Материал по биологии на тему "Методичні рекомендаціїЇ з розв’язування типових задач з генетики"

Материал на украинском языке.

Передмова.

При вивченні таких наук як математика, фізика, хімія задачі мають велике значення. Але і сучасна біологія містить чимало матеріалу, при вивченні якого рішення задач може бути корисним.

Одним із розділів біології є «Основи генетики», в якому розв’язування задач необхідне для ґрунтового засвоєння знань з генетики, розуміння закономірностей успадкування, механізмів реалізації генетичної інформації.

Аналіз типових задач допомагає студентам виробити генетичну логіку й опанувати різні способи розв’язування. При рішенні різноманітних задач за формою, в яких використовується велика кількість рослинних і тваринних об’єктів, демонструє спільність генетичних законів для всіх живих організмів, включаючи людину.

У рекомендаціях надано розв’язування типових задач з генетики:

Моногибридне схрещування;

Дигибридне схрещування;

Проміжне успадкування;

Зчеплене успадкування;

Успадкування, зчеплене зі статтю.

Також у рекомендаціях надано приклади задач з генетики для самостійного рішення, щоб студенти змогли закріпити отримані знання.

Моногибридне схрещування.

Моногибридне схрещування – це схрещування особин, які відрізняються за однією досліджуваною ознакою.

Перший закон Менделя (закон одноманітності першого покоління):

при схрещуванні чистих ліній, які відрізняються за однією ознакою, всі гібриди першого покоління будуть одноманітними. 

Другий закон Менделя (закон розщеплення):

при схрещуванні гібридів першого покоління між собою серед їхніх нащадків спостерігається явище розщеплення ознак: у фенотипі ¼ гібридів другого покоління проявляється рецесивний, ¾ - домінантний стани ознаки.

Розщеплення – прояв обох станів ознаки (домінантного і рецесивного) у другому поколінні гібридів, зумовлений розходженням алель них генів, які їх визначають.

Типові задачі.

Задача №1.

У людини карі очі – домінантна ознака, блакитні – рецесивна. Блакитноокий чоловік одружився з кароокою жінкою, у батька якої були блакитні очі, а в матері – карі. Які очі можуть бути у їхніх дітей?

Розв’язування

Позначимо: А- карі очі, а- блакитні очі

Так як чоловік блакитноокий, то його генотип буде аа (рецесивна ознака виявляється тільки у гомозиготному стані). Жінка кароока, генотип може бути або Аа, або АА, але в умові задачі сказано, що у її батька очі блакитні, в матері – карі, тому алель карих очей (А) прийде від матері, а алель блакитних очей (а) від батька. Робимо висновок, що генотип жінки Аа.

Схема схрещування:

Р Аа × аа

Гамети А, а а, а

F Аа, Аа, аа, аа

Генотип 1:1 (2 гетерозиготи : 2гомозиготи)

Фенотип 1:1 (2 карооких : 2 блакитнооких)

Відповідь: Вірогідність народження дітей 50% з карими очима та 50% з блакитними.

Задача №2.

У томатів кругла форма плоду домінує над грушоподібною. При схрещуванні гетерозиготних форм томатів між собою отримали 194 грушоподібних томатів та 388 – круглих. Скільки серед цих рослин гетерозигот?

Розв’язування

Позначимо: А- кругла форма томатів, а- грушоподібна

За умовами задачі схрестили гетерозиготи, тому генотип обох рослин буде Аа.

Схема схрещування:

Р Аа × Аа

Гамети А, а А, а

F АА Аа Аа аа

Серед нащадків схрещування 50% гетерозигот (Аа).

Весь материал - в документе.

Новокаховський приладобудівний технікум

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

з розв’язування типових задач з генетики

Підготували

Карнаух І.М., Пермінова О.А.

Нова Каховка, 2015

Передмова

При вивченні таких наук як математика , фізика, хімія задачі мають велике значення. Але і сучасна біологія містить чимало матеріалу, при вивченні якого рішення задач може бути корисним.

