практикум по генетике. 11 класс

Учитель биологии гимназии № 44

Г. Сочи, ул.Севастопольская д.35 кв. 5

Зонова Наталья Борисовна

ПРАКТИКУМ ПО ГЕНЕТИКЕ.

Уважаемые коллеги ! Я предлагаю вашему вниманию методическую разработку

по решению генетических задач различной степени сложности.

Одним из условий обеспечения глубоких и прочных знаний у учащихся является организация их практической деятельности. Этот практикум позволяет преодолеть страх при решении задач, т.к. содержит алгоритм решения задач и примеры задач, которые могут выполнить учащиеся без помощи учителя. Алгоритмы и ключевые слова в практикуме дают возможность легко освоить решение задач по генетике, а также позволяет учителю проверить практические умения учащихся.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ

Наследование - процесс передачи наследственных свойств организма от одного поколения к другому.

Ген - участок молекулы ДНК (или РНК у некоторых вирусов и фагов), содержащий информацию о строении одного белка (ген →белок→признак).

Локус- место в хромосоме, которое занимает один ген. Каждый ген занимает строго определенный локус.

Аллель - состояние гена (доминантное и рецессивное). Например:

ген формы горошины А (доминантный)

а (рецессивный)

В некоторых случаях число аллелей может быть большим. Например, ген группы

Крови имеет три аллеля: два доминантных А и В и один рецессивный О.

Аллельные гены - гены, расположенные в одних и тех же местах (локусах) гомологичных хромосом.

Альтернативные признаки - противоположные качества одного признака, гена (карие и голубые глаза, темные и светлые волосы).

Доминантный признак - преобладающий, проявляющийся всегда в потомстве, в гомо- и гетерозиготном состоянии.

Рецессивный признак - подавляемый, проявляющийся только в гомозиготном сосотоянии.

Гомозигота - пара генов, представленная одинаковыми аллелями. Различают гомозиготу по доминантному аллелю (АА) и гомозиготу по рецессивному паллелю (аа). Гомозиготу также называют чистой линией.

Гетерозигота - пара генов, представленная разными аллелями (Аа). Гетерозиготу называют также гибридом (от греч. hybridos -помесь).

Генотип - совокупность генов.

Генофонд - совокупность генотипов группы особей, популяции, вида или всех живых организмов планеты.

Фенотип - совокупность внешних признаков.

Генетический анализ - совокупность генетических методов. Главный элемент генетического анализа - гибридологический метод, или метод скрещивания.

При решении генетических задач используются следующие понятия и

символы:

Скрещивание обозначают знаком умножения (×).

Женский пол обозначают знаком ♀, мужской ♂.

Родительские организмы обозначают латинской буквой Р.

Организмы, полученные от скрещивания особей с различными признаками, - гибриды, а совокупность таких гибридов - гибридное поколение, которое обозначают латинской буквой F с цифровым индексом, соответствующим порядковому номеру гибридного поколения. Например: первое поколение обозначают F1; если гибридные организмы скрещиваются между собой, то их потомство обозначают F2, третье поколение - F3 и т.д.

ЗАНЯТИЕ № 1. Тема « Моногибридное скрещивание».

В моногибридном скрещивании родительские организмы отличаются по одной паре контрастных альтернативных признаков. При полном доминировании проявляется только доминантный признак. При неполном доминировании признак имеет среднее (промежуточное) значение между доминантным и рецессивным.

1. Закон единообразия первого поколения (Г.Мендель). При скрещивании двух особей с противоположными признаками в первом поколении все гибриды одинаковы и похожи на одного из родителей.

2.Закон расщепления (Г.Мендель). При скрещивании гибридов 1 поколения во втором поколении наблюдается расщепление в соотношении 3: 1 по фенотипу.

Образец решения задач.

Задача № 1

У томатов рассеченный лист доминантен по отношению к цельнокрайнему. Проведите анализирующее скрещивание гомозиготного растения с рассеченными листьями с растением, имеющим цельные листья. Ответьте на вопросы:

1) сколько типов гамет образует родительское растение с рассеченными листьями?

2) сколько растений в F1 гетерозиготны?

3) сколько растений гетерозиготны в F2 ?

