Мендель, родившийся в 1822 г. в Чехии в бедной крестьянской семье, страстно желал быть учителем и ученым. В 1843 г. он стал послушником августинского монастыря (там он получил новое имя Грегор). В монастырском училище он изучал богословие и древневосточные языки, слушал лекции по естествознанию в Брюннском философском институте, увлекался минералогическими и ботаническими коллекциями. Дополнительное обучение Мендель проходил в Венском университете.

Вернувшись из Вены, исследователь приступил к четко спланированному научному эксперименту. Его очень интересовало поистине удивительное проявление наследственности.

Для опытов он выбрал обычный посевной горох. В отличие от предшественников Мендель поставил задачу изучить наследование не целого комплекса, а отдельных, явно различающихся признаков. Это сужало круг вопросов, зато давало возможность получить более четкие результаты. На проведение запланированного эксперимента Мендель затратил десять лет.

Выбор гороха как объекта исследований обусловлен удобством его выращивания, большим разнообразием форм, способностью к самооплодотворению. Пыльца из пыльников попадает на рыльце того же самого цветка до того, как он раскроется, - таким образом одно растение является одновременно и отцовским, и материнским.

При перекрестном оплодотворении пыльцу переносят насекомые или ветер. У гороха, как и у всех самооплодотворяющихся растений, возможно только искусственное перекрестное оплодотворение. В цветках материнских растений удаляют пыльники до того, как из них высыпается пыльца. Затем собирают пыльцу из отцовского растения и переносят ее кисточкой на рыльце материнского. В этом случае горошина - потомство разных растений.

Вся экспериментальная работа Менделя с горохом отличалась высокой тщательностью и последовательностью наблюдений. За два года он проверил чистоту 34 сортов. Для каждого опыта исследователь отбирал два сорта, различающиеся по паре признаков. Всего было исследовано семь признаков. Это окраска семядолей (желтая или зеленая), семенной кожуры (белая или цветная) и незрелых бобов (зеленая или желтая), форма зрелых семян (округлая или угловатая) и зрелых бобов (выпуклая или с глубокими перехватами между семенами), расположение цветков (пазушное или верхушечное), высота стебля (высокий или низкий).

Мендель провел семь скрещиваний между растениями, отличающимися друг от друга по одному признаку. В каждом случае потомство первого поколения напоминало одного из родителей и не имело признака другого родителя. Подавление у гибридных организмов одних признаков другими получило название доминирования. Именно Мендель ввел термин «доминантный» (подавляющий) - для признака, который выявлялся в потомстве, - и «рецессивный» (подавляемый) - для признака, казавшегося исчезнувшим. Так, округлые горошины желтого цвета, зеленая окраска незрелых бобов - доминантные признаки, а морщинистая горошина зеленого цвета, желтая окраска незрелых бобов - рецессивные.

По мнению Менделя, оба признака каким-то образом присутствуют у потомства, но доминантный подавляет рецессивный, и тот находится в скрытом состоянии. Такое предположение может быть подтверждено при анализе растений второго поколения. Мендель высеял гибридные семена от каждого растения отдельно. На этот раз ему не пришлось выполнять трудоемкие скрещивания. В цветках гороха происходило самооплодотворение. В то время как у растений первого поколения семена были только желтые, во втором поколении появлялись растения и с желтыми, и с зелеными. Подобное наблюдалось и при анализе потомств остальных шести типов скрещивания. Во всех случаях была выявлена определенная закономерность появления во втором поколении растений с доминантными и рецессивными признаками.

В результате многочисленных опытов Мендель четко установил, что во втором поколении соотношение растений с доминантными и рецессивными признаками равно 3:1. Три части составляют растения с желтыми семенами и одну - с зелеными. В последующих поколениях у одних растений с желтыми семенами вновь наблюдается расщепление все в том же соотношении, а у других образуются только желтые семена. Растения с рецессивным признаком - зеленые, морщинистые семена, желтая окраска незрелых бобов - не расщепляются в последующих поколениях, все потомство оказывается однородным.

Мендель не только продолжал изучать поведение признака в течение семи поколений, но и многократно повторял опыты. Во всех случаях результаты были одинаковыми. На основании этого ученый сформулировал основные закономерности наследования признаков. Это прежде всего правило единообразия гибридов первого поколения, или закон доминирования, и правило (закон) расщепления во втором поколении.

