Опыты, демонстрирующие основные закономерности наследования

Задачи опытов. 1. На конкретном материале познакомиться с гибридологическим методом изучения наследственности и основными закономерностями наследования при моногибридном, дигибридном и анализирующем скрещиваниях, взаимодействии генов, сцепленном наследовании и перекресте хромосом. 2. Освоить технику гибридизации растений. Приобрести практические умения и навыки выбора исходных родительских растений и цветков, проведения кастрации, изоляции, сбора и хранения пыльцы, опыления, этикетирования, ведения записей гибридизации, анализа полученных данных, важных для профориентации учащихся. 3. Вырастить демонстрационный и раздаточный материал, необходимый для проведения демонстраций и лабораторных занятий, предусмотренных программой по общей биологии.

Символика. Выполняя опыты, иллюстрирующие основные закономерности наследования, учащиеся должны усвоить и использовать общепринятую в генетике символику. Родительские формы, взятые для скрещивания, обозначают латинской буквой Р (Parens — родители). Материнское растение обычно пишут на первом месте и обозначают знаком ♀ (зеркало Венеры); отцовское растение пишут на втором месте и обозначают символом ♂ (щит и копье Марса). Скрещивание обозначается знаком умножения «×». Потомство, полученное от скрещивания двух особей с различными признаками, называют гибридом и обозначают латинской буквой F (Fillii — дети). Цифра, стоящая внизу за буквой F, обозначает поколение гибридов, например F1, F2 и т.д.

Техника скрещивания в значительной степени зависит от особенностей строения соцветия и цветка, от биологии цветения и опыления культуры. Эти специфические особенности детально описаны в соответствующих опытах. Однако есть общие правила техники скрещивания, которые необходимо соблюдать при проведении опытов по изучению закономерностей наследования.

Выбор родительских растений. Для опытов нужно отбирать в качестве исходных родительских форм хорошо развитые, здоровые растения с ярко выраженными признаками, которые бы имели узкую норму реакции и мало изменялись под влиянием условий среды. До начала опытов исходные родительские пары обязательно должны быть проверены на гомозиготность по изучаемым признакам, т.е. не должны расщепляться.

Выбор соцветий и цветков. Для скрещивания отбирают наиболее развитые, удачно расположенные соцветия. В соцветии оставляют наиболее развитые цветки. Слаборазвитые цветки (как правило, верхушечные) или уже распустившиеся (в которых, возможно, уже произошло опыление) удаляют. Количество цветков, взятых для скрещивания, должно всегда быть достаточно большим, чтобы можно было установить статистические закономерности наследования.

Кастрация. Чтобы избежать самоопыления, которое может исказить результаты опыта, все отобранные обоеполые цветки материнского сорта необходимо кастрировать, т.е. удалить все пыльники. Кастрацию надо проводить в фазе бутона, накануне распускания цветка, когда пыльники уже сформировались, но пыльца в них еще не созрела. Кастрация в более ранние сроки нежелательна, так как может привести к увяданию пестика. Кастрация в более поздние сроки недопустима, так как к этому времени созреет пыльца и может произойти самоопыление, что исказит результаты опыта.

Приступая к кастрации, вначале острым пинцетом отгибают или удаляют околоцветник, а затем точными движениями удаляют последовательно все пыльники. Чтобы предотвратить подсыхание пестика, кастрацию целесообразно проводить в утренние часы.

Изоляция. Чтобы предотвратить попадание посторонней пыльцы на кастрированные цветки, необходимо надеть изолятор. Для растений, опыляемых ветром, имеющих мелкую пыльцу, используют пергаментные изоляторы типа хлопушки (рис. 51).

Для изготовления пергаментного изолятора нужно взять лист пергаментной бумаги и на болванке сделать трубку. Концы листа по боковому шву склеить столярным клеем, который не размокает под дождем. Затем в один конец трубки положить ватку и завязать тонким шпагатом или толстой ниткой, оставляя свободными концы. Для растений, опыляемых насекомыми, имеющих крупную пыльцу, используют марлевые или тканевые изоляторы. Их сшивают на машинке в виде мешочков. Размеры изоляторов зависят от величины и формы соцветия.

Чтобы предохранить стебель от поломки, при надевании изолятора на него над соцветием наматывают ватку, свободные концы изолятора осторожно прижимают к ней и завязывают толстой ниткой, шпагатом или мягкой завязкой. Завязывать нужно обязательно бантом, оставляя свободные концы, чтобы можно было легко развязать, не повреждая побега.

Этикетирование. Под изолятор помещают этикетку, в которой вначале указывают сорт, дату кастрации, количество цветков, фамилию гибридизатора.

Сбор пыльцы. Пыльцу с растений отцовского сорта собирают в пробирки, стеклянные баночки или пакеты в тот период, когда полностью распустятся цветки и созреют пыльники. У большинства культур пыльца быстро теряет жизнеспособность, поэтому нецелесообразно опылять свежесобранной пыльцой, а если такой возможности нет, то ранее собранную пыльцу нужно хранить при температуре, близкой к 0°С, в эксикаторах или банках с притертыми пробками, на дно которых для поглощения влаги помещают хлористый кальций или крепкую кислоту.

Опыление. К опылению нужно приступить тогда, когда распустятся другие цветки на материнском растении, а на рыльцах кастрированных цветков выступит капелька жидкости. На кастрированные цветки следует наносить возможно большее количество пыльцы, а также проводить повторные опыления, чтобы обеспечить лучшее завязывание семян и равновероятную встречаемость гамет. Опыление, как и кастрацию, целесообразно проводить в утренние часы, чтобы избежать подсыхания рыльца и пыльцы. Техника нанесения пыльцы зависит от особенностей строения цветка и будет указана в соответствующих опытах.

Этикетирование. После опыления в этикетке нужно дополнить запись, которая должна принять такой вид:

Сорт ♀ Сорт ♂

Дата кастрации Дата опыления

Количество цветков Количество цветков

Фамилия гибридизатора

Этикетку поместить в изолятор. Изолятор вновь надеть на растение.

Определение результатов опыления. Через 5—7 суток следует проверить результаты скрещивания. Для этого снять изолятор и определить процент завязавшихся плодов. Данные учета внести в журнал гибридизации.

Журнал гибридизации. Осуществляя опыты по изучению закономерностей наследования, необходимо вести журнал гибридизации, в который ежегодно записывают все гибридные комбинации и количество полученных гибридных семян. Записи в журнале гибридизации вести по форме:

Уход за материнским растением. Чтобы обеспечить хорошее развитие гибридных семян, за материнским растением нужно вести тщательный уход, качественно и своевременно выполнять все рекомендуемые агроприемы по уходу за данной культурой.

Если для изоляции использовались марлевые изоляторы, то они остаются на растениях до конца опыта. Если для изоляции использовались пергаментные изоляторы, то, после того как станет ясно, что произошло завязывание плодов, для создания лучших условий освещения, транспирации и доступа воздуха к формирующимся плодам и семенам изолятор нужно надорвать и отогнуть вниз концы либо заменить пергаментный изолятор марлевым.