Одним із розділів біології є «Основи генетики», в якому розв’язування задач необхідне для ґрунтового засвоєння знань з генетики, розуміння закономірностей успадкування, механізмів реалізації генетичної інформації. Аналіз типових задач допомагає студентам виробити генетичну логіку й опанувати різні способи розв’язування. При рішенні різноманітних задач за формою, в яких використовується велика кількість рослинних і тваринних об’єктів, демонструє спільність генетичних законів для всіх живих організмів, включаючи людину.

У рекомендаціях надано розв’язування типових задач з генетики :

• Моногибридне схрещування;

• Дигибридне схрещування;

• Проміжне успадкування;

• Зчеплене успадкування;

• Успадкування, зчеплене зі статтю.

Також у рекомендаціях надано приклади задач з генетики для самостійного рішення, щоб студенти змогли закріпити отримані знання.

Моногибридне схрещування

Моногибридне схрещування – це схрещування особин, які відрізняються за однією досліджуваною ознакою.

Перший закон Менделя(закон одноманітності першого покоління): при схрещуванні чистих ліній, які відрізняються за однією ознакою, всі гібриди першого покоління будуть одноманітними.

Другий закон Менделя (закон розщеплення): при схрещуванні гібридів першого покоління між собою серед їхніх нащадків спостерігається явище розщеплення ознак: у фенотипі ¼ гібридів другого покоління проявляється рецесивний, ¾ - домінантний стани ознаки.

Розщеплення – прояв обох станів ознаки (домінантного і рецесивного) у другому поколінні гібридів, зумовлений розходженням алель них генів, які їх визначають.

Типові задачі

Задача №1

У людини карі очі – домінантна ознака, блакитні – рецесивна. Блакитноокий чоловік одружився з кароокою жінкою, у батька якої були блакитні очі, а в матері – карі. Які очі можуть бути у їхніх дітей?

Розв’язування

Позначимо: А- карі очі, а- блакитні очі

Так як чоловік блакитноокий, то його генотип буде аа (рецесивна ознака виявляється тільки у гомозиготному стані). Жінка кароока, генотип може бути або Аа, або АА, але в умові задачі сказано, що у її батька очі блакитні, в матері – карі, тому алель карих очей (А) прийде від матері, а алель блакитних очей (а) від батька. Робимо висновок, що генотип жінки Аа.

Схема схрещування:

Р Аа × аа

Гамети А, а а, а

F Аа, Аа, аа, аа

Генотип 1:1 (2 гетерозиготи : 2гомозиготи)

Фенотип 1:1 (2 карооких : 2 блакитнооких)

Відповідь: Вірогідність народження дітей 50% з карими очима та 50% з блакитними.

Задача №2

У томатів кругла форма плоду домінує над грушоподібною. При схрещуванні гетерозиготних форм томатів між собою отримали 194 грушоподібних томатів та 388 – круглих. Скільки серед цих рослин гетерозигот?

Розв’язування

Позначимо: А- кругла форма томатів, а- грушоподібна

За умовами задачі схрестили гетерозиготи, тому генотип обох рослин буде Аа.

Схема схрещування:

Р Аа × Аа

Гамети А, а А, а

F АА Аа Аа аа

Серед нащадків схрещування 50% гетерозигот (Аа).

1) Спочатку знайдемо загальну кількість отриманих рослин :

1. + 194 = 582

2) знаходимо скільки гетерозиготних рослин отримали:

582:100% = х : 50% ; х= 291

Відповідь: серед загальної кількості рослин 291 рослина буде гетерозиготна.

Задача№3

Руде волосся діти з рудим волоссям – рецесивна ознака, чорне – домінантна. При яких шлюбах народжуватимуся діти з рудим волоссям з ймовірністю: а) 100%; б) 25%; в) 50%?

Розв’язування

Позначимо: А- чорне волосся, а – руде

Руде волосся рецесивна ознака, тому буде виявлятися тільки в гомозиготному стані (аа).

