Практическая работа №2. Живая клетка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО "Сибирская государственная геодезическая академия"
Кафедра экологии и природопользования
Черновский Л.А.
Описание практических работ
Дисциплина «Биология»
Оглавление
Практическая
работа
№1.
Физическое
явление
-
осмос.
Роль
осмотического давления в физиологических процессах .................................... 3
Практическая работа №2. Живая клетка ......................................................... 5
Практическая работа №3. Дыхание ..... Ошибка! Закладка не определена.
Практическая работа №4. Фотосинтез ............................................................ 6
Практическая работа №5. Моногибридное скрещивание ............................. 7
Практическая работа №6. Дигибридное скрещивание, кроссинговер ......... 8
Практическая работа №7. Наследование, сцепленное с полом .................... 8
Практическая работа №8. Популяция – единица вида и эволюции.
Генетика популяции ................................................................................................ 9
Практическая работа №1.
Физическое явление - осмос. Роль осмотического давления в
физиологических процессах
Все процессы жизнедеятельности любого организма представляют собой
совокупность химических реакций, протекающих в водном растворе. А для водных
растворов, разделенных полупроницаемой оболочкой, характерно такое явление как
осмос.
Физиологические процессы, в основе которых лежат осмотические явления, имеют
большое значение в жизни любого организма. В частности, эти процессы обуславливают
поступление воды в клетки и передвижение воды между ними, определяют упругость
тканей, рост клеток на фазе растяжения. С явлением осмоса связано открывание и
закрывание устьиц листьев растений, и более того, благодаря явлению осмоса вообще
возможна жизнь растения, поскольку осмос является главной движущей силой,
обеспечивающей поступление воды в корневые волоски, и передвижение воды и
питательных веществ по растению.
Сила, обуславливающая осмос, называется осмотическим давлением раствора.
Величина осмотического давления зависит от ряда условий и подчиняется связям,
которые выражаются формулой:
P = RTCi,
где P - осмотическое давление, атм;
R – газовая постоянная, равная 0,082 л·атм/град·моль;
T - температура, °К;
C – концентрация, моль;
I – изотонический коэффициент, величина которого зависит от концентрации
вещества и степени его диссоциации (таблица). Для недиссоциирующих веществ в
разбавленных растворах он равен 1.
Таблица
Концентрация солей, моль
0.005 0.01
0.02
0.03
0.05
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.85
1.81
1.79
1.77
1.75
1.74
1.73
1.71
1.70
1.69
1.87
1.84
1.82
1.81
1.79
1.78
1.78
1.77
1.77
1.67
1.83
1.79
1.76
1.74
1.71
1.70
1.68
1.67
1.65
1.64
2.54
2.48
2.42
2.36
2.30
2.28
2.26
2.22
2.20
2.18
2.40
2.34
2.26
2.18
2.14
2.10
2.08
2.04
2.00
Хлористый натрий – NaCl
1.96
1.94
1.92
1.92
1.88
Хлористый калий – KCl
1.96
1.95
1.93
1.92
1.90
Азотнокислый калий – KNO3
1.96
1.94
1.92
1.92
1.88
Хлористый кальций – CaCl2
2.86
2.80
2.76
2.72
2.62
Азотнокислый кальций – Ca(NO3)2
2.84
2.76
2.72
2.68
2.58
2.48
Сернокислый магний – MgSO4
1.77
1.69
1.65
1.61
1.52
1.45
1.42
1.39
1.35
1.32
1.31
1.30
1.27
1.26
1.26
Осмотическое давление при неизменном объеме и постоянной температуре
зависит только от числа молекул растворенного вещества, но не зависит ни от природы
растворенного вещества, ни от природы растворителя, отсюда следует, что осмотическое
давление раствора, содержащего несколько веществ, равно сумме осмотических
давлений, создаваемых каждым веществом в отдельности.
Благодаря зависимости между молярной концентрацией раствора и его
осмотическим давлением можно по величине осмотического давления вычислить
молекулярные массы многих веществ.
