Для получения гибридов второго поколения мендель применял способ опыления

Генетические законы Менделя

Желтую горошину – в горшок, зеленую – в плетеную миску, снова желтую – в горшок. Нет, это не Золушка по заданию мачехи перебирает семена, чтобы, окончив работу, пойти на бал. Это монах и ученый Грегор Мендель в саду Августинского монастыря в чешском городе Брно собирает урожай с выращенных особым способом гороховых кустов, чтобы определить, как наследуется цвет у гороха.

Попытки скрещивать растения и изучать полученное потомство предпринимались исследователями и раньше. Но определенные выводы ученые сделать не смогли из-за большого разнообразия признаков среди потомков. И, поскольку, основы гибридологического анализа отсутствовали, а статистику для исследования наследственности никто не применял, ни один из исследователей не смог определить точные формулы наследования.

Для своих опытов Мендель выбрал горох не случайно:

• Это неприхотливое растение легко выращивать, и в условиях теплой погоды в Чехии за один год можно получить несколько поколений.
• Потомство одного семени довольно многочисленно: вспомните, сколько стручков на растении, выросшем из одной горошины.
• Сорта гороха разнообразны в своих фенотипических проявлениях, а отличительные признаки наследуются.
• Горох — самоопыляющееся растение. Это значит, что опыление происходит внутри одного цветка. Пыльца с другого растения в дикой природе попасть в другой цветок не может, поскольку органы размножения гороха защищены от проникновения пыльцы с других растений.
• И вместе с тем, у исследователя есть возможность после удаления тычинок материнского растения искусственно перенести пыльцу с другого растения с помощью инструментов для получения растений-гибридов.
• Гибриды, полученные в результате искусственного оплодотворения, способны давать свое потомство, что важно для прослеживания наследования признаков в поколениях.

Для того, чтобы оценить масштабы проделанной ученым работы, представьте, что на всех семеноводческих хозяйствах Чехии ученый заказал сорта выращиваемого там гороха. В результате ему прислали 34 образца, из которых для исследований он отобрал 22 варианта.

Условием отбора было то, что все растения, выращенные из семян одного сорта, при самоопылении походили на родительские растения как две капли воды, т.е. не давали расщепления по исследуемым качествам или принадлежали к «чистым линиям».

Исследуемый Менделем горох отличался по следующим признакам:

• цвет семян (желтый или зеленый);
• вид кожуры семян (гладкая или сморщенная);
• высота стебля (высокое растение или низкое);
• оттенок цветков (белые или розовые);
• форма бобов (простые или членистые);
• расположение цветов (верхушечные или пазушные).

В своих опытах Мендель учел ошибки предшественников, которые пытались сравнивать растения одновременно по разным признакам и потерпели фиаско.

Исследователь решил начать с изучения наследования лишь одного признака — цвета горошин. Именно благодаря тому, что ученый сознательно сузил задачу, его ждал успех и он смог четко установить определенные закономерности наследования.

Грегори Мендель начал анализ со скрещивания родителей, у которых отличались лишь одна пара признаков, такой тип скрещивания естествоиспытатель назвал моногибридным (Подробнее о методе на странице 264 учебника «.Общая биология 10 класс» под редакцией Н.И.Сонина)

Мендель вручную оплодотворил растения, семена которых имели желтый цвет кожуры, пыльцой с растений с зеленой кожурой. Когда ученый собрал урожай высаженных растений, то обнаружил, что кожура у всех потомков желтая.

Повторив эксперименты с морщинистыми и гладкими горошинами, с кустами гороха разной высоты, растениями с разной окраской цветков и стручков и т.д., Мендель отметил, что все потомки в первом поколении унаследовали признак одного из родительских организмов, т.е. по фенотипу не отличаются друг от друга.

Ведущее свойство, характерное для всех семян, полученных в первом поколении, Мендель обозначил как доминантное. Свойство другого родителя, которое не проявилось у гибридов первого поколения, ученый определил как рецессивное. Закономерность получила название первого закона Менделя, или закона единообразия гибридов I-го поколения, или закона доминирования.

