Задания по генетике для 10-11 классов
методическая разработка по биологии (10 класс) на тему

Лабораторная работа №2 по дисциплине «Биология»

«Решение генетических задач»

Задание II. 2. Вопрос 13

Взаимодействие генов: окраска колосьев у пшеницы.

1. Что обозначено буквами R1, R2, r1, r2 ?
2. Какое поколение изображено на рисунках и каков генотип родителей этого поколения?
3. Какие законы Менделя выполняются в этом примере?
4. Сформулируйте свою теорию наследования цвета колосьев пшеницы, исходя из иллюстрации.

Лабораторная работа №2 по дисциплине «Биология» «Решение генетических задач»

Задание II. 2. Вопрос 14

Три разных способа изображения ДНК.

1. Где здесь наиболее общий вид ДНК и что он изображает?
2. Где рисунок, на котором обозначены части нуклеотидов?
3. Где — наиболее подробное изображение?

Лабораторная работа №2 по дисциплине «Биология»

«Решение генетических задач»

Ответы к заданию II

(вопросы размещены на отдельных карточках, их раздает учитель)

1. Межвидовые гибриды бесплодны, т.к. при образовании гамет хромосомы должны найти себе пару при конъюгации, а это невозможно, т.к. материнская и отцовская в данном случае — разных видов. Одиночные хромосомы случайно распределяются по гаметам; такие гаметы нежизнеспособны.

Если у гамет гибрида удвоить число хромосом (например, ядом колхицином, не дающим расходиться хромосомам при делении), то при образовании гамет в мейозе каждая хромосома найдет себе пару и мейоз пройдет нормально. Карпеченко получил удвоение хромосом не ядом, а внимательным поиском: он обнаружил у гибрида одно-единственное семя, в котором, как оказалось, в гаметы попали все 18 хромосом. Образовался тетраплоид 4n.

2. При оплодотворении образовалась зигота с набором хромосом самки ХХ. Во время деления зиготы одно из дочерних ядер теряет (каким образом — неясно) половую хромосому. Половина тела, которая развивается из клетки с этим ядром, будет иметь набор хромосом Х0. Такой хромосомный набор даст признаки самца. Это можно представить схемой:

ХХ

ХХ          Х0

3. Дикие формы отличаются разнообразием аллелей, т.е. чаще всего гетерозиготны. Их генотип можно обозначить Аа. При близкородственном скрещивании растет количество рецессивных гомозигот аа (нужно понимать, что здесь буквой а обозначаются разные рецессивные аллели, которые есть в популяции). В результате через несколько поколений они проявятся в фенотипах. Можно сделать вывод: близкородственные скрещивания проявляют скрытые в популяции рецессивные аллели, которые можно считать мутациями одной аллели.

4. И у разных листьев одного растения, и у клубней и листьев идентичный генотип — ведь это соматические части одного организма. Проявление конкретного свойства зависит от влияния внешних условий — это так называемая модификационная изменчивость. Генотип является хранилищем возможных проявлений, т.е. нормы реакции.

5. Несколько отклонений у вариантов «а» — плюс слишком короткие крылья, «в» — еще и отсутствие усиков, и «е» — плюс неразвитые крылья и отсутствие усиков. С точки зрения строения ДНК в случае «е» удваивается определенный участок ДНК: например, на месте АГЦЦ (только гораздо длиннее) появляется АГЦЦАГЦЦ. В случае «г» и «в» изменяется один или несколько нуклеотидов в цепи (генные мутации). Внешне все показанные мутации являются отклонениями от нормальной формы тела и ведут к понижению жизнеспособности. Т.е. мутации здесь выступают как разрушители сложившейся гармонии, и новой гармонии они не создают. С помощью таких «ломающих» изменений невозможно выйти на уровень создания нового вида.

