Экзамен по биологии

Организмы, относящиеся к прокариотам, харак­теризуются отсутствием ядра, окруженного мембраной. ДНК образует единственную нить, замкнутую в кольцо. Деле­ние клеток осуществляется путем перетяжки. У дробянок нет пластид и митохондрий. Основу клеточной стенки составляет гликопептид муреин. Жгутиков обычно нет или они имеют простое строение. Питание гетеротрофное или автотрофное. По­ловой процесс осуществляется в форме обмена генетиче­ским материалом между особями. ПОДЦАРСТВО БАКТЕРИИ Сюда относят две крупные группы бактерий: эубактерии и архебактерии. Архебактерии отличаются от истинных бак­терий (эубактерии) химическим составом и физиологи­ческими свойствами. Некоторые признаки сближают архебактерии с эукариотами, дру­гие — отличают их как от истинных бактерий, так и от эукариот. По форме эубактерий выделяют ша­ровидные кокки, палочковидные бациллы, изогнутые вибрионы, извитые в виде спирали спирохеты и спи­риллы. Многие бактерии неподвижны, другие имеют жгутики. Многие виды бактерий образуют сли­зистую капсулу. Наличие капсулы обеспечивает устой­чивость бактерий к фагоцитозу и тем самым повышает их болезнетворную активность. Под капсулой и клеточной стенкой располагается цитоплазматическая мембрана, которая образует впячивания в цитоплазму и формирует мембранные комп­лексы, выполняющие функции, аналогичные функци­ям митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. В цитоплазме бактериальных клеток имеются включе­ния, содержащие запасные питательные вещества — крахмал, гликоген, жиры. Большинство бактерий гетеротрофны, т. е. исполь­зуют для питания готовые органические соединения. Их называют Сапротрофами. Другие гетеротрофные бактерии живут за счет питательных веществ других организмов, в теле которых они обитают. Их на­зывают Паразитами. Гетеротрофные бактерии Получают энергию для био­синтеза путем окисления органических соединений. Этот процесс может происходить при учас­тии кислорода (дыхание) или в анаэробных условиях (брожение). В зависимости от конечного продукта разли­чают несколько видов брожения. Так, спиртовое броже­ние заключается в расщеплении сахаров (глюкозы, фруктозы) до этилового спирта и СО2 в присутствии фосфата. Молочнокислые бактерии Превращают сахара в мо­лочную кислоту. Маслянокислые бактерии Сбраживают углеводы — крахмал, гликоген, спирты, органические кислоты до масляной кислоты. В природных условиях большое значение имеют Метанообразующие бактерии, Которые сбраживают спирты и органические кислоты в метан и СО2. Метанообразующие бактерии обитают в болотах, где они образуют «болотный газ» (метан). Значительная часть бактерий синтезирует органиче­ские вещества своего тела путем усвоения углекислоты. Такие организмы называются Автотрофами. Эту группу бактерий делят на фототрофов, для которых источни­ком энергии служит солнечный свет, и хемотрофов, ис­пользующих для синтеза органических веществ собственного тела энергию химических реакции — окисли­тельных или восстановительных. Фототрофные бактерии (серные и несерные) — оби­татели пресных и морских вод. Фотосинтез у них про­текает в анаэробных условиях и не сопровождается вы­делением кислорода. Хемотрофы могут быть аэробными и анаэробными организмами. К ним относятся нитрифицирующие бак­терии, переводящие аммиак в нитриты и далее в нитра­ты, железобактерии, переводящие закисное железо (Fe2+) в окисное (Fe3+), водородные бактерии, окис­ляющие молекулярный водород, и др.

