Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Достовірність й корисність будь-якого експерименту визначаються придатністю обраного матеріалу.

Г. Мендель

§ 34. ЗАКОНОМІРНОСТІ СПАДКОВОСТІ. І ТА ІІ ЗАКОНИ МЕНДЕЛЯ

Основні поняття й ключові терміни: Гібридологічний метод. ЗАКОН ОДНОМАНІТНОСТІ ГІБРИДІВ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ. ЗАКОН РОЗЩЕПЛЕННЯ.

Пригадайте! Що таке схрещування?

Поміркуйте!

Горох посівний (Pisum sativum) — однорічна трав'яниста рослина родини Бобові, що часто слугує об'єктом наукових досліджень. Горох посівний став найдавнішим модельним організмом у генетиці, його використовують в екології для вивчення можливостей рослин щодо пошуку води, здатності використовувати звуки для росту в напрямку води, у космічній біології для дослідження росту в умовах невагомості та ін. Які особливості гороху посівного як модельного організму?

ЗМІСТ

Завдяки чому Г. Мендель досяг успіхів у дослідженні успадкування ознак?

Свої дослідження з гібридизації рослин Грегор Йоганн Мендель (1822—1884) розпочав ще в 1856 р. Основні ж закономірності спадковості було сформульовано ним в 1865 р. і опубліковано в праці «Досліди над рослинними гібридами».

Основою для формулювання законів спадковості стали багаторічні досліди з схрещування гороху посівного (Pisum sativum), який виявився ідеальним об'єктом досліджень. Порівняно з іншими видами горох має низку переваг: 1) різноманіття сортів, що різняться контрастними (альтернативними) проявами ознак (наприклад, жовте й зелене забарвлення насінин); 2) нескладне вирощування; 3) самозапилення та перехресне запилення, що зумовлюють можливість штучного схрещування; 4) чітке успадкування ознак. Г. Мендель для досліджень виділив у гороху посівного серед різноманіття його ознак й їхніх проявів лише сім головних:

1 — поверхню насіння; 2 — забарвлення насіння; 3 — забарвлення квіток; 4 — розташування квіток на пагоні; 5 — довжину стебла; 6 — форму бобів; 7 — забарвлення бобів (іл. 82).

Іл. 82. Ознаки гороху посівного, що їх було виділено Г. Менделем для досліджень спадковості

Другою особливістю досліджень Г. Менделя було те, що він обирав для дослідів організми, які належали до чистих ліній, тобто організми, в яких у ряді поколінь не спостерігалось розщеплення ознак під час самозапилення. Іншими словами, в рослин, які виростали з жовтого насіння, дозрівали лише жовті насінини, а в рослин із зелених насінин — лише зелені.

В юності Г. Менделя дуже цікавила фізика, він вивчав математику й особливо такі її розділи, як теорія ймовірностей й статистика. Все це дало змогу науковцеві правильно організувати наукове дослідження, обов'язковими умовами якого є: 1) скрупульозне планування усіх дослідів; 2) суворе дотримання всіх методик; 3) точна реєстрація експериментів і фіксування отриманих результатів; 4) отримання достатньої для статистичної обробки кількості даних.

Усі ці умови стали основою гібридологічного методу дослідження спадковості, що його започаткував саме Г. Мендель. Гібридологічний метод — це схрещування батьківських особин і вивчення нащадків-гібридів з метою визначення особливостей успадкування тих чи інших ознак й властивостей.

Отже, аспекти організації експериментів, започатковані Г. Менделем, є необхідними умовами проведення будь-якого наукового дослідження.

Як відбувається успадкування ознак під час моногібридного схрещування особин?

Свої дослідження Г. Мендель розпочав з моногібридного схрещування, за якого батьківські особини різняться проявами однієї ознаки (іл. 83). Для дослідів було взято рослини чистих ліній із жовтим й зеленим забарвленням насіння. У першому поколінні нащадків усі горошини завжди були лише жовтого кольору. Явище переважання в гібридів першого покоління проявів ознаки одного з батьків Мендель назвав домінуванням ознак (від лат. dominancio — панування), прояв ознаки в гібридів першого покоління — домінантним, а той, що не проявився, — рецесивним (від лат. recessus — відступ). Одноманітність першого гібридного покоління та виявлення в гібридів лише домінантного прояву ознаки в сучасній генетиці називається першим законом Менделя, або ЗАКОНОМ ОДНОМАНІТНОСТІ ГІБРИДІВ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ:

Під час моногібридного схрещування батьківських особин, що різняться проявами однієї ознаки, в потомстві спостерігаються лише домінантні прояви ознаки, й усі нащадки будуть одноманітними як за генотипом, так і за фенотипом.

Іл. 83. Схема моногібридного схрещування

При схрещуванні гетерозиготних гібридів першого покоління між собою в другому поколінні з'являються особини як з домінантними, так і з рецесивними станами ознак, тобто виникає розщеплення в певних відношеннях. Розщеплення ознак — явище появи обох проявів ознаки у гібридів другого покоління (F2), отриманих від схрещування гетерозиготних особин. Так, у дослідах Менделя із 8023 жовтих насінин гороху, отриманих у другому поколінні, було 6022 жовтих і 2001 зелених. Узагальнюючи фактичний матеріал, Мендель дійшов висновку, що у другому поколінні 75 % особин мають домінантний прояв ознаки, а 25 % — рецесивний (розщеплення 3 : 1). Ця закономірність отримала назву другого закону Менделя, або ЗАКОНУ РОЗЩЕПЛЕННЯ.