Наследование признаков по схеме 3:1 названо расщеплением по фенотипу, т. е. по внешнему виду, по видимым признакам. У растений гороха во втором поколении наблюдаются три четверти «смешанных» желтых семян и четверть «чистых» зеленых. «Чистые» желтые семена не пропали вовсе, а входят в число трех четвертей растений с такими признаками. Поставив в равноправное положение семена желтого цвета и гладкой формы с зелеными, морщинистыми, мы преобразуем соотношение потомств второго поколения 3:1 в более правильное 1:2:1, названное расщеплением по генотипу. Под генотипом подразумевают наследственную основу, комплекс наследственных единиц-генов, обусловливающих развитие всех признаков организма. Новое соотношение растений с разными признаками показывает, что половину потомства второго поколения составляют гибриды, которые в дальнейшем расщепляются, а другая половина состоит из нерасщепляющихся (чистых) растений - четверть с доминантными признаками и четверть с рецессивными.

Одна из важнейших особенностей работы Менделя - перевод биологических законов на математический язык. Для математического анализа передачи признаков по наследству он предложил буквенную символику при обозначении наследственных факторов. Доминантный признак - желтый цвет, гладкая форма семян и другие - обозначаются А, а рецессивный - а. Таким образом, группа растений с «чисто» желтым цветом семян выражается формулой АА, «чисто» зеленым - аа и смешанная - Аа. Соотношение разных типов растений во втором поколении по окраске семян записывается в виде АА:2Аа:аа. Константные формы АА и аа названы гомозиготными (одинаковыми), а расщепляющиеся Аа-гетерозиготными (разными, гибридными).

До сих пор речь шла о наследовании признака у потомств, родители которых различались по одному какому-либо признаку (окраске или форме семян, окраске бобов и т. д.). Но каждый из родителей имеет весь набор исследуемых признаков, поэтому важно знать, какие из них проявляются в потомстве. На следующем этапе работы Мендель использовал родителей, отличающихся друг от друга по двум признакам - окраске и форме семян. Поскольку желтый цвет и гладкая форма семян - доминантные признаки, а зеленый цвет и морщинистая форма семян - рецессивные, в первом поколении все семена будут желтые и гладкие.

После самоопыления во втором поколении у растений гороха наблюдаются все четыре возможные комбинации признаков. Обе пары признаков расщепляются совершенно независимо друг от друга, давая общее расщепление 9:3:3:1. На каждые 16 семян в среднем должно приходиться девять желтых гладких, три желтых морщинистых, три зеленых гладких и одно зеленое морщинистое. Если обозначить признак окраски семян буквами А и а, а форму семян - В и в, потомство первого поколения гибрида будет иметь формулу АаВв.

Скрещивание родителей, различающихся по двум парам признаков, названо ди-, по трем - три-, по многим признакам - полигибридным. Анализ потомств от скрещивания растений гороха, отличающихся более чем по одной паре признаков, позволил Менделю сформулировать третий закон - закон независимого комбинирования (различные признаки наследуются независимо друг от друга).

Установленные ученым законы наследственности имеют общебиологическое значение. Они были подтверждены многочисленными исследованиями на различных видах растений и животных. В отличие от существовавших ранее представлений о слитности родительских признаков в потомстве или о мозаичности их наследования - одни признаки приобретаются от матери, другие от отца - Мендель показал дискретный характер наследственности. В самом деле, если бы при скрещивании наследственные признаки родителей не сохранялись в потомстве, а «растворялись» или «смешивались», то невозможен был бы естественный отбор.

Мендель не только сформулировал законы наследственности, но и правильно объяснил их при тогдашнем уровне науки. Установив, что наследуется не вся совокупность свойств, а отдельные признаки, он связал их с отдельными «наследственными задатками», или «факторами», находящимися в половых клетках. Предшественники исследователя открыли пол у растений и показали, что образование гибридных организмов происходит при слиянии мужских и женских половых клеток.

