Реферат
на тему: "Гамогенез рослин. Основи генетики та селекції"
Зміст
Гаметогенез і розвиток рослин
Основи генетики та селекції. Закономірності спадковості. Основні поняття генетики
Хромосомна теорія спадковості
Моногибридное схрещування
Дигибридное схрещування
Аналізуюче схрещування
Зчеплене успадкування ознак
Генетика статі
Успадкування ознак, зчеплених зі статтю
Гаметогенез і розвиток рослин
У рослин гаметогенез протікає значно складніше. При цьому процес мейозу має місце не на стадії утворення гамет, а на стадії утворення спор. Крім того, у рослин спостерігається чергування поколінь з диплоїдним і гаплоїдним набором хромосом. Покоління з гаплоїдним набором хромосом називається гаметофітом і утворює гамети у процесі мітозу. Покоління з диплоїдним набором хромосом називається спорофітом і утворює спори в процесі мейозу. Гаметофит розвивається з гаплоїдних спор, а спорофіт - з диплоїдної зиготи, що утворюється в результаті запліднення.
У циклі розвитку мейоз завжди має місце один раз. Залежно від періоду життя спорофіта й гаметофіта, доросла рослина може бути гаплоїдним або диплоїдним.
Розмноження і розвиток водоростей. У нижчих рослин переважаючим поколінням є гаметофіт. Він розмножується безстатевим шляхом, утворюючи клітини, з яких розвиваються дорослі особини. У певний період гаметофіт дає гамети, різні чи однакові за величиною. Після запліднення утворюється зигота, яка відразу ж ділиться мейозом і утворює спори, що дають початок новим гаметофіту.
Розмноження і розвиток вищих спорових рослин. У мохів, папоротей, плаунів і хвощів розмноження відбувається спорами. Статеве покоління розвивається при проростанні спори (п). З суперечки утворюється заросток (п), в якому розвиваються органи статевого розмноження антеридії і архегонії. У антерідію в процесі мітозу утворюються сперматозоїди, а в архегония - яйцеклітина (як правило, одна). При наявності води сперматозоїди проникають в архегонії і запліднюють яйцеклітину, при цьому утворюється зигота (2п). З зиготи розвивається зародок, а далі молода рослина спорофіт. У дорослої рослини у спеціальних органах спорангіях (2л) у результаті мейозу утворюються спори (л), які дають початок новому поколінню.
У мохів дорослим рослиною є гаметофіт (л), що розвивається із спор, а спорофіт утворюється на гаметофите у вигляді коробочки на ніжці.
У папороті, плаунів і хвощів переважаючим поколінням у дорослому стані є спорофіт, на якому утворюються спори. Гаметофит представлений у вигляді невеликого заростка і існує дуже недовго.
Розмноження і розвиток насінних рослин. У насінних рослин розмноження відбувається насінням, переважаючим поколінням є спорофіт, а гаметофіт сильно редукований, розвивається у спорофіті і представлений лише декількома клітинами. Процес розвитку насінних рослин розглянемо на прикладі квіткових рослин.
Доросла рослина має диплоїдний набір хромосом і є спорофітом. Воно розвивається з насіння. Репродуктивним органом служить квітка, в якому утворюються жіночий орган - маточка і чоловічий - тичинки. У зав'язі маточки в семязачатка з клітин спорангия мейозом утворюються 4 великі спори (л), одна з яких розвивається в жіночий заросток гаметофіт, а три відмирають. Суперечки тричі ділиться митозом, і утворюється 8-ядерний зародковий мішок. Потім найближче до пильцевходу велике ядро утворює яйцеклітину, 2 сусідніх ядра - 2 супутні клітини - сінергіди. На протилежному полюсі мішка розташовуються 3 клітини-антиподи, а в центрі утворюється центральна двоядерний клітина. Всі ядра гаплоїдні.
У пилкових мішках тичинок з клітин мікроспорангія мейозом виникає багато дрібних спор (л). Всі вони розвиваються і дають початок чоловічому заростку - гаметофіту. Суперечки ділиться митозом і утворює вегетативну та генеративну клітини. Ядро генеративної клітини ділиться ще раз і утворюються 2 спермия. Вегетативна та генеративна клітини покриваються оболонкою і утворюється пилкове зерно. При попаданні пилку на рильце маточки вегетативна клітина проростає й утворює пилкову трубку, яка просуває генеративну клітку до пильцевходу. Два спермия через пильцевход потрапляють у зародковий мішок. Один спермій зливається з яйцеклітиною і утворюється зигота (2л), з якої розвивається зародок насінини. Інший спермій зливається з 2 ядрами центральної клітини, в результаті утворюється ендосперм (Зл) насіння, в якому запасаються поживні речовини. Цей процес, званий подвійним заплідненням, був відкритий російським вченим СП. Навашиним. У результаті подвійного запліднення у семязачатки утворюється насіння, а з покриву семязачатка - насіннєва шкірка. Навколо насінини з зав'язі та інших частин квітки формується плід.
