студентам самостійно доопрацювати матеріал. За допомогою цього навчального посібника студенти зможуть закріпити та поглибити знання, які отримали на заняттях. Використання методичного посібника для самостійних робіт, надасть змогу студентам оволодіти біологічними знаннями та сформувати бережне ставлення до природи.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

Самостійна робота № 1

Лекція 1 Органічні сполуки                                                                                    5

Самостійна робота № 2

Лекція 2 Єдність хімічного складу організмів                                                          11

Самостійна робота № 3

Лекція 3 Мітоз. Мейоз                                                                                               15

Самостійна робота № 4

Лекція 4 Обмін речовин, енергії й інформації у багатоклітинних організмів     18

Самостійна робота №5  

Лекція 5 Тканини рослин                                                                                          21

Самостійна робота № 6 

Лекція 6 СНІД, вірусні захворювання, хвороби, що спричиняють                      23

                паразитичні організми          

Самостійна робота №7                                                                   

Лекція 7 Закономірності функціонування генів у прокаріотів і еукаріотів            25

Самостійна робота № 8

Лекція 9 Генетика людини                                                                                    27

Самостійна робота № 9

Лекція 9 Селекція рослин, тварин, мікроорганізмів                                                  29

Самостійна робота №10

Лекція № 10 Кругообіг речовин                                                                           38

Самостійна робота № 11

Лекція № 11 Екологічна освіта, міжнародне співробітництво                                 45 

Список літератури                                                                                                      47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самостійна робота №1

     

      1 Скласти порівняльну таблицю властивостей органічних речовин.

      2 Дати відповіді на запитання:

         Які спільні властивості у органічних речовин?

         Який зв'язок будови та властивостей органічних речовин?

         Яка роль ДНК?

 

      Лекція 1  Органічні сполуки

 

      До складу органічних сполук входять чотири елементи, які називають органо-генними: Гідроген, Оксиген, Нітроген, Карбон.  

      Хімічні властивості живих організмів значною мірою залежать від вуглецю, частка якого становить понад 50% їхньої сухої маси. Вуглець, як і інші органоген-ні елементи, може утворювати ковалентні зв’язки. Атом вуглецю може сполуча-тися з атомами водню, кисню, азоту.

      До складу клітини входять органічні сполуки: вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеї-нові кислоти тощо. Вони переважно мають велику молекулярну масу, тому їх на-зивають макромолекулами (від грець. Макрос – великий). Так, молекулярна маса більшості білків становить  5 000 – 1 000000, а у деяких нуклеїнових кислот вона сягає декількох мільярдів дальтон (один дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізо-топу карбону С). Високомолекулярні органічні сполуки – білки, нуклеїнові кис-лоти, складні вуглеводи (полісахариди), молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, на-зивають біополімерами (від грець. Біос та поліс – життя, численний). Такі мікромолекули мають молекулярну масу – 10- 100 дальтон.

      Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають моно-мерами (від грець. Моно – один, поодинокий). Мономерами білків є залишки амі-нокислот, нуклеїнових кислот – нуклеотиди, полісахаридів – моносахариди.

      Молекулярна маса ліпідів значно менша – 50 – 150 дальтон. Але  вони можуть об’єднуватись між собою, утворюючи складні структури с тисяч молекул.

      Особлива група органічних сполук – це біологічно активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах живих істот. Серед них є органічні (ферменти, гормони, вітаміни тощо) та неорганічні (вуглекислий газ, вода та інші.) сполуки.

      У клітинах різних груп організмів вміст певних органічних сполук різний. Наприклад, у клітинах тварин переважають білки і ліпіди, а рослин – вуглеводи. Однак у клітинах різних типів певні органічні сполуки виконують подібні функ-ції.

 

      1.1  Вуглеводи: властивості, функції

 

      Назва «вуглеводи» походить від того, що більшість речовин цього класу є сполуками вуглецю та води і відповідають формулі (СН2О)n, де n дорівнює 3 або більше. Проте є вуглеводи, у яких співвідношення згаданих елементів дещо інше, а деякі з них містять також атоми азоту, фосфору чи сірки.

      У клітинах тварин і людини вміст вуглеводів незначний. Натомість у клітинах рослин їх значно більше (наприклад, у листках, насінні, плодах – майже 70%, у бульбах картоплі – до 90%).

      Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи по-діляють на три основні класи: моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

      Моносахариди (прості цукри) залежно від кількості атомів карбону, поділя-ють на тріози (3), тетрози (4), пентози (5),гексози (6) і так далі до декоз (10). У природі найпоширеніші гексози, а саме глюкоза і фруктоза. Солодкий присмак ягід, фруктів, меду залежить від вмісту в них цих сполук. Серед пентоз важливе місце мають рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот та аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).

      Олігосахариди – сполуки, в яких кілька залишків молекул з’єднані між собою ковалентними зв’язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворюються в наслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів. Наприклад, буря-ковий (або тросниковий цукор – сахароза – складається із залишків глюкози і фруктози, а солодкий цукор мальтоза – із залишків глюкози тощо). Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні воді.

      Полісахариди – молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох міль-йонів. Полісахариди розрізняються між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від моно- та олігосахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку.

      Один із найпоширеніших полісахаридів – крохмаль. Він синтезується в про-цесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається із залишків глюкози. Крохмаль у значній кількості відкладається в клітинах рослин насамперед листків, насіння, бульб тощо. У клітинних стінках рослин міститься полісахариди целюлоза – міц-ний, волокнистий, нерозчинний у воді. Деревина, кора, бавовна складаються пере-важно з целюлози.

      У грибів, тварин і людини запасним полісахаридом є глікоген. Він складається здебільшого в м’язах і клітинах печінки. До складу клітинних стінок деяких гри-бів і зелених водоростей, кутикули членистоногих входить полісахарид – хітин.

      У живих організмах вуглеводи виконують дві основні функції – енергетичну та будівельну.

      Енергетична функція полягає в здатності вуглеводів розщеплюватися до мо-носахаридів з наступним окисненням до СО2 і Н2О. При повному розкладі граму цих речовин вивільнюється 17,6 кДж енергії. Крохмаль і глікоген, відкладаючись  у клітинах, є резервом глюкози, а отже й енергії. У хребетних тварин глюкоза, всмоктуючись із кишечнику в кров, окислюється з вивільненням енергії, а її над-лишок відкладається в клітинах печінки та м’язах у вигляді глікогену. Під час ін-тенсивної праці, нервового напруження, при голодуванні посилюється розчепи-лення глікогену в печінці та м’язах. У членистоногих основну роль у забезпеченні енергією відіграє дисахарид трегелоза.

      Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що вони вхо-дять до складу опорних елементів. Наприклад, хітин є головним компонентом зовнішнього скелета членистоногих і клітинної стінки грибів. Клітинні стінки рослин, утворені з целюлози, захищають клітини та підтримують їхню форму.

      У надмембранних структурах тваринних клітин є олігосахаридні ланцюги. Вони сполучаються з білками та ліпідами. Ці речовини забезпечують зчеплення між клітинами.

 

      1.2  Ліпіди: властивості, функції

 

      Ліпіди – органічні сполуки, нерозчинні у воді (тобто гідрофобні), їх можна ви-ділити з клітин за допомогою неполярних розчинників (ефіру, хлороформу, аце-тону тощо). Ліпіди здатні утворювати складні сполуки з білками, вуглеводами, за-лишками фосфатної кислоти тощо.

      Найпоширеніші серед ліпідів жири. Вміст жирів у клітинах становить 5-15% сухої речовини, а у клітинах жирової тканини (наприклад, у жировому тілі ко-мах) – до 90%. Підвищений вміст жирів характерний для нервової тканини, під-шкірної клітковини, сальника, молока ссавців тощо. Багато жирів міститься у клі-тинах плодів та насіння певних видів рослин (соняшника, волоського горіха, мас-лини, арахісу та інші.).

      До ліпідів належать воски, що здійснюють переважно захисну функцію. У ссавців воски, які виділяють сальні залози, змащують поверхню шкіри, надаючи їй еластичності та зменшуючи зношення волосяного покриву. У птахів воски сек.-ретуються  куприковою  залозою.  Вони надають пір’яному покриву  водовід-штовхувальних властивостей. Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих – мешканців суходолу, запобіга-ючи надлишковому випаровуванню води. З воску бджоли будують соти.

      До ліпідів також належать стероїди. Стероїди є важливим компонентом стате-вих гормонів, що виробляються корковим шаром надниркових залоз, вітаміну D тощо. 

      Основна функція ліпідів – енергетична. У разі повного розщеплення одного граму жирів  до вуглекислого газу та води  виділяється 38,9 кДж енергії, яка  не-обхідна для процесів життєдіяльності організмів. Саме завдяки запасам жиру дея-кі тварини протягом досить тривалого часу обходяться без води (1 грам жиру дає можливість утворити майже 1,1 граму води). Наприклад, верблюди у пустелі мо-жуть не пити 10-12 діб; ведмеді, бабаки та інші тварини під час сплячки не п’ють понад два місяці. Необхідну для життєдіяльності воду ці тварини дістають у ре-зультаті окиснення жиру.

      Будівельна функція. Фосфоліпіди є основою клітинних мембран, входять до складу нервових волокон тощо.

      Захисна функція ліпідів полягає у захисті внутрішніх органів від механічних пошкоджень (наприклад, нирки людини вкриті м’яким жировим шаром).

      Накопичуючись у підшкірній клітковині деяких тварин (китів, тюленів та ін-ші), жири запобігають переохолодженню, виконуючи теплоізоляційну функцію. Так, у синього кита шар жиру у підшкірній клітковині може становити до 50 см.

      Видільна функція. У жировому тілі комах можуть накопичуватись кінцеві продукти обміну речовин. Жирова тканина у цих тварин здійснює видільну функцію.

      Регуляція життєвих функцій. Ліпіди входять до складу деяких біологічно активних речовин, наприклад, певних гормонів. Вони беруть участь у регуляції життєвих функцій організму: обмін речовин у хребетних тварин і людини, про-цесу линяння у комах тощо.

 

      1.3  Білки: властивості, функції

 

      Білки – найважливіша складова частина будь-якого живого організму. Білки – це високомолекулярні полімери, мономерами яких є амінокислоти. Вони станов-лять до 25% сирої та 40-50% сухої маси. До складу їх молекул входить 20 аміно-кислот, кожна з яких має свою назву, особливу будову і властивості. Амінокисло-ти є мономерами білків і поділяються на дві групи:

   - незамінні амінокислоти – не можуть синтезуватися тваринними організмами 

з інших сполук і тому обов’язково мають надходити з основною їжею;

   - замінні амінокислоти – синтезуються в тваринних організмах у достатній кількості.

      Білки – лінійні полімери, утворені залишками амінокислот. Молекули білків за їх великі розміри називають макромолекулами.

      Вони складаються з основних трьох частин:

 

                                                             O        R     H                                    R - радикал

 

           Карбоксильна група (-СООН)     С   -   С  -  N        аміногрупа

  

                                                                          OH       H     H

                                                                                                                                      

      Білки можуть мати 4 структури.

      Первинна структура білків визначається якісним і кількісним складом амі-нокислот, а також їхньою послідовністю. В основі утворення первинної структури лежать пептидні зв’язки.

      Вторинна структура білків характеризує просторову форму білкової молеку-ли, яка найчастіше повністю або частково закручується в спіраль. У стабілізації вторинної структури важливу роль відіграють водневі зв’язки, які виникають між атомами водню аміногрупи одного завитка спіралі та кисню СО-групи іншого й спрямовані вздовж спіралі.

      Третинна будова білків відбиває здатність поліпептидної спіралі укладатись, закручуючись певним чином. Формування третинної структури приводить до ви-никнення конфігурації під назвою глобули і спричинюється різними типами не ковалентних взаємодій.

      Четвертинна структура виникає внаслідок об’єднання окремих поліпептид-них ланцюгів, які у сукупності становлять функціональну одиницю. Стабілізація четвертинної структури визначається гідрофобними взаємодіями (білок при цьо-му скручується так, що його гідрофобні ланцюги занурені всередину молекули, тобто захищають її від взаємодії з водою, а бічні гідрофільні - розташовані на-зовні) а також електростатичними і водневими зв’язками. Для четвертинної структури одних білків властиве глобулярне розміщення субодиниць, інші білки утворюють спіральні структури.

      Під впливом різних фізико-хімічних чинників (дія концентрованих кислот і лугів, важких металів, високої температури тощо) структура та властивості білків можуть змінюватись. Процес порушення природної структури білка або розгор-тання поліпептидного ланцюга без руйнування пептидних зв’язків називається денатурацією.

      Як правило, денатурація необоротний процес. Однак на перших стадіях, за умов припинення дії негативних чинників, білок може відновлювати свій нор-мальний стан (ренатурація).

      Біологічні функції білків надзвичайно різноманітні. Білки насамперед викону-ють будівельну (структурну) функцію. Вони є складовою частиною біологічних мембран. З білків складаються мікро трубочки, мікронитки, які виконують роль скелета клітини. Головними компонентами хрящів і суглобів є пружний та міцний білок  колаген. Білок еластин,  що міститься  у  зв’язках,  має здатність розтягува-тись. Білок осеїн надає кісткам пружності. Волосся, нігті  складаються переважно з міцного нерозчинного білка кератину.

      Захисна функція білків, крім запобігання ушкодження клітин, органів й ор-ганізму в цілому, також виявляється в захисті його від паразитів і сторонніх біл-ків. Захисні білки, що виробляються лімфоцитами, здатні «розпізнавати» та знеш-коджувати бактерії, віруси, чужорідні для організму білки.

      Деякі білки регулюють активність обміну речовин (регуляторна функція). Це гормони білкової природи та ферменти.

      Сигнальна функція білків - зумовлюється подразнюванням внаслідок зміни форми особливих сигнальних білків під впливом зовнішнього середовища.

      Є білки, здатні скорочуватись (скорочувальна, або рухова функція), забезпе-чуючи здатність клітини, тканини чи організму змінювати форму, рухатись (ак-тин, міозин). 

      За рахунок білків-ферментів відбувається каталітична функція білків (прис-корення швидкості хімічних реакцій в кілька мільйонів разів).

      Транспортна функція. Забезпечення клітини організму киснем, жирними кислотами тощо.

