Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8.2: Закони спадкування

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5668

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Гороху і людей

    Ці пурпурово-квітучі рослини не просто красиво виглядають. Такі рослини призвели до величезного стрибка вперед в біології. Рослини є звичайним садовим горохом, і вони були вивчені в середині 1800-х років австрійським ченцем на ім'я Грегор Мендель. Своїми ретельними експериментами Мендель розкрив секрети спадковості, або того, як батьки передають характеристики своїм нащадкам. Можливо, ви не дуже дбаєте про спадковість рослин гороху, але ви, мабуть, дбаєте про власну спадковість. Відкриття Менделя стосуються як людей, так і до гороху — і до всього іншого живого, що розмножуються статевим шляхом. У цій концепції ви прочитаєте про досліди Менделя і секрети спадковості, які він відкрив.

    Духмяний горошок фіолетові квіти
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Квітка запашного горошку

    Мендель і його горохові рослини

    Грегор Мендель, показаний нижче, народився в 1822 році і виріс на фермі своїх батьків в Австрії. Він добре вчився в школі і став ченцем. Він також вступив до Віденського університету, де вивчав науку і математику. Його професори заохочували його вивчати науку через експерименти та використовувати математику, щоб зрозуміти його результати. Мендель найвідоміший своїми експериментами з гороховими рослинами, подібними до того, що зображено вище.

    Портрет преподобного Грегора Менделя
    Ілюстрація\(\PageIndex{2}\): Грегор Мендель. Австрійський ченець Грегор Мендель експериментував з гороховими рослинами. Всі свої дослідження він робив в саду монастиря, де жив.

    Теорія змішування успадкування

    За часів Менделя була популярна теорія змішування успадкування. Це теорія про те, що потомство має суміш або суміш характеристик своїх батьків. Мендель помітив рослини у власному саду, які не були сумішшю батьків. Наприклад, висока рослина і коротка рослина мали потомство, яке було або високим, або коротким, але не середнім у висоту. Такі спостереження змусили Менделя поставити під сумнів теорію змішування. Він цікавився, чи існує інший основний принцип, який міг би пояснити, як характеристики успадковуються. Він вирішив поекспериментувати з рослинами гороху, щоб з'ясувати це. Насправді Мендель експериментував з майже 30 000 гороховими рослинами протягом наступних кількох років!

    Навіщо вивчати горохові рослини?

    Чому Мендель вибрав для своїх експериментів звичайні рослини гороху садового сорту? Рослини гороху - хороший вибір, оскільки вони швидко ростуть і легко вирощуються. Вони також мають кілька видимих характеристик, які різняться. Ці характеристики, деякі з яких проілюстровані на рис\(\PageIndex{3}\). Кожна з цих характеристик має дві загальні риси (значення).

    1. Насіння можуть бути округлими або зморшкуват
    2. Насіння можуть мати жовті або зелені сім'ядолі. Сім'ядолі відносяться до крихітних листочків всередині насіння.
    3. Квіти можуть бути білими або фіолетовими
    4. Насіннєвий стручок може бути повним або звуженим
    5. Насіннєвий стручок може бути жовтим або зеленим
    6. Квітки можуть зустрічатися уздовж стебла (в осьових стручках) або на кінці стебла (в кінцевих стручках)
    7. Стебла можуть бути довгими (6-7 футів) або короткими (менше 1 фута).
    Мендель сім персонажів рослин гороху та їх риси
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Мендель досліджував сім різних характеристик рослин гороху.

    Контроль запилення

    Процес самозапилення квітки покритонасінної
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Квіти - репродуктивні органи рослин. Кожна квітка горохової рослини має як чоловічу, так і жіночу частини. Пильовик входить до складу тичинки, чоловічої структури, яка виробляє чоловічі гамети (пилок). Рильце є частиною маточки, жіночої структури, яка виробляє жіночі гамети і направляє пилкові зерна до них. Рильце отримує пилкові зерна і передає їх в яєчник, в якому містяться жіночі гамети.

    Щоб дослідити, як характеристики передаються від батьків до потомства, Менделю потрібно було контролювати запилення. Запилення - це етап запліднення статевого розмноження рослин. Пилок складається з крихітних зерен, які є чоловічими статевими клітинами, або гаметами рослин. Їх виробляє чоловіча квіткова частина під назвою пильовик (рис.\(\PageIndex{4}\)). Запилення відбувається при перенесенні пилку з пильовика на рильце того ж або іншого квітки. Рильце - жіноча частина квітки. Він передає пилкові зерна жіночим гаметам в яєчнику.

