Методы биологических исследований

Метод – это способ научного познания мира. Методы делятся на теоретические (логические) - требуют мышления, анализа, сравнения, обобщения и т.д. и практические (эмпирические) – требуют конкретных действий с применением или без различных приборов и инструментов. Разные области наук применяют разные методы в зависимости от поставленной цели исследования. Есть общенаучные методы, применяемые во многих науках (сравнение, анализ, описание, эксперимент, обобщение, наблюдение, моделирование и др.) Есть частнонаучные методы, применяемые в конкретной науке.

Например,

в цитологии: микроскопирование, цитогенетический метод, центрифугирование,

в генетике: гибридизация, генеалогический метод, близнецовый метод,

в селекции: инбридинг (близкородственное скрещивание), только в селекции растений метод ментора (передача качеств подвоя привитому растению),

в биотехнологии: методы клеточной и генной инженерии.

ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ

1. Наблюдение. Визуально или с помощью приборов следят за различными объектами для достижения поставленной цели. Данный метод применяют для получения новых знаний, сбора фактов для описания объекта. Изучают сезонные изменения в природе, в жизни растений и животных, поведение животных и т.д.

1. Описание. Устная или письменная характеристика объекта по результатам наблюдений. Данный метод применяют для получения и накопление информации об объектах, процессах.
2. Сравнение. Сопоставление и нахождение сходств и различий между объектами (организмами, процессами). Данный метод применяют в систематике для распределения организмов по группам, для установления родства и общего происхождения.
3. Классификация. Распределение объектов по различным основаниям. Данный метод применяют для упорядочивания имеющейся информации об объектах.
4. Анализ. Изучение объекта (процесса) по отдельным составляющим компонентам. Данный метод применяют для получения полной характеристики объекта, процесса, для дальнейшего обобщения полученных результатов.
5. Эксперимент. В специальных условиях (управляемых и контролируемых) проводится опыт. Обязательно есть опытная группа, есть контрольная группа. Данный метод применяют для получения новых научных знаний, закономерностей, для подтверждения или опровержения выдвигаемой гипотезы.
6. Измерение. С использованием приборов, инструментов определяют какие-то количественные характеристики объекта, процесса. Данный метод применяют для дальнейшего их анализа, сравнения, сопоставления, нахождения причинно-следственных связей, для проведения мониторинга
7. Моделирование. Создаются копии прототипа (объектов, процессов) для их изучения. Например, можно создать модели молекул, организма, клетки. Изучение объектов на моделях позволяет визуализировать невидимые объекты, изучать и прогнозировать изменения, позволяет отрабатывать умения и навыки.
8. Мониторинг. Проведение регулярных измерений каких-то величин объектов (процессов организмов, популяций, экосистем, биосферы). Данный метод позволяет выявлять изменения каких-либо параметров, показателей во времени. Благодаря мониторингу своевременно можно выявить и принять меры по предупреждению негативных изменений в природе, в популяциях.
9. Статистический. Проводится сбор и анализ числовых показателей для дальнейшей обработки (в популяциях численность, количество особей с определенными признаками, заболеваниями). Данный метод позволяет получать информацию о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры.

ЧАСТНОНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ

Методы генетики

1. Гибридизация. Проводится скрещивание родительских особей, отличающихся по признакам, затем результаты скрещивания подвергаются математическому анализу, отслеживается проявление родительских признаков у потомства. Данный метод применяется для установления закономерностей наследственности, характера наследования признака (доминантность, рецессивность, промежуточный характер наследования).
2. Секвенирование. Выделяют разные по длине фрагменты ДНК, отличающиеся концевыми нуклеотидами, окрашивают нуклеотиды разными красителями, пропуская через фрагменты лазерные лучи получают цветную «картину» о последовательности нуклеотидов. Данный метод применяют для определения последовательности нуклеотидов во фрагменте ДНК.
3. Генеалогический. Составляются родословные, в которых отмечены определенным цветом родители и потомство, имеющие изучаемый признак или являющиеся носителями гена. Отслеживается передача исследуемого признака в поколениях и определяется вероятность проявления признака в будущих поколениях. Данный метод применяют для определения вероятности проявления наследственных заболеваний (в целях профилактики), для определения типа наследования заболевания (признака) -доминантность или рецессивность, сцепленность с полом или аутосомность, а также позволяет определить генотипы родителей и потомства.
4. Цитогенетический (кариотипирование). В клетках окрашиваются хромосомы в делящихся клетках на стадии метафазы и рассматриваются под световым микроскопом. Изучаемый кариотип сопоставляется с нормальным кариотипом. Данный метод применяют для изучения кариотипа (формы, количества и размеров хромосом у конкретных видов), для определения пола, для предупреждения рождения детей с наследственными заболеваниями, вызванными изменениями в числе хромосом (геномные мутации) и в размерах хромосом (хромосомные мутации).