      Важлива роль білкам відводиться у виконанні енергетичної функції. Повне окиснення одного граму білка вивільнює 17,6 кДж енергії.

 

      1.4  Нуклеїнові кислоти. АТФ

 

      Нуклеїнові кислоти (від лат. нуклеус - ядро) - складні високомолекулярні бі- ополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишків азотистої основи, вуглеводу (пентози) і фосфорної кисло-ти. Залежно від типу пентоз у складі нуклеотиду розрізняють два типи нуклеїно-вих кислот: дезоксирибонуклеїнові (ДНК), до складу яких входить залишок де-зоксирибози, та рибонуклеїнові (РНК), які відповідно містять залишок рибози. У молекулах ДНК І РНК є залишки азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), ци-тозіну (Ц). Крім того до складу ДНК входить залишок тиміну (Т), а РНК - урацилу (У). Кожний ланцюг ДНК складає кілька десятків тисяч нуклеотидів, що єдна-ються ковалентними зв’язками між фосфорною кислотою і дезоксирибозою, здат-них до подвоєння за принципом компліментарності (репродукції): А-Т, Т-А, Ц-Г, Г-Ц. Подвоєння молекул ДНК рідкісна особливість, що забезпечує передачу спад-кової інформації.

      В РНК подвоєння також відбувається: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Відомі РНК трьох видів:

   - інформаційна (і-РНК) - інформує про структуру білка;

   - транспортна (т-РНК) - транспортує амінокислоти до місця синтезу білка;

   - рибосомна (р-РНК) - міститься у рибосомах, підтримує їх структуру.

      АТФ- аденозинтрифосфорна кислота, нуклеотид, до складу якого входять азотисті основи аденіну, вуглеводи рибози і три молекули фосфорної кислоти. Структура нестійка, під впливом ферментів переходить в АДФ – аденозинтри-фосфорну кислоту з виділенням 40 кДж енергії, АТФ – це джерело енергії.

                                                                                                                                    

Контрольні запитання до лекції 1 

Органічні сполуки

 

1. Який хімічний склад живих клітин?

2. Які хімічні сполуки належать до органічних? Наведіть приклади.

3. Які функції виконують вуглеводи в клітині?

4. Що таке замінні та незамінні амінокислоти?

5. Яка роль білків в клітині? Наведіть приклади білків, що входять до складу 

    живих організмів.

6. Назвіть функції ліпідів.

7. Які існують рівні організації живого?

8. Яка роль нуклеїнових кислот в клітині?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самостійна робота №2

 

      1. Скласти конспект до теми: «Єдність хімічного складу організмів».

      2 Дати відповіді на запитання:

         Які речовини забезпечують взаємоузгоджену роботу живих організмів?

          Як можна визначити вплив, який справляє на організм наявність або відсут-   ність певного вітаміну у людини?

 

     

 

      Лекція 2  Єдність хімічного складу організмів

 

 

      2.1  Наука біохімія

 

      Науку, що вивчає хімічний склад живих організмів, будову, властивості, лока-лізацію і роль виявлених у них сполук, шляхи їх виникнення і перетворення, які в сукупності забезпечують обмін речовин і енергії, називають біологічною хімією, або біохімією. Біохімія як біологічна дисципліна сформувалася наприкінці ХІХ сторіччя.

      Сучасна біохімія проводить свої дослідження на різних рівнях організації живої матерії: молекулярному, клітинному, тканинному, організмовому.

      Одне із актуальних завдань біохімії – з’ясування механізмів, які регулюють життєдіяльність клітин і забезпечують єдність обміну речовин та перетворення енергії в організмі.

 

      2.2  Елементарний хімічний склад живих організмів

 

      Живі організми містять майже всі відомі в природі хімічні елементи. Одні з них виявлені в усіх організмів без винятку, інші – властиві тільки окремим видам і тому трапляються рідко. Із 110 елементів періодичної системи Д.М.Менделєєва в клітині виявлено 60.

      Хімічний склад живих організмів відносно сталий. У найбільшій кількості в них наявні чотири хімічні елементи: Гідроген, Карбон, Нітроген, Оксиген. Їхня частка у хімічному складі клітини становить майже 98%. Наступну групу склада-ють макроелементи –фосфор, калій, сірка, хлор, кальцій, магній, натрій, залізо, сумарна частка яких становить до 1,9%. Інші хімічні елементи (понад 50) нале-жать до мікроелементів (йод, кобальт, марганець, мідь, молібден, цинк тощо), їх вміст становить 0,0001 - 0,000000000001%. Ще менше в клітині ультрамікроеле-ментів (свинцю, брому, срібла, золота тощо).

      Хімічні елементи, що містяться в клітині, входять до складу органічних та не-органічних сполук або перебувають у вигляді іонів.

      Хімічний склад усіх живих організмів відносно подібний. Натомість, у різних компонентів неживої природи він різний. Наприклад, у водній оболонці Землі (гідросфері) переважають Гідроген, Оксиген, у газовій (атмосфері) – Оксиген і Нітроген, у твердій (літосфері) – Силіцій, Оксиген та інші.

 

 

      2.3  Неорганічні сполуки

      2.3.1   Властивості та функції води

 

      Серед неорганічних сполук живих організмів особлива роль належить воді. Вода є основним середовищем, у якому відбуваються процеси обміну речовин та перетворення енергії. Вміст води в більшості живих організмів становить 60 – 70%, а в деяких (наприклад, у медуз) – 98%. Вода утворює основу внутрішнього середовища живих організмів (крові, лімфи, міжклітинної рідини).

      Вода має унікальні хімічні та фізичні властивості. Порівняно з іншими рідина-ми, в неї відносно високі температури кипіння, плавлення та випаровування, що зумовлено взаємодією між сусідніми молекулами води.

      Молекула води електронейтральна, бо на її різних полюсах розташовані по-зитивний та негативний електричні заряди. Це визначає і таку властивість молеку-ли води, як полярність. Саме завдяки полярності сусідні молекули води можуть притягуватись одна до одної за рахунок сил електростатичної взаємодії між част-ково негативним зарядом на атомі кисню однієї молекули та позитивним зарядом на атомі водню іншої.

   - вода  - найкращий розчинник;

   - вода має високу теплопровідність;

   - вода має високу температуру кипіння.

      Вода визначає фізичні властивості клітин – їхній об’єм, внутрішньоклітинний тиск (тургор).

      Вода формує водяну оболонку навколо деяких сполук (наприклад, білків). Та-ку воду називають зв’язаною (структурованою), її частка -4-5% загальної кіль-кості в організмі, Інша частка води (95-96%) має назву вільної: вона є універсаль-ним розчинником. Функції: транспортна, механічна, метаболічна.                                                                                                                 

      Залежно від того, розчиняються певні сполуки у воді чи ні, їх умовно поділя-ють на гідрофільні та гідрофобні. До гідрофільних (полярних) (від грець. Гідро – вода, філіа – люблю) сполук, здатних розчинятись у воді, належать більшість со-лей, наприклад, кухонна сіль (NaCl). Вода  розчиняє більшість речовин, які міс-тять групи (-ОН, -СООН та інші.), здатні іонізуватися (тобто розпадатися на електрично заряджені частинки) під час взаємодії з нею.

      Гідрофобні (від. герц. Фобіо – страх) сполуки (майже всі жири, деякі білки та інш.) містять неполярні групи (-СН2, -СН3, -СН- та інші.), які не взаємодіють з во-дою, тому в ній не розчиняються.

      Вода як універсальний розчинник відіграє. Надзвичайно важливу роль у жи-вих організмах, оскільки більшість біохімічних реакцій відбувається у водних роз-чинах. Надходять речовини у клітини та виводяться з них продукти життєдіяль-ності також переважно в розчиненому вигляді. Вода бере безпосередню участь у реакціях гідролізу (від грець. Лізис – розкладання) – розщеплення органічних сполук з приєднанням до місця розриву іонів молекули води (Н та ОН). 

      З водою пов’язана також регуляція теплового режиму організмів, їй прита-манна велика теплоємкість, тобто здатність поглинати тепло за незначних змін власної температури. Завдяки цьому вода запобігає різким змінам температури в клітинах і в організмі в цілому за значних її коливань у навколишньому середо-вищі. Під час випаровування води організми витрачають багато тепла. Так вони захищають себе від перегрівання. Завдяки високій теплопровідності, вода за-безпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами організму, циркулюючи по порожнинах органів і тіла (порожнинна рідина, кров, лімфа тощо).

      Важливе біологічне значення для функціонування організмів має і те, що вода під впливом розчинених у ній речовин може змінювати свої властивості, зокрема температуру замерзання і кипіння. Так, із настанням зими у клітинах морозистій-ких рослин і холоднокровних тварин підвищується концентрація розчинних вуг-леводів та інших сполук (наприклад, гліцерину). Це перешкоджає переходу води в організмах у кристалічний стан і таким чином запобігає їхній загибелі.

      На перебіг біохімічних реакцій у водних розчинах впливає концентрація іонів Гідрогену у воді. Її оцінюють за водневим показником  - рН (значення від’ємного десяткового логарифму концентрації іонів Гідрогену).

 

      2.3.2  Неорганічні сполуки, їх функції

 

      Для підтримання процесів життєдіяльності окремих клітин і організму в ціло-му важливе значення мають солі неорганічних (мінеральних) сполук. У живих організмах вони розчинені у воді (у вигляді іонів) або перебувають у вигляді твердих сполук. Іоноутворенні катіонами металів (калію, натрію, кальцію, магнію тощо) і аніонами кислот (хлоридної, сульфатної, карбонатної, фосфатної  та інші).

      Різниця концентрації K+ і  Na+ поза клітинами та всередині них спричинює виникнення різниці електричних потенціалів на плазматичних мембранах клітини. Це забезпечує передачу нервових імпульсів, а також транспорт речовин через мембрану. Регуляторну функцію та активацію багатьох ферментів здійснюють іони кальцію та магнію. Сполуки кальцію (CaCO3)входять до складу черепашок молюсків і найпростіших (форамініфер), панцирів раків, кісток хребетних тварин тощо. У деяких найпростіших (радіолярій) внутрішньоклітинний скелет побудо-ваний з двоокису силіцію (SiO2) або сульфатно кислого стронцію (SrSO4).

      Важливі функції виконують також неорганічні кислоти. Так, хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи цим активність ферментів шлункового соку. Залишки сульфатної кислоти, принд-нуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це сприяє виведенню даних сполук з клітин і організму.

      Загальний вміст неорганічних речовин у клітинах різних тирів варіює в межах від одного до кількох відсотків.

 

      2.4 Вітаміни в організмі людини

 

      Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні речовини різноманітної бу-дови, потрібні для життєдіяльності всіх живих організмів. Вони беруть участь у обміні речовин і перетворенні енергії переважно як компоненти ферментів. Добо-ва потреба людини у вітамінах становить міліграми чи навіть мікрограми.

      Відкрив вітаміни у 1880 році російський лікар М.І.Лунін, а сам термін, який означає «необхідний для життя амін», запропонував у 1912 році польський уче-ний К.Функ, оскільки вітамін, який він досліджував, мав у своєму складі аміно-групу.

      Якщо в організмі не вистачає вітамінів, розвивається захворювання гіпо-вітаміноз, за їх повної відсутності -  авітаміноз, а за надлишку – гіпервітаміноз. Якщо гіпо – та авітаміноз можуть виникати внаслідок порушення обміну речовин. Це так звана вторинна вітамінна нестача, пов’язана з неприйняттям організмом певних вітамінів. В таблиці 2.1 наведені приклади вітамінів, їх основні джерела та наслідки гіповітамінозу в організмі людини.

 

Таблиця 2.1– Вітаміни

 

Вітамін (назва)	Функція вітаміну	Гіповітаміноз	Основні джерела
Аскорбінова кислота (вітамін С)	Бере участь у синтезі білків і утворенні орга-нічної речовини кісток, підвищує імунітет	Цинга	Чорна смородина, шипшина, лимон
Тіамін (Вітамін В1)	Бере участь в обміні білків, жирів і вуглево-дів	Бері-Бері	Чорний хліб, яєчний жовток, печінка
Рибофлавін (Вітамін В2)	Бере участь в окисно -відновних реакціях, не-обхідний для синтезу ферментів	Виразки на сли-зових оболон-ках	Рибні продукти, пе-чінка, молоко
Нікотинова кислота (Вітамін РР)	Бере участь в окисно -відновних реакціях	Пелагра	Пташине м'ясо, яло-вичина, печінка, дріжджі
Піродоксин (Вітамін В6)	Бере участь в обміні білків шкіри, нервової системи і в кровотво-ренні	Дерматит	Рисові висівки, за-родки пшениці, нир-ки
Кобаломін (Вітамін В12)	Бере участь у перене-сенні пов’язаного з карбоном атома водню на сусідній атом карбо-ну	Анемія	Яловича печінка, мікроорганізми ки-шечнику
Вітамін А	Бере участь к процесі світосприйняття	Куряча сліпота, зниження імуні-тету	Морква, кропива, абрикоси, ікра, пе-чінка, масло, моло-ко
Вітамін D	Бере участь у регуляції обміну кальцію	Рахіт	Риб’ячий жир, яєч-ний жовток, молоко

 

Контрольні запитання до лекції 2 

Єдність хімічного складу організмів

 

1. Які елементи входять до складу неорганічних сполук? Назвіть їх функції.

2. Де містяться вітаміни?

3. Яка добова потреба в вітамінах організму людини?

Самостійна робота №3

 

      1. Скласти порівняльну таблицю процесів мітозу та мейозу.     

      2 Дати відповіді на запитання:

         Який процес називається мітозом?

         Який набір хромосом мають клітини в результаті мейозу?

         Чим це зумовлено?

 

      Лекція 3  Мітоз. Мейоз

 

      3.1 Клітинний цикл. Інтерфаза

 

      Клітинний цикл – це період життя клітини від одного поділу до наступного. Клітинний цикл складається з інтерфази і процесу поділу клітини – мітозу. В пе-ріод інтерфази в клітині відбувається біосинтез білка, подвоюється всі найваж-ливіші структури клітини. У вздовж вихідної хромосоми з наявних у клітині хі-мічних сполук синтезується її точна копія, тобто подвоюється кількість ДНК. Таким чином, подвоєна хромосома складається з двох половинок – хроматид, кожна з яких містить одну молекулу ДНК. У середньому в клітинах тварин і рос-лин інтерфаза триває 10 – 20 годин, хоч тривалість її залежить від типу клітин та багатьох інших факторів. Потім наступає процес поділу клітини – мітоз, внас-лідок якого утворюються дочірні клітини, які є точною копією материнської клі-тини.