4) сколько разных фенотипов образуется в F2 ?

Дано:

А - рассеченный лист

а - цельный лист

____________

F1 - ? F2 - ?

Решение:

Р: ♀АА × ♂ аа

Г: А а

рассеченные цельные

листья листья

F1: Аа

Для F2

♀

♂

А

а

А

АА

Аа

а

Аа

Аа

Анализ решеток:

1) исходное родительское растение с рассеченными листьями имеет один тип гамет - А;

2) в F1 гетерозиготны (Аа) все растения;

3) в F2 гетерозиготны (Аа) только 2/4 растений, рассеченные листья (Аа) могут

получиться в трех случаях из четырех, т.е. ¾;

4) в F2 два разных фенотипа - рассеченные листья (генотипы АА и Аа) и цельные

(генотип аа).

Разберите решение следующих задач!

Задача № 2

Один ребенок родился в семье здоровым, а второй имел тяжелую наследственную болезнь и умер сразу после рождения. Какова вероятность того, что следующий ребенок в этой семье будет здоровым? Рассматривается одна пара аутосомных генов.

Решение:

Анализируем генотипы родителей: оба родителя здоровы, они не могут иметь данную наследственную болезнь, т.к. она приводит к гибели организма сразу после рождения. Если предположить, что данное заболевание проявляется по доминантному типу и здоровый признак является рецессивным, тогда оба родителя рецессивны. У них не может родиться больной ребенок, что противоречит условию задачи.

Если данная болезнь является рецессивной, а ген здорового признака наследуется по доминантному типу, тогда оба родителя должны быть гетерозиготными и у них могут быть как здоровые, так и больные дети. Составляем схему скрещивания:

Р: ♀ Аа × ♂ Аа

Гаметы: (А) (а) (А) (а)

F: АА, Аа, Аа, аа

Ответ: соотношение в потомстве 3:1, вероятность рождения здорового ребенка в этой

семье составляет 75%.

Задача № 3

Растение высокого роста подвергли опылению с гомозиготным организмом, имеющим нормальный рост стебля. В потомстве было получено 20 растений нормального роста и 10 растений высокого роста. Какому расщеплению соответствует данное скрещивание - 3:1 или 1:1 ?

Решение:

Гомозиготный организм может быть двух видов: доминантный (АА) или рецессивный (аа). Если предположить, что нормальный рост стебля определяется доминантным геномом, тогда все потомство будет «единообразным», а это противоречит условию задачи. Чтобы произошло «расщепление», растение нормального роста должно иметь рецессивный генотип, а растение высокого роста должно быть гетерозиготным.

Р: ♀ Аа × ♂ аа

Гаметы: (А) (а) (а)

F: Аа, аа

Ответ: соотношение по фенотипу и генотипу в потомстве составляет 1:1.

Задача № 4

При скрещивании черных кроликов между собой в потомстве получили черных и белых крольчат. Составьте схему скрещивания, если известно, что за цвет шерсти отвечает одна пара аутосомных генов.

Решение:

Родительские организмы имеют одинаковые фенотипы - черный цвет, а в потомстве произошло «расщепление». Согласно второму закону Г.Менделя, ген, ответственный за развитие черного цвета доминирует и скрещиванию подвергаются гетерозиготные организмы.

Р: ♀ Аа × ♂Аа

Гаметы: (А) (а) (А) (а)

F: АА, Аа, Аа, аа

Ответ: соотношение по фенотипу в потомстве 3:1.

Задача № 5

При скрещивании земляники с красными и белыми плодами все потомство оказалось с розовыми плодами. Определите какое потомство следует ожидать во втором поколении?

Решение:

Белая и красная окраска являются альтернативными признаками.

Дано: ген А - красный

ген а - белый

F 1 - розовые плоды (Аа)

F 2 - ?

Решение:

Р: ♀ АА × ♂ Аа

Гаметы: (А) (А) (а)

F 1: Аа

F 2: АА, Аа, Аа, аа

Ответ: по фенотипу красных - 75 %, белых - 25%, соотношение 3:1;

по генотипу гетерозиготных 50%, гомозиготных - 50%, соотношение 1:1.

