Практикум по генетике

Рис. 1.8. Образование пыльцевых зерен и зародышевых мешков у цветковых растений (по М.Е. Лобашеву, 1969). 1 – процесс созревания мужских клеток, 2 – процесс созревания женских клеток. в обоих случаях митоз приводит к образованию комплексов из 4 клеток (тетрад) с

половинным числом хромосом, из которых образуются пыльцевые зерна и зародышевый мешок.

21

Рис. 1.9. Пыльцевые трубки в рыльце пестика ржи (оригинал автора).

Рис.1.10. Схема двойного оплодотворения у растений (по М.Е.

Лобашеву, 1969). 1 – проникновение пыльцевой трубки в зародышевый мешок, 2 – излияние содержимого пыльцевой трубки в зародышевый мешок, 3 – зародышевый мешок после оплодотворения.

Задания

Задание 1. Клетка и ее органоиды. а) зарисуйте схему строения растительной клетки, кратко указав функции отдельных ее элементов.

Укажите, в каких структурах содержится ДНК.

22

Задание 2. Хромосомы, их типы, строение, химический состав.

Кариотип, идиограмма. Гомологичность хромосом, гаплоидность и диплоидность. Зарисуйте схему строения хромосомы и типы хромосом

(метацентрическую, субметацентрическую, акроцентрическую и телоцентрическую). По какому принципу различают эти типы хромосом?

На постоянных препаратах и рисунках ознакомьтесь с кариотипами разных растений и особенностями строения хромосом. Зарисуйте разные уровни компактизации хроматина.

Задание 3. Клеточный цикл. Зарисовать схему клеточного цикла и кратко описать процессы, происходящие в разные периоды цикла, указать особенности строения хромосом (моно - или дихроматидные) и количество ДНК в них (2c, 4c).

Задание 4. Митоз, амитоз, эндомитоз и политения.

а) рассмотреть постоянные препараты с продольными срезами корешков растений (разные фазы митоза), рисунки учебника, таблицы и зарисовать клетки в состоянии интерфазы и схему митоза (профаза,

метафаза, анафаза, телофаза и цитокинез). Зарисуйте деление клеток при амитозе, эндомитозе и политенную хромосому, дайте определение этим типам деления;

б) один из зафиксированных и окрашенных ацетокармином корешков поместить на предметное стекло, скальпелем или лезвием отделить кончик корешка (он более темно окрашен) и оставить его на стекле, удалив оставшуюся часть. Фильтровальной бумагой собрать остатки фиксатора, и нанести свежую каплю 45%-ой уксусной кислоты,

накрыть покровным стеклом. Сверху положить 2-3 слоя фильтровальной бумаги (форматом немного больше покровного стекла) и осторожно надавить круговыми движениями ручкой препаровальной иглы. Снять фильтровальную бумагу и рассмотреть препарат сначала на малом, а затем на большом увеличении.

23

Задание 5.

5.1. Микроспорогенез и микрогаметогенез. Ознакомьтесь с рисунками и схемой мейоза в пыльниках растений. Рассмотрите клетки,

находящиеся в разных фазах мейоза на постоянных препаратах.

а) зарисовать микроспорогенез, то есть схему первого,

редукционного, деления: профазу I – лептотена, зиготена, пахитена,

диакинез; метафазу I; анафазу I; телофазу I и формирование диады микроспор. Зарисуйте схему второго, эквационного, деления: метафазу II;

анафазу II; телофазу II и тетраду микроспор;

б) из зафиксированных или свежих молодых бутонов пинцетом извлечь пыльник, измельчить его на предметном стекле, удалить крупные остатки тканей. Затем окрасить каплей ацетокармина, накрыть покровным стеклом и слегка подогреть препарат. После охлаждения изучить под микроскопом и определить фазы мейоза;

в) зарисовать схему микрогаметогенеза, то есть развитие пыльцевого зерна от одноядерной микроспоры до формирования зрелой трехъядерной пыльцы с мужскими гаметами – спермиями;