      Інтерфаза – період між телофазою і початком наступної профази. Під час ін-терфази здійснюється підготовка до наступного клітинного поділу. В інтерфазі росте ядро цитоплазми. Для цього відбувається синтез речовин ДНК, білків, ліпі-дів. Одна з ключових подій інтерфази – точка реплікації ДНК ядра і  пов’язана з цим реплікація хромосом, у процесі якої замість однієї хроматиди виникають дві ідентичні. Синтез ДНК відбувається протягом не всієї інтерфази, а займає лише певний інтервал – 9-період. Цьому періоду передує пресинтетичний період інтер-фази, а після нього йде постситетичний. Протягом усього періоду інтерфази хро-мосоми активно контролюють усі процеси життєдіяльності в клітині. Під час ін-терфази збільшується кількість мітохондрій, пластид, елементів комплексу Гольд-жі, подвоюється кількість центріоль клітинного центру. Тривалість інтерфази не-однакова.

 

      3.2  Мітоз. Фази мітозу

 

      Мітоз – основний спосіб поділу еукаріотичних клітин. Під час мітозу клітина проходить ряд послідовних фаз, внаслідок чого кожна з дочірніх клітин, що ут-ворилася, отримує такий самий набір хромосом, який був у материнській клітини.

      У профазі стають помітні центріолі (у клітинах тварин, вищих рослин цент-ріолей немає). Центріолі відходять до полюсів клітини, утворюючи нитки вере-тена поділу. У кінці профази руйнується ядерна оболонка, поступово зникає ядер-це, спіралізуються хромосоми і стає помітним, що кожна з них складається з двох хроматид.

      У метафазі хромосоми розміщені по центру екваторіальної пластинки; стають помітні центромери, до яких прикріплюються нитки веретена поділу.

      В анафазі центромери хромосом поділяються, і хромотиди (дочірні хромосо-ми) за допомогою ниток веретена поділу розходяться до полюсів клітини.

      Телофаза завершує мітотичний цикл. Вона починається після того, як дочірні хромосоми сягають полюсів клітини. Хромосоми знов деспіралізуються і набува-ють вигляду довгих тонких ниток. Навколо них виникає ядерна оболонка, форму-ється ядерце, в якому синтезуються рибосоми. Відбувається поділ цитоплазми, під час якого всі органоїди більш-менш рівномірно розподіляються між дочірніми клітинами.

      Значення мітозу:

• забезпечує точну передачу спадкової інформації протягом клітинних цик-лів;
• кожна з дочірніх клітин одержує по одній хроматиді від кожної материнсь-кої хромосоми, тобто зберігається стала кількість хромосом в усіх дочірніх клітинах.

      Фактори, що впливають на мітотичну активність

      Існує добовий ритм мітотичної активності. У тварин, які ведуть нічний спосіб життя, у більшості органів максимум мітозів проходить вранці, а мінімум – уночі, у денних тварин максимальні – вечірні години, мінімум – вдень. Це пов’язано з рівнем активності, зі зміною факторів зовнішнього (світло, температура) та внут-рішнього середовища. До факторів внутрішнього середовища, які регулюють мі-този, належать нітрогуморальні механізми, які проходять за допомогою гормонів наднирників, гіпофіза, щитовидної та статевих залоз. Стимулюють мітози також продукти розпаду тканини. Їх дія найбільша на регенераційні процеси.

    

      3.3  Мейоз

 

      Мейоз - це особливий тип поділу клітини, внаслідок якого утворюються стате-ві клітини. Процес мейозу складається з двох послідовних поділів:

      Інтерфаза І

      Профаза І – парування гомологічних хромосом. Утворення апарату поділу. Набір хромосом  n.

      Метафаза І – розташування гомологічних хромосом на екваторі .

      Перше ділення:

   * анафаза І – розподіл пар хромосом та переміщення іх до полюсів;

   * телофаза І – утворення дочірніх клітин. Гаплоїдний набір хромосом;

   * інтерфаза ІІ – інтеркінез ;

   * профаза І – дочірні клітини, що виникли в телофазі І проходять мітотичний поділ;

   * метафаза ІІ – центромери поділяються на хроматиди;

   * анафаза ІІ – хромосоми обох дочірніх клітин розходяться до полюсів. Набір хромосом гаплоїдний;

   * телофаза ІІ – утворення чотирьох гаплоїдний ядер або клітин.

      Значення мейозу:

• зменшення числа хромосом вдвічі, утворення гаплоїдних гамет;
• цей механізм забезпечує підтримання постійного числа хромосом;
•  при мейозі утворюється велика кількість нових комбінацій негомологічних хромосом;
• у процесі Кросинговеру також проходить рекомбінація генетичного матеріалу.

 

Контрольні запитання до лекції 3 

Мітоз. Мейоз

 

1. Який процес називається клітинним циклом? З яких етапів він складається?

2. Яке значення інтерфази?

3. Який набір хромосом мають клітини після завершення мітозу, мейозу?

4. В чому подібність процесів мітозу та мейозу?

5. Яке значення мітозу?

6. Яке значення мейозу?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самостійна робота №4

 

      1. Скласти конспект до теми: «Обмін речовин, енергії й інформації у багато-клітинних організмів»

      2 Дати відповіді на запитання:

         Які етапи енергетичного обміну?

         Як відбувається обмін інформації та енергії у багатоклітинних організмів?

 

      Лекція 4 Обмін речовин , енергії й інформації у багатоклітинних

                                                                організмів

 

      4.1  Обмін речовин та енергії

 

      Для хімічних реакцій, що протікають в клітинах, характерні організованість і упорядкованість: кожна реакція відбувається у конкретно визначеному місті.

      Хімічні реакції, що проходять у клітині, здійснюються за участю ферментів-каталізаторів. Синтез речовин, що проходить в клітині, називається біосинтезом (асиміляція).

      Сукупність реакцій біосинтезу називається пластичним обміном.

      Сукупність реакцій розщеплення – дисиміляція, що забезпечують клітину енергією – енергетичним обміном.

      Сукупність процесів асиміляції та дисиміляції називають обміном речовин (метаболізмом).

 

      4.2  Пластичний і енергетичний обмін

 

      Хімічні реакції у клітині здійснюються за участю каталізаторів. До реакції синтезу відносять такі реакції, у яких з простих сполук утворюються складні. На-приклад, з вуглекислого газу та води – вуглеводи, з амінокислот – білки, з Глібе-рину та жирних кислот – жири і т.д. В клітини синтезуються білки, жири, вуглево-ди, нуклеїнові кислоти, АТФ і т.д. Синтез сполук, який йде у клітині називається біосинтезом. Сукупність реакцій біосинтезу називається пластичним обміном.

      До реакцій розщеплення відносяться реакції розпаду складних сполук на прос-ті. Біологічне значення цих реакцій – це забезпечення клітини енергією.

      Сукупність реакцій, які забезпечують клітину енергією, називається енерге-тичним обміном. Сукупність реакцій пластичного та енергетичного обміну, у про-цесі яких здійснюється зв’язок клітини з навколишнім середовищем, називається обміном сполук і енергії.

      Етапи енергетичного обміну

      Підготовчий етап енергетичного обміну. На цьому етапі великі молекули вуглеводів, жирів, білків, нуклеїнових кислот за участю ферментів розпадаються на дрібні молекули. З крохмалю утворюється глюкоза, з жирів – гліцерин та жирні кислоти, з білків – амінокислоти, з нуклеїнових кислот – нуклеотиди. Розпад на цьому етапі супроводжується звільненням незначної кількості енергії.

      Другий етап – безкисневий. Речовини, які виникли на першому етапі, розпа-даються далі, це складний багатоступеневий процес. Наприклад, розщеплення глюкози – гліколіз. Гліколіз являє собою низку послідовних реакцій. Процес глі-колізу проходить у всіх тваринних клітинах та клітинах деяких мікроорганізмів. У рослинних клітинах та у клітинах дріжджових грибів розпад проходить шляхом спиртового бродіння. Звільнена в ході гліколізу та спиртового бродіння енергія використовується на синтез АТФ.

      Кисневий етап (стадія кисневого розщеплення. Продукти, які виникли в другій стадії, розщеплюються до кінця (тобто, до оксиду вуглецю (ІV) та води). Головна умова розщеплення – наявність у клітині комплексу окислювальних фер-ментів та кисню в навколишньому середовищі. Цей процес проходить в мітохонд-ріях. Кисневе розщеплення – це ряд послідовних реакцій, які протікають за учас-тю ферментів. Суттєвість кожної реакції перебуває в окислюванні органічних ре-човин, які поступово руйнуються та перетворюються в кінцеві продукти окислю-вання – вуглекислий газ та воду. У реакціях кисневого розщеплення приймають участь фосфатна кислота та АДФ. При кисневому розщепленні проходить утво-рення 36 молекул ЛТФ – 36 багатих енергією фосфатних зв’язків. Таким чином кисневий процес більш ефективний, ніж безкисневий. Тому у нормальних умовах для мобілізації енергії у клітині використовується як безкисневий, та і кисневий шляхи розщеплення.

      Сумарне рівняння повного розщеплення глюкози на двох етапах:

 

         С6Н12О6 + 38АДФ + 38Н3РО4 + 6О2 = 38АТФ + 6СО2 + 44Н2О

  

      Кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за наявності кисню. Тому його ще називають аеробним (від грец. аеро – повітря). Під час цього етапу органічні сполуки, які утворилися на попередньому, безкисневому етапі, окислю-ються до кінцевих продуктів – СО2 та Н2О. Окиснення сполук пов’язане з відщеп-ленням від них водню, який передається за допомогою особливих біологічно ак-тивних речовин-переносників до молекулярного кисню,  утворюючи молекулу во-ди. Цей процес називають тканинним диханням. Ці процеси відбуваються у клі-тинах. Сукупність реакцій окиснення, які відбуваються в живих клітинах, назива-ють біологічним окисненням. Завдяки йому організм дістає значну кількість енергії, необхідної для забезпечення процесів життєдіяльності.  

      Реакції біологічного окиснення каталізують певні ферменти. Під час окислю-вально-відновних реакцій електрони або протони переносяться від донора, тобто сполуки, яка їх постачає (відновника) до акцептора (окисника), тобто сполуки, яка їх  сприймає.

      Аеробне дихання відбувається в мітохондріях і супроводжується виділенням великої кількості енергії та акумуляцією її в макроергічних зв’язках молекул АТФ. У внутрішній мембрані мітохондрій розміщений так званий дихальний лан-цюг. Його основу утворюють переносники електронів, які входять до складу  фер-ментних комплексів, що каналізують окислювально-відновні реакції. У прокаріот реакції аеробного дихання перебігають на внутрішній поверхні плазмаичної мембрани та її вгинах у цитоплазму.

      Біологічне значення циклу Кребса

      Цикл Кребса – це послідовне перетворення певних органічних кислот, що від-бувається в матриксу мітохондрій. Цей процес названо на честь англійського біо-хіміка, який його відкрив у 1937 році.

      На початку циклу піровиноградна кислота (яка є продуктом гліколізу) реагує з щавелевооцтовою, утворюючи лимонну кислоту. Остання через низку послідов-них реакцій перетворюється на інші кислоти. Внаслідок таких перетворень відтво-рюється щавелевооцтова кислота, яка знову реагує з піровиноградною кислотою, і цикл повторюється.

      В результаті циклу Кребса може утворюватися одна молекула АТФ. Крім того, в ході біохімічних реакцій циклу від органічних кислот відщеплюються атоми гід-рогену, згодом частково використовуються для синтезу молекул АТФ. А молеку-ли вуглекислого газу, які утворюються під час цих перетворень, залишають міто-хондрії та з часом виводяться з клітин.

      Наступні перетворення пов’язані з перенесенням електронів від атомів гідро-генну  (які відщеплюються від органічних кислот)  на кисень. Ці процеси відбува-ються за участю ланцюга дихальних ферментів, вбудованих у внутрішню мемб-рану мітохондрій. Електрони послідовно передаються від одних сполук до інших доти, доки не відбудеться процес відновлення кисню.

      Отже, процес окиснення органічних сполук киснем супроводжується низкою окислювально-відновних реакцій. У ході цих реакцій енергія, яка міститься у ви-гляді хімічних зв’язків, звільняється поступово. Це дає можливість клітині вико-ристовувати повніше енергію, яка звільняється в ході безкисневого етапу.

      За допомогою послідовного ряду різних речовин-переносників, розташованих у внутрішній мембрані мітохондрій, електрони транспортуються до її внутріш-ньої поверхні, тоді як іони гідрогену (Н+) накопичуються на її зовнішній поверхні. Одночасно на внутрішній поверхні мембрани мітохондрій концентрація Н+ зменшується  (одна з причин – утворення  Н2О  при  сполученні  кисню  з  Н+  та електронами). Так виникає різниця концентрації іонів гідрогену (рН) та електрик-них потенціалів, внаслідок чого зовнішня поверхня мембрани стає електровози-тивною, а внутрішня – електронегативною.

      У внутрішній мембрані мітохондрій розташована особлива ферментна система (Н+ –АТФ фаза), завдяки якій з АДФ та фосфатної кислоти синтезуються молеку-ли АТФ. Для цього використовується енергія, яка звільняється при перенесенні іонів Н+ із зовнішньої поверхні мембрани на внутрішню. Цей процес відбувається тоді, коли різниця потенціалів на мембрані досягає певного рівня, іони Н+ через канал у молекулі ферменту, який забезпечує синтез АТФ, повернуться на внут-рішній бік мембрани. В цей час відбувається синтез молекул АТФ з АДФ та фос-фатної кислоти.

  

 

Контрольні запитання до лекції 4

Обмін речовин , енергії й інформації у багатоклітинних організмів

 

1. Який процес називається метаболізмом?

2. З яких етапів складається пластичний обмін?

3. Яке значення циклу Кребса?

4. Скільки молекул АТФ утворюється в результаті розщеплення однієї молекули глюкози?

5. Яке значення процесів обміну речовин, енергії?

6. Як здійснюється обмін інформації у багатоклітинних організмів?

Самостійна робота №5

 

      1. Скласти конспект до теми: «Тканини рослин».