ЗАНЯТИЕ № 2. ТЕМА « Дигибридное скрещивание».

Значительно чаще организмы отличаются друг от друга по многим признакам. В этом случае скрещивание называется полигибридным. Простейший тип полигибридного скрещивания - скрещивание дигибридное, когда родительские организмы различаются по двум парам контрастных альтернативных признаков.

Анализ наследования в дигибридном скрещивании нужно вести вначале раздельно по каждой паре прихзнаков. В генетике принято обозначать аллели разных генов различными буквами. Например, обозначим аллель гладкой формы В, морщинистой- в. Окраска семян: желтая - А, зеленая - а. Допустим, семена одного сорта гороха были гладкие и зеленые, а другого желтые и морщинистые. Теперь можно записать генотипы исходных сортов. Сорт с зелеными гладкими семенами имеет генотип ааВВ, с желтыми морщинистыми ААвв, и гаметы этих растений будут соответственно аВ и Ав. Тогда генотип гибрида F1 будет АаВв. Этот гибрид гетерозиготен сразу по двум парам аллелей, т.е. является дигетерозиготой. Закон единообразия первого поколения соблюдается. Определить расщепление в F2 можно с помощью специальной таблицы, называемой решеткой Пеннета. В верхней горизонтальной графе выписывают мужские гаметы, в левой вертикальной - женские. В клетках таблицы, находящихся на пересечениях горизонтальных и вертикальных линий, выписывают соответствующие генотипы и фенотипы гибридов F2. Например, проанализируем расщепление по окраске семян и по форме семян.

Р: скрещивание гибридов АаВв × АаВв

Гаметы: АВ, Ав, аВ,ав АВ, Ав, аВ,ав

F2:

♂

♀

АВ

Ав

аВ

ав

АВ

ААВВ

ААВв

АаВВ

АаВв

Ав

ААВв

ААвв

АаВв

Аавв

аВ

АаВВ

АаВв

ааВВ

ааВв

ав

АаВв

Аавв

ааВв

аавв

При одновременном анализе обеих пар признаков получается следующее расщепление:

9: 3: 3: 1

III. Закон независимого наследования признаков (Г.Мендель). При скрещивании гибридов 1 поколения по двум парам признаков наследование по каждой паре признаков идет независимо друг от друга и образуются четыре фенотипические группы с новыми сочетаниями.

При передаче двух или более пар признаков, необходимо учитывать, что гены, контролирующие их, могут наследоваться независимо или быть сцепленными.

Образец решения задачи

Задача № 1

Какое потомство получиться при скрещивании чистопородного черного комолого (безрогого) быка с красными рогатыми коровами? Каким окажется следующее поколение, полученное от скрещивания этих гибридов между собой, если известно, что комолость доминирует над рогатостью, а черная масть - над красной, причем гены обоих признаков в разных парах хромосом?

Дано:

К - комолость Ч - черная масть

к - рогатость ч - красная масть

F1- ? F2 - ?

Решение: Р: ♂ ККЧЧ × ♀ккчч

Гаметы: КЧ кч

F1: КкЧч

черные комолые

При скрещивании гены комолости - рогатости и гены масти находятся в разных хромосомах, они передаются потомству независимо друг от друга, так, что, говоря о комолости или рогатости, можно не обращать внимание на признак цвета, и наоборот. Поэтому по заклну единообразия первого поколения и с учетом доминирования все гибриды первого поколения, имея генотип КкЧч, окажутся комолыми и черными.

F2:

♂

♀

КЧ

Кч

кЧ

кч

КЧ

ККЧЧ

ККЧч

КкЧЧ

КкЧч

Кч

ККЧч

ККчч

КкЧч

Ккчч

кЧ

КкЧЧ

КкЧч

ккЧЧ

ккЧч

кч

КкЧч

Ккчч

ккЧч

ккчч

Ответ: 9 /16 - комолые черные

3 /16 - рогатые черные

3 /16 - комолые красные

1/ 16 - рогатые красные

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ:

1. У арбуза зеленая окраска плода доминирует над полосатой. От скрещивания гомозиготного зеленоплодного сорта с полосатым получили 217 гибридов первого поколения. Гибриды переопылили и потом получили 172 гибрида во втором поколении.