    Рослини гороху природно самозапилюються. При самозапиленні пилкові зерна від пильовиків на одній рослині переносяться на рильця квіток на одному і тому ж рослині. Мендель цікавився потомством двох різних батьківських рослин, тому йому довелося не допускати самозапилення. Він видалив пильовики з квітів деяких рослин в своїх експериментах. Потім запилював їх вручну пилком інших батьківських рослин на свій вибір. Коли пилок з однієї рослини удобрює іншу рослину того ж виду, її називають перехресним запиленням. Потомство, яке виходить в результаті такого схрещування, називають гібридами. Коли термін гібрид використовується в цьому контексті, він відноситься до будь-якого потомства, що виникає в результаті розведення двох генетично відмінних особин.

    Перший набір експериментів Менделя

    Спочатку Мендель експериментував лише з однією характеристикою за раз. Почав він з забарвлення квітки. Як показано на малюнку\(\PageIndex{5}\), Мендель перехресно запилюється фіолетово-квіткові і білоквіткові материнські рослини. Батьківські рослини в експериментах називаються P (для батьківського) покоління.

    Покоління F1 і F2

    рослина гороху Моногібридний крос P, F1 і F2 поколінь
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): В одному зі своїх експериментів щодо моделей успадкування Мендель схрещував рослини, які були справжніми селекціями для фіолетового кольору квітки, з рослинами, які справді розмножуються для білого кольору квітки (покоління P). Отримані гібриди в поколінні F1 мали квітки фіалки. У поколінні F2 приблизно три чверті рослин мали фіолетові квіти, тоді як одна чверть - білі.

    Нащадків P покоління називають генерацією F1 (для синівного, або «потомства»). Як показано на малюнку\(\PageIndex{5}\), всі рослини покоління F1 мали фіолетові квіти. Жоден з них не мав білих квітів. Мендель цікавився, що сталося з характеристикою білої квітки. Він припускав, що якийсь тип успадкованого фактора виробляє білі квіти, а якийсь інший успадкований фактор виробляє фіолетові квіти. Чи просто зник фактор білої квітки в поколінні F1? Якщо так, то потомство покоління F1, яке називається поколінням F2, повинно мати фіолетові квіти, як і їхні батьки.

    Щоб перевірити це прогнозування, Мендель дозволив рослинам покоління F1 самозапилюватися. Його здивували результати. Деякі з рослин покоління F2 мали білі квіти. Він вивчав сотні рослин покоління F2, і на кожні три фіолетово-квітучі рослини припадало в середньому одне білоквіткова рослина.

    Закон сегрегації

    Мендель провів однаковий експеримент для всіх семи характеристик. У кожному випадку одне значення характеристики зникало у рослин F1, а потім знову з'явилося у рослин F2. І в кожному випадку 75 відсотків рослин F2 мали одне значення характеристики, а 25 відсотків мали інше значення. Виходячи з цих спостережень, Мендель сформулював свій перший закон спадкування. Цей закон називається законом сегрегації. У ньому зазначено, що існує два фактори, що контролюють дану характеристику, один з яких домінує над іншим, і ці фактори відокремлюються і переходять на різні гамети, коли батько розмножується.

    Другий набір експериментів Менделя

    Мендель задавався питанням, чи успадковуються різні характеристики разом. Наприклад, фіолетові квіти і високі стебла завжди успадковуються разом? Або ці дві характеристики проявляються в різних комбінаціях у потомства? Щоб відповісти на ці питання, Мендель досліджував дві характеристики одночасно. Наприклад, він схрещував рослини з жовтими круглими насінням і рослини з зеленими зморшкуватими насінням. Результати цього перехрещення наведені на рис\(\PageIndex{5}\).

    Покоління F1 і F2

    У цьому наборі експериментів Мендель зауважив, що рослини в поколінні F1 були однаковими. Всі вони мали жовті круглі насіння, як у одного з двох батьків. Однак, коли рослини покоління F1 були самозапилені, їх потомство - покоління F2 - показало всі можливі комбінації двох характеристик. Деякі мали, наприклад, зелені круглі насіння, а деякі мали жовті зморшкуваті насіння. Ці комбінації характеристик не були присутні в поколіннях F1 або P.