Если предположить, что каждый из родителей передает потомкам по одному фактору каждого сорта, то каждый из них будет иметь два фактора - один от отца, другой от матери, в следующем поколении - четыре и т. д. И через какое-то время у растений будет множество факторов, определяющих каждый признак (окраску и форму семян, бобов и т.д.). Поняв абсурдность такого предположения, Мендель приходит к выводу, что у каждого из родителей есть по два фактора каждого сорта и в зародыш попадает по одному из них. Так, желтоокрашенные семена гороха имеют факторы АА, а зеленоокрашенные - аа. Если родители отличались такими окрасками, то формула гибридов будет иметь вид Аа.

При размножении подобных гибридов у них образуются два типа половых гамет: одни будут иметь фактор А, другие - а. В зависимости от того, в каких сочетаниях будут объединяться эти типы гамет, в ходе оплодотворения могут образовываться гибридные (Аа) и родительские (АА и аа) растения. Объединение гамет обоих типов не приводит к их слиянию или смешению в гибридном организме. Гены А и а остаются у гибридов такими же индивидуальными, какими они были у родительских форм. Это было названо чистотой гамет для каждой пары генов.

В работе Менделя наследственные факторы не связывались с какими-либо конкретными материальными структурами клетки и процессами клеточного деления. Дальнейшие исследования, связанные с выяснением роли хромосом в наследственности, полностью подтвердили правильность выдвинутой гипотезы чистоты гамет. Таким образом, задолго до разработки хромосомной теории наследственности было предсказано существование отдельных материальных задатков (генов) и равное распределение наследственного материала при образовании половых клеток. Принципы чистоты гамет легли в основу современной генетики и способствовали укреплению позиций дарвиновского эволюционного учения.

Педагог ДО

МОУ ДО «Центр детского творчества»

Практическое пособие «Удивительные опыты с растениями»

Надым: МОУ ДО «Центр детского творчества», 2014 г.,30с.

Редакционный совет:

Заместитель директора по учебно-воспитательной работе МОУ ДОД

« Центр детского творчества»

Председатель экспертной комиссии, учитель химии высшей квалификационной категории МОУ «Средняя общеобразовательная школа №9 г. Надыма»

Учитель биологии высшей квалификационной категории МОУ «Средняя общеобразовательная школа №9 г. Надыма»

В практическом пособии представлены опыты с растениями, которые могут быть использованы на занятиях с учащимися младшего и среднего школьного возраста для познания окружающего мира.

Данное практическое пособие может быть использовано педагогами дополнительного образования, учителями начальных классов , обучающимися и их родителями при изучении растительного мира на уроках и во внеурочное время

Введение………………………………………………………..................4

1. Опыты по выявлению условий произрастания растений:..........7

1. 1. Влияние света на рост и развитие растений.

1. 2. Влияние температуры на рост и развитие растений.

Методика проведения: взять два одинаковых черенка комнатных растений, поместить их в воду. Один поставить в шкаф, другой оставить на свету. Через 7-10 дней сравнить черенки (обратить внимание на интенсивность окраски листьев и наличие корней); сделать вывод.

Опыт №2:

Оборудование: два растения колеуса.

Методика проведения: поместить одно растение колеуса в темный угол класса, а другое - на освещенное солнцем окно. Через 1,5 – 2 недели сравнить интенсивность окраски листьев; сделать вывод о влиянии света на окраску листьев.

Почему? Для того чтобы в растении произошла реакция фотосинтеза им нужен солнечный свет. Хлорофилл - зеленый пигмент, необходимый для фотосинтеза. Когда нет солнца запас молекул хлорофилла истощается и не пополняется. Из-за этого растение бледнеет и рано или поздно умирает.

Влияние световой направленности на рост и развитие растений.

Цель: изучить фототропизм растений.

Оборудование: домашнее растение (колеус, бальзамин).

Методика проведения: поставить растение у окна на три дня. Развернуть растение на 180 градусов и оставить еще на три.

Выводы: листья растения поворачиваются к окну. Развернувшись, растение меняет направление листьев, но через три дня они снова поворачиваются к свету.

Почему? Растения содержат вещество под названием ауксин, которое способствует удлинению клеток. Накопление ауксина происходит на темной стороне стебля. Излишки ауксина заставляют находящиеся на темной стороне клетки вырастать длиннее, из-за чего стебли растут по направлению к свету, этот процесс называется фототропизмом. Фото – значит свет, а тропизм – движение.