Все выращенные образцы нужно было собрать, сосчитать и выделить определенные закономерности. Одним из первых Мендель использовал и применил конкретные количественные методы для обработки данных. Зная о теории вероятности, он понимал необходимость исследования большого числа семян гороха, полученных в результате скрещиваний, чтобы избежать статистической ошибки из-за случайных отклонений.

Для выведения законов наследования Мендель изучил более двадцати тысяч семян — гибридов второго поколения. Согласитесь, для обычного монаха, который жил в конце XIX века, без доступа к современным исследовательским инструментам, с лупой и микроскопом, в перерывах между молитвами и проповедями — это ли не подвиг!

Горох – самоопыляющееся растение, поэтому в следующем поколении ученый предоставил работу по опылению матушке-природе, чем облегчил себе задачу исследовательскую, но не статистическую. Учитывая, что способ размножения гороха – половой, неопыленные цветки просто-напросто не дадут потомство, и случайные отклонения не искажали итоги экспериментов с растениями.

Мендель продолжил опыты с одинаково желтыми гибридами первого поколения. И для исследователя было большим сюрпризом увидеть примерно треть зеленых горошин в корзинке семян с новым урожаем.

Когда ученый проанализировал результаты экспериментов с гибридами второго поколения, он увидел следующую закономерность: гибриды разделились на два различных по внешнему виду, т.е. фенотипу, класса. Бо´льшая часть унаследовала доминантные признаки, меньшая — рецессивные.

При точном подсчете соотношение между семенами гороха с доминантными и рецессивными признаками составило 3 к 1 соответственно. Что позволило Менделю вывести второй закон Менделя, или закон расщепления, который звучит так: «При скрещивании двух гетерозиготных гибридов первого поколения во втором поколении отмечается расщепление в соотношении 3:1 по фенотипу, и 1:2:1 по генотипу».

Чтобы ответить на вопрос, почему происходит расщепление признака именно в таком соотношении, Мендель выдвинул гипотезу о «чистоте гамет», согласно которой аллельные гены не смешиваются у потомка, а остаются в неизмененном виде. А в размножении следующего поколения в фазе мейоза в гамету попадает только одна хромосома из пары гомологичных. Т.е. гаметы условно чисты относительно другого гена из аллельной пары.

Далее ученый начал проводить опыты с растениями, у которых отличались две пары признаков, и использовал гомозиготные семена гороха, отличающиеся цветом и формой семян. Такой тип скрещивания ученый назвал дигибридным. Для определения гомозиготности растений он использовал анализирующее скрещивание

У потомков во втором поколении треть горошин имеет проявления доминантного фенотипа, однако при этом отличается по генотипу (Аа и АА). И чтобы определить генотип, Мендель использовал семена с проявлениями рецессивного признака. Поскольку рецессивные свойства проявляются только в гомозиготном состоянии генов (аа), потомки, в зависимости от генотипа исходной особи, будут иметь единый фенотип, если родительская особь гомозиготна, согласно 1 закону Менделя, либо произойдет расщепление в соотношении 1:1.

В результате искусственного опыления гладких (B) и желтых (A) растений с морщинистыми (b) и зелеными(a), в первом поколении все растения дали потомство с желтыми гладкими горошинами, что подтвердило первый закон Менделя о единообразии гибридов первого поколения при дигибридном скрещивании.

Замеченные Менделем закономерности о наследовании генов подтвердились при анализе итогов экспериментов со всеми семью парами признаков. В ходе анализа результатов ученый пришел к выводу об универсальности закономерностей наследования и вывел Третий закон Менделя, или закон независимого распределения признаков.

Под этим подразумевается, что каждый ген одной аллельной пары может оказаться в гамете с любым другим геном из другой аллельной пары. В опытах по скрещиванию организмов с гомозиготным набором генов, при анализе по двум и более парам отличающихся качеств, у гибридов в третьем поколении (получены при скрещивании гибридов второго поколения) наблюдается независимое комбинирование свойств и кодирующих их генов разных аллельных пар.

Опыты ученого, проведенные с тысячами гороховых зерен в монастырском саду, и тщательная статистическая работа по анализу признаков, проявившихся у потомков, позволили ученому доложить на заседании Общества естествоиспытателей в г. Брно в 1865 году о своих выводах.

Мендель утверждал, что:

• при размножении семян передается не само качество, а так называемые «факторы», ответственные за эти признаки (понятие ген в биологии в то время еще не существовало);
• организм наследует по одному «фактору» от каждого родителя;
• «фактор» может быть доминантным по отношению к другому, рецессивному;
• свойство, соответствующее «фактору» не смешивается с другими свойствами, как об этом в то время думали учёные. Признак может проявляться или не проявляться, но нет промежуточной ситуации.

Хотя в последнем пункте Мендель был не прав, и последующие опыты с окраской цветков ночной красавицы показали существование неполного доминирования (Подробнее о неполном доминировании – на странице 265 учебника «Общая биология 10 класс» под редакцией Н.И.Сонина)

Научный труд монаха-исследователя опубликовали в «Трудах общества естествоиспытателей» под заголовком «Опыты над растительными гибридами». Но современники не оценили исследование Грегора Менделя и долгие 35 лет «Опыты» пролежали на пыльной полке библиотеки аббатства.

Из-за неудачи с другими растениями и пчелами сам Мендель разочаровался в своем открытии. А с 1868 года, после того, как получил сан аббата монастыря, биологией больше не занимался.

И только в начале XX века, благодаря пересмотру законов Менделя, генетика смогла сделать огромный шаг вперед.

Источник

Мендель и основные закономерности генетики

Презентации к уроку

Загрузить презентацию (668 кБ)

Цель урока: ученик, умеющий анализировать проблемные ситуации и решать генетические задачи.

Образовательная: обобщение и систематизация знаний законов Менделя, закрепление навыков и умений по решению генетических задач.

Воспитательная: Развивать самостоятельность, воспитывать интерес к предмету и потребность в приобретении знаний.

Развивающая: Развивать умение выделять главное, сравнивать, делать правильные выводы, логически мыслить, решать проблемные задачи.

Оборудование: мультимедийный проектор, SMART доска, дидактический программный продукт (презентация), карточки с задачами по генетике.

1) организационный этап
2) фронтальный опрос
3) проверочная работа

ХОД УРОКА

1. Организационный этап.

Постановка цели и мотивация учебно-познавательной деятельности.

Тема урока “Г. Мендель и основные закономерности генетики”. Сегодня на уроке мы с вами постараемся обобщить и систематизировать материал по данной теме, а так же обсудим вопросы, которые могут вызывать затруднения.

Но вначале несколько слов об основоположнике науки генетики Г. Менделе. ПРЕЗЕНТАЦИЯ УЧ-СЯ (биография, его эксперименты и законы передачи наследственных признаков).

1. Где сегодня применяются законы генетики? (в селекции растений, в селекции животных, в генной и клеточной инженерии, анализировать признаки у детей, для переливания крови, определения резуса фактора)

2) Актуализация в знании. (фронтальный опрос)

2. А сейчас мы с вами выясним, как вы знаете основные понятия темы для того, чтобы смогли применить их на практике.

• Что такое наследственность?
  Ответ: Наследственность – это свойство живых организмов, сохранять и передавать признаки от поколения к поколению.
• Что такое гибридизация?
  Ответ: Гибридизация это скрещивание особей с контрастными, альтернативными признаками.
• Какие гены называются аллельными?
  Ответ: Аллельные гены (аллели) – это разные формы одного и того же гена, расположенные в одних и тех же участках (локусах) гомологичных хромосом и отвечающие за развитие одного признака.
• Что такое доминантные и рецессивные признаки?
  Ответ: Доминантный признак – подавляющий. Рецессивный признак – исчезающий, не появляющийся у гибридов первого поколения.
• Какой организм называется гомозиготным?Гетерозиготным?
  Ответ: гомозиготный организм – это организм, имеющий одинаковые аллельные гены. (АА, аа – особи не дающие расщепления в поколениях по этому признаку)
  Гетерозиготный организм – организм имеющий разные аллельные гены (Аа – особи, в потомствах которых образуется расщепление по этому признаку)
• Что такое генотип?
  Ответ: Генотип – это совокупность генов организма.
• Что такое фенотип?
  Ответ: Фенотип – совокупность внешних и внутренних признаков данного организма. Фенотип формируется под влиянием Генотипа и условия внешней среды.

