Признаки организмов. Наследственность и изменчивость. Наследственные признаки растений

Наследственность растений

Определение наследственности как свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность поколений, определённый план строения и характер их индивидуального развития, а также норму реакции на условия внешней среды приводится в работе А. Я. Любавской "Лесная селекция и генетика" (1982). Такое понятие включает учение о наследственности как основном свойстве живых существ воспроизводить себе подобных в системе поколений. Оно указывает, что наследственность является итогом исторического развития предков, представленного программой индивидуального развития особей. Наследственность рассматривается как свойство, как вещество и как взаимоотношение определенных биологических структур между собой и внешней средой. Преемственность поколений, и есть наследственность. Учение о наследственности неразрывно связано с именем Г. Менделя, открывшего дискретность наследственных факторов. Он разработал метод генетического анализа, при помощи которого была раскрыта материальная природа факторов наследственности.

В первом десятилетии ХХ в. Учение о наследственности утверждалось на основе многочисленных опытов с растениями, животными и микроорганизмами. Многообразие и сложность явлений наследственности требовали более совершенных методов исследований. Хромосомная теория наследственности, созданная Т. Морганом в 1910 г., утвердила материалистическую сущность генетики и показала, что ген представляет собой материальную структуру в хромосомах ядра клетки.

Важнейшим событием в изучении наследственности в период 1944-1953 гг. явились результаты исследований, доказавших, что не белок, а молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), входящей в состав хромосом, несут в себе запись (код) генетической информации.

В результате структурного анализа молекулы ДНК оказалось, что сущность наследственности заключена в воспроизведении процессов материального взаимодействия молекул закодированной структуры генетической информации ДНК и белков в сложной, постоянно развивающейся системе живого организма. Живое отличается от не живого способностью воспроизводить себе подобное. Это возможно только потому, что живая система несёт в себе закодированную в молекулярных структурах генетическую информацию, программирующую воспроизведение. Без этой информации, т.е. без наследственности, не может быть жизни.

Таким образом, ген, как единица наследственности, определяет отдельный элементарный признак, который в свою очередь может отражать структуру белковой молекулы. При изучении наследственности как одного из свойств живого организма различают два понятия: наследственность и наследование. В понятие наследственности входит свойство генов детерминировать построению специфической молекулы, развитие признаков и план строения организма. Наследование отражает процесс передачи задатков наследственно детерминированных признаков и свойств организма от одного поколения к другому при размножении.

Открытие Г. Менделем явлений доминирования, расщепления и независимого комбинирования признаков относится к закономерностям наследования.

Наследственность изучается на разных уровнях организации живой материи: молекулярном, хромосомном, клеточном, организменном и популяционном (Любавская, 1982).

Главными клеточными структурами, ответственными за сохранение и передачу по наследству специфических видовых признаков, являются ядро и содержащиеся в нем хромосомы. Комплекс хромосом в клетке называется хромосомным набором. Различают два основных типа хромосомных наборов: гаплоидный и диплоидный. Гаплоидный (одиночный) набор имеют клетки гаметофита (включая половые клетки), он обозначается буквой п. Диплоидный набор образуется в процессе оплодотворения и состоит из двух гаплоидных наборов – материнского и отцовского. Буквенное обозначение его-2п.

Число хромосом в вегетативных (соматических) клетках различных видов растений может варьировать, но для клеток одного вида, за редким исключением, оно остаётся постоянным. Разные виды организмов различаются между собой не только числом хромосом в наборе, но и их индивидуальной морфологией. Когда говорят о морфологии хромосом, то чаще всего имеют в виду метафазные хромосомы. На стадии метафазы и ранней анафазы митоза и мейоза легче всего определяются форма и размеры хромосом. В это время они имеют вид нитей или палочек, округлых в сечении (Тренин, 1988). При описании отдельных хромосом обычно указывают на следующие признаки: размер хромосомы и ее отдельных частей, наличие и местоположение первичных и вторичных перетяжек, присутствие спутника хромосомы. Совокупность всех морфологических признаков (включая и число хромосом), по которым возможна идентификация данного хромосомного набора, называется кариотипом.

Форма каждой хромосомы определяется положением первичной перетяжки, где располагается центромера. Кроме первичной перетяжки хромосомы могут иметь вторичные перетяжки.

Кариотип является одной из характеристик того или иного вида растений. Особенности кариотипа наряду с другими признаками учитываются при решении сложных проблем эволюции и систематики растений. В лесной генетики и селекции кариотипический анализ необходим при оценке причин не скрещиваемости.

Вторичные перетяжки являются для хвойных растений важным морфологическим признаком кариотипа (Царёв и др., 2000).

В диплоидном наборе хромосом лиственницы сибирской характерны две однородные группы, объединяющие I-YI (метацентрические) и YII-XII (субметацентрические) пары. В группе неравноплечих хромосом наблюдаются вторичные перетяжки у III-IY пар. Наибольшая частота встречаемости вторичных перетяжек приходиться на II-III пары хромосом.

Среди видов лиственницы наиболее значительным кариологическим полиморфизмом отличается лиственница Гмелина. У этого вида выявлены различные хромосомные аномалии, частота встречаемости которых увеличивается у границ ареала. У лиственницы Гмелина из Забайкалья впервые для рода Larix Е. Н. Муратовой (1991) обнаружены добавочные хромосомы.

Виды лиственницы легко скрещиваются между собой. Неоднократно отмечались гетерозисные гибриды, отличающиеся более быстрым ростом в сравнении с родительскими видами или отдельными особями одного вида.

Лиственница – дерево однодомное, ветроопыляемое. Цветет лиственница сибирская одновременно с распусканием хвои в мае. Женские и мужские стробилы располагаются по всей кроне на одних и тех же ветках.

Характерной отличительной чертой лиственницы является отсутствие воздушных мешков, борозд и пор. Зерно диаметром 75-96 мкм. Экзина тонкая, гладкая, двухслойная. Интина очень толстая, примерно в три раза толще экзины. При выходе пыльцевых трубок пыльца лопается в любом месте (Круклис, 1971).

По данным М. В. Круклиса и Л. И. Милютина (1977) сравнительно-кариологические методы исследования показали, что исходные виды лиственниц имеют диплоидное число хромосом, равное 24 (2n=24). Полиплоидных форм ни у лиственницы даурской, ни у лиственницы сибирской не обнаружено. На основании относительной длины и центромерного индекса хромосомы лиственниц можно разделить на две группы гомеоморфных хромосом. Шесть пар хромосом являются метацентрическими, или равноплечими, с медианной центромерой (I-VI), остальные шесть (VII-XII) – акроцентрическими, или неравноплечими, с субтерминальной центромерой. В результате исследования установлено, что кариотипы лиственниц даурской и сибирской во многом сходны как по величине хромосом, так и по морфологии. Сравнительно – кариологический анализ проводился на проростках семян, собранных в разных пунктах ареала лиственниц даурской и сибирской. Различий в морфологии хромосом в пределах изученной части ареала вида не установлено, отмечается только некоторая вариация общей длины хромосом диплоидного набора.

Так, у лиственницы даурской средняя суммарная длина диплоидного набора наибольшая в северной популяции (185,3 + 5,95 мк) и несколько меньше в Забайкалье (166,2 + 4,98 мк). У лиственницы сибирской такая закономерность нарушена, вероятно, вследствие того, что самая южная из включенных в исследование популяция расположена в горах на значительной высоте над уровнем моря. В целом же общая длина хромосом диплоидного набора в выборках, оптимальных по степени спирализации, у лиственницы даурской характеризуется величиной, равной 174,3 + 4,61 мк, а у лиственницы сибирской – 159,3 + 3,58 мк.

Изучение хромосомных наборов лиственниц даурской и сибирской позволило установить, что у этих видов в группе метацентрических хромосом наблюдаются вторичные перетяжки, число и локализация которых сравнительно постоянны. При расположении гомеоморфных хромосом этой группы в порядке уменьшения их величины обнаруживается, что вторичные перетяжки наиболее часто локализуются на более коротких плечах III и IV "хромосомных пар". Если составить отношение количества акроцентрических хромосом с вторичной перетяжкой к общему количеству хромосом этой группы с учетом наличия вторичной перетяжки у одной пары гомологов, получим отношение 1: 6. Такое расхождение полученных результатов с ожидаемыми объясняется, по-видимому, тем, что хромосомы с вторичной перетяжкой проявляют значительную фенотипическую изменчивость и не могут быть постоянно идентифицированы. У лиственниц, как и у многих других видов, не обнаружено существенных отклонений в числе и локализации вторичных перетяжек, и для большинства кариологически изученных видов различия в числе и локализации вторичных перетяжек на данном уровне исследования являются единственным отличием их кариотипов.

biofile.ru

Основные типы наследования признаков

Наследование - способ передачи наследственной информации, меняющийся в зависимости от форм размножения.