      2 Дати відповіді на запитання:

         Чому тканини виникли у наземних, а не у водяних рослин?      

         Які відмінності у будові тканин рослин та тварин?

 

      Лекція 5 Тканини рослин 

 

      Тканина – сукупність клітин за будовою, структурою і функціями, які пов’я-зані між собою.

      Розрізняють основні типи тканин рослин:

• твірні
• покривні
• провідні
• механічні
• основні

      Твірна тканина (мерисема) складається з клітин, які мають тоненькі стінки з незначним умістом целюлози та велике ядро. Вони здатні до поділу та росту. Клі-тини меристеми дають початок клітинам інших типів тканин. За місцем розташу-вання розрізняють верхівкову, вставну та бічну меристему.

      Верхівкова меристема розташована на верхівці пагона або кореня і забезпечує їхній ріст у довжину. Вставна меристема міститься біля основ міжвузлів стебла деяких рослин і також забезпечує їхнє подовження. Бічна меристема міститься всередині стебла або кореня багаторічних рослин, охоплюючи їхню центральну частину у вигляді циліндра. Вона забезпечує ріст цих органів у товщину.

      Покривні тканини рослин розташовані на поверхні органів і відмежовують їх від зовнішнього середовища. Розрізняють первинну (епідерма, або шкірка) та вто-ринні покривні тканини.

      Епідерма складається з одного чи кількох шарів безбарвних живих клітин, які щільно прилягають одна до одної. Клітини епідерми певний час зберігають здат-ність до поділу. Зовнішня стінка епідермальних клітин потовщена та часто про-сякнена мінеральними речовинами. Зверху епідерма часто вкрита особливим ша-ром, який запобігає випаровуванню води через її поверхню – кутикулу. Вона є продуктом секреції епідермальних клітин та складається із соскоподібної речо-вини.   

      Вторинна покривна тканина виникає замість відмерлої епідерми, а також у глибинних шарах кори. Частина клітин основної тканини, яка входить до складу кори, відновлює здатність до поділу та утворює шар вторинної меристеми – кор-ковий камбій. на зовні він продукує клітини, потовщені стінки яких просочуються жироподібною речовиною і стають непроникними для газів та води, а вміст цих клітин відмирає. Так утворюється корковий шар (корок). У середину рослин кор-ковий камбій продукує живі клітини основної тканини. верхні шари корку легко злущуються, тому корковий камбій зберігає активність упродовж всього існу-вання органа рослини, утворюючи все нові й нові коркові шари.

      Провідні тканини забезпечують у рослині два плини речовин: висхідний (розчини мінеральних солей рухаються до надземних частин) і низхідний (син-тезовані в листках і зелених стеблах органічні речовини пересуваються до інших органів). Ці потоки, відповідно, забезпечують два типи провідної тканини – кси-лема та флоема.

      Ксилема складається з власне провідних елементів – судин і трахеїд, а також супроводжувальних клітин основної тканини. Клітини мають веретеноподібну форму, в оболонках яких є пори, складаються переважно з відмерлих клітин. Ос-новна функція транспортна, але можуть виконувати й опорну.

      Флоема містить ситоподібні трубки. Це живі клітини, які послідовно сполуча-ються своїми кінцями. Оболонки цих клітин потовщені, а поперечні стінки мають численні дрібні отвори, крізь які від клітини до клітини проходять органічні речо-вини. Характерною ознакою ситоподібних клітин є відсутність ядра, а також наяв-ність клітин-супутників, які мають ядра і шеретують речовини, необхідні для функціонування ситоподібних трубок.

      Механічні тканини  виконують опорні функції, надаючи рослині пружності та підтримуючи її органи в певному положенні. До них належать коленхіма та склеренхіма.

      Коленхіма складається з живих клітин із неймовірно потовщеними стінками. Вона входить до складу первинної кори молодих пагонів переважно дводольних рослин.

      Склеренхіма – сукупність видовжених мертвих клітин із товстими оболон-ками, які забезпечують стійкість рослин до стискання, розтягнення, згинання. Це, наприклад, луб’яні волокна кори та деревини.

      Основна тканина, або паренхіма складається з живих клітин, що мають по-рівняно тоненькі стінки, між якими є великі проміжки – міжклітинники. Залежно від особливостей будови клітин та виконуваних ними функцій розрізняють різні види паренхіми.

      Фотосинтезуюча паренхіма утворена з клітин, які мітять хлоропласти. Вона міститься в зелених органах рослини. У клітинах асиміляційної паренхіми відбу-ваються процеси фотосинтезу.

      Запасаюча паренхіма є у всіх органах рослин, утворюючи інколи окремі шари. В її клітинах розташовані лейкопласти, іноді – ще й хромопласти. У цих клітинах запасаються крохмаль та інші поживні речовини, у рослин посушливих міс-цевостей – вода.

      Повітроносна паренхіма виконує функції газообміну і проведення газів до різ-них тканин і тому має добре розвинені міжклітинники.

      За певних умов клітини паранхемі можуть відновлювати здатність до поділу. Так виникають камбій, корковий камбій, виразкова меристема тощо. Окремі клі-тини паренхіми виконують секреторну функцію, синтезуючи смоли, ефірні олії тощо і декретуючи їх назовні.

 

Контрольні запитання до лекції 5

Тканини рослин

 

1. Які існують відмінності в будові тканини рослин і тварин?

2. Які основні функції тканин рослин?

3. Які тканини мають в своїй структурі тільки мертві клітини? Чому?

4. Яке значення має постійних поділ клітин твірної тканини?

   Самостійна робота № 6

 

      1. Скласти основні правила профілактики СНІДу, вірусних захворювань, хвороб, що спричиняють паразитичні організми.

      2 Дати відповіді на запитання:

        Чи може у хворої на СНІД матері народитися здорова дитина? Відповідь обґрунтуйте.

         Чому раніше від хвороб, що спричиняють паразитичні організми, вимирали цілі населені пункти?

 

      Лекція 6 СНІД, вірусні захворювання, хвороби, що спричиняють парази-тичні організми

  

      6.1 СНІД

 

      Абревіатура СНІД розшифровується як синдром набутого імунодефіциту. Хвороба діє на імунну систему, що захищає організм від різних інфекцій і хвороб. Вірус послаблює імунну систему, що організм стає нездатним протистояти хво-робам, так званим супутнім інфекціям.

      Основні клітини, що атакуються вірусом, відомі як Т₄-лімфоцити, або як «клі-тини-поміники». Це білі кров’яні тільця, які є однією з перших ліній захисту орга-нізму від зовнішнього вторгнення.   

      Вірус передається шляхами, які вже встановлено: при контакті з кров’ю інфі-кованих; при контакті з виділенням статевих органів інфікованих (сім’яна рідина і піхвові виділення); через плаценту матері до плоду; через материнську кров у процесі народження дитини; при вигодовуванні грудьми.

      Вірус обов’язково має потрапити до системи кровообігу людини, щоб мати можливість уражати клітини крові. Будь-який контакт із кров’ю інфікованого мо-же піддати іншу людину ризику зараження. Це може статися через багаторазові голки, шприці та інші інструменти, при різних пораненнях. Зберігається ризик одержати вірус Сніду під час переливання крові.

      Людина не може одержати ВІЛ при укусах комарів або інших комах; корис-туючись спільними туалетами; при контакті з потовими або слізними виділеннями інфікованих людей; кусаючи той самий бутерброд; користуючись з інфікованим тією самою склянкою чи рушником (у разі, якщо на цих предметах немає слідів свіжої крові); при кашлі або чханні зараженого в бік здорового; купаючись разом із хворою людиною.

      Вірус швидко гине, перебуваючи поза організмом людини. Людина може бути інфікована цим вірусом від десяти до дванадцяти років, перш ніж дійсно захворіє на СНІД. Однак уже з часу одержання вірусу ця людина може передавати його ін-шим людям.

 

      6.2 Вірусні захворювання, хвороби, що спричиняють паразитичні

            організми

 

      Проникнення вірусів в клітину спричинює в ній інфекційні процеси. Інфек-цією називають комплекс процесів, які відбуваються під час взаємодії інфекцій-ного агента (бактерії, гриби, віруси) з організмом хазяїна. Подібні явища, спри-чинені паразитичними тваринами (найпростішими, червами тощо), називають ін-вазією.

      Проникнення вірусу в клітину може призвести до структурних та функціо-нальних змін у ній унаслідок механічного пошкодження клітинних структур.

Шляхи проникнення вірусів та паразитичних організмів в організм хазяїна

бувають різними:

• повітряно-краплинними, тобто через органи дихання;
• з їжею;
• через пошкоджену чи непошкоджену шкіру
• під час переливання крові, хірургічних або стоматологічних операцій
• статевим шляхом
• за участю переносників

 

Контрольні запитання до лекції 6

СНІД, вірусні захворювання, хвороби, що спричиняють паразитичні організми

 

1. Які шляхи передачі Сніду?

2. Наведіть приклади захворювань, що передаються повітряно-крапельним шляхом

3. Як тримати імунну систему в тонусі?

4. Яке значення загартовування в зміцненні імунітету?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Самостійна робота № 7

 

      1. Охарактеризувати функціонування генів у прокаріотів та еукаріотів.

      2 Дати відповіді на запитання:

        В чому особливість цитоплазматичної спадковості?

        Як функціонують гени у еукаріотів?

       

      Лекція 7  Закономірності функціонування генів у прокаріотів та      

                       еукаріотів 

 

      7.1 Організація геному в різних організмів

 

   У різних організмів кількість генів у геномі може значно варіювати. Най-простіше організований геном вірусів. Він може включати від одного гена до кількох сотень генів. Геном прокаріотів містить як структурні. так і регуляторні гени. Наприклад, ДНК кишкової палички складається з 3 800 000 пар нуклео-тидів, а кількість структурних генів – приблизно 1 000. Майже половина довжи-ни такої молекули генетичної інформації не несе, це ділянки, розташовані між окремими генами (так звані спейсери; від англ. спейс – простір).

   Геном еукаріот складніший, бо має більшу  кількість  ядерної  ДНК  та  струк-

турних генів. Так, геном дрозофіли складається з майже 180 000 000 пар нук-леотидів і включає близько 10 000 структурних генів. За даними останніх дос-ліджень, структурних генів у геномі людини близько 30 000.

   У результаті досліджень геному різних еукаріотичних організмів з’ясовано, що кількість ДНК в ядрі перевищує необхідну для кодування всіх структурних генів у 8–10 разів. Причини   цього явища різні. По-перше, ДНК еукаріот міс-тить велику кількість послідовностей нуклеотидів, кожна з яких повторюється до сотень тисяч разів. По-друге, значно частина ДНК взагалі не несе генетичної інформації. Ро-третє, чимало є регуляторних генів, які не кодують структуру білків або РНК.

  

      7.2  Цитоплазматична спадковість

 

   У клітинах еукаріотів, крім спадкового матеріалу, розташованого в ядрі, виявлено також цитоплазматичну спадковість(позаядерну). Вона полягає у здатності певних структур цитоплазми зберігати  і передавати нащадкам частину спадкової інформації батьків. Хоча провідна роль в успадкуванні більшості ознак організму належить ядерним генам, роль цитоплазматичної спадковості теж значна. Вона поєднана з двома видами генетичних явищ:

• успадкуванням ознак, які кодуються позаядерними генами, розташованими в певних органелах (мітохондріях, пластидах);
• проявом у нащадків ознак, зумовлених ядерними генами, але на формування яких впливає цитоплазма яйцеклітини.

   Про існування генів в органелах (мітохондріях і пластидах), здатних до  само подвоєння, стало відомо на початку ХХ століття під час вивчення зелених і безбарвних пластид у деяких квіткових рослин із мозаїчним забарвленням листків. Позаядерні гени взаємодіють із ядерними і перебувають під контролем ядерної ДНК. Цитоплазматична спадковість, пов’язана з генами пластид, харак-терна для різних видів рослин (наприклад, ротиків). Серед таких рослин є фор-ми зі строкатими  листками, причому ця ознака зумовлена нездатністю частини пластид утворювати пігмент хлорофілу. Після поділу клітини із безбарвними пластинами в листках виникають білі плями, які чергуються із зеленими ді-лянками. Передача строкатості по материнській лінії пояснюється, що під час утворення статевих клітин пластиди потрапляють до яйцеклітини, а не до спер-міїв. Пластиди, які розмножуються поділом, мають генетичну безперервність: зелені пластиди дають початок зеленим, а безбарвні – безбарвним. Під час поді-лу клітини пластиди розподіляються випадково, внаслідок чого утворюються клітини з безбарвними, зеленими або двома типами пластид одночасно.

   Явище цитоплазматичної спадковості, пов’язаної з генами мітохондрій, вивчали на прикладі дріжджів. У цих мікроорганізмів у мітохондріях виявлено гени, які зумовлюють відсутність або наявність дихальних ферментів, а також стійкість до дії певних антибіотиків.

   Вплив ядерних генів материнського організму через цитоплазму яйцеклітини на формування певних станів ознак можна простежити на прикладі ставковика. У цього прісноводного молюска є форми з різними станами спадкової ознаки напрямку закрученості черепашки – лівого або правого. Алель, яка визначає правозакрученність черепашки, домінує над алеллю лівозакрученості, але при цьому напрямок закрученості зумовлений генами материнської особини. Нап-риклад, особини, гомозиготні за рецесивною алеллю лівозакрученості, можуть мати правозакручену черепашку, якщо домінантну алель правозакрученості мав материнський організм.

  

Контрольні запитання до лекції  7 

Закономірності функціонування генів у прокаріотів та еукаріотів

 

1. в чому полягає організація геному?

2. Які особливості цитоплазматичної спадковості

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Самостійна робота № 8

 

      1. Яке значення генетики людини?

      2 Дати відповіді на запитання:

         Які існують методи генетики людини?

         Чи поведінка людини передається спадково?

         В чому особливості поведінки жінок та чоловіків?

       

      Лекція 8  Генетика людини

 

      8.1  Генетика людини, її значення

 

   На планеті Земля не існує двох подібних людей (за винятком одно яйцевих близнюків). Причини цього різномаїття легко зрозуміти з генетичної точки зору.

   Число хромосом у людини (в диплоїдному наборі) дорівнює 46 (23 пари). Кількість спадкових генетичних комбінацій дуже велика. Вже з моменту за-пліднення кожна людина генетично унікальна та неповторна. Дія законів спад-ковості розповсюджується і на людину.

