На каких растениях проводил. Грегор Мендель — Отец современной генетики. Растения гороха, на которых ставил опыты Г.Мендель

Достижения:

Профессиональная, социальная позиция: Мендель — австрийский ботаник, августинский монах, игумен, аббат.

Основной вклад (чем известен): Мендель — австрийский ботаник, который открыл основополагающие принципы наследственности и заложил основы современной генетики. Его теория является одной из базовых систем биологии.
Вклады: Мендель показал, что наследование этих признаков подчиняется определенным законам, которые теперь называются.
Законами Менделя о наследственности и, которые описывают порядок передачи наследственных признаков из поколения в поколение:
Закон единицы символов (генов) говорит, что характеристики индивидуальности находятся под контролем наследственных факторов, пар элементарных единиц,которые теперь известных как гены.
Закон доминирования говорит , что некоторые унаследованные факторы доминируют и может маскировать другие, рецессивные факторы.
Закон расщепления (сегрегации) говорит, что факторы пары разделяются во время воспроизведения, так что только один из факторов влияет на потомство.
Закон независимого комбинирования, который говорит, что индивидуальные черты организма передаются независимо друг от друга.
Принцип неполного доминирования, гласит, что для некоторых характеристик ни один из генов не является доминирующим.
Он опубликовал свои результаты в 1865 г., но его работы были проигнорированы. Важность работ Менделя не была признана вплоть до 1900 года, когда три ботаника, Карл Эрих Корренс, Эрих фон Чермак и Гуго де Фриз, работающие независимо друг от друга пришли к аналогичным выводам, и в процессе этого, открыли его работы.
На протяжении 1930-х и 1940-х годов была создана современная синтетическая теория объединяющая менделевскую генетику с теорией Дарвина о естественном отборе.
Его система оказалась обще применимой и является одной из базовых систем биологии.
Основные труды: Versuche über Pflanzen-Hybride «Трактаты о растительных гибридах», 1865.

Жизнь:

Происхождение: Грегор Мендель родился 20 июля 1822 г. в семье этнических немцев в Хейнцендорфе, Австрийской империи и был крещен два дня спустя. Он был сыном Антона и Розины Менделя и имел одну старшую сестру Веронику, а также младшую Терезию. Его предки были фермерами и его отцу приходилось тяжело работать как крепостному. Уже тогда Мендель проявлял большую любовь к природе и пронес эту любовь через всю свою жизнь. В детстве Мендель много работалв саду и изучал пчеловодство.
Образование: В 1831 году он был направлен в школу пиаристов в Липнике и в возрасте 12 лет в гимназию в Oпава (Троппау). В молодости в 1840-1843 годах он учился в Философском институте в г. Ольмюц. С 1844 по 1848 г. он учился в Брюннском богословском институте, а позже в Венском университете.
Основные этапы профессиональной деятельности: Между 1856 и 1865 гг. он провел ряд экспериментов с растениями гороха и его открытия стали математическим обоснованием основ генетики.
По рекомендации своего учителя физики Фридриха Франца, он в 1843 году поступил в монастырь августинцев Св.Томаса (Св. Фомы) в Брюнне. Урожденный Иоганн Мендель, при вступлении в монашество взял имя Грегор. В 1847 году он был рукоположен в священники и служил в течение короткого времени в качестве викария в монастыре Старого Брюнне.
В 1851 он был отправлен на обучение в Венский университет и в 1853 году возвратился к себе в аббатство как учитель, главным образом физики. В то время августинцы преподавали философию, иностранные языки, математику и естественные науки в средних школах и университетах.
В это время наряду с преподаванием и богословскими исследованиями, Мендель обучался сельскому хозяйству, плодоводству и виноградарству в Институте философии в Брюнне. Окруженный атмосферой динамической активности, Мендель нашел оптимальные условия для учебы, а затем и для своей исследовательской работы. Он был вдохновлен своими университетскими профессорами и его коллегами из монастыря, на проведение исследований изменений в растениях. Свои основные исследования он проводил с 1856 по 1865 год в саду своего монастыря.
В 1868 году Мендель стал настоятелем монастыря Святого Фомы и больше не занимался научными исследованиям. В свое свободное время, на протяжении 10 лет, он вырастил по меньшей мере 29 000 растений гороха. Он заботливо осуществлял их перекрестное опыление, упаковывая их для защиты от случайного оплодотворения, а затем описывал вырастающие из семян растения.
Он каталогизировал последующие поколения гороха со статистической точностью, стараясь определить причины возникновения таких различных признаков как, высота (высокие или короткие), цветочные цвета (зеленый или желтый) и форму при воспроизведении.
Основные этапы личной жизни: Мендель был добродушным и бесконфликтным человеком. Его очень любили прихожане, ученики и монахи. Он никогда не был женат и не имел детей.
Мендель умер 6 января 1884 года, в возрасте 61 года, в Брно, Моравия, Австро-Венгрия (ныне Чехия).
Изюминка : С сорока лет и до конца дней Мендель страдал от избыточного веса. В его монастырской квартире был устроен маленький зверинец. Чарльз Дарвин не был знаком с работами Менделя. Мендель умер так и не зная, что он станет известен как отец генетики. После его смерти, его преемник аббат сжег все документы из коллекции Менделя, чтобы избежать налогообложения.