6. Во всех этих случаях нарушается состояние равновесия исходного генома, которое и является гарантией работы защитных механизмов. В последнем случае клетки восстанавливают равновесие тем способом, который им наиболее доступен — еще одним удвоением хромосом. Таким образом, система переходит на новый уровень равновесия. Состояние гармонии для живых систем оказывается жизненно важным.

7. Строго говоря, это правило практически не выполняется. ДНК может быть ядерной или принадлежать пластидам и митохондриям. Примеры приведены в задании: в клетках может отсутствовать ядро, и тогда в них нет ДНК, также без митохондрий не будет митохондриальной ДНК. У клеток растений, в которых нет пластид, будет отсутствовать ДНК пластид. При разном количестве митохондрий и количество их ДНК в клетке будет разным. При встраивании в геном ДНК вирусов или бактерий количество ДНК также меняется, а встраивание происходит не во всех клетках. В клетках печени в 8 раз больше генетического ядерного материала, чем в обычных клетках, в слюнных железах насекомых — в сотни раз. У низших животных происходит потеря генетического материала, но в некоторых клетках он сохраняется; получается неравномерность. Значит, правило верно только для однотипных клеток одной ткани.

8. Надписи на рисунке подсказывают, что из одной цепи ДНК строятся две, значит, это процесс репликации. Смысл репликации в том, чтобы при делении клетки каждой дочерней клетке достался тот же генетический материал, который был в материнской, т.е. сохранение генома. Шестиугольниками обозначены азотистые основания, черным — исходной цепи, красным — новой. Лента — каркас ДНК из сахара (дезоксирибозы) и остатков фосфорной кислоты. В новых цепях достраиваются не только азотистые основания, но и каркас. Новые цепи строятся по правилу комплементарности, т.е. соответствия азотистых оснований друг другу. Когда механизм правильной репликации нарушается, могут возникнуть генные мутации (недостаток звеньев цепи, повторение какого-либо участка, несоответствие азотистого основания исходной цепи и т.д.). Такие мутации могут иметь разные последствия, в зависимости от того, как это повлияет на синтез белка (если это в кодирующей части ДНК) или на работу других генов. НА схеме не учтено участие ферментов, каждый из них выполняет свою функцию. Можно было бы добавить изображение фермента, «разрезающего» двойную цепь, ферментов, присоединяющих детали к одной новой цепи и ко второй.

9. Эта схема поясняет первый и второй законы Менделя. Родительское поколение обозначено буквой Р и представляет собой две чистые линии: с красными цветами WW и белыми ww. Первое поколение обозначено F1, все оно имеет красные цветы и является гибридами Ww. Таким образом, показан первый закон Менделя (при скрещивании двух чистых линий, отличающихся одним признаком, все потомство будет одинаковым по фенотипу и генотипу). Второе поколение  — от скрещивания гибридов — обозначено F2, в нем происходит расщепление по фенотипу 1:3 белых к красным. Таким образом, проиллюстрирован второй закон Менделя (при скрещивании гибридов в потомстве вновь появится исчезнувший признак в количестве ¼ от всего потомства).

10. 1 — хроматиды, 2 — перекрещивание гомологичных хромосом, 3 — центромеры. На иллюстрациях изображен кроссинговер гомологичных хромосом, который происходит в профазе мейоза. Варианты заголовка: «Кроссинговер у пары гомологичных хромосом в профазе первого деления мейоза»; «Образование перекрестов между гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза». Смысл обмена участками ДНК — в увеличении разнообразия гамет, перемешивании наследственного материала в пределах вида.
11. Возможны два таких объяснения: или в присутствии убитых опасных бактерий неопасные каким-то образом активируются своими силами, или от убитых опасных бактерий к ним перешло нечто, сделавшее их вирулентными. Правильным оказалось второе объяснение; в 1944 году удалось выяснить, что это перешедшее «нечто» — ДНК. Этот опыт доказывает, что болезнетворные свойства бактерий определяет их ДНК, и что ДНК одного вида бактерий может поглощаться другим видом и «работать» в нем.

