Возможный вариант экзаменационных вопросов по биологии (11-й класс)

Билет 7

Вопрос 1. Модификационная изменчивость, ее роль в эволюции. Мутационная изменчивость. Типы мутаций. Индуцированные мутации, их роль в выведении новых пород животных и сортов растений

Ненаследственная, или модификационная, изменчивость представляет собой разнообразие фенотипов, формирующихся под влиянием окружающей среды, в то время как генотип особи остается неизменным. По наследству модификационые признаки не передаются. Каждый организм развивается и обитает в определенных внешних условиях, испытывая на себе колебания освещенности, температуры, влажности, количества и качества пищи и других факторов. Например, под влиянием ультрафиолетового излучения у людей, если они не альбиносы, появляется загар, т.е. происходит накопление в клетках кожи пигмента меланина.
Для разных групп признаков характерна большая или меньшая зависимость от внешних условий. Так, группа крови у человека зависит целиком от генотипа, а рост хоть и определен генотипически, находится в большой зависимости от условий среды (питание). Норма реакции – это степень изменяемости признака в зависимости от условий окружающей среды в пределах, заданных генотипом. Норма реакции, как и сам признак, определяется генетически, она позволяет организмам приспосабливаться к меняющимся условиям среды.
Мутации – скачкообразные изменения генетического материала, структуры генов или хромосом. Мутации разделяются на соматические, или вегетативные, возникающие в неполовых клетках, и генеративные – возникающие в половых клетках. Соматические мутации могут влиять на развитие организма и формирование его фенотипа, но по наследству не передаются. Генеративные мутации передаются по наследству и проявляются не у самой особи, а у ее потомков. Благодаря постоянному мутационному процессу в половых клетках возникают различные варианты генов, составляющие резерв наследственной изменчивости.
По локализации в клетке различают цитоплазматические (пестролистность из-за изменения хлоропластовч) и ядерные (затрагивающие ДНК хромосом) мутации. Ядерные мутации передаются потомкам как от отца, так и от матери, в то время как цитоплазматические – только через яйцеклетку.
По характеру проявления мутации разделяются на доминантные, проявляющиеся как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии, и рецессивные, проявляющиеся только у гомозиготных потомков. Поскольку большая часть мутаций при своем проявлении оказывает вредное или губительное влияние на развитие организма, в ряду поколений сохраняются обычно рецессивные мутации.
По уровню возникновения мутации подразделяются на следующие группы.
Генные – связанные с изменением структуры генов. Известно два основных механизма генных мутаций: замена (транзиции и трансверсии) нуклеотидов (пример – серповидно-клеточная анемия) и изменение их числа – выпадение или добавление (инсерции) отдельных нуклеотидов в цепи ДНК.
Хромосомные – структурные изменения хромосом. Среди них выделяют: делеции – утрату участков хромосом; дупликации – удвоение участков; инверсии – поворот фрагмента хромосомы на 180°; транслокации – обмен участками между негомологичными хромосомами; транспозиции – перемещения небольшого участка внутри хромосомы
Геномные – изменение числа хромосом. Выделяют: автополиплоидию – кратное увеличение числа хромосом в клетке (3n; 4n; 6n – в результате нарушения цитокинеза или разрушения веретена деления); аллополиплоидию – кратное увеличение числа хромосом у межвидовых гибридов (например, ржи и пшеницы); анауплоидию – некратное изменение числа хромосом, выпадение или добавление одной или нескольких хромосом. Примером анауплоидии у человека является синдром Дауна, выражающийся в умственной отсталости и пониженном физическом развитии и связанный с трисомией по 21-й паре хромосом.
По причине возникновения мутации подразделяются на самопроизвольные (спонтанные) и индуцированные – вызваные определенным внешним воздействием. Мутагенными факторами могут быть ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучения, различные химические вещества. Человек использует возможность индуцировать мутации для повышения генетического разнообразия организмов при выведении новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Так, используя аллополиплоидию, удалось создать межвидовой гибрид ржи и пшеницы, а также редьки и капусты (Г.Д. Карпеченко). Полиплоидные растения характеризуются высокой урожайностью и выносливостью.
(Мутационная теория создана Гуго де Фризом в 1901–1903 гг. Она утверждает, что из двух категорий изменчивости – непрерывной и дискретной – только последняя передается по наследству. Мутации – качественные изменения, не образующие непрерывного ряда вокруг средней величины. Это ненаправленные изменения, которые могут быть полезными, вредными и нейтральными. Мутации могут повторяться).