а) Щоб у нащадків буле 100% руде волосся й батька й мати повинні мати руде волосся так як рецесивна ознака виявляється тільки в гомозиготному стані:

Р аа × аа

F₁ аа аа аа аа

б) Щоб у 25% нащадків буле руде волосся й батька й мати можуть мати чорне волосся, але будуть гетерозиготні за цією ознакою (Аа):

Р Аа × Аа

F₁ АА Аа Аа аа

в) Щоб у нащадків було 50% рудоволосих один з батьків повинний бути рудоволосим, а другий чорноволосим, але гетерозиготним за цією ознакою:

Р Аа × аа

F₁ Аа Аа аа аа

Відповідь: рудоволосими діти будуть, якщо батьки мають таки генотипи: а) аа,аа б) Аа, Аа в) Аа, аа.

Задача №4

Група крові у людини визначається одним геном, який має не два, а три алелі – і⁰ , І^А , І^В . Алелі І^А та І^В домінують над і⁰ .

І група крові - і⁰ і⁰

ІІ група крові - І^А і⁰ або І^А І^А

ІІІ група крові – І^В і⁰ або І^В І^В

І V група крові - І^А І^В

Батько дівчини має І групу крові, мати – ІV. Дівчина одружилася з юнаком, який має ІІІ групу крові (гетерозиготний за цією ознакою). Від цього шлюбу народилися діти з І, ІІ, ІІІ групами крові. Чи можливе народження дитини з ІV групою?

Розв’язування

Генотип батька дівчини - і⁰ і⁰, генотип матері - І^А І^В, генотип дівчини може бути І^А і⁰ або І^В і⁰ , але враховуємо, що в дітей є ІІ група крові, тому генотип дівчини І^А і⁰ , генотип юнака І^В і⁰ .

Схема схрещування:

Р І^А і⁰ × І^В і⁰

Гамети І^А , і⁰ І^В , і⁰

F₁ І^В і⁰ ; І^А і⁰; І^А І^В ; і⁰ і⁰.

Відповідь: Народження дитини з ІV групою крові можливо.

Дигибридне схрещування

Дигибридне схрещування – це схрещування особин, які відрізняються за двома досліджуваними ознаками.

ІІІ закон Менделя (закон незалежного успадкування ознак)- успадкування кожної ознаки відбувається незалежно одна від іншої, внаслідок чого в другому поколінні з’являються особини з новими (порівняно з батьківськими) комбінаціями прояв ознак.

При запису схеми схрещування використовуємо так звану решітку Пеннета ( Названа так на честь англійського генетика Реджинальда Крандалла Пеннета (1875-1975), який вперше запропонував записувати так хід схрещування).

Типові задачі

Задача№1

У людини карі очі та здатність краще володіти правою рукою домінантна ознака, блакитні очі та здатність краще володіти лівою рукою рецесивна ознака. Кароокий лівша, батька якого мав блакитні очі, одружився с блакитноокою правшею, мати якої краще володіла лівою рукою. Визначте якими в них будуть діти.

Розв’язування:

А – карі очі, а – блакитні очі;

В – краще володіння правою рукою,в - краще володіння лівою рукою.

Визначаємо генотип чоловіка: батька кароокий, тому у нього може бути генотип Аа та АА, але його батька блакитноокий, тому чоловік гетерозиготне за цією ознакою, так як він лівша, а це рецесивна ознака(виявляється тільки в гомозиготному стані). Робимо висновок, що генотип чоловіка – Аавв. Визначаємо генотип жінки: блакитноока(аа), але парворука, тому може бути Вв або ВВ, за умовами мати жінки краще володіла лівою рукою, робимо висновок, що жінка гетерозиготна за цією ознакою, генотип жінки – ааВв.

Схема схрещування:

Р ааВв × Аавв

Гамети аВ, ав Ав, ав

F₁ Генотипи дітей:

Фенотипи дітей:

25% - кароокі праворукі (АаВв)

25% - карокі ліворукі (Аавв)

25% - блакитноокі праворукі (ааВв)

25% - блакитноокі ліворукі (аавв)

Задача№2

У томатів нормальна висота і червоний колір плодів – домінантні ознаки, а карликовість і жовтоплідність – рецесивні. Які плоди можуть бути у рослин, отриманих унаслідок схрещування гетерозиготних рослин за двома ознаками?

