Перейти до основного вмісту
Каталог

Моногібридне схрещування: перший і другий закони Менделя

~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань

Генетика, мінливість і селекція
Біологія НМТ

Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Біологія — повний курс.

Розумієш, чому гібриди F₁ однакові, а в F₂ з'являється розщеплення 3 : 1? У цьому уроці ти опануєш перший і другий закони Менделя, правило чистоти гамет і навчишся визначати розщеплення за фенотипом і генотипом у моногібридному схрещуванні.

Моногібридне схрещування і закон одноманітності

Моногібридне схрещування — це схрещування, у якому батьківські організми відрізняються лише однією парою альтернативних (взаємовиключних) ознак. Наприклад, колір насіння гороху: жовтий або зелений; форма насіння: гладенька або зморшкувата; висота стебла: висока або низька. Саме такі прості випадки обрав Грегор Мендель (1822–1884), щоб уперше сформулювати закони спадковості.

Дослід Менделя: чисті лінії

Мендель узяв дві чисті лінії гороху посівного (Pisum sativum): рослини, що впродовж багатьох поколінь давали тільки жовте насіння, і рослини, що давали тільки зелене насіння. Чиста лінія — це група генотипно однорідних організмів, гомозиготних за досліджуваними ознаками, які з покоління в покоління дають однакове потомство. Сьогодні ми позначаємо домінантний алель великою літерою (A — жовтий колір), а рецесивний — малою літерою (a — зелений колір). Отже, генотип чистої лінії з жовтим насінням — AA, а чистої лінії із зеленим насінням — aa.

Схрещування має такий вигляд:

P: ♀ AA × ♂ aa → гамети: A і a → F₁: Aa (100 % жовте насіння)

Усі гібриди першого покоління (F₁) мали жовте насіння, хоча отримали алель a від одного з батьків. Ознаку, яка проявилася в F₁, Мендель назвав домінантною (лат. dominare — панувати), а приховану — рецесивною (лат. recessus — відступлення).

Формулювання першого закону

Перший закон Менделя — закон одноманітності гібридів першого покоління. Його формулюють так: у разі схрещування двох гомозиготних організмів, що відрізняються однією парою альтернативних ознак, усе потомство F₁ одноманітне за генотипом (Aa) і фенотипом (проявляється домінантна ознака).

Цей закон має важливу особливість: він діє лише тоді, коли батьки гомозиготні. Якщо взяти схрещування Aa × aa або Aa × Aa, одноманітності не буде — виникне розщеплення. Також закон виконується за умови повного домінування; у разі неповного домінування F₁ також одноманітне, але з проміжною ознакою (про це — в окремому уроці).

Реципрокне схрещування

Реципрокне схрещування — це схрещування, в якому батьківські форми міняють ролями: ♀ aa × ♂ AA. Результат був таким самим — усі гібриди F₁ мали жовте насіння. Чому? Тому що гени, які Мендель досліджував, містяться в аутосомах (нестатевих хромосомах), і для них не важливо, від матері чи від батька надійшов алель. Отже, напрям схрещування не впливає на фенотип F₁.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Закон розщеплення в F₂

Після того як Мендель отримав гібриди F₁ (Aa) з жовтим насінням, він провів самозапилення цих рослин. Результат виявився несподіваним: у другому поколінні (F₂) знову з'явилися рослини із зеленим насінням, тобто рецесивна ознака не зникла безслідно, а лише була прихована в поколінні F₁.

Числові дані Менделя

Мендель провів величезну роботу — він виростив і порахував тисячі гібридних рослин. Ось його дані:

  • за кольором насіння: 6022 жовті та 2001 зелена насінина — співвідношення 3,01 : 1

  • за формою насіння: 5474 гладенькі та 1850 зморшкуватих — співвідношення 2,96 : 1

  • за висотою стебла: високі 787, низькі 277 — співвідношення 2,84 : 1

У всіх випадках співвідношення було дуже близьким до 3 : 1. Це дало Менделю підставу сформулювати другий закон.

Формулювання другого закону

Другий закон Менделя — закон розщеплення. Його формулюють так: у разі схрещування гібридів першого покоління (Aa × Aa) між собою в F₂ відбувається розщеплення ознак: за фенотипом — 3 : 1 (75 % особин з домінантною ознакою, 25 % з рецесивною), за генотипом — 1 : 2 : 1 (1 AA : 2 Aa : 1 aa).

