Моногибридное скрещивание

Наиболее простым типом скрещивания, с которого начинается изучение закономерностей наследования, является моногибридное скрещивание, при котором родительские формы отличаются друг от друга лишь по одной паре альтернативных признаков.

В условиях пришкольного участка опыты на моногибридное скрещивание можно проводить с любыми культурами, но для учебных целей наиболее целесообразно воспроизвести классический опыт Менделя с горохом, позволивший ему установить основные закономерности наследования, на примере которого эти закономерности изучаются в X классе в курсе «Общая биология».

План опыта с горохом

Тема опыта. Наследование признака окраски семян у гороха (По Менделю). (Опыт выполняется 2 года.)

Первый год опыта. Подготовка участка. Посев на участке, предназначенном для опыта. Внести полный комплекс удобрений и хорошо подготовить почву. Участок разделить на 2 делянки. На одной посеять материнский сорт, на другой — отцовский. (В лучшие для района сроки.) В качестве материнского растения взять сорт Рамонский 77, имеющий желтые семена; в качестве отцовского — сорт Уладовский, имеющий зеленые семена. Семена посеять рядовым способом. Чтобы обеспечить лучшее развитие каждого растения и облегчить работу по гибридизации, междурядья должны быть не менее 30—35 см.

Выбор растений, соцветий и цветков. Для гибридизации отобрать здоровые, хорошо развитые, с характерными признаками растения. На растениях выбрать наиболее развитые и удачно расположенные соцветия кисти. Удалить лишние, отцветшие или недоразвитые цветки в нижней и верхней части соцветия. В кисти оставить 1—2 наиболее крупных цветка. Цветки у гороха обоеполые. Он является самоопылителем. Рыльце и пыльники у него созревают до распускания цветка, поэтому кастрацию нужно производить в фазу бутонизации, когда пыльники и рыльце достигнут нормальных размеров, но пока еще не приобретут характерную для цветка окраску. Кастрация. Вначале пинцетом осторожно отогнуть парус и весла и, придерживая их указательным пальцем правой руки, острым концом пинцета или препаровальной иглой разрезать лодочку вдоль киля и слегка раздвинуть в разные стороны (рис. 50). После этого пинцетом проникнуть внутрь цветка и последовательно удалить все 9 сросшихся и одну свободную тычинку. Все удаленные пыльники нужно обязательно пересчитывать и следить за тем, чтобы в цветке не осталось ни одной тычинки, иначе может произойти самоопыление и будут искажены результаты опыта. Закончив кастрацию цветка, бутон нужно привести в прежнее положение.

Изоляция. На кастрированные цветки следует надеть пергаментные изоляторы типа хлопушки с таким расчетом, чтобы под ним оказалась часть побега (рис. 52). При надеваниии изоляторов на побеге нужно срезать все нераспустившиеся бутоны и крупные листья, а на стебель намотать ватку. Чтобы изолятор плотнее обжимал побег, нижнюю часть его нужно намочить, плотно прижать к побегу и завязать шпагатом, оставив концы свободными (рис. 52) (в фазу бутонизации).

Сбор пыльцы. Пыльцу для опыления собирать с цветков отцовского сорта Уладовский в день опыления и кисточкой или пинцетом перенести ее на рыльце материнского растения. Нужно стремиться, чтобы от сбора пыльцы до опыления прошло как можно меньше времени, иначе пыльца потеряет жизнеспособность.

Опыление. Опылять нужно тогда, когда крылья и парус цветков материнского сорта примут характерное для цветка положение. В это время рыльце уже созрело и способно воспринимать пыльцу. Опылять цветки гороха лучше всего в утренние часы, когда на рыльце выступает капелька жидкости. Опыление можно производить без предварительного сбора пыльцы, а прямо проводя цветком отцовского сорта по рыльцу кастрированного цветка материнского сорта (через 2—3 суток после кастрации).

Этикетирование. После опыления на кастрированные цветки материнского сорта нужно вновь надеть изолятор и поместить этикетку, на которой сделать надпись:

Культура: горох

Сорта: Рамонский 77× Уладовский

Дата кастрации... Дата опыления …

Количество цветков … Гибридизатор …

Повторное опыление. Восприимчивость рыльца к пыльце сохраняется несколько дней, поэтому для лучшего оплодотворения опыление целесообразно повторить.

