Наследственная изменчивость. закон гомологических рядов в наследственной изменчивости – биология

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Выдающийся советский ученый-генетик Николай Иванович Вавилов внес большой вклад в развитие отечественной науки. Под его руководством воспитывалась целая плеяда видных отечественных ученых.

Исследования, проводившиеся Н.И.

Вавиловым и его учениками, дали возможность сельскохозяйственной науке овладеть новыми методами поиска диких видов растений в качестве исходного материала для селекции, заложили теоретические основы советской селекции.

Замечание 1

На основе огромного количества собранного коллекционного материала было сформулировано учение о центрах происхождения культурных растений. А образцы посевного материала, собранные Вавиловым и его соратниками, обеспечили широкий фронт генетических исследований и селекционной работы.

Именно благодаря анализу собранных материалов был сформулирован знаменитый закон гомологических рядов.

Суть закона гомологических рядов наследственной изменчивости

В ходе многолетнего изучения диких и культурных форм растительности на пяти материках Н.И. Вавилов сделал вывод, что изменчивость близких по происхождению видов и родов осуществляется сходными путями.

При этом образуются так называемые ряды изменчивости. Эти ряды изменчивости настолько правильные, что, зная ряд признаков и форм в пределах одного вида можно предвидеть нахождение этих качеств у других видов и родов.

Чем ближе родство, тем полнее сходство в рядах изменчивости.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Например, у арбуза, тыквы и дыни форма плода может быть овальной, круглой, шарообразной, цилиндрической. Окраска плода может быть светлой, темной, полосатой или пятнистой. Листья у всех трех видов растений могут быть цельными или глубокорассеченными.

Если рассматривать злаки, то из $38$ исследуемых признаков, характерных для злаков:

• у ржи и у пшеницы обнаружено $37$,
• у ячменя и овса – $35$,
• у кукурузы и риса – $32$,
• у проса – $27$.

Знание этих закономерностей позволяет предвидеть проявление определенных признаков у одних растений. На примере проявления этих признаков у других, родственных им растений.

В современной трактовке формулировка данного закона гомологических рядов наследственной изменчивости выглядит следующим образом:

Эту закономерность Вавилов установил для растений. Но последующие исследования показали, что закон имеет универсальный характер.

Генетическая основа закона гомологических рядов наследственности

Генетической основой выше упомянутого закона является то обстоятельство, что в сходных условиях близкородственные организмы могут одинаково реагировать на факторы внешней среды. А биохимические процессы у них протекают приблизительно одинаково. Эту закономерность можно сформулировать таким образом:

Так как генотип близкородственных организмов подобен, то и изменения этих генов в ходе мутаций могут быть подобными. Внешне (фенотипически) это проявляется как одинаковый характер изменчивости у близких видов, родов и т.п.

Значение закона гомологических рядов наследственности

Закон гомологических рядов имеет большое значение как для развития теоретической науки, так для практического применения в сельскохозяйственном производстве.

Он дает ключ к пониманию направления и путей эволюции родственных групп живых организмов.

В селекции на его основе планируют создание новых сортов растений и пород домашних животных с определенной совокупностью признаков, на основе изучения наследственной изменчивости близких видов.

В систематике организмов этот закон позволяет находить новые ожидаемые формы организмов (виды, роды, семейства) с определенной совокупностью признаков при условии, если подобная совокупность была обнаружена у родственных систематических группах.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/zakon_gomologicheskih_ryadov_v_nasledstvennoy_izmenchivosti/

Методическая разработка по биологии (10 класс) на тему: Наследственная изменчивость.Закон гомологических рядов

Закон гомологических рядов 

Задачи урока 

1. Познакомить учащихся с формами наследственной изменчивости, их причинами и влиянием на организм. Развить у школьников умение классифицировать формы изменчивости, сравнивать их друг с другом; приводить примеры, иллюстрирующие проявление каждой из них  
2. Сформировать знания о видах мутаций;
3. Сформ улировать закон гомологических рядов и объяснить его значение;
4. Убедить старшеклассников в том, что мутационный процесс очень важен для эволюции органического мира и селекционной работы человека.

Демонстрации 

1. Презентация
2. Схема различных типов хромосомных мутаций.
3. Схема полиплоидизации.
4. Гомологические ряды в наследственной изменчивости.

Термины Генотипическая изменчивость, мутация, генные мутации, геномные мутации,.  хромосомные мутации:

1. инверсия;
2. делеция ;
3. дупликация;
4. транслокация.

Задания для учащихся: 

1. Сформулировать закон гомологических рядов и привести примеры.
2. Познакомиться с биографией Н.И. Вавилова и знать его основные научные открытия.
3. Составить таблицу “Формы изменчивости”

1. Организационный момент.
2. Проверка знаний и умений.

Фронтальная работа

1. Что изучает генетика?
2. Что означает термин наследственность?- изменчивость?
3. Какие формы изменчивости вам известны?
4. Что означает норма реакции? 
5. В чем проявляются закономерности модификационной изменчивости?
6. Как изменение условий сказывается на количественных и качественных признаках? Приведите примеры
7. Что такое норма реакции? Почему разнообразие качественных признаков в малой степени зависит от влияния условий среды?
8. Какое практическое значение в сельском хозяйстве имеет значение нормы реакции животных и растений?

Индивидуальная работа на компьютере- тестовая работа  

  Заполните схему:

Работа учащихся на компьютерах с приложением 1( В течении урока  выполняются задания 1-5).

3)    Изучение нового материала

В понятие наследственной изменчивости входят генотипическая и цитоплазматическая изменчивость. Первая делится на мутационную, комбинативную, соотносительную. Комбинативная изменчивость возникает при кроссинговере, независимом расхождении хромосом в мейозе и случайном слиянии гамет при половом размножении.