Кратко описывающую основные этапы «разоблачения» опытов Грегора Иоганна Менделя. Имя этого ученого присутствует во всех школьных учебниках биологии, так же как и иллюстрации его опытов по разведению гороха. Мендель по праву считается первооткрывателем законов наследственности, которые стали первым шагом на пути к современной генетике.

Схема наследования признаков, выведенная Менделем

Масштабный эксперимент, проведенный интересовавшимся естественными науками монахом-августинцем, длился с 1856 по 1863 год. За эти несколько лет Мендель отобрал 22 сорта гороха, которые четко отличались между собой по определенным признакам. После этого исследователь приступил к опытам по так называемому моногибридному скрещиванию: Мендель скрещивал сорта, которые отличались друг от друга только цветом семян (одни были желтые, другие — зеленые).

Выяснилось, что

при первом скрещивании семена зеленого цвета «исчезают» — это правило получило название «закон единообразия гибридов первого поколения». Зато во втором поколении зеленые семена появляются снова, причем в соотношении 3:1.

(Мендель получил 6022 желтых семени и 2001 зеленое.) Исследователь назвал «победивший» признак доминантным, а «проигравший» — рецессивным, а выявленная закономерность стала известна как «закон расщепления».

Это правило означает, что 75% гибридов второго поколения будут обладать внешними доминантными признаками, а 25% — рецессивными. Что касается генотипа, то здесь соотношение будет следующим: 25% растений будут наследовать доминантный признак и от отца, и от матери, гены 50% будут нести в себе оба признака (проявится при этом доминантный — желтые горошины), а оставшиеся 25% окажутся полностью рецессивными.

Третий закон Менделя — закон независимого комбинирования — был выведен исследователем в ходе скрещивания растений, которые отличались друг от друга несколькими признаками. В случае с горохом это был цвет горошин (желтый и зеленый) и их поверхность (гладкая или морщинистая). Доминантными признаками были желтый цвет и гладкая поверхность, рецессивными — зеленая окраска и морщинистая поверхность. Грегор Мендель выяснил, что между собой эти признаки будут комбинироваться независимо друг от друга. При этом легко подсчитать, что по фенотипу — внешним признакам — потомство будет делиться на четыре группы: 9 желтых гладких, 3 желтых морщинистых, 3 зеленых гладких и 1 зеленая морщинистая горошина.

Если учитывать результаты расщепления по каждой паре признаков в отдельности, то получится, что отношение числа желтых семян к числу зеленых и отношение гладких семян к морщинистым для каждой пары равно 3:1.

В 1866 году результаты работы Грегора Менделя были опубликованы в очередном томе «Трудов Общества естествоиспытателей» под названием «Опыты над растительными гибридами», но у современников его работа интереса не вызвала. В 1936 году генетик-теоретик и статистик из Кембриджского университета Рональд Фишер заявил, что полученные Менделем результаты «слишком хороши, чтобы быть правдой». Однако обвинять исследователя в подтасовке фактов начал не он — судя по всему, первым это сделал Уолтер Уэлдон, биолог из Оксфордского университета. В октябре 1900 года, спустя несколько месяцев после возобновления интереса к работам Менделя, ученый написал в личном послании своему коллеге, математику Карлу Пирсону, что он наткнулся на исследование «некоего Менделя», который занимался скрещиванием гороха. На протяжении последующего года Уэлдон исследовал работу монаха и все более убеждался в том, что полученные Менделем пропорции не были бы такими «чистыми» при использовании реально существующих в природе — а не искусственно выведенных — сортов гороха.

Кроме того, биолога смутило и то, что Мендель оперировал бинарными категориями: желтый — зеленый, гладкий — морщинистый. По мнению Уэлдона, такое четкое разделение признаков весьма далеко от реальности: так, к какой категории исследователь относил семена желто-зеленого, неопределенного цвета?

Скорее всего, классифицировались они так, чтобы вписаться в предложенную модель, утверждал биолог, которому приводимые Менделем цифры — 5474 горошины с доминантным признаком из 7324 выращенных семян (то есть 74,7%, тогда как теоретически их должно было оказаться 75%) — показались слишком «хорошими». «Он либо лжец, либо волшебник», — так писал Уэлдон в письме Пирсону в 1901 году.

Иллюстрация из статьи Уэлдона 1902 года. Изображения наглядно демонстрируют, что не все семена можно классифицировать как «желтые», «зеленые», «гладкие» или «морщинистые»

Впрочем, некоторые из тех, кто нашел результаты Менделя неправдоподобно хорошими, все же решили выступить в его защиту — одним из таких ученых стал и Рональд Фишер. Он заявил, что теоретическая модель наследования признаков должна была родиться непосредственно после начала экспериментов — а разработать ее мог только действительно выдающийся ум. Тщательно подготовленной иллюстрацией теории опыты, по мнению Фишера, стали позже, причем «подтасовывать» результаты разведения гороха мог не сам ученый, а ухаживавшие за растениями садовники, которые были знакомы с теоретическими выкладками исследователя.