Определение результатов опыления. Результаты опыления проверить через 5—6 суток. Для этого снять изолятор и установить, завязались ли бобы. Данные проверки занести в журнал гибридизации по следующей схеме:

Уход за материнским растением. Чтобы обеспечить доступ воздуха и света к формирующимся плодам, через неделю после цветения изолятор следует надорвать и отогнуть концы. Этикетка должна остаться на побеге. В дальнейшем за материнским растением нужно осуществлять тщательный уход, своевременно и качественно выполнять все агроприемы, разработанные для возделывания гороха в вашем районе.

Семена, развившиеся из завязей материнского сорта, оплодотворенные пыльцой отцовского сорта, будут гибридными семенами первого гибридного поколения (F₁).

Уборка и хранение бобов. Убирать бобы нужно по мере их созревания, следя за тем, чтобы они не растрескались. Срезанные бобы предварительно просушить и сложить в коробки или ящики. В них поместить этикетки с указанием родительских форм. В течение зимы бобы хранить в этих коробках в сухом и прохладном месте.

Ведение дневника. Отметить все работы по возделыванию исходных родительских сортов гороха в первый год опыта. Описать биологию цветения гороха. Описать работы по подготовке растений к скрещиванию и приемы кастрации, изоляции, сбора и хранения пыльцы, опыления, этикетирования. Сделать записи по предлагаемым схемам о количестве кастрированных цветков, завязавшихся бобов и гибридных семян в бобе. Отметить окраску семян у исходных родительских сортов и гибридов первого поколения.

Второй год опыта. Цель опыта. Получить гибридные семена второго гибридного поколения.

Подготовка участка. Участок, предназначенный для выращивания из гибридных семян первого поколения гибридных растений первого поколения, готовят так же, как в первый год опыта. (В лучшие для района сроки.)

Подготовка семян. Перед посевом из меньшей части бобов нужно выбрать гибридные семена и очистить их от примесей. Другую, большую часть бобов сохранить до окончания опыта. Они будут использованы при составлении сводного отчета о характере наследования окраски семян и как демонстрационный материал при изучении соответствующих разделов на уроках общей биологии.

Посев гибридных семян. Гибридные семена нужно протравить слабым раствором формалина и посеять так же, как исходные родительские сорта в первый год опыта. (В лучшие для района сроки.)

Уход. За гибридными растениями первого поколения нужно вести тщательный уход и строго выполнять все агроприемы, разработанные для выращивания гороха в вашем районе.

Гибридизация. Чтобы получить гибридные семена второго поколения, цветки кастрировать не нужно, а достаточно провести самоопыление. Для предохранения от перекрестного опыления на цветки надевают пергаментные изоляторы. Готовят изоляторы и изолируют цветки так же, как и в первый год опыта.

Этикетирование. В изолятор нужно вложить этикетку, на которой указать гибридную комбинацию.

Уход. Чтобы обеспечить к развивающимся бобам доступ воздуха и света, изоляторы через 5—7 суток надрывают и отгибают концы. Этикетку нужно оставить на растении. В дальнейшем за гибридными растениями вести такой же уход, как за материнским растением в первый год опыта. Семена, завязавшиеся при самоопылении гибридов первого поколения, будут гибридными семенами второго поколения.

Уборка бобов. Убирать бобы нужно, когда они достигнут полной зрелости, а семена приобретут типичную окраску. Опаздывать с уборкой нельзя, иначе бобы лопнут и семена высыпятся. После уборки, как и в первый год опыта, бобы нужно просушить и поместить в ящики или коробочки, на которые наклеить этикетки с указанием гибридной комбинации. Хранить бобы в сухом и прохладном месте.

Ведение дневника. Отметить все работы по возделыванию гибридов первого поколения. Описать приемы получения гибридных семян второго поколения. Отметить окраску семян у гибридов второго поколения.

Анализ результатов опыта. По окончании опыта сделать сводный анализ характера наследования признака окраски семян у гороха. Для этого нужно вылущить семена из 5—6 бобов исходных родительских сортов и гибридов первого и второго поколений, данные анализа занести в таблицу.

Данные отдельных учетов суммировать, установить процентное отношение и сделать вывод о характере наследования окраски семян у растений гороха при моногибридном скрещивании. Подготовить сводный отчет по опыту.

При правильном ведении опыта все гибридные семена в F₁ должны быть желтыми; в F₂ 75% гибридных семян должны быть желтыми, а 25% — зелеными.

Выводы по опыту использовать на уроках по изучению гибридологического метода изучения наследственности и менделевских законов при моногибридном скрещивании.