Практикум по генетике

-возникают внезапно, дискретно;

-константны в своем проявлении;

-наследуются;

-могут быть полезными, вредными, нейтральными;

-могут возникать повторно (с низкой частотой).

Мутации различают:

1. по происхождению:

- спонтанные (возникают в природе самопроизвольно),

- индуцированные (возникают при экспериментальном воздействии на генетический материал мутагенами);

2. по направлению:

- прямые (переводят состояние дикого типа в качественно иное состояние),

- обратные (возвращают мутантное состояние к дикому типу);

3. по уровню организации изменяемого генетического материала: - генные,

- хромосомные,

- геномные;

4. по локализации изменяемого генетического материала:

-цитоплазматические (митохондриальные, пластидные),

-ядерные;

5. по месту возникновения и характеру наследования:

-генеративные,

-соматические.

Генные (точковые) мутации – изменения числа или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК в пределах отдельных генов.

Хромосомные мутации – или хромосомные аберрации

(хромосомные перестройки) характеризуются изменением структуры хромосом.

231

Геномные мутации – изменение кариотипа, выражающееся в увеличении или уменьшении числа хромосомных наборов или числа отдельных хромосом.

Методы получения мутаций. Задания

Задание 1. Получение мутаций у растений с использованием физических мутагенов.

1)Прорастите семена растений в чашках Петри (30-50 в чашке).

2)Проведите облучение УФ-лучами (кварцевая лампа) набухших семян. Время воздействия фактора увеличивается от 5 до 45 мин. (интервал между вариантами 5 мин.).

3)Оставьте семена на проращивание.

4)Проведите наблюдения за появлением корешков, семядолей (или колеоптиле), а также измерения роста корешков (мм). Данные заносите в таблицы, аналогичные таблице 6.2.1.

5)Приготовьте временные цитологические препараты, рассмотрите под микроскопом, зарисуйте.

6)Обработайте данные статистически. Сделайте выводы.

Задание 2. Сравнение реакции сухих, набухших и проросших семян

на действие физических мутагенов.

1)Заложить в чашках Петри три варианта опыта – сухие, набухшие и проросшие семена растений.

2)Проведите облучение УФ-лучами, наблюдения, измерения,

статистическую обработку материала и сделайте выводы, используя схему

задания 1.

232

Таблица 6.6

Влияние облучения _______________________ семян УФ-лучами

	Ва	Время			Сутки после облучения
	риа	облучения,	2	4	6	8	10	12	14
	нт	мин.
	1	контроль
		(без облучения)
	2	5
	3	10
	4	15
	5	20
	6	25
	7	30
	8	35
	9	40
	10	45

Задание 3. Получение мутаций у растений с использованием

химических мутагенов.

1)Обработайте семена раствором химического мутагена.

2)Проведите наблюдения, измерения, статистическую обработку материала и сделайте выводы, используя схему задания 1.

Задачи для самостоятельного решения

1) Зарисуйте схематически типы внутрихромосомных перестроек (делеция,

дупликация, инверсия). Норма 123456789 (номерами обозначены гены).

2) Изобразите схематически конъюгацию следующих хромосом:

;1.2.3.4.5.6.7.8.9

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.121.2.3.6.7.8.9

3)У томата гены в IX хромосоме расположены в следующем порядке: oli, Xa, auv, ag. В одной из линий было найдено, что порядок этих генов другой: oli, auv, Xa, ag. Чем можно объяснить это явление?

4)У другой линии томата (см. задачу 3) было найдено, что гены auv и ag

были сцеплены с группой генов, которые локализованы в XI хромосоме.

Объясните, как это могло получиться.

233

5) Цитологическое исследование мейоза у некоторых растений кукурузы показало, что хромосомы IV и V образуют кольцо в центре клетки. Чем можно объяснить такую необычную конъюгацию этих хромосом?

6.2.2. Полиплоидия

Полиплоидия – явление изменения числа хромосом в клетке

(геномная мутация).

Полиплоид – организм, происходящий от одной или двух родительских форм путем удвоения числа хромосом. Это удвоение может быть спонтанным или искусственно индуцированным.

Различают:

автополиплоидию – чисто количественное увеличение числа хромосом внутри вида;

аллополиплоидию – суммирование в организме числа хромосом от разных видов;

эндополиплоидию – простое увеличение числа хромосом в одной

клетке или в клетках целой ткани (тапетум).

Изменение числа хромосом вызывает у растений изменение морфологических признаков и биологических свойств.

Получение полиплоидных растений

Для получения полиплоидных растений используют колхицин -

вещество группы алкалоидов, слабые растворы которого блокируют образование тянущих нитей веретена. Обрабатывают прорастающие семена или верхушки молодых побегов, находящихся в состоянии интенсивного деления клеток. При колхицинировании значительная часть растений погибает.

Можно получать тетраплоидные растения ржи при проращивании семян в растворе колхицина (сухие семена в течение 3-10 дней, проросшие

234

4-48 часов). При этом сильно повреждаются зародышевые корни, поэтому должно быть большое количество семян.

Задания

Задание 1. Ознакомление с полиплоидными рядами растений.

Рассмотрите гербарные экземпляры представителей разных видов,

образующих полиплоидные ряды. Сделайте выводы по морфологии этих видов при изменении плоидности.

Задание 2. Ознакомление с полиплоидными растениями.

Рассмотрите образцы семян диплоидной и тетраплодиной ржи.

Сделайте выводы по морфологии этих видов при изменении плоидности.

Задание 3. Зарисуйте схему образования гамет у тетраплоида ААаа и триплоида Ааа (хромосомный тип расщепления).

Задание 5. Ознакомление с кариотипами полиплоидных растений.

Рассмотрите препараты кариотипов разных видов пшеницы.