1.2. Влияние температуры на рост и развитие растений

Аквазащита растений от низких температур.

Цель: показать, как вода защищает растения от низких температур.

Оборудование: два термометра, алюминиевая фольга, бумажные салфетки, два блюдца, холодильник.

Методика проведения: свернуть фольгу в форме пенала для термометра. Вложить каждый термометр в такой пенал, чтобы его конец оставался снаружи. Завернуть каждый пенал в бумажную салфетку. Один из обернутых пеналов намочить водой. Следить за тем, чтобы вода не попала внутрь пенала. Положить термометры на блюдца и поставить их в морозилку. Через две минуты сравнить показания термометров. Следить за показаниями термометров каждые две минуты в течение десяти минут.

Выводы: термометр, находящийся в пенале обернутой мокрой салфеткой, показывает более высокую температуру.

Почему? Замерзание воды в мокрой салфетке называется фазовым превращением, при этом изменяется и тепловая энергия , из-за чего тепло либо выделяется, либо поглощается. Как видно из показаний термометров, выделяемое тепло нагревает окружающее пространство. Таким образом, растение можно защитить от низкой температуры, поливая их водой. Однако этот метод не пригоден, когда заморозки продолжаются достаточно долго или когда температура опускается ниже точки замерзания воды.

Влияние температуры на сроки прорастания семян.

Цель: показать, как влияет температура на прорастание семян.

Оборудование: семена теплолюбивых культур (фасоль, томат, подсолнечник) и не требовательных к теплу (горох, пшеница, рожь, овес); 6-8 прозрачных пластиковых коробочек с крышками, стеклянных банок или чашек Петри – растилен; марля или фильтровальная бумага, газетная бумага для изготовления крышек к стеклянным банкам, нитки или резиновые кольца, термометр.

Методика проведения: по 10-20 семян какого-либо теплолюбивого вида растений, например томатов, помещают в 3-4 растильни на влажную марлю или фильтровальную бумагу. В другие 3-4 растильни помещают по 10-20 семян

не требовательных к теплу растений, например гороха. Количество воды в растильнях для одного растения должно быть одинаковым. Вода не должна полностью покрывать семена. Растильни закрывают крышками (для банок крышки делают из двух слоев газетной бумаги). Проращивание семян проводят при различных температурах: 25-30°С, 18-20°С (в термостате или в комнатной тепличке, у батареи или печки),10-12°С (между рамами, вне помещения), 2-6°С (в холодильнике, погребе). Через 3-4 дня сравниваем полученные результаты. Делаем вывод.

Влияние низкой температуры на развитие растений.

Цель: выявить потребность комнатных растений в тепле.

Оборудование: листок комнатного растения.

Методика проведения: вынести листок комнатного растения на мороз. Сравнить этот листок с листьями данного растения. Сделать вывод.

Влияние изменения температуры на рост и развитие растений.

Цель:

Оборудование: два пластиковых стакана с водой, две веточки ивы.

Методика проведения: две ветки ивы поставить в банки с водой: одну – на освещаемое солнцем окно, другую – между рамами окна. Каждые 2-3 дня сравнивать растения, затем сделать вывод.

Влияние температуры на скорость развития растений.

Цель: выявить потребность растений в тепле.

Оборудование: два любых одинаковых комнатных растения.

Методика проведения: выращивание одинаковых растений в классе на теплом южном окне и на холодном северном. Через 2-3 недели сравнить растения. Сделать вывод.

1.3. Влияние влажности на рост и развитие растений.

Изучение транспирации в растениях.

Цель: показать, как растение теряет влагу через испарение.

Оборудование: растение в горшочке, полиэтиленовый пакет, клейкая лента.

Методика проведения: наденьте пакет на растение и надежно прикрепите его к стеблю клейкой лентой. Поставьте растение на 2-3 часа на солнце. Посмотрите, каким стал пакет изнутри.

Выводы: на внутренней поверхности пакета видны капельки воды и кажется, будто пакет заполнен туманом.

Почему? Растение всасывает воду из почвы через корни. Вода идет по стеблям, откуда около 9/ 10 воды испаряется через устьица. Некоторые деревья испаряют до 7 тонн воды за день. На устьица оказывают влияние температура и влажность воздуха. Потеря влаги растениями через устьице называется транспирацией.