В состав мутационной изменчивости входят геномные, хромосомные и генные мутации. Термин мутация был введен в науку Г. де Фризом. Его биография и основные научные достижения располагаются в разделе.                     Геномные мутации связаны с возникновением полиплоидов и анэуплоидов.

Хромосомные мутации определяются межхромосомными изменениями – транслокацией или внутрихромосомными перестройками: делецией, дупликацией, инверсией. Генные мутации объясняются изменениями в последовательности нуклеотидов: увеличением или уменьшением их числа (делеция, дупликация), вставкой нового нуклеотида или поворотом участка внутри гена (инверсия).

Цитоплазматическая изменчивость связана с ДНК, которая находится в пластидах и митохондриях клетки. Наследственная изменчивость родственных видов и родов подчиняется закону гомологических рядов Вавилова.

Модификационная изменчивость отражает изменения фенотипа, не затрагивая генотипа. Противоположной ей является другая форма изменчивости – генотипическая, или мутационная (по Дарвину – наследственная, неопределенная, индивидуальная), меняющая генотип. Мутация – стойкое наследственное изменение генетического материала.

Отдельные изменения генотипа называются мутациями.

Понятие о мутациях было введено в науку голландцем де Фризом. Мутации – это наследственные изменения, приводящие к увеличению или уменьшению количества генетического материала, к изменению нуклеотидов или их последовательности.

      Классификация мутаций

1. Мутации по характеру проявления: Доминантные ,рецессивные.
2. Мутаций по месту их возникновения: соматические, генеративные.
3. Мутации по характеру появления: спонтанные, индуцированные.
4. Мутации по адаптивному значению : полезные, вредные, нейтральные.

(Летальные , полулетальные.)

Большинство возникающих мутаций рецессивны и неблагоприятны для организма, даже могут вызвать его гибель. В сочетании с аллельным доминантным геном рецессивные мутации не проявляются фенотипически. Мутации имеют место в половых и в соматических клетках.

Если мутации происходят в половых клетках, то они называются генеративными и проявляются в том поколении, которое развивается из половых клеток. Изменения в вегетативных клетках называются соматическими мутациями. Такие мутации приводят к изменению признака только части организма, развивающегося из измененных клеток.

У животных соматические мутации не передаются последующим поколениям, поскольку из соматических клеток новый организм не возникает. Иначе у растений: в гибридных клетках растительных организмов репликация и митоз могут осуществляться в разных ядрах несколько по-разному.

На протяжении ряда клеточных генераций происходит потеря отдельных хромосом и отбираются определенные кариотипы, способные сохраняться в течение многих поколений.

Различают несколько типов мутаций по уровню возникновения: 

1. Геномные мутации- изменение плоидности, т.е. числа  хромосом (численные хромосомные   аберрации), встречающиеся особенно часто у растений;
2. Хромосомные мутации – изменения   структуры хромосом (структурные хромосомные аберрации);
3. Генные мутации – изменения в отдельных генах;

Геномные мутации 

Полиплоидия- кратное увеличение числа хромосом.  

Анэуплоидия – утеря или появление лишних хромосом в результате нарушения     мейоза

 Возникают вследствие изменения числа или структуры хромосом.

Изменения плоидности наблюдаются при нарушениях расхождения хромосом.

Хромосомные болезни

Генеративные мутации

1. ХХУ; ХУУ- синдром Клайнфельтера.
2. ХО- синдром Шершевского- Тернера.

Аутосомные мутации

1.  Синдром Патау ( по 13 хромосоме).
2. Синдром Эдвардса( по 18 хромосоме).
3. Синдром Дауна ( по 21 хромосоме).

Синдром Кляйнфельтера.

ХХY и XXXY – синдром Кляйнфельтера. Частота встречаемости 1:400 – 1:500. Кариотип – 47, XXY, 48, XXXY и др. Фенотип мужской. Женский тип телосложения, гинекомастия. Высокий рост, относительно длинные руки и ноги. Слабо развит волосяной покров. Интеллект снижен.

Синдром Шершевского-Тернера

X0 – синдром Шерешевского -Тернера (моносомия Х). Частота встречаемости 1:2000 – 1:3000. Кариотип 45,Х. Фенотип женский. Соматические признаки: рост 135 – 145 см, крыловидная кожная складка на шее (от затылка к плечу), низкое расположение ушей, недоразвитие первичных и вторичных половых признаков. В 25% случаев имеются пороки сердца и аномалии работы почек. Интеллект страдает редко.

Синдром  Патау – Трисомия по 13-й хромосоме ( синдром Патау ) обнаруживается у новорожденных с частотой около 1:5000 – 1:7000 и связана с широким спектром пороков развития. Для СП характерны множественные врожденные пороки развития головного мозга и лица.

Это группа ранних нарушений формирования головного мозга, глазных яблок, костей мозговой и лицевой частей черепа. Окружность черепа обычно уменьшена. Лоб скошенный, низкий; глазные щели узкие, переносье запавшее, ушные раковины низко расположенные и деформированные.

Типичный признак СП – это расщелины верхней губы и неба

Синдром Дауна-Болезнь, обусловленная аномалией хромосомного набора (изменением числа или структуры аутосом), основными проявлениями которой являются умственная отсталость, своеобразный внешний облик больного и врожденные пороки развития. Одна из наиболее распространенных хромосомных болезней, встречается в среднем с частотой 1 на 700 новорожденных. На ладони часто обнаруживают поперечную складку

Хромосомных мутаций, связанных с изменением структуры хромосом,

известно несколько типов:

1. делеция – выпадение участка хромосомы;
2. дупликация – удвоение участка хромосомы;
3. инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов;
4. транслокация – перенос участка хромосомы на другую хромосому.
5. транспозиция- перемещения в одной хроосоме.

