§ 19. Генетические опыты Г. Менделя

Определения и обозначения

Моногибридное скрещивание — скрещивание организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков. Мендель, например, сопоставлял растения гороха с жёлтыми и зелёными семенами. Такой опыт помогает проследить, как наследуется именно одна пара признаков, не смешивая наблюдения с другими различиями.

Доминантный признак — признак, который проявляется у гибридов первого поколения при скрещивании чистых линий с альтернативными признаками. Если у гибридов F1 видны жёлтые семена, а родительские растения различались жёлтой и зелёной окраской, доминантной считают жёлтую окраску. Термин описывает проявление признака у гибрида, а не его пользу или «силу».

Рецессивный признак — признак, который не проявляется у гибридов первого поколения, но вновь обнаруживается у части потомства следующего поколения. В опытах с окраской семян таким признаком была зелёная окраска, если все гибриды F1 оказывались жёлтыми. Это понятие помогает объяснить, почему признак может быть незаметен в одном поколении, но проявиться в другом.

Чистая линия — группа организмов, потомки которой при самоопылении сохраняют изучаемый признак. Чтобы проверить, как именно наследуется различие, Менделю требовались родительские растения с устойчивыми признаками, а не случайно выбранные экземпляры. Иначе было бы трудно понять, связано ли появление признака у потомков со скрещиванием или с особенностями самих родителей.

Как это устроено

Горох оказался удобным объектом, потому что его альтернативные признаки легко различить: семена бывают жёлтыми или зелёными, гладкими или морщинистыми. Растение может самоопыляться, поэтому его потомство удобно проверять из поколения в поколение. При этом возможно и перекрёстное опыление, а многочисленные потомки позволяют увидеть общую закономерность, а не случайный результат для пары растений.

Сначала Мендель получал чистые линии, многократно наблюдая за потомством растений, которые самоопылялись. Для контролируемого скрещивания он удалял тычинки у выбранного растения, чтобы оно не опылилось собственной пыльцой, а затем переносил на него пыльцу другого растения. Так учёный знал, от каких родительских растений произошло потомство. Контроль опыления делал сравнение результатов осмысленным.

В опыте с двумя чистыми линиями, различавшимися окраской семян, все гибриды первого поколения проявляли только один из двух признаков. Результат был единообразным, потому что при таком скрещивании у каждого гибрида сочетались наследственные варианты от обоих родителей, но внешне проявлялся один из них. Этот признак Мендель назвал доминантным, а не проявившийся — рецессивным. Единообразие F1 показывало, что исходные линии были устойчивыми, а результат скрещивания — закономерным.

Когда гибриды F1 самоопылялись, во втором поколении появлялись растения с обоими вариантами окраски. Значит, рецессивный признак не исчез в F1, а сохранился и мог проявиться у части потомков. Среди семян F2 жёлтых обычно оказывалось примерно втрое больше, чем зелёных, то есть расщепление приближалось к отношению 3:1. Отношение описывает ожидаемый результат для большой группы, а не точное число в каждом опыте.

Мендель повторял скрещивания с другими парами альтернативных признаков, чтобы проверить, не является ли результат случайностью, связанной только с окраской семян. Он также подсчитывал большое число потомков: при большем количестве случайные отклонения меньше влияют на общую картину. Сходные результаты в разных опытах помогли выявить устойчивые закономерности наследования. Так наблюдения за отдельными растениями превратились в выводы, применимые к разным признакам гороха.

Результаты моногибридного скрещивания гороха

Читайте таблицу сверху вниз: сначала указаны исходные линии, затем первое поколение и опыт с гибридами. Сравнение F1 и F2 показывает, что одинаковое проявление признака в первом поколении не означает его исчезновения. Отношение 3:1 относится к ожидаемым фенотипам F2 и может немного отличаться в конкретной группе.

Разбор задач

Задача 1. У гороха скрестили чистые линии с жёлтыми и зелёными семенами, а в первом поколении все семена оказались жёлтыми. Нужно определить, какой признак доминантный, а какой рецессивный. Для ответа достаточно сопоставить признаки родителей и единообразный результат F1.

1. Вспомним, что доминантным называют признак, проявившийся у гибридов первого поколения.
2. Все семена F1 жёлтые, значит, у гибридов проявилась жёлтая окраска.
3. Зелёная окраска у гибридов не проявилась, поэтому она рецессивная.