Непосредственное измерение осмотического давления представляет довольно
большие трудности, но в этом и нет настоятельной необходимости. Осмотическое
давление тесно связано с некоторыми другими свойствами разбавленных растворов,
сравнительно легко поддающимися измерению, а именно: с понижением давления пара,
понижением температуры замерзания, повышением температуры кипения. Определив
любую из этих величин, можно по ней рассчитать и осмотическое давление раствора.
Растворы,
имеющие
одинаковое
осмотическое
давление,
называются
изотоническими. Если взять два раствора с разной концентрацией, то раствор с большей
концентрацией по отношению к раствору с меньшей концентрацией будет являться
гипертоническим, а раствор с меньшей концентрацией по отношению к раствору с
большей концентрацией – гипотоническим.
При погружении клетки в гипертонический раствор из нее отсасывается вода,
клетка снимается, а при погружении в гипотонический раствор клетка увеличивается в
размерах, и при отсутствии достаточно прочной оболочки может лопнуть. Таким образом,
при помещении клетки в гипотонический раствор, последняя как бы проявляет “сосущую
силу” с помощью которой она извлекает из окружающей среды воду.
Величина сосущей силы клеток определяется по соотношению:
S = P – T,
где S давление).
сосущая сила, а T – противодавление оболочки клетки (тургорное
При потери тургора противодавление оболочки равно нулю и сосущая сила равна
осмотическому давлению. При полном тургоре, когда клетка насыщена водой полностью,
сосущая сила равна нулю.
При помещении растительной клетки в гипертонический раствор происходит отток
воды из клетки, что сначала приводит к снижению тургора, а затем и к отслоению
эластичной протоплазмы от клеточной стенки. Это явление называется плазмолизом.
Методом плазмолиза можно определить концентрацию клеточного сока и его
осмотическое давление. Явление плазмолиза можно наблюдать в микроскоп.
1. Имеется раствор глюкозы с концентрацией 25г в 300 мл. Температура в
помещении 23°С. Какова величина осмотического давления раствора?
2. В колбе находится раствор хлористого кальция с концентрацией 0,15 моль.
Температура в помещении повысилась с 17 до 21°С. На сколько процентов
изменилось осмотическое давление в растворе?
3. Клеточный сок корневых волосков представляет собой раствор глюкозы с
концентрацией 0,24 моль. В каких пределах меняется величина осмотического
давления сока в течение суток при колебаниях температуры от 9 до 22°С?
4. В колбе налито 105 мл раствора, в котором содержится 0,37 г сахарозы и 0,27 г
NaCl. В раствор добавили 0,23 г CaCl2. Температура в лаборатории 24°С. На
сколько процентов изменилось осмотическое давление раствора по отношению
к начальному?
5. Осмотическое давление в корневых волосках равно 7,3 атм. Концентрация
почвенного раствора имеет 0,18 моль. Будет ли вода поступать в корни?
6. В колбу налили раствор сахарозы с концентрацией 0,2 моль. Затем с помощью
фермента инвертазы было гидролизовано 16% сахара. Каким было и стало
осмотическое давление раствора в колбе? Температура в лаборатории 23°С.
7. Осмотическое давление клеточного сока в листьях кукурузы составляет 0,1 атм.
Сколько граммов крахмала потребуется гидролизовать до глюкозы, чтобы при
понижении температуры с 25 до 5°С величина осмотического давления в
клетках не изменилась? Осмотическое давление растительной клетки
определяется осмотическим давлением в вакуоли. Объем вакуоли в клетках
листьев кукурузы равен 0,002 мм3.
8. В 1 мл воды растворили 80 мг белка. Осмотическое давление составило при
25°С 12 мм рт. ст. Каков молекулярный вес белка?
9. Почему глюкоза запасается в виде гликогена, а не мономера?
10. Какова причина сходства первичной структуры белка у разных организмов?
Практическая работа №2.