При делеции и дупликации происходит изменение количества

генетического материала. Фенотипически они проявляются в зависимости от того, насколько велики соответствующие участки

хромосом и содержат ли они важные гены. Дупликации могут привести к возникновению новых генов. При инверсиях и транслокациях количество генетического материала не изменяется, но меняется его расположение. Такие мутации также играют важную роль, поскольку скрещивание мутантов с исходными формами затруднено, а их гибриды F1 чаще всего стерильны.

Делеции

У человека в результате делеции

1. синдром Вольфа- утрачен участок в большой хромосоме 4 –
2. – синдром “кошачьего крика”- при делеции в хромосоме 5 . Причина: хромосомная мутация; потеря фрагмента хромосомы в 5-й паре.
   Проявление: неправильное развитие гортани, крики, подобные кошачьим, I раннем детском возрасте, отставание в физическом и умственном развитии

Инверсии

1. Это изменение структуры хромосомы, вызванное поворотом на 180° одного из внутренних её участков.
2.  Подобная хромосомная перестройка — следствие двух одновременных разрывов в одной хромосоме.

Транслокации

1. В ходе транслокации происходит обмен участками негомологичных хромосом, но общее число генов не изменяется.

Замена оснований

а) фенилкетонурия. Проявление: нарушение расщепления фенилаланина; этим обусловлено слабоумие, вызываемое гиперфенилаланинемией.
При своевременно назначенной и соблюдаемой диете (питание, обедни фенилаланином) и применении определенных медикаментов, клинические проявления этого заболевания практически отсутствуют

б) серповидно- клеточная анемия.

в) синдром Морфана.
Генные (точечные) мутации связаны с изменениями в последовательности нуклеотидов. Нормальный ген (свойственен дикому типу) и возникшие из него мутантные гены называются аллелями.

При генных мутациях происходят следующие структурные изменения:

     Генная мутация

   Например, серповидноклеточная анемия представляет собой результат замены одного основания в b-цепи глобина крови (аденин заменяется тимином). При делеции и дупликации сдвигается последовательность триплетов и возникают мутанты со “сдвигом рамки”, т.е. смещениями границ между кодонами – с места мутации изменяются все последующие аминокислоты.

Первичная структура гемоглобина здоровых ( 1 ) и больных серповидно- клеточной анемией ( 2 ).

1) – вал- гис-лей-тре – про-глут. к-та- глу-лиз

2) – вал- гис-лей-тре – валин- глу-лиз

Мутация в гене бета-гемоглобина

Синдром Морфана

   Высокий выброс адреналина , характерный для заболевания, способствует не только развитию сердечно-сосудистых осложнений, но и появлению у некоторых лиц особой силы духа и умственной одаренности. Способы лечения неизвестны.  Считают, что ею болели Паганини, Андерсен, Чуковский

Гемофилия

Мутагены- факторы, вызывающие мутации: биологические, химические физические. 

Экспериментально частоту мутаций можно увеличить. В природных условиях мутации происходят при резких изменениях температуры, под влиянием ультрафиолетового излучения и по другим причинам.

Однако в большинстве случаев истинные причины мутаций остаются неизвестными. В настоящее время разработаны методы, позволяющие увеличить число мутаций искусственными средствами.

Впервые резкое повышение числа возникающих наследственных изменений было получено под влиянием лучей Рентгена.

Физические факторы (различные виды ионизирующей радиации, ультрафиолетовое излучение, лучи Рентгена )

Химические факторы (инсектициды, гербициды, свинец, наркотики, алкоголь, некоторые лекарственные препараты и др.вещества)

Биологические факторы (вирусы оспы, ветряной оспы, эпидемического паротита, гриппа, кори, гепатита и др.)

Евгеника .                                                                                                            

Евгеника – наука об улучшении породы человечества.

 Евгеника в переводе с греческого – рождение лучших. Эта скандальная наука ищет пути улучшения наследственных качеств человека, используя генетические принципы. Ей всегда было трудно оставаться чистой наукой: за ее развитием пристально следила политика, распоряжавшаяся ее плодами по-своему.

В древней Спарте селекцию людей проводили более кардинально, уничтожая младенцев, не обладающих физическими качествами, необходимыми для будущего воина. Отцом же евгеники, поставившей ее на научную основу, стал Френсис Гальтон в 1869 году.

Проанализировав родословные сотни талантливых людей, он пришел к выводу: гениальные способности наследуются.

Сегодня евгеника направлена на искоренение в человеческом роде наследственных заболеваний. Любой биологический вид будет находится на грани уничтожения, если его существование вступает в противоречие с природой.Почти половина новорожденных из тысячи рождается с какой-либо наследственной патологией.

В мире в год появляется на свет 2 миллиона таких детей. Среди них – 150 тысяч с синдромом Дауна. Давно всем известно, что легче предупредить рождение ребенка, чем бороться с недугами. Но такие возможности появились только в наше время.

Дородовая диагностика и генетическое консультирование помогает решить проблему о целесообразности родов.

Современные возможности медико-генетического консультирования позволяют определить во время планирования беременности риск наследственных заболеваний.

Николай Иванович Вавилов

Николай Иванович Вавилов (1887–1943) – русский ботаник, генетик, растениевод, географ. Сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Создал учение о центрах происхождения культурных растений.

Русским ученым Н. И.