ПОДЦАРСТВО СИНЕЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ Синезеленые водоросли широко распространены во всех средах жизни и способны су­ществовать практически в любых условиях. С. В. относятся к прокариотам потому, что у них наследственный материал не отгра­ничен от цитоплазмы и представлен единственной хро­мосомой. Цитоплазма и ее органоиды устроены просто и напоминают аналогичные структуры бактерий. У с. В. хорошо развит фотосинтети­ческий аппарат. Продуктом фотосинтеза в клетках с. В. является гликопротеид, который отлагается в цитоплазме в виде зерен. В клетках синезеленых водорослей часто встречаются газовые ва­куоли. По форме клетки этих водорослей бывают двух видов: округлые или сильно вытянутые, уплощенные. Они имеют толстые многослойные стенки, часто одеты слизистым чехлом. Клетки живут отдельно или образуют нити и колонии. Основной способ размножения — деление клеток надвое или образование спор. Многие виды с. в. могут фиксировать атмосфер­ный азот. Отрицательная роль этих организмов заключается в вызываемом ими цветении воды. Некоторые азотфиксирующие виды вносят на рисовые поля с целью обогащения их соединениями азота.

ЛИШАЙНИКИ, группа низших растений, образованных симбиозом гриба (аскомицета или базидиомицета) и водоросли (зеленой, бурой) или цианобактерии. Вегетативное тело представлено слоевищем, окраска которого зависит от образующихся в теле пигментов. Различают три основных типа слоевищ: накипные (корковые), листоватые и кустистые, между каждым из которых существует множество переходных форм. Наиболее примитивными являются накипные, а наиболее организованными — кустистые. Основу слоевища образуют гифы гриба, в стенках клеток которых содержатся пигменты и жировые капли. В результате переплетения гиф, обладающих верхушечным ростом, образуется ложная ткань — плектенхима. Считается, что гриб паразитирует на водоросли. Он может питаться как ее живыми клетками, так и сапрофитно, используя уже отмерших клетки и продукты их обмена. Гриб играет роль своеобразного регулирующего «хозяина», который эксплуатирует водоросль, одновременно создавая условия для ее жизни и размножения. Гриб и водоросль в лишайнике находятся во взаимовыгодных отношениях. Водоросль обеспечивает гриб органическими соединениями, а гриб водоросль — водой и минеральными веществами. Большинство лишайников спокойно переносят полное высыхание. На это время дыхание и фотосинтез у них прекращаются. Характерной особенностью лишайников является образование особых органических соединений — лишайниковых кислот. Они обладают антибиотическим действием, из-за чего некоторые из них используются в медицине. Лишайники способны размножаться вегетативно, а также бесполым и половым путем. Чаще всего наблюдается вегетативное размножение, основанное на способности слоевища лишайника к регенерации. В результате механической фрагментации от слоевища отделяются отдельные участки. Попав в благоприятные условия они дают начало новому слоевищу. Лишайники образуют особые органы вегетативного размножения: соредии, изидии и лобулы. Соредии - мелкие образования, содержащие одну или несколько клеток водоросли, оплетенных гифами гриба. Изидии — палочковидные выросты на верхней поверхности слоевища, состоящие из клеток водоросли и гриба. Лобулы имеют вид мелких, вертикальных чешуек, расположенных на поверхности слоевища и по его краям. Споровое размножение присуще только грибу. При этом образуются разнообразные по размерам и форме споры. Около 26 тыс. видов, объединяющихся в более чем 400 родов. Играют существенную роль в почвообразовании. Ягель является основной пищей северных оленей.