Вопрос 2. Понятие эволюции. Развитие эволюционных представлений

Эволюция (лат. evolutio – развертывание) – необратимое направленное историческое развитие живой природы. Основными вопросами теории эволюции является выявление причин, закономерностей и механизмов развития жизни.
В развитии эволюционных взглядов можно выделить несколько этапов. О самом принципе развития упоминали многие философы Древней Индии, Китая, Греции, Египта. Однако до последних столетий воззрения на развитие были идеалистическими или механистическими.
Ж.Б.Ламарк видел причину эволюции в «заложенном в живых организмах свойстве к совершенствованию» и в «упражнении организма в ответ на воздействие среды».
Ч.Дарвин в труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859) предположил, что разнообразие видов образуется благодаря постоянно возникающим в природе разнонаправленным наследственным изменениям и естественному отбору. Способность организмов к неограниченному размножению при одновременном сохранении только немногих из их потомков натолкнуло Дарвина на мысль о том, что между особями идет борьба за существование.
Теория Дарвина и его положения о наследственности, изменчивости, борьбе за существование и естественном отборе как основных факторах эволюции получили развитие в XX в. в синтетической теории эволюции. Ее фундаментальным положением является представление о популяциях как единице эволюции, а факторами, приводящими к изменению генетического состава популяций, считаются мутационный процесс, популяционные волны и изоляция.

Билет 8

Вопрос 1. Генетика пола. Хромосомное определение пола. Наследование, сцепленное с полом

Для большинства раздельнополых животных характерно хромосомное определение пола, при котором пол будущего потомка определяется в момент оплодотворения и зависит от набора хромосом. Хромосомный комплекс самцов и самок отличается по одной паре т.н. половых хромосом, обозначаемых буквами X (одна или две) и Y (непарная).
У человека генотип женщины представлен парой Х-хромосом (XX, гомогаметный пол), а мужчины парой XY (гетерогаметный пол). У бабочек и птиц, напротив, гетерогаметным является женский пол, а гомогаметным – мужской.
Если гены расположены в неполовых хромосомах (аутосомах), то наследование признака происходит независимо от пола. Но если ген локализован в половой хромосоме, его проявление будет зависеть от пола особи. Пример: наследование черепаховой окраски у кошек.
Гены черной (В) или рыжей (b) окраски локализованы у кошки в Х-хромосоме:

Соответственно, у котов, у которых Х-хромосома всегда представлена в единственном числе, черепаховая окраска проявиться не может.
Наследование гемофилии – тяжелого заболевания несвертываемости крови – у человека также связано с полом, поскольку вызывается рецессивным геном, локализованым в Х-хромосоме.

Т.е. половина сыновей, рожденных женщиной-носителем, вне зависимости от того, вступает ли она в брак со здоровым или больным гемофилией мужчиной, могут родится больными.