Решітка Пеннета для моногібридного схрещування

Щоб зрозуміти, звідки беруться ці співвідношення, зручно скористатися решіткою Пеннета. Для схрещування Aa × Aa вона має розмір 2 × 2:

Рендеринг діаграми…

У рядках записують гамети однієї батьківської особини (наприклад, ♂), у стовпчиках — гамети другої (♀). На перетині рядка й стовпчика опиняється генотип зиготи. Усього виходить чотири рівноймовірні комбінації, кожна з імовірністю 1/4.

Частка гетерозигот серед домінантних нащадків

Це важливий висновок, який знадобиться в задачах на визначення генотипу. Серед рослин F₂ з домінантною ознакою (жовтим насінням) третина — гомозиготи AA, а дві третини — гетерозиготи Aa. Пояснення: із трьох рослин із жовтим насінням (AA, Aa, Aa) лише одна має генотип AA.

Приклад: із 800 рослин F₂ очікуємо 600 жовтих (200 AA і 400 Aa) і 200 зелених (aa). Серед 600 жовтих частка гетерозигот становить 400 / 600 = 2/3.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Чистота гамет і цитологічні основи розщеплення

Чому рецесивна ознака, зникнувши в F₁, знову з'являється в F₂? Чому потомство гібрида Aa не є «сумішшю» ознак, а утворює чіткі класи? Відповідь дає правило (гіпотеза) чистоти гамет, яке Мендель сформулював, не знаючи про хромосоми.

Суть правила чистоти гамет

Правило чистоти гамет стверджує: спадкові фактори (гени) у гібрида не змішуються й не змінюють один одного; кожна гамета отримує лише один алель з пари. Тому гібрид Aa утворює два типи гамет — A і a — у рівному співвідношенні (50 % : 50 %). Жодна гамета не містить обидва алелі одночасно. Саме тому від схрещування Aa × Aa можуть народжуватися «чисті» рецесивні особини aa — їхній рецесивний алель не був «забруднений» домінантним, бо він увесь час перебував в окремій гаметі.

Цитологічна основа

Мендель пояснив розщеплення існуванням «спадкових факторів», нічого не знаючи про хромосоми. Зв'язок його законів з поведінкою хромосом у мейозі встановили на початку XX століття — це стало основою хромосомної теорії спадковості.

Цитологічне пояснення таке:

  1. Алелі одного гена (A та a) лежать в однакових локусах (ділянках) гомологічних хромосом.

  2. В анафазі I мейозу гомологічні хромосоми розходяться в різні клітини.

  3. У результаті кожна гамета отримує лише одну хромосому з пари, а з нею — лише один алель гена.

  4. Під час запліднення гамети поєднуються випадково, що дає чотири рівноймовірні комбінації: AA, Aa, aA, aa.

Схема мейотичного розходження для гібрида Aa:

Рендеринг діаграми…

Як це пояснює розщеплення

Уявімо гібрид Aa. Він утворює гамети A і a порівну. Коли зустрічаються дві гамети (від батька й матері), можливі чотири комбінації:

Гамети ♀ / ♂

A

a

A

AA (жовте)

Aa (жовте)

a

Aa (жовте)

aa (зелене)

Звідси — співвідношення 3 : 1 за фенотипом і 1 : 2 : 1 за генотипом. Алель a нікуди не зникав: він просто «чекав» у половині гамет, поки при заплідненні не зустрінеться з іншим a.

Важливо: фази мейозу детально розглянуто в курсі «Молекулярна біологія, поділ клітини і розмноження». Тут достатньо запам'ятати, що саме розходження гомологічних хромосом в анафазі I забезпечує чистоту гамет.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Статистичний характер законів і умови їх виконання

Співвідношення 3 : 1 за фенотипом і 1 : 2 : 1 за генотипом — це не абсолютні числа, а ймовірнісні (статистичні) закономірності. Вони справджуються на великій кількості нащадків, а в малій вибірці можливі суттєві відхилення.

Чому важлива велика вибірка

Уявімо, що ти кидаєш монетку. Теоретично ймовірність орла й решки — 50 % : 50 %. Але якщо кинути монетку чотири рази, може випасти 3 орли й 1 решка (75 % : 25 %). Щоб наблизитися до 50 : 50, потрібні сотні кидків. Так само і з законами Менделя: серед 8 нащадків від Aa × Aa може бути 5 із жовтим насінням і 3 із зеленим (розщеплення 1,7 : 1, а не 3 : 1), або навіть усі 8 із жовтим. Чим менша вибірка, тим більші відхилення.