Таким чином, у рослин при переході від нижчих до вищих спостерігається зміна переважаючого покоління від гаметофіту до спорофіта.
Основи генетики та селекції. Закономірності спадковості. Основні поняття генетики
Генетика - наука про закономірності спадковості і мінливості організмів.
Спадковість - здатність організму передавати свої ознаки й особливості розвитку потомству.
Мінливість - здатність організму змінюватися у процесі індивідуального розвитку під впливом факторів середовища. Мінливість - явище нестабільності спадкових властивостей.
Матеріальною основою спадковості є статеві клітини - гамети. При безстатевому розмноженні такими є соматичні клітини. Але клітини не містять готові "зародки ознак", а несуть тільки структурні задатки можливих ознак - гени.
Ген - ділянка молекули ДНК, відповідальний за прояв якої-небудь ознаки. Ген є одиницею спадковості, що визначає ознака, одиницею виміру біологічного явища.
Реалізація ознаки в організму йде за схемою:
ген-"білок -" ознака.
Генотип - сукупність усіх спадкових ознак - генів організму, отриманих від батьків.
Фенотип - сукупність внутрішніх і зовнішніх ознак, які проявляються в організму при взаємодії генотипу із середовищем.
Гени розташовуються у хромосомах в певних ділянках - локусах. У диплоїдних клітинах містяться дві гомологічні хромосоми, в яких розташовуються парні гени.
Алельних гени (алелі) - парні гени, розташовані в гомологічних хромосомах, в одних і тих же локусах і відповідальні за прояв якої-небудь ознаки (наприклад, колір волосся, очей, форма вуха і т.д.). Алельні гени можуть нести однакові якості однієї ознаки або протилежні - альтернативні. Наприклад, темні і світлі алелі забарвлення волосся, сірі та карі алелі кольору очей. Алельних гени позначаються літерами латинського алфавіту (А і а, В і Ь, С і с і т.д.).
Гомозигота - організм (зигота), що має однакові алелі одного гена в гомологічних хромосомах (АА, аа).
Гетерозигота - організм (зигота), що має різні алелі одного гена в гомологічних хромосомах (Аа), тобто несучі альтернативні ознаки.
Ознаки-гени можуть бути домінантними і рецесивними.
Домінантна ознака (ген) - панівний, переважаючий, виявляється завжди як у гомозиготному, так і в гетерозиготному стані. Домінантна ознака позначається великою літерою (А, В, С).
Рецесивна ознака (ген) - придушений, що виявляється тільки в гомозиготному стані. У гетерозиготному стані рецесивна ознака пригнічується домінантною. Він позначається відповідної рядкової буквою (а, Ь, с).
Хромосомна теорія спадковості
Основні положення хромосомної теорії спадковості сформульовані Т. Морганом. В основі хромосомної теорії лежить поведінка хромосом у мейозі, від якого залежить якість утворюються гамет.
1. Одиницею спадкової інформації є ген, локалізований у хромосомі.
2. Гени у хромосомах розташовуються лінійно, утворюючи групу зчеплення. Гени, розташовані в одній хромосомі, успадковуються разом, зчеплене.
3. Зчеплення генів може порушуватися у процесі мейозу в результаті кросинговеру.
4. У процесі мейозу гомологічні хромосоми, а отже, і алельних гени потрапляють у різні гамети. Гамети завжди гаплоїдний.
5. Негомологичностью хромосоми, а отже, і неалельних гени розходяться довільно, незалежно один від одного і утворюють різні комбінації в гаметах, число яких визначається за формулою 2 ", де п - кількість пар гомологічних хромосом.
У результаті кросинговеру кількість комбінацій генів у гаметах збільшується.
ридное скрещивание Моног б рідної схрещування
Основні закономірності спадковості були відкриті Г. Менделем (1865). Метод, який використовував Мендель при виведенні законів, називається гибридологический. Гібриди - нащадки, отримані від схрещування двох організмів, що несуть альтернативні ознаки. Для досвідів Мендель вибрав горох рослина з наступних причин. Горох - самозапильна рослина і тому легко отримати чисту лінію, тобто гомозиготні особини за певними ознаками. У гороху є яскраво виражені альтернативні ознаки за кольором насіння, формі горошин, забарвленням квіток, величиною рослин і т.д. І нарешті, велика кількість нащадків дає можливість одержати статистично достовірні результати.
Вихідні батьківські особини у дослідах були гомозиготними, а отримані нащадки - гетерозиготними. Для дослідження вибирали тільки один або дві ознаки, а не їх сукупність.