   В останні десятиліття зацікавленість генетикою людини значно виросла у зв’язку з її великим практичним значенням для людства. На даний час в ній чи іншій мірі вивчено спадкування у людини більш ніж 2 000 ознак, нормальних та патологічних. Доведено, існують хвороби, які зумовлені спадковими факто-рами. вчасне розпізнавання цих захворювань важливе для їх профілактики та лікування. Ці успіхи стали можливими після того, як були розроблені методи генетичного дослідження людини.

  

      8.2  Методи вивчення спадковості людини: їх значення та застосування

 

   Вивчення спадковості людини має ряд затруднень. Для людини неможливо застосувати методи експериментальної генетики. Людина розмножується повільно, кожна сімейна пара має відносно невелику кількість дітей. Для вивчення генетики людини застосовують чотири методи:

       1) генеалогічний метод полягає у вивченні родоводу за якомога більшу кількість поколінь. Це дає можливість простежити характер успадкування бага-тьох ознак людини, в тому числі багатьох спадкових захворювань. Деякі ознаки людини спадкуються за доведеними законами Менделя, наприклад, домінантні ознаки: карий колір очей, нормальний зріст, нормальна кількість пальців, пряме волосся; рецесивні ознаки: курчяве волосся, блакитний або сірий колір очей та-кож світлий колір волосся, конопатість, полідактилія (зайві пальці).

    Цим методом доведено, що деякі властивості людини (музичний слух, математичне мислення) зумовлюються спадковими факторами.

   Генеалогічним методом доведено спадкування деяких захворювань (цукровий діабет, шизофренія, здатність захворіти туберкульозом). Ці хвороби мають ре-цесивний характер;

       2) близнюковий метод полягає у вивченні розвитку ознак у одно яйцевих близнюків. За допомогою цього методу можна визначити роль генотипу та фак-торів зовнішнього середовища у формуванні фенотипу. Це дає можливість ви-вчити, як впливає середовище на розвиток фізичних та психічних властивостей людини;

       3) цитогенетичний метод полягає у мікроскопічному дослідженні структури хромосом. Цей метод дає можливість виявляти хромосомні захво-рювання людини, що виникають із зміною структури та кількості хромосом. На даний момент відомо понад ста порушень у  структурі хромосомного набору людини, які супроводжуються відхиленнями від нормального розвитку і тяж-кими хворобами. Прикладом таких захворювань є поява шостого пальця на кінцівках, хвороба Дауна. Ці захворювання пов’язані з появою зайвої хромосоми у  хромосомному наборі людини;

       4) біохімічний метод спадковості дає можливість визначати порушення нормального ходу обміну речовин, які спричиняють патологічний стан людини. Ці відхилення від нормального ходу обміну речовин можуть бути зумовлені по-рушеннями гормонального стану організму людини (цукровий діабет).

 

Контрольні запитання до  лекції 8

Генетика людини

 

1. В чому суть біохімічного методу генетики людини?

2. Як застосовується близнюків метод?

3. Який метод використовують при передачі спадкових захворювань?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Самостійна робота № 9

 

      1. Охарактеризуйте селекцію як науку.

      2. Які є досягнення в селекції рослин, тварин, мікроорганізмів?

      3. Які основні центри походження рослин?

      4. Які методи застосовують в селекції?

 

      Лекція 9  Селекція рослин, тварин та мікроорганізмів

 

      9.1  Селекція рослин, тварин та мікроорганізмів

 

   Селекція (від лат. Selectio – добір) – наука про створення нових і поліпшення існуючих сортів культурних рослин, порід свійських тварин і штамів мікроор-ганізмів, які використовує людина.

   Теоретичною базою селекції є генетика і еволюційне вчення. Академік М.І.Вавилов даючи визначення селекції як науки, визначив її комплексність і вказував, що для успішної роботи в галузі селекції потрібно враховувати вихідне сортове і видове різномаїття їхніх генотипів, роль  середовища в розвитку і про-яву спадкових ознак, закономірності успадкування при гібридизації, вплив при-родного добору і форми штучного добору, що спрямовані на виявлення і укріплення цінних ознак. 

   Породами свійських тварин і сортами культурних рослин називають  популяції організмів, створених людиною. Кожний сорт рослин і порода свійських тварин характеризуються своїми спадковими особливостями, морфологічними і фізіолог-гічними ознаками, певною продуктивністю і нормою реакції на зовнішнє середо-вище. Кожний сорт рослин і порода тварини найбільш повно проявляють свою продуктивність лише в певних умовах, для яких вони виведені.

   Порода і сорт можуть включати в себе тварин і рослин з нетотожними генотипами, що дає матеріал для селекції і поліпшення цінних для господарства ознак. З іншого боку створюють лінійні групи, що отримують у результаті  самозапилення однієї рослини або близько спорідненого схрещування (інгиб-ридингу) у перехреснозапильних рослин і у тварин. Лінійні групи рослин і тварин характеризуються високою гомозиготністю. При розведенні їх у потомстві немає розщеплення і господарські ознаки зберігаються у всіх представників даної лінії, але подальший добір у межах чистих ліній неефективний.

   Завдання сучасної селекції – підвищення продуктивності сортів рослин і порід тварин, але в даний час важливими факторами інтенсифікації рослинництва і тваринництва  стає  переведення їх на промислову основу, створення  коротко-стебельних  сортів,  зернових  культур,  придатних  до  збирання комбайном, сор-тів винограду, томатів, чайних кущів, бавовнику, пристосованих до збирання вро-жаю машинами, сортів овочевих культур для вирощування в теплицях. У тварин-ництві – створення груп тварин, придатних для утримання у  тваринницьких комплексах, великої рогатої худоби придатної для машинного доїння.

   У нашій країні існує розгалужена сітка селекційних установ: інститути, селек-ційні станції, сортовипробувальні ділянки, племінні господарства. У своїй роботі селекціонери використовують всю різноманітність дикорослих рослин і одомаш-нених тварин, бо чим різноманітніший вихідний матеріал, тим успішніше будуть реалізовані завдання, що стоять перед селекціонерами. Велике значення мають природна мінливість і штучне отримання мутацій. Багатий матеріал дають внут-рішньовидова і віддалена гібридизація.

 

      9.2  Центри різноманітності й походження культурних рослин

    

   Успіхи роботи селекціонерів багато в чому залежать від правильного вибору вихідного матеріалу. Методом пошуку вихідного матеріалу займався видатний генетик та селекціонер М.І.Вавилов. Під його керівництвом і при безпосередній участі були організовані експедиції по всій території колишнього Радянського Союзу, Ірану, Афганістану, Середземномор’я, Абіссінії (Ефіопії), Центральної Азії, Японії, Північної, Центральної та Південної Африки. В результаті цієї роботи М.І.Вавилов вивчив світові рослинні ресурси і встановив, що найбільшу різноманітність форм виду зосереджено в тих районах, де цей вид виник. На підставі вивчення зібраних матеріалів він виділив сім основних центрів культурних рослин:

1. Південноазіатський тропічний  – батьківщина рису, цукрової тростини, бананів, кокосової пальми тощо;
2. Східноазіатській – батьківщина проса, гречки, груші, яблуні, сливи, ряду цукрових буряків тощо;
3. Південно-західноазіатський – батьківщина пшениці, гороху, сочевиці, бавовнику тощо;
4. Средиземноморський – батьківщина маслини, буряків, капусти тощо;
5. Абіссінський – батьківщина твердої пшениці, ячменю, кавового дерева;
6. Центральноамериканський – батьківщина кукурудзи, американської квасолі, гарбуза, перцю, какао, американського бавовнику тощо;
7. Південноамериканський – батьківщина картоплі, тютюну, арахісу, хінного дерева, ананасу тощо.

   М.І.Вавиловим зібрана найбільша в світі колекція культурних рослин, які і сьогодні використовуються селекціонерами в їхній практичній роботі. Так, відомий сорт озимої пшениці Безоста і був отриманий П.П. Лук’яненком у результаті гібридизації взятих із колекції Вавилова аргентинських пшениць, схрещених з місцевими сортами.

 

      9.3  Методи, що використовуються в селекції

 

   Основними методами, що використовуються селекціонерами є підбір, гібридизація, добір виховання (керування домінуванням). Гібридизація спира-ється на комбінаторну мінливість. Завдяки їй вдається в одному гібридному організмі поєднувати цінні ознаки, які раніше існували у різних сортів і порід тварин. Звичайно для цього потрібно належним чином підібрати вихідний матеріал, а потім відібрати найкращі якості із гібридного потомства вихідного матеріалу.

   Розрізняють дві форми добору: масовий і індивідуальний. Масовий добір ґрунтується на доборі за фенотипом; відбираються особин, що відповідають певному стандарту, але один і той самий фенотип може зумовлений різними ге-нотипом, а один може дати (в межах норми реакції) різні фенотипи, тобто слід враховувати і вплив природного добору, який завжди супроводжується штучний.

   Деякі інші ознаки проявляються лише у однієї статі, наприклад, кількість і якість молока, несучість і т.п. За фенотипом визначити генотип самця немож-ливо, тому відбір лише за фенотипом не дає можливості оцінювати спадкові властивості плідників. Це природно уповільнює досягнення поставленої мети.

   Індивідуальний добір базується на відділенні особин з відомим генотипом за аналізом продуктивності потомства. Тому при індивідуальному доборі бажаний результат досягається швидше. При доборі робота селекціонера розпочинається із створення групи особин з однаковими генотипами. Найлегше це отримати у самозапильних рослин.

   Потомство однієї самозапиленої рослини, яке має однорідний гомозиготний генотип називається чистою лінією.

   Однорідність генотипу у перехреснозапильних рослин і у тварин досягається схрещуванням близько споріднених форм (інбридингом). Таким шляхом може бути отримана група особин однаковим гомозиготним генотипом. Вони отримали назву інбредних ліній. Генотип чистих і інбредних ліній більш-менш стабільний, але і в них відбуваються мутації, тому їх стабільність не абсолютна. Чисті та інбредні лінії мають знижені життєздатність, стійкість проти захворювань, тому в селекційній практиці звичайно створюють кілька чистих (інбредних) ліній, між якими потім проводять схрещування. Це називається між лінійною гібриди-зацією, яка в ряді випадків спричинює створення високопродуктивних рослин і тварин.

   Гетерозис (гібридна сила) може спостерігатися в першому поколінні при гібридизації між різними породами тварин і сортами рослин (зокрема, інбредних ліній). Проявляється він у підвищенні життєздатності, росту і ряду інших особи-востей, в зв’язку з чим широко використовується в сільськогосподарській прак-тиці. Для отримання найбільшого ефекту від гетерозису при міжлінійній гібри-дизації створюють ряд відмінних між собою чистих ліній, потім випробовують гібридизацію між ними і встановлюють ті комбінації,  які  дають

найбільший економічний ефект гетерозису. Ці  лінії  зберігають  і  використову-

ють для отримання товарного гібридного насіння.

   Найбільший економічний ефект від використання гетерозису отриманий у кукурудзи: підвищення врожаю зерна на 20 - 30%. Ефект гетерозису добре виражений у цукрових буряків, ряду овочевих культур (цибуля, огірки, томати, сині, сорго) та інші. У птахівництві при схрещуванні несучих порід курей, напри-клад, леггорнів з австралорпами, род-йлендами та іншими, несучість гібридів зростає на 20 -25 яєць на рік. Схрещування м’ясних порід курей поліпшує якість і прискорює темп росту курчат. Такі гібриди курчата отримали назву бройлерів.

   У свинарстві, вівчарстві, скотарстві міжпородні схрещування підвищують швидкість дозрівання, збільшення живої маси, якість м’яса.

   Ефект гетерозису може бути закріплений при вегетативному розмноженні рослин (картопля, плодові дерева) або шляхом подвоєння кількості хромосом, тобто поліплоїдії.

   Існує кілька гіпотез для пояснення причин гетерозису. Згідно з однією, у гібридів збільшується кількість домінантних генів, які впливають на розвиток сприятливої ознаки. Наприклад, якщо на інтенсивність росту позитивно впли-вають домінантні гени А і В, то в результаті схрещування представників двох рас з генотипами Аавв і ааВВ гібрид АаВв виявляється вищім від батьківських форм. За другою гіпотезою, в ряді алелей гетерозиготи можуть мати більш виражені ознаки, ніж домінантні гомозиготи. Можливо, після більш детального дослід-ження явища гетерозису обидві гіпотези виявляються взаємодоповнювальними.

   Поліплоїдія. Велику роль у створенні нових сортів рослин відіграє поліплоїдія. поліплоїдні форми зустрічаються у багатьох рослин. не виключено, що еволюція деяких груп квіткових рослин йшла шляхом поліплоїдізації. Більшість культурних рослин – поліплоїдні, вони економічно вигідніші диплоїдних. У поліплоїдний рослин клітини звичайно мають більші розміри і вся рослина більша за диплоїдну. Поліплоїди часто більш стійкі до несприятливих факторів середовища. На півночі і в горах багато рослин поліпоїдів. В експериментах і в селекційній практиці для отримання поліплоїдних рослин діють на них різними факторами зовнішнього середовища: підвищеною радіацією, хімічними речовинами, критичними температурами. Наприклад, для отримання поліплоїдів досить зручним виявився колхіцин, оскільки він руйнує при мітозі веретено поділу, але не перешкоджає поділу хромосом.

   Селекціонери часто використовують для отримання поліплоїдних форм мута-гени. В нашій країні в останні роки широко розповсюдження набули високо-урожайні поліплоїдні сорти гречки, цукрових буряків, проса, кукурудзи, льону, редиски та деяких інших рослин.

   Віддалена гібридизація відіграє суттєву роль у селекції. Звичайно схрещу-ються сорти, які відносяться до одного виду, але іноді проводять схрещування міжвидове і міжродове. Виведені перспективні гібриди пшениці і пирію, жита і пшениці, пшениці і ячменю (трітікале) та інші.

   Основна складність створення стабільних гібридних форм виникає через без-плідність більшості отриманих гібридів. Причина безплідності полягає  в  тому,

що батьківські форми негомологічні хромосоми під час мейозу не можуть кон’югувати, а отже, не можуть утворювати у гібридів гамети.