Влияние тургорного давления на развитие растений.

Цель: продемонстрировать, как вянут стебли растений из-за изменения давления воды в клетке.

Оборудование: завядший корень сельдерея, стакан, синий пищевой краситель.

Методика проведения: попросить взрослого отрезать середину стебля. Наполнить стакан водой наполовину и добавить туда красителя столько, чтобы вода потемнела. Поставить в эту воду стебель сельдерея и оставить на ночь.

Выводы: листья сельдерея приобретают голубовато – зеленоватый цвет, а стебель выпрямляется, и становится тугим и плотным.

Почему? Свежий разрез говорит нам о том, что клетки сельдерея не закрылись и не высохли. Вода попадает в ксилемы – трубки, по которым она и проходит. Эти трубки идут по всей длине стебля. Вскоре вода выходит из ксилем и попадает в другие клетки. Если стебель осторожно согнуть, обычно он затем распрямляется и возвращается в прежнее положение. Это происходит потому, что каждая клетка растения наполнена водой. Давление воды, наполняющей клетки, делает их прочными и из-за них растение нелегко согнуть. Растение вянет из-за недостатка воды. Как у наполовину сдутого шара, его клетки съеживаются из-за чего листья и стебли поникают. Давление воды в клетках растения называется тургорным давлением.

Влияние влаги на развитие семян .

Цель: выявить зависимость роста и развития растений от наличия влаги.

Опыт 1.

Оборудование: два стакана с почвой (сухой и влажной); семена фасоли, сладкого перца или других овощных культур.

Методика проведения: посеять семена в увлажненную и сухую почву. Сравнить полученный результат. Сделать вывод.

Опыт 2.

Оборудование: мелкие семена, полиэтиленовый или пластиковый мешочек, тесьма.

Методика проведения: намочить губку, поместить семена в отверстия в губке. Губку держать в мешочке. Мешочек повесить на окно и наблюдать за прорастанием семян. На основе полученных результатов сделать выводы.

Опыт 3.

Оборудование: мелкие семена травы или кресс-салата, губка.

Методика проведения: намочить губку, покатать ее по семенам травы, положить на блюдце, поливать умеренно. На основе полученных результатов сделать выводы.

1.4. Влияние состава почвы на рост и развитие растений.

Влияние рыхления почвы на рост и развитие растений.

Цель: выяснить необходимость рыхления почвы.

Оборудование: два любых комнатных растения.

Методика проведения: взять два растения, одно, растущее в рыхлой почве, другое – в твердой, полить их. В течение 2-3 недель вести наблюдения, на основе чего сделать выводы о необходимости рыхления.

Состав почвы – необходимое условие роста и развития растений.

Цель: выяснить, что для жизни растений необходим определенный состав почвы.

Оборудование: два цветочных горшка, почва, песок, два черенка комнатных растений.

Методика проведения: посадить одно растение в емкость с землей, другое - в емкость с песком. В течение 2 -3 недель вести наблюдения, на основе чего сделать выводы о зависимости роста растений от состава почвы.

2. Опыты по исследованию процессов жизнедеятельности.

2.1. Питание.

Изучение процесса саморегуляции в растениях.

Цель: показать, как растение может само обеспечивать себя питанием.

Оборудование: большая (литра на 4) широкогорлая банка с крышкой, небольшое растение в горшочке.

Методика проведения: полейте растение, поставьте горшочек с растением целиком в банку. Плотно закройте банку крышкой, поставьте ее в светлое место, где бывает солнце. Не открывайте банку в течение месяца.

Выводы: на внутренней поверхности банки регулярно появляются капельки воды, цветок продолжает расти.

Почему? Капельки воды – это испарившаяся из почвы и самого растения влага. Растения используют содержащиеся в своих клетках сахар и кислород для выработки углекислого газа, воды и энергии. Это называется реакцией дыхания. Растение использует углекислый газ, воду, хлорофилл и энергию света, чтобы вырабатывать из них сахар, кислород и энергию. Этот процесс называется фотосинтезом. Обратите внимание на то, что продукты реакции дыхания поддерживают реакцию фотосинтеза и наоборот. Так растения сами производят себе питание. Однако после того как питательные вещества в почве закончатся, растение погибнет.