Типы наследования

Изменчивость

Изменчивость - способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства.

Изменчивость отражает взаимосвязь организмов с внешней средой.

Изменчивость:

Ненаследственная изменчивость

связана с изменением фенотипа, не затрагивает генотип.

Фенотипические изменения, вызываемые известными факторами внешней среды, называют модификациями.

Модификационная изменчивость отличается следующими особенностями:

• массовым характером изменений, затрагивающих большинство особей в популяции;

• адекватностью изменений воздействиям среды;

• кратковременностью большинства модификаций;

• модификации не наследуются

• изменений генотипа не возникает

Предел модификационной изменчивости, обусловленный генотипом, называют нормой реакции.

Примеры:

цветок примулы имеет в комнатных условиях (18-20°С) красную окраску цветов. Если увеличить влажность и повысить температуру до 30-35°С, то действие генов, отвечающих за окраску, подавляется и цветы будут белыми. Возврат к условиям произрастания способствует появлению красных цветов

Семена, собранные от белых и красных растений, дадут потомство в зависимости от условий среды.

Количество эритроцитов в 1 мм3 увеличивается почти вдвое у альпинистов, поднимающихся на высоту 4 тыс. метров, но когда они возвращаются в долину, число эритроцитов становится нормальным.

Цыплята одного возраста, которые получали одинаковую пищу, не содержащую витамина D: один цыпленок (справа) подвергался освещению солнцем, другой (слева) - не подвергался. Крыса (вверху), в рационе которой отсутствовала аминокислота валин. Та же крыса спустя 25 суток после добавления в пищу валина.

Признаки:

Модификации (в частности, вызванные мутагенами), резко изменяют фенотип особи, вызывая уродства. Такие модификации называют морфозами.

Модификации, приводящие к появлению фенотипа, напоминающего или иное аллельное состояние гена, т.е. возникают фенокопии. Т.е. происходит копирование предопределенного генотипом фенотипа. Фенокопии по наследству не передаются.

Пример: катаракта:

-вызвана специфическим геном

- в результате действия на хрусталик каких-то факторов среды

(фенокопия).

Наследственная изменчивость

Изменения признаков организма определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений.

Генотипическая изменчивость:

Комбинативная изменчивость:

Широко распространена в природе.

Является важнейшим источником большого наследственного разнообразия,

информации появляются в результате полового размножения.

Комбинативная изменчивость связана с получением новых сочетаний генов в генотипе, что приводит к появлению организмов с новым фенотипом.

Это происходит в результате:

• независимого расхождения хромосом при мейозе;

• случайного сочетания при оплодотворении;

• рекомбинации генов в результате кроссинговера;

• взаимодействия генов.

Сами гены при этом не изменяются.

Отличие детей от родителей связано с комбинированием в генотипе детей генов их родителей.

Используется в селекции для получения новых пород и сортов

С комбинативной изменчивостью связано явление гетерозиса

Гетерозис - повышенная гибридная сила, которая наблюдается в 1-м поколении при гибридизации между разными сортами растений. У гибридов увеличивается рост, жизнеспособность,

урожайность.

Причины гетерозиса:

1. У гибридов увеличивается число доминантных генов, влияющих на развитие признака

2. Иногда гетерозисный организм имеет более выраженные признаки, чем доминантный гомозиготный.

Мутационная изменчивость

Мутация (лат. mutatio - перемена) -внезапные наследственные изменения генетического материала, возникающие без видимых причин (спонтанно), или могут быть индуцированы внешним воздействием на организм.

Мутагенез - процесс возникновения мутаций.

Мутагены - факторы, способные вызвать мутации.

Мутант - организм, приобретший новый признак в результате мутации и изменивший свой фенотип.

Свойства мутаций:

• возникают внезапно, скачкообразно;

• наследственные, т.е. передаются из поколения в поколение;

• ненаправленые - может мутировать любой локус хромосом;

• одни и те же мутации могут возникать повторно;

• мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными.

Большинство мутаций рецессивно, не проявляется у гетерозигот и способно накапливаться в генофонде видов, уклоняясь от действия естественного отбора.

Мутации часто оказываются вредными, потому что способны нарушать ход биохимических реакций.

При изменении условий внешней среды некоторые ранее вредные рецессивные мутации могут оказаться полезными, и организмы, имеющие их, получат преимущества при естественном отборе.

Мутации, не совместимые с жизнью, называют летальными.

Мутации, резко снижающие жизнеспособность, называются полулетальными.

По месту возникновения мутации бывают:

• генеративные (возникают в половых клетках и проявляются в следующих поколениях)

• соматические (возникают у данного организма, не передаются по наследству при половом размножении и передаются при бесполом).

Соматические мутации возникают часто и остаются незамеченными, но если в некоторых случаях при этом образуются клетки с повышенной скоростью роста и деления, то они могут дать начало опухолям.

По уровню возникновения мутации могут быть связаны с изменением:

• структуры гена - генные;

• структуры хромосом - хромосомные перестройки;

• числа хромосом - геномные (полиплоидия, гетероплоидия)

Серповидная анемия

Синдром Дауна

У человека 46 хромосом, у ребенка с синдромом Дауна их 47.

Это приводит к нарушению физического и умственного развития ребенка. Примерно 1 из 660 новорожденных рождается с синдромом Дауна вне зависимости от этнической и социокультурной принадлежности.

Выделяют три типа синдрома Дауна:

• У 95% больных с синдромом Дауна наблюдается стандартная трисомия по 21 хромосоме. До сих пор точно неизвестно, почему происходит это нарушение. Это может быть у любого новорожденного.

• Примерно у одного из 100 больных второй тип синдрома Дауна - передающееся по наследству от одного из родителей генетическое нарушение, называемое транслокацией.

• Третий тип называется мозаичным синдромом Дауна и также является довольно редким.

Осложнения

- гипотиреоз; - потеря слуха; - генетические заболевания сердца; - нарушения зрения; - склонность к частым инфекционным заболеваниям; - нарушения развития спинного мозга.

Вопросы для самоконтроля:

Охарактеризуйте строение хромосом.

Дайте определения понятия «ген» и назовите его свойства.

Что такое генотип особи?

Что такое патологические признаки, приведите примеры.

В чем суть законов Менделя?

Что такое множественный аллелизм?

Назовите типы взаимодействия неаллельных генов.

Что такое сцепленное наследие?

Что такое наследование, сцепленное с полом. Привести примеры.

Перечислите основные типы наследования признаков. Перечислите основные виды изменчивости.

studfiles.net

Признаки организмов. Наследственность и изменчивость.

Теория для подготовки к блоку №2 ОГЭ по биологии: признаки живых организмов.

Из истории

Представления о том, что для живых существ характерны наследственность и изменчивость, сложились еще в древности. Было замечено, что при размножении организмов из поколения в поколение передается комплекс признаков и свойств, присущих конкретному виду (проявление наследственности). Однако столь же очевидно и то, что между особями одного вида существуют некоторые различия (проявление изменчивости).

Знание о наличие этих свойств использовалось при выведении новых сортов культурных растений и пород домашних животных. Исстари в сельском хозяйстве применялась гибридизация, т. е. скрещивание организмов, отличающихся друг от друга по каким-либо признакам. Однако до конца XIX в. такая работа осуществлялась методом проб и ошибок, поскольку не были известны механизмы, лежащие в основе проявления подобных свойств организмов, а существовавшие на этот счет гипотезы имели чисто умозрительный характер.

В 1866 г. вышел в свет труд Грегора Менделя, чешского исследователя, «Опыты над растительными гибридами». В нем были описаны закономерности наследования признаков в поколениях растений нескольких видов, которые Г. Мендель выявил в результате многочисленных и тщательно выполненных экспериментов. Но его исследование не привлекло внимания современников, не сумевших оценить новизну и глубину идей, опередивших общий уровень биологических наук того времени. Лишь в 1900 г., после открытия законов Г. Менделя заново и независимо друг от друга тремя исследователями (Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии), начинается развитие новой биологической науки — генетики, изучающей закономерности наследственности и изменчивости. Грегора Менделя справедливо считают основоположником этой молодой, но очень бурно развивающейся науки.

