Гибридологический метод изучения наследственности. Первый закон Менделя

Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов. Развитие генетики – характерная черта биологии ХХ в. Генетика изучает законы наследственности и изменчивости, лежащие в основе эволюции органического мира и деятельности человека по созданию новых сортов культурных растений и пород домашних животных, как это установил еще Ч. Дарвин.

Вспомните, как Дарвин определял наследственность. Наследственность это свойство организма передавать свои признаки и особенности развития следующим поколениям. Благодаря наследственности все особи в пределах вида сходны между собой. Наследственность позволяет животным, растениям и микроорганизмам сохранять из поколения в поколение характерные черты вида, породы, сорта.

Наследование признаков осуществляется через размножение. При половом размножении новые поколения возникают в результате оплодотворения. Материальные основы наследственности заключены в половых клетках. При бесполом или вегетативном размножении новое поколение развивается или из одноклеточных спор, или из многоклеточных образований. И при этих формах размножения связь между поколениями осуществляется через клетки, в которых заключены материальные основы наследственности.

Вспомните, как Дарвин определял изменчивость. Изменчивость – свойство организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития. Благодаря изменчивости особи в пределах вида различаются между собой.

Следовательно, наследственность и изменчивость – два противоположных, но взаимосвязанных свойства организма. Благодаря наследственности сохраняется однородность вида, а изменчивость, наоборот, делает вид неоднородным.

Различия между особями одного вида могут зависеть от изменения материальных основ наследственности организма. Изменчивость определяется и внешними условиями. Каждому известно, что проявление свойств породы во многом зависит от условий содержания и кормления.

Изменчивость одуванчика, выращенного из одного корня
Рис. 101. Изменчивость одуванчика, выращенного из одного корня

На рисунке [101] показан результат опыта, проведенного над одуванчиком, корень одуванчика разрезали пополам. Одну половину его высадили на равнине в условиях высокой влажности. Выросло растение с крупными листьями, длинными цветоносами. Другую половину посадили в горах. Выросло маленькое растение с мелкими листьями, с очень коротким цветоносом. А между тем наследственность у них одинаковая.

Совокупность генов, которую организм получает от родителей, составляет его генотип. Совокупность внешних и внутренних признаков – это фенотип.

Из приведенного примера становится ясно, что фенотип развивается в результате взаимодействия генотипа и условий внешней среды.

Гибридологический метод изучения наследственности. Основные закономерности передачи признаков в ряду поколений при половом размножении были впервые установлены чешским ученым Грегором Менделем и опубликованы в 1865 г. Его исследования долгое время не были правильно оценены. Лишь в 1900 г. они были как бы переоткрыты и подтверждены несколькими учеными и стали основой вновь возникшей отрасли биологии генетики.

Грегор Мендель

Мендель проводил опыты на горохе. У этого растения много разных сортов, отличающихся друг от друга хорошо выраженными наследственными признаками. Имеются, например, сорта с белыми и пурпурными цветками, с высоким и низким стеблем, с желтыми и зелеными семенами, с гладкими и морщинистыми семенами и т. п. Каждая из указанных особенностей наследуется в пределах данного сорта У гороха обычно происходит самоопыление, хотя возможно и перекрестное опыление.

Мендель применил гибридологический метод исследования – скрещивание различающихся по определенным признакам родительских форм – и проследил проявление изучаемых признаков в ряду поколений. Мендель шел аналитическим путем: из большого многообразия признаков растений он вычленял одну или несколько пар противоположных друг другу признаков и прослеживал проявление их в ряду следующих друг за другом поколений. Характерной чертой опытов Менделя был точный количественный учет проявления изучаемых признаков у всех особей. Это позволило ему установить определенные количественные закономерности в наследственности. Анализ закономерностей наследственности Мендель начал с моногибридного скрещивания – скрещивания родительских форм, наследственно различающихся лишь по одной паре признаков.

Единообразие первого поколения гибридов.

Гибриды – организмы, получающиеся в результате скрещивания особей, различающихся наследственными зачатками. Условно принято обозначать родительское поколение латинской буквой P (лат. parentale – родительский), первое поколение гибридов – F1, второе F2 (лат. filiale – дочерний) и т. д.

Если скрестить растения гороха с желтыми и зелеными семенами, то у всех полученных в результате этого скрещивания растений первого поколения гибридов семена будут желтыми. Противоположный признак (зеленые семена) как бы исчезает. В этом проявляется установленное Менделем правило единообразия первого поколения гибридов. Признак желтой окраски семян как бы подавляет проявление противоположного признака (зеленая окраска) и все семена у гибридов F1, оказываются желтыми (единообразными). Явление преобладания признака получило название доминирования, а преобладающий признак называют доминантным. В рассматриваемом примере желтая окраска семян доминирует над зеленой. Противоположный, внешне исчезающий признак (зеленая окраска) называют рецессивным.

Первый закон Менделя. В потомстве от первого поколения гибридов (во втором поколении – F2) наблюдается расщепление: появляются растения с признаками обоих родителей в определенных численных соотношениях. Желтых семян оказывается примерно в три раза больше, чем зеленых. Соотношение семян гороха с доминантными и рецессивными признаками близко к отношению 3:1. В опыте Менделя были получены следующие количественные отношения: желтых – 6022, зеленых – 2001. Аналогичные результаты дали опыты по изучению других пар признаков. Оказалось, пурпурная окраска венчика цветка доминирует над белой и во втором поколении гибридов дает то же расщепление 3:1; гладкая форма семян доминирует над морщинистой. Рецессивный признак в первом поколении гибридов не выявляется. В этом проявляется первый закон Менделя, получивший название закона расщепления: гибриды первого поколения F1 при дальнейшем размножении расщепляются; в их потомстве F2 снова появляются особи с рецессивными признаками, составляющие примерно четвертую часть от всего числа потомков.

Как будут проявляться признаки в третьем, четвертом и последующих поколениях гибридов? Для решения этого вопроса Мендель путем самоопыления получил потомство третьего и последующих поколений.

 Ход моногибридного скрещивания
Рис. 102. Ход моногибридного скрещивания
Светлые кружки - организмы с доминантным признаком, темные - с рецессивным признаком

На рисунке 102 видно, что растения, обладавшие рецессивным признаком, далее в любом числе поколений не обнаруживали расщепления. В их потомстве никогда не появлялось растений с доминантным признаком. Иначе себя вели гибриды второго поколения, обладавшие доминантным признаком. Среди них при анализе потомства, полученного путем самоопыления, обнаружили две группы. Первая, составляющая 1/3 от общего числа растений с доминантным признаком, далее не расщепляется. В их потомстве, в последующих поколениях, обнаруживается только доминантный признак. Иначе ведут себя другие растения второго поколения, составляющие 2/3 от общего числа растений с доминантным признаком. В их потомстве проявляется расщепление в том же соотношении 3:1 (3/4 доминантных, 1/4 рецессивных), как и у гибридов второго поколения. Изучение последующих поколений дает сходный результат. Потомки растений с рецессивным признаком не расщепляются.

У всех растительных и животных организмов при половом размножении происходит расщепление в потомстве гибридов. Особи, сходные по внешним признакам, могут обладать различными наследственными свойствами. Например, среди растений гороха с желтыми семенами во втором поколении гибридов одни особи при самоопылении обнаруживают в потомстве расщепление, другие же не расщепляются. Такие особи, которые не обнаруживают в потомстве расщепления и сохраняют свои признаки в «чистом» виде, называют гомозиготными по данному признаку (лат. «гомо» – равные, одинаковые). Особей, которые в потомстве обнаруживают явление расщепления (т. е. являются по наследственным зачаткам гибридными), называют гетерозиготными по данному признаку (лат. «гетеро» – разный).

Промежуточный характер наследования. В рассмотренных выше примерах правило единообразия первого поколения гибридов выражалось в том, что все гибриды внешне были похожи на одного из родителей, т. е. проявлялось доминирование. Это наблюдается не всегда. Часто признаки у гетерозиготных форм носят промежуточный ха актер, т. е. доминирование может быть неполным. На рисунке 103 представлены результаты скрещивания двух наследственных форм растения ночная красавица. Одна из них обладает красными цветками, другая – белыми. Все гибриды первого поколения имеют розовые цветки, т. е. они носят промежуточный характер.

Моногибридное скрещивание ночной красавицы
Рис. 103. Моногибридное скрещивание ночной красавицы

При скрещивании гибридов между собой во втором поколении происходит расщепление в отношении: один красный, два розовых и один белый (1:2:1). Очевидно, в этом случае гетерозиготные (гибридные) растения внешне отличаются от гомозиготных (красных и белых).

1. Что изучает генетика? 2. Дайте определение наследственности и изменчивости. 3. Охарактеризуйте гибридологический метод исследовании и моногибридное скрещивание. 4 Какое правило и закономерности сформулировал Мендель на основе моногибридного скрещивании? 5. Что такое доминантный признак и рецессивный признак, гомозигота и гетерозигота, генотип и фенотип?

Генетическая карта фрагмента хромосомы томата
Генетическая карта фрагмента хромосомы томата (буквами обозначены названия генов, цифрами - место их локализации)