Вавиловым была установлена важнаязакономерность, известная под названием закона гомологических рядов в наследственной изменчивости: виды и рода, генетически близкие (связанные друг с другом единством происхождения), характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. На основе этого закона можно предвидеть нахождение сходных изменений у родственных видов и родов. Им составлена таблица гомологических рядов в семействе

злаков. У животных также проявляется эта закономерность: например, у грызунов существуют гомологические ряды по окраске шерсти.

Закон гомологических рядов

Изучая наследственную изменчивость культурных растений и их предков Н. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.»

На примере семейства злаковых, Вавилов показал, что сходные мутации обнаруживаются у целого ряда видов этого семейства. Так, черная окраска семян встречается у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и других, за исключением овса, пырея, проса.

Удлиненная форма зерна – у всех изученных видов. У животных также встречаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц.

Причина появления сходных мутаций – общность происхождения генотипов.

Таким образом, обнаружение мутаций у одного вида дает основание для поисков сходных мутаций у родственных видов растений и животных.

Закон гомологических рядов

1. Какие мутантные формы должны возникнуть у близкородственных видов?
2. Кто является основателем закона гомологических рядов?
3. Как гласит закон?    

1. Параграф 24
2. Найти примеры мутаций в природе.

Источник: https://nsportal.ru/shkola/biologiya/library/2012/04/25/nasledstvennaya-izmenchivostzakon-gomologicheskikh-ryadov

гомологических рядов в наследственной изменчивости закон – это… Что такое гомологических рядов в наследственной изменчивости закон?

• закон гомологических рядов в наследственной изменчивости — см. Гомологических рядов в наследственной изменчивости закон. .(Источник: «Биология. Современная иллюстрированная энциклопедия.» Гл. ред. А. П. Горкин; М.: Росмэн, 2006.) …   Биологический энциклопедический словарь
• Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости — Гомологические ряды в наследственной изменчивости понятие, введенное Н. И. Вавиловым[1] при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений. Закономерности в… …   Википедия
• ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЗАКОН — устанавливает параллелизм в наследств, изменчивости организмов. Сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920. Изучая изменчивость признаков у видов и родов злаков и др. семейств, Н. И. Вавилов обнаружил, что: 1. Виды и роды, генетически близкие между… …   Биологический энциклопедический словарь
• Гомологических рядов закон —         изменчивости, разработанный советским учёным Н. И. Вавиловым закон, устанавливающий параллелизм в изменчивости организмов. Ещё Ч. Дарвин (1859 68) обратил внимание на далеко идущий параллелизм в изменчивости (См. Изменчивость) близких… …   Большая советская энциклопедия
• Закон гомологических рядов — Гомологические ряды в наследственной изменчивости понятие, введенное Н. И. Вавиловым[1] при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений. Закономерности в… …   Википедия
• ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ — открытый Н. И. Вавиловым (1920) закон, согласно которому изменчивость близких по происхождению родов и видов растений осуществляется общим (параллельным) путем. Генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной… …   Экологический словарь
• ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ ЗАКОН — в наследственной изменчивости сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920, устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений. Как было показано позже, в основе этого явления лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение) и …   Большой Энциклопедический словарь
• гомологических рядов закон — в наследственной изменчивости, сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920, устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений. Как было показано позже, в основе этого явления лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение)… …   Энциклопедический словарь
• гомологических рядов закон — в наследственной изменчивости, устанавливает параллелизм в наследств, изменчивости организмов. Открыт советским учёным Н. И. Вавиловым в 1920. Изучая изменчивость признаков у видов и родов семейства мятликовых и др., Вавилов обнаружил, что… …   Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
• ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ ЗАКОН — в наследственной изменчивости, сформулирован Н. И. Вавиловым в 1920, устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп р ний. Как было показано позлее, в основе этого явления лежит гомология генов (их одинаковое мол. строение) и… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/dic_biology/7048/%D0%B3%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Время, проведенное Н. И. Вавиловым в Саратовском университете, поистине можно назвать одним из плодотворнейших периодов его жизни. Это был период подведения первых итогов и обобщений, позволивших сделать важнейшие теоретические и практические выводы. В Саратове сформулирован закон о гомологических рядах.

Июнь 1920 года. Зной надвигался из заволжских степей и висел над городом. Шла гражданская война. Саратов мобилизовал последние запасы хлеба и патронов: наступал Врангель. В эти трудные незабываемые дни молодой профессор Саратовского университета прочитал III Всероссийскому съезду по селекции доклад о новом законе гомологических рядов.

Съезд был немноголюден. Н. И. Вавилов говорил о том, что великий шведский ученый Карл Линней ввел в естествознание понятие о виде; тогда, почти двести лет назад, это понятие казалось твердым, незыблемым. Теперь же совсем иное.

Там, где натуралисты XVIII века видели единую группу животных или растений, можно найти много форм, различающихся между собой по разным признакам.

Наука, двигаясь вперед, расшатывала понятие о системе видов, и линнеевские виды стали делить на подвиды, разновидности и расы.

Из числа уже достоверно известных 130 000 линиеевских видов цветковых растений можно выделить десятки и сотни миллионов разновидностей и рас.

Ботаники и путешественники постоянно приумножают число линнеевских видов, обнаруживая их в различных местах земного шара, а селекционеры искусственным скрещиванием растений создают новые и новые сорта.

Современный ботаник тонет в этом растительном разнообразии.

Сноп пшеницы, взятый с поля, содержит десять, а нередко более разных ботанических форм, которые легко различаются между собой даже по внешнему виду. Все возделываемые человеком культуры исключительно пестры. Природа ему предоставила множество форм растений и распределила их в определенном порядке. Надо только уяснить этот порядок.

