в чем заключается гибридологический метод
Гибридологический метод, его сущность и значение
Интерпретация наследственности и изменчивости по Дарвину
Наследование признаков протекает посредством размножения. В процессе полового размножения новые поколения появляются после оплодотворения. Основы наследственности (материальные) находятся в половых клетках. Если размножение бесполое либо вегетативное, то новое поколение «созревает» либо из простых одноклеточных спор, либо из сложных многоклеточных образований. Связь поколений при данных формах размножения также осуществляется с помощью клеток, имеющих материальные основы рассматриваемой наследственности.
Изменчивость – это, точно так же как и наследственность, свойство организма, но которое позволяет ему приобретать совершенно новые признаки в ходе индивидуального развития. Именно из-за нее особи одного вида различаются.
Таким образом, изменчивость и наследственность – противоположные, однако взаимосвязанные свойства определенного организма (благодаря наследственности обеспечивается однородность вида, а изменчивости – его неоднородность).
Генетические методы
Как и любая другая наука, генетика (биология) имеет свои специфические методы исследования. Их всего девять, а именно:
1. Генеалогический (посредством анализа родословных дает возможность определить конкретный тип наследования признака: рецессивный, либо доминантный, либо аутосомный, либо сцепленный с полом, а также его поли- или моногенность). С его помощью можно спрогнозировать степень вероятности проявления исследуемого признака у потомков (предупреждение наследственных заболеваний).
2. Близнецовый (исследование закономерностей процесса наследования признаков у одно-, двуяйцовых близнецов). Данный метод позволяет определить наследственный характер конкретного признака, установить пенетрантность аллеля, выявить степень эффективности воздействия на организм ряда внешний факторов (обучения, лекарственных препаратов, воспитания).
3. Дерматоглифический (изучение гребешковых узоров на коже ладоней и пальцев и сгибательных борозд первых). Он чаще всего применяется для установления отцовства.
4. Популяционно-статистический (анализ наследственных признаков обширных групп населения в рамках одного либо нескольких поколений). С помощью него рассчитывается частота проявления в популяции разнообразных аллелей гена, а также генотипов этих аллелей, и определяется степень распространения разного рода наследственных признаков, включая заболевания.
5. Биохимический (определяется структура измененного белка либо его количество, выявляется наличие дефектных ферментов либо промежуточных продуктов процесса обмена веществ в таких внеклеточных жидкостях, как кровь, моча, пот и др.). Благодаря этому методу можно диагностировать наследственные обменные дефекты.
6. Цитогенетический (изучение нормального человеческого кариотипа, диагностика наследственных заболеваний, которые связаны с хромосомными и геномными мутациями, исследование мутагенного действия разного рода химических средств, инсектицидов, лекарственных препаратов, пестицидов и др.).
8. Иммунологический (изучение сыворотки крови и иных биологических субстратов, что позволяет выявить антитела и антигены). При ВИЧ-инфекции, гепатитах, экзотических инфекционных заболеваниях сам факт обнаружения антител говорит об инфицировании пациента, то есть этот метод обладает диагностическим значением.
9. Гибридологический метод генетики (изучение наследственности и изменчивости соматических клеток). Основа – их размножение в искусственно созданных условиях. Здесь анализируются генетические процессы отдельных клеток, а с учетом полноценности генматериала их можно использовать впоследствии для исследования генетических закономерностей всего организма в целом. Применение данного метода позволило точно диагностировать ряд наследственных заболеваний в рамках пренатального периода.
Выше были перечислены основные методы генетики. В данной статье подробно будет рассмотрен только последний.
Сущность гибридологического метода
Он был разработан австрийским ботаником и биологом Грегором Менделем. Данный метод позволяет установить закономерности наследования отдельного набора признаков при таком размножении организмов, как половое.
Его сущность – проведение анализа наследования по отдельным автономным признакам, которые передаются нескольким поколениям, и точного количественного учета наследования всех альтернативных признаков и характера потомства каждого отдельно взятого гибрида. Он является основой современной генетики.
Первый закон Грегора Менделя
Он проводил свои опыты с таким самоопыляющимся растением семейства Бобовых, как горох. Для эксперимента Мендель Грегор выбрал его желтые и зеленые семена. Ввиду того что горох размножается самоопылением, изменчивость окраса не наблюдается в пределах одного сорта. Приняв во внимание данное свойство, Мендель Грегор произвел искусственное опыление экспериментального растения посредством скрещивания сортов, семена которых отличаются окрасом.