Закон одноманітності першого покоління (1-й закон Менделя). При схрещуванні двох гомозиготних особин з альтернативними ознаками в першому поколінні всі гібриди однакові за фенотипом і схожі на одного з батьків. поколения проявляется только доминантный признак. У гібридів I покоління проявляється тільки домінантна ознака.
Закон розщеплення ознак (2-й закон Менделя). При схрещуванні двох гібридів у другому поколінні спостерігається розщеплення ознак за фенотипом у співвідношенні 3:
1. В однієї частини нащадків виявляється рецесивна ознака вихідної батьківської особини.
В основі законів успадкування лежить поведінка хромосом у мейозі. Вихідні батьківські особини гомозиготні, тобто алельних гени в гомологічних хромосомах несуть однакові ознаки. Тому чисті батьківські лінії дають тільки один тип гамет. При злитті гамет у зиготу потрапляють гомологічні хромосоми з альтернативними ознаками, але проявляється у фенотипі тільки домінантна ознака.
поколения гетерозиготны и дают два типа гамет А и а по формуле 2 1 = 2 (1 - одна пара хромосом). Гібриди I покоління гетерозиготності і дають два типи гамет А і а за формулою 2 1 = 2 (1 - одна пара хромосом).
При різних варіантах злиття гамет утворюються три типи зигот: АА, 2Ла, аа. Але у фенотипі виявляються тільки дві ознаки, причому зигот з проявом домінантного ознаки в 3 рази більше, ніж з рецесивним ознакою.
Неповне домінування. Домінантний ознака не завжди повністю пригнічує рецесивний, тому можлива поява проміжних ознак.
При неповному домінуванні розщеплення за фенотипом і генотипом однаково.
ридное скрещивание Дігі б рідної схрещування
Дигибридное схрещування - схрещування по двох парах ознак. Воно дозволяє встановити, як успадкування однієї ознаки впливає на характер успадкування іншого. У досвіді Мендель вивчав характер успадкування забарвлення і форми насіння гороху. Вихідні батьківські особини були гомозиготними по двох парах ознак.
Закон незалежного успадкування ознак (3-й закон Менделя). поколения по двум парам признаков во II поколении наследование по каждой паре идет независимо друг от друга. При схрещуванні гібридів I покоління по двох парах ознак в II поколінні успадкування по кожній парі йде незалежно один від одного. У результаті утворюються 4 фенотипові групи у співвідношенні 9: 3: 3: 1, причому з'являються групи з новими поєднаннями ознак.
Закон незалежного успадкування ознак пояснюється незалежною поведінкою хромосом у мейозі. У кожної особини враховуються тільки дві пари хромосом. Ознаки забарвлення і форми насіння знаходяться в негомологічних хромосомах. У гомозиготних особин утворюється лише один тип гамет, що містять по дві негомологичностью хромосоми (АВ або аЬ). Диплоїдний набір відновлюється у гібридної особини - АаВЬ.
Гібридні особини дають чотири типи гамет за формулою 2 2 = 4 (де ступінь 2 означає 2 пари ознак - 2 пари хромосом). Утворюються такі гамети: АВ, АЬ, аВ, ав. Злиття попарно 4 типів гамет кожної особини дає 16 варіантів, поданих у таблиці. За фенотипом виділяються 4 групи, причому дві з них (3: 3) мають нову комбінацію ознак.
Аналізуюче схрещування
Особи з домінантними ознаками при однаковому фенотипі можуть мати різні варіанти генотипів: АА (гомозиготи) або Аа (гетерозиготи). Особи з рецесивним ознакою мають тільки один варіант генотипу - аа і одне фено-типове прояв. Для визначення генотипу особин з домінантною ознакою проводиться анализирующее схрещування.
Аналізуюче схрещування - схрещування особини з домінантною ознакою, але невідомим генотипом, з рецесивною гомозиготой, генотип якої завжди аа. По результату схрещування визначається генотип особини з домінантною ознакою.
1-й варіант. Якщо при схрещуванні особини з домінантною ознакою з рецесивною гомозиготною особиною отримане потомство одноманітно, то аналізована особина з домінантною ознакою гомозиготна.
При однаковості покоління кожна батьківська особина дає лише один тип гамет. Отже, особина з домінантною ознакою гомозиготна за генотипом.
2-й варіант. Якщо при схрещуванні особини з домінантною ознакою з рецесивною гомозиготой отримане потомство дає розщеплення 1: 1, то досліджувана особина з домінантною ознакою гетерозиготна.
У випадку розщеплення особина з домінантною ознакою повинна утворювати 2 типу гамет А, а. Отже, вона гетерозиготна за генотипом.
Зчеплене успадкування ознак
Т. Морган вивчав успадкування різних ознак, що знаходяться в одній хромосомі. В якості об'єкта для генетичних досліджень була обрана плодова мушка дрозофіла. Цей об'єкт виявився більш зручним з наступних причин: відновлення потомства йде через 15 днів; простий у розведенні в лабораторних умовах; хромосомний набір становить 4 пари - 8 хромосом; є яскраво виражені альтернативні ознаки.
