2. Закономерности наследственности, установленные г.Менделем. Их статистический характер и цитологические основы.
Для всех эукариотических организмов характерны общие закономерности наследования признаков. Эти закономерности впервые были сформулированы Г.Менделем в 1865 году, благодаря использованию гибридологического метода. Разработанный Г.Менделем гибридологический метод представляет собой анализ характера наследования признаков с помощью системы скрещиваний, суть которых состоит в получении гибридов и количественном анализе их потомков в ряду поколений.
Первый и второй законы Г.Менделя были установлены на основе моногибридных скрещиваний, в которых родительские формы различались по одной паре альтернативных признаков.
I закон Менделя – «закон единообразия гибридов»: при скрещивании гомозиготных родительских форм, различающихся по одной паре альтернативных признаков, в первом поколении наблюдается единообразие гибридов.
II закон Менделя - «закон расщепления»: при скрещивании гибридов I поколения между собой во втором и последующих поколениях наблюдается расщепление по фенотипу 3:1, а по генотипу 1:2:1.
Для теоретического обоснования своих результатов Мендель предложил гипотезу "чистоты гамет", основные положения которой, с современной точки зрения, следующие:
a) наследуются не сами признаки, а наследственные факторы, их определяющие (гены);
б) каждый признак организма определяется двумя наследственными факторами: один фактор организм получает от отца, а другой от матери;
в) при образовании половых клеток (гамет) наследственные факторы расходятся в разные гаметы и оказываются независимыми друг от друга, т.е. чистыми (результат расхождения гомологических хромосом и находящихся в них аллельных генов в процессе мейоза);
г) при оплодотворении происходит равновероятная встреча всех типов гамет.
Если обозначить доминантный и альтернативный ему рецессивный признак (например, гладкие и морщинистые семена гороха) как А и а, то можно представить весь ход проделанного Менделем опыта в виде схемы:
|
Наследование формы семян гороха |
Цитологическая характеристика скрещивания |
Р: |
♀АА х ♂ аа |
|
Гаметы: |
|
|
F1: |
Аа Гладкие |
|
F1: |
♀Аа
х ♂ Аа |
|
Гаметы F2: |
|
|
Расщепление по генотипу: 1АА : 2Aa : 1aa.
Расщепление по фенотипу: 3A : 1a.
Следует подчеркнуть, что такое расщепление по фенотипу наблюдается только в случае полного доминирования признака. Если же признак проявляет неполное доминирование (т.е. у гетерозигот наблюдается промежуточное выражение признака), расщепление по генотипу и фенотипу совпадёт. Такой тип наследования характерен для красной и белой окраски цветков у ночной красавицы: гетерозиготные растения имеют розовые цветки, а в F2 наблюдается расщепление: 1АА (красные цветки) : 2Аа (розовые цветки) : 1aa (белые цветки).
III закон Менделя – «закон независимого наследования»: при скрещивании родительских форм, различающихся по двум и более парам альтернативных признаков, наследование по каждой паре признаков идёт независимо от других пар признаков.
Третий закон Менделя относится к скрещиваниям, в которых родительские формы различаются по двум и более парам альтернативных признаков. Скрещивание, в котором родительские формы различаются по двум парам альтернативных признаков, называется дигибридным, по нескольким парам признаков - полигибридным.
Классический пример анализа дигибридного скрещивания был продемонстрирован Менделем на примере 2-х сортов гороха, различающихся одновременно по форме и окраске семян:
Родители Р: |
гладкие желтые ♀ ААВВ х |
морщинистые зеленые ♂ аавв |
Гаметы Р: |
|
|
Гибриды F1: |
♀ АаВв х |
♂ АаВв |
Гибриды F2: |
|
|
Результат По фенотипу |
9А-В- : 3А-вв : 3ааВ- : 1аавв глад. глад. морщ. морщ. Желтые зеленые желтые зеленые |
|
Рис 2
Таким образом, расщепление по фенотипу во втором поколении соответствует 9АВ : 3Ав : 3аВ : 1ав. Такое расщепление следует ожидать, если наследование по каждой паре признаков идёт независимо, а дигибридное расщепление представляет собой результат наложения двух моногибридных расщеплений:
(3А : 1а) х (3В : 1в) = 9АВ : 3Ав : 3аВ : 1ав.
Рассуждая подобным образом, Г.Мендель вывел цифровые закономерности расщепления для любого полигибридного скрещивания: (3 : 1)n, где n - число пар альтернативных признаков, по которым различаются родительские формы.
Цитологические основы 3-го закона Менделя заключаются в независимом поведении негомологичных хромосом в процессе мейоза. При образовании гамет распределение между ними аллелей, находящихся в данной паре гомологических хромосом, происходит независимо от распределения аллелей из других пар хромосом. Следовательно, у особи, имеющей генотип АаВв, возможно следущее распределение хромосом в процессе мейоза:
Случайное расположение пар гомологических хромосом на экваторе в метафазе первого мейотического деления и их последующее разделение в анафазе I приводит к разнообразному сочетанию аллелей в гаметах. Число возможных комбинаций аллелей в гаметах можно определить по формуле 2n, где n - гаплоидное число хромосом.
Таким образом, закон независимого наследования соблюдается только тогда, когда неаллельные гены находятся в разных парах гомологичных хромосом и взаимодействие между ними отсутствует.
3. Показателем эффективности использования растениями солнечной энергии является коэффициент полезного действия (КПД) – отношение количества энергии, запасаемой в продуктах фотосинтеза (первичной продукции), к количеству использованной энергии солнечного излучения. Для риса показатели КПД составляют от 2,5 до 4,4. Определите КПД фотосинтеза, если поле общей площадью 2 гектара получает на протяжении суток 480 000 кДж энергии солнечного излучения, а прирост сухого органического вещества за это время составляет 12 550 кДж. Какие выводы можно сделать относительно условий выращивания риса?
Определяем эффективность использования рисом при данных условиях выращивания энергии солнечного излучения за сутки:
4800 кДж – 100%
12550 кДж – х%
Х : 100 = 5850 : 480000
Х=12550*100/480000=2,61%
Ответ: КПД фотосинтеза составляет 2, 61%. Эти показатели приближены к нижней границе, поэтому можно сделать вывод, что данные условия выращивания не являются оптимальными.
Билет № 5