В этом помогают подмеченные закономерности, и, может быть, уже было бы правильнее определять многообразие в пределах линнеевского вида (линнеона) не числом описанных и возможных комбинаций, а числом расовых признаков, которыми отличаются отдельные формы растений. При этом не надо забывать, что отдельные признаки могут обусловливаться несколькими наследственными факторами — элементами, определяющими облик растений.

Делегаты съезда насторожились, отодвинули тетради — записи были излишни: ученый говорил увлекательно и кратко, слова его невозможно забыть. Очевидно, речь идет о крупном теоретическом открытии, проливающем новый свет на флору земного шара.

Н. И. Вавилов, указывая на таблицу с колосьями пшеницы, говорил, что все пшеницы распадаются на восемь линнеевских видов: твердую, мягкую, карликовую, английскую и др.

В каждом из восьми видов пшеницы бывают формы озимые и яровые; остистые, безостые и полуостистые; красноколосые, белоколосые, сероколосые и черноколосые; лигульные и безлигульные; краснозерные и белозерные.

Разновидности всех видов пшеницы образуют как бы ряды, соответствующие друг другу.

Этим рядам он дал название «гомологических». Их можно сравнить с клавиатурой роялей. Разные клавиши роялей порождают звуки различных тембров, но сами тона в роялях расположены строго в одном и том же порядке.

Не только виды пшеницы своими формами повторяют друг друга, но и рожь повторяет пшеницу и все другие хлеба, ячмень и овес повторяют друг друга, а также рожь и пшеницу. Это говорит о том, что наследственная изменчивость у культурных растений протекает параллельно.

Закон гомологических рядов охватывает всю флору земного шара и приводит пестроту растительных форм в определенную систему.

Таким образом, ботаникам теперь не надо разъезжать наудачу по всему миру в поисках новых растений, потому что с помощью закона гомологических рядов всегда можно определить, какие именно неизвестные формы данного растения должны существовать в природе.

Все растения мира, все, что природа прятала от нас тысячелетиями, можно привести в определенную систему, изучить и использовать все нужное для человека.

Переместим по нашему усмотрению исторически сложившиеся зоны возделывания растений и в соответствии с намеченными планами заставим культурные растения давать необходимый нам урожай.

Теория Н. И. Вавилова была проста, как все большие открытия. Она сильно взволновала ученых. Возможность всю флору земного шара уложить в стройную систему, определять нужные человеку формы растений, искать их во всех странах земного шара была особенно понятна слушателям, которые видели, как засуха на всем Юго-Востоке уничтожала даже самые лучшие сорта сельскохозяйственных растений.

Участники III Всероссийского съезда по селекции высоко оценили работы Н. И. Вавилова с культурными растениями и особенно сформулированный им закон гомологических рядов. Съезд принял решение о скорейшем опубликовании этого закона на русском и английском языках и о необходимости обеспечить развитие работ Н. И. Вавилова в дальнейшем.

Съезд довел до сведения Народного Комиссара Просвещения и Народного Комиссара Земледелия свое решение, послав им следующую телеграмму: «Москва, Совнарком, Луначарскому. Копия — Совнарком, Середе. На Всероссийском селекционном съезде выслушан доклад проф. Н. И.

Вавилова исключительного научного и практического значения с изложением новых основ теории изменчивости, основанной главным образом на изучении материала по культурным растениям. Теория эта представляет крупнейшее событие в мировой биологической науке, соответствуя открытиям Менделеева в химии, открывает самые широкие перспективы для практики.

Съезд принял резолюцию о необходимости обеспечить развитие работ Вавилова в самом широком масштабе со стороны государственной власти и входит об этом со специальным докладом».

Академик В. Л. Комаров в своей книге «Происхождение культурных растений» пишет: «Параллельную изменчивость заметили и указывали на нее и Жоффруа Сент-Илер, и ботаник Гордон, и Ч. Дарвин, но только Н. И. Вавилов изучил ее в полной мере и изобразил точно и определенно».

Сбор во многих странах мира огромного материала и изучение его по методу, предложенному Н. И.

Вавиловым, в Институте прикладной ботаники и новых культур, а затем во Всесоюзном институте растениеводства (ВИР) подтвердили, что параллелизм в наследственной изменчивости не случаен, а закономерен и определяет прежде всего внутривидовую изменчивость. Параллелизм внутривидовой изменчивости близких между собой видов и родов объясняется общностью их происхождения.

Многочисленные экспедиции ВИРа собрали огромное количество новых разновидностей и форм растений, предсказанных на основе закона гомологических рядов и ранее не известных, а биохимики проверили этот закон на изменчивости химических свойств растений и получили очень интересные результаты.

Закон гомологических рядов помогает селекционеру вскрывать внутривидовой состав культурных растений и облегчает ему возможность ориентироваться в исходном материале.

В последнем переработанном издании закона гомологических рядов Н. И.

Вавилов пишет: «А priori можно бы думать, что ряды параллельной изменчивости не всегда обязательно должны быть полными у всех видов, подвергаясь действию естественного отбора в течение веков и тысячелетий; это тем более вероятно, что некоторые из сочетаний генов являются нежизненными (летальными).

В историческом процессе развития виды подвергаются исчезновению, вымиранию, как об этом наглядно свидетельствует палеонтология. Неудивительным было бы отсутствие в рядах существующих форм в пределах линнеевских видов некоторых звеньев».

Доклад о законе гомологических рядов Н. И. Вавилов сделал (на английском языке) вторично в 1921 году на Международном конгрессе сельского хозяйства в США. Доклад имел большой успех.