а) Сколько типов гамет образует растение с зелеными плодами?

б) Сколько растений в F1 будут гетерозиготными?

в) Сколько разных генотипов будет в F2 ?

г) Сколько растений в F2 будет с полосатой окраской плодов ?

д) Сколько гомозиготных растений с зелеными плодами будет в F2 ?

Ответ: 1/ 217 / 3 / 43/ 43.

2. У коров безрогость доминирует над рогатостью. При скрещивании гомозиготных безрогих животных с рогами было получено 96 гибридов. После скрещивания гибридов между собой в F2 получили 48 телят.

а) Сколько гетерозиготных животных среди гибридов F1 ?

б) Сколько разных генотипов среди гибридов F2 ?

в) Сколько фенотипов среди гибридов F2 ?

г) сколько будет безрогих животных в F2 ?

д) Сколько будет рогатых животных в F2 ?

Ответ: 96 / 3 / 2 / 36 / 12.

3. У собак висячие уши доминируют над стоячими. При скрещивании гетерозиготных собак с висячими ушами и собак со стоячими ушами получили 214 щенков.

а) Сколько типов гамет образуется у собаки со стоячими ушами?

б) Сколько разных фенотипов будет в F1 ?

в) Сколько разных генотипов будет в F1 ?

г) Сколько гетерозиготных животных будет в F1 ?

д) Сколько животных с висячими ушами будет в F1 ?

Ответ : 1/ 2/ 2/ 107/ 107.

4. У мухи-дрозофилы серая окраска тела доминирует над черной. При скрещивании гомозиготных мух с серым телом и черных мух получили 34 мухи. Гибриды из F1 затем скрестили с черными мухами и в F2 получили 96 мух.

а) Сколько типов гамет образуется у гибридов из F1 ?

б) Сколько серых мух было в F2 ?

в) Сколько серых мух было в F2 ?

г) Сколько черных мух было в F2 7

д) Сколько разных генотипов было в F2 ?

Ответ: 2/ 34/ 48 / 48/ 2.

5. У кошек длинная шерсть рецессивна по отношению к короткой. Гомозиготную длинношерстную кошку скрестили с гетерозиготным короткошерстным котом и получили 8 котят.

а) Сколько типов гамет образуется у кота?

б) Сколько типов гамет образуется у кошки ?

в) Сколько среди котят будет разных фенотипов?

г) Сколько среди котят будет разных генотипов ?

д) Сколько должно получиться котят с длинной шерстью ?

Ответ: 2/ 1/ 2/ 2/ 4.

6. У человека ген тонких губ рецессивен по отношению к гену толстых губ. В семье у женщины тонкие губы, а у мужчины губы - толстые. У отца мужчины губы были тонкими.

а) Сколько типов гамет образуется у женщины ?

б) Сколько типов гамет образуется у мужчины ?

в) Какова вероятность рождения ребенка с тонкими губами?

г) Сколько разных генотипов может быть у детей ?

д) Сколько разных фенотипов может быть у детей?

Ответ: 1/ 2/ 50/ 2/ 2.

7. Скрещивали красную морковь с желтой. В первом поколении все корнеплоды были желтыми. В F2 получили 96 растений.

а) Сколько типов гамет образует гетерозиготное растение?

б) Сколько рецессивных гомозиготных растений выросло в F2 ?

в) Сколько в F2 гетерозиготных растений ?

г) Сколько в F2 доминантных гомозиготных растений ?

д) Сколько растений будут иметь желтый корнеплод?

Ответ: 2/ 24/ 48/ 24/ 72.

8. У человека карие глаза доминируют над голубыми. Кареглазый мужчина, отец которого также имел карие глаза, а мать была голубоглазой, женился на голубоглазой женщине. У них родились 8 детей.

а) Сколько разных генотипов у детей?

б) Сколько детей имеют карие глаза?

в) Сколько детей гомозиготны?

г) Сколько типов гамет образуется у мужчины?

д) Сколько типов гамет образуется у голубоглазого ребенка?

Ответ: 2/ 4/ 4/ 2/ 1.