1. Близнецовый. Изучают однояйцовых (монозиготных) близнецов и выявляют их различия в фенотипе. Данный метод применяют для выявления влияния условий среды на формирование фенотипа. Так как у монозиготных близнецов генотип полностью одинаковый, все различия в фенотипе объясняются только влиянием условий среды.
2. Популяционно – статистический. Проводится сбор и анализ числовых показателей в популяциях (численность, количество особей с определенными признаками, заболеваниями). Данный метод позволяет получать информацию о состоянии популяций, о распространении отдельных генов и о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры.

Методы цитологии и биохимии

1. Световая микроскопия. Под световым микроскопом рассматриваются объекты (живые или на фиксированных препаратах) и процессы в живых клетках, пропуская через микропрепарат видимый свет. Данный метод применяют для изучения строения клеток (формы, размеров, расположения ядра и хромосом, вакуолей, клеточной стенки, пластид, их количества), для изучения процессов в живой клетке (митоз, мейоз, плазмолиз).
2. Электронная микроскопия. Специально приготовленный неживой микропрепарат (химическим путем зафиксированный) рассматривается под электронным микроскопом (световой пучок заменяется электронным пучком). Данный метод применяют для визуального изучения тонкого строения органоидов клетки (рибосомы, ЭПС, лизосомы, митохондрии, плазматическая мембрана, микротрубочки, центриоли).
3. Флуоресцентная микроскопия. Микропрепарат рассматривают через ультрафиолетовые лучи разной длины, которые окрашивают разные вещества в разные цвета. Данный метод применяют для определения содержания разных веществ в разных частях клетки, диагностирования заболеваний, для обнаружения патологий.
4. Центрифугирование. Пробирки с разрушенными клетками вращают в центрифуге при разной скорости. Из-за разной массы и плотности органоидов клетки при вращении у них возникает разная центробежная скорость, поэтому в конце вращения органоиды в пробирке располагаются слоями. Данный метод применяют для выделения отдельных структур клетки в целях дальнейшего изучения их строения под электронным микроскопом. Более плотные, тяжелые части клетки (ядра) оказываются на дне пробирки, потом митохондрии (пластиды), лизосомы, рибосомы.
5. Цитохимический. Разными реактивами окрашивают препараты и изучают содержание разных веществ в разных клетках. Данный метод применяют для исследования химического состава клеток и тканей живых организмов, обнаружения патологий в тканях
6. Биохимический. Анализ химического состава биологических жидкостей, клеток и тканей путем титрования и проведения качественных реакций. Данный метод применяют для исследования химического состава биологических жидкостей, клеток и тканей.
7. Хроматография. Смесь проводят через неподвижное вещество (адсорбент). Разные молекулы веществ в составе смеси имеют разную массу и скорость движения в адсорбенте, поэтому разделяются. Данный метод применяют для определения составляющих компонентов смеси, их количества, для разделения светопоглощающих пигментов (хлорофиллов, а и β) в растениях.
8. Метод меченых атомов (авторадиография). В организм вводятся молекулы веществ, содержащие радиоактивные изотопы, дающие излучения. Приборами отслеживаются перемещения этих веществ в организме в ходе обмена веществ (пластического и энергетического), фотосинтеза у растений. Данный метод применяют для изучения участия разных молекул в обменных процессах, их количества, движения в организме, мест накопления, путей выведения, а также определения характера биохимических процессов.
9. Рентгеноструктурный анализ. Через вещества пропускают рентгеновские лучи, которые рассеиваются и по характеру рассеивания (дифракции) лучей на экране можно узнать о пространственной структуре молекулы. Данный метод применяют для установления пространственной структуры молекул белков, ДНК.
10. Электрофорез. Вещества проводят через гель, в котором есть электрическое поле. Отрицательно заряженные компоненты вещества начинают двигаться в сторону положительно заряженного электрода с разной скоростью и происходит их разделение. Данный метод применяют для разделения составляющих компонентов вещества (белков, ДНК и др.), имеющих разные заряды.