Водоросли размножаются бесполым и половым пу­тем. Бесполое размножение осуществляется в двух фор­мах. К вегетативному относится деление слоевища на части без каких-либо преобразований в клетках: деле­ние клеток надвое у одноклеточных, распадение коло­ний, фрагментация у многоклеточных. Более специали­зированная форма бесполого размножения — спорооб­разование, при котором в специальных органах или внутри вегетативных клеток возникают неподвижные споры или подвижные, снабженные жгутиками зооспо­ры. Те и другие образуются в больших количествах и, прорастая, дают новую водоросль. Половое размножение заключается в формировании специализированных половых клеток — мужских и женских гамет и их последующем слиянии с образова­нием зиготы. При половом размножении у разных ви­дов водорослей гаметы бывают трех основных типов: половые клетки одинакового размера и формы (изога­мия); неодинаковые по размерам и подвижности муж­ские и женские половые клетки (гетерогамия); крупная и неподвижная женская половая клетка и небольших размеров сперматозоид со жгутиками (оогамия). Муж­ские и женские гаметы могут развиваться на одном ор­ганизме или на разных. После оплодотворения дипло­идная зигота прорастает и образует новое слоевище. У гаплоидных видов первое деление зиготы редукцион­ное. Все последующие клетки, возникающие в процес­се роста, гаплоидны. Примером чередования поколе­ний у водорослей может служить бурая водоросль ла­минария. Гаметы и споры красных водорослей лишены жгутиков и неподвижны. Оплодотворение осуществляется при пассивном переносе мужских половых клеток к женскому половому органу. У бурых водорослей встречаются все формы размножения. Вегетативное размножение происходит при случайном отделении частей слоевища, только у некоторых видов для этого существуют специальные почки. Споровое размножение осуществляется путем об­разования гаплоидных спор, развивающихся в гапло­идные растения полового поколения — гаметофиты. Половой процесс представлен тремя формами: изогамной, гетерогамной и оогамной. Зигота прорастает в диплоидное растение — спорофит. Спорофит образу­ет подвижные зооспоры. У ламинарий гаметофит су­ществует недолго, в то время как спорофит — много­летний.

В на­стоящее время грибы, насчитывающие около 100 тыс. видов. 3 отдела: настоящие грибы, оомицеты и слизевики. 5 классов настоящих грибов: хитридиомицеты, зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты и несовершенные. Их выделяют в самостоятельное царство, поскольку по ряду существенных признаков они отличаются и от растений, и от животных. Грибы лишены хлорофилла и требуют для питания готовое органическое вещество, т. е. они гетеротрофны. Запасным питательным веществом у них служит гликоген, а не крахмал. Опорная структура клеточных стенок представляет собой хитин. В обмене веществ грибов присутствует мочевина, что сближает их с животными. По способу питания — путем всасывания, по неограниченному росту они приближаются к растениям. Строение грибов разнообразно — от одноклеточных форм до сложно устроенных шляпочных грибов. Основой вегетативного тела гриба служит грибница, или мицелий, представляющий собой систе­му тонких ветвящихся нитей (гиф). Различают субстрат­ный мицелий, контактирующий со средой, из которой извлекаются питательные вещества (почвой), и воздушный мицелий, распола­гающийся на поверхности. На воздушном мицелии об­разуются органы размножения. Высту­пающие над поверхностью земли плодовые тела шля­почных грибов — это сплетение гиф воздушного ми­целия. У низших грибов мицелий представляет собой одну гигантскую клетку с множеством ядер. К низ­шим грибам относятся мукор и фитофтора. У высших грибов гифы многоклеточные, клетки со­держат одно или несколько ядер. Грибы широко распространены и приспособились к различным условиям обитания. Многие виды заселили почву. Эти грибы участвуют в разложе­нии (минерализации) органического вещества и обра­зовании гумуса. Среди почвенных грибов многие виды образуют микоризу с высшими растениями. Некоторые виды грибов специализируются на разру­шении лесной подстилки и дре­весины. Существуют хищные грибы, строе­ние которых приспособлено к захвату мелких круг­лых червей, обитающих в почве. К специали­зированным формам грибов относятся виды, поселяю­щиеся на навозных кучах, местах скопления помета животных или в местах, богатых роговым веществом. Водные грибы пред­ставлены сапротрофами, обитающими на остатках рас­тений, и паразитами водных растений и животных. Паразитов растений — трутовик.