Сам Мендель рахував тисячі насінин: що більша вибірка, то ближче співвідношення до 3 : 1. Саме тому він зміг побачити закономірність там, де інші дослідники до нього бачили лише хаотичну картину.

Умови виконання законів Менделя

Щоб закони Менделя «працювали», мають виконуватися кілька умов:

  • Повне домінування — домінантний алель повністю пригнічує прояв рецесивного в гетерозиготі. Якщо домінування неповне, розщеплення в F₂ становить 1 : 2 : 1 і за фенотипом.

  • Рівна ймовірність утворення гамет — обидва типи гамет (A і a) утворюються в однаковій кількості.

  • Рівна ймовірність зустрічі гамет — гамети поєднуються випадково, без переваги однієї комбінації.

  • Однакова життєздатність зигот — усі генотипи (AA, Aa, aa) мають однакову здатність виживати й розвиватися.

  • Велика кількість нащадків — для статистичної значущості результату.

Що трапляється, якщо умови порушено

Якщо хоча б одна умова не виконується, співвідношення змінюється. Найвідоміший приклад — неповне домінування, коли гетерозигота Aa має проміжний фенотип (наприклад, рожеві квітки замість червоних і білих). У такому разі F₂ дає розщеплення 1 : 2 : 1 і за фенотипом, і за генотипом. Цю тему розглянуто в окремому уроці про взаємодію алельних генів.

Ще один приклад — летальні алелі. Якщо генотип AA нежиттєздатний, то серед нащадків Aa × Aa виживуть лише Aa й aa, і співвідношення буде 2 : 1 замість 3 : 1.

Закони Менделя для людини

Закони Менделя справедливі для всіх організмів зі статевим розмноженням, зокрема для людини. Класичний приклад — альбінізм. Якщо обоє батьків гетерозиготні (Aa) за геном тирозинази, то в них може народитися дитина з альбінізмом (aa). Імовірність цього — 25 %, що прямо випливає із закону розщеплення. Саме тому деякі спадкові хвороби проявляються в дітей, чиї батьки здорові: батьки — носії рецесивного алеля.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Нижче наведено типові завдання НМТ на тему моногібридного схрещування. Кожне завдання має форму вибору однієї відповіді з чотирьох. Розв'яжи їх покроково разом з нами.

Приклад 1. Закон одноманітності F₁

Завдання: Схрестили гомозиготні рослини гороху з пурпуровими (домінантна ознака) і білими квітками. Яким буде перше покоління (F₁)?

Розв'язання: Позначимо алель пурпурового забарвлення як A (домінантний), а білого — як a (рецесивний). Батьки гомозиготні: P ♀ AA × ♂ aa. Гамети: A і a. F₁: Aa. У разі повного домінування всі гібриди матимуть пурпурові квітки.

Відповідь: «усі рослини з пурпуровими квітками, генотип Aa».

Розбір дистракторів:

  • «3 пурпурові : 1 біла» — помилка: це розщеплення F₂, а не F₁; учень сплутав покоління.

  • «1 : 1» — таке співвідношення виникає в аналізуючому схрещуванні Aa × aa, а не AA × aa.

  • «усі з рожевими квітками» — помилка: рожеві квітки з'являються за неповного домінування, а в умові сказано, що пурпуровий — домінантна ознака.

Приклад 2. Кількість гетерозигот у F₂

Завдання: У F₂ від самозапилення гетерозиготних рослин гороху отримали 800 рослин. Скільки з них теоретично гетерозиготні?

Розв'язання: Схрещування Aa × Aa дає розщеплення за генотипом 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Гетерозиготи Aa становлять 1/2 (50 %) від усіх нащадків. Від 800 рослин: 800 × 1/2 = 400.

Відповідь: 400.

Розбір дистракторів:

  • 200 — це частка AA або aa (по 1/4).

  • 600 — це всі рослини з домінантною ознакою (AA + Aa = 3/4 від 800).

  • 800 — усі рослини; учень не врахував розщеплення.

Приклад 3. Два твердження

Завдання: Оціни правильність двох тверджень.

I. Гамета гібрида Aa містить обидва алелі гена.

II. У F₂ моногібридного схрещування за повного домінування розщеплення за фенотипом 3 : 1.

Розв'язання: Твердження I хибне: згідно з правилом чистоти гамет, кожна гамета несе лише один алель — A або a, а не обидва. Твердження II правильне: це формулювання другого закону Менделя.