Наследственность организмов

Наследственностью организмов называют общее свойство всех организмов сохранять и передавать особенности строения и функций от предков к потомству.

Связь родителей с потомками у организмов осуществляется в основном через размножение. Потомство всегда подобно родителям и предкам, но не бывает их точной копией.

Каждый знает, что из желудя вырастает дуб, из яиц кукушки выводятся ее птенцы. Из семян культурных растений определенного сорта вырастают растения того же сорта. У домашних животных сохраняют свойства потомки той же породы.

Почему же потомство похоже на своих родителей? Во времена Дарвина причины наследственности были мало изучены. В настоящее время известно, что материальную основу наследственности составляют гены, расположенные в хромосомах. Ген представляет собой участок молекулы органического вещества ДНК, под действием которого формируются признаки. В клетках организмов разных видов содержатся единицы и десятки хромосом и сотни тысяч генов.

Хромосомы с расположенными в них генами имеются как в половых клетках, так и в клетках тела. При половом размножении происходит слияние мужской и женской половых клеток. В клетках зародыша объединяются мужские и женские хромосомы, поэтому формирование его происходит под влиянием генов как материнского, так и отцовского организма. На развитие одних признаков большее влияние оказывают гены материнского организма, других — отцовского, на третьи признаки материнские и отцовские гены оказывают равное влияние. Поэтому потомство по одним признакам оказывается похожим на материнский организм, по другим — на отцовский, по третьим — совмещает признаки отца и матери, т. е. имеет промежуточный характер.

Изменчивость организмов

Изменчивостью организмов называют общее свойство организмов приобретать новые признаки — различия между особями в пределах вида.

Изменчивы все признаки организмов: особенности внешнего и внутреннего строения, физиологии, поведения и др. В потомстве одной пары животных или среди растений, выросших из семян одного плода, невозможно встретить совершенно одинаковых особей. В стаде овец одной породы каждое животное отличается еле уловимыми особенностями: размерами тела, длиной ног, головы, окраской, длиной и плотностью завитка шерсти, голосом, повадками. Количество краевых язычковых цветков в соцветиях золотой розги (семейство сложноцветных) колеблется от 5 до 8. Число лепестков ветреницы дубравной (семейство лютиковых) — 6, а иногда 7 и 8. Растения одного вида или сорта несколько отличаются друг от друга в сроках цветения, созревания плодов, степени засухоустойчивости и др. Благодаря изменчивости особей популяция оказывается разнородной.

Дарвин различал две основные формы изменчивости — ненаследственную и наследственную.

Ненаследственная или модификационная изменчивость

Давно было замечено, что все особи данной породы, сорта или вида под влиянием определенной причины изменяются в одном направлении. Сорта культурных растений при отсутствии условий, в которых они были выведены человеком, теряют свои качества. Например, белокочанная капуста при возделывании в жарких странах не образует кочана. Известно, что при хорошем удобрении, поливе, освещении растения обильно кустятся и плодоносят. Породы лошадей, завезенные в горы или на острова, где пища недостаточно питательна, со временем становятся низкорослыми. Продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается. Все эти изменения ненаследственны, и если растения или животных перенести в исходные условия существования, то признаки вновь возвращаются к первоначальным.

Причины ненаследственной, или модификационной, изменчивости организмов во времена Дарвина были слабо изучены. К настоящему времени выяснено, что формирование организма идет как под влиянием генов, так и под воздействием условий среды обитания. Эти условия и служат причиной ненаследственной, модификационной, изменчивости. Они могут ускорить или замедлить рост и развитие, изменить окраску цветков у растений, но гены при этом не изменяются. Благодаря ненаследственной изменчивости особи популяций оказываются приспособленными к меняющимся условиям среды.

Наследственная изменчивость

Кроме модификационной существует другая форма изменчивости — наследственная изменчивость организмов, которая затрагивает хромосомы или гены, т. е. материальные основы наследственности. Наследственные изменения были хорошо известны Дарвину, им он отводил большую роль в эволюции.

Причины наследственной изменчивости во времена Дарвина также были мало исследованы. В настоящее время известно, что наследственные изменения обусловлены изменением генов или образованием новых комбинаций их в потомстве. Так, один вид наследственной изменчивости — мутации — обусловлен изменением генов; другой вид — комбинативная изменчивость — вызван новой комбинацией генов в потомстве; третий — соотносительная изменчивость — связан с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков. Таким образом, в основе всех видов наследственной изменчивости лежит изменение гена или совокупности генов.

Мутации могут быть незначительными и затрагивать самые различные морфологические и физиологические особенности организма, например у животных — размеры, окраску, плодовитость, молочность и т. п. Иногда мутации проявляются в более значительных изменениях. Такого рода изменения были использованы при создании курдючных, мериносовых и каракулевых пород овец, махровых сортов многих декоративных растений, деревьев с плакучими и пирамидальными кронами. Известны наследственные изменения земляники с простыми яйцевидными листьями, чистотела с рассеченными листьями.

Мутации могут происходить в силу самых различных воздействий. Источником комбинативной изменчивости в популяциях служит скрещивание. Отдельные особи одной и той же популяции несколько отличаются друг от друга по генотипу. В результате свободного скрещивания получаются новые комбинации генов.

Появившиеся в популяции в силу случайных причин наследственные изменения постепенно распространяются среди особей благодаря свободному скрещиванию, и популяция оказывается насыщенной ими. Эти наследственные изменения сами по себе не могут привести ни к появлению новой популяции, ни тем более нового вида, но они являются необходимым материалом для отбора, предпосылкой для эволюционных изменений.

Еще Дарвин отметил соотносительный характер наследственной изменчивости. Например, длинные конечности животных почти всегда сопровождаются удлиненной шеей; у бесшерстных собак наблюдаются недоразвитые зубы; голуби с оперением на ногах имеют перепонки между пальцами. У столовых сортов свеклы согласованно изменяется окраска корнеплода, черешков и нижней стороны листьев. У львиного зева со светлыми венчиками цветков стебель и листья зеленые; с темными венчиками — стебель и листья темные. Поэтому, проводя отбор по одному, нужному признаку, следует учитывать возможность появления в потомстве других, иногда нежелательных признаков, относительно с ним связанных.

Наследственность и изменчивость — разные свойства организмов, обусловливающие сходство и несходство потомства с родителями и с более отдаленными предками. Наследственность выражает устойчивость органических форм в ряду поколений, а изменчивость — их способность к преобразованию.

Дарвин неоднократно подчеркивал необходимость глубокой разработки законов изменчивости и наследственности. Позднее они стали предметом изучения генетики.

Теория для первого и второго блока ОГЭ по биологии:

spadilo.ru

3. Основные типы наследования признаков

Существует множество типов наследования признаков: прямое, непрямое и сложное.

Прямое наследование, при котором варианты признаков сохраняются в неизменном виде из поколения в поколение – это самый простой тип наследования признаков. Прямое наследование часто наблюдается у растений, которые размножаются вегетативным путем или образуют семена при самоопылении, реже – при размножении животных (в пределах одной породы) или перекрестном опылении у растений (в пределах одного сорта или линии).

– Прямое наследование при вегетативном размножении растений

Пример 1. Розы сорта «Чайнэтаун» характеризуется ярко-желтыми цветками. При вегетативном размножении из черенков этого сорта всегда вырастают растения с ярко-желтыми цветками.

Пример 2. Некоторые сорта ивы плакучей характеризуются ярко-желтыми побегами. При вегетативном размножении из черенков этих сортов всегда вырастают деревья с плакучей кроной и ярко-желтыми побегами.

– Прямое наследование при самоопылении у растений

Пример 1. Сорта гороха с зелеными семенами и белыми цветками при самоопылении всегда дают в своем потомстве зеленые горошины, из которых вырастают растения с белыми цветками.

Пример 2. Сорта томатов с желтыми продолговатыми плодами при самоопылении всегда образуют семена, из которых вырастают растения с желтыми продолговатыми плодами.

– Прямое наследование при размножении чистопородных животных и перекрестном опылении чистосортных растений

Пример 1. При скрещивании чистопородных коров и быков черно-пестрой породы все их потомки характеризуются черно-пестрой мастью.

Пример 2. При перекрестном опылении чистосортных растений томатов с красными шаровидными плодами всегда образуются семена, из которых вырастают растения с красными шаровидными плодами.