Вопрос 2. Полиплоидия и отдаленная гибридизация. Работы И.В. Мичурина

Организмы, имеющие набор хромосом, кратный гаплоидному, называются полиплоидными. Явление полиплоидии основано на нерасхождении хромосом в процессе мейоза, в результате чего формируются диплоидные гаметы. Если такая диплоидная гамета сольется с гаплоидной, получится триплоидная зигота, а если с диплоидной – зигота будет тетраплоидной. Полиплоиды отличаются большей массой, урожайностью, устойчивостью к неблагоприятным условиям среды и вредителям. Издавна использовались полиплоиды картофеля, пшеницы, овса, хлопчатника. В последние годы полиплоиды искусственно получают при воздействии химическими веществами, нарушающими процесс мейоза.
Отдаленная гибридизация – скрещивание растений, принадлежащих к разным видам и родам. Обычно межвидовые гибриды бесплодны вследствие нарушения деления клеток из-за случайного расхождения хромосом из отцовского и материнского наборов. Использование для скрещивания полиплоидных организмов позволило восстановить способность гомологичных хромосом к равному расхождению к полюсам клетки.
В разработку теории и практики селекции большой вклад внес русский ученый-селекционер И.В. Мичурин. Он создал методы преодоления барьера генетической несовместимости, предложил и широко использовал новые методы селекции: метод ментора, отбор сеянцев. Метод ментора (воспитателя) состоит в прививании черенков зрелых особей с одними признаками (как правило, урожайных и с высоким качеством плодов) на вершину сеянцев с другими признаками (как правило, устойчивыми к неблагоприятным климатическим фактором). Используя этот метод Мичурин создал сорт груши Бере-зимняя, отличающийся ценными плодами и хорошей зимостойкостью. Семена таких растений не обладают свойствами родительского сорта, и для получения новых сортовых деревьев прививку надо проводить вновь.

Билет 9

Вопрос 1. Популяция – единица вида и эволюции. Факторы, вызывающие изменение численности популяции. Способы ее регулирования. Популяция – совокупность свободноскрещивающихся особей одного вида, длительно существующих в определенной обособленной части ареала.
Вид разделяется на популяции из-за разнородности условий внутри ареала. Главным признаком популяции является свободное скрещивание составляющих ее особей между собой при определенной изолированности от особей других популяций. В результате в одних популяциях накапливаются и получают распространение одни мутации, в других – другие и одновременно происходит естественный отбор признаков, повышающих приспособленость к условиям данного места ареала. Таким образом популяция становится единицей эволюции. Отдельный же организм эволюционировать не может, поскольку генетические изменения, возникшие в его половых клетках, могут быть реализованы только в следующем поколении.
Численность особей, составляющих популяцию, подвержена постоянным изменениям. Подобные изменения могут носить регулярный или нерегулярный характер и называются популяционными волнами (волнами жизни).
Факторы, вызывающие изменения численности популяций, делятся на абиотические и биотические.
К абиотическим факторам относят температуру, влажность, освещенность, содержание кислорода в воде и т.д. Их действие обычно не зависит от каких-либо характеристик популяции.
К биотическим факторам относят те, которые вызваны взаимоотношениями организмов: конкуренцию, паразитизм, хищничество, болезни, наличие пищи. Обычно действие большинства этих факторов зависит от плотности популяции – числа особей, обитающих на единице площади.
Совокупность абиотических и биотических факторов определяет емкость среды – количество особей какого-либо вида, которых данная среда может обеспечить всем необходимым в течение неопределенно долгого времени.
Популяции обладают способностью к саморегуляции своей численности. С повышением плотности, скученности возрастает агрессия животных, повышается внутривидовая конкуренция, резко снижается плодовитость самок из-за частых контактов с сородичами. Вступают в действие другие биотические факторы – хищники, паразиты, нехватка пищи. В результате численность популяции снижается. При низкой плотности, напротив, обилие корма способствует повышению плодовитости и выживания потомства.
Для сохранения популяций редких видов человек использует различные методы охраны (см. ответ на вопрос 1 билета 6).

Вопрос 2. Частота мутаций. Влияние загрязнений окружающей среды на организм человека

Мутациям (см. ответ на вопрос 1 билета 7) подвержены любые гены, но вероятность этого явления очень низкая. Например, мутация «белые глаза» у дрозофилы возникает с частотой 1 : 100 000 гамет. У человека большинство генов мутирует с частотой 1 : 200 000, у бактерий – 1:10 000 000. Но если учесть, что число генов очень велико, то общая частота мутаций оказывается высокой.
В связи с повышением радиационного фона, загрязнением среды химическими соединениями, истончением озонового экрана и как следствие увеличением потока жесткого ультрафиолетового излучения повышается частота разного рода мутаций и в популяциях человека. Около 3% новорожденных обладают наследственными заболеваниями. Наблюдается предрасположенность людей к раку, туберкулезу. Известны серьезные дефекты нервной системы и психики .

Продолжение следует