Відповідь: «правильне лише II».

Приклад 4. Частка гомозигот серед домінантних нащадків

Завдання: У F₂ моногібридного схрещування (Aa × Aa) 120 рослин мають домінантну ознаку. Скільки з них гомозиготні?

Розв'язання: Серед нащадків із домінантною ознакою гомозиготи AA становлять 1/3. Від 120 рослин: 120 × 1/3 = 40.

Відповідь: 40.

Розбір дистракторів:

  • 30 — помилка: учень обчислив 1/4 від 120 (частка AA серед усіх нащадків, а не серед домінантних).

  • 60 — половина від 120: учень застосував частку гетерозигот серед усіх нащадків F₂ (1/2) до домінантних; такого класу тут немає.

  • 80 — це кількість гетерозигот серед 120 домінантних (2/3 від 120).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Нижче зібрано типові помилки в задачах на закони Менделя. Запам'ятай їх — і твій результат стане вищим.

  • Плутають розщеплення за фенотипом (3 : 1) і за генотипом (1 : 2 : 1).

  • Пам'ятай: 3 : 1 — це за фенотипом (три частини з домінантною ознакою, одна — з рецесивною), а 1 : 2 : 1 — за генотипом (одна AA, дві Aa, одна aa).

  • Вважають, що рецесивний алель у F₁ зникає або «змішується» з домінантним.

  • Насправді алель a нікуди не зникає — він просто не проявляється в гетерозиготі Aa. У F₂ він знову з'являється в гомозигот aa.

  • Записують гамету гібрида як Aa, а не як A і a.

  • Гамета несе лише один алель. Гібрид Aa утворює гамети A та a — правильний запис: G: A, a.

  • Очікують точного 3 : 1 у малій вибірці.

  • Співвідношення 3 : 1 — імовірнісне. Серед 4 або 8 нащадків може бути будь-яке співвідношення. Воно наближається до 3 : 1 лише на великій кількості нащадків.

  • Вважають усі рослини F₂ з домінантною ознакою гетерозиготами.

  • Серед нащадків із домінантною ознакою третина — гомозиготи AA, а дві третини — гетерозиготи Aa. Це важливо для задач на визначення генотипу.

  • Плутають номери й назви законів або застосовують закон одноманітності до гетерозиготних батьків.

  • Перший закон (одноманітності) — лише для гомозиготних батьків AA × aa. Якщо хоча б один із батьків гетерозиготний (Aa × aa або Aa × Aa), одноманітності не буде.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Закономірності, встановлені Г. Менделем, входять до теми 2.2 «Закономірності спадковості організмів» (розділ 2 програми НМТ з біології). Вона охоплює правило чистоти гамет, закони одноманітності, розщеплення й незалежного комбінування, а також їхній статистичний характер і цитологічні основи.

Що треба вміти

Від тебе очікують, що ти зможеш:

  • визначати фенотипи нащадків за генотипами батьків і навпаки;

  • розрізняти розщеплення за фенотипом (3 : 1) і за генотипом (1 : 2 : 1);

  • пояснювати правило чистоти гамет і його цитологічну основу (розходження гомологічних хромосом у мейозі I);

  • обчислювати частку нащадків із певним генотипом чи фенотипом.

Форма завдання

У демоваріанті НМТ-2026 тему 2.2 перевіряло завдання № 8 з вибором однієї відповіді (0 або 1 бал) у форматі «два твердження»: дано два твердження щодо аналізу родоводу, і треба вибрати варіант, який правильно оцінює обидва. Генетика може трапитися й у логічних парах чи завданнях з вибором трьох відповідей.

Що можна і не можна використовувати

Довідкових матеріалів на НМТ немає. Співвідношення 3 : 1 і 1 : 2 : 1, правило чистоти гамет — це те, що треба пам'ятати. Кількість нащадків завжди дають в умові завдання.

Стратегія розв'язування

  1. Уважно прочитай умову: які ознаки розглядаються, які генотипи батьків, яке покоління (F₁ чи F₂).

  2. Склади схему схрещування: P → G → F. За потреби накресли решітку Пеннета.

  3. Визнач, яке співвідношення за фенотипом і за генотипом очікується.

  4. Звір отриманий результат із варіантами відповідей.

