Изменчивость и наследственность микроорганизмов, а также основные факторы, влияющие на данные процессы. Понятие о геноме, генотипе, фенотипе, их исследование и структура. Специфические особенности фенотипичных и генотипичных проявлений изменчивости.
Сохранение определенных специфических свойств организма на протяжении ряда поколений называют наследственностью. Если микроорганизм не встречает нужных ему условий, он погибает или приспосабливается к необычным для него условиям. При длительном сохранении условий, вызывающих изменение, вновь приобретенное свойство закрепляется и начинает передаваться новым поколениям - становится наследственным. Наследование приобретенных новых свойств возможно, лишь когда произойдут изменения в генном аппарате клетки - хромосоме, т.е. когда изменится структура ДНК, в которой записана генетическая информация. Свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма - результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.И так, микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду.
У микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду. В опытах было показано, что, если содержать бактерии в определенных постоянных условиях, они длительно сохраняют свои свойства. Это говорит о стабильности признаков, присущих каждому виду бактерий. Потомство микробной клетки в основном наследует ее свойства, что позволяет определить, идентифицировать, любой вид микроорганизмов. Однако известно, что у одного и того же вида бактерий возможны отклонения морфологических и физиологических свойств, возникающие под влиянием факторов внешней среды. Например, Пастер искусственным путем получил необратимые изменения у возбудителей сибирской язвы и бешенства и создал вакцины, предохраняющие от этих заболеваний. Н.Ф. Гамалея наблюдал изменения морфологии холерного вибриона при добавлении в питательную среду хлорида лития. Это свидетельствует о том, что микроорганизмы могут изменять свои свойства в зависимости от условий существования.
1. Изменчивость и наследственность микроорганизмов
Сохранение определенных специфических свойств организма на протяжении ряда поколений называют наследственностью.
Каждый микроорганизм для своего роста и развития нуждается в определенных условиях, в которых протекало развитие предшествовавших поколений данного вида. Если микроорганизм не встречает нужных ему условий, он погибает или приспосабливается к необычным для него условиям. При этом организм изменяется. Вначале вновь приобретенное свойство обычно бывает неустойчивым и утрачивается при возвращении организма к прежним условиям. При длительном сохранении условий, вызывающих изменение, вновь приобретенное свойство закрепляется и начинает передаваться новым поколениям - становится наследственным.
Под воздействием сильнодействующих факторов (лучистой энергии, ядовитых веществ и т.д.) наследственные изменения могут возникать значительно быстрее; происходят глубокие изменения свойств, получаются так называемые мутанты.
Наследование приобретенных новых свойств возможно, лишь когда произойдут изменения в генном аппарате клетки - хромосоме, т.е. когда изменится структура ДНК, в которой записана генетическая информация.
Для микроорганизмов, особенно бактерий, характерна легкая приспособляемость к условиям внешней среды. Быстрота их размножения дает возможность получать большое количество поколений за сравнительно короткое время. Под влиянием внешних условий меняются многие свойства микроорганизмов, но одни из них изменяются легче, другие значительно труднее. Сравнительно легко у микробов меняется способность к сбраживанию отдельных углеводов, приобретается устойчивость по отношению к антибиотикам и дезинфицирующим веществам. С другой стороны, привыкание к повышенным температурам развития происходит медленно.
В ряде производств, связанных с получением биологически активных веществ - ферментов, антибиотиков, широко ведется работа по искусственному получению высокопроизводительных культур микроорганизмов с измененными в нужном направлении свойствами. Большое значение имеют специально выведенные культуры некоторых болезнетворных бактерий, утративших способность вызывать заболевание (авирулентные расы). Такие культуры служат для изготовления живых вакцин, используемых при предохранительных прививках против соответствующих заразных болезней.
Для молочной промышленности представляет большой интерес получение новых форм молочнокислых бактерий - мутантов, обладающих повышенной энергией кислотообразования, способностью вырабатывать ароматические вещества (диацетил), устойчивостью по отношению к антибиотикам и т.д.
2. Понятие о геноме, генотипе, фенотипе
Геном - совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом данного вида. При оплодотворении геномы родителей объединяются и образуют клеточный генотип зиготы.
Генотип - совокупность всех генов организма (генетическая конституция). Из генотипа зиготы в процессе онтогенеза возникает много сотен различных клеточных фенотипов. Отдельные клеточные фенотипы формируют фенотип всего организма. Весь процесс жизни от образования зиготы до естественной смерти контролируется генами. Генотип постоянно испытывает воздействие внешней среды, он взаимодействует со средой, что приводит к формированию всех признаков и свойств организма.
Фенотип - все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. Свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма - результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.