По окончании эксперимента было выявлено, что сорт материнского растения не играет основополагающей роли. Гибриды растений (семена, полученные в результате скрещивания) первого поколения (F1) имели исключительно желтый окрас. Это говорило о том, что у них проявляется лишь один признак (иной родительский признак отсутствует). В связи с этим непроявившиеся признаки у гибридов 1-го поколения биолог назвал рецессивными, а проявившиеся – доминантными (желтый окрас семян доминировал над зеленым).
Мендель обнаружил так называемое единообразие окраски гибридов 1-го поколения (они имели идентичную окраску).
Второй закон Грегора Менделя
Среди гибридов были и желтые, и зеленые семена (6022 шт. желтых, 2001 шт. зеленых, то есть ¾ всех гибридов имели желтый окрас). Таким образом, отношение доминантного признака к рецессивному – 3:1. Данное явление Мендель именовал расщепление признаков.
Достоинства рассматриваемого метода
Вопрос касаемо сходства родителей и потомков, а также природы постоянно появляющихся изменений волновал не одно поколение людей. Первым начал познавать наследственность уже упомянутый ранее знаменитый исследователь Г. Мендель. Именно он смог очертить значимые законы наследственности. Биолог выявил, что признаки организмов устанавливаются дискретными наследственными факторами. Его работа отличалась математической точностью, но все же она была неизвестна 35 лет.
Гибридологический метод изучения наследственности имеет важные особенности: наблюдение происходит за наследованием контрастных (альтернативных, взаимоисключающих) признаков. К примеру, рост растений: высокие и низкие.
Вторая особенность – точный количественный учет пар альтернативных признаков в ряду поколений. Именно математическая обработка полученных данных дала возможность исследователю определить количественные закономерности касаемо передачи анализируемых признаков. Как уже было упомянуто ранее, рассматриваемый гибридологический метод лег в основу современной генетики. Далее опишем его особенности.
Гибридологический метод исследования наследственности: отличительные особенности
Генетическая символика
Это перечень условных терминов и названий, применяемых в определенной отрасли науки, в данном случае генетики. Основы данной символики были заложены все тем же Г. Менделем (буквенная символика, обозначающая признаки).
Доминантные признаки – заглавные буквы латинского алфавита (A, B и др.), а рецессивные – строчные (a, b и др.). По сути, буквенная символика Менделя – алгебраическая форма представления его законов относительно наследования признаков.
Данная символика представлена в таблице ниже.
дочерние организмы 1-го, 2-го поколения
гены доминантных признаков
генотипы моногомозиготных по доминантному признаку особей
генотипы моногетерозиготных особей
генотипы рецессивных особей
генотипы три- и дигетерозигот, генотипы гомо-, дигетерозиготы в форме (хромосомной) при сцепленном и автономном наследовании гаметы
Методы выведения второго поколения
1. Метод с использованием решетки Паннета (двухмерной таблицы, предназначенной для установления сочетаемости аллелей, которые происходят из генотипов родителей и соединяются в процессе слияния отцовской и материнской гамет). Данная решетка была предложена английским биологом Реджинальдом Кранделлом Паннетом в 1906 году.
В целях получения всевозможных комбинаций гамет и последующего анализа и фенотипов, и генотипов формируется таблица. По вертикали (в ее строках) чаще всего размещаются разновидности женских гамет вместе с их вероятностями, а по горизонтали (в ее столбцах) – разновидности мужских гамет также вместе с их вероятностями. Полученные значения в местах пересечения столбцов и строк вместе с перемноженными перед этим вероятностями гамет фиксируют все генотипы, их вероятности появления.
2. Дихотомический метод (применяется расщепление 1:2:1 по генотипу в ситуации моногибридного скрещивания гетерозигот по гену B и по гену A).
3. Математический метод (алгебраический) – самый удобный. Он основан на том, что вероятность возникновения любого генотипа (в условиях моногибридного скрещивания) – произведение вероятностей формирования гамет, которые принимают участие в оплодотворении.