   Вихід із цього положення був знайдений генетиком Г.Д.Карпеченком. Він отримав гібрид редиски і капусти. Кожний із вихідних форм батьків мав по 18 хромосом у диплоїдному наборі. Спершу хромосомний набір гібрида складався також з 18 хромосом, куди входив гаплоїдний набір хромосом капусти (9 хромосом) і гаплоїдний набір хромосом редиски (9 хромосом). Оскільки хромосоми вихідних  батьківських видів були негомологічні, то кон’югація між ними не відбувалася, мейоз не здійснювався, статеві клітини не утворювалися. Гібрид був безплідний. Г.Д.Карпеченко домігся подвоєння числа хромосом (тобто був отриманий тетраплоїд). Зараз у клітинах гібрида був диплоїдний набір хромосом капусти і диплоїдний набір хромосом редиски. Мейоз став можливим. Гібрид виявився здатним до розмноження. Метод отримання поліплоїдних міжвидових гібридів знайшов значне поширення в світовій селекційній практиці.

   Методи роботи І.В.Мічуріна. У своїй роботі І.В.Мічурін широко  користувався гібридизацією.. При цьому він враховував складну природу гібридів. Він вважав, що гібридні сіянці проходять на тих чи інших стадіях розвитку критичні періоди, під час яких і відбувається реалізація різноякісних батьківських генів. Базуючись на цьому припущенні І.В.Мічурін застосував прийоми виховання сіянців, впливаючи на них факторами середовища. Він використовував різні способи обробітку ґрунту, внесення добрив, метод ментора.

   Метод ментора полягає в тому, що в крону молодого гібридного сіянцю (підщепи) щепили живець від того сорту, властивості якого бажано було мати в гібрида. Іноді і гібрид щепиться на відповідну прищепу.

   Результативність менторального впливу залежала від тривалості дії ментора, співвідношення віку ментора, гібрида та ступеня розвитку їхнього листя. Чим старіший ментор, чим більше його крона порівняно з гібридною прищепою та чим триваліша дія, тим ефективніший результат.

   І.В.Мічурін широко використовував також і віддалену гібридизацію. Він встановив, що при гібридизації південних сортів з місцевими звичайно домінують ознаки місцевих сортів. Щоб уникнути цього, він підбирав вихідні форми з різних географічних районів, тобто схрещувалися географічно віддалені форми. Так, сорт груші Бере зимова він вивів завдяки гібридизації південного французького сорту Бере Рояль з дикою уссурійською грушею. При такій гібридизації у гібрида спадкова основа вихідних батьківських форм виявляється в незвичайних природних умовах. Змінюючи умови вирощування гібридів, Мічурін виховував у них господарської цінні ознаки, взяті як одного, так і від другого із батьків. У даному конкретному випадку сорт Бере зимова успадковував від південного батька великі плоди, високі смакові якості і можливість тривалого зберігання, а від уссурійської груші – морозостійкість.

   У зв’язку з тим, що організми під впливом середовища можуть змінюватися в межах норми реакції. Можна зовнішніми факторами впливати на фенотиповий прояв ознак. Цим користувався Мічурін при вирощуванні плодових  дерев,  змі-          

нюючи певні умови на різних стадіях онтогенезу. Домінування ознак, які в навко-лишньому середовищі зустрічають більш сприятливі умови для свого розвитку, Мічурін назвав керуванням домінуванням.

   Щоб подолати несхрещуваність при віддаленій гібридизації, Мічурін розробив ряд методів:

• метод вегетативного зближення полягає в попередньому щепленні од-ного виду рослин на інший, внаслідок цього змінюється хімічний склад тканин, що, мабуть, сприяє проростанню пилкових трубок в маточці ма-теринської рослини. Так можна домогтися запліднення при гібридизації таких видів, які звичайно не схрещуються. Саме завдяки цьому методу було отримано гібриди груші і горобини, яблуні і груші;
• метод посередника полягає ось у чому: якщо схрещування між двома віддаленими формами (А і В) не вдається, то підшукують третю (С), яка схрещується з однією з перших двох (наприклад з А). Добутий від цього схрещування гібрид (Д), що має розхитану спадковість, порівняно легко схрещується з другою з двох спочатку намічених для гібридизації форм (з В). Гібрид Д і є «посередником», зв’язуючою ланкою між А і В. Цим методом Мічурін вивів сорт північного персика;
• метод суміші пилку реалізується через використання для штучного за-пилення суміші пилку кількох сортів батьківського виду і материнської рослини, а іноді ще й з додаванням пилку інших видів рослин. Суміш складалася в певних кількісних поєднаннях, що створювало найсприят-ливіші умови для запліднення, тобто серед безлічі пилкових клітин вияв-ляється найбільш біологічно відповідні жіночій гаметі і запліднення здійсниться;

   Більшість виведених І.В.Мічуріним сортів були складними гетерозиготами. Щоб зберегти їхні якості, їх розмножують вегетативно: відсадками, щепленням тощо, бо при статевому розмноженні вони будуть розщеплюватися.

   Мічурін багато  уваги приділяв акліматизації південних плодових рослин і поклав початок просуванню на північ винограду, абрикоса, черешні тощо.

   Велика заслуга по введенню нових сортів сільськогосподарських рослин належить М.В.Цицину, П.П.Лук’яненко, В.М.Ремеслу, Ф.Г.Кириченко, В.Є.Писа-реву, В.С.Пустовойтову, І.М.Хаджінову та іншим.

   М.В.Цицин розробив теоретичні основи створення нових видів  і форм  рослин шляхом гібридизації культурних і декоративних рослин. Він вивів пшенично-пирійний, пшенично-емусні, житньо-пирійні та інші гібриди, які є практично новими видами рослин.

   Значним досягненням селекціонерів є сорти озимих пшениць Безоста, Аврора, Кавказ, які вивів Лукашенко. В них сконцентровані цінні властивості: порівняно коротка і міцна солома, висока врожайність, зимостійкість, високі якості бо-рошна. На сьогодні ці сорти у світовому землеробстві займають перше місце за посівами понад 11 млн. га. В.М.Ремесло вивів ряд сортів озимої пшениці: Миронівська 264, Миронівська Ювілейна, Міронівська 807, Іллічівка та інші, площі під якими становлять більш ніж 11% світових озимих пшениць. На їх ос-

нові створено близько 40 нових сортів пшениць. Деякі з них можуть давати вро-жаї до 100 ц/га. Сорт Миронівська Ярова також має велику продуктивність, його врожаї досягають 45 – 64 ц/га.

   Ф.Г.Кириченко вивів ряд зимостійких сортів озимої м’якої пшениці, таких як Одеська З, Одеська 12, Одеська 16, Одеська 26, Степова. Вперше створена ози-ма тверда пшениця, найбільш врожайні сорти якої: Мічурінка, Новосічурінка, Одеська Ювілейна.

   В.Є.Писарєв вивів ряд нових високоврожайних сортів пшениці. методом клітинної інженерії  отриманий новий сорт пшениці Киянка із високою вро-жайністю і стійкістю до захворювань.

   І.М.Хаджінов домігся великих успіхів у селекції кукурудзи. Він одним з перших відкрив явище цитоплазматичної чоловічої стерильності у кукурудзи і використав її для поліпшення насінництва цієї культури. Він вивів понад 20 ви-сокопродуктивних гібридів кукурудзи, із них 14 – подвійних міжлінійних гіб-ридів.

   Т.Є.Тарасенко та І.Д.Проходжай вивели високоврожайні сорти ярового яч-меню: Донецький 4 та Донецький 6, які районовано в багатьох областях України.

   Великою популярністю користуються сорти картоплі, які вивела Лебедєва.

    Ряд поліплоїдних сортів буряків отримані М.П.Дубиніним, А.Н.Лутковим, В.О.Паніним.

   В.С.Пустовой створив понад 20 високоолійних стійких до хвороб сортів соняшника. Вміст жиру в абсолютно сухому насінні становить понад 55% (вміст у вихідних формах не перевищував 35%).

   Селекція тварин. Усі свійські тварини походять від диких предків, раніше інших тварин у середині кам’яного віку був одомашнений собака; предками його є вовк, можливо шакал. у кінці кам’яного віку одомашнені свині, велика рогата худоба, пізніше – коні. Свині походять від диких європейських і азіатських кабанів, вівці – від диких європейських овець, козли – від гвинторогого козла, велика рогата худоба – від тура, коні – від торпана і коня Пржевальського. З глибокої давнини людина веде безперервний добір свійських тварин, залишаючи на розплід, як плідників, ті особини, в яких та чи інша спадкова отака була найпомітнішою і найбільше задовольняла вимогам (економічним, естетичним тощо). Усі інші особини не допускалися до розмноження і використовувалися для задоволення господарських потреб (на м'ясо, як робоча худоба тощо). спочатку цей добір був несвідомим (для задоволення потреб, без мети поліпшення чи виведення), а потім поступово став набирати характеру добору.

   Завдяки добору протягом тисячоліть сформувалися численні місцеві породи пристосовані до специфічних умов різних територій проживання людини і її потреб. На сьогодні при виведенні нових і поліпшенні існуючих порід свійських тварин селекціонери користуються в принципі тими ж методами, що і в рослинництві.

   Велике значення має підбір плідників по-господарські цінних ознаках і екстер’єру тварин. Екстер’єр – сукупність фенотипічних ознак тварин. Беруться

до уваги будова тіла і співвідношення розмірів частин тіла, оскільки зовнішні форми тварин та її внутрішні якості в взаємопов’язані. За екстер’єром визачають породність тварин, типомість, індивідуальні особливості, вікову мінливість, кондицію, стан здоров’я і тип продуктивності.

   При селекції коней, свиней, овець, м’ясних порід великої рогатої худоби плід-ники оцінюються за фенотипом (екстер’єром) і за якістю потомства від них. При селекції великої рогатої худоби молочних порід добір проводиться в три етапи. Попередній добір самців ґрунтується на відомостях про молочність матері, сестер і ознаках екстер’єру. Потім лініюють плідників по продуктивності потомства. Нарешті, кращих плідників схрещують з дочками, щоб з’ясувати, чи не мають вони летальних чи інших небажаних генів. Від доброго самця можна дістати велике потомство, особливо якщо застосувати штучне запліднення.

      

     9.4  Праці М.Ф.Іванова

 

   Велика заслуга по створенню нових порід свійських тварин належить видат-ному селекціонеру М.Ф.Іванову, який вивів висопродуктивні породи свиней і овець. Робота проводилась в Асканії-Нова.

   Завезені в Україну висопродуктивні білі англійські свині виявилися непросто-сованими до місцевих умов. Навпаки, місцева безпородна свиня харак-теризувалась витривалістю, доброю плодючістю, невибагливістю, але мала погані м’ясні якості. Селекціонер провів схрещування кнуру білої англійської породи з матками місцевої породи. Гібридні самки першого покоління знову були схрещенні з чистопородним кнуром білої англійської породи із потомства були відібрані плідники з найбільш цінними ознаками, добре пристосованими до місцевих умов. Від них спочатку отримали кілька інбредних ліній тварин, у результаті схрещування між якими вивели нову породу свиней – українську степову білу.

   Користуючись тим же методом, М.Ф.Іванов вивів нову породу овець – асканівську тонкорунну.

   Віддалена гібридизація свійських тварин. Схрещування свійських тварин з дикими предками дає плодюче потомство і може  бити використане з метою селекції. М.Ф.Іванов у результаті схрещування тонкорунних овець з одним із підвидів диких баранів (муфлоном) отримав нову породу гірського мериноса. Казахський архарометинос також виведений в результаті схрещування. У ре-зультаті схрещування великої рогатої худоби з горбатою худою (зебу) отримали цінні групи молочної худоби.

   У більшості випадків міжвидові гібриди безплідні, оскільки у них не здій-нюється мейоз. Проте таке  потомство  може  мати  дуже  велике  значення  для практики, оскільки у них добре виражений гетерозис. Гібриди кобили з ослом – мули дуже витривалі, мають велику фізичну силу, за тривалістю життя значно перевищують батьківські форми, гібриди яка з  великою  рогатою  худобою пере-важають вихідні форми за масою і здатністю до відгодівлі. У гібридів яка і великої рогатої худоби безплідні самці, самки ж плодючі. Гібриди одногорбного і двогорбого верблюдів також переважають вихідні види за розмірами і працездатністю. Тому для отримання таких гібридів з давніх давен проводились міжвидові схрещування.

   Селекція відіграє певну роль в збереженні різноманітності органічного світу. коли на початку ХХ ст. в Європі збереглися лише поодинокі особини зубрів, то для рятування виду було проведено схрещування зубрів з бізонами. Збереглося кілька груп цих тварин у зоопарках і заповіднику Асканія-Нова. Для врятування виду і збереження гетерозиготності відбувається обмін окремими особинами між зоопарками різних країн. Проведена гібридизація із свійськими кіньми і гібридів – з дикими кіньми. Частина коней Пржевальського відправлена на батьківщину, в Монголію, для відновлення зниклої популяції.

 

      9.5  Селекція мікроорганізмів

 

   Ряд галузей харчової промисловості  зв’язаний з діяльністю мікроорганізмів (випікання хлібу, виноробство, пивоваріння, отримання спирту, молочнокислих продуктів тощо). Лікарські речовини – антибіотики також отримують ся в ре-зультаті діяльності мікроорганізмів. Для вдосконалення їхньої продуктивності використовуються методи селекції. Рентгенівськими променями і хімічними речовинами прискорюють мутагенний процес і шляхом добору створюють кращі раси (штами) мікроорганізмів. Цим шляхом у селекційних рас вдалося підвищити в тисячі разів вихід ряду антибіотиків (пеніцилін) у порівнянні з вихідними штамами мікроорганізмів, взятими для селекції із природи. Отримані дріжджові гриби, які синтезують кормовий білок із парафінів нафти, природного газу, відходів рослинництва. В кондитерській промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку дістають в результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. У світі на сьогодні виробляється близько 400 тис. т цього продукту. Таку кількість не змогли ю забезпечити жодні цитрусові плантації.

   Створюються штами мікроорганізмів, що здатні добувати цінні метали із руд, промислових відходів для виробництва бактеріальних добрив, стимуляторів росту і мікробіологічних засобів захисту рослин від шкідників і хвороб.