3. Генотипичная изменчивость
Генотипическую изменчивость подразделяют накомбинативную и мутационную.
Комбинативная изменчивость. Известно, что дети обычно похожи на своих родителей, однако они никогда не являются их точной копией. Кроме того, дети одних и тех же родителей могут заметно различаться между собой.
Эта причина может заключаться либо в различии условий, в которых происходило развитие организмов, либо в различии генотипов этих организмов. Влияние среды на живые организмы мы рассмотрели в предыдущем параграфе. Здесь постараемся разобраться, с чем могут быть связаны различия генотипов у родственных организмов.
Первая причина таких отличий - возникновение у новых организмов новых сочетании генов, которые имелись у родителей. Такая изменчивость называется комбинативной.
В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие генотипов. Источниками комбинативной изменчивости служат три процесса: 1. независимое расхождение гомологичных хромосом в анафазе I мейоза. Именно независимое комбинирование хромосом при мейозе является основой третьего закона Менделя. Появление зеленых гладких и желтых морщинистых семян в F2 от скрещивания растений с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами - пример комбинативной изменчивости;
2. обмен участками гомологичных хромосом, или кроссинговер;
3. случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Эти три источника комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, обеспечивая при этом постоянную «перестановку» генов. В результате это приводит к появлению в фенотипе новых комбинаций признаков у гибридов. Структура генов при этом не изменяется.
Комбинативная изменчивость является важнейшим источником разнообразия живых организмов. Однако, перечисленные выше источники изменчивости не порождают крупных изменений в генотипе, которые необходимы, согласно эволюционной теории, для возникновения новых видов. Такие изменения возникают в результате мутаций, которые являются второй причиной наследственной изменчивости организмов.
4. Фенотипичные проявления изменчивости
Модификационная изменчивость
Возникает под действием окружающей среды. По наследству не передается, потому что при модификациях меняется только фенотип (признак), а генотип не меняется. Отличия от мутаций.
Например: • можно разрезать корень одуванчика на 2 части и посадить их в разные условия; вырастут разные на вид растения, хотя генотип у них одинаковый;
• если человек будет находится на солнце, то он загорит; если будет заниматься физкультурой, то увеличит свои мышцы;
• при хорошем содержании куры увеличивают яйценоскость, коровы дают больше молока.
Модификационная изменчивость не безгранична, например, белый человек никогда не сможет загореть до состояния негра. Границы, внутри которых могут происходить модификационные изменения, называются «норма реакции», они заложены в генотипе и передаются по наследству.
Фенотипические изменения
При фенотипической изменчивости микробы, образовавшиеся из одной материнской клетки, могут различаться между собой по ферментативной активности, морфологическим признакам, потребности в источниках питания.
К фенотипической изменчивости относятся: Адаптация - приспособление микроорганизмов к новым условиям среды. В настоящее время это явление объясняется не изменением в микробной клетке, а развитием ранее измененных особей и гибелью неприспособленных. Таким образом, происходит естественный отбор.
Диссоциация - культурная изменчивость, когда, например, из засеянной на плотную среду чистой культуры вырастают резко отличающиеся по морфологической структуре колонии (тип S - гладкие, тип R - шероховатые, тип M - слизистые).
Модификация - изменение микроорганизмов под влиянием условий среды. Изменяются только фенотипические (внешние) признаки (форма, размеры, цвет колоний). Модификация наблюдается в нормальных условиях жизни, это реакция на внешние раздражения, не связанные с нарушением физиологических процессов в организме. Модификационные изменения легко исчезают при устранении условий, их вызвавших.
Вывод
И так, микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду. В опытах было показано, что, если содержать бактерии в определенных постоянных условиях, они длительно сохраняют свои свойства. Это говорит о стабильности признаков, присущих каждому виду бактерий. Потомство микробной клетки в основном наследует ее свойства, что позволяет определить, идентифицировать, любой вид микроорганизмов. Однако известно, что у одного и того же вида бактерий возможны отклонения морфологических и физиологических свойств, возникающие под влиянием факторов внешней среды.
Список литературы
1. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: учебное пособие для студентов университетов, обучающихся по направлению 510600 - Биология и биологическим специальностям. - 2-е, испр. и доп. - Новосибирск: Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2003. - 478 с. - 2500 экз. - ISBN 5-94087-077-5
2. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. - М.: Высш. шк., 1989. - 592 с.
3. Клаг Уильям С., Каммингс Майкл Р. Основы генетики. - М.: Техносфера, 2007. - 896 с.
4. Льюин Б. Гены: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 544 с.
5. Пухальский В.А. Введение в генетику. - М.: КОЛОСС, 2007. - 224 с. (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений)
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