Методы биотехнологии

1. Клеточная инженерия

- Метод культуры тканей (микроклональное размножение) выращивание клеток растений на питательных средах и получение каллусных тканей вне организма. Позволяет получать большое количество генетически однородный посадочный материал, сохранять и размножать редкие растения, размножать растения, трудно размножаемые традиционно.

- Метод гибридизации соматических клеток (скрещивание соматических клеток разных организмов, пересадка органоидов в другие клетки). Позволяет получать цитогибриды с нужными признаками.

- Клонирование -получение клонов – копий организма, из которого берут ядро соматической клетки и пересаживают в безъядерную яйцеклетку и из эмбриона выращивают клоны. Репродуктивное клонирование – применяется для получения большого количества потомства от выдающихся животных. (эмбрион разделяют на части, затем пересаживают в организм суррогатной матери и получают много потомства от одного животного). Терапевтическое клонирование применяется для получения из стволовых клеток эмбриона донорских органов для дальнейшей трансплантации их донору.

- Микробиологический синтез. Синтез нужных человеку продуктов (кормовых белков, витаминов, ферментов и др.) с помощью микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов, дрожжей).

1. Генная инженерия.

- Метод рекомбинантных ДНК (выделяют нужный ген, пересаживают в ДНК другого организма и получают у данного организма желаемый признак). Часто пересаживают ген в плазмиды (маленькие кольцевые ДНК) бактерий. Применяется для производства нужных человеку продуктов (антибиотиков, кормовых белков, гормонов, витаминов, аминокислот) или для создания организмов с желаемыми для человека полезными признаками.

Методы селекции

1. Массовый отбор. Отбор особей по фенотипу без проверки генотипа. Для перекрёстноопыляемых растений. Не используется у животных.
2. Индивидуальный отбор. Селекция самоопыляемых растений. Селекция животных с учётом экстерьерных (внешних) признаков и анализ фенотипа по потомству.
3. Гибридологический метод. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов). Близкородственное скрещивание (инбридинг) – приводит к появлению чистых линий, гомозигот, снижению жизнеспособности. Межвидовая гибридизация (аутбридинг) – приводит к получению гетерозисных высокоурожайных гибридов.
4. Полиплоидизация. Приводит к образованию полиплоидов из-за кратного увеличения числа хромосом (нарушают колхицином веретено деления и расхождение хромосом не происходит). Полиплоидные растения более урожайны, у них выше устойчивость к неблагоприятным факторам, они более жизнеспособны. Также метод позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов, полученных при отдалённой гибридизации. Не используется у животных.
5. Искусственный мутагенез. Это воздействие на организм в условиях эксперимента мутагенным фактором для возникновения мутации с целью изучения влияния фактора на организм и получения нового признака. Не используется у животных.

Методы эволюции

1. Эмбриологический. Особенности развития зародышей (эмбрионов) у разных групп организмов. Для определения родства, общего происхождения.
2. Палеонтологический. Изучение ископаемых останков древних организмов. Для установления хода эволюции живых организмов.
3. Биогеографический. Изучение и сравнение флоры и фауны на различных континентах, географических областях. По сходству флоры и фауны, уникальности видов (реликтовых, эндемичных) определяется ход эволюции живого мира.
4. Сравнительно-анатомический. Сравнивание общего плана строения организмов разных таксонов, изучение атавизмов и рудиментов, гомологии и аналогии органов. Для выяснения хода эволюции у разных организмов, установления родства, причин эволюционных изменений.

Скачать рабочий лист Рабочие листы, скачать файлы (portalbio.ru)

Данный материал необходим для выполнения задания линии 1.

Задание 1 проверяет понимание методов научного познания. Данное задание предполагает работу с таблицей, в которой необходимо определить метод.

Алгоритм выполнения задания:

• Внимательно прочитайте задание и рассмотрите таблицу.
• Определите, какой термин пропущен.
• Запишите слово в поле КИМ и бланк ответов No1.

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ! ВЫПОЛНИТЕ ТЕСТ "Методы биологических исследований. Задания линии 1 ЕГЭ" Методы биологических исследований | Тестирование по биологии (portalbio.ru)