Генетическое изучение изменчивости различных признаков в природных популяциях.

Работа 1. Отдаленная гибридизация в популяциях растений.

Оборудование: полевой дневник, линейка, карандаш.

Объекты: по 30 шишек ели из различных ельников, отличающихся по составу сопряженной растительности.

Отдаленная гибридизация — древнейший способ получе­ния практическизначимых новых форм растений и животных, это один из важнейших разделов селекционной работы

В настоящее время получение разнообразных отдаленных гибридов (химер) достигается благодаря успехам клеточной инженерии растений. Такие гибриды, полученные в результате слияния протопластов растительных клеток раз­ного происхождения в культурах каллуссных или меристематических клеток, возможно, в недалеком будущем будут до­ступны и для учебного процесса, и для практики.

Рис. 10. Особенности строения чешуи шишек у ели сибирской и ели свропейской (h и 1 — используемые для изуче­ния изменчивости параметры).

В природе же отдаленная гибридизация — явление ред­кое. Само по себе видообразование — это в первую очередь процесс изоляции видов, их нескрещиваемость. Однако суще­ствует так называемая интрогрессивная гибридизация форм. Интрогрессивную гибридизацию можно изучить на примере ели. В исключительно давние времена произошло разделение двух видов ели — европейской (Рicea abies) и сибирской (Р. obovata), которые отличаются друг от друга по многим признакам строения хвои, шишек и в целом растений. Особен­ности строения чешуи у шишек этих двух видов представлены на рисунке 10. В ледниковый период эти два географически разобщенных вида оказались совмещенными и смогли вступить в интрогресснвную гибридизацию, проходившую в различных зонах с разной интенсивностью. В различных фитоценозах представлены гибриды с неодинаковым проявлением призна­ков Р. аbies или Р. оbovata. Детальные сведения по вопросу, которые проливают свет на систематику рода Рicea, на ряд связанных с интрогрессивной гибридизацией проблем эколо­гии, можно найти в работе: С. А. Дыренкова, приведенной в списке литературы.

Проведя анализ строения чешуи шишек елей в конкрет­ном ельнике, можно уста­новить преимущественное влияние того или другого вида, используя для этого такие мерные признаки, как высота чешуи (h) и ее длина в наиболее широкой части (1) (см. рис. 10).

Ход работы

В двух различных по характеру сопряженной растительности ельниках в сравнительно больших выборках шишек (по 50 экз.) прошлого года с использованием чешуи из середины шишки оцените значения индекса (см. рис. 10). Составьте вариационный ряд значений индекса для одного дерева, срав­ните его с вариационным рядом для другого, примерно одинакового по возрасту дерева. Существуют ли различия между двумя генотипами? Исследуйте параметры изменчивости ин­декса для двух сравниваемых ценопопуляций. Где будет боль­шим влияние генотипа Р. оbovata, иными словами, где бу­дет значение индекса большим? Может ли выявленное разли­чие пролить свет на историю становления данного фитоцено­за? Как при решении такой задачи можно связать генетиче­ские, экологические и эволюционные подходы к изучению процессов, происходящих в популяциях растений?

Работа 2. Изучение генотипического и фенотипическокого полиморфизма в природных популяциях.

Оборудование: полевой дневник, карандаш, энтомологическая банка.

Объекты: популяции двуточечной божьей коровки, колорадского жука, домашней кошки.

Одним из класических примеров наследственного полиморфизма является моногенно наследуемое различие по окраске надкрылий представителей вида Adalia bipunctata – двуточечной божьей коровки. В природе встречаются, чаще всего синантропно, два альтернативных класса насекомых: насекомые, имеющие красные пятна на черном фоне или, наоборот, черные пятнышки на красном фоне. В работах по экологической генетике выяснено, что по данному признаку в природных популяциях, по-видимому, осуществляется направленный,или, как еще называют, движущий, отбор, направленный на повышение частоты встречаемости определенных генотипов при действии селектирующих условий (И. А. Захарова). Так, в частности, показано, что в регионах, подверженных сильному антропогенному загрязнению среды, из года в год возрастает роль меланистических форм с черной окраской надкрылий и сокращается доля форм с красной окраской надкрылий.

Ход работы

Задание 1. Оцените, используя у Adalia bipunctata – индикаторный показатель (соотношение черных и красных насекомых), интенсивность загрязнения окружающей среды в городе, в котором вы живете.

Задание 2. Пространственная структура популяций у кошек, которые, как известно, очень привязаны к территории, своеобразна. Исследуйте встречаемость различных вариантов окраски кошек в нескольких районах города, отдельных дворах. Классифицируйте варианты окраски, подумайте о их генетической детерминации и сравните структуры нескольких популяций.

Задание 3. Проведите классификацию фенов окраски у колорадского жука, встречаемых в местных популяциях. Зарегистрируйте частоту встречаемости различных фенов и сопоставьте их с теми, которые были отмечены в предыдущем году.

Работа 3. Уродства, морфозы, фенокопии растений, возникающие при антропогенном загрязнении среды.

Оборудование: полевой дневник, карандаш, гербарная папка.

Объекты: популяция ветреницы дубравной.

При изучении проблемы генетических последствий загрязнения окружающей среды необходима оценка, с одной стороны, генетической опасности различных мутагенов, а с другой – показателей нарушения популяционной структуры – мутационного груза.

Анализ мутационного груза популяции и его повышения при антропогенных воздействиях невозможен на полевой практике по генетике. Однако установлено, что в популяциях при загрязнении среды возрастает частота появления форм, морфологически отличных от нормальных растений или животных. Многие встречающиеся в популяциях аномальные признаки можно рассматривать как мутации, но можно их оценить и как ненаследственные вариации. В генетике существует понятие о морфозах, появление которых связано с нарушениями процесса развития организма. Эти нарушения могут осуществляться как на уровне структуры генетического аппарата, так и на уровне действия генов - транскрипции или трансляции. Многие морфозы по фенотипу напоминают мутации, их называют фенокопии. Мутации – фенокопии мутаций – гомологическая изменчивость – звенья, которые позволяют осуществлять контроль за состоянием окружающей среды и оценивать ее влияние на популяционные процессы.

Ход работы

Задание 1. У ветреницы дубравной в двух-трех различающихся по экологическим условиям популяциях проведите анализ частоты встречаемости растений, резко отличающих от нормы по числу листочков в околоцветнике. В популяции встречаются формы, имеющие нормальное число (6) листочков, встречаются также растения, имеющие 7, 8, 9 и больше листочков в околоцветнике. 7—8-лепестковые цветки встречаются сравнительно часто, хотя их появление связано с аномалиями развития. Появление форм с 9 и более листочками; надо учесть особо, так как их частота может быть использована как показатель интенсивности действия экстремальных факт ров среды на популяцию. Определите частоту их встречаемости в сравниваемых популяциях.

Задание 2. При тщательном анализе большой выборки растений могут быть обнаружены уникальные морфозы, со­провождающиеся явлением гомеозиса, т.е. превращением одного органа в процессе развития в другой орган. Так, можно найти цветки, где околоцветный листочек или его часть транс­формируется в обычный лист с характерным строением веге­тативного листа. Оцените частоту таких аномалий, зарисуйте их. Оцените, коррелирует ли их частота с выше изученными аномалиями. Одним из проявлений подобной трансформации может быть появление пигментированных хлорофиллом пятен на белых листочках околоцветника. Оцените частоту этих событий в местах с разной степенью антропогенных воздей­ствий. Еще одна форма гомеозисных трансформаций — форми­рование белого листочка околоцветника в основании цвето­носа, строение цветка при этом часто не нарушается. Обна­ружив эти формы, зарисуйте их или сфотографируйте. Нако­нец, нередко (оцените насколько часто) встречаются растения, у которых вместо одного цветоноса формируется два или три или образуются как бы двухъярусные растения, у которых на дифференцированном цветоносе вновь развиваются листья и второй цветонос с цветком. В случае раздвоения цветоноса помните, что это — близнецовые клоны и их различия обу­словлены паратипическими факторами. Оцените их. Явления гомеозисных трансформаций сравнительно редки у животных. Почему они часто встречаются в мире растений? (Склонность к вегетативному размножению, длительное сохранение тотипотентности растительных клеток).

Работа 4. Генетика антоцианов и изменчивость растений по окраске.

Оборудование: полевой дневник, карандаш.

Объекты: листья одуванчика, лебеды, смородины, малины, клена и т.д. (выборка по 50 штук).

У очень многих видов растений в природных популяциях наблюдается удивительный по размаху полиморфизм окраски цветков. Это разнообразие основано на существовании генотипов, отличных друг от друга по генам, определяющим синтез пигмента антоциана и его производных и пигмента антоксантина. Пигмент антоциан имеет большое адаптивное значение, поскольку он предохраняет растение от действия неблагоприятных факторов среды, а также, обеспечивая яркую окраску цветку, создает необходимые условия для опыления растения насекомыми.

Ход работы

Зная, что интенсивность антоциановой окраски зависит от действия экстремальных факторов среды, проследите за вариабельностью интенсивности окраски различных органов у самых разных видов растений: листьев у одуванчика, лебеды, смородины, малины, кленов и др. обратите внимание на онтогенетическую изменчивость – окраска ранних и поздних листьев. Обратите внимание на изменчивость интенсивности антоциановой окраски стеблей растений. Введите количественные градации выраженности признака и проведите оценку частот встречаемости различных вариантов в разных участках леса, парка. Объясните причины наблюдаемых различий.

Литература

1. Абрамова З.В., Карлинский О.В. Практикум по генетике. - Л.: Колос, 1979.

2. Бородин П.М. Этюды о мутантах. – М.: Знание, 1983.

3. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Руководство к практическим занятиям по генетике. – М.: Просвещение, 1979.

4. Громыко Г.Л. Статистика. – М.: Изд-во МГУ, 1976.

5. Дыренков С.А. Изменчивость некоторых морфологических признаков в гибридных популяциях ели Р. abovata на Вепсовской возвышенности. Ботанический журнал, 1978, т. 63, № 2.

6. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Основы биометрии. – Петрозаводск: Изд-во ПГУ, 1992.

7. Захаров И.А. Экологическая генетика и проблемы биосферы,- Л., Знание, 1984.

8. Топорнина Н.А., Стволинская Н.С. Генетика человека. – М.: Владос, 2001.

9. Шварцман П.Я. Полевая практика по генетике с основами селекции. – М.: Просвещение, 1986.

10. Яблоков А.В. Фенетика. – М.: Наука, 1980.

11. Яблоков А.В., Ларина Н.И. Введение в фенетику популяций. – М.: Высшая школа, 1985.

Дата добавления: 2015-07-08