К середине ХХ века дебаты вокруг вопроса о соблюдении Менделем научной этики несколько утихли — связано это было с тем, что генетика в то время находилась под сильным влиянием политических факторов, в частности, засилья «лысенковщины» в Советском Союзе.

В этих условиях западные ученые предпочитали не высказывать вслух сомнений в достоверности опытов Менделя, и тема была забыта, однако, по всей видимости, лишь на время.

Авторы статьи в Science еще раз утверждают, что приводимые им цифры слишком хороши, чтобы быть правдой, классификация признаков лишь по двум категориям не оправданна, а также соглашаются с тем, что монах мог считать желтые горошины как зеленые, если это лучше вписывалось в теорию. Тем не менее заслуги ученого это не умаляет: сформулированные им законы действительно работают, а их открытие стало первой ступенью развития современной генетики.

Закономерности наследования признаков

Кто был первооткрывателем закономерностей наследования признаков?

На каких растениях проводил опыты Г. Мендель?

Благодаря каким приемам Г. Менделю удалось вскрыть законы наследования признаков?

Честь открытия количественных закономерностей наследования признаков при. надлежит чешскому ботанику-любителю Грегору Менделю.

Г. Мендель проводил свои опыты на горохе, так как это растение легко поддается разведению и имеет короткий период развития. Он наблюдал за наследованием только одного или нескольких признаков, по которым проводил свои исследования, что значительно упрощало задачу.

Ученый работал с растениями, относящимися к чистой линии, в ряду поколений которых при самоопылении не наблюдалось расщепления по данному признаку.

Г. Мендель изучал Наследование альтернативных т. е. взаимоисключающих, признаков.

Он использовал в своих исследованиях точные математические методы.

Что такое гибридизация?

Какое скрещивание называют моногибридным? дигибридным?

Скрещивание двух организмов называют гибридизацией.

Моногибридным называют скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных

(взаимоисключающих) признаков. Дигибридным называется скрещивание, при котором рассматривается наследование и производится точный количественный учет потомства по двум парам альтернативных признаков, а точнее, по взаимоисключающим вариантам этих признаков.

Сформулируйте первый закон Менделя.

Первый закон Менделя - закон единообразия первого поколения (закон доминирования)

При скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям (т. е. двух гомозиготных организмов), отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков, все первое поколение гибридов Г окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Этот признак получил название доминантного.

Что такое неполное доминирование? Приведите примеры.

В гетерозиготном организме доминантный ген не всегда подавляет проявление регрессивного гена. В ряде случаев гибрид первого поколения F 1 не воспроизводит полностью ни одного из вариантов родительских признаков, и выраженность признака носит промежуточный характер. Так, при скрещивании ночной красавицы с красной окраской цветов с растениями, имеющими белые цветки, все потомки F1 обладают розовой окраской венчика.

Сформулируйте второй закон Менделя.

Второй закон Менделя - закон расщепления

При скрещивании двух потомков первого поколения F 1между собой (двух гетерозиготных организмов) во втором поколении F2 будет наблюдаться расщепление по фенотипу 3: 1, по генотипу 1:2:1.

То есть по фенотипу три четверти потомства будет нести доминантный признак, а одна четверть потомства окажется рецессивной. По генотипу 25% потомства будет гомозиготным по доминантному гену, 50% гетерозиготным, а 25"/о гомозиготным по рецессивному гену.

Гомозиготный организм – организм, у которого в одних и тех же локусах гомологичных хромосом лежат одинаковые последовательности нуклеотидов аллельные гены. В формальной генетике можно считать организм гомозиготным, если оба аллеля обеспечивают одинаковое проявление признака (например, желтый и желтый). Гетерозиготный организм - организм, у которого в одних и тех же локусах гомологичных хромосом лежат разные по последовательности нуклеотидов аллельные гены, т. е. гены, определяющие различные проявления признака (например, желтый и зеленый).

Что такое «чистота гамет»?

На каком явлении основан закон чистоты гамет?

Наследственные факторы при образовании гибридов не смешиваются, я сохраняются в неизменном виде. Половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельной пары.

Закон чистоты гамет

Гаметы генетически чисты, так как в них находится только один ген из каждой аллельной пары.

Обоснуйте основные положения третьего закона Менделя.

Третий закон Менделя - закон независимого комбинирования признаков

При скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга по двум или более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Закон независимого комбинирования справедлив для аллельных нар, расположенных и разных гомологичных хромосомах. При дигибридном скрещивании во втором поколении гибридов будет наблюдаться расщепление по фенотипу в соотношении 9: 3: З: 1, т. е. 9/16 потомства будет нести оба доминантных признака, 3/16 потомства - один доминантный, а второй рецессивный, 3/16 потомства будет рецессивным по первому и доминантным по второму признакам и 1/16 должна оказаться рецессивной по обоим признакам. Расщепление же по каждому признаку отдельно составит 8: 1, как при моногибридном скрещивании.

Что такое сцепление генов?

Явление совместного наследования генов, локализованных в одной хромосоме, называется сцепленным наследованием, а локализация генов в одной хромосоме сцеплением генов.

Сцепленное наследование генов, локализованных в одной хромосоме, называют законом Моргана.

Явление, при котором гены, расположенные в одной хромосоме, всегда наследуются совместно, называют полным сцеплением. Это возможно, если гены расположены s одной хромосоме непосредственно друг за другом и кроссинговер между ними практически невероятен. Если гены расположены в хромосоме на некотором расстоянии друг от друга, то вероятность кроссинговера между ними повышается. В результате кроссинговера сцепление может нарушаться, и возникают гаметы с перекомбинированными генами. Такое сцепление генов называется неполным.

Что собой представляет группа сцепления? Какие хромосомы включают в одну группу сцепления?

Все гены входящие в одну хромосому, передаются по наследству совместно и составляют группу сцепления.

Поскольку гомологичные хромосомы несут аллельные гены, отвечающие за развитие одних и тех же признаков, в группу сцепления включают обе гомологичные хромосомы. Таким образом, количество групп сцепления соответствует числу хромосом в гаплоидном наборе. Например, у человека 2п = 4б хромосом 23 группы сцепления, у дрозофилы 2п =8 хромосом - 4 группы сцепления.

Какие процессы могут нарушать сцепление генов?

Причиной нарушения сцепления генов служит кроссинговер - перекрест хромосом в профазе 1 мейотического деления.

Чем дальше друг от друга гены расположены в хромосоме, тем выше вероятность перекреста между ними и тем больше процент гамет с перекомбинированными генами, а следовательно, и больше особей в потомстве, отличных от родителей. За единицу расстояния между генами в одной хромосоме принят 1% кроссинговера, названный одной морганидой.

Какие хромосомы называют половыми?

Какой пол называют гомогаметным и какой - гетерогаметным? Приведите примеры.

Хромосомы, которыми мужской и женской пол отличаются друг от друга, называют половыми. или гетерохромосомами. Половые ХРОМОСОМЫ у женщин Одинаковые, их называют Х-хромосомами. У мужчин имеется одна Х- и одна У-хромосома.

Определение пола будущего организма происходит в момент оплодотворения и определяется сочетанием половых хромосом в зиготе. У человека гомогаметным является женский пол, т. е. все яйцеклетки несут Х-хромосому. Мужской пол гетерогаметен, т. е. существуют сперматозоиды двух типов - несущие Х-хромосомy и несущие У-хромосому.

Что такое сцепление генов с попом?

Приведите примеры наследовании гена, сцепленного с полом.

Гены, расположенные в половых хромосомах, называют сцепленными с полом.

В половых хромосомах имеются гены, определяющие половую принадлежность организма, а также наследственные факторы.

Почему проявляются в виде признака рецессивные гены, локализованные в Х-хромосоме человека?

В отличие от генов, локализованных в аутосомах при сцеплении с полом, может проявиться и рецессивный ген, имеющийся в генотипе в единственном числе. Это происходит в тех случаях, когда рецессивный ген, сцепленный с Х-хромосомой, попадает в гетерогаметный организм.

Приведите примеры доминантных и рецессивных признаков у человека.

Доминантными признаками у человека являются карий цвет глаз, темный цвет волос, курчавые волосы; а рецессивными светлые прямые волосы, голубые или серые глаза.

Какие из исследованных Г. Менделем признаков гороха наследуются как доминантные?

Доминантными признаками являются:

1) форма семян гороха - гладкая;

2) окраска семян - желтая;

3) положение цветков - пазушные цветки;

4) окраска цветков - красная;

5) длина стебля - длинные стебли;

6) форма стручки - простые бобы;

7) окраска стручка - зеленая.

Приведите примеры влияния генов на проявление других, аллельных генов.

Как взаимодействуют между собой различные варианты генов, входящие в серию множественных аллелей?

Различают несколько форм взаимодействия аллельных генов. Во-первых, полное доминирование - явление, которое Заключается В том, что ОДИН аллельный ген полностью подавляет другой и проявляется в виде признака. Например, у гороха ген, обусловливающий желтую окраску семян (А), подавляет ген, определяющий зеленую окраску семян (а). Поэтому у гетерозигот (Аа) семеня окрашены в желтый цвет.

Во-вторых, неполное доминирование, выражающееся в том, что ни один из аллельных генов полностью не подавляет другой аллель. У ночной красавицы ген А отвечает за развитие красной окраски венчика цветка (АА), ген а - белой окраски (аа). Гетерозиготные растения (Аа) обладают розовыми цветками.

Третья форма взаимодействия аллельных генов - кодоминирование - совместное проявление обоих аллелей, которые не оказывают влияние друг па друга. Например, при определении групп крови у человека (система АВО) ген I^ обусловливает развитие II (А) группы, а ген Iв образует антиген (агглютиноген) В. расположенный на эритроцитах у лиц с III (В) группой крови.

Наконец, сверхдоминирование - явление, лежащее в основе гетерозиса (эффекта гибридной силы). Гетерозиготы, генотип которых содержит два разных аллеля (Аа), проявляют повышенную жизнеспособность и плодовитость, несравнимую с гомозиготными организмами (АА и аа).

Охарактеризуйте формы взаимодействия неаллельных генов.

(Теги: генов, закон, называют, хромосоме, друга, сцепления, хромосом, человека, скрещивании, признака, организм, хромосомы, Приведите, например, примеры, между, сцепление, подавляет, Какие, цветков, семян, окраска, отличающихся, форма, поколения, наследуются, разных, окраски, расщепление, группы, генами, гомологичных, первого, кроссинговера, аллельные, взаимоисключающих, Наследование, полом, второй, расположены, локализованных, рецессивный, группу, полностью, гомозиготным, половых, взаимодействия, называется, нести, хромосомах, другой, парам, организма, нуклеотидов, аллелей, расположенные, аллеля, следовательно, несут, определяющие, включают, перекомбинированными, доминантных, признаками, обладают, обусловливает, больше, горошка, являются, происходит, красавицы, групп, Доминантными, Половые, несущие, синтез, окажется, неполное, волосы, генотипе, мужской, генотипу, Какой, гомогаметным, локусах, независимого, доминантные, гомологичные, дигибридным, всегда, наблюдаться, окраску, факторы, сцеплением, Менделю, половыми, крови, случаях, душистого, рассматривается)

Ботаника. Цикл статей “Удивительные опыты с растениями”

Газета “Биология”, №3, 2000 г.

41. Опыт с зеленой горошиной

Этот опыт впервые был поставлен крупнейшим исследователем проблемы раздражимости растений индийским ученым Д.Ч. Босом. Он показывает, что резкое повышение температуры вызывает в семенах появление токов действия. Для опыта нужны несколько зеленых (несозревших) семян гороха посевного (бобов, фасоли), гальванометр, препаровальная игла, спиртовка.

Соедините внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром. Очень осторожно в бюксе нагрейте горошину (не повреждая) приблизительно до 60 °С.

При повышении температуры клеток гальванометр регистрирует разность потенциалов до 0,1–2 В. Вот что отметил по поводу этих результатов сам Д. Ч. Бос: если собрать 500 пар половинок горошин в определенном порядке в серии, то суммарное электрическое напряжение составит 500 В.

Самыми чувствительными у растений являются клетки точек роста, находящиеся на верхушках побегов и корней. Многочисленные, обильно ветвящиеся побеги и быстро нарастающие в длину кончики корней как бы ощупывают пространство и передают информацию о нем в глубь растения. Доказано, что растения воспринимают прикосновение к листу, реагируя на него изменением биопотенциалов, перемещением электрических импульсов, изменением скорости и направления передвижения гормонов. Например, кончик корня реагирует более чем на 50 механических, физических, биологических факторов и всякий раз при этом выбирает наиболее оптимальную программу для роста.

Убедиться в том, что растение реагирует на прикосновения, особенно частые, надоедливые, можно на следующем опыте.

42. Стоит ли трогать растения без надобности

Познакомьтесь с тигмонастиями – двигательными реакциями растений, вызванными прикосновениями.

Для опыта в 2 горшка высадите по одному растению, желательно без опушения на листьях (бобы, фасоль). После появления 1–2 листьев начинайте воздействие: листья одного растения слегка трите между большим и указательным пальцем 30–40 раз ежедневно в течение 2 недель.

К концу второй недели различия будет видны отчетливо: растение, подвергавшееся механическому раздражению, отстает в росте.

Влияние на рост растений механического воздействия

Результаты опыта свидетельствуют, что длительное воздействие на клетки слабыми раздражителями может привести к торможению процессов жизнедеятельности растений.

Постоянным воздействиям подвергаются растения, высаженные вдоль дорог. Особенно чувствительны ели. Их ветви, обращенные к дороге, по которой часто ходят люди, ездят машины, всегда короче ветвей, расположенных на противоположной стороне.

Раздражимость растений, т.е. их способность реагировать на разные воздействия, лежит в основе активных движений, которые у растений не менее разнообразны, чем у животных.

Перед тем как приступить к описанию опытов, раскрывающих механизм движения растений, целесообразно ознакомиться с классификацией этих движений. Если растения на осуществление движений затрачивают энергию дыхания, это физиологически активные движения. По механизму изгиба они подразделяются на ростовые и тургорные.

Ростовые движения обусловлены изменением направления роста органа. Это сравнительно медленные движения, например изгибы стеблей к свету, корней к воде.

Тургорные движения осуществляются путем обратимого поглощения воды, сжатия и растяжения специальных двигательных (моторных) клеток, расположенных у основания органа. Это быстрые движения растений. Они свойственны, например, насекомоядным растениям, листьям мимозы.

Более подробно типы ростовых и тургорных движений будут рассмотрены ниже по мере выполнения опытов.

Для осуществления пассивных (механических) движений прямых затрат энергии клетки не требуется. В механических движениях в большинстве случаев цитоплазма не участвует. Наиболее распространены гигроскопические движения, которые вызываются обезвоживанием и зависят от влажности воздуха.

Гигроскопические движения

В основе гигроскопических движений лежит способность оболочек растительных клеток к поглощению воды и набуханию. При набухании вода поступает в пространство между молекулами клетчатки (целлюлозы) в оболочке и белка в цитоплазме клетки, что приводит к значительному увеличению объема клетки.

43. Движения чешуй шишек хвойных, сухого мха, сухоцветов

Изучите влияние температуры воды на скорость движения семенных чешуй шишек.

Для опыта нужны по 2–4 сухие шишки сосны и ели, высушенные соцветия акроклиниума розового или гелихризума большого (бессмертники), сухой мох кукушкин лен, часы.

Рассмотрите сухую шишку сосны. Семенные чешуи подняты, хорошо видны места, к которым были прикреплены семена.

Опустите половину шишек сосны в холодную воду, а вторую – в теплую (40–50 °С). Наблюдайте за движением чешуй. Отметьте время, которое потребовалось для полного их смыкания.

Достаньте шишки из воды, стряхните и проследите за движением чешуй в процессе высыхания.

Отметьте время, за которое чешуи вернутся в исходное состояние, занесите данные в таблицу.

Повторите опыт с теми же шишками несколько раз. Это позволит не только получить более точные данные, но и убедиться в обратимости изучаемого вида движений.

Результаты опыта позволят сделать важные выводы.

1. Движение семенных чешуй шишек обусловлено потерей и поглощением ими воды. Об этом же свидетельствует прямая зависимость движения чешуй от температуры воды: при ее повышении скорость движения молекул воды возрастает, набухание чешуй происходит быстрее.

1. Чтобы набухание чешуй могло изменить их положение в пространстве, строение и химический состав клеток на внешней и внутренней стороне чешуи должны быть различными. Это действительно так. Оболочки клеток верхней стороны чешуй шишек хвойных более эластичны, растяжимы по сравнению с клетками нижней стороны. Поэтому при погружении в воду они поглощают ее больше, быстрее увеличивают свой объем, что приводит к удлинению верхней стороны и движению чешуи вниз. В процессе обезвоживания клетки верхней стороны теряют воду тоже быстрее клеток нижней стороны, что приводит к загибанию чешуи вверх.

Интересно наблюдать вызываемые набуханием движения листьев кукушкина льна либо других листостебельных мхов. У живых растений листья направлены в сторону от стебля, а у сухих – прижаты к нему. Если опустить сухой стебелек в воду, через 1–2 мин листья переходят из вертикального положения в горизонтальное.

Очень красивы движения высушенного соцветия бессмертника. Если сухое соцветие опустить в воду, через 1–2 мин листочки обертки приходят в движение и соцветие закрывается.

Задание. Сравните скорость движения чешуй шишек различных видов хвойных. Зависит ли она от размера шишек? Сравните скорость движения чешуй шишек сосны и ели, листьев мхов и листочков обертки соцветия бессмертника, выявите черты сходства и различия.

44. Гигроскопические движения семян. Гигрометр из семян аистника

Гигроскопические движения играют важную роль в распространении семян различных растений.

Изучите механизм самозакапывания семян аистника, перемещения по почве семян василька полевого.

Для опыта нужны семена аистника (грабельника), василька синего, лист плотной бумаги, часы, предметное стекло.

Аистник – распространенное в Белоруссии растение. Свое название получило благодаря сходству плода с головой аиста.

Рассмотрите внимательно строение сухого плода аистника. Доли зрелого коробочковидного плода снабжены длинной остью, в нижней части спирально закрученной. Плод покрыт жесткими волосками.

На предметное стекло нанесите каплю воды и опустите в нее сухой плод. Закрученная спиралью нижняя часть начинает раскручиваться, и плод, не имеющий опоры на стекле, совершает вращательные движения.

После полного выпрямления ости перенесите плод на сухую часть стекла. По мере высыхания нижняя часть снова закручивается в спираль и вызывает вращение плода.

Проведите хронометраж опыта, сравнивая скорости процессов раскручивания и закручивания спирали.

Механизм движения плода аистника тот же, что и чешуй шишек хвойных, – различие в гигроскопичности клеток ости.

Наблюдения за движением плода в капле воды позволяют понять поведение его в почве. Когда плод падает на землю, верхний конец ости, загнутый под прямым углом, цепляется за окружающие его стебельки и остается неподвижным. При закручивании и раскручивании спирального участка нижняя часть плода с семенем ввинчивается в землю. Путь назад преграждают жесткие, отогнутые вниз волоски, покрывающие плод.

Чтобы изготовить примитивный гигрометр, в кусочке картона или дощечке, покрытой белой бумагой, проделайте отверстие и закрепите в нем нижний конец плода. Для калибровки прибора сначала высушите, затем смочите ость водой и отметьте крайнее положение. Размещать прибор лучше на улице, где колебания влажности выражены более резко, чем в помещении.

Аистник – не единственное растение, способное к самозакапыванию семян. Сходное строение и механизм распространения имеют ковыли, овсюг, лисохвост.

Плоды василька (семянки с хохолком из твердых щетинок) не способны к самозакапыванию. При колебаниях влажности почвы щетинки попеременно опускаются и поднимаются, толкая плод вперед.

Задание. Соберите семена василька, лисохвоста, овсюга. Изучите поведение их во влажной и сухой среде, сравните с аистником.

Тропизмы

Умнейшее создание природы,

Всегда растущее из рода в роды –

В земле корнями, в небе – головой...

В. Рождественский

В зависимости от строения органа и действия факторов внешней среды различают два вида ростовых движений: тропизмы и настии .

Тропизмы (от греч. «тропос» – поворот), тропические движения – это движения органов с радиальной симметрией (корень, стебель) под влиянием факторов внешней среды, которые действуют на растение односторонне. Такими факторами могут быть свет (фототропизм), химические факторы (хемотропизм), действие силы земного тяготения (геотропизм), магнитное поле Земли (магнитотропизм) и др.

Эти движения позволяют растениям располагать листья, корни, цветки в положении, наиболее благоприятном для жизнедеятельности.

45. Гидротропизм корня

Одно из наиболее интересных видов движения – движение корня к воде (гидротропизм). Наземные растения испытывают постоянную потребность в воде, поэтому корень всегда растет в ту сторону, где содержание воды выше. Гидротропизм присущ прежде всего корням высших растений. Наблюдается также у ризоидов мхов и заростков папоротников. Для опыта нужно 10–20 наклюнувшихся семян гороха (люпина, ячменя, ржи), 2 чашки Петри, немного пластилина.

Плотно прикрепленным ко дну пластилиновым барьером разделите площадь чашки на 2 равные части. На барьер положите наклюнувшиеся семена, слегка вдавливая их в пластилин, чтобы при росте корня семена не сдвинулись с места. Корешки должны быть направлены строго вдоль барьера (рис. 24).

Схема расположения семян при изучении гидротропизма корня

Эти этапы работы в контрольной и опытной чашках одинаковы. Теперь предстоит создать различные условия увлажнения. В контрольной чашке влажность в левой и правой частях должна быть одинакова. В опытной чашке вода наливается только в одну половину, а вторая остается сухой.

Обе чашки накройте крышками и поместите в теплое место. Ежедневно наблюдайте за положением корешков. Когда ориентация их станет хорошо заметной, подсчитайте количество семян, корни которых проявили положительный гидротропизм (рост органа в сторону воды).

Наблюдения за движением корешка к воде ясно показывают, что тропизмы – это ростовые движения. Корешок растет в сторону воды, при этом происходит, если это необходимо растению, изгиб корня.

Задание. По описанной выше схеме опыта проверьте способность растений распознавать не только воду, но и нужные растению растворы минеральных солей, например 0,3%-ный раствор нитрата калия или нитрата аммония.

46. Влияние силы земного тяготения на рост стебля и корня

Большинство растений растет вертикально. При этом главную роль играет не расположение их относительно поверхности почвы, а направление радиуса Земли. Именно поэтому на горных склонах растения растут под любым углом к почве, но вверх. Главный стебель обладает отрицательным геотропизмом – он растет в сторону, противоположную действию силы земного тяготения. Главный корень, напротив, обладает положительным геотропизмом.

Наиболее интересно поведение боковых побегов и корней: в отличие от главного корня и стебля они способны расти горизонтально, обладая промежуточным геотропизмом. Побеги и корни второго порядка вообще не воспринимают действие силы земного тяготения и способны расти в любом направлении. Неодинаковое восприятие побегами и корнями различных порядков действия силы земного тяготения позволяет им равномерно распределяться в пространстве.

Чтобы убедиться в противоположной реакции главного стебля и главного корня на одно и то же воздействие силы земного тяготения, можно поставить следующий опыт.

Для опыта нужны наклюнувшиеся семена подсолнечника посевного, пластинки из стекла и пенопласта 10х10 см, фильтровальная бумага, пластилин, стакан.

На пластинку из пенопласта положите несколько слоев увлажненной фильтровальной бумаги. Наклюнувшиеся семена разместите на ней так, чтобы их острые концы были направлены вниз. По углам пластинки прикрепите кусочки пластилина. Положите на них, слегка прижимая, стеклянную пластинку, чтобы зафиксировать семена в нужном положении. Оберните несколькими слоями увлажненной фильтровальной бумаги и в вертикальном положении (острые концы семян должны быть направлены вниз) поместите в теплое место.

Когда корешки достигнут 1–1,5 см, пластинку переверните на 90°, чтобы корешки были расположены горизонтально.

Ежедневно контролируйте состояние проростков. Фильтровальная бумага должна быть влажной.

Проведите хронометраж опыта и отметьте время (в сутках от начала опыта) проявления геотропического изгиба.

Результаты опыта свидетельствуют, что при любом положении проростка в пространстве главный корень всегда изгибается вниз, а стебель – вверх. Причем ответная реакция осевых органов на изменение положения в пространстве может проявиться довольно быстро (1–2 ч).

Геотропическая чувствительность растений высока, некоторые способны воспринимать отклонение от вертикального положения на 1°. Проявление ее зависит от сочетания внешних и внутренних условий. Под влиянием низкой температуры воздуха отрицательный геотропизм стеблей может переходить в поперечный, что приводит к их горизонтальному росту.

Каким же образом стебель или корень «ощущают» свое положение в пространстве? У корня зона, воспринимающая геотропическое раздражение, находится в корневом чехлике. Если его удалить, геотропическая реакция затухает. В стебле силы земного тяготения также воспринимаются верхушкой.