Живая клетка
В биохимии принято массы атомов и молекул выражать в единицах массы изотопа
углерода 12С, атомный вес которого принят равным 12. Масса одного атома 12С равна в
точности 12 дальтонам, а 1 дальтон равен 1,661 ·10-24 г. Массы молекул выражают в
дальтонах, и численно они равны молекулярной массе. Дальтоны удобно использовать в
случае таких структур, как хромосомы, рибосомы, митохондрии, вирусы и целые клетки, к
которым не применим термин “молекулярная масса”.
1. Сколько молекул липидов содержится в плазматической мембране сферической
клетке млекопитающего объемом 4·10-9 см3, если одна молекула липида занимает
площадь 0,7 нм2? За какое время одна молекула совершит “кругосветное путешествие”,
если скорость диффузии D = 10-8 см2/с?
2. Клетки печени человека имеют ядра диаметром 5 мкм при плотности 1,1 г/см -3 .
ДНК человека содержит 4,6·109 пар нуклеотидов. На один нуклеотид в молекуле ДНК
приходится 0,34 нм. Хромосомы человека на 15% состоят из ДНК. Какова длина всей
ДНК человека? Какова длина ДНК в одной хромосоме человека? Сколько томов
информации содержится в ДНК человека? Какова доля хромосом в массе ядра, если один
нуклеотид весит 332 Да?
Практическая работа №3.
Дыхание
Превращение веществ при дыхании обычно характеризуется схемой:
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 686 ккал (2822 кДж) + 6Н2О.
Интенсивность дыхания характеризуется несколькими величинами:
а) количеством углекислого газа, выделяемого за единицу времени на единицу
массы организма, например, мг СО2 /ч/г;
б) количеством кислорода, поглощенного за единицу времени на единицу массы,
например, мг О2/ч/г;
в) количеством органического вещества, израсходованного на дыхание за единицу
времени на единицу массы, например, г сухого вещества/ч/г;
г) величиной потери массы дышащего материала за единицу времени на единицу
массы.
1. В процессе дыхания прорастающие семена пшеницы выделили 780 мг
углекислоты. Сколько было окислено глюкозы, сколько кислорода было потреблено и
сколько кал энергии выделено?
2. 195 г зерен кукурузы влажностью 14,7% поставили на проращивание в темноте
для определения интенсивности дыхания. Через некоторое время семена и проростки
высушили и взвесили. Их сухая масса оказалась равной 154,9 г. Сколько кал энергии было
выделено в процессе дыхания, если считать, что все потери в массе произошли за счет
распада крахмала в глюкозу? Сколько при этом было поглощено кислорода?
3. На хранение заложено 1250 кг клубней картофеля. За 250 ч они выделили в
процессе дыхания 950 мг углекислоты. На сколько процентов уменьшилась масса клубней
за 35 сут хранения?
4. Сколько граммов АТФ будет образовано при гликолизе 96 г глюкозы до
пировиноградной кислоты, и сколько при полном окислении в процессе дыхания?
5. Известно, что на образование 1 моля АТФ тратиться 30,5 кДж энергии.
Молекулярная масса АТФ равна 507. Взрослый человек с массой 70 кг в среднем
содержит одновременно 50 г АТФ и расходует на поддержание своей жизни в сутки в
среднем 10000 кДж энергии. Рассчитайте, сколько раз в сутки успевает обернуться одна
молекула АТФ?
6. С подвергаемых дыхательному расщеплению молекул на кислород каждую
минуту переходит во всех митохондриях тела человека количество электронов равное
току в 76 А. Оцените общую энергетическую мощность тела человека, если перепад
значения окислительно-восстановительного потенциала в дыхательной цепи равен 1,13 в.
Практическая работа №4.
Фотосинтез
Для решения задач этого раздела нужно вспомнить следующие понятия:
Фотосинтез характеризуется схемой:
6СО2 + 6Н2О + 686 ккал (2822 кДж) = С6Н12О6 + 6О2 .
При сравнении объемов газов, участвующих в фотосинтезе, их необходимо
приводить к нормальным условиям давления и температуры (0°С и 760 мм рт.ст.),
используя уравнение Менделеева-Клапейрона:
PV = RT.
1. В течение года в процессе фотосинтеза все растения на земном шаре связывают
1,75·1011 т, а растения суши –2·1010 т углерода. Какие растения и сколько выделяют
кислорода и сколько Дж солнечной энергии они связывают?
2. Интенсивность фотосинтеза составляет 2,4 мг СО2/дм2/ч. Сколько органических
веществ в пересчете на глюкозу будет синтезировано за 5 ч листьями площадью 1600 см 2.
3. Почему глубоководные растения имеют окраску, отличную от зеленой?
4. Для определения влияния на фотосинтез возраста растения был поставлен
следующий опыт. В один из дней было определено, что в единицу времени на единицу
массы листа растения было усвоено 9,03 г углекислого газа при температуре16°С и
давлении 782 мм рт.ст. В следующее измерение, проведенное через несколько дней было
установлено, что в единицу времени с единицы массы листа растение выделило 4,07 л
кислорода при температуре 21°С и давлении 743 мм рт.ст. Изменилась ли с возрастом
интенсивность фотосинтеза?
5. Каковы механизмы и связь между световой и темновой стадией фотосинтеза?
Практическая работа №5.
Моногибридное скрещивание
Для изображения сочетаемости разных классов гамет и получения на этой основе
разных генотипических классов потомства удобно пользоваться решеткой Пеннета,
которая для моногибридного расщепления имеет вид:
Гаметы
родителей
А
а
А
АА
Аа
а
Аа
аа
1. У фасоли черная окраска семян А доминирует над белой а.
Определить окраску семян в потомстве каждого из следующих скрещиваний: а) Аа
Аа; б) АА Аа; в) аа АА; г) Аа аа.
Растение, гомозиготное по черной окраске, скрещено с белосемянным растением.
Определить фенотипы: а) F1; б) F2; в) потомства от возвратного скрещивания растения F1
с белосемянным растением родительской формы; г) потомства от возвратного
скрещивания растения F1 с черносеменным растением родительской формы.
При опылении растения, выросшего из черного семени, пыльцой белосеменного
растения получили половину черных и половину белых семян. Определить генотип
материнского растения.
Скрещивание двух растений, полученных от черных семян, дало около ¾ черных и
около ¼ белых семян. Определить генотипы обеих родительских растений.
При скрещивании растения, имеющего черные семена, с белосеменным получены
только черные семена. Какую окраску семян будет иметь потомство от скрещивания двух
таких черносеменных растений F1 между собой?
При самоопылении растения, выросшего из черного семени, получили 3/4 черных и
1/4 белых семян. Определить генотип исходного растения.
При скрещивании двух черносеменных растений получили черные семена. Можно
ли определить генотип родительских форм?
При скрещивании растения, выросшего из черного семени, с белосеменным
получены черные семена. Можно ли определить генотип материнского растения?
Практическая работа №6.
Дигибридное скрещивание, кроссинговер
1. У кукурузы окрашенный эндосперм и гладкий алейроновый слой
контролируются доминантными генамиC и S, а неокрашенный эндосперм и морщинистый
алейроновый слой – их рецессивными аллелями с и s. Эти гены находятся в одной паре
гомологичных хромосом, т.е. они сцеплены. Поэтому в результате сочетания указанных
генов образуется неодинаковое количество гамет: некроссоверных гамет бывает
значительно больше, чем кроссоверных. Установлено, что расстояние между генами С и S
составляет 3,6 морганиды. Определить, какие типы гамет и в каком процентном
отношении образуют особи генотипа CcSs?
2. Определить расстояние между генами А и В, если при скрещивании
гетерозиготной по этим генам особи с гомозиготным рецессивом получено 6,4%
рекомбинантов.
3. Существовала гипотеза, согласно которой – хромосома – это временное
образование, собирающееся из отдельных генов для обеспечения митоза и мейоза а потом
вновь распадающаяся. Приведите факты, которые прямо или косвенно отвергают ее?
Практическая работа №7.
Наследование, сцепленное с полом
Группа крови АВО у человека по принципу множественного аллелизма, т.е. ген
может быть в трех аллельных формах: IО, IА, IВ. IО – 1 группа, IА – 11 группа, IВ – 111
группа, IАIВ – 1V группа. У мальчика 1 группа крови, у его сестры 1V. Определите группу
крови и генотип их родителей?
1. Мужчина гомозиготен по гену В (111) группы крови, женщина – по гену О (1).
Каков генотип детей?
2. У человека присутствие резус-фактора Rh обусловлено доминантным геном D.
Женщина с генотипом Rh-А(1), у которой отец имеет генотип Rh-O(1), вышла замуж за
мужчину Rh-O(1). Какова вероятность того, что ребенок наследует оба признака отца?
3. Перед судебно-медицинской экспертизой поставлена задача, выяснить: является
ли ребенок, имеющейся в семье супругов, родным или приемным. Исследование групп
крови показало следующее: мать – Rh- AB M, отец – Rh- O N, ребенок – Rh+ O M. Какое
заключение должна сделать экспертиза и на каком основании?
4. Аня и Ася – идентичные близнецы. Ваня и Вася - идентичные близнецы. Ваня
женился на Ане, Вася женился на Асе. В обеих семьях родились сыновья. Будут ли эти
мальчики похожи друг на друга как однояйцовые близнецы?
5. В семье у кареглазых родителей четверо детей. Двое голубоглазых имеют 1 и 111
группу крови, двое кареглазых – 11 и 111 группы. Определите вероятность рождения
следующего ребенка кареглазым с 1 группой крови? Карий цвет доминирует над голубым
и обусловлен аутосомным геном.
6. У человека доминантный ген Д, обуславливающий дефект ногтей, и ген,
определяющий группу крови, находятся в одной аутосоме на расстояние 10 морганид.
Женщина с дефектом ногтей, отец которой был гомозиготен по группе А и имел
нормальные ногти, а мать О группы с дефектными ногтями, вышла замуж за мужчину с
нормальными ногтями и группой крови О. Какова вероятность, что ребенок будет по
обоим признакам похож на: а) отца; б) бабушку?
Практическая работа №8.
Популяция – единица вида и эволюции. Генетика популяции
Частота генов в популяции выражается формулой p + q = 1. Если, например,
концентрация доминантного аллеля A = p = 0,8, то концентрация рецессивного аллеля a =
q = 0,2. В свободно скрещивающихся популяциях устанавливается равновесие генных
частот, подчиняющееся закону Харди-Вайнберга: p2AA + 2pqAa + q2aa.
1. Докажите этот закон.
2. В выборке, состоящей из 84000 растений ржи, 210 растений оказались
альбиносами, так как у них рецессивные гены находятся в гомозиготном состоянии.
Необходимо определить частоты аллелей R и r и частоту гетерозиготных растений,
несущих признак альбинизма.
3. Дальтонизм – заболевание, определяемое сцепленным с полом рецессивным
геном. Частота дальтонизма у мужчин 0,08. Какова частота в популяции людей гомо- и
гетерозиготных женщин по этому гену?
4. У человека существует группа крови MN (M и N – два кодоминантных аллеля
одного гена). Частота группы крови NN 16%. Найти частоты встречаемости групп крови
MM и MN.
5. На Амазонке открыто большое изолированное племя. Исследование крови у 100
человек на MN группу. Получены следующие результаты: MM – 80, MN – 20 человек. На
основании этих данных сделан вывод, что в условиях Амазонки люди с кровью группы
NN не выживают. Правильно ли это?
6. Единственное проявление аллеля заключается в том, что гомозиготы по нему
бесплодны. Опишите его судьбу в популяции.
7. Князь Задунайский – последний в своем некогда знаменитом роде. Князья всегда
женятся и имеют 2 детей. Дочери меняют фамилию. Какова вероятность того, что
фамилия сохранится в последующих поколениях?
8. Почему полиплоидия чаще встречается у растений, чем у животных?
9. Какие преимущества имеют га-, ди- и полиплоидные организмы?
11. Как оценить численность популяции, если в нее выпустить некоторое
количество меченых животных?