Розв’язування:

А- нормальний зріст, а – карликовість;

В- червоний колір плода, в – жовтий колір плода.

За умовами задачі рослини гетерозиготні за двома ознаками, тому генотип буде однаковий АаВв.

Схема схрещування:

Р АаВв × АаВв

Гамети АВ, Ав, аВ, ав АВ, Ав, аВ, ав

F₁ Генотип нащадків:

Фенотипи нащадків:

9- нормальний зріст і червоний колір плоду (ААВВ, ААВв, АаВВ, )

3- карликовість і червоний колір плоду (ааВв, ааВВ, ааВв)

3 – нормальний зріст і жовтий колір (Аавв, Аавв, Аавв)

1 – карликовість і жовтий колір плоду (аавв)

Проміжне успадкування

У деяких випадках один алель гена несповна домінує над іншим алелем. За такої умови спостерігається проміжне успадкування (неповне домінування). При проміжному успадкування домінантний алель виявляється тільки в гомозиготному стані. Умовно домінантний алель в схемах схрещування позначають –.

Типові задачі

Задача№1

Серпоподібнаклітинна анемія успадковується як ознака з неповним домінуванням. Гомозиготні індивіди рано вмирають, гетерозиготні життєздатні й мають особливу форму гемоглобіну. Малярійний плазмодій не здатний живитися цим гемоглобіном, тому гетерозиготи не хворіють на малярію. Яка ймовірність народження дітей, стійких до малярії, у родині, де один з батьків гетерозиготний, а другий нормальний за цією ознакою?

Розвязування:

Серпоподібна клітинна анемія, а - норма.

За умовами задачі індивіди з генотипами:

- рано вмирають;

а - життєздатні і мають особливу форму гемоглобіну, не хворіють на малярію;

аа - нормальний за цією ознакою.

Схема схрещування:

Р а × аа

Гамети: , а а, а

F₁ а а аа аа

Відповідь: 50% дітей будуть народжуватися стійких до малярії.

Задача№2

Червоний колір квітки у ротиків визначається алелем , білий - а. Рослини з генотипом а мають рожеві квітки. При схрещуванні рослин з рожевими квітками яке можна очікувати потомство?

Розвязування:

- червоний колір квітки, а – білий. За умовами задачі червоний колір ознака з неповним домінуванням, тому вона буде виявлятися тільки в гомозиготному стані - .

Схема схрещування:

Р а × а

Гамети , а ; а , а.

F₁ а а аа

- рослини які мають червоний колір квітки – 25%

а - рослини які мають рожевий колір квітки - 50%

аа - рослини які мають білий колір квітки 25%

Зчеплене успадкування

( встановив Томас Хант Морган)

Зчеплене успадкування – сумісне успадкування генів, які міститься в одній хромосомі.

Кросинговер – це обмін ділянками між гомологічними хромосомами.

Група зчеплення – гени одної хромосоми.

Кількість груп зчеплення дорівнює галоїдному набору хромосом (n).

- запис генотипу, якщо гени розташовані в одній парі хромосом

АВ,ав – некросоверні типи гамет.

Ав, аВ – кросоверні типи гамет, вони містять нові комбінації алелів.

Частота кросинговеру між генами прямо пропорційна відстані між ними.

Морганіда – умовна одиниця відстані між генами в одній хромосомі.

1 морганіда – 1% кросинговеру.

Типові задачі

Задача №1

У дрозофіли трапляється червоний і білий колір очей, сіре забарвлення тіла та чорне. Гени кольору очей та тіла локалізовані в одній парі гомологічних хромосом. Яке буде потомство від схрещування гетерозиготної самки з сірим тілом та червоні очі зі самцем з чорним забарвлення тіла і білими очима? Червоний колір очей та сіре забарвлення тіла домінантні ознаки та відстань між ним складає 4 морганіди.

Розвязування:

А- червоні очі, а – білі очі

В – сіре забарвлення тіла, в- чорне забарвлення тіла.

За умовами задачі самка гетерозиготна і ознаки забарвлення очей та тіла знаходяться в одній парі гомологічних хромосом, тому генотип будемо записувати як - . Самець має рецесивні ознаки тому його генотип - .

Схема схрещування:

Р ×

Гамети АВ, ав, аВ, Ав.

Так як відстань між генами складає 4 морганіди, значить частота кросинговеру є 4%. Кросоверні гамети аВ та Ав, частота кросинговеру складає 4%, тому на кожний тип гамет припадає по 2%. Некросоверні гамети АВ і ав на них припадає 96% (100%-4% = 96%) тому на кожний тип гамет – 48%.

F₁

Задача№2

У пацюків темне забарвлення шерсті домінує над світлим, рожевий колір очей над червоним. Гени які відповідають за ці ознаки, успадковуються зчеплено. Від схрещування рожевооких темношерстних пацюків із червоноокими світло шерстними отримано потомство: 154 – особи світлошерстних червонооких, 38 – світлошерстних рожевооких, 32 – темношерстних червонооких, 126 – темношерстних рожевооких. Визначте частоту кросинговеру та відстань між генами.

Розвязування:

За умовами задачі схрестили пацюків темношерстних рожевооких з світлошерстними червоноокими. В потомстві присутні 154 – особи, світлошерстних червонооких та 126 – темношерстних рожевооких. Робимо висновок, що це некросоверні особи (154 +126 = 280). Також в потомстві є 38 – світлошерстних рожевооких, 32 – темношерстних червонооких. Присутні нові комбінації робимо висновок, що це кросоверні особи (38+32 = 70).

В сумі усіх потомків: 280 + 70 = 350. Складаємо пропорцію:

350 - 100%

70 - х%

х = 70х100:350 =20%. Якщо частота кросинговеру дорівнює 20% то відстань між генами дорівнює 20 морганід.

Успадкування, зчеплене зі статтю

В хромосомному наборі організмів розрізняють нестатеві хромосоми (аутосоми), і статеві хромосоми. Ще наприкінці ХІХ століття вчені звернули увагу на те, що хромосомні набори самців і самок різняться за будовою хромосом однієї з пар. Залежно від цього стать, яка утворює один тип гамет, називається гомогаметною (ХХ), а стать, яка утворює різни типи гамет – гетерогаметною (ХY, ХО).

Існують чотири типи хромосомного визначення статі:

1. ХХ - жіноча, ХY – чоловіча: у ссавців, ракоподібних, більшості земноводних, комах (крім метеликів);

2. ХХ – чоловіча, ХY – жіноча: у метеликів, птахів, плазунів;

3. ХХ - жіноча, ХО – чоловіча: у клопів, мух;

4. ХО – жіноча, ХХ – чоловіча : у молі, живородної ящірки.

Існують деякі ознаки, на характер успадкування яких впливає стать організму. Це пояснюється неоднаковим складом генів у Х- та Y-хромосом. У людини зчеплено зі статтю успадковується майже 150 ознак, зокрема деякі захворювання (дальтонізм, гемофілія, цукровий діабет тощо).

В схемах схрещувань указують, у який статевій хромосомі міститься даний алель:

Х^H –домінантний алель нормального зсідання крові, X^h - рецесивний алель гемофілії; X^D - домінантний алель нормального колірного зору, X^d - рецесивний алель дальтонізму.

Типові задачі

Задача№1

Дочка гемофіліка виходить заміж за сина іншого гемофіліка, причому наречений і наречена не хворіють на гемофілію. Визначте ймовірність народження хворої дитини на гемофілію.

Розвязування:

За умовами задачі наречена не хворіє на гемофілію, тому в її генотипі присутня домінантна ознака Х^H, так як її батька був гемофіліком (Х^hY), то дочка буде гетерозиготна за цією ознакою: Х^Н Х^h. Наречений теж не хворіє на гемофілію, отже його генотип - Х^НY.