Зчеплене спадкування - спадкування ознак, розташованих в одній хромосомі. В організмі безліч ознак, тоді як число хромосом обмежено і невелике. Отже, одна хромосома несе гени багатьох ознак. Гени в хромосомі розташовуються лінійно. При розподілі хромосоми переходять цілком, не дроблячись, в гамети, тому ознаки, гени яких розташовуються в одній хромосомі, будуть успадковуватися разом, зчеплене.
Закон зчеплення (Т. Морган). Гени, що знаходяться в одній хромосомі, успадковуються разом, зчеплене, і утворюють групу зчеплення.
Ознаки форми крил і забарвлення тіла успадковуються спільно, тому що вони розташовуються в одній парі гомологічних хромосом. Розщеплення ознак на 4 групи, як при дигибридном схрещуванні, не спостерігається. При зчепленому спадкуванні прояв ознак йде за типом моногібридного схрещування, кількість пар хромосом - одна. У деяких випадках зчеплення може порушуватися, тому що в мейозі між гомологічними хромосомами може відбуватися кросинговер.
Кросинговер відбувається не завжди, тому кількість кроссоверних особин значно менше, ніж кількість основних особин. На підставі аналізу частоти кросинговеру визначається відстань між генами на хромосомі і складаються хромосомні карти. Чим далі один від одного розташовуються гени на хромосомі, тим менше зчеплення між ними і тим вище вірогідність кросинговеру.
Генетика статі
Пол особин визначається наявністю статевої пари хромосом. У соматичних клітинах самця і самки всі пари хромосом, крім однієї, схожі і несуть однакові типи генів. Хромосоми, однакові у самця і самки, називаються ауто-сомами. Пара хромосом, що відрізняється у самця і самки, називається статевий. У дрозофіли 4 пари хромосом - 3 пари аутосом та 1 пара статевих хромосом, у людини 23 пари - 22 пари аутосом і 1 пара статевих хромосом.
и У. Пол определяется их сочетанием: XX или ХУ. Статеві хромосоми бувають двох типів: X і У. Пол визначається їх поєднанням: XX або ХУ. Пол, який визначається змістом ХХ-хромо-сом, називається гомогаметним. Гомогаметние особини дають один тип гамет за статевими хромосомами. Пол, який визначається змістом ХУ-хромосом, називається гетерогаметним. Гетеро-гаметную особини дають два типи гамет за статевими хромосомами.
- "Х-гаметы. Гомогаметние особини: XX - "Х-гамети.
Гетерогаметние особи: ХУ-"Х-, У-гамети.
, мужской - гетерогаметный - ХУ. У більшості організмів (людини, інших ссавців, рептилій, амфібій, мух та ін) жіноча стать гомогаметний - XX, чоловічий - гетерогаметний - ХУ. , а гетерогаметны самки - ХУ. У птахів, деяких риб, метеликів гомогаметни самці - XX, а гетерогаметни самки - ХУ.
У деяких випадках стать визначається просто відсутністю однієї хромосоми (У) в парі. , а самцы - ХО. У прямокрилих, павуків, жуків самки мають набір XX, а самці - ХВ.
У всіх випадках співвідношення статей становить 1: 1, тобто розщеплення за ознакою статі в популяціях будь-якого виду рівне.
Успадкування ознак, зчеплених зі статтю
Х-хромосома є в обох статей. У ній розташовуються життєво важливі гени. Втрата Х-хромосоми призводить до загибелі зиготи. У-хромосома зустрічається у особин тільки однієї статі і несе обмежене число генів, характерних для відповідної статі. Наявність або відсутність її може призвести лише до зміни розвитку статевих ознак. Тому основні ознаки, зосереджені в статевий парі, організм успадковує по Х-хромосомі. У го-могаметних особин ХХ-хромосоми парні, вони можуть нести домінантні і рецесивні ознаки. Але у гетерогаметних особин ХУ-хромосоми непарні і ознаки несе тільки Х-хромосома. Тому ознаки, розташовані в статевих хромосомах, зчеплені зі статтю особини і виявляються по-різному у різних статей.
Наприклад, у людини ген дальтонізму знаходиться в Х-хромосомі і є рецесивним. Носієм його може бути жінка, а прояв ознаки спостерігається у чоловіків.
Рецесивна ознака від матері передається синам і проявляється в них, а від батьків - дочкам. Але ознака найчастіше не проявляється, оскільки зустріч двох Х-хромосом з рецесивними ознаками малоймовірна. Жінка в цьому випадку повинна бути носієм рецесивного гена, а чоловік - мати даний рецесивна ознака.