Хорошо! Термины знаем, попробуем применить их на практике, устанавливая причинно-следственные связи.

3. Установить причинно-следственные связи.

(Работа с таблицей, каждому ряду по одному условию, затем представитель от ряда оформляет на доске ответ)

Следствие Дано: потомство доброй собаки Греты все было добрым в нескольких поколениях. Следовательно: доминирует ген ДОБРОТЫ, рецессивен ген ЗЛОБНОСТИ, а Грета была ГОМОЗИГОТНОЙ по данному признаку. Дано: в потомстве кота Василия и пяти черных кошек были черные и серые котята, причем серых было в 3 раза больше. Следовательно: доминирует ген СЕРОГО ЦВЕТА, рецессивен ген ЧЕРНОГО ЦВЕТА, а кот Василий ГЕТЕРОЗИГОТЕН по данному признаку. Дано: белая окраска шерсти кроликов определяется рецессивным геном. Следовательно: белые кролики ГОМОЗИГОТНЫ по этому признаку.

Хорошо! Вы справились, умеете применять теоретические знания для установления причинно-следственной связи.

4. Следующим этапом нашей с вами работой будет отработка навыков решения задач и умения оформлять их.

№1. У крупного рогатого скота ген комолости (безрогости) доминирует над геном рогатости. Какое потомство можно ожидать от скрещивания рогатого быка с комолой коровой, если известно, что в прошлом эта корова принесла от этого же быка рогатого теленка.

Прежде чем мы приступим к решению следующей задачи у меня к вам следующее предложение: посмотрите др. другу в глаза, затем соседу сидящему за вами. А теперь примите позу наполеона. У кого правая рука сверху – правша, у кого левая – левша. Поднимите руку – кто правша, левша. Так определяли раньше. А сейчас к науке.

№2. У человека ген карих глаз доминирует над геном голубых, а умение владеть преимущественно правой рукой – над левой. Какими могут быть дети, если отец левша, но гетерозиготен оп цвету глаз, а мать голубоглазая, но гетерозиготная в отношение владеть руками.

Какие возникли трудности при решении задач, где вы ошиблись? Где не уверены?

(програм. на интеракт. д)

1. По какому признаку Мендель избрал горох объектом своих исследований?

А) Перекрестноопыляющийся.
Б) Самоопыляющийся.
В) Многолетник.

2. Сколько альтернативных признаков учитывается при моногибридном скрещивании?

А) Один.
Б) Два.
В) Три.
Г) Четыре.

3. Какой способ опыления применял Мендель для получения гибридов второго поколения?

А) Перекрестное.
Б) Искусственное опыление.
В) Самоопыление.

4. Какую информацию несет ген?

А) Синтез молекулы белка.
Б) Образование организма.
В) Образование органа.

Вывод: Итак, мы умеем решать задачи, оформлять их, применять теоретические знания для объяснения ситуаций. А сейчас проведем практическую работу на оценку.

5. Самостоятельная работа по карточкам

У человека лопоухость доминирует над геном нормальных прижатых ушей, а ген не рыжих волос над геном рыжих волос. Каков генотип лопоухости рыжего отца, если в браке с нерыжей женщиной имеющей нормальные уши, у него были только лопоухие не рыжие дети.

У собак черный цвет шерсти доминирует над палевым, а короткая шерсть над длинной. Какой процент короткошерстных черных щенков можно ожидать от скрещивания двух, гетерозиготных по обоим признакам, собак:

6. Дополнительное задание к уроку.

№3. При скрещивании между собой чистопородных белых кур потомство оказывается белым, а при скрещивании черных кур – черным. Потомство от скрещивания белой и черной особи оказывается пестрым. Какое оперение буду иметь потомки двух особей с пестрым оперением, если белая окраска доминирует.

Источник