12. При скрещивании двух чистых линий пришлось переносить пыльцу с одних растений на другие, чтобы произошло сочетание разного генетического материала. Этот опыт относится к первому закону Менделя. Но были исследования, в которых даже необходимо было самоопыление. Например, при выведении чистых линий Менделю пришлось просмотреть несколько поколений самоопыленных растений одного сорта и отбраковывать все отклонения. Также при скрещивании гибридов между собой можно было допустить самоопыление, т.е. в опыте, относящемся ко второму закону.

13. Судя по обозначению родительского поколения (Р), первого и второго поколений (F1 и F2), буквами R обозначены гены. Раз есть большие и маленькие буквы, значит, обозначены доминантные и рецессивные аллели. Но также есть обозначения 1 и 2, значит, речь идет о двух парах аллельных генов. Итак, R1 — доминантный ген №1, R2 — доминантный ген из второй пары; , r1 — рецессивный ген из первой пары, r2 — рецессивный ген второй пары. Схема показывает. Что на рисунках изображено расщепление цвета во втором поколении, F2. Подпись на схеме поясняет, что генотип родителей этого поколения — гибридный, R1r1 R2r2. При скрещивании гибридов возникло расщепление признаков согласно менделевским законам; но в данном случае вмешалось взаимодействие разных аллелей между собой. Это взаимодействие и породило разные оттенки цвета колосьев. Поэтому расщепления в фенотипе 9:3:3:1 не получилось, но получилось 15:1 (одна рецессивная гомозигота, отличающаяся белым цветом). Схема четко показывает закон наследования окраски зерен у пшеницы: чем больше доминантных аллелей в двух парах генов, тем темнее цвет: 4 доминанты — темно-красный, 3 — темновато-красный, две — красный, одна — светло-красный и ноль — белый.

14. Слева, очевидно, наиболее общий план строения ДНК: виден только «скелет» молекулы, две ленты, закрученные в спираль, с обозначением мостиков между ними. В центре более детальное изображение: там обозначены части нуклеотидов: азотистые основания, сахар и фосфат, видно, что водородные связи расположены между азотистыми основаниями. Справа — самое подробное изображение; подписи элементов указывают, что кружками разного цвета обозначены атома в цепи ДНК. Поэтому этот рисунок показывает расположение атомов в цепях ДНК, также водородные мостики между цепями.

15. Знаки полов на схеме показывают, что черным цветом обозначены отцовские хромосомы, белым — материнские. Так как в зиготе 4 пары хромосом, то эта схема может относиться к дрозофиле. Здесь у зиготы 2n = 8, у гамет n = 4. Верхний ряд показывает соотношение хромосом при образовании зиготы: в ней получается половина отцовских и половина материнских. Нижние два ряда показывают 16 возможных сочетаний хромосом в гаметах того существа, которому принадлежит изображенная зигота. Круги в левом столбце отличаются тем, что в них по одной отцовской хромосоме, но из разных пар хромосом. Подобный вариант гамет — правая нижняя и третья справа в верхнем ряду. Всего вариантов гамет, у которых одна отцовская хромосома, 4 — по одной из каждой пары, из 4 пар хромосом. Т.к. это разные пары хромосом, то генотип у них разный. Но сочетания разных хромосом — не единственный способ создания разнообразия гамет. В мейозе происходит конъюгация и кроссинговер между гомологичными хромосомами, в котором они обмениваются участками ДНК. Так разнообразие генетического материала гамет увеличивается еще во много раз, более того — гаметы становятся индивидуальными. Таки образом, даже среди тысяч гамет невозможно повторение.