г) на зафиксированных пыльниках с использованием ацетотокарминового метода изучить фертильность пыльцы и зарисовать пыльцевые зерна: стерильные и фертильные. Методика работы: выделить пыльник из цветка, положить его на предметное стекло. Затем раздавит препаровальной иглой или пинцетом, убрать ткани. Капнуть несколько капель 1-3%-ного раствора ацетокармина, накрыть покровным стеклом и слегка подогреть. Через несколько минут рассмотреть препарат под микроскопом. У злаковых культур (рожь, пшеница и другие) фертильные пыльцевые зерна содержат вегетативное ядро и 2 спермия, у томата – вегетативное и генеративное ядра (деление генеративного ядра на спермии происходит при прорастании пыльцевой трубки).

5.2. Макроспорогенез (мегаспорогенез). Макрогаметогенез. Двойное оплодотворение. Ознакомиться с рисунками и схемой формирования

24

зародышевого мешка и образования женской гаметы – яйцеклетки.

Рассмотреть схему двойного оплодотворения, развития зародыша и эндосперма у растений.

Рассмотреть отдельные стадии макроспорогенеза и макрогаметогенеза на постоянных препаратах. Зарисовать: а) схему формирования тетрады гаплоидных макроспор; б) образование восьмиядерного зародышевого мешка Polygonum - типа; в) схему двойного оплодотворения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Почему в результате митоза образуются две дочерние клетки с идентичными материнскому наборами хромосом?

2.В чем отличие клеток, образующихся после амитоза и эндомитоза?

3.Почему в результате мейоза образуются 4 клетки, неидентичные родительской по числу (гаплоидные) и по сочетанию генов и хромосом?

4.Сколько мужских гамет (спермиев) образуется из 10 исходных материнских клеток (микроспороцитов)? Объясните.

5.Сколько женских гамет (яйцеклеток) образуется из 10 исходных материнских клеток (макроспороцитов)? Объясните.

6.В чем суть двойного оплодотворения у растений?

7.Сколько хромосом имеют спермии, яйцеклетки, клетки эндосперма и интегументов завязи семяпочки у мягкой пшеницы (2n=42)?

8.Почему в год опыления на белозерной кукурузе иногда на початках появляются желтые или фиолетовые зерна?

9.В чем отличие растений, образующихся из зародыша, полученного без оплодотворения – в результате апомиксиса? Какие типы апомиксиса известны?

25

РАЗДЕЛ 2

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИ ВНУТРИВИДОВОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ

Внутривидовая гибридизация – один из основных методов селекции растений и животных.

Любое скрещивание начинается с выявления признака. Признак в генетическом смысле – это любая особенность организма: высота, вес,

цвет глаз, форма листьев, окраска цветков и т.д.

Потомство от скрещивания двух особей с различными признаками называется гибридным, а отдельная особь – гибридом. Закономерности наследования признаков при внутривидовой гибридизации были установлены Грегором Менделем (1865 г.) с помощью гибридологического анализа. При проведении гибридологического анализа необходимо соблюдать следующие условия:

1)использовать для скрещиваний исходные формы, различающиеся по одной или нескольким парам контрастных (альтернативных) признаков;

2)рассматривать характер наследования по каждой паре признаков;

3)проводить количественный учѐт гибридных растений по всем изучаемым признакам;

4)проводить индивидуальный анализ потомства от каждого растения в ряду поколений.

2.1 Анализ расщепления при моногибридном скрещивании

Моногибридным называется скрещивание, при котором родительские формы отличаются друг от друга по одной паре признаков

(например, гладкие или морщинистые семена). Рассмотрим схему моногибридного скрещивания (рис. 2.1.)

26

Рис. 2.1. Наследование задатков в моногибридном скрещивании

(Инге-Вечтомов С.Г., 1989)

Из схемы видно, что родительские формы образуют одинаковые гаметы, в каждую из которых отходит по одному гену из аллельной пары.