Третий закон Грегора Менделя
В результате скрещивания особей, которые отличаются по нескольким альтернативным парам признаков, их гены и соответствующие признаки наследуются вне зависимости друг от друга, а также комбинируются во всевозможных сочетаниях.
Гибридологический метод изучения наследственности в рамках дигибридного скрещивания применялся Менделем к гомозиготным растениям гороха, которые различались сразу по 2-ум парам признаков. Как уже было упомянуто ранее, у одного растения были гладкие семена желтого цвета, а у другого – зеленые морщинистые.
Как помнится, все гибриды 1-го поколения получились желтыми и гладкими. Таким образом, этот цвет оказался доминирующим относительно зеленого, а гладкая форма – доминирующей над морщинистой.
Если обозначить аллели желтого окраса как A, а зеленого – a, гладкую форму – B, а морщинистую – b, то гены, являющиеся определяющими для развития различных пар признаков, именуются неаллельными и условно обозначаются латинскими буквами. Исходя из этого, родительские растения обладают генотипами aa bb и AA BB, а генотип соответствующих гибридов F1 тогда будет Aa Bb (дигетерозиготным).
Гибридологический метод анализа наследственности относительно второго поколения проявляется в следующем: после процесса самоопыления у гибридов F1 (согласно закону расщепления) снова появятся зеленые морщинистые семена. При нем наблюдались такие комбинации признаков, как 101 экземпляр желтых морщинистых семян, 315 – желтых гладких, 32 – зеленых морщинистых.
Гибридологический анализ также применяется в целях выяснения поведения каждой пары аллелей в рамках потомства дигетерозиготы. Для этого целесообразно проведение раздельного учета по каждой паре признаков: по окраске и форме семян. Среди 556 экземпляров семян биологом получено 133 шт. морщинистых, 433 шт. гладких, а также 140 шт. зеленых семян и 416 шт. желтых. Следовательно, соотношение рецессивных и доминантных форм по каждой отдельной паре признаков говорит о моногибридном виде расщепления по фенотипу 3:1. Исходя из этого, дигибридное расщепление – два независимо протекающих моногибридных расщепления (они вроде как накладываются друг на друга).
Результат наблюдения: отдельные альтернативные пары соответствующих признаков независимо ведут себя в рамках наследования – третий закон Грегора Менделя.
Физиологические условия воплощения законов Грегора Менделя
Напоследок стоит отметить, что методы генетики многочисленны, однако центральное место отводится именно гибридологическому. Его суть – гибридизация (скрещивание) организмов, которые отличаются по 1-му либо нескольким признакам, и последующий анализ потомства. Гибридологический метод Менделя позволяет проанализировать закономерности изменчивости и наследования отдельных свойств и признаков организма в ходе полового размножения, генов, их комбинирование.
История развития генетики. Гибридологический метод
Урок 31. Общая биология 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «История развития генетики. Гибридологический метод»
Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов.
Люди с давних времён задумывались над тем, почему дети похожи на своих родителей. Они замечали, что организмы передают признаки и свойства своим потомкам. Однако понять почему так происходит учёные тех лет не могли.
Великий учёный и врач Древней Греции – Гиппократ одним из первых пытался объяснить закономерности наследования признаков.
Он полагал что семя мужчины и семя женщины, из которых при слиянии возникает ребёнок, изготавливаются во всех частях организма родителей и поэтому несут в себе информацию об этих частях. При слиянии семени происходит борьба между признаками отца и матери, и от того, кто победит, зависит пол ребёнка и то на кого он будет похож.
Демокрит считал, что мужской и женский пол равноправны в наследственности, благодаря материальным частицам, передаваемым как отцом, так и матерью.
По Аристотелю, материю для развития организма в виде пассивного начала даёт мать. Нематериальное начало в виде духа, вносится со стороны отца.
Однако приблизится к истине наследования смог монах-учёный Грегор Мендель.
Он экспериментировал со скрещиванием гороха и других растений, и даже не догадывался что открывает совершенно новое направление в биологии.
Грегор Мендель изучал закономерности, по которым признаки передаются из поколения в поколение. Проводя опыты по скрещиванию различных сортов гороха, он установил ряд законов наследования, положивших начало генетике.
Результаты многолетней работы Грегор Мендель обобщил в публикации «Опыты над растительными гибридами», которая вышла в свет 8 февраля 1865 года.