Надо иметь в виду, что еще за двадцать лет до этого Департамент земледелия США учредил Бюро растительной индустрии (Bureau of Plant Industry), которое рассылало своих ботаников по всем странам мира для сбора растений, не занимаясь предварительно разработкой какой бы то ни было теории для обоснования этих поисков.

Слушая доклад Николая Ивановича, американцы не представляли, что перед ними будущий непревзойденный их конкурент в сборе мировых коллекций растений.

Ботаников из Бюро растительной индустрии поразила стройность теории Н. И. Вавилова и знание английского языка, чего они никак не могли ожидать от молодого русского ученого, появившегося на их континенте из непонятной Страны Советов. О докладе Н. И. Вавилова печатали подробные отчеты в газетах.

На видном месте публиковали его портреты, но принять его теорию для обоснования своей практической деятельности ботаники из Департамента земледелия США не догадались. Спохватились они гораздо позднее (в начале тридцатых годов), когда Н. И.

Вавилов уже разработал не одну научную теорию, побывал в сорока странах мира и имел коллекции десятков тысяч планомерно собранных форм растений.

Только в самом начале тридцатых годов Департамент земледелия США командировал своего ботаника во Всесоюзный институт растениеводства для ознакомления с его работами. Департамент заинтересовался деятельностью этого советского научного учреждения потому, что о нем в то время отзывались, как об институте мировых растительных ресурсов.

Представителю департамента рассказали о проведенных экспедициях, о методах исследования культурных растений, о планах на будущее; показали коллекции семян и растений в большую географическую карту, исчерченную маршрутами экспедиций Н. И. Вавилова и его сотрудников, а также напечатанные труды, в которых можно было прочесть о многом из рассказанного.

Глядя на карту маршрутов экспедиций, ботаник из США вспомнил, что более шести лет назад он прочел в одном популярном журнале краткое сообщение об отъезде в Афганистан советской ботанической экспедиции профессора Н. И. Вавилова. Он тогда не придал этому значения, так как Афганистан — соседняя с Советским Союзом страна, и ничего нет удивительного, что русский ученый-ботаник желает изучить флору своих соседей.

Теперь он видел, что ошибался: скромная научная хроника впервые извещала о будущем серьезном сопернике вашингтонского Бюро растительной индустрии.

Американский ученый сразу же обратил внимание на то, что маршруты советских ботаников не совпадают с путями американских охотников за растениями, и понял, что теории Н. И.

Вавилова имеют большой практический смысл, что «состязание между Вашингтоном и Ленинградом давно началось», хотят этого или нет американские ботаники.

Изменчивость в природе невозможно ограничить рамками гомологических рядов Н. И. Вавилова. Но опыт ботаников и селекционеров показал, что ряды следует рассматривать как основные оси при изучении наследственной изменчивости.

Значение закона гомологических рядов нельзя рассматривать только с исторической точки зрения, как закон, сыгравший большую роль в изучении культурных растений советскими ботаниками в двадцатых и тридцатых годах, или как закон, с помощью которого советская наука овладела ключами к мировым сортовым ресурсам.

Этот закон имеет большое значение и теперь, а также будет играть немалую роль, и в дальнейшем.

По словам Н. И. Вавилова, при его жизни было исследовано не более половины растений земного шара.

Из-за политических кордонов того времени ему не удалось побывать ни в северных провинциях Индии (Гималайские горы), ни в горных районах Китая, ни на Индокитайском полуострове.

Районы же эти и до сих пор представляют большой интерес для советских ботаников и селекционеров. Сбор и изучение культурных растений и их диких родичей нашими ботаниками и селекционерами продолжаются.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (или параллельная изменчивость) впервые был опубликован на русском языке в сокращенном виде в 1920 году как доклад на III Всероссийском съезде по селекции, а более подробно на английском языке в «Journal of Genetices» в 1922 году. Последнее издание его в несколько измененной редакции вышло в 1935 году.

Источник: http://www.activestudy.info/vavilov-zakon-gomologicheskix-ryadov-v-nasledstvennoj-izmenchivosti/

Наследственная изменчивость. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Могут ли изменяться гены и хромосомы?

Наследственная изменчивость связана с изменением генетического материала особей. Она затрагивает генотип организма, может проявляться как мутация, т. е. в виде мутационной изменчивости. Мутационная изменчивость (от лат.

mutatio – перемена) представляет собой редкие, случайно возникшие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь хромосомный набор, отдельные хромосомы, их части или отдельные гены. Мутации связаны с внутренними и внешними причинами, т. е. с влиянием факторов среды. Мутации могут быть вредными.

полезными или нейтральными для организма в данных условиях среды. Мутации имеют большое значение для существования природных популяций и являются материалом для естественного отбора.

По характеру изменения генетического аппарата различают геномные, хромосомные и генные мутации.

Геномные мутации. Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. Геном – это совокупность всей наследственной информации в гаплоидном наборе хромосом данного организма.

В качестве примера геномной мутации можно привести явление полиплоидии (от греч. poly – много, haplos – одиночный, eidos – вид). В результате полиплоидии увеличивается диплоидное число хромосом путем добавления целых хромосомных наборов вследствие нарушения мейоза.

Иначе говоря, причина полиплоидии заключается в нерасхождении гомологичных хромосом в мейоз, в результате чего образуются диплоидные гаметы.

Если такая гамета при оплодотворении сливается с обычной гаплоидной гаметой, то образуется триплоид (3n), если сливаются две диплоидные гаметы, получается тетраплоид (4n) и т. д.