    гороховий хрест, що показує 3 покоління
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): Батьківське покоління складалося з гладкого жовтого горошку і зеленого зморшкуватого горошку. Перше покоління потомства все мало гладкі жовті насіння. Коли ці рослини F1 були схрещені, потомство мало гладко-жовті, гладкі зелені, зморшкуваті жовті та зморшкуваті зелені насіння у співвідношенні 9:3: 1.

    Закон незалежного асортименту

    Мендель повторив цей експеримент з іншими поєднаннями характеристик, такими як колір квітки і довжина стебла. Кожен раз результати були такими ж, як і на малюнку вище. Результати другого комплексу експериментів Менделя привели до його другого закону. Це закон самостійного асортименту. У ньому зазначено, що фактори, що контролюють різні характеристики, успадковуються незалежно один від одного.

    Спадщина Менделя

    Ви можете подумати, що відкриття Менделя мали б великий вплив на науку, як тільки він їх зробив, але ви б помилялися. Чому? Тому що робота Менделя значною мірою ігнорувалася. Мендель значно випереджав свій час і працював з віддаленого монастиря. Він не мав репутації серед наукового співтовариства і обмежував раніше опубліковані роботи. Він також опублікував свої дослідження в неясному науковому журналі. В результаті, коли Чарльз Дарвін опублікував свою знакову книгу про еволюцію в 1869 році, хоча робота Менделя була опублікована лише кількома роками раніше, Дарвін не знав про це. Отже, Дарвін нічого не знав про закони Менделя і не розумів спадковості. Це зробило аргументи Дарвіна про еволюцію менш переконливими для багатьох людей.

    Потім, у 1900 році, три різних європейських вчених — ДеВріс, Корренс і Чермак — самостійно прибули до законів Менделя. Всі троє зробили експерименти, схожі на Менделя і прийшли до тих же висновків, які він зробив кількома десятиліттями раніше. Тільки тоді робота Менделя була знову відкрита, і сам Мендель віддав належне йому належне. Хоча Мендель нічого не знав про генах, які були виявлені після його смерті, його зараз вважають батьком генетики.

    Рецензія

    1. Що таке теорія змішування успадкування? Які спостереження змусили Менделя поставити під сумнів цю теорію?
    2. Чому горохові рослини були хорошим вибором для експериментів Менделя?
    3. Опишіть перший набір експериментів Менделя, включаючи результати.
    4. Держава Менделя два закони спадкування.
    5. Як результат другого набору експериментів Менделя призвів до його другого закону?
    6. Обговоріть спадщину Менделя.
    7. У першому наборі експериментів Менделя:
      1. Чому він використовував рослини гороху з різними характеристиками для батьківського покоління?
      2. Як ви думаєте, чому він перевіряв лише одну характеристику за раз?
      3. Чому він дозволив рослинам покоління F1 самозапилюватися?
      4. Якби він спостерігав 200 рослин F2, приблизно скільки було б фіолетових квітів? Приблизно скільки б було білих квітів? Поясніть свої відповіді.
      5. Який колір квітки, здавалося, домінував над іншим? Поясніть свою відповідь.
    8. Якби закон Менделя про незалежний асортимент був неправильним, а характеристики завжди успадковувалися разом, які види потомства, на вашу думку, були б отримані шляхом схрещування рослин з жовтими круглими насінням і зеленими зморшкуватими насінням? Поясніть свою відповідь.
    9. Правда чи брехня. В експериментах Менделя покоління F1 є гібридами.
    10. Правда чи брехня. Одиночна гамета горохової рослини містить фактори, які призводять як фіолетову квітку, так і білу квітку.

    Дізнатися більше

    https://bio.libretexts.org/link?16761#Explore_More

    Кожна мати і батько передають риси своїм дітям. Дізнайтеся, як експерименти з гороховими рослинами Менделя допомогли нам краще зрозуміти генетику цього процесу тут:

    Атрибуції

    1. Квітка солодкого гороху від Giligone ліцензований CC BY-SA 3.0 через Wikimedia Commons
    2. Грегор Мендель, Вільям Бейтсон, публічне надбання через Wikimedia Commons
    3. Менделя сім характеристик Маріани Руїс LadyofHats, випущених у суспільне надбання через Wikimedia Commons
    4. Квіткова структура від OpenStax, CC BY 4.0
    5. Експерименти Менделя CNX, CC BY 4.0
    6. Гороховий хрест Сюзанни Вакім, ліцензований CC BY 4.0, адаптований з на Dihybrid Cross CNX OpenStax, ліцензований CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
    7. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0