Занятие № 3. Тема « Генетика пола. Наследование признаков

сцепленных с полом».

У всех животных и двудомных растений наблюдается примерно равное количество организмов мужского и женского пола, т.е. соотношение полов равно 1:1.

Цитологические исследования показали, что у животных особи мужского и женского пола различаются по хромосомным наборам. Хромосомы, по которым различаются организмы мужского и женского пола, называют половыми хромосомами (женские - ХХ, мужские - ХУ). Те хромосомы, по которым мужской и женский пол не различаются, называют аутосомами. Пол, образующий одинаковые гаметы в отношении половых хромосом, называется гомогаметным (женский ХХ), а тот, который производит гаметы двух сортов - гетерогаметным ( мужской - ХУ).

В кариотипе человека 46 хромосом. Решающую роль в определении пола играет У - хромосома. Оказалось, что у многих организмов У - хромосома в отличие от Х - хромосомы наследственно инертна, так как не содержит генов. Поэтому гены, находящиеся в Х-хромосоме, аллелей в У-хромосоме, как правило, не имеют. В результате даже рецессивные гены, находясь в Х-хромосоме и не имея аллели в У- хромосоме, проявляются так, как это обычно бывает только у гомозиготы.

Наследование признаков, гены которых находятся в Х - или У -хромосомах, называют наследованием, сцепленным с полом.

Образец решения задачи.

Аллель черной масти у кошек локализован в Х-хромосоме. Другой аллель этого гена обуславливает рыжую масть. Ни один из аллелей не является доминантным, а потому гетерозиготы имеют пятнистую окраску. Какое потомство следует ожидать от скрещивания:

1) пятнистой кошки с рыжым котом;

2) пятнистой кошки с черным котом;

3) рыжей кошки с черным котом?

Дано: ген окраски шерсти А - черная

а - рыжая

Генотипы: АА- черные; аа - рыжие; Аа - пятнистые.

Локализация - Х 1) ХА Ха × Ха У -?

2) ХАХа × ХА У -?

3) ХаХа × ХА У -?

Решение:

1) Р: ХАХа × Ха У

Гаметы: ХА Ха Ха У

F1: ХАХа - 25% пятнистая кошка

ХАУ - 25% черный кот

ХаХа - 25% рыжая кошка

ХаУ - 25% рыжий кот

Самостоятельно запишите 2 и 3 скрещивание.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ:

1. У человека гемофилия вызывается рецессивными аллелями, локализованными в Х-

хромосоме. Какова вероятность появления здоровых детей в семьях, где:

1) мать здорова, а отец болен гемофилией;

2) оба родителя фенотипически здоровы, но мать является носительницей?

Дано: ген свертывания А- норма

а - гемофилия

2. У дрозофил белоглазость вызывается рецессивным аллелем, локализованным в Х-

хромосоме. Какое потомство следует ожидать от скрещивания белоглазых самок с

красноглазыми самцами и красноглазых самок с белоглазыми самцами?

Дано: ген окраски глаз А - красные

а - белые

Локализация - Ха

1) ХаХа × ХУ - ?

2) ХХ × ХаУ - ?

3. Отец и сын - дальтоники. Мать различает цвета нормально. Можно ли сказать, что

сын унаследовал недостаток от отца?

4. Гетерозиготного по тому или иному гену человека называют иногда носителем.

Мужчина с цветной слепотой - дальтоник (признак сцеплен с полом) - женится на

женщине - носителе цветной слепоты. Можно ли ожидать в этом браке нормального

сына ? Дочь с цветной слепотой ?

Дано: ген цветной слепоты А - норма

а - слепота

локализация - Ха

ХА Ха × Ха У - ?

5. Отсутствие потовых желез у людей предается по наследству как рецессивный

признак, сцепленный с Х-хромосомой. Не страдающий этим недостатком юноша

женится на девушке, отец которой лишен потовых желез, а мать и ее предки

здоровы. Какова вероятность, что сыновья и дочери от этого брака будут страдать

отсутствием потовых желез? А каков прогноз в отношении внуков того или иного

пола в предположении, что жены сыновей и мужья дочерей будут здоровыми

людьми?