16. Проявление окраски цветка у львиного зева подчиняется такому закону: красный цветок — в случае доминантной гомозиготы, розовый — у гетерозигот, белый — у рецессивных гомозигот. В этом случае аллельные гены влияют на проявление друг друга — если встречаются два разных аллеля, то окраска ни красная, ни белая, а качественно новая — розовая. Получается, что доминантный аллель в этом случае не проявляется полностью, а лишь частично, из-за влияния рецессивного аллеля. Такое взаимодействие генов называется неполным доминированием. Все законы Менделя подтверждаются и в этом случае, с отличием в том, что гетерозиготы имеют свой цвет. Поэтому первый закон может звучать так: «При скрещивании чистых линий все гибридное потомство получается одинаковым внешне, по окраске как бы средним между окраской одного и другого родителей». Второй закон можно сформулировать так: «При скрещивании гибридов четверть потомства будет с признаком одного родителя, четверть — другого, и половина — с признаком гибрида».

17. Эта хромосомная карта мужчины, т.к. в 23-й паре — Y-хромосома. Вторую хромосому из 23-й пары, Х, можно найти в группе С. Ее не расположили в 23-й паре, т.к. трудно идентифицировать, распознать среди хромосом группы С. Ведь хромосомная карта составляется только на основе внешнего вида, «портрета» хромосом. Но общее количество хромосом в норме, значит, это генотип нормального мужчины. Хромосомная карта позволяет увидеть число и общий вид хромосом, т.е. нарушения на уровне генома. Генные, т.е. точковые мутации и хромосомные перестройки, не изменяющие общий вид хромосом, увидеть невозможно. Хромосомы принимают такой вид только перед делением клетки, когда укорачиваются, утолщаются и удваиваются, т.е. каждая хромосома здесь состоит из двух хроматид. Поэтому хромосомный набор — тетраплоидный, 4n.

18. Бактериофаги перестают быть «видимыми» для приборов, т.к. встраиваются в ДНК клетки и временно теряют внешнюю самостоятельность, становятся частью клетки. Дальше они начинают заставлять клетку создавать свои копии, пока клетка не переполняется новыми вирусами. Другой сценарий развития, конечно, возможен: на каждую силу природа создает противосилу. У живых существ множество способов не допустить паразитизма вирусов. В данном случае даже после попадания вирусов в клетку возможен их лизис силами клетки, либор они включаются в клеточную ДНК, и, не имея сил диктовать клетке, остаются в ее геноме «до лучших времен».

19. Суть эксперимента: синтезировать искусственную хромосому и пересадить ее в бактерию вместо естественной хромосомы. Считается, что такая клетка будет жить в соответствии с информацией нового искусственного генома. Назвать это полностью «искусственным организмом» нельзя, т.к. использована исходная живая клетка со всеми ее компонентами, кроме основной ДНК. В таких экспериментах необходима осторожность, т.к. мы еще не настолько хорошо знаем законы, по которым живут даже бактерии, чтобы нарушать естественную гармонию и вносить свои «помехи». Мы не знаем последствий действия такого «искусственного» генома.

20. В этом тексте несколько некорректностей: рис «может теперь расти при любых условиях», «гены сахара бактерии E. Coli», «типом сахаров, содержащихся в их генетических структурах», «добавление генов сахара», «усиления стабилизации* нескольких типов молекул». Главная некорректность заключается в том, что «генов сахара» быть не может, т.к. ДНК кодирует структуру белков. Поэтому в генетических структурах не может быть сахаров. Видимо, имеются в виду гены ферментов, строящих определенные сахара.

Возможен такой вариант исправления:

«В результате экспериментов американских и корейских ученых путем генетических изменений была выведена разновидность риса basmati, более выносливого, при увеличении уровня урожайности примерно на 20 %. Подобный эффект был достигнут после того, как генетики добавили в геном риса гены ферментов, отвечающих за сахара бактерии E. Coli (т.е. кишечной палочки).

Разработки основаны на том, что качество, устойчивость к изменениям температуры и урожайность рисовых культур во многом определяются типом сахаров (содержащихся в их генетических структурах). Добавление генов ферментов, строящих сахара (trehalose), взятых из генома бактерии, позволило добиться уравновешивания нескольких типов молекул — липидов, энзимов** и других протеинов***, результатом чего и стало появление новых качеств риса».