Пара аллелей (А и а) соответствует двум контрастным состояниям гена и локализована в идентичных локусах гомологичных хромосом. При слиянии родительских гамет формируется генотип гибридов первого поколения (Аа). Все гибриды первого поколения (F1) выглядят одинаково,

т.е. имеют одинаковый фенотип, сходный с фенотипом одного из родителей. Эта закономерность иллюстрирует первый закон Менделя –

закон единообразия гибридов первого поколения, а также правило доминирования. Признаки, проявляющиеся у гибридов F1, называются

доминантными (лат. dominus – господствующий), не проявляющиеся –

рецессивными (лат. recessus – отступающий). Для обозначения признаков

27

используются буквы латинского алфавита (для доминантных – прописные,

для рецессивных – строчные).

Сочетание различных аллелей какого-либо признака называется

генотипом по данному признаку (например, АА, Аа или аа).

Генотип может быть гетерозиготным (Аа) и гомозиготным (АА или аа).

При самоопылении гибридов F1 во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3 : 1 (¾ гладких и ¼ морщинистых семян). Это соотношение выражает во второй закон Менделя – закон расщепления признаков.

При анализе наследованных признаков для краткости удобно пользоваться так называемым фенотипическим радикалом. Например,

генотипы АА и Аа будут иметь фенотипический радикал А–, который означает, что в данном генотипе может быть как доминантный (А), так и рецессивный (а) аллель. Для объяснения закономерностей проявления и расщепления признаков у гибридов F2 Мендель предложил гипотезу чистоты гамет, согласно которой доминантный и рецессивный аллели в гетерозиготном генотипе F1 (Аа) не смешиваются, а образуют два типа гамет в равном соотношении: ½ А и ½ а.

Сочетание этих гамет дает в F2 3 генотипа в соотношении 1

АА:2Аа:1аа.

В случае полного доминирования, когда один аллель (А)

полностью подавляет действие другого (а), расщепление по генотипу 1 АА

: 2 Аа : 1 аа не совпадает с расщеплением по фенотипу: 3А–:1аа.

Расщепление по генотипу и фенотипу совпадает в случае неполного доминирования признака, т.е. когда гетерозиготы имеют промежуточное выражение признака при сравнении с обеими гомозиготными родительскими формами. Например, при наследовании красной и белой окраски цветков у ночной красавицы гетерозиготные растения имеют

28

розовые цветки и в F2 наблюдается расщепление в соотношении 1АА

(красные цветки):2Аа (розовые):1аа (белые) – рис.2.2.

Рис. 2.2. Наследование окраски цветков при неполном доминировании у Mirabilis jalapa (Лобашев М.Е., 1969)

Тип наследования, при котором у гибридов F1 проявляются признаки обоих родителей, называется кодоминированием.

Так, при скрещивании красных шортгорнских коров (АА) с белыми шортгорнскими быками (аа) получаются телята чалой масти (смесь красных и белых волос по всему телу). По фенотипу гибридов F1 легко определить, что они гетерозиготы по этому гену.

В F2 расщепление на красных и белых происходит в соотношении

1:2:1, как и при неполном доминировании – (рис. 2.3.).

29

Рис. 2.3. Наследование красной, чалой и белой масти у шортгорнской породы крупного рогатого скота (Бакай А.В. и др., 2006)

По типу кодоминирования наследуются также группы крови животных и человека в системе АВ0.

При анализе расщепления гибридов F2 возможны отклонения фактических данных от теоретических ожидаемых. Эти отклонения являются случайными или связаны с нарушением любого из условий менделеевского наследования (например, с гибелью гамет или зигот определѐнного генотипа, со сцеплением генов и т.д.).

Для статистической оценки величины отклонения, его значимости,

применяют метод хи-квадрат (χ2).

χ2 вычисляется по формуле:

d2

χ2= Σ

q

30