Размножаются грибы вегетативно, бесполым или по­ловым путем. Вегетативное размножение осуществляет­ся частями мицелия или почкованием (у одноклеточ­ных дрожжевых грибов). Бесполое размножение проис­ходит при помощи спор. Споры развиваются в особых выростах мицелия или на концах специализированных гиф. Половой процесс представлен разными формами и заключается в формировании мужских и женских гамет и последующем их слиянии. В жизненном цикле гри­бов выделяют гаплоидную и диплоидную фазы. Есть грибы, у которых клетки вегетативного тела гаплоидны (гаплобионты), а диплоидна только зигота. При ее про­растании происходит редукционное деление, и в даль­нейшем мицелий растет за счет размножения гаплоид­ных клеток. Другие грибы на протяжении всей жизни диплоидны, и только при образовании гамет происхо­дит редукционное деление. Существует и промежуточ­ная группа, у которой гаплоидная и диплоидная фазы равны по продолжительности. Перед образованием спор бесполого размножения диплоидные ядра редукционно делятся, и образующиеся споры, таким обра­зом, гаплоидны. Наконец, у несовершенных грибов (называемых так из-за отсутствия полового процесса в жизненном цикле) клетки мицелия всегда гаплоидны. К этой группе относятся пеницилл и аспергилл.

Широкое разнообразие и повсеместное распростра­нение грибов обусловливают их важную роль в природе и в жизни человека. Мно­гие грибы поражают культурные растения или их пло­ды. Некоторые виды пенициллов вызывают гние­ние яблок, цитрусовых и др. Широко распространено увядание или усыхание растений из-за грибов. Некоторые виды аспергилла, поселяясь в условиях высокой влаж­ности на пищевых продуктах (арахис, семена льна и хлопка, рыба и т. д.), выделяют ядовитые вещества и могут быть причиной тяжелых отравлений. Известны грибы — возбудители болезней человека (стригущий лишай, парша и др.). В нашей стране произрастает около 150 видов съе­добных шляпочных грибов. Пеницилл служат источником антибиотика. Грибы находят применение в хлебопекарной промышленности (дрож­жи), в изготовлении сыров, в виноделии и т. д.

К высшим относятся все наземные листостебельные растения, размножающиеся спорами или семенами. Современный растительный покров Земли состоит из высших растений, общая биологическая черта которых — автотрофное питание. В процессе длительной приспособительной эволюции автотрофных растений в воздушноназемной среде обитания выработалась общая структура высших растений, выражающаяся в их морфо­логической расчлененности на листостебельный побег и корневую систему и в сложном анатомическом строении их органов. У высших растений, приспособившиеся к жиз­ни на суше, возникают специальные органы поглощения минераль­ных растворов из субстрата —ризоиды (у гаметофита) или корневые волоски (у спорофита). Ассимиляция углекислого газа из воздуха осуществляется листьями, состоящими главным образом из хлорофиллоносных клеток. Из проводящей ткани, связывающей два важнейших концевых аппарата — корневой волосок и зеле­ную клетку листа,—и из опорной ткани, обеспечивающей устойчи­вое положение растения в почве и в воздухе, сформировалась протостела первичного стебля и корня. Стебель своим ветвлением и листорасположением обеспечивает наилучшее размещение листьев в пространстве, чем достигается наиболее полное использование световой энергии, а ветвлением корня — эффект размещения огромной всасывающей поверхности корневых волосков в сравни­тельно малом объеме почвы. Первичные высшие растения унаследовали от своих предков-водорослей высшую форму полового процесса — оогамию и двух­фазный цикл развития, характеризующийся чередованием двух взаимозависимых поколений: гаметофита, несущего половые органы с гаметами, и спорофита, несущего спорангии со спорами. Из зиготы развивается только спорофит, а из споры гаметофит. На ранних этапах появились два направления эволюции высших растений: 1) гаметофиту принадлежит преобладающая роль в жизни организма, 2) преобладающим «взрослым» растением является спорофит. Современные высшие растения делят на следующие типы: 1)Мохообразные, 2) Папоротникообразные, 3) Голосеменные, 4)Покрытосеменные, или Цветковые.