Непрямое наследование – это более сложный тип наследования, который наблюдается при размножении животных и семенном размножении у растений (которое по сути также является половым). Для изучения непрямого наследования необходима гибридизация – скрещивание организмов, различающихся по генотипу. При непрямом наследовании некоторые варианты признаков проявляются в каждом поколении (такие признаки называются доминантными, «господствующими»), а другие варианты могут временно «исчезать», а затем проявляться в последующих поколениях (такие признаки называются рецессивными, «отступающими»).

Пример 1. Древний Китай – родина декоративных золотых рыбок с разнообразной окраской, длиной плавников и формой тела. Золотые рыбки (а также карпы) – удобный объект для демонстрации скрещивания: у них наружное оплодотворение, и гаметы (икра и молоки) видны непосредственно. Тысячи лет назад было замечено, что в потомстве тускло окрашенных рыбок могут появляться особи с золотистой, оранжевой, черной и пёстрой окраской. При скрещивании тускло и ярко окрашенных особей между собой в некоторых случаях все их потомство имело тусклую окраску – это доминантный признак. Однако при скрещивании этих потомков между собой в последующих поколениях вновь появлялись особи с ранее «исчезнувшими» рецессивными признаками.

Пример 2. В средневековой Японии были популярны декоративные мыши с необычной окраской: белые, желтые, черные, пятнистые. При скрещивании между собой белых и черных мышей в некоторых случаях все их потомки были черными (рецессивная белая окраска проявлялась только в последующих поколениях), а в других случаях – белыми (теперь черная окраска была рецессивной). Только в XX веке было доказано, что в разных случаях белая окраска определялась разными генами.

Пример 3. При скрещивании многих декоративных растений (львиного зева, ночной красавицы) с красными и белыми цветками из гибридных семян вырастают растения с промежуточной розовой окраской. Однако при скрещивании этих розово-цветковых гибридных растений между собой в их потомстве появляются растения и с красными, и с белыми, и с розовыми цветками.

Сложные типы наследования признаков потому и называются сложными, что заранее предсказать появление новых вариантов признаков очень трудно. В некоторых случаях «внезапно» возникают новые варианты признаков, которых не было ни у родителей, ни у бабушек–дедушек, ни у тетушек–дядюшек. Иногда такое «внезапное» появление признаков совершенно необоснованно называют мутацией.

Пример 1. Аквариумные рыбки меченосцы (и близкая к меченосцам группа – пецилии) характеризуются разнообразной окраской: зеленовато-серой, темно-красной (кирпичной), ярко-красной (алой), лимонной (светло-желтой), пятнистой (тигровой и ситцевой). Эти рыбки – удобный объект для демонстрации скрещивания, поскольку у них внутреннее оплодотворение, а самки рождают живых мальков. При скрещивании чистопородных алых самок с чистопородными темно-красными самцами всегда получаются зеленовато-серые гибриды. Однако при скрещивании этих гибридов между собой в их потомстве появляются особи с самой разнообразной окраской, в том числе, и лимонно-желтой, которой не было у всех известных предков.

Пример 2. Многие пищевые (плодовые, ягодные) и декоративные растения размножают вегетативным путем. При этом на протяжении десятков лет каждый сорт сохраняет свои особенности. Если же собрать семена с такого растения и посеять их, то из этих семян вырастут растения с самыми фантастическими сочетаниями признаков.

studfiles.net

Гибридологический метод изучения наследственности. Первый и второй законы Менделя.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов. Развитие генетики – характерная черта биологии XX 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.

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.

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 условии содержания и кормления.

На рисунке 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. 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

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

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. В дальнейшем это явление получило название первого закона Менделя.

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.

Второй 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 второй 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.

На рисунке 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.

ebiology.ru

Наследственность и изменчивость древесных растений

Методы изучения наследственности.

Анализ наследственности осуществляется в основном на трех уровнях организации живой материи (молекулярно-клеточном, организменном и популяционном, или групповом). Для изучения наследственности на каждом из этих уровней используется своя группа методов.

К первой группе – относятся цитологический, биохимический и молекулярно-генетический методы, которые служат для изучения структуры материаль­ных носителей наследственности. Цитологический метод направлен на изучение структур и органелл клетки. Он является одним из старейших методов изучения наследственности, поскольку возник и совершенст­вовался параллельно с разработанным еще Г. Менделем классическим генетическим анализом (т.е. анализом потомства от скрещивания особей с альтернативными признаками). Биохимический метод использу­ется для изучения структуры химических компонентов клетки и метаболических процессов, происходящих в клет­ках на различных этапах ее развития. Из биохимического метода позднее, в качестве самостоятельного, выделился молекулярно-генетический метод, объектом анализа которого служат изменения в структуре нуклеиновых кислот.

Ко второй группе – относятся гибридологический и генеало­гический методы, с помощью которых определяются законо­мерности наследования того или иного признака или группы признаков. Гибридологический метод(классический метод генетического анализа) изучает характер наследования признаков по анализу потомков (при скрещивании особей, различающихся по контрастным (альтернативным) признакам). Генеалогический метод изучает характер наследования признаков по анализу предков. Этот метод позволяет выявлять закономерности наследования признака у родственников при историческом изучении семей или родственных групп, для чего составляются родословные на несколько поколений предков. Этот метод имеет большое значение при изучении наслед­ственности человека, а также долго живущих и поздно вступа­ющих в репродуктивную фазу организмов, к которым обычный гибридологический метод неприменим или требует продолжи­тельного времени для получения результатов поставленного опыта.

Характерной особенностью третьей группы методов изуче­ния наследственности, к которой относятся приемы популяционно-статистического анализа, является изучение степени влияния генов и факторов внешней среды на развитие признаков и свойств организмов. Сущность этого метода со­стоит в том, что на достаточно репрезентативной выборке осо­бей одного вида или сорта, определяется средняя величина признака и другие статистические параметры. Затем приемами математической статистики вычисляются доля участия наслед­ственных различий особей (генотипическая варианса) и разли­чия, обусловленные неоднородностью условий произрастания в насаждениях (паратипическая, или экологическая, варианса) в проявлении общей (фенотипической) изменчивости. Показа­тель, характеризующий относительную долю участия генотипической вариансы признака в его общей фенотипической вариансе, называют коэффициентом наследуемости. Основная за­дача метода – определение коэффициента наследуемости с целью оценки пригодности изучаемого признака для целей селекции.

10.

Кроссинго́вер — явление обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации при мейозе. Помимо мейотического описан также митотический кроссинговер.

Поскольку кроссигновер вносит возмущения в картину сцепленного наследования, его удалось использовать для картирования «групп сцепления» (хромосом). Возможность картирования была основана на предположении о том, что, чем чаще наблюдается кроссинговер между двумя генами, тем дальше друг от друга расположены эти гены в группе сцепления и тем чаще будут наблюдаться отклонения от сцепленного наследования. Первые карты хромосом были построены в 1913 г. для классического экспериментального объекта плодовой мушки Drosophila melanogaster Альфредом Стёртевантом, учеником и сотрудником Томаса Ханта Моргана.

Биологическое значение кроссинговера.

Благодаря сцепленному наследованию удачные сочетания аллелей оказываются относительно устойчивыми. В результате образуются группы генов, каждая из которых функционирует как единый суперген, контролирующий несколько признаков. В то же время, в ходе кроссинговера возникают рекомбинации – т.е. новые комбинации аллелей. Таким образом, кроссинговер повышает комбинативную изменчивость организмов.

Это означает, что…

а) в ходе естественного отбора в одних хромосомах происходит накопление «полезных» аллелей (и носители таких хромосом получают преимущество в борьбе за существование), а в других хромосомах скапливаются нежелательные аллели (и носители таких хромосом выбывают из игры – элиминируются из популяций)

б) в ходе искусственного отбора в одних хромосомах накапливаются аллели хозяйственно-ценных признаков (и носители таких хромосом сохраняются селекционером), а в других хромосомах скапливаются нежелательные аллели (и носители таких хромосом выбраковываются).

11.

12.

Моногибридное скрещивание – это скрещивание, при котором родительские формы различаются по одной паре альтернативных признаков.

Особи, которые не дают в потомстве ращепления и сохраняют свои признаки в «чистом» виде, называют гомозиготными, а те, у которых в потомстве происходит ращепление,- гетерозиготными.

Совокупность всех признаков организма, начиная с внешних и кончая особенностями строения функционирования клеток, тканей и органов, называется фенотипом.

Признаки и свойства организма проявляются под контролем наследственных факторов, т.е. генов. Совокупность всех генов организма называют генотипом. Алле́ли (от греч. ἀλλήλων — друг друга, взаимно) — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака.Домина́нтность (доминирование) — форма взаимоотношений между аллелями одного гена, при которой один из них (доминантный) подавляет (маскирует) проявление другого (рецессивного) и таким образом определяет проявление признака как у доминантных гомозигот, так и у гетерозигот.

