1
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное Государственное образовательное учреждение Высшего образования
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Г.Ф. Морозова
ГЕНЕТИКА ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению
подготовки 19.03.01 — Биотехнология
ВОРОНЕЖ 2017
2
УДК 575+630 165
Исаков И.Ю. Генетика [Текст]. Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 19.03.01 — Биотехнология / И.Ю. Исаков, А.И. Сиволапов, - Воронеж: ВГЛТУ, 2017. – 48 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент д-р. с/х. наук, в.н.с. ФГБУ ВНИИЛГИСбиотех В.К. Ширнин
Ответственный редактор канд. с.-х. наук, доц. И.Ю. Исаков
3
ВВЕДЕНИЕ
Генетика сыграла решающую роль в становлении биологии ХХI века как точной науки. Сегодня генетика вторгается в самые различные области человеческой деятельности: от медицины и охраны окружающей среды до социологии и демографии. Генетика стала основой биотехнологии.
Благодаря переоткрытию и восприятию законов Менделя в начале века биология вошла в семью точных наук. За это столетие генетика прошла огромный путь от менделевских факторов к макромолекулам – белкам и нуклеиновым кислотам. Генетика в настоящее время является одной из важнейших интегрирующих биологических дисциплин, а ее методология продолжает объединять исследования всех форм жизни на земле.
Генетика поздно пришла в Россию, но успешно развивалась: это научные школы Ю.А. Филипченко, Н.К. Кольцова, Н.И. Вавилова. Наши генетики внесли выдающийся вклад в науку. Гомологические ряды в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова, генетика природных популяций С.С. Четверикова, открытие Б.Л. Астауровым спонтанной модификационной изменчивости, огромный вклад в частную генетику животных и теорию гена А.С. Серебровского, работы Н.В. Тимофеева-Ресовского, положившие начало молекулярной генетике и молекулярной биологии, генетико-автоматические процессы в популяциях Д.Д. Ромашова и Н. П. Дубинина, блестящие исследования по мутагенезу Г.А. Надсона и Г.С. Филипова, М.Н. Мейселя, В.В. Сахарова, М.Е. Лобашева, И.А. Рапопорта.
В конце тысячелетия в лесных вузах России начали преподавать генетику как самостоятельную дисциплину.
Лабораторные занятия предусматривают проработку следующих разде-
лов:
1.Цитологические основы наследственности. Митоз. Изучение кариотипа древесных растений. Митотическая активность.
2.Микроспорогенез и развитие мужского гаметофита.
3.Мегаспорогенез и развитие зародышевого мешка. Оплодотворение и апомиксис.
4.Мутагенез и полиплоидия.
5.Гибридологический анализ. Статистическая обработка данных гибридологического анализа.
6.Географическая изменчивость сосны обыкновенной.
4
7.Оценка генетической гетерогенности испытуемых образцов древесных растений.
8.Генетическое равновесие в свободно скрещивающейся популяции при учете одной пары аллелей.
9.Применение изоферментного анализа при изучении гетерогенности природных популяций.
10.Введение в молекулярно — генетический анализ. Статистическая обработка сиквенсов ДНК в компьютерной программе МЕГА.
По каждой теме указана цель работы, задание, перечень материалов и оборудования, пояснения к заданию и последовательность его выполнения.
Для обеспечения систематической работы студентов над курсом, в целях глубокой проработки учебного материала и облегчения сдачи зачета студенты сдают коллоквиумы.
РАБОТА 1 Цитологические основы наследственности. Митоз. Изучение кариотипа древесных растений. Митотическая активность
Ведущая роль в явлениях наследственности принадлежит ядру. Составными компонентами ядра являются хромосомы, в состав которых входит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекулы ДНК несут наследственную информацию. В каждой соматической (вегетативной) клетке живого организма наблюдается определенный набор хромосом, который носит название кариотипа. Кариотип – это совокупность хромосом соматических клеток организма, типичная для данного вида растений и животных, характеризующаяся числом хромосом, их величиной, формой и другими морфологическими особенностями. Гомологические хромосомы – парные, соответствующие, полученные при оплодотворении хромосомы, нормально коньюгирующие между собой в мейозе.
Задача данной работы состоит в том, чтобы познакомить студентов с вопросами передачи наследственности при вегетативном размножении, т.е. при митозе.
Митоз
Задание 1. Внимательно рассмотреть клетки корешков сосны, лиственницы и листьев тополя на препаратах, используя световой микроскоп. Зари-
5
совать фазы: интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Особое внимание обратить на морфологию хромосомы.
Материал и оборудование:
1.Постоянные или полупостоянные препараты митоза (кариокинеза) тополя, лиственницы или сосны.
2.Микроскоп.
3.Салфетка.
Пояснения к заданию. Митоз является основным способом размножения соматических клеток. В процессе митоза происходит сначала удвоение, а затем точное распределение наследственного материала, содержащегося в хромосомах, между вновь возникающими клетками. В результате митоза из одной материнской клетки образуются две дочерние. Ядро каждой дочерней клетки имеет, как правило, такой же набор хромосом, какой был в исходной материнской клетке. Между двумя митотическими делениями клетка растет, функционирует, подготавливаясь к последующему митозу. Это состояние клетки называется интерфазой. В это время хромосомы сильно деспирализованы и не выявляются при помощи окраски. Ядро имеет мелкозернистую структуру. Центральный момент, который характеризует эту фазу – редупликация ДНК (удвоение молекулы ДНК). Двойная цепь ее сначала разделяется на две, и на каждой из них достраиваются новые комплементарные дочерние цепи нуклеотидов под действием фермента ДНК-полимеразы.
Профаза. Различают раннюю и позднюю профазу. На ранней профазе в ядре клетки появляются нити хроматинового вещества. В поздней профазе усиливается спирализация хроматиновых нитей, происходит исчезновение ядрышек и ядерной оболочки. Каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, спирально скрученных и соединенных центромерой, четко проявляется.
Метафаза. Хромосомы концентрируются в центре клетки и располагаются в одной плоскости. Центромера каждой хромосомы, скрепляющая обе хроматиды, располагается строго в плоскости экватора клетки, а плечи хромосом бывают вытянуты более или менее параллельно нитям веретена. В метафазе хорошо выявляется число, форма и строение хромосом.
Анафаза. Начинается деление центромер всех хромосом. После деления центромер сестринские хроматиды каждой хромосомы отталкиваются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам клетки. Эта фаза протекает быстро.