Подсчитайте количество хромосом. Сделайте выводы о плоидности видов пшеницы.

Задание 6. Ознакомление с процессом прохождения мейоза у полиплоидных растений.

Рассмотрите мейоз в пыльниках тритикале (стадия диакинеза).

Подсчитайте количество бивалентов. Сделайте вывод о характере конъюгации хромосом у амфидиплоидов.

Задание 7. Получение полиплоидов растений при колхицинировании проростков.

1)Поместите семена в чашки Петри и проведите их проращивание в течение 2-3 дней.

2)Проведите обработку проростков 0,1-0,25% водным раствором колхицина. Верхушки проростков помещают в раствор, корни прикрывают влажной фильтровальной бумагой. Экспозиция 2 часа.

235

3) Промыть проростки после обработки дистиллированной водой.

Высадите полученные проростки.

4) Отобрать полиплоидные растения. Отличаются толстыми мясистыми листьями, неправильными искривленными побегами.

5) Приготовьте цитологические препараты точек роста проростков.

6) Подсчитайте число хромосом на цитологических препаратах.

Задание 8. Сравнение пыльцы полиплоидных растений.

Рассмотрите препараты пыльцы диплоидной и тетраплоидной ржи

(гречихи, кукурузы, сахарной свеклы). Сравните размеры. Сделайте выводы.

1)Приготовьте временные ацетокарминовые препараты из зрелых пыльников диплоидной и тетраплоидной ржи.

2)Подсчитать под микроскопом в трех-четырех полях зрения у ди- и

тетраплоидных растений число жизнеспособных пыльцевых зерен

(жизнеспособные пыльцевые зерна интенсивно окрашиваются, содержат вегетативное ядро и 2 спермия). Записать полученные данные в таблицу

6.2.2.

3) Пользуясь окуляр-микрометром, измерить диаметр жизнеспособных пыльцевых зерен у ди- и тетраплоидной ржи.

Полученные данные записать в таблицу.

4)Зарисовать и описать пыльцу ди- и тетраплоидной ржи.

5)Провести математическую обработку полученных данных.

236

Таблица 6.7

Стерильность и размеры пыльцевых зерен у диплоидной и тетраплоидной

ржи

	Сорт	Плоид
		ность

Число пыльцевых зерен в четырех полях зрения

всего в том числе стерильных число %

Диаметр

пыльцевого зерна, мкм

Задание 9. Провести сравнение продуктивности тетраплоидных и

диплоидных растений ржи.

1)Провести анализ 20 диплоидных и тетраплоидных растений ржи по основным элементам продуктивности растений.

2)Полученные данные занести в таблицу 6.2.3 и обработать статистически.

3)Указать основные отличия, по которым тетраплоидные растения достоверно отличаются от диплоидных.

237

Таблица 6.8

Показатели продуктивности диплоидной и тетраплоидной ржи

Признак					Номер растения
	1	2	3	4								20

Диплоидная рожь

Высота растений, см

Кустистость

общая

продуктивная

Главный колос

длина, см

число колосков

число зерен

Число зерен с 1 растения

Череззерница, %

Масса 1000 зерен, г

Масса зерна с 1 растения

Морфологические

особенности

Диплоидная рожь

Задание 10. Провести анализ элементов продуктивности сортов

тритикале, ржи и пшеницы.

Рассмотреть препараты кариотипов разных видов пшениц,

подсчитать количество хромосом в каждом случае, сделать вывод о

плоидности каждого вида.

Задание 11. Определение числа хлоропластов в клетках устьиц

диплоидных и тетраплоидных растений.

1)Сделать высечки листьев диаметром до 1 см с нескольких листьев одного растения. Анализируется каждое растение в отдельности.

2)Высечки зафиксировать в ледяной уксусной кислоте, промыть спиртом и окрасить раствором йода в йодиде калия.

3)Определить число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц и размеры клеток.

238

4) Сделать выводы по сравнению диплоидных и тетраплоидных растений.

Задачи с решением

Задача 1. Какое расщепление наблюдается при самоопылении: а) дуплекса,

б) триплекса, в) симплекса при полном доминировании?

Решение:

а) Дуплекс ААаа при функциональной диплоидии, т.е. при бивалентной конъюгации, дает три типа гамет в соотношении 1 АА : 4 Аа : 1 аа.

А

А

а

а

Построим решетку Пеннета с учетом частоты гамет каждого типа.

При получении зигот перемножим частоты гамет.

	♂	1АА	4Аа	1аа
♀
1АА		1АААА	4АААа	1ААаа
4Аа		4АААа	16ААаа	4Аааа
1аа		1ААаа	4Аааа	1аааа

При полном доминировании расщепление 35 А_ : 1 аааа.

б) Триплекс АААа дает следующие типы гамет: 3 АА : 3 Аа = 1 АА : 1 аа.

А

А

а

А

239

При самоопылении образуются следующие зиготы:

	♂	1АА	1Аа
♀
1АА		АААА	АААа
1аа		ААаа	Аааа

Расщепления не будет.

в) Симплекс Аааа дает следующие типы гамет: 3 Аа : 3 аа = 1 Аа : 1

аа.

А

а

а

а

Построим решетку Пеннета и получаем расщепление:

	♂	1Аа	1аа
♀
1Аа		ААаа	Аааа
1аа		Аааа	аааа

Соотношение фенотипов при полном доминировании 3 А_ : 1 аааа.

Задача 2. Какие фенотипы и в каком соотношении можно получить при скрещивании двух автотетраплоидов дуплекса и симплекса?

Решение:

ААаа х Аааа.

Дуплекс дает гаметы: 1 АА : 4 Аа : 1 аа.

Симплекс дает гаметы: 1 Аа : 1 аа.

Построим решетку Пеннета:

240