Ответ: жёлтая окраска семян — доминантный признак, зелёная — рецессивный. Такой вывод относится к описанному скрещиванию чистых линий. Он основан на наблюдении за F1, а не на том, какой цвет кажется более заметным или полезным.

Задача 2. При самоопылении гибридов F1 получили 320 растений: 238 с жёлтыми семенами и 82 с зелёными. Нужно сравнить числа с ожидаемым расщеплением 3:1. Для этого оценим, сколько растений каждого типа соответствовало бы такому отношению при общем числе 320.

1. Складываем доли отношения: 3 + 1 = 4 части.
2. На одну часть приходится 320 : 4 = 80 растений.
3. Ожидаемое число жёлтых: 3 × 80 = 240, зелёных: 1 × 80 = 80.
4. Сравниваем: фактически получено 238 жёлтых и 82 зелёных, то есть числа близки к ожидаемым.

Ответ: наблюдаемое расщепление близко к 3:1. Небольшое отличие от 240 жёлтых и 80 зелёных не опровергает закономерность. В реальном опыте результат может отклоняться от ожидаемого соотношения.

Задача 3. Гладкие семена гороха доминируют над морщинистыми. При скрещивании гладкосемянного растения с морщинистым всё потомство оказалось гладким, а затем гибриды скрестили между собой. Нужно определить ожидаемое расщепление по фенотипу во втором поколении. Здесь применяем последовательность опыта Менделя: сначала определяем доминантный признак по F1, затем используем закономерность для F2.

1. В F1 проявился гладкий признак, значит, он доминантный; морщинистый — рецессивный.
2. Скрещиваются гибриды F1, поэтому во втором поколении ожидается появление обоих фенотипов.
3. Для моногибридного скрещивания ожидаемое соотношение доминантного и рецессивного фенотипов в F2 составляет примерно 3:1.

Ответ: примерно три четверти растений будут иметь гладкие семена, одна четверть — морщинистые. Речь идёт об ожидаемом соотношении, поэтому фактическое число растений каждого типа может немного отличаться. Рецессивный морщинистый признак снова проявляется у части потомства.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что рецессивный признак исчезает навсегда. Так думают, потому что его не видно у гибридов F1, но отсутствие внешнего проявления не означает исчезновения признака. Проверьте себя: если в F2 вновь появляются зелёные семена, значит, признак сохранился и мог проявиться у части потомков.

Ошибка — ожидать, что все потомки во всех поколениях будут одинаковыми, раз F1 единообразно. Единообразие относится к гибридам первого поколения от чистых линий с альтернативными признаками, а не ко всем дальнейшим поколениям. Чтобы проверить вывод, отдельно рассмотрите F2: в нём ожидается появление двух фенотипов.

Ошибка — считать отношение 3:1 точным количеством потомков в каждом опыте. Числа 3 и 1 описывают ожидаемую пропорцию, а случайные отклонения особенно заметны при небольшом числе растений. Проверьте себя, сравнив не буквальные числа, а доли или близость фактического результата к отношению 3:1.

Ошибка — называть доминантный признак более сильным или полезным. Такое толкование возникает из-за бытового значения слова «доминантный», однако в генетике оно говорит только о проявлении признака у гибридов F1. Проверка простая: определение ничего не сообщает о пользе, приспособленности или значимости признака.

Связь с другими темами

Для понимания опытов Менделя нужно знать, что признаки наследуются от родителей, а потомки могут отличаться от них. Связь с размножением цветковых растений объясняет, как учёный контролировал происхождение потомства: самоопыление сохраняло линию, а перекрёстное опыление позволяло скрещивать выбранные растения. Моногибридное скрещивание служит основой для дальнейшего изучения генотипа — совокупности наследственных вариантов организма — и аллелей, вариантов одного гена. Эти понятия понадобятся при решении задач на наследование признаков.

Что запомнить

• Мендель проводил опыты с горохом и учитывал признаки многочисленного потомства.
• Для скрещиваний он использовал растения чистых линий.
• При моногибридном скрещивании изучают одну пару альтернативных признаков.
• Гибриды первого поколения от чистых линий с альтернативными признаками единообразны по проявлению признака.
• Проявившийся у гибридов F1 признак называют доминантным, скрытый — рецессивным.
• При скрещивании гибридов F1 во втором поколении вновь проявляется рецессивный признак.
• Ожидаемое расщепление по фенотипу в F2 составляет примерно 3:1.