Порядок сфагновые мхи включает всего одно семейство, с одним родом сфагнум. Сфагновые мхи поселяются на бедных известью сырых почвах, где образуют сплошные ковры. Сфагновый покров в лесах и на лугах приводит к быстрому их заболачиванию. Сфагнумы являются главными

Торфообразователями. От зеленых мхов они отличаются наличием в теле системы особых водозапасающих (гиалиновых) клеток; ксилемных тяжей нет; спорогоний более простого строения, без перистома; прото­нема пластинчатая. Строение тела и спорогоний сфагнума. Сфагнум имеет тонкий главный стебель, несущий боковые вет­ви. На верхушке стебля веточки короткие и скучены в го­ловку. Далее по стеблю располагаются пучками (по 2—5) удли­ненные, горизонтально отстоящие веточки, а еще ниже — тонкие и наиболее длинные, свисающие вниз ветви, которые плотно прилегают к стеблю, что способствует передвижению воды вдоль не­го. Веточки и главный стебель покрыты мелкими листочками раз­личной формы и величины. Ризоидов у взрослых растений торфя­ных мхов нет. Нижняя часть стебля, которой сфагнум погружен в субстрат, ежегодно отмирает, а верхняя часть нарастает за счет одной из верхушечных ветвей. Сфагновые мхи обладают очень высокой гигроскопичностью. Они могут поглощать и удерживать в себе количество воды, пре­вышающее массу самого растения в 30—37 раз. Это объясняется наличием в теле системы особых водоносных клеток. Снаружи стебель покрыт несколькими рядами крупных мертвых водоносных (гиалиновых) клеток с отверстиями — перфорациями и спиральными утолщениями стенок. Они составляют многослойный эпидермис. Глубже располагается не­сколько рядов более мелких клеток с одревесневшими стенками — древесинный цилиндр. В центре стебля находится паренхимная «сердцевина». Листья сфагнума однослойные, состоят из клеток двух видов: хлорофиллоносных и водоносных. Первые узкие, зеленые, богатые хлорофилловыми зернами, располагаются сетью, в ячеях ко­торой лежат крупные бесцветные водоносные клетки, по строению сходные с теми, что покрывают снаружи стебель. На верхушечных веточках одного и того же или разных рас­тений образуются половые органы. Архегонии возникают группой на самой вершине, а антеридии — на оси ветви, чередуясь с ли­стьями. Антеридиальные ветви более толстые, чем вегетативные, и покрыты черепитчато расположенными листочками. Спорогоний торфяного мха, образующийся после оплодотворе­ния, состоит из шаровидной коробочки и очень короткой ножки, которой он внедряется в верхушку несущего его стебелька. К мо­менту созревания спор верхушка стебля удлиняется и образует ложную ножку спорогония. Стенки коробочки многослойные. Свер­ху коробочка прикрыта округлой крышечкой. Со дна коробочки поднимается короткая колонка, на нее налегает куполообразный спорангий, в котором из клеток археспория возникают споры. Перистома нет. При созревании спор крышечка сбрасывается и споры высыпаются наружу; из споры развивается однослойная пластинчатая протонема с ризоидами, которые в дальнейшем ис­чезают. На протонеме закладываются почки, а из них образуются побеги сфагнума.

Щитовник мужской — многолетнее травянистое растение, 50—100 см высотой, встречается в широколиственных и смешанных равнинных и горных лесах. Надземный стебель отсутствует, но имеется подземный побег в виде короткого корневища. От корне­вища в почву отходят тонкие придаточные корни. Каждый год на верхушке корневища появляется пучок дважды перисторассеченных листьев. Молодые листья улиткообразно скру­чены и постепенно от основания к верхушке развертываются. Пол­ное развитие листа завершается лишь на третий год после заложе­ния зачатка. Черешки листьев короткие, как и главная жилка, покрыты буровато-ржавыми чешуйками. У большинства листьев розетки на нижней поверхности вдоль средней жилки каждой дольки закладываются группы спорангиев, называемые сорусами. Спорангии в сорусе образуются на особом выросте листа — плаценте; каждый спорангий сидит на длинной тонкой ножке. Отдельный спорангий имеет чечевице-образную форму и покрыт однослойной стенкой. По гребню спо­рангия проходит ряд клеток, охватывающий его на 1/3 окружности и образующий механическое кольцо. Внутренняя и радиальные стенки клеток кольца утолщены, а внешняя — тонкая. Кольцо замыкается группой довольно крупных тонкостенных клеток, образующих устье. В этом месте происходит разрыв стенки спорангия после его созревания. В спорангии из археспория возникают материнские клетки спор, из которых после редукционного деления образуются тетра­ды гаплоидных спор. Попадая в благоприятные условия, спора дает начало заростку (гаметофиту). Это маленькая, до 1 см, пла­стинка сердцевидной формы, состоящая из паренхиматических кле­ток, богатых хлорофилловыми зернами. Почти весь заросток одно­слойный, и лишь в средней части, вблизи выемки, клетки образуют несколько слоев. На нижней стороне и по краям заростка находятся ризоиды, которыми он укрепляется в почве и всасывает воду. Там же формируются половые органы: вблизи выемки — архегонии, ниже — антеридии. Сперматозоиды штопорообразные, много-жгутиковые. Из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) развивается зародыш растения (спорофит), питающийся в начале своего сущест­вования за счет заростка. После сформирования растения заросток отмирает.