На весь тест із біології відведено орієнтовно 60 хвилин, отже, у середньому маєш близько 2 хвилин на кожне завдання. Якщо завдання здається складним — переходь до наступного й повернися пізніше.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому в F₁ не видно рецесивної ознаки, якщо алель нікуди не зник?

Рецесивний алель a присутній у гібрида Aa, але не проявляється, тому що домінантний алель A пригнічує його дію (повне домінування). Фенотип визначається наявністю хоча б одного домінантного алеля: Aa має такий самий фенотип, як AA. Алель a «мовчить», але не зникає — він передається в половині гамет і може проявитися в F₂, коли зустрінуться два рецесивні алелі (aa).

Чому розщеплення 3 : 1 виходить лише на великій кількості нащадків?

Закони Менделя — статистичні (імовірнісні). Вони описують імовірність, а не точну кількість. Кожна подія запліднення — випадкова, як кидання монетки. Якщо кинути монетку 4 рази, може випасти 3 орли й 1 решка (75 % : 25 %), що далеко від 50 : 50. Якщо кинути 1000 разів — співвідношення буде дуже близьким до 50 : 50. Так само й з нащадками: чим більша вибірка, тим точніше співвідношення наближається до 3 : 1.

Чим закон розщеплення відрізняється від закону одноманітності?

Закон одноманітності (перший закон) стосується схрещування двох гомозиготних батьків (AA × aa): усе потомство F₁ однакове (Aa). Закон розщеплення (другий закон) стосується схрещування гібридів F₁ між собою (Aa × Aa): у F₂ ознаки «розщеплюються» — з'являються особини з обома батьківськими ознаками в співвідношенні 3 : 1 за фенотипом. Перший закон описує одноманітність F₁, другий — розщеплення в F₂.

Звідки відомо, що гамета несе лише один алель гена?

Мендель дійшов цього висновку логічно, аналізуючи співвідношення в F₂. Якби гамета несла обидва алелі (AA або Aa або aa), то схрещування Aa × Aa давало б інші співвідношення. Сьогодні ми знаємо цитологічне пояснення: алелі лежать у гомологічних хромосомах, які в анафазі I мейозу розходяться в різні клітини, тому кожна гамета отримує лише одну хромосому з пари, а з нею — один алель.

Чи діють закони Менделя в людини?

Так, закони Менделя справедливі для всіх організмів зі статевим розмноженням, зокрема для людини. Наприклад, альбінізм — рецесивна ознака (aa). Якщо обоє батьків здорові, але гетерозиготні (Aa), імовірність народження дитини з альбінізмом становить 25 %, що відповідає закону розщеплення. Багато спадкових хвороб людини (муковісцидоз, фенілкетонурія, серпоподібноклітинна анемія) успадковуються за законами Менделя.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • Моногібридне схрещування — це схрещування за однією парою альтернативних ознак.

  • Перший закон Менделя (закон одноманітності гібридів F₁): AA × aa → F₁ одноманітне, Aa, з домінантною ознакою.

  • Другий закон Менделя (закон розщеплення): Aa × Aa → F₂ 3 : 1 за фенотипом і 1 : 2 : 1 за генотипом.

  • Гамета несе лише один алель гена, бо гомологічні хромосоми розходяться в анафазі I мейозу (правило чистоти гамет).

  • Серед нащадків F₂ з домінантною ознакою 1/3 — гомозиготи AA, 2/3 — гетерозиготи Aa.

  • Співвідношення 3 : 1 і 1 : 2 : 1 — статистичні: вони справджуються на великій кількості нащадків.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Яке розщеплення за генотипом спостерігають у F₂ моногібридного схрещування за повного домінування?

2. У F₂ моногібридного схрещування (Aa × Aa) 120 рослин мають домінантну ознаку. Скільки з них теоретично є гомозиготними (AA)?

3. Оцініть два твердження. I. Гамета гібрида Aa містить обидва алелі гена (A і a). II. У F₂ моногібридного схрещування за повного домінування розщеплення за фенотипом становить 3 : 1. Яке з них правильне?

4. Схрестили гомозиготну рослину гороху з білими квітками (aa) і гомозиготну рослину гороху з пурпуровими квітками (AA). Яким буде перше покоління (F₁)?

5. Схрестили гомозиготну рослину гороху з жовтим насінням (AA) і гомозиготну рослину гороху із зеленим насінням (aa). Яким буде перше покоління (F₁)?

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест