Co se stane s alelami během tvorby gamet? Pomozte naléhavě!! Nepohlavní rozmnožování Typy nepohlavního rozmnožování.

Křížení, které zahrnuje dva páry alel, genů umístěných na různých nehomologních chromozomech, se nazývá dihybrid. Při dihybridním křížení studoval G. Mendel dědičnost dvou párů znaků, za které jsou zodpovědné páry alel, ležících (jak se ukázalo mnohem později) v různých párech homologních chromozomů. Pokud jsou v dihybridním křížení různé páry alelických genů umístěny v různých párech homologních chromozomů, pak se páry znaků dědí nezávisle na sobě (zákon nezávislé dědičnosti).Uvažujme o zkušenostech G. Mendela, které ho vedly k objevu zákona o nezávislém dědictví. Pro dihybridní křížení Mendel vzal homozygotní rostliny hrachu, které se lišily ve dvou genech – barvou semen (žlutá a zelená) a tvarem semen (hladká a vrásčitá). Dominantními znaky jsou žlutá barva (A) a hladký tvar semen (B). Každá rostlina produkuje jednu odrůdu gamet podle studovaných alel. Když tyto gamety splynou, všichni potomci budou jednotní (obr. 9).Když se gamety tvoří v hybridu (F1), z každého páru alelických genů skončí v gametě pouze jeden. Navíc v důsledku náhodnosti divergence otcovských a mateřských chromozomů v meióze I může alela A skončit ve stejné gametě s alelou B nebo alelou b. Stejně jako alela a se může kombinovat v jedné gametě s alelou B nebo b (obr. 10). Vzhledem k tomu, že v každém organismu se tvoří mnoho zárodečných buněk, díky statistickým zákonům, hybrid stejně pravděpodobně tvoří čtyři typy gamet: AB, Ab, aB, ab, ve stejném množství. Během oplodnění se každý ze čtyř typů gamet jednoho organismu náhodně setká s některou z gamet jiného organismu. Všechny možné kombinace samčích a samičích gamet lze snadno určit pomocí Punnettovy mřížky (obr. 9). Gamety jednoho rodiče jsou napsány vodorovně nad mřížkou a gamety druhého rodiče jsou napsány svisle podél levého okraje mřížky. Do čtverců zapadají genotypy zygot vzniklé při fúzi gamet. Dá se snadno spočítat, že podle fenotypu se potomci dělí do čtyř skupin v následujícím vztahu: 9 žlutá hladká; 3 žlutě vrásčitá; 3 zelené hladké; 1 zeleně vrásčitá (obr. 9). Vezmeme-li v úvahu výsledky dělení pro každou dvojici znaků zvlášť, ukáže se, že poměr počtu žlutých semen k počtu zelených a poměr počtu hladkých k počtu vrásčitých pro každý pár je 3:1. U dihybridního křížení se tedy každý pár znaků při rozdělení v potomstvu chová stejně jako u křížení monohybridního, tzn. bez ohledu na druhou dvojici znamení. Jinak můžeme říci, že štěpení pro každý pár genů probíhá nezávisle na ostatních párech genů. Na rozdíl od zákona o segregaci, který je platný vždy, se však zákon nezávislé dědičnosti objevuje pouze v těch případech, kdy se páry alelických genů nacházejí v různých párech homologních chromozomů.Zákony G. Mendela jsou statistické, potvrzují se pouze experimenty s dostatečně velkým materiálem (počty stovek a tisíců jedinců).

* Chromozomová sada buňky. V buňkách většiny organismů jsou chromozomy párové. Nazývají se párové chromozomy, které jsou identické ve tvaru, velikosti a dědičné informaci homologní, a dvojitá, párová sada chromozomů - diploidní (2p). Některé buňky a organismy obsahují jeden, haploidní sada chromozomů (P). V tomto případě neexistují identické chromozomy.

Počet chromozomů pro každý typ organismu je konstantní. V lidských buňkách je tedy 46 chromozomů (23 párů), u holubů - 80 (40 párů), u žížal - 36 (18 párů), v buňkách pšenice - 28 (14 párů). Tyto organismy obsahují diploidní sadu chromozomů. Některé organismy, jako jsou řasy, mechy a houby, mají jedinou haploidní sadu chromozomů. Haploidní sada je označena písmenem P, diploidní - 2p.

Vývoj zárodečných buněk (gametogeneze)

V procesech, které zajišťují kontinuitu a reprodukci života, je důležitější sexuální reprodukce, charakterizovaná tvorbou a následným splynutím gamet, což vede ke vzniku nových organismů se změněnými genotypy.

Gametogeneze- proces vývoje zárodečných buněk, tj. gamet.

Gametogeneze probíhá: šířit(v houbách, koelenterátech), kdy se gamety vyvíjejí v jakékoli části těla; lokalizované(u většiny zvířat), když se gamety vyvíjejí v gonádách - gonády(mužské gonády jsou varlata, ženské pohlavní žlázy jsou vaječníky). Gonády se tvoří z primordiálních zárodečných buněk - gonocyty.

1. Co je to hnojení? Jaký je jeho biologický význam? Jaké fáze zahrnuje proces hnojení?

Hnojení je proces splynutí pohlavních buněk (gamet), jehož výsledkem je vytvoření zygoty. V jádře zygoty se všechny chromozomy spárují: v každém páru homologních chromozomů je jeden otcovský a druhý mateřský. Následně dochází k oplození k obnově diploidní sady chromozomů a sjednocení dědičné informace rodičovských jedinců v zygotě.

Proces hnojení zahrnuje několik fází:

● Průnik spermie do vajíčka, který způsobí odtržení oplodňovací membrány vajíčka, která brání průniku dalších spermií.

● Fúze haploidních jader obou gamet za vzniku diploidní zygoty: jádro spermie se zvětší a dosáhne velikosti jádra vajíčka, pak se jádra přiblíží a spojí, což vede k vytvoření zygoty.

● Aktivace zygoty pro další vývoj.

2. Která zvířata se vyznačují vnějším oplozením? Vnitřní? Jaká je výhoda vnitřního hnojení oproti vnějšímu?

Vnější oplodnění je charakteristické pro většinu organismů, které neustále žijí (nebo se pouze rozmnožují) ve vodním prostředí – kostnaté ryby, obojživelníky a mnoho vodních bezobratlých. Vnitřní oplození je charakteristické především pro suchozemce – mnoho bezobratlých (např. škrkavky, pavouci, hmyz) a všechny suchozemské obratlovce (plazi, ptáci, savci). Tento typ oplodnění je také pozorován u některých vodních živočichů, například u chrupavčitých ryb a hlavonožců.

Při vnějším oplodnění se do vody (tedy do vnějšího prostředí) uvolňují zárodečné buňky, kde dochází ke splynutí. Značná část gamet umírá na nepříznivé podmínky prostředí, takže zvířata s vnějším oplodněním potřebují produkovat velké množství zárodečných buněk. V těle matky dochází k vnitřnímu oplodnění, k tomu jsou spermie zavedeny do ženského genitálního traktu. Pravděpodobnost setkání samčích a samičích gamet je mnohem vyšší než u vnějšího oplodnění, proto se u zvířat s vnitřním oplodněním tvoří méně zárodečných buněk.

3. Jak probíhá hnojení u kvetoucích rostlin? Proč se tomu říká double?

U kvetoucích rostlin předchází oplození opylení – přenos pylových zrn z tyčinek na bliznu. Pylové zrno začne brzy klíčit a vytvoří pylové láčky, které se dostanou k vajíčku (vajíčku).

Uvnitř každého vajíčka je embryo vak obsahující sedm buněk - haploidní vajíčko, diploidní centrální buňka a pět pomocných haploidních buněk. Při vstupu do zárodečného vaku konec pylové láčky praskne a vyteče z ní vnitřní obsah se dvěma samčími gametami - spermiemi.

Jedna ze spermií splyne s vajíčkem a vytvoří zygotu a druhá se spojí s centrální buňkou zárodečného vaku. Téměř současně tedy dochází ke dvěma fúzím zárodečných buněk, proto se oplození u kvetoucích rostlin nazývá dvojité.

Následně se ze zygoty vyvine zárodečné embryo, které má diploidní sadu chromozomů, a z oplodněné centrální buňky se vyvine endosperm, jehož buňky mají triploidní sadu chromozomů. Živiny potřebné pro embryo jsou uloženy v endospermu. Po oplodnění se každé vajíčko promění v semeno a v důsledku růstu vaječníku se vytvoří plod.

Proces dvojího oplodnění u krytosemenných rostlin objevil ruský vědec S. G. Navashin v roce 1898. V důsledku dvojího oplodnění vzniká nejen embryo, ale také nutriční tkáň (endosperm), která urychluje celý proces vývoje semen.

4. Jak se liší diploidní partenogeneze od haploidní partenogeneze?

5. Jaké jsou výhody a nevýhody partenogeneze oproti konvenčním formám pohlavního rozmnožování?

Důležitou výhodou partenogeneze je absence nutnosti hledání partnera. To pomáhá udržovat počty populací v podmínkách, kdy je obtížné potkat jedince různého pohlaví, nebo v podmínkách intenzivního hubení organismů (například mšice dravým hmyzem, dafnie rybami).

U řady hmyzu, jako jsou včely, je schopnost reprodukce jak prostřednictvím haploidní partenogeneze, tak pomocí oplodnění základem vytváření různých kast organismů. Tento reprodukční mechanismus umožňuje regulovat počet mužských a ženských potomků.

Hlavní nevýhodou partenogeneze je nízká genetická diverzita dceřiných jedinců, která omezuje jejich schopnost adaptace na podmínky prostředí.

6. Vyjmenujte charakteristické rysy a také výhody a nevýhody nepohlavního a pohlavního rozmnožování.

Charakteristické rysy asexuální reprodukce:

● Vyskytuje se bez účasti gamet.

● Ve všech případech se jedná pouze o jeden rodičovský organismus.

Charakteristické rysy sexuální reprodukce:

● Vyskytuje se za účasti gamet.

● Ve většině případů se jedná o dva rodiče (výjimkou je samooplození u některých hermafroditních druhů a partenogeneze).

Hlavní výhody asexuální reprodukce:

● Není potřeba shánět partnera, opustit potomka může téměř každý jedinec.

● „Úspěšné“ kombinace genů a vlastností jsou předány další generaci. Tato vlastnost je lidmi hojně využívána například k získání homogenních potomků kulturních rostlin (potomstvo si zachovává všechny odrůdové kvality).

Hlavní výhoda sexuální reprodukce:

● Genetická diverzita potomstva, která zvyšuje schopnost organismů adaptovat se na měnící se podmínky prostředí a má prvořadý význam pro evoluci živé přírody.

Hlavní nevýhody asexuální reprodukce:

● Ve většině případů (kromě metody, kdy tvorbě spor předchází meióza) je potomstvo geneticky identické s rodičem, což snižuje adaptační schopnosti organismů.

● Všechny „neúspěšné“ kombinace rodičovských genů a vlastností (v některých případech škodlivé mutace) jsou předány další generaci.

Hlavní nevýhody sexuální reprodukce:

● Ne každý jedinec může opustit potomstvo, pro setkávání partnerů, vytváření rodičovských párů a chov potomstva jsou nutné určité podmínky.

● U jednotlivých jedinců se mohou vyskytovat „neúspěšné“ (pro dané podmínky prostředí nevhodné) kombinace rodičovských genů a vlastností a mohou se objevit škodlivé mutace, které vznikly v zárodečných buňkách rodičů (například Downův syndrom u lidí).

7*. Mšice produkují během léta několik partenogenetických generací, které tvoří pouze bezkřídlé samice. Za přemnožení nebo jiných nepříznivých okolností začnou samice klást vajíčka, ze kterých se vyvinou okřídlení jedinci obou pohlaví. Jaký to má biologický význam?

Vzhled heterosexuálních potomků určuje vysokou genetickou diverzitu jedinců další generace (ve srovnání s předchozími partenogenetickými generacemi), což zvyšuje adaptační schopnosti organismů. Přítomnost křídel usnadňuje rozptýlení jedinců do nových stanovišť. To vše zvyšuje šance na přežití.

*Úkoly označené hvězdičkou vyžadují, aby studenti předložili různé hypotézy. Učitel by se proto měl při známkování zaměřit nejen na zde uvedenou odpověď, ale vzít v úvahu každou hypotézu, posuzovat biologické myšlení žáků, logiku jejich uvažování, originalitu nápadů atd. Po tomto je vhodné seznámit studenty s uvedenou odpovědí.

Nepohlavní rozmnožování probíhá za účasti pouze jednoho rodiče a probíhá bez tvorby gamet. Dceřiná generace u některých druhů vzniká z jedné nebo skupiny buněk těla matky, u jiných druhů - ve specializovaných orgánech. Rozlišují se následující: metody nepohlavní reprodukce: dělení, pučení, fragmentace, polyembryonie, sporulace, vegetativní množení.

Divize- způsob nepohlavního rozmnožování charakteristický pro jednobuněčné organismy, při kterém je matka rozdělena na dvě nebo více dceřiných buněk. Rozlišujeme: a) jednoduché binární štěpení (prokaryota), b) mitotické binární štěpení (prvoci, jednobuněčné řasy), c) mnohočetné štěpení nebo schizogonii (malarické plazmodium, trypanozomy). Při dělení paramecia (1) se mikronukleus dělí mitózou, makronukleus amitózou. Během schizogonie (2) je jádro nejprve opakovaně rozděleno mitózou, poté je každé z dceřiných jader obklopeno cytoplazmou a vzniká několik nezávislých organismů.

Pučící- způsob nepohlavního rozmnožování, při kterém se tvoří noví jedinci ve formě výrůstků na těle rodičovského jedince (3). Dceři se mohou od matky oddělit a přejít k samostatnému životnímu stylu (hydra, kvasinky), nebo k ní mohou zůstat připoutaní, v tomto případě tvoří kolonie (korálové polypy).

Fragmentace(4) - způsob nepohlavního rozmnožování, při kterém se tvoří noví jedinci z fragmentů (částí), na které se mateřský jedinec rozpadá (anneli, hvězdice, spirogyra, elodea). Fragmentace je založena na schopnosti organismů regenerovat se.

Polyembryonie- způsob nepohlavního rozmnožování, při kterém se tvoří noví jedinci z fragmentů (částí), na které se embryo rozpadá (monozygotní dvojčata).

Vegetativní množení- způsob nepohlavního rozmnožování, při kterém se tvoří noví jedinci buď z částí vegetativního těla mateřského jedince, nebo ze speciálních struktur (oddenek, hlíza apod.) speciálně určených pro tuto formu rozmnožování. Vegetativní množení je typické pro mnoho skupin rostlin a používá se v zahradnictví, zelinářství a šlechtění rostlin (umělé vegetativní množení).

Sporulace(6) - rozmnožování prostřednictvím spor. Kontroverze- specializované buňky, u většiny druhů se tvoří ve speciálních orgánech - sporangiích. U vyšších rostlin předchází tvorbě spor meióza.

Klonování- soubor metod používaných lidmi k získání geneticky identických kopií buněk nebo jedinců. Klonovat- soubor buněk nebo jedinců pocházejících od společného předka prostřednictvím nepohlavního rozmnožování. Základem pro získání klonu je mitóza (u bakterií - prosté dělení).

Rozmnožování organismů. Nepohlavní a pohlavní rozmnožování. Formy nepohlavní reprodukce, její podstata, biologický význam. Pohlavní rozmnožování, jeho evoluční význam.

Existují dva hlavní typy reprodukce - asexuální a sexuální. Nepohlavní rozmnožování probíhá bez tvorby gamet a zahrnuje pouze jeden organismus. Nepohlavní rozmnožování obvykle produkuje identické potomstvo a jediným zdrojem genetických variací jsou náhodné mutace. Genetická variabilita je pro tento druh prospěšná, protože poskytuje „suroviny“ pro přirozený výběr, a tedy pro evoluci. Potomci, kteří jsou nejvíce přizpůsobeni svému prostředí, budou mít výhodu v konkurenci s ostatními příslušníky stejného druhu a budou mít větší šanci na přežití a předání svých genů další generaci. Díky tomu jsou druhy schopny se měnit, tzn. proces speciace je možný. Zvýšené variace lze dosáhnout smícháním genů dvou různých jedinců, což je proces zvaný genetická rekombinace, který je důležitým rysem sexuální reprodukce; V primitivní formě se genetická rekombinace již nachází u některých bakterií.

Během pohlavního rozmnožování potomci jsou získáni jako výsledek fúze genetického materiálu z haploidních jader. Obvykle jsou tato jádra obsažena ve specializovaných zárodečných buňkách - gametách; Během oplodnění se gamety spojí a vytvoří diploidní zygotu, která během vývoje produkuje zralý organismus. Gamety jsou haploidní – obsahují jednu sadu chromozomů vzniklých meiózou; slouží jako spojovací článek mezi touto a další generací.

Redukční dělení buněk - Během meiózy v důsledku náhodné segregace chromozomů(nezávislá distribuce) a výměna genetického materiálu mezi homologními chromozomy(překračující) V jedné gametě se objevují nové kombinace genů a takové zamíchání zvyšuje genetickou rozmanitost. Fúze haploidních jader obsažených v gametách se nazýváoplodnění nebo syngamie ; vede ke vzniku diploidní zygoty. Kombinace dvou sad chromozomů v zygotě(genetická rekombinace ) představuje genetický základ vnitrodruhové variace. Zygota roste a vyvíjí se ve zralý organismus další generace.

Gamety Obvykle existují dva typy – samčí a samičí, ale některé primitivní organismy produkují pouze jeden typ gamet. Druhy, ve kterých jsou oddělené samčí a samičí jedinci, se nazývají dvoudomé.

Partenogeneze - jedna z modifikací pohlavního rozmnožování, kdy se samičí gameta vyvine v nového jedince bez oplodnění samčí gametou. Partenogenetické rozmnožování se vyskytuje v živočišné i rostlinné říši a má tu výhodu, že v některých případech zvyšuje rychlost reprodukce. Existují dva typy partenogeneze – haploidní a diploidní, v závislosti na počtu chromozomů v ženské gametě.

S nepohlavním rozmnožováním potomci pocházejí z jednoho organismu, bez splynutí gamet. Meióza není zapojena do procesu nepohlavního rozmnožování (pokud nemluvíme o rostlinných organismech se střídajícími se generacemi) a potomci jsou identičtí s rodičovským jedincem. Identické potomstvo pocházející ze stejného rodiče se nazývá klony. Členové stejného klonu se mohou geneticky lišit pouze v případě, že dojde k náhodné mutaci. Vyšší zvířata nejsou schopna nepohlavní reprodukce, ale v poslední době bylo učiněno několik úspěšných pokusů o umělé klonování některých druhů; podíváme se na ně později.

Výtrus je jednobuněčná reprodukční jednotka, obvykle mikroskopické velikosti, sestávající z malého množství cytoplazmy a jádra. Tvorba spor je pozorována u bakterií, prvoků, zástupců všech skupin zelených rostlin a všech skupin hub. Spory se mohou lišit typem a funkcí a často se tvoří ve speciálních strukturách.Bakteriální spory Přísně vzato neslouží k rozmnožování, ale k přežití v nepříznivých podmínkách, protože každá bakterie produkuje pouze jednu sporu. Bakteriální spory patří k těm nejodolnějším: často snesou například ošetření silnými dezinfekčními prostředky a vyvaření ve vodě.

Pučící - nový jedinec se vytvoří ve formě výrůstku (pupenu) na těle rodičovského jedince a poté se od něj oddělí a změní se v samostatný organismus, zcela totožný s rodičem. Pučení se vyskytuje u různých skupin organismů, zejména u koelenterátů, jako je hydra, a u jednobuněčných hub, jako jsou kvasinky.

Fragmentace nazývá se rozdělení jedince na dvě nebo více částí, z nichž každá roste a tvoří nového jedince. K fragmentaci dochází například u vláknitých řas, jako je Spirogyra. Fragmentace je pozorována i u některých nižších živočichů, kteří si na rozdíl od více organizovaných forem zachovávají významnou schopnost regenerace z relativně málo diferencovaných buněk.

Vegetativní - nepohlavní rozmnožování, při kterém se od rostliny oddělí poměrně velká, obvykle diferencovaná část a vyvine se v samostatnou rostlinu. Vegetativní množení je v podstatě podobné pučení. Rostliny často tvoří struktury speciálně navržené pro tento účel: cibule, hlízy, oddenky, stolony a hlízy.

Klonování

2 Gametogeneze (spermato- a oogeneze). Cytologické a cytogenetické charakteristiky.Morfologie zárodečných buněk. Biologický význam pohlavního rozmnožování.

Gametogeneze - proces tvorby vajíček (ovogeneze) a spermií (spermatogeneze) - dělí se na řadu fází.

Během reprodukční fáze se diploidní buňky, ze kterých se tvoří gamety, nazývají spermatogonie a oogonie. Tyto buňky procházejí řadou po sobě jdoucích mitotických dělení, v důsledku čehož se jejich počet výrazně zvyšuje. Spermatogonie se množí po celou dobu mužské puberty. Reprodukce oogonia je omezena především na období embryogeneze.

Oogonie a spermatogonie , jako všechny somatické buňky, se vyznačují diploiditou. Je-li v jediné haploidní sadě počet chromozomů označen jakona množství DNA je jako c, pak genetický vzorec buněk ve fázi reprodukce odpovídá 2n2s až 5 teček a 2n4s po něm.

Narůstové fáze dochází ke zvětšení velikosti buněk a přeměně samčích a samičích zárodečných buněk na spermatocyty a oocytyjáobjednat. Důležitou událostí tohoto období je reduplikace DNA při zachování nezměněného počtu chromozomů. Ty získávají dvouvláknovou strukturu a genetický vzorec spermatocytů a oocytůjáobjednávka má formu 2p4s.

Hlavní událostistadia zrání jsou dvě po sobě jdoucí dělení: redukce a rovnice, které dohromady tvoří meiózu. Po prvním dělení se tvoří spermatocyty a oocytyIIřádu (vzorec p2c) a po druhém - spermatidy a zralé vajíčko (ps).

Jako výsledekdivize ve fázi zrání každý spermatocytjářádu produkuje čtyři spermatidy, přičemž každý oocytjářád - jedno plnohodnotné vajíčko a redukční tělíska, která se nepodílejí na reprodukci. Díky tomu se v ženské gametě koncentruje maximum nutričního materiálu - žloutku.

Proces spermatogeneze končí fází tvorby nebo spermiogeneze. Jádra spermatid se stávají hustšími díky supercoilingu chromozomů, které se stávají funkčně inertními. Lamelární komplex se přesune k jednomu z pólů jádra. Centrioly zaujímají místo na opačném pólu jádra a z jednoho z nich vyrůstá bičík, na jehož bázi se koncentrují mitochondrie ve formě spirálovité pochvy. V této fázi je téměř celá cytoplazma spermatu odmítnuta, takže hlava zralé spermie je prakticky bez ní.

Pohlavní rozmnožování vytváří díky genetické rozmanitosti předpoklady pro rozvoj nejrůznějších životních podmínek; poskytuje evoluční a ekologické perspektivy; přispívá k realizaci tvůrčí role přírodního výběru.

2 Mono-, di- a polyhybridní křížení. Jejich cytologický a statistický základ.Podmínky pro mendelianizaci znaků. Mendelovské rysy u lidí.

Monohybridní kříženec - tzv. křížení, při kterém se rodičovské znaky od sebe liší v jednom páru kontrastních, alternativních znaků. Výsledkem takového křížení v první generaci bude uniformita výsledných hybridů (všichni potomci budou heterozygoti). Výsledkem monohybridního křížení heterozygotních potomků ve druhé generaci bude 75% pravděpodobnost manifestace dominantního fenotypu a 25% pravděpodobnost manifestace recesivního fenotypu.