Схема схрещування:

Р Х^Н Х^h × Х^НY

Гамети Х^Н , Х^h; Х^Н , Y.

F₂ Х^Н Х^Н , Х^Н Х^h , Х^НY , Х^hY.

Відповідь: ймовірність народження хворої дитини – 50% тільки хлопчики.

Аналізуюче схрещування

Аналізуюче схрещування – це схрещування особин невідомого генотипу з особиною, гомозиготною за рецесивним алелем.

Типові задачі

Задача№1

У півнів нормальне оперення це домінантна ознака, шовковисте – рецесивна. Як легше всього перевірити, півень з нормальним оперенням є гомозиготним чи гетерозиготним?

Розвязування:

А – нормальне оперення, а – шовковисте оперення.

Півень з нормальним оперенням може мати два різних генотипа за цією ознакою:

• АА – гомозиготний;

• Аа – гетерозиготний.

Щоб визначити генотип півня треба взяти курицю з шовковистим оперенням(генотип аа).

Схема схрещування:

1. Р Аа × аа

Гамети А, а; а,а.

F₁ Аа, Аа, аа, аа.

Якщо при схрещуванні півня з нормальним оперенням і куриці з шовковистим оперенням в потомстві буде 50% особин з шовковистим оперенням, робимо висновок, що півень гетерозиготний.

1. Р АА × аа

Гамети А,А; а, а.

F₁ Аа, Аа, Аа, Аа.

Якщо при схрещуванні півня з нормальним оперенням і куриці з шовковистим оперенням в потомстві буде 100% особин з нормальним оперенням, робимо висновок, що півень гомозиготний.

Задачі для самостійного рішення

1. Який колір квітів буде у гібридів першого покоління білих та рожевих троянд по генотипу та по фенотипу, якщо білий кольор- рецесивна ознака?

2. Схрещено ромашку білу (домінант гомозиготний) махрову з жовтою звичайною(домінант гомозиготний). Записати генетичну схему схрещування для Р, F₁, F₂.

3. У людини буває два види сліпоти і кожен визначається власним рецесивним аутосомним геном. Гени обох ознак знаходяться у різних парах хромосом. Визначте імовірність народження дитини сліпою, якщо батьки її зрячі, а обидві бабусі страждають на однаковий вид спадкової сліпоти, а за другою парою генів, що аналізуються, вони нормальні і гомозиготні; у родоводі з боку дідусів спадкової сліпоти не відзначено.

4. Які генотипи батьків, якщо від схрещування томата з кулястими жовтими плодами із томатом, що дає грушоподібні червоні плоди, отримано 25 % особин з кулястими червоними плодами, 25 % - з кулястими жовтими плодами, 25 % - з грушоподібними жовтими плодами і 25 % - із грушоподібними червоними плодами?

5. У пологовому будинку переплутали двох хлопчиків (назвемо їх умовно Роберт, Рома). Батьки одного із них мають I і IV групи, батьки другого I і III групи крові. Лабораторний аналіз показав, що у Роми – I група, а у Роберта – II група крові. Визначте, хто чий син.

6. Чоловік, хворий на гемофілію, одружується зі здоровою жінкою, батько якої потерпав від гемофілії. Визначте ймовірність народження в цій родині здорових дітей.

7. Схрещено му'х дрозофіл із сірим тілом та червоними очима й чор­ ним тілом і білими очима. У ре­ зультаті аналізуючого схрещуван­ ня отримано потомство: з чорним тілом та білими очима -99 осо­ бин, сірим тілом та червоними очима - 1 О 1, чорним тілом та червоними очима -24, сірим ті­ лом та білими очима-26. Визна­ чИТи частоту кросинговеру.

8. Схрестили особини CCDD та ccdd, причому гени С(с) та D(d) зчеплені та знаходяться на відста­ ні 16 морганід. Отриманий гібрид схрещено з рецесивною батьків­ ською особиною. Яке потомство виникне у F1 та F2?