   Для отримання зазначених та інших речовин за допомогою мікроорганізмів виник цілий напрям народного господарства – мікробіологічна промисловість. Промисловість сьогодні дістає багато амінокислот, які використовують як кормові добавки, вітаміни тощо.

 Основні напрямки біотехнології. Біотехнологією називають свідоме виробництво необхідних людині продуктів і матеріалів за  допомогою  біологіч-

них об’єктів і процесів. Біотехнологія виникла на зорі цивілізації, коли первісні люди навчилися не просто збирати корисні для них рослини, а вирощувати їх на оброблювальних полях, не тільки полювати на диких звірів, але і розводити свійських тварин. Ця первісно біотехнологія значно полегшила життя людини, бо вона стала отримувати значно більше їжі і сировини для виготовлення одягу. Поступово біотехнологія удосконалювалася, люди стали створювати нові сорти культурних рослин і породи свійських тварин, вчились краще їх використовувати.

   На початку ХХ ст., коли, здавалося б, людина навчилася отримувати від природи все що можна, виникла нова наука – генетика, проте пройшло майже 50 років, доки її результати стали приносити користь. Шляхом свідомого поєднання випадкових спадкових змін (мутацій) люди стали створювати все досконаліші сорти і породи, а також різновиди (штами) корисних мікроорганізмів, на основі яких виникла мікробіологічна промисловість.

   У 50-х роках нашого сторіччя виникла нова наука – молекулярна біологія, а ще через 20 років на її основі – генетична інженерія. Всього 10 років знадобилося їй, щоб дати біотехнології нову зброю: принципову можливість свідомо створювати організми, які продукують ті продукти і здійснюють ті процеси, що необхідні людині. Тобто можна сказати, що виникла нова біотехнологія, яка обіцяє людині небувалий прогрес.

   Для досягнення мети  в генній інженерії використовують такі способи: злиття соматичних клітин або протопластів різних клітин одного виду або навіть різних видів організмів (соматична гібридизація), перенесення ядер із клітини в клітину, хромосом або їх фрагментів (клітинна інженерія) або окремих генів (генна інженерія). Суть генної інженерії полягає в штучному створенні (хімічний синтез, перекомбінація відомих структур) генів з конкретними необхідними для людини  властивостями і введення його у відповідну клітину (на сьогодні це частіше всього бактеріальні клітини, наприклад, кишкова палика) – створення «штучної» бактерії – лабораторії по виготовленню необхідного для людини продукту.

   Методи генної інженерії дозволили здійснити синтез деяких білків у промислових кількостях. Поки що виявилось можливим і економічно виправданим лише для кількох білків людини, які використовуються в  медичній практиці і є високо специфічними, тобто, не можуть бути замінені аналогічними білками тварин. мова іде перш за все про інсулін, інтерферон і гормон росту – соматотропін. Список цей розширюється.

 

Контрольні запитання до  лекції 9

Селекція рослин, тварин та мікроорганізмів

 

1. Яка роль робіт Вавилова для розвитку селекції?

2. Які методи застосовують в селекції рослин, тварин, мікроорганізмів?

3. В чому суть поліплоїдії?

      Самостійна робота № 10

 

      1. Які речовини беруть участь у колообізі речовин?

      2. Що таке природний колообіг речовин?

      3. Складіть тестові запитання до теми..

     

      Лекція 10  Кругообіг речовин   

 

        10. 1  Кругообіг речовин та енергії   

    

      Між неорганічним (абіотичним) середовищем та угрупованням організмів у ній існують тісні матеріально-ресурсні  зв’язки та взаємодії. Завдяки цим взаємодіям організми отримують  необхідні для них елементи живлення, воду та енергію і виділяють у середовище органічні сполуки. Ці органічні речовини надходять у середови-ще як за життя організмів (дихання, екскремація, дефекація) так і після їх відми-рання (розкладання трупів та їх решток). Отже, угруповання організмів утворюють разом з неорганічним середовищем певну систему, в якій потік енергії речовин та енергії залишається як кругообіг. Для підтримання такого кругообігу в екосистемі потрібні певний запас неорганічної речовини в засвоюваній організмами формі та наявність таких екологічних  груп організмів: продуцентів – автотрофних організ-мів, що утворюють органіч-ну речовину з неорганічної; консументів – перетворю-ють органічну речовину  на неорганічну; редуцентів – живляться мертвою органіч-ною речовиною,  перетворюючи її знову в неорганічні сполуки.

      До продуцентів належать вищі зелені  рослини та деякі бактерії. Вищі рослини утворюють органічні речовини з неорганічних у процесі фотосинтезу за допомогою сонячної енергії. Бактерії  (нітро-, залізо-, сіркобактерії) синтезують органічну речовину за допомогою енергії, яка виділяється  внаслідок  окислення аміаку, сполук заліза, сірки.

      Консументи не здатні самостійно утворювати органічну речовину з неор-ганічної, тому живляться автотрофами. Їх  ще називають гетеротрофами. Для ге-торотрофів також потрібні кисень і вода. До них належать усі тварини, частина мікроорганізмів, паразитичні рослини та інш.

      Редуцентами (детритофагами) є організм, що живляться мертвою органічною речовиною.

      До цієї групи організмів належать переважно бактерії та гриби, які перетворю-ють складні органічні  сполуки  на прості неорганічні.

      У  різних екосистемах ступені замкненості біологічного кругообігу неодна-кові. Наприклад, для лісу, озера, степу він збалансований, а для інших екосистем (крутосхили, річкові потоки) характерним є істотне виникнення речовин за їх  межі, тому стабільність їх підтримується за рахунок надходження речовин із зовні.

 

        10.2    Джерела і кількість енергії в біосфері

 

      Біосфера – відкрита термодинамічна система, що одержує енергію у вигляді про-менистої енергії Сонця й теплової енергії процесів радіоактивного розпаду у земній корі та ядрі планети. Радіоактивна енергія, частка якої в енергетичному балансі планети була значною на абіотичних фазах, нині не відіграє помітної ролі в житті біосфери, й основне джерело енергії сьогодні – це сонячне випро-мінювання. Велика  частина енергії  відбивається  від  хмар,  пилу й земної поверхні, нагріває атмосферу, літосферу, Світовий океан, після чого розсіюється  в космічному просторі у вигляді інфрачервоного випромінювання (42%) витрачається на випаровування води й утворення  хмар (23%), на  переміщення повітряних мас – утворення вітру (= 1%). Лише 0,023% сонячної енергії, що потрапляє на Землю, вловлюють продуцентами – вищими рослинами, водоростями, фототрофними бактеріями – й запасається в процесі фотосинтезу у вигляді енергії хімічних  зв’язків і органічних сполук. За рік у результаті фотосинтезу утворюється  = 100 млрд. т. органічних речовин, в яких запасається енергія.                                                 

      Ця  зв’язана енергія далі використовується консументами й редуцентами в ланцюгах   живлення, і за її рахунок жива речовина виконує роботу – концентрує, транспортує, акумулює й перерозподіляє хімічні елементи в земній корі, роздрібнює та агрегує неживу речовину. Робота живої речовини супроводжується  розсіянням  у  вигляді тепла майже всієї  запасеної в процесі фотосинтезу соняч-ної енергії. Лише частки процента цієї, фотосинтетичної енергії  не потрапляють у ланцюги живлення й концентрується в осадових породах  у вигляді органічної речовини торфу, вугілля, нафти та природного газу.  

      Отже,  в процесі роботи, яку здійснює біосфера,  вловлена   сонячна енергія транспортується, тобто йде на виконання так званої корисної роботи, й роз-сіюється.  Ці два процеси підпорядковуються двом фундаментальним законам – першому та другому законам термодинаміки.

      Перший закон термодинаміки часто називають законом  збереження енергії. Це означає, що енергія не може бути ні народжена, ні знищена, вона може бути лише транспортована з однієї форми в іншу. Кількість енергії при цьому не змінюється.

      В екологічних системах відбувається багато перетворень енергії: промениста енергія  Сонця  завдяки фотосинтезу перетворюється на енергію хімічних зв’язків органічної речовини продуцентів, енергія запасена продуцентами ; на енергію акумульовану в органічній речовині консументів різних рівнів, і т.д. Сучасне людське суспільство також перетворює величезні кількості енергії на іншу.

      Другий закон термодинаміки визначає напрям якісних змін енергії в процесі її трансформації з однієї форми в іншу.

      Закон описує співвідношення корисної та марної роботи під час переходу енергії з однієї форми в іншу і дає уявлення про якість самої енергії.

      За будь-якої трансформації енергії лише частина її витрачається на виконання корисної роботи. Решта ж безповоротно розсіюється у вигляді тепла, тобто здійснюється марна робота, пов’язана зі збільшенням швидкості безладного руху частинок. Чим більший процент енергії витрачається на виконання корисної роботи, й чим менший процент при цьому розсіюється у вигляді тепла, тим вищою вважається якість початкової енергії. Високоякісна енергія може бути  без додаткових енергетичних затрат трансформована в більшу кількість інших видів енергії, ніж низькоякісна.

      Енергія найнижчої якості є енергія невпорядкованого броунівського руху; тобто  теплова. Її не можна використати для виконання корисної роботи. Кількість енергії найнижчої якості, не  придатної для здійснення корисної роботи, називається ентропією.

      Ентропія – це міра дезорганізованої, безладу, випадковості систем та процесів. За другим законом термодинаміки, будь-яка робота супроводжується трансфор-мацією високоякісної енергії в енергію нижчої та найнижчої якості – тепло– й призводить до зростання ентропії.

      Всесвіт закрита система, й  у ньому ентропія постійно зростає. Натомість біо-сфера є відкритою системою, яка підтримує власний низький рівень ентропії, використовуючи для цього джерело якісної променистої енергії – Сонце – й розсіюючи в космічний простір низькоякісну теплову енергію. Крім ентропії  фізичної, в екології використовують  поняття «ентропія екологічна».

      В Космосі зростає з плином часу, але всередині хаосу існують острівці порядку. Однак із найважливіших серед них – життя. Живі системи за рахунок високовпорядкованої енергії Сонця з низько впорядкованих компонентів довкілля створюють свій, вищий ніж у довкіллі, порядок. За популярним серед фізиків висловом, живе живиться енергією, вона живиться чужим порядком. В процесі самоврядування жи-ва  речовина  необоротно  розсіює  тобто  створює  ентропію екологічну.

 

        10.3   Потік енергії в ланцюгах живлення

 
      Потік енергії в ланцюгах живлення залежить від довжини конкретного ланцюга, яка визначається кількістю трофічних рівнів. Продуценти, що синтезують органічну речовину, належать до першого трофічного рівня. Консументи, які поїдають органічну речовину продуцентів, наприклад травоїдні тварини (фітофаги), - до другого рівня; консументи, котрі поїдають фітофагів (наприклад, хижаки, що поїдають травоїдних) перебувають на третьому рівні й т.д. Редуценти, які розкладають органічні речовини на мінеральні компоненти, перебувають на останньому трофічному рівні й завершують ланцюг живлення. Вони остаточно вивільнюють енергію, зв’язану раніше продуцентами.

      Поїдаючи або розкладаючи органічну речовину представників попереднього трофічного рівня, консументи чи редуценти дістають речовину й енергію, необхідні для процесів метаболізму, побудови й підтримання власного тіла. П при цьому близько 90 % енергії, запасеної в спожитій органіці, розсіюється у вигляді тепла і лише в середньому 10% використовується на побудову та підтримання тіла того, хто цю  органічну речовину споживає.

 

        10.4   Кругообіг речовин у біосфері

 

      Існування життя на Землі залежить не лише від потоку енергії, а й від кругообігу речовин у біосфері. Будь-які живі організми дістають із довкілля хімічні елементи, котрі потім використовують на побудову чи підтримання своїх тіл і на забезпечення процесів розмноження.  Всього відомо близько 80 елементів, необхідних біоті. З продуктами життєдіяльності або після смерті ці елементи знову потрапляють у довкілля – атмосферу, гідросферу чи літосферу, й у подальшому використовуються іншими організмами. Отже, в біосфері постійно відбувається кругообіг речовин.

      Хімічні елементи, які використовуються живою речовиною у великих кількостях і зазвичай становлять не менше як 0,1% загальної маси організму, називають макроелементами. До макроелементів належать кисень, водень, азот, фосфор, сірка, калій, магній,  кальцій. Усі ці елементи за винятком кисню і водню, називають також біогенними елементами, оскільки жива речовина вибірково й у значній кількості поглинає їх з неживого середовища й концентрує в клітинах. Елементи, необхідні організмам у менших кількостях (до 0,1%) належать до мікроелементів. Це мідь, цинк, молібден, бор, йод, силіцій та інш.

 

        10.4.1    Кругообіг кисню і водню

      Кисень і водень входять до складу всіх органічних сполук. Вони поглинаються продуцентами в складі води і вуглекислого газу в процесі фотосинтезу, всіма іншими організмами – з органічною речовиною, створеною продуцентами, під час дихання й уживання питної води. Як кінцеві продукти біологічного кругообігу, водень і частина кисню повертається в неживе середовище також у вигляді води, а кисень, окрім того, виділяється в молекулярній формі в атмосферу рослинами-продуцертами як один із кінцевих продуктів фотосинтезу.

 

        10.4.2    Кругообіг вуглецю

      Вуглець – це основа органічних речовин. Він входить до складу білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот та інш. Речовин, необхідних для існування живої речовини. До первинних джерел вуглецю в біосфері належить атмосферний вуглекислий газ, що становить 0,03% загального об’єму тропосфери й вуглекислий газ, розчинений у воді Світового океану, де його кількість у 50 разів вища, ніж у атмосфеі.

      Неорганічний вуглець доступний лише для продуцентів – рослин і невеликої групи хемотрофних бактерій. Унаслідок процесів фото- і хемосинтезу вуглець зв’язується в молекули сахарів, які потому використовуються для створення інших органічних сполук. У такому вигляді вуглець стає доступним для кон-сументів і продуцентів. У результаті процесів дихання й бродіння органічні речовини в клітинах окислюються з виділенням енергії й вуглекислого газу, який знову або потрапляє в атмосферу, або розчиняється у воді, а також утворює іони карбонатів. Органічна речовина загиблих особин також розпадається з утворенням вуглекислого газу. Цей процес здійснюється редуцентами. Якщо з якихось причин відмерлі рештки не були використані редуцентами, вони нагро-маджуються в літосфері і з часом трансформуються в вуглевмісні копалини – торф, вугілля, нафту. 