Однако работы Менделя опередили своё время, и были оценены по достоинству только через 35 лет когда их работы подтвердили несколько учёных. Которые независимо друг от друга на разных объектах переоткрыли законы Менделя. В ряду этих учёных был Хуго де Фриз, Карл Эрих Корренс и Эрих Чермак.
Результаты их работ доказали правильность закономерностей, установленных в своё время Менделем. Поэтому 1900 год считается официальной датой рождения науки генетики.
Познакомимся с Грегором Менделем и его работами.
Иоганн Мендель родился 20 июля 1822 года в крестьянской семье в маленьком сельском городке Хейнцендорф (Чехия).
Проучившись два года в философских классах института, в 1843 году он постригся в монахи Августинского монастыря Святого Фомы в Брюнне (ныне Брно, Чехия) и взял имя Грегор.
С 1844 по 1848 год Грегор Мендель учился в Брюннском богословском институте.
В 1847 году стал священником. Самостоятельно изучал множество наук.
Позднее, с 1868 г Мендель был настоятелем августинского монастыря в чешском городе Брно и одновременно преподавал в школе естественную историю и физику.
В Брюне Мендель с 1856 по 1863 год стал проводить опыты на горохе в монастырском саду. Благодаря своим экспериментам он сформулировал законы, объясняющие механизм наследования, известные нам как «Законы Менделя».
Основой работы Менделя был – гибридологический метод.
Суть его заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, которые отличаются друг от друга какими-либо признаками, и в последующем анализе характера наследования этих признаков у потомства.
Для своих первых опытов Мендель выбирал растения, чётко различающиеся по какой-либо паре признаков, например, такие, как форма и цвет семян, цвет соцветий и высота растения.
Ставя опыты, Мендель придерживался нескольких правил.
Во-первых, работая с садовым горохом, он использовал растения, которые относятся к различным сортам.
Например, у одного сорта горошины всегда жёлтые, а у другого всегда зелёные.
Так как горох самоопыляемое растение то в природных условиях эти сорта не скрещиваются. При самоопылении горох даёт генетически идентичное и морфологически сходное потомство. Такие сорта называют чистыми линиями.
Во-вторых, чтобы получить больше материала для анализа законов наследственности, Мендель работал не с одной, а с несколькими парами гороха.
В-третьих, он намеренно упростил задачу и наблюдал не за всеми наследуемыми признаками сразу, а только за одним ─ за цветом семян гороха, например.
В-четвертых. Для обработки данных Мендель применял количественные методы. Он не просто замечал, каков цвет семян гороха у потомства, но и точно подсчитывал, сколько таких семян появилось.
Если скрещивать организмы, которые будут отличаться только по одному признаку (например, по цвету семян или только по форме семян), за который отвечают аллели одного гена, то такое скрещивание называют моногибридным.
Мендель начал свои исследования закономерностей наследования с моногибридного скрещивания. Он выбрал две чистые линии растений гороха, которые отличались только по одному признаку. У одних окраска горошин была всегда жёлтая, а других всегда зелёная. (При условии самоопыления).
Если пользоваться терминами, которые появились через много лет после работ Менделя, то можно сказать, что клетки растений гороха одного сорта содержат по два гена только жёлтой окраски, а гены растений другого сорта – по два гена только зелёной окраски.
Гены ответственные за развитие только одного признака (например, цвет семян) получили название аллельных генов.
Аллели — это различные формы одного и того же гена, которые расположены в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяют противоположные варианты развития одного и того же признака.
Если организм содержит два одинаковых аллельных гена (например, оба гена жёлтого цвета семян) то такие организмы называют гомозиготными.
Если же аллельные гены различны (то есть один из них определяет жёлтую, а другой зелёную окраску семян), то такие организмы называют гетерозиготными.
Правило единообразия гибридов первого поколения
Горох — это самоопыляющееся растение в его цветках пестик и пыльники, надёжно прикрыты лепестком лодочкой. Сюда не может проникнуть пыльца с другого растения.
Но опытным путём можно опылять растение пыльцой другого растения, то есть перекрёстно. Что и сделал Мендель. Из цветков одних растений он удалил все пыльники.