Растения, имеющие нечетное количество наборов хромосом, – триплоиды (3n), пентаплоиды (5n) – характеризуются резким снижением плодовитости. Причина этого явления заключается в нарушении нормального протекания мейоза, так как при конъюгации хромосом в профазе первого деления каждая хромосома должна иметь парную себе, т. е. гомологичную, хромосому.

У растений с четным числом хромосомных наборов (4n, 6n, 8n и т. д.) мейоз чаще всего не нарушается. Наибольшее число полиплоидных видов отмечено у хризантем. Исходная форма в гаплоидном наборе имеет 9 хромосом.

Встречаются формы с 18 (2n), 36 (4n) хромосомами, вплоть до формы с 198 хромосомами (22n).

Полиплоиды часто наблюдаются у пшеницы, проса, ячменя, яблони, груши, рябины, некоторых сортов винограда, тутового дерева, ананаса, банана, льна, арахиса, горчицы, хлопчатника, картофеля и многих других растений.

Полиплоидные формы фенотипически отличаются от диплоидных. Обычно они имеют более крупные клетки, увеличенные вегетативные и генеративные органы.
Избыток хромосом у полиплоидов повышает устойчивость растений к болезням и многим повреждающим воздействиям, например к радиации. Полиплоидные особи жизнеспособнее диплоидных организмов.

У животных редко встречаются полиплоидные формы. Предполагают, что эволюция инфузорий шла путем полиплоидизации. У некоторых многоклеточных животных удалось искусственным путем получить полиплоидные формы (например, тутового шелкопряда). Недавно ученые обнаружили полиплоидные ряды видов, родов и даже семейств рыб, земноводных и пресмыкающихся.

Иногда у животных встречается видоизмененная форма полиплоидии, при которой образуются отдельные полиплоидные клетки и ткани. Так, у млекопитающих много полиплоидных клеток в печени и сердце.

Хромосомные мутации (хромосомные перестройки). Хромосомные мутации заключаются в изменении структуры отдельных хромосом.

Различают хромосомные мутации в виде дупликации (удвоение участка хромосомы), делеции (выпадение участка хромосомы), инверсии (поворот участка хромосомы на 180°), транслокации (прикрепление участка хромосомы из одной пары хромосом к негомологичной хромосоме) (рис. 68).

Рис. 68. Виды хромосомных мутаций
Причинами хромосомных мутаций могут быть нарушения механизма деления клеток, которые приводят к разрыву хромосом или хроматид и воссоединению их в новых сочетаниях. Хромосомные перестройки изменяют функционирование генов.

Так, большинство транслокаций, затрагивающих крупные участки хромосом, приводят к нежизнеспособности организма.

Генные (точковые) мутации. Генные мутации связаны с изменениями последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Причинами этих мутаций являются «ошибки» в процессе репликации ДНК.

Существуют различные типы генных мутаций: выпадение, добавление или перестройка нуклеотидов в молекуле ДНК.

Мелкие генные мутации фенотипически проявляются нечасто.

Это связано с тем, что чаще всего они имеют рецессивный характер (доминантные мутации встречаются редко), а также с тем, что изменение в структуре гена не всегда приводит к изменению в синтезе белка, что обусловлено вырожденностью генетического кода (см.

§15). Однако известны случаи, когда изменение всего лишь одного нуклеотида в определенном гене обусловливает значительные изменения в фенотипе. Типичный пример генной мутации – альбинизм животных.

По месту возникновения мутации подразделяют на генеративные и соматические.

Генные мутации возникают в половых клетках. Они передаются по наследству при половом размножении.

Соматические мутации происходят в соматических клетках. Они наследуются только в случае бесполого размножения, которое осуществляется с участием мутантных соматических клеток.

Соматические генные мутации, происходящие в многоклеточном организме, наследуются теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем ее деления. В некоторых случаях при этом образуются клетки, имеющие повышенную скорость деления и роста.

Эти клетки могут дать начало опухолям – либо доброкачественным, не оказывающим особого влияния на весь организм, либо злокачественным, что приводит к раковым заболеваниям.

Мутагенез. Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом (от лат. mutatio – перемена, genesis – происхождение). Мутации могут появляться случайно, но могут быть получены искусственно с помощью различных факторов – мутагенов. В генетике работы по выявлению и изучению различных мутагенов широко развернулись в 30-е годы XX в.

Было выяснено, что среди физических мутагенов наибольшее значение имеют ионизирующее излучения, в частности волновые лучи (электромагнитные, в том числе рентгеновские, гамма-лучи, космические) и корпускулярные лучи (бета-частицы, протоны, нейтроны и др.). Физические мутагены вызывают многочисленные генные мутации и перестройки хромосом.

Кроме ионизирующих излучений, сильным мутагеном являются ультрафиолетовые лучи.

Проницающая способность ультрафиолетовых лучей мала, они задерживаются поверхностными тканями и не могут действовать на половые клетки большинства многоклеточных организмов.

Наиболее мутагенны ультрафиолетовые лучи с длиной волны около 260 нм, это связано с тем, что ДНК поглощает ультрафиолетовые лучи именно с такой длиной волны.

Относительно слабым мутагенным действием обладает повышенная температура. Повышение температуры на каждые 10 °С увеличивает частоту мутаций (преимущественно генных) примерно в 3-6 раз.

Химические мутагены насчитывают множество разнообразных веществ, и список их каждый год пополняется. Сильнейшие химические мутагены – вещества из группы алкилирующих соединений, азотистые основания, а также азотистая кислота, разные перекиси, формальдегид, колхицин, бензпирен, радикалы. Химические мутагены могут вызывать как генные мутации, так и хромосомные перестройки.