РЕЦЕССИВНОСТЬ (от латинского recessus - отступление), форма взаимоотношений двух аллельных генов, при которой один из них (рецессивный) оказывает менее сильное влияние на соответствующий признак, чем другой (доминантный). Моногибридное скрещивание. Первый закон Менделя.

В опытах Менделя при скрещивании сортов гороха, которые имели желтые и зеленые семена, все потомство (т.е. гибриды первого поколения) оказалось с желтым семенами. При этом не имело значения, из какого именно семена (желтого или зеленого) выросли материнские (отцовские) растения. Итак, оба родителя в равной степени способны передавать свои признаки потомству. Аналогичные результаты были обнаружены и в опытах, в которых во внимание брались другие признаки. Так, при скрещивании растений с гладкими и морщинистым семенами все потомство имело гладкие семена. При скрещивании растений с пурпурными и белыми цветками у всех гибридов оказались лишь пурпурные лепестки цветков и т. д. Обнаруженная закономерность получила название первый закон Менделя, или закон единообразия гибридов первого поколения. Состояние (аллель) признака, проявляющегося в первом поколении, получило название доминантного, а состояние (аллель), которое в первом поколении гибридов не проявляется, называется рецессивным. «Задатки» признаков (по современной терминологии - гены) Г. Мендель предложил обозначать буквами латинского алфавита. Состояния, принадлежащие к одной паре признаков, обозначают одной и той же буквой, но доминантный аллель - большой, а рецессивный - маленькой.

Грегора Менделя по праву считают основателем современной генетики, и горох, с которым он экспериментировал, не менее известен. Его научные изыскания в монастырском фруктовом саду в городе Брюнн (сейчас Брно в Чехии), первоначально вызванные лишь интересом к земледелию, переросли в многолетнюю серию трудоемких опытов по скрещиванию растений, в результате чего Мендель пришел к выводу, что наследственность определяется генами.

Его работа была несложной, но кропотливой: он надевал на цветки гороха специальные мешочки для того, чтобы каждое растение опылялось лишь тщательно отобранной пыльцой. Затем, сравнивая признаки родительских и дочерних растений, он смог вывести законы наследования.

Классические эксперименты Менделя заключались в скрещивании двух линий гороха — высокорослой и низкорослой. Все дочерние растения первого поколения были высокими (а вовсе не низкого или среднего роста, как ожидалось). Однако при последующем скрещивании растений первого поколения между собой только три четверти дочерних растений второго поколения оказались высокорослыми, оставшиеся растения были низкорослыми. Чтобы объяснить результаты этих (и многих других) экспериментов, Мендель постулировал следующее:

— существует единица наследственности (Мендель называл ее «фактором», мы сейчас называем ее геном), и дочерний организм получает от каждого родителя по одному гену, кодирующему данный признак;

— если дочерний организм получает гены, отвечающие за альтернативные признаки, то один из этих генов будет доминантным и будет экспрессироваться (т. е. кодируемый этим геном признак проявится у организма), а другой будет рецессивным (т. е. не экспрессируемым).

В случае с горохом это означает, что каждое дочернее растение первого поколения получило и ген «высокорослости», и ген «низкорослости» — по одному от каждого родителя. Высокий рост потомства первого поколения указывает на доминантность гена «высокорослости». Однако в наследственном материале каждого дочернего растения первого поколения сохранился и неэкспрессировавшийся ген «низкорослости». В следующем поколении одно растение будет иметь в среднем два гена «высокорослости», два растения — один ген «высокорослости» и один ген «низкорослости» и одно растение — два гена «низкорослости»; оно-то и будет низкорослым. Руководствуясь этой схемой, Мендель смог объяснить многие особенности наследования, до этого остававшиеся загадкой: например, почему некоторые болезни (такие, как гемофилия) передаются через поколение или почему у кареглазых родителей могут быть голубоглазые дети.

13.

Наследование при дигибридном скрещивании. При моногибридном скрещивании родительские формы отличаются по одной паре признаков или аллелей гена. Совершенно очевидно, что в большинстве случаев организмы различаются по многим генам. Чтобы проанализировать наследование нескольких при­знаков, необходимо разложить эти сложные явления на более простые составные элементы, а затем представить весь процесс в целом. Так поступал в своей работе Г. Мендель. Он изучил наследование каждой пары признаков в отдельности, не обра­щая внимания на другие пары, а затем сопоставил и объединил все эти наблюдения.

Гибриды, полученные от скрещивания организмов, разли­чающихся двумя парами альтернативных признаков, были на­званы дигетерозиготами, тремя парами — тригетерозиготами,, многими признаками — полигетерозиготами, а скрещивания со­ответственно ди-, три- и полигибридными. Для дигибридного скрещивания Г. Мендель взял гомозиготные растения гороха, различающиеся одновременно по двум парам признаков. Мате­ринское растение имело гладкие семена желтой окраски, отцов­ские — морщинистые зеленые семена. Гибрид первого поколения этого скрещивания имеет гладкие и желтые семена. Следова­тельно, гладкая форма семени доминирует над морщинистой, а желтая — над зеленой. Обозначим аллели гладкой формой А, морщинистой а, аллели желтой окраски В, зеленой b . Гены, определяющие развитие разных пар признаков, называются неаллельными. В данном случае гены формы семени А и а неаллельны генам окраски b и В. Неаллельные гены обозна­чают разными буквами алфавита.

Родительские растения имели генотипы ААВВ и aabb и об­разовывали гаметы соответственно АВ и ab. В этом случае гено­тип гибрида f1 будет АаВЬ, т. е. он является дигетерозиготным. Для проверки генотипа гибрида и определения типов гамет, ко­торые он образует, Г. Мендель провел анализирующее скрещи­вание гибрида f1 с рецессивной родительской формой aabb. В f1, он получил четыре фенотипических класса: гладких жел­тых— 55, гладких зеленых — 51, морщинистых желтых — 49, морщинистых зеленых — 53. Анализируя наследование формы и окраски семян отдельно, ученый получил гладких семян 106, морщинистых 102, желтых 104, зеленых тоже 104, т. е. по форме и по окраске семян в F& наблюдается расщепление 1:1, как при моногибридном скрещивании. При рассмотрении наследования обоих пар признаков можно убедиться в том, что все четыре класса встречаются примерно с равной частотой, т. е. отноше­ние этих классов 1:1:1:1. При анализирующем скрещивании все гибриды получают от рецессивной родительской формы только рецессивные гены, в данном случае ab. Следовательно, фенотипы этих гибридов будут определяться генотипом гамет гибрида F1. Поскольку в F1 получено четыре разных класса и встречаются они с одинаковой частотой, значит, гибрид образует также четыре сорта гамет в равных количествах. Какие же это гаметы? Фенотип гладкий желтый мог получиться только при условии, если от гибрида F придут два доминантных гена АВ. Гладкие зеленые семена возникают за счет гамет с доминант­ным геном формы и рецессивным геном окраски Ab, морщини­стые желтые, наоборот, должны получить рецессивный ген формы, доминантный — окраски, т. е. аВ. Наконец, морщини­стые зеленые семена могли получить от гибрида только оба ре­цессивных гена ab. Таким образом, с помощью анализирующего скрещивания можно определить, что дигетерозигота (АаВЬ) об­разует четыре сорта гамет АВ, Ab, аВ и ab и притом в равных количествах.

Таким образом, неаллельные гены при образовании гамет свободно комбинируются между собой, благодаря чему образуются новые комбинации генов (Ab и ab) по сравнению с ро­дительскими формами и новые комбинации признаков у гибридов рь — гладкие зеленые семена и морщинистые желтые. Появле­ние новых комбинаций признаков в результате скрещивания получило название комбинативной изменчивости. Комбинативная изменчивость играет большую роль в эволюции, так как она дает новые сочетания приспособительных призна­ков, возникающих при скрещивании. Она постоянно исполь­зуется и в селекции для улучшения пород животных и сортов растений путем скрещиваний.

14.

Мутация –это внезапно наследуемые изменения генетического материала которые могут возникнуть спонтанно либо могут быть индуцированны внешним воздействием на организм. Процесс возникновения мутации называется мутагенезом.