Затем с растений, приносящих семена другого цвета он собрал пыльцу и опылил цветки, лишённые пыльников. Семена гороха опылённого опытным путём были жёлтые.
Затем Мендель скрестил растения с пурпурными и белыми цветками. В результате получились гибриды с пурпурными цветками.
При скрещивании гороха с гладкими и морщинистыми семенами, наследовалась гладкая форма семян.
Доминантные признаки принято обозначать прописными латинскими буквами (АBC), а рецессивные – строчными (а b c).
Исходя из данных опытов Мендель сформулировал правило единообразия гибридов первого поколения, который гласит что при скрещивании двух гомозиготных организмов, которые отличаются друг от друга одним признаком, все гибриды 1-го поколения будут иметь признак одного из родителей и поколение по данному признаку будет единообразным.
Вспомним символы, принятые в традиционной генетике.
Символом зеркало Венеры 
обозначается женский организм, символом копье Марса 
мужской, знак – скрещивания, (Р) – родительское поколение, (F1) − первое поколение потомков, а (F2) – второе поколение потомков.
F 3 – третье поколение потомков.
А-большое, B-большое, C-большое – доминантные гены.
а – малое, b-малое, c-малое – рецессивные гены.
АA, BB, CC – генотипы организмов моногомозиготных по доминантному признаку.
аа, bb, cc – генотипы рецессивных особей.
Аа, Bb, Cc – генотипы моногетерозиготных особей.
Буквой Ж (G) –обозначают гаметы, записываются они в кружках.
Закон частоты гамет
Грегор Мендель сформулировал закон частоты гамет, который гласит что при образовании гамет в каждую из них попадает только один из двух «элементов наследственности», отвечающий за данный признак.
В оплодотворённую яйцеклетку попали оба гена. Но почему же проявился только жёлтый цвет. Куда исчез зелёный?
Что бы выяснить это Мендель посеял семена первого поколения. Теперь оплодотворение происходило как обычно – самоопылением.
Какими же будут семена у второго поколения гибридов? Среди жёлтых горошин оказались зелёные.
Проследим каким образом получается такое соотношение.
При скрещивании гибридов первого поколения образуются такие сочетания АA Аа Аа аа.
Сочетание где есть доминантный ген даёт жёлтую горошину. И только при сочетании рецессивных генов (а-малое, а-малое) – зелёную горошину.
Значит рецессивный ген, отвечающий за зелёный цвет семян не исчезал совсем. А был подавлен.
Мендель сорвал все бобы гороха. И подсчитал все горошины. Получилось, что 6022 горошины были жёлтого цвета, а 2001 зелёного. То есть соотношение жёлтых и зелёных семян получилось три к одному (3:1).
Явление, при котором скрещивание приводит к образованию потомства частично с доминантными, частично с рецессивными признаками, получило название расщепления.
И Мендель сформулировал правила расщепления гибридов во втором поколении: при скрещивании двух потомков (гибридов) первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление и снова появляются организмы с рецессивными признаками. Они составляют одну четвертую часть от всего числа потомков второго поколения.
Посмотрим, как происходит наследование признаков.
Выделим гомологичную пару хромосом. Обозначим гены (отвечающие за жёлтую окраску семян) на хромосомах условно точкой.
Перед мейозом каждая хромосома удваивается. Во время первого деления гомологичные хромосомы расходятся к полюсам. Образуется две клетки.
В результате второго деления мейоза они снова делятся. Получаются 4 половые клетки – гаметы. Каждая гамета содержит только один ген, который обуславливает жёлтую окраску семян.
Таким же образом получаются гаметы, которые содержат гены зелёной окраски семян.
При слиянии женской и мужской гамет образуется оплодотворённая яйцеклетка зигота. В ней восстанавливается двойной набор генов. Теперь зигота несёт гены и жёлтой и зелёной окраски семян. Зигота развивается в гибридное растение.
На будущий год во время цветения вновь происходит мейоз.
И вновь образуются гаметы. Каждая хромосома несёт либо жёлтый, либо зелёный ген окраски семян.
Далее при слиянии женских и мужских гамет могут образоваться такие сочетания. В трёх из них присутствуют доминантные гены. И лишь в одном оба гена рецессивные. Дающие зелёные семена.
Таким образом цитологические данные подтвердили идею Менделя о чистоте гамет.