Биологические мутагены обнаружены относительно недавно. Оказалось, что мутагенными свойствами обладают вирусы. В результате изучения патологических изменений, происходящих в зараженных вирусами клетках животных, в том числе человека, выявлено, что в таких случаях отмечаются разрывы хромосом.

Работы па экспериментальному мутагенезу пролили свет на причини спонтанных (самопроизвольных) мутаций.

К числу факторов, вызывающих спонтанные мутации, относятся естественный радиационный фон Земли, образуемый доходящими до поверхности планеты космическими лучами, гамма-излучениями Земли и радиоактивными веществами.

Определенный вклад в возникновение спонтанных мутаций у человека, животных, растений в микроорганизмов, как уже было сказано, вносят вирусы.

Однако главная причина спонтанных мутаций – случайные повреждения хромосом и генов в ходе нормальных обменных процессов, происходящих в клетке. Частота мутационных процессов увеличивается при старении организма.

Многочисленные данные, полученные при изучении мутаций у бактерий, низших растений, дрозофилы и в клетках млекопитающих, свидетельствуют, что спонтанные мутации представляют собой следствие случайных ошибок в механизмах расхождения хромосом и репликации ДНК.

Многие физические и химические мутагены повреждают митотический аппарат клетки, что приводит либо к нерасхождению хромосом, либо к неправильному их распределению между дочерними клетками.

Хромосомные и генные мутации вызывают многочисленные врожденные уродства и наследственные болезни человека.

Важнейшая современная проблема – защитить людей от действия мутагенов: от радиации атомной промышленности при использовании радиоактивных изотопов, рентгеновских лучей и др.

Необходимо изучать возможность мутагенного действия новых лекарственных препаратов, новых строительных материалов, пестицидов, пищевых добавок, красителей, эмульгаторов, консервантов, широко применяемых в промышленности и сельском хозяйстве.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Мутационную изменчивость у культурных растений из семейства злаков и их диких предков в течение многих лет изучал выдающийся биолог Н. И. Вавилов.

Ученый установил закон гомологических рядов наследственной изменчивости, суть которого сводится к тому. что близкие виды и роды благодаря сходству их генотипов обладают сходной наследственной изменчивостью.

Н. И. Вавилов подчеркивал, что целые семейства растений характеризуются определенной изменчивостью, проходящей через все роды н виды, составляющие семейство (рис. 69).

Рис. 69. Гомологические ряды в наследственной изменчивости у злаков
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости устанавливает параллелизм в изменчивости организмов, т.е. наличие у разных форм сходных мутаций, или гомологических рядов. Н. И.

Вавилов писал: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что. зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов…»

Закон, сформулированный Н.И.

Вавиловым, касается изменчивости у растений, однако он применим и к животным. Например, в семействе грызунов существуют гомологические ряды по окраске шерсти. Этот закон имеет важное практическое значение, так как позволяет предсказать возникновение определенных сходных мутаций у близкородственных видов и родов.

Знание закона гомологических рядов значительно облегчает н направляет работу селекционеров.

Вопросы и задания

1. Чем отличается наследственная изменчивость от модификационной?
2. Какое явление называют мутацией? Какими бывают мутации по характеру изменения генетического материала?
3. Какие мутации относятся к геномным?
4. Какие мутации называют хромосомными? Какие виды хромосомных мутаций встречаются в клетках?
5. Что такое мутагенез? Какие факторы относят к мутагенам? Предложите возможные меры защиты человека от воздействия мутагенов.
6. В чем суть закона гомологических рядов наследственной изменчивости? Каково практическое значение этого закона?

Источник: http://blgy.ru/biology10/genetic-variation

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости устанавливает параллелизм в наследственной изменчивости организмов. Генотипически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм одного вида, можно предположить нахождение тождественных форм у других видов и родов.

История формулировки

Закон сформулирован М. И. Вавиловым в 1920 г. Впервые был опубликован на русском языке в трудах 3-го съезда по растениеводству, а в 1922 — на английском языке.

Изучая изменчивость признаков у видов и родов злаков и других семей, М. И. Вавилов обнаружил, что:

1) Виды и роды, генетически близкие между собой, характеризуется тождественными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм одного вида, можно предположить нахождение тождественных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и линнеоны, тем полнее тождество в рядах их изменчивости.

2) Цели семьи растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, которая происходит через все роды, которые образуют семью.

Хотя первоначально закон касался изменчивости у растений, М. И. Вавилов указывал на возможность применения его к животным.

Помощь

Теоретической основой гомологии рядов фенотипической изменчивости у близких таксономических групп представление о единстве их происхождения путем дивергенции под действием естественного отбора. Поскольку общие предки существующих ныне форм владели определенным специфическим набором генов, то их потомки должны обладать, за небольшим исключением, таким же набором генов.

Учитывая, что каждый ген может мутировать в разных направлениях (множественный аллелизм) и поскольку мутационный процесс имеет не направленный характер, естественно предусматривать что спектр изменений одинаковых генов у особей близких видов будет подобным.

Таким образом, в основе закона гомологических рядов лежит параллелизм генотипов изменчивости у особей с подобным набором генов.

Практическое применение

Закон гомологических рядов отображает общую закономерность мутационного процесса и формообразования организмов, является биологической основой методов целенаправленного получения необходимых наследственных изменений. Он указывает селекционерам направления искусственного отбора, или как писал М. И. Вавилов, «что следует искать».

При изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены подобные алелльни формы, которые повторялись в разных видов (например, узлы на стебле в злаков с антоциановым окраской или без, колоски с остью или без и т.д.). Наличие такой повторности давало возможность предусмотреть наличие еще не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы.

Источник: http://info-farm.ru/alphabet_index/z/zakon-gomologicheskikh-ryadov-nasledst.html