Первый уровень компактизации ДНК - нуклеосомный. Если подвергнуть действию нуклеазы хроматин, то он и ДНК, подвергаются распаду на регулярно повто­ряющиеся структуры. После нуклеазной обработки из хроматина путем центрифугирования вы­деляют фракцию частиц со скоростью седиментации 11S. Частицы 11S содержат ДНК около 200 нуклеотидных пар и восемь гистонов. Такая сложная нуклеопротеидная частица получила название Нуклеосомы. В ней гистоны образуют белковую основу-сердцевину, по поверхности которой располага­ется ДНК. ДНК образуют участок, с белками сердце­вины не связанный, — Линкер, Который, соединяя две соседние нуклеосомы, переходит в ДНК следующей нуклеосомы. Они образуют «бусины», глобулярные образования около 10 нм, сидящие друг за другом на вытянутых молекулах ДНК. Второй уровень компактизации—30 нм фибрилла. ПЕрвый, нуклеосомный, уровень компакти­зации хроматина играет регуляторную и структурную роль, обеспечивая плотность упаковки ДНК в 6—7 раз. В митотических хромосомах и в интерфазных ядрах выявляются фибриллы хроматина с диаметром 25—30 нм. Выделяют соленоидный тип укладки нуклеосом: нить плотно упако­ванных нуклеосом диаметром 10 нм образует витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток такой су­перспирали приходится 6—7 нуклеосом. В результате такой упаковки возникает фиб­рилла спирального типа с цент­ральной полостью. Хроматин в составе ядер имеет 25-нм фибриллы, которая состоит из сближенных глобул того же размера — Нуклеомеров. Эти нуклеомеры называют сверхбусинами («супербиды»). Основная фибрилла хроматина диаметром 25 нм представляет собой линейное чередование нуклеомеров вдоль компактизованной молекулы ДНК. В составе нуклеомера образуются два витка нуклеосомной фибриллы, по 4 нуклеосомы в каждом. Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает 40-кратное уплотнение ДНК. Нуклесомный и нуклеомерный (супербидный) уровни компак­тизации ДНК хроматина осуществляются за счет гистоновых белков. Петлевые домены ДНК —третий уровень структурной организации хроматина. В высших уровнях организации хроматина специфические белки свя­зываются с особыми участками ДНК, которая в местах связы­вания образует большие петли, или домены. В некоторых местах есть сгустки конденсированного хроматина, розетковидные образования, состоящие из многих пе­тель 30 нм-фибрилл, соединяющихся в плотном центре. Средний раз­мер розеток достига­ет 100—150 нм. Розетки фиб­рилл хроматина—Хромомеры. Каждый хромомер состоит из нескольких содержащих нуклеосомы петель, которые связаны в одном центре. Хромо­меры связаны друг с другом участками нуклеосомного хро­матина. Такая петельно-доменная структура хроматина обеспечивает структурную компактизацию хроматина и организует функ­циональные единицы хромосом — репликоны и транскрибиру­емые гены.