             

        10.4.3    Кругообіг азоту

      Атмосферний азот, що перебуває молекулярній формі, доступний тільки для нечисленної групи азотфікуючих бактерій і синьо-зелених  водоростей. Азотфік-сатори, засвоюючи молекулярний азот, залучають до складу органічної речовини свого тіла, тобто переводять в органічну форму. Після відмирання органічний азот трансформується в мінеральну форму (амоній, нітрати або нітрити) амоніфікуючими й нітрофікуючими бактеріями. Мінеральний азот доступний лише для рослин, які засвоюють його й переводять в органічну форму (зокрема в білки і нуклеїнові кислоти) й у такому вигляді азот стає  доступний для консументів – тварин і грибів.  Після їх відмирання азот знову використовується бактеріями амоніфікаторами і ні трофікаторами. Мінеральний азот вико-ристовують також бактерії денітрофікатори, які переводять його в молекулярну форму й повертають в атмосферу.  Цикл замикається.

 

        10.4.4    Кругообіг фосфору

      На відміну від азоту джерелом фосфору є не атмосфера, а земна кора. В процесі  вивітрювання гірських порід фосфор переходить в ґрунтовий розчин і стає доступним для рослин. Він входить до складу нуклеїнових кислот, аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ), фосфоліпідів. Із цими органічними речо-винами фосфор повертається  в ґрунт у вигляді органічних решток і продуктів життєдіяльності. В результаті  процесів мінералізації фосфор знову переходить у неорганічні форми і стає доступ-ним для рослин.

      Проте в природі найчастіше саме нестача фосфору стримує розвиток біоти. Цьо-му сприяють процеси ерозії ґрунту. Багато фосфору виноситься в океан і з неочище-ними стічними водами. В океані цей фосфор частково використовується мікро – й макроскопічними водоростями, а потім споживаються морськими консументами та редуцентами. Деяка частка фосфору може перевідкладатися на суші. Але більша частина фосфору нагромаджується на дні з відмерлими рештками морської біоти. Цей фосфор може стати доступним для біоти  тільки з часом у геологічному вимірі (після підняття певних ділянок морського дна).  На суші значна частина мінерального фосфору утворює нерозчинні комплекси  з ґрунтовими частинками й стає недоступною для продуктів, отже, й для інших ланок трофічних ланцюгів. Лише деякі ґрунтові гриби здатні вилучати фосфорні сполуки з цих комплексів.

 

       10.4.5    Кругообіг сірки

      Сірка – це  необхідний компонент багатьох  органічних речовин, серед яких передусім  слід зазначити амінокислоту цистеїн. Головним джерелом  сірки є розчинені у воді продукти  вивітрювання гірських порід (найчастіше сульфіди за-ліза – основний  компонент колчеданів) або сірководень і сірчистий газ, які виді-ляються в атмосферу вулканами, гейзерами, гарячими джерелами. Сірководень, окислений атмосферним киснем до сірчистого газу, розчиняється у водяній парі атмосфери й випадає з дощем на поверхню планети. До складу живої речовини сірка потрапляє шляхом поглинання розчинених у воді іонів сульфатів рослина-ми – продуцентами. Потім сірка в складі рослинних білків ланцюгами живлення потрапляє до консументів і редуцентів. У анаеробних умовах (наприклад, у болотах) редуценти розкладають білки з виділенням сірки у вигляді сірководню, який може бути окислений до молекулярної сірки, або розчинених сульфатів і сульфідів. У такій  формі сірки знову стає доступною для продуцентів.

      Сьогодні майже третина сірки, що циркулює в біосфері, потрапляє в атмосферу з димогазовими викидами заводів, фабрик… Ця  «зайва» сірка, розчиняючись в атом-сфері з утворенням  сірчаної й сірчистої кислот, у вигляді кислотних дощів, які призводять до швидкої деградації багатьох екосистем.

 

        10.4.6    Кругообіг калію, магнію, кальцію

      Ці  елементи у вигляді іонів потрапляють у живу речовину в процесі погли-нання води рослинами, а також під час уживання питної воли. Вони виконують різноманітні функції. Наприклад, калій необхідний для роботи калій-натрієвого насоса клітин, магній – обов’язкова складова  хлорофілу, кальцій  потрібний для підтримання постійного рН цитоплазми, є головним компонентом панцирів скелетів багатьох тварин. Подібно азоту, фосфору, сірки ці елементи мігрують трофічними ланцюгами від продуцентів через  консументи до редуцентів. Після загибелі організму вони швидко переходять у водні розчини й знову стають придатними для подальшого використання.

      У морях кальцій і магній частково вилучається з біологічного кругообігу і кон-сервується в осадових породах. Лише в геологічному вимірі часу, після підняття пе-вних ділянок дна, кальцій нагромаджується в крейді, вивільнюється в процесі вивіт-рювання і знову стає доступний біоті.

 

        10.5  Великий кругообіг і вплив на нього антропогенного фактора

 

       Енергія Сонця й сили гравітації рухають два кругообіг речовин: біологічний і геологічний. Біологічний кругообіг швидкий і розімкнений : початкова і кінцева ланки замикаються через доступні неорганічні речовини. Геологічний кругообіг повільний, замкнений. Частина речовин із біологічного кругообігу надходить у геологічний у вигляді відмерлих решток, утворюючи осадові породи, які з часом під тиском, температури та інших факторів трансформується в граніт. Тектонічні просування спричинюють винесення частини гранітних порід на поверхню. Граніти вивітрюються, й, як  наслідок, утворюється фонд доступних речовин, що в подальшому знову залучаються до  біологічного кругообігу.

      Процеси кругообігу речовин у біосфері здійснюються збалансовано. Переважна більшість речовин, залучених до біологічного кругообігу, поверта-ється в мінеральний стан і стає доступною для повторного використання живою речовиною. Лише невелика частина відкладається  в осадових породах, але ці втрати компенсуються речовинами, які  вивільнюються з гірських порід в результаті процесів вивітрювання.

      Баланс та узгодженість біологічного і геологічного циклів досягаються завдяки живій речовині: за рахунок тривалих процесів видоутворення в разі появи нових ресурсів чи нових умов середовища й за рахунок формування численних прямих, зворотних і непрямих зв’язків між різними організмами та факторами середовища.

      Прискорення вивітрювання гірських порід спричиняє зростання кількості біогенних речовин, що стримує збільшення кількості живої речовини й підтримує інтенсивність процесів винесення речовин у Світовий океан. Це призводить до інтенсивнішого нагромадження донних осадів. Кількість доступних  речовин у біосфері починає швидкого зменшуватись. Біосфера переходить на «голодний» режим, що супроводжується масовим вимиранням  видів, посиленням конку-рентрої боротьби за ресурси й прискоренням процесів утворення нових, більш конкурентноспроможних та «економних» видів. Проте вимирання відбувається  набагато набагато швидше, ніж видоутворення. За приклад можуть правити кам’яновугільний і крейдовий утворення, коли досить швидко нагромаджувались осадові породи внаслідок катастрофічного вимирання багатьох видів палео-зойської та ранньомезозойської флори й фауни. Вимирання завершувались появою на планеті нових класів і типів тварин і рослин. Ще тривають дискусії про причини порушення балансу між біологічним і геологічним кругообігами, однак катастрофічні наслідки цього й повільні темпи їх  усунення очевидні.

      Сьогодні ситуація аналогічна , але, на відміну від попередніх епох, причина її відома: це діяльність людини – так званий антропогенний фактор.

 

        10.6  Головні причини порушення кругообігу речовин у біосфері 

 

      По-перше, це досить сильне штучне прискорення процесів вивітрювання оса-дових і гранітних порід, пов’язане з видобуванням і переробкою корисних, спалю-вання  вугілля, нафти, газу, торфу. В результаті в атмосфері збільшується вміст вуглекислого газу, оксидів сірки, через кислотні дощі зменшується  рН ґрунту, що  призводить до переходу багатьох елементів у розчинений стан. Деякі з них у великих концентраціях  токсичні і небезпечні для живого (наприклад, важкі ме-тали – мідь, цинк). Процеси кругообігу речовин  у біологічному циклі вповіль-нюються – адже гинуть носії живої речовини. Та чим більше елементів переходить у розчин, тим більше їх вимивається в Світовий океан. Прискорені темпи загибелі біоти, вповільнені темпи повторного використання доступних мінеральних речовин, зростання швидкості їх вимивання спричиняють перезбагачення Світового океану біогенними елементами. Внаслідок цього частішають спалахи «цвітіння» океану мікроскопічними водоростями, які нерідко бувають токсичними і пригнічують розвиток консументів, котрі їх споживають. Так, порівняно з минулими століттями частота спалахів «цвітіння» в Світовому океані зросла в 50-130 разів! Усе це прискорює процеси вилучення з біосфери допущених біогенних речовин і їх консервації в донних відкладення.

      По-друге, людина в процесі своєї господарської діяльності створює численні речовини (пластмаси), які надалі не можуть бути ні використані продуцентами, ні розкладені до доступних мінеральних речовин редуцентами. Вони утворюють особливу групу антропогенних «осадових» порід – відходи нашої цивілізації, які археологи чомусь назвали «культурним шаром». Ці відходи зрештою будуть трансформовані в літосфері в ґрунт і потім у процесі вивітрювання знову стануть доступними для живої речовини, але відбудеться це в геологічних вимірах часу – через мільйони років. Тому є реальна загроза того, що доступні ресурси біосфери можуть бути перероблені на відходи швидше, ніж завершиться цикл геологічного кругообігу. Що в цей період станеться з біосферою (в тому числі і з людиною) передбачити нескладно.  

 

Контрольні запитання до лекції 10

Колообіг речовин

 

1. Які речовини беруть участь у колообізі речовин?

2. Що таке великий колообіг речовин?

3. Які існують причини порушення колообігу речовин?

4. Що таке біологічний колообіг речовин?

5. Як відбувається колообіг кисню?

 

Самостійна робота № 11

 

      1. Скласти умовний план можливих шляхів подолання екологічної кризи в  Україні

      2. Скасти тези та  запитання до теми: «Міжнародне співробітництво у справі  охорони природи».

 

      Лекція 11   Екологічна освіта, міжнародне співробітництво

 

      Під екологічною освітою розуміють безперервний процес навчання, виховання і розвитку, спрямований на формування екологічної культури, екологічної відпо-відальності кожної людини нашої планети. Проблеми екологічної освіти і вихо-вання переростають національні рамки і дедалі більше набувають міжнародного ха-рактеру.

      1970 рік був оголошений ЮНЕСКО Міжнародним роком освіти. В червні-лип-ні цього року комісія ЮНЕСКО провела в Карсонсіті (США) Міжнародну робочу нараду з питань подальшого розвитку природоохоронної освіти в школі. Роком піз-ніше у Швейцарії відбулася Європейська робоча конференція з проблем природо-охоронної освіти, н якій брали участь 21 країна і 9 міжнародних організацій.

      У 80-ті роки почався новий етап у розвитку природоохоронної освіти. Особ-ливу роль у цьому процесі відіграла Міжурядова освітянська конференція з питань навколишнього середовища, скликана ЮНЕСКО у співробітництві з ЮНЕП (Тбі-лісі, 1977). На конференції було обговорено національні завдання, форми і методи їх розв'язання, глобальні проблеми охорони навколишнього середовища і необ-хідність поширення знань у цій галузі. Було зазначено, що питання навколиш-нього середовища повинні стати невід'ємною частиною загального процесу у всіх його формах і на всіх рівнях формальної і неформальної освіти. Учасники кон-ференції підкреслювали актуальність узгодженої розробки просвітницько-освітніх заходів проведення наукових досліджень, добору навчальних матеріалів, під-готовки кадрів, які відповідають за роботу у цій галузі і вжиття відповідних зако-нодавчих заходів.

      Конференція прийняла рекомендації щодо стратегії розвитку екологічної ос-віти на національному рівні, умов розробки навчальних програм на місцевому, ре-гіональному і державному рівнях, підготовки довідкової літератури, створення спе-ціалізованого органу з питань навчання в цій галузі. Конференція запропонувала також вжити заходів щодо екологічного навчання фахівців, діяльність яких без-посередньо пов'язана експлуатацією навколишнього середовища. Відповідні програми потрібно розробляти на міждисциплінарній основі, враховуючи узагалі-нені дані про зміни в навколишньому середовищі, пов'язані з характером і про-філем конкретного виробництва.

      Принципи природоохоронної освіти охоплюють усю сферу загально­людських проблем. Вони передбачають формування екологічного мислення, цілісного погляду на світ, подолання відомчих перепон. Реалізація цих принципів сприяє підвищенню рівня культури сучасної людини, переборенню технократичних підходів, що має особливе значення для сучасних спеціалістів. Майже кожна людська діяльність без раціональної організації і екологічних знань може спричинити загрозу для навко-лишнього середовища.

      Міжнародний екологічний рух педагогів визнає екологічну освіту пріоритетним напрямом удосконалення загальноосвітніх систем і рекомендує державам та урядам країн розробити відповідну політику в галузі освіти з урахуванням глобальної еко-логічної кризи.

      У 1992 році в Інституті педагогіки України було засновано лабораторію еко-логічної освіти, створено Управління з екологічної освіти при Міністерстві охорони навколишнього природного середовища та Комісію з екологічної освіти при Мі-ністерстві освіти. Під егідою Міністерства охорони навколишнього природного се-редовища та університету "Києво-Могилянська академія" створено Центр екологічної освіти та інформації.

 

Контрольні запитання до лекції 11

Екологічна освіта, міжнародне співробітництво

 

1. Які природоохоронні організації Ви знаєте?

2. Яке значення має екологічна освіта в збереженні біосфери?

3. Які Ваші вчинки можуть покращити екологічну ситуацію?

4. Яке значення збереження рослинного та тваринного світу?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список літератури

 

1. Дербеньова А.Г., Шала мов Р.В. Загальна біологія, 10 – 11 класи. – Х.:Світ ди-

    динства, Ранок, 1999. – 264 с.

2. Кучеренко М.Е., Вервес Ю.Г., Балан П.Г. та ін. Загальна біологія, 10 – 11 класи.   

    К.: Генеза, 2000. – 464 с.

3. Полянський Ю.І. Загальна біологія, 10 – 11 класи. – К.: Освіта, 1988. – 304 с.