Существует следующая классификация мутаций:

· По характеру изменения генома мутации подразделяются:

Генные

Хромосомные

Геномные (изменение числа хромосом)

· По происхождению:

В спонтанные (без видимых причин)

Индуцированные (вызваны искусственно)

· По проявлению:

Доминантные

Рецессивные

Основное внимание при изучении генных мутаций уделяют нуклеотидам ДНК.

Генные мутации подразделяют на следующие группы:

Ø Транзиция - замена азотистых оснований: пуриновых на пуриновые, пиримидиновых на пиримидиновые. При этом изменяется только тот кодон, в котором произошли танзиции.

Ø Трансверсия - замена пуриновых оснований на пиримидиновые или пиримидиновые на пуриновые.

Ø Вставки – происходит вставка линий пары нуклеотидов

Ø Выпадение – выпадение пары нуклеотидов

Генные мутации обычно затрачивают единичные гены, по этому они образуются наиболее часто. С ними связан большинство изменений: морфологических, биохимических, физиологических признаков организма.

15.

16.

По причинам вызывающим мутации их подразделяют на спонтанные и индуцированные.

Спонтанные мутации происходят под действием естественных мутагенных факторов, без вмешательства человека.

Индуцированные мутации - результат направленного воздействия определенных мутагенных факторов.

17.

18.

Под полиплоидией понимают кратное увеличение основного числа хромосом в ядре, а всякое отклонение числа хромосом от нормального диплоидного в сторону как увеличения, так и уменьшения, а также кратное и некратное называют гетерополиплоидией или гетероплоидией.

Первые шаги по экспериментальному получению полиплоидов были сделаны профессором Московского университета И. И. Герасимовым, который в 1889 г. путем температурных воздействий Получил у водоросли спирогира клетки с удвоенной массой ядерного вещества. Им же были апробированы для получения таких клеток хлороформ, эфир и хлоралгидрат.

В 1916 г. Г. Винклер, изучая прививки паслена на томат, обнаружил в местах соединения привоя и подвоя клетки с увеличенным набором хромосом. Ученый назвал это явление полиплоидией (от греч. poly — многократный и plooseidos — вид).

Полиплоидия постоянно привлекала к себе внимание селекционеров и генетиков. Так в 1909 г. Р. Гейтс обнаружил, что гигантский мутант энотеры, открытый Де Фризом, был естественным тетраплоидом (2n = 28). Интерес к полиплоидии еще больше возрос в 40-х годах XX в., когда американские исследователи Блексли и Эйвери, а также Эйгсти, Небель и Раттл (1937) провели многочисленные успешные опыты по обработке семян и растений колхицином с целью получения полиплоидов и разработали основные способы удвоения числа хромосом в клетках растений.

Механизм действия колхицина на делящиеся клетки состоит в том, что он блокирует веретено деления в метафазе, в результате чего дочерние хромосомы не расходятся к полюсам, а остаются в центре материнской клетки (С-митоз или K-митоз).

Экспериментально возникшая в 30-х годах XX в. полиплоидия стала играть огромную роль в селекции сельскохозяйственных растений, а также в генетической инженерии.

Основное число хромосом полиплоидного ряда — гаплоидное, его принято обозначать n=x. Диплоидное состояние организмов — первый шаг полиплоидии, его обозначают 2n = 2х. Развитие у высших растений при двойном оплодотворении триплоидного эндосперма подтверждает, что возникновение полиплоидии в эволюции растительного мира — не случайность. Увеличение основного числа хромосом в несколько раз ведет к появлению полиплоидного ряда внутри вида, рода или семейства. Наиболее часто полиплоиды встречаются у покрытосемянных растений, особенно у многолетних травянистых, в меньшей степени у однолетних и древесных. У голосемянных растений полиплоиды редки. В северных широтах и в высокогорьях полиплоидных видов больше, чем в южных и на равнинах. По мнению В. В. Сахарова, почти половина важных культурных растений относится к полиплоидам.

19.

20.

Популяция – совокупность особей одного вида, длительно населяющих определ. террит. и имеющих сходный генофонд в следствие свободного скрещивания между собой.

Обширность ареола, население популяций, зависит от многих факторов

Одним из факторов явл. подвижность особей.

Совокупность всех генов в популяции наз. генофондом. Генофонды популяций объед. и образуют генофонд вида.

В популяции могут сущ-ть чистые линии – гомозиготные организмы. Поэтому отбор может идти только в полиморфных популяциях.

Все популяции можно разделить на 3 категории, в зависимости от степени их изоляции, от регулярности и постоянства связей м/у особями разных популяций.

1. географические- разобщены географ факторами(горы, реки)

2. экологические- разобщены м/ду соб вследствие действия эколог факторов(сезонность)

3. элементарные- изоляция в таких популяциях носит эпизодический характер.В этих попул-х осущ-ся регулярн и частые миграции особей из одной популяции в другую.

Наследственность популяции- распределение в ней генотипов и фенотипов аллелей.Генетич состав попул относительно постоянен.

21.

Основные положения хромосомной теории наследственности

Сформулировал Морган: 1. главным клеточными структурами ответственными за передачу наследственной информации, явл хромосомы кот содержат гены – носители генетической информации. 2. в хромосомах гены расположены линейно, в пределах одной хромосомы гены образуют одну группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом. 3. В мейозе между гомологичными хромосомами мажет происходить кроссинговер, что явл основой биологического разнообразия видов и базой для естественного отбора организмов.

В ядре наход хромосомы. Различ два вида хромосом гаплоидный и диплоидный. На стадии метафазы и ранней анафазы митоза и мейоза легче всего опред форму и размер хромосом. Совок всех морф признаков назыв кариотипом. Форма каждой хромосомы определяется положением первичной перетяжки, где располагается центромера. Ген – элементарная единица наследственности. Ген часть хромосомы ответственная за проявления отдельного признака организма. Гены отдельн признаков лежат в опред местах хромосом – локусах. Хромосомы в клетках парные. Парные гены назыв аллеями. Гены классифицируют по признакам которыми они управляют. Аддитивные гены имеют слабый эффект контролируют один и тот же признак. Гены доминантные вызывает выраженность признака. Рецессивный ген – это ген действ кот проявляется очень слабо или совсем не проявляется. Эпистатические гены если один ген по отношению к другоме доминантен и если эти гены не аллельны.

22.

Гетерозис.

Эффект гибридной мощности, или гетерозиса, заключается в превосходстве гибридов первого поколения по ряду признаков и свойств по сравнению с исходными родитель­скими организмами. Скрещивание гибридов F\ между собой снижает этот эффект в следующих поколениях. Ч. Дарвин, попытавшийся объяснить природу этого явления, считал гете­розис одной из причин полезности скрещивания в эволюции видов. Перекрестное оплодотворение поддерживается естест­венным отбором именно потому, что оно служит механизмом поддержания гибридной мощности.

Анализ эффекта гетерозиса с позиций открытых в начале XX в. основных генетических закономерностей гетерозиса:

1) гетерозиготным состоянием гибридов по многим генам;

2) возникновением взаимодействия доминантных благоприят­ных генов; 3) сверхдоминированием — гетерозигота превосхо­дит гомозиготу. В доказательство первого положения приво­дятся примеры получения межлинейных гибридов. При скрещи­вании гомозиготных инбредных линий гибриды первого поколе­ния гетерозиготны по многим генам. При этом действие вредных рецессивных мутантных аллелей подавляется доминантными аллелями обоих родителей.

Однако не всегда гетерозиготность связана с гетерозисом. По второй гипотезе причиной гетерозиса является благоприят­ное действие некоторых доминантных аллелей. Поэтому под­бор в гибридной комбинации доминантных аллелей может ско­рее обеспечить гетерозис. Таким образом, эта гипотеза исходит из представления о простом суммировании эффекта доминант­ных аллелей с комплементарным действием (по принципу ад­дитивности) генов.

Третья гипотеза как бы развивает вторую. Она исходит из того, что гетерозиготное состояние аллелей имеет превосход­ство над гомозиготным (АА<Аа>аа). Следовательно, можно предположить, что сочетание в гетерозиготе аллелей дикого типа и мутантного. каким-то образом усиливает действие доми­нантного гена и в связи с этим вызывает максимальное накоп­ление специфических веществ, синтез которых контролируется этим геном. Указанное объяснение гетерозиса называют гипо­тезой сверхдоминирования.

Гипотеза доминантности удовлетворительно объ­ясняет то ухудшение, которое наблюдается в результате инбри­динга, а также восстановление мощности роста при скрещива­нии. На основании этой теории трудно, однако, объяснить, по­чему гибриды по мощности превосходят популяции, из которых были получены их родители. Это увеличение мощности, по-ви­димому, следует объяснить сверхдоминантностью. При этом очевидно, что только небольшая часть локусов должна содержать гены, проявляющие сверхдоминантность в гетерози­готном состоянии.