Непосредственный изгиб корня или стебля осуществляется ниже, в зоне, где клетки проходят растяжение. При этом под действием одного и того же фактора – силы земного тяготения – в горизонтально лежащем стебле усиливается рост клеток нижней стороны, что приводит к изгибу его вверх, в корне же – рост клеток верхней стороны и изгиб вниз.

Задание. Изучите характер геотропической реакции стеблей разного порядка двудольного растения. Для этого вырастите проростки, закройте поверхность почвы, чтобы она не высыпалась, и переверните горшки. Наблюдения ведите до тех пор, пока не появятся боковые стебли первого и второго порядка.

47. Влияние этилена на геотропическую реакцию проростков гороха

Рост растений регулируется не только биоэлектрическими сигналами, но и гормональной системой. Главную роль в регуляции скорости роста играет количественное содержание гормона ауксина и его взаимодействие с другими гормонами, в частности абсцизовой кислотой и этиленом.

В отличие от стимулирующего рост ауксина абсцизовая кислота тормозит деление клеток нижней стороны органа. Это вызывает замедление ее роста, и корень начинает изгибаться по направлению к центру Земли.

Для опыта нужны зрелые яблоки (источник этилена), 2 стеклянных колпака, 2 горшка с проростками гороха.

Стеклянные колпаки установите на подставку. Под ними разместите горшки с 2–3-дневными проростками гороха. В опытном варианте под колпак положите яблоки. Растения поставьте в темноту.

По мере накопления этилена в воздухе он начинает проникать в проростки гороха. Через несколько дней становятся заметны нарушения нормальной отрицательной геотропической реакции побегов, которые начинают расти горизонтально, а при высокой концентрации этилена в воздухе даже полегают.

Результаты опыта свидетельствуют о регуляторных функциях этилена в жизни растений. Увеличение его содержания в клетках приводит к изменению скорости их роста.

Задание. Изучите влияние этилена на рост проростков томатов.

Естественно, геотропическая ориентация органов растений в непрерывно меняющихся условиях среды не может всегда оставаться постоянной. По мере формирования и распускания бутонов изменяется ориентация цветоножки, например у мака. Молодые ветки ели растут под более острым углом, чем старые.

Можно изучить смену отрицательного геотропизма цветоножек арахиса (земляного ореха) на положительный, вырастив его в комнатных условиях. После отцветания цветоножка арахиса, на которой сидит завязь, удлиняется, загибается к земле и углубляется в нее. Таким образом, цветки находятся над землей, а плоды созревают в земле. Хотя это ограничивает способность вида к распространению, созревшие семена находятся в идеальных условиях для прорастания.

Вопрос 1. Дайте определения понятий «наследственность» и «изменчивость».
Наследственность - это способность живых организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития следующему поколению. Она обеспечивает материальную и функциональную преемственность поколений, является причиной того, что новое поколение похоже на предыдущее. В основе наследования признаков лежит передача потомству генетического материала.
Изменчивость - это способность живых организмов существовать в различных формах, т. е. приобретать в процессе индивидуального развития признаки, отличные от качеств других особей того же вида, в том числе и своих родителей. Изменчивость может определяться особенностями генов особи, их сочетанием и т.п., а может - взаимодействием особи и окружающей среды. В последнем случае даже генетически одинаковые организмы способны приобретать в процессе онтогенеза разные признаки и свойства.

Вопрос 2. Кто впервые открыл закономерности наследования признаков?
Первым человеком, который открыл закономерности наследования признаков, был австрийский ученый Грегор Мендель (1822-1884). Будучи монахом монастыря в Брюнне (Брно, современная Чехия), он в течение восьми лет (1856-1863) скрещивал разные сорта гороха. В 1865 г. Г. Мендель на заседании Общества естествоиспытателей г. Брюнна доложил о результатах своих экспериментов. Работа была оценена по достоинству лишь после 1900 г., когда три ботаника (Гуго де Фриз в Голландии, Карл Корренс в Германии и Эрих Чермак в Австрии) независимо друг от друга заново открыли закономерности наследования.

Вопрос 3. На каких растениях проводил опыты Г Мендель?
Мендель проводил опыты на разных сортах посевного гороха. Для своих экспериментов он использовал 22 сорта гороха, отличающихся по семи признакам. Всего за время исследований он изучил более десяти тысяч растений.

Вопрос 4. Благодаря каким особенностям организации работы Г Менделю удалось открыть законы наследования признаков?
Грегору Менделю удалось открыть законы наследования признаков благодаря следующим особенностям своей работы:
экспериментальным растением являлся горох - неприхотливое растение, обладающее большой плодовитостью и дающее несколько урожаев в год;
горох является самоопыляющимся растением, что позволяет избегать случайного попадания посторонней пыльцы. Мендель во время экспериментов по перекрестному опылению удалял тычинки и кисточкой переносил пыльцу одного родительского растения на пестик другого;
Мендель исследовал качественные, четко различимые признаки, каждый из которых контролировался одним геном;
при обработке данных ученый вел строгий количественный учет всех растений и семян.