Презентация "Методы биологии"

Методы биологии

Подготовка к ЕГЭ

12. Что такое метод исследования? Приведите примеры биологических методов исследования и ситуации, в которых они применяются.

Элементы ответа:

1) Метод исследования — это способ научного познания действительности.

2) Различают биологические методы исследования: описание, наблюдение, сравнение, эксперимент, микроскопия, центрифугирование, гибридологический, близнецовый метод, биохимический метод др.

3) Методы исследования применяются только в определенных случаях и для достижения определенных целей. Например, гибридологический — для изучения наследственности применяется в животноводстве и растениеводстве, но не применяется для человека. Центрифугирование позволяет выделять органоиды клетки для их изучения.

Метод - это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний.

Методы познания живой природы

Методы цитологии

Световая микроскопия

Неживые

клетки

С помощью светового микроскопа достигается увеличение в 2000 – 2500 раз.

Многостороннее исследование клеточных структур и их функций.

МИКРОСКОП (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом.

Микроскопирование позволяет изучить строение клетки и ее органоидов, наблюдать некоторые процессы жизнедеятельности, например, движение цитоплазмы, деление клетки.

Методы цитологии

В XVI веке в Нидерландах потомственные оптики Захарий и Ханс Янсены (1590 г.) создали первый микроскоп и заложив основы для создания сложных микроскопов.

Все исследования структуры клеток проводятся с использованием увеличительных приборов

Методы цитологии

Электронная микроскопия

Неживые

Вместо света используется быстрый поток электронов, а стеклянные линзы заменены электромагнитными полями.

Многостороннее исследование клеточных структур и их функций.

Существует два основных типа электронных микроскопов:

• трансмиссионный (просвечивающий)
• сканирующий.

В трансмиссионном микроскопе пучок электронов, проходя сквозь специально подготовленный образец, оставляет его изображение на экране. Этот микроскоп дает плоское (двухмерное) изображение.

  Максимальное разрешение сканирующего микроскопа невелико, около 10 нм, но зато изображение получается объемным (трехмерным). Здесь луч не проходит через образец, а отражается от его поверхности (образец сканируют).

Методы цитологии

Флуоресцентная микроскопия

Живые

Проникая в клетку, красители соединяются с белками, и вначале вся цитоплазма приобретает диффузную окраску. Некоторые вещества способны светиться при поглощении ими световой энергии.

Выявляются изменения, происходящие в клетках и тканях при разных внешних воздействиях.

Методы цитологии

Микрохирургии

Живые

Цитохимический

Разнообразные операции на клетках с использованием прибора микроманипулятора. Позволяет извлекать отдельные клеточные структуры (извлечение ядра из оплодотворенной яйцеклетки)

Для получения клонов.

Любые

Методы с помощью которых производится определение от 10 до 0,01 мг вещества.

Роль ядра и цитоплазмы в жизни клеток .

Содержание белков, фосфора, аминокислот, нуклеиновых кислот, сахаров и т. д

Цитохимический

Пересадка ядер у амёб; момент проталкивания ядра сквозь соприкасающиеся поверхности обеих амёб.

Методы цитологии

Центрифугирования

(фракционирования)

Живые

клетки

Основан на расслоении при вращении содержимого клетки на составные части в зависимости от удельного веса органоидов.

Изучение компонентов клетки.

Прежде, чем подвергнуть клетки центрифугированию, разрушают их клеточные оболочки. Это достигается продавливанием через маленькие отверстия, ультразвуковой вибрацией, или обычным измельчением растительных тканей пестиком в фарфоровой ступе. После этого ткани помещают в пробирки и с высокой скоростью вращают в центрифуге .

Крупные компоненты клетки образуют осадок при низких скоростях. Мелкие компоненты клетки выпадают в осадок при более высоких скоростях. Этапы центрифугирования:

- низкая скорость (ядра, цитоскелет);

- средняя скорость (хлоропласты);

- высокая скорость (митохондрии);

- очень высокая скорость (рибосомы).

Методы цитологии

Меченых атомов (авторадиография)

Живые

В молекуле меченого вещества один из атомов замещен атомом того же вещества, но обладающим радиоактивностью. Благодаря тому, что эти изотопы обладают радиоактивным излучением, их можно легко обнаружить.

Применяется при изучении сложных химических процессов.

Синтез белков и нуклеиновых кислот, проницаемость клеточной оболочки, локализации веществ в клетке и т. д

Введение в клетку веществ с радиоактивными изотопами. Метод позволяет проследить за миграцией веществ в клетке, их превращениями, обнаружить локализацию и характер биохимических процессов.

Методы цитологии

Метод

культуры клеток и тканей

Живые клетки

В камеру, наполненную питательной средой, помещают небольшой кусочек живой ткани или клетки. Клетки размножаются.

Позволяет наблюдать за ростом и делением клеток и тканей вне организма, выделять факторы роста, получать клеточные гибриды путем слияния клеток.

Хроматографический метод

Хроматогра́фия  —  метод разделения  и анализа смесей  веществ , а также изучения физико-химических свойств веществ.

Хроматографический метод основан на разной скорости движения веществ смеси через адсорбент в зависимости от их способности связываться с его частицами

Разработчик метода  Михаил Цвет  разделял ярко окрашенные растительные пигменты.

Хроматографические методы - это методы молекулярного анализа, основанные на разделении компонентов смеси путем их избирательного поглощения (сорбции).

Хроматографическое разделение основано на различии скоростей перемещения разных компонентов пробы через слой сорбента.

Хроматографический метод

Вещество, которое сорбирует анализируемые вещества, называют неподвижной фазой. Вещество, которое переносит анализируемую смесь через слой сорбента, называют подвижной фазой. Подвижной фазой может быть газ или жидкостью. Соответственно эти виды хроматографии называют газовой и жидкостной хроматографией.

Основные области применения хроматографического анализа

* нефтехимия и химическая промышленность;

* контроль состояния окружающей среды;

* анализ пищевых продуктов и лекарственных препаратов;

* клинический анализ;

* научные исследования.

Основные виды хроматографии

• Адсорбционную
• ионообменную
• Жидкостную
• бумажную тонкослойную,
• гель-фильтрационную

А б сорбция - это поглощение газов или паров жидкими поглотителями, а а д сорбция - это поглощение газов или паров или растворенных веществ - твердыми поглотителями.

Электрофорез разделяет высокомолекулярные органические соединения по скорости их прохождения через вязкую жидкость в слабом электрическом поле.

Метод позволяет разделять макромолекулы, различающиеся по таким важнейшим параметрам, как

• размеры (или молярная масса),
• пространственная конформация,
• электрический заряд

причем эти параметры могут выступать как порознь, так и в совокупности.

Физический принцип метода заключается в следующем. Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают электрическим зарядом, величина и знак которого зависят от рН среды. Если через этот раствор пропускать электрический ток, то под действием электрического поля макромолекулы в соответствии со своим зарядом мигрируют в направлении катода или анода. В зависимости от величины заряда и размеров молекулы приобретают разные скорости, и в этом — сущность процесса разделения смеси белков методом электрофореза. Постепенно исходный препарат, состоявший из различных молекул, разделяется на зоны или фракции, содержащие одинаковые молекулы.

Методы генетики

Классические методы селекции

Гибридизация

Искусственный мутагенез

Полиплоидия

Близкородственное скрещивание

(инбридинг)

Изменение структуры ДНК

Искусственные

полиплоиды

Неродственное скрещивание

(аутбридинг)

Отбор

Получение новых сортов

Внутрипородное

внутрисортовое

Спонтанные

полиплоиды

Индивидуальный

Межпородное

межсортовое

Массовый

Отдаленная гибридизация

межвидовая

Хромосомная

инженерия

Генная

Клеточная

инженерия

инженерия

Новейшие

методы

селекции

Методы биотехнологии

С помощью методов клеточной и генной инженерии возможно получение новых высокопродуктивных продуцентов белков и пептидов человека, антигенов, вирусов и др.

Выделяют 3 основных

метода биотехнологии :

· Генная инженерия;

· Клеточная инженерия;

Хромосомная инженерия

· Клонирование.

·

В основе клеточной инженерии – создание и модификация клеток.

Генная инженерия действует на генетическом уровне.

Генные инженеры стараются найти новые комбинации генов, которых нет в природе.

Генная инженерия

Генная инженерия основана на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого организма.

«Вырезании» генов проводят с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов — рестриктаз ,

затем ген "вшивают" в вектор — плазмиду , с помощью которого ген вводится в бактерию.

"Вшивание" осуществляется с помощью другой группы ферментов — лигаз .

Причем вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена — промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор.

Генная инженерия

Затем вектор вводится в бактерию, и на последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введенные гены успешно работают.

Излюбленный объект генных инженеров — кишечная палочка , бактерия, живущая в кишечнике человека.

Именно с ее помощью получают гормон роста — соматотропин , гормон инсулин , который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон , помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Генная инженерия

Рис. 1 Создание рекомбинантной ДНК

• Векторы – агенты, используемые для переноса чужеродной ДНК в клетку.

Генная инженерия

Бактерия Bacillus thuringiensis вырабатывает эндотоксин , разрушающий желудок насекомых и совершенно безвреден для млекопитающих.

Из бактерии выделили этот ген и ввели его в плазмиду почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens . Этой бактерией были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на питательной среде.

Генная инженерия

Через некоторое время плазмиды, несущие ген белка-токсина, внедрились в растительные клетки и ген встроился в ДНК растений.

Затем из этих кусочков вырастили полноценные растения. Гусеницы насекомых вредителей погибали на этом растении.

Описанным путем к настоящему времени получили формы картофеля, томатов, табака, рапса, устойчивые к разнообразным вредителям.

Молекулярные биологи передали винограду ген морозоустойчивости от дикорастущего родственника капусты брокколи. Получение морозостойкого сорта заняло всего год (вместо 30 лет).

Трансгенные растения выращивают во многих странах мира. На первом месте по размеру площадей под трансгенными растениями находятся США, Аргентина и Китай. Больше всего земли занимают трансгенные соя, кукуруза, хлопок, рапс и картофель.

Что изображено на рисунке?

Генная инженерия

Перенос новых генов в геном животных возможен с помощью микроинъекции ДНК в ядро яйцеклетки. Так получили трансгенную гигантскую мышь, которой ввели ген гормона роста крысы.

Хромосомная инженерия

Метод дополненных линий

Метод замещенных линий

Методы хромосомной инженерии

Метод гаплоидов

Получение полиплоидов

Хромосомная инженерия

Методы хромосомной инженерии.

Эффективно используются в селекции растений. Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков, или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую. На этом основаны методы получения замещенных и дополненных линий, с помощью которых в растениях собираются признаки, приближающие к созданию «идеального сорта».

Очень перспективен метод гаплоидов , основанный на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом, затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (10 пар хромосом), полностью гомозиготные растения всего за 2 — 3 года вместо 6 — 8 летнего инбридинга.

Сюда же можно отнести и получение полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом.

Использование клеточных культур

Получение гибридом

Методы клеточной инженерии

Клонирование

Слияние эмбрионов, получение химер

Клеточная инженерия

Методы клеточной инженерии связаны с культивированием отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные культуры . Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных в питательную среду, содержащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности , то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение.

Клеточная инженерия

Продолжается работа по гибридизации клеток, получение гибридом. Например, разработана методика гибридизации протопластов соматических клеток. Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты клеток организмов, относящихся к разным видам — картофеля и томата, яблони и вишни.

Перспективно создание гибридом , при котором осуществляется гибридизация лимфоцитов, образующие антитела, с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки.

Клеточная инженерия

Интересен метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Таким способом возможно клонирование животных, получение генетических копий от одного организма. В настоящее время получены клонированные лягушки, получены первые результаты клонирования млекопитающих.

Клеточная инженерия

Возможно слияние эмбрионов на ранних стадиях, создание химерных животных. Таким способом были получены химерные мыши при слиянии эмбрионов белых и черных мышей, химерное животное овца-коза.

Цитогенетический (цитологический)

22 . Известно, что в растительных клетках присутствует два вида хлорофилла: хлорофилл а и хлорофилл b. Ученому для изучения их структуры необходимо разделить эти пигменты. Какой метод он должен использовать для их разделения? На чём основан этот метод?

Элементы ответа:

1) метод хроматографии;

2) метод основан на разной скорости движения веществ смеси через адсорбент в зависимости от их способности связываться с его частицами