Таким образом, две основные гипотезы, объясняющие гете­розис, ведут в общем к одинаковому результату и поэтому не являются взаимоисключающими. Имеются основания полагать, что гетерозис — более сложное явление и не может обусловли­ваться только одним типом взаимодействия.

Большой хозяйственный интерес представляют пути закреп­ления гетерозиса у древесных растений. Сохранение эффекта гетерозиса осуществляется вегетативным размножением уни­кальных гибридов. Мы живем в век невиданных темпов научно-технического прогресса, обусловленного интенсивным развитием и огром­ными достижениями современной науки. Среди наук, опре­деляющих научно-технический прогресс, наряду с физикой, химией, электроникой и другими науками, все большее зна­чение приобретают биологические, в особенности молекуляр­ная биология, включающая молекулярную генетику и био­химию. Эти науки за последние 30 лет достигли выдающих­ся результатов в познании живого.

По мере изучения фундаментальных основ жизни ученые все больше убеждались, что молекулярные носители наслед­ственной информации являются универсальными в живом мире. Прослеживается также универсальность свойств гене­тического материала. Например, способы обмена генетиче­ской информацией, обнаруженные у одних объектов, приме­нимы к другим, даже отдаленным в таксономическом отно­шении организмам. Многие методы анализа, разработанные для бактерий, оказались вполне пригодными для изучения высших организмов.

Достигнутый уровень знаний в понимании сущности наследственности и разработанность методов исследований сделали возможным переход к направленному конструиро­ванию молекул наследственности, отдельных клеток и целых организмов.

Настало время, когда биологи уже не могут ограничи­ваться только изучением жизни как конечного продукта эволюции. Но они могут и должны активно вмешиваться и создавать новые варианты живых систем, которые не могли или не успели появиться в процессе естественной эволюции. Так появились новые направления биологии — генетическая и клеточная инженерия.

23.

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ

Все виды живых организмов на Земле представлены определенными группами особей, которые называются популяциями. Популяция — это элементарная единица эволюции. Действительно, вид, занимающий часто огромный ареал, содержащий многообразие форм, различных в каждом географическом районе, оказывается слишком громоздкой системой для однозначного ответа на действие естественного отбора, имеющего различные направления, характер и силу в разных районах. В то же время отдельный организм (особь) также не может быть единицей эволюции, так как содержит лишь незначительную часть генетической информации вида, а с его смертью утрачивается и эта доля информации. Таким образом, единицей эволюции может быть только достаточно большая группа особей вида, которая будет репрезентативной (представительной) и в то же время достаточно малой, чтобы быть подвижной системой, чутко реагирующей, на воздействие естественного отбора. Такой группой особей оказалась популяция.

Впервые термин популяция был предложен 3. Л. Иоганнсеном 1907 г. в работе «Чистые линии и популяции». В его трактовке популяция — это группа особей, отличающихся от чистой линии тем, что каждый признак в ней представлен многими аллелями основного, определяющего его гена. В чистой линии признак представлен моноаллельно. Другими словами, гетерозиготность признака отличает популяцию от гомозиготности его в чистой линии.

Современный этап экспериментального изучения популяции начался с выхода в 1926 г. работы С. С. Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики». Учение о популяциях как раздел общей биологии еще только развивается и не достигло уровня законченного исследования. Однако значение этого раздела трудно переоценить, так как учение о популяциях имеет прикладное значение. Учение о популяциях включает вопросы: динамики численности вида, микроэволюционных процессов и пусковых механизмов в эволюции, систематики и таксономии и, наконец, что особенно важно для лесоводства, вопросы, связанные с изучением генетики объектов, обычный генетический анализ которых сильно затруднен.

24.

Структура популяций

Показатели структуры популяций. Как первая надорганизмен-ная биологическая система, популяция обладает определенной структурой и свойствами. Структуру популяции отражают такие ее показатели, как численность и распределение особей в пространстве, соотношение групп по полу и возрасту, их морфологические, поведенческие и другие особенности.

Численность — общее количество особей в популяции. Эта величина характеризуется широким диапазоном изменчивости, однако она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности по сравнению с этими пределами может привести к вымиранию популяции. Полагают", что если численность популяции меньше нескольких сотен особей, то любые случайные причины (пожар, наводнение, засуха, обильные снегопады, сильные морозы и т. д.) могут сократить ее настолько, что оставшиеся особи не смогут встречаться и оставить потомство. Рождаемость перестанет покрывать естественную убыль, и оставшиеся особи в течение сравнительно короткого времени вымрут.

Плотность — число особей на единицу площади или объема. При увеличении численности плотность популяции, как правило, возрастает; она остается прежней лишь в случае ее расселения и расширения ареала. У некоторых животных плотность популяции регулируется сложными поведенческими и физиологическими механизмами.

Пространственная структура популяции характеризуется особенностями размещения особей на занимаемой территории. Она определяется свойствами местообитания и биологическими особенностями вида. Наряду со случайным и равномерным распределением в природе наиболее часто встречается групповое распределение. Группа животных, прилагая совместные усилия, может легче защищаться от хищников, искать и добывать корм. Жизнь в семьях, стадах, колониях, гаремах приводит также к групповому распределению особей. Пространственная структура может изменяться во времени; она зависит от сезона года, от численности популяции, возрастной и половой структуры и т. д.

Половая структура отражает определенное соотношение мужских и женских особей в популяции. Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в соотношении 1: 1. В силу разной жизнеспособности мужских и женских особей это первичное соотношение полов при оплодотворении часто заметно отличается от вторичного (при рождении — у млекопитающих) и тем более от третичного, характерного для половозрелых особей. Например, в популяциях человека вторичное соотношение полов составляет 100 девочек/106 мальчиков; к 16—18 годам это соотношение выравнивается и становится равным 1:1, к 50 годам— 100 женщин/85 мужчин, а к 80 годам соотношение по полу становится 2:1 (100 женщин/ 50 мужчин).

Изменение половой структуры популяции отражается на ее роли в экосистеме, так как самцы и самки многих видов отличаются друг от друга по характеру питания, ритму жизни, поведению и др. Так, самки некоторых видов комаров, клещей и мошек являются кровососущими, в то время как самцы питаются соком растений или нектаром. Преобладание доли самок над самцами обеспечивает более интенсивный рост популяции.

Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяциях, зависящее от продолжительности жизни, времени наступления половой зрелости, числа потомков в помете, количества потомств за сезон и др. Если какая-либо возрастная группа сокращается либо увеличивается, это сказывается на общей численности популяции. Например, массовое истребление крупных половозрелых особей в результате промысла приводит к резкому снижению численности популяции вследствие слабого пополнения ее молодыми особями. Поэтому присутствие в популяции большого количества особей младших возрастных групп свидетельствует о ее благополучии. Если же в популяции преобладают старые особи, можно со всей определенностью сказать, что данная популяция завершает свое существование.

Экологическая структура свидетельствует об отношении различных групп организмов к условиям окружающей среды. Например, особи одной популяции растений различаются рядом признаков: по размерам, количеству побегов, цветков, плодов, семян и т. п. Кроме того, разные особи этой же популяции зацветают неодновременно, что способствует более полному их опылению (при одновременном и кратковременном цветении насекомые могут не успеть опылить все цветки). У такой популяции меньший риск остаться без семян, например в случае кратковременных заморозков (замерзнет лишь часть цветков).

Внутривидовой полиморфизм обусловливает уникальность сочетания аллелей у разных особей. Причиной полиморфизма служат половое размножение, которое обеспечивает комбинативную изменчивость, и мутации, изменяющие субстрат наследственности. Поддержание внутривидового полиморфизма обеспечивает устойчивость вида и гарантирует его существование в различных условиях среды.

25.

26.

Географические, экологические и биологические факторы изоляции.

Под изоляцией в генетике популяций понимают любое нарушение случайного скрещивания (панмиксия). Вид складывается из отдельных генетических популяций и если особи одной популяции полностью или частично прекращают обмениваться генами с особями других популяций то такая популяция испытывает процесс изоляции. Географическая изоляция – это результат разделения групп родственных организмов какой-либо физической преградой (море, река, пустыня, хребет). Экологическая изоляция возник в результате того что разные группы организмов произрастая в одной и той же географической области занимают различные места обитания например пониженные и повышенные элементы рельефа, верх горы и подножье. Биологическая изоляция делится на физиологическую и генетическую. Генетический фактор изоляции относятся те факторы кот препятствуют воспроизведению плодовитого потомства. Физиологическая изоляция проявляется например при изменении суточной и сезонной половой активности.

27.

infopedia.su

Наследственная и ненаследственная изменчивость

Изменчивость есть процесс, отражающий взаимосвязь организма со средой.

С генетической точки зрения изменчивость представляет собой результат реакции генотипа в процессе индивидуального развития организма на условия внешней среды.

Изменчивость организмов является одним из главных факторов эволюции. Она служит источником для искусственного и естественного отборов.

Биологи различают наследственную и ненаследственную изменчивость. К наследственной изменчивости относят такие изменения признаков организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. К ненаследственной изменчивости, которую Дарвин назвал определенной, а теперь называют модификационной, или фенотипической, изменчивостью, относят изменения признаков организма; не сохраняющиеся при половом размножении.

Наследственная изменчивость представляет собой изменение генотипа, ненаследственная изменчивость — изменение фенотипа организма.

В течение индивидуальной жизни организма под влиянием факторов внешней среды у него могут возникать два типа изменений: в одном случае изменяется функционирование, действие генов в процессе формирования признаков, в другом — сам генотип.

Мы познакомились с наследственной изменчивостью, возникающей в результате комбинаций генов и их взаимодействия. Комбинация генов осуществляется на основе двух процессов: 1) независимого распределения хромосом в мейозе и их случайного сочетания при оплодотворении; 2) перекреста хромосом и рекомбинаций генов. Наследственную изменчивость, обусловленную комбинацией и рекомбинацией генов, принято называть комбинативной изменчивостью. При данном типе изменчивости сами гены не изменяются, изменяются их сочетание и характер взаимодействия в системе генотипа. Однако данный тип наследственной изменчивости следует рассматривать как вторичное явление, а первичным следует считать мутационное изменение гена.

Источником для естественного отбора являются наследственные изменения — как мутации генов, так и их рекомбинации.

Модификационная изменчивость играет ограниченную роль в органической эволюции. Так, если взять вегетативные побеги от одного и того же растения, например земляники, и выращивать их в различных условиях влажности, температуры, освещенности, на разных почвах, то несмотря на одинаковый генотип, они окажутся различными. Действием разных экстремальных факторов у них можно вызвать еще большие различия. Однако семена, собранные с таких растений и высеянные в одинаковых условиях, дадут однотипное потомство, если не в первом, то в последующих поколениях. Изменения признаков организма, вызванные действием факторов среды в онтогенезе, исчезают со смертью организма.

Вместе с тем способность к подобного рода изменениям, ограниченная пределами нормы реакции генотипа организма, имеет важное эволюционное—значение. Как показали А. П. Владимирский в 20-х годах, В. С. Кирпичников и И. И. Шмальгаузен в 30-х годах, в том случае, когда модификационные изменения приспособительного значения возникают при постоянно действующих в ряду поколений факторах среды, которые способны вызывать мутации, определяющие такие же изменения, может создаться впечатление наследственного закрепления модификаций.

Мутационные изменения обязательно связаны с реорганизацией воспроизводящихся структур половых и соматических клеток. Коренное отличие мутаций от модификаций сводится к тому, что мутации могут точно воспроизводиться в длительном ряду клеточных поколений, независимо от условии среды, в которой осуществляется онтогенез. Это объясняется тем, что возникновение мутаций связано с изменением уникальных структур клетки — хромосоме.

По вопросу о роли изменчивости в эволюции шла длительная дискуссия в биологии в связи с проблемой наследования так называемых благоприобретенных признаков, выдвинутой Ж. Ламарком в 1809 г., отчасти принятой Ч. Дарвиным и поддерживаемой еще до сих пор рядом биологов. Но абсолютное большинство ученых саму постановку данной проблемы считало ненаучной. При этом необходимо сказать, что представление о том, будто наследственные изменения в организме возникают адекватно действию фактора среды, совершенно абсурдно. Мутации происходят в самых различных направлениях; они не могут быть приспособительными для самого организма, поскольку возникают в единичных клетках

И их действие реализуется только в потомстве. Не фактор, вызвавший мутацию, а только отбор оценивает приспособительное знание мутации. Поскольку направление и темп эволюции определяются естественным отбором, а последний контролируется многими факторами внутренней и внешней среды, создается ложное представление об изначальной адекватной целесообразности наследственной изменчивости.

Отбор на основе единичных мутаций «конструирует» системы генотипов, отвечающих требованиям тех постоянно действующих условий, в которых существует вид.

Термин «мутация» впервые был предложен Г. де Фризом в его классическом труде «Мутационная теория» (1901 —1903гг.). Мутацией он назвал явление скачкообразного, прерывного изменения наследственного признака. Основные положения теории де Фриза до сих пор не утратили своего значения, и поэтому их следует здесь привести:

1. мутация возникает внезапно, без всяких переходов;
2. новые формы вполне константны, т. е. устойчивы;
3. мутации в отличие от ненаследственных изменений (флуктуаций) не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (моды). Мутации являются качественными изменениями;
4. мутации идут в разных направлениях, они могут быть как полезными, так и вредными;
5. выявление мутаций зависит от количества особей, проанализированных для обнаружения мутаций;
6. одни и те же мутации могут возникать повторно.

Однако Г. де Фриз допустил принципиальную ошибку, противопоставив теорию мутаций теории естественного отбора. Он неправильно считал, что мутации могут сразу давать новые виды, приспособленные к внешней среде, без участия отбора. На самом деле мутации являются лишь источником наследственных изменений, служащих материалом для отбора. Как мы убедимся дальше, мутация гена оценивается отбором только в системе генотипа. Ошибка Г. де Фриза связана, отчасти с тем, что изучавшиеся им мутации у энотеры (Oenothera Lamarciana) впоследствии оказались результатом расщепления сложного гибрида.

Но нельзя не восхищаться тем научным предвидением, которое сделал Г. де Фриз в отношении формулирования основных положений мутационной теории и ее значения для селекции. Еще в 1901 г. он писал: «…мутация, само мутирование должно стать объектом исследования. И если нам когда-нибудь удастся выяснить законы мутирования, то не только наш взгляд на взаимное родство живущих ныне организмов станет гораздо глубже, но мы смеем также надеяться, что должна открыться возможность так же хорошо владеть мутабильностью, как селекционер господствует над изменяемостью, вариабильностью. Конечно, к этому мы придем постепенно, овладевая отдельными мутациями, и это также принесет много пользы сельскохозяйственной и садовой практике. Многое, что кажется теперь недостижимым, окажется в нашей власти, если только нам удастся познать законы, на которых основывается мутирование видов. Очевидно, здесь нас ждет необозримое поле настойчивой работы высокого значения как для науки, так и для практики. Это многообещающая область господства над мутациями». Как мы убедимся дальше, современное естествознание стоит на пороге познания механизма мутации генов.

Теория мутаций могла развиваться только после открытия законов Менделя и установленных в опытах школы Моргана закономерностей сцепления генов и их рекомбинации в результате кроссинговера. Только с момента установления наследственной дискретности хромосом, теория мутаций получила базу для научного исследования.

Хотя в настоящее время вопрос о природе гена выяснен не окончательно, тем не менее прочно установлен ряд общих закономерностей мутирования гена.

Мутации генов возникают у всех классов и типов животных, высших и низших растений, многоклеточных и одноклеточных организмов, у бактерий и вирусов. Мутационная изменчивость как процесс качественных скачкообразных изменений является всеобщей для всех органических форм.

Чисто условно мутационный процесс делят на спонтанный и индуцированный. В тех случаях, когда мутации возникают под влиянием обычных природных факторов внешней среды или в результате физиологических и биохимических изменений в самом организме, их относят к спонтанным мутациям. Мутации, возникающие под влиянием специальных воздействий (ионизирующей радиации, химических веществ, экстремальных условий и т. д.), называют индуцированными. Принципиальных различий между спонтанными и индуцированными мутациями нет, но изучение последних подводит биологов к овладению наследственной изменчивостью и разгадке тайны гена.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Смотрите также

• 
  Кедр голосеменное растение
• 
  Голосеменное растение кедр
• 
  Вечно зеленое растение
• 
  Увлажнитель комнатных растений
• 
  Семена плодовых растений
• 
  Растение в чашке
• 
  Комнатное растение дизиготека
• 
  Колючие шарики растение
• 
  Дизиготека комнатное растение
• 
  Гравий для растений
• 
  Росянка хищные растения