Під час моногібридного схрещування двох гібридів першого покоління, які є гетерозиготами, в потомстві спостерігаються розщеплення за фенотипом 3 : 1 і за генотипом 1 : 2 : 1.

Отже, основними закономірностями, що пояснюють успадкування проявів ознаки, є перший та другий закони Менделя.

Якими є основні взаємодії алельних генів?

Основними видами взаємодії алельних генів є повне домінування, неповне домінування, кодомінування та множинний алелізм.

Повне домінування — це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму домінантний алель (А) повністю пригнічує дію рецесивного (а). У результаті такого впливу в гетерозигот спостерігається домінантний прояв ознаки. Прикладом цієї форми взаємодії є успадкування кольору плодів у томата, довжини стебла в гороху та ін.

Неповне домінування — це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму (Аа) домінантний алель (А) не повністю пригнічує рецесивний алель (а), внаслідок чого проявляється проміжний стан ознаки. За повного домінування розщеплення за генотипом і фенотипом збігається й становить 1 : 2 : 1. Прикладами ознак, які успадковуються за неповним домінуванням, є: форма волосся людини (кучеряве, хвилясте й пряме), забарвлення пір'я курей (чорне, зозулясте й біле), забарвлення квітів нічної красуні (червоне, рожеве й біле) та ін. (іл. 84).

Іл. 84. Приклади повного (1) і неповного (2) домінуванння

Множинний алелізм — це явище, за якого ознака в популяції визначається не двома, а декількома алелями. Множинні алелі виникають внаслідок мутації одного гена в різних особин. Так, у людини три алельні гени (їх позначають I0, ІА, ІВ) в різних поєднаннях визначають 4 групи крові за системою АВ0. Серії множинних алелей визначають також забарвлення хутра в лисиць, колір шерсті гімалайського кролика. У мухи дрозофіли відома серія алелів за геном забарвлення очей, що складається з 12 варіацій: червона, коралова, вишнева, абрикосова, біла та ін.).

Кодомінування — це взаємодія алельних генів, за якої у фенотипі організму проявляються обидва алелі гена. За типом кодомінування в людини успадковується четверта група крові (генотип ІАІВ).

Отже, між алельними генами за участі їхніх функціональних продуктів постійно відбуваються різного роду взаємодії.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Практична робота 2 (А)

Розв'язування типових вправ з генетики. Моногібридне схрещування

Мета: закріпити знання І та ІІ законів Менделя; формувати уміння розв'язувати вправи з генетики на моногібридне схрещування з повним домінуванням, неповним домінуванням та явищем множинного алелізму.

Зразок розв'язування вправи з генетики

Вправа. У томатів червоне забарвлення плодів домінує над жовтим. Гомозиготна червоноплідна рослина схрещується з жовтоплідною. Який колір плодів матимуть нащадки?

Відповідь: всі нащадки будуть червоноплідними за фенотипом й гетерозиготами за генотипом.

Задачі з генетики для самостійної роботи

Вправа 1. У разі схрещування чистої лінії мишей з коричневою шерстю з чистою лінією мишей із сірою шерстю отримують нащадків з коричневою шерстю. Від схрещування F1 отримують коричневих і сірих мишей у співвідношенні 3 : 1. Поясніть результати схрещувань.

Вправа 2. Наявність пігменту у волоссі людини домінує над альбінізмом. Чоловік і дружина — гетерозиготні за пігментацією волосся. Чи можливе народження в них дитини з альбінізмом?

Вправа 3. У людини вміння володіти переважно правою рукою — домінантна ознака, лівою — рецесивна. Чоловік-правша, мати якого була лівшею, одружився з жінкою-правшею, батько якої лівша. Яка ймовірність народження дитини-лівші?

Вправа 4. При схрещуванні чорного півня з білою куркою всі курчата були строкатими. В другому поколінні отримано: 24 строкатих, 12 чорних і 10 білих. Яким буде потомство від схрещування: а) строкатих курей з чорними півнями; б) строкатого півня з білою куркою?

Вправа 5. Червоноквіткову форму нічної красуні схрестили з білоквітковою. Яким буде потомство від схрещування гібридів першого покоління з білоквітковою рослиною у разі неповного домінування?

Вправа 6. У батька за системою АВ0 І група крові, у матері — ІІІ група. Які групи крові можуть бути у їхніх дітей, якщо мати гетерозиготна за цією ознакою?

СТАВЛЕННЯ

Завдання «Нечуйвітер, партеногенез й закони Менделя»

У свій час професор ботаніки з Мюнхена К. Негелі порадив Г. Менделю повторити досліди на інших видах. Мендель шанобливо погодився з цим. Але у дослідах на нечуйвітрі, а згодом і на бджолах Г. Мендель не отримав підтвердження відкритих ним фундаментальних законів спадковості. Поясніть, чому.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке гібридологічний метод? 2. Назвіть переваги гороху посівного як об'єкта генетичних досліджень. 3. Сформулюйте перший закон Менделя. 4. У чому суть другого закону Менделя? 5. Назвіть основні взаємодії алельних генів.

7—9

7. Завдяки чому Г. Мендель досяг успіхів у дослідженні успадкування ознак? 8. Як відбувається успадкування ознак при моногібридному схрещуванні особин? 9. Якими є основні взаємодії алельних генів?

10—12

10. Чому закони Менделя мають статистичний характер?