Влияние питательных веществ семени на рост и развитие проростков.

Цель: показать, что рост и развитие проростков происходит за счет запасных веществ семени.

Оборудование: семена гороха или фасоли, пшеницы, ржи, овса; химические стаканы или стеклянные банки; фильтровальная бумага, газетная бумага для крышек.

Методика проведения: стакан или стеклянную банку изнутри выстилают фильтровальной бумагой. На дно наливают немного воды так, чтобы фильтровальная бумага была влажной. Между стенками стакана (банки) и фильтровальной бумагой на одном уровне располагают семена, например пшеницы. Стакан (банку) закрывают крышкой из двух слоев газетной бумаги. Проращивание семян осуществляют при температуре 20-22°С. Опыт можно проделать в нескольких вариантах: используя крупные и мелкие семена пшеницы; предварительно пророщенные семена гороха или фасоли (целое семя, с одной семядолей и с половинкой семядоли). По результатам наблюдений сделать вывод.

Влияние обильного полива на поверхностный слой почвы.

Цель: показать, как дождь действует на верхний слой почвы, вымывая из нее питательные вещества.

Оборудование: почва, красная темпера в порошке, чайная ложка, воронка, стеклянная банка, фильтровальная бумага, стакан, вода.

Методика проведения: смешать четверть чайной ложки темперы (краски) с четвертью стакана земли. Вставить в баночку воронку с фильтром (специальная химическая или промокательная бумага). Высыпать почву с краской на фильтр. Вылить на почву около четверти стакана воды. Объяснить полученный результат.

2.2. Дыхание.

Изучение процесса дыхания в листьях растений.

Цель: узнать, с какой стороны листа в растение проникает воздух.

Оборудование: цветок в горшочке, вазелин .

Методика проведения: намажьте толстый слой вазелина на поверхность четырех листочков. Намажьте толстый слой вазелина на нижнюю поверхность других четырех листочков. Ежедневно в течение недели наблюдайте за листьями.

Выводы: листья, на которых вазелин был нанесен снизу, завяли, тогда, как другие не пострадали.

Почему? Отверстия на нижней поверхности листьев – устьица – служат для попадания газов внутрь листа и выхода их наружу. Вазелин закрыл устьица, перекрыв доступ в лист необходимому для его жизнедеятельности углекислому газу, и препятствует выходу из листа излишков кислорода.

Изучение процесса движения воды в стеблях и листьях растений.

Цель: показать, что листья и стебли растений могут вести себя как соломинки.

Оборудование: стеклянная бутылочка, лист плюща на стебельке, пластилин, карандаш, соломинка, зеркало.

Методика проведения: налейте в бутылочку воды, оставив ее незаполненной на 2-3 см. Возьмите кусочек пластилина и обмажьте его вокруг стебля ближе к листу. Вставьте в горлышко бутылки стебель, погрузив его кончик в воду и замазав горлышко пластилином как пробкой. Карандашом проделайте в пластилине отверстие для соломинки, вставьте в отверстие соломинку так, чтобы ее конец не доставал до воды. Закрепите соломинку в отверстии пластилином. Возьмите бутылочку в руку и встаньте перед зеркалом, чтобы видеть в нем ее отражение. Через соломинку высасывайте воздух из бутылочки. Если вы хорошо замазали горлышко пластилином, то это будет нелегко.

Выводы: из погруженного в воду конца стебля начинают выходить пузырьки воздуха.

Почему? В листе есть отверстия, называемые устьицами, от них к стеблю идут микроскопические трубочки – ксилемы. Когда вы высасывали воздух из бутылочки через соломинку, то он проникал в лист через эти отверстия – устьица и по ксилемам поступал в бутылочку. Так лист и стебель играют роль соломинки. В растениях устьица и ксилемы служат для движения воды.

Изучение процесса воздухообмена в растениях .

Цель: выяснить, с какой стороны листа в растение проникает воздух.

Оборудование: цветок в горшочке, вазелин.

Методика проведения: намазать вазелином верхнюю сторону четырех листочков комнатного растения и нижнюю поверхность других четырех листочков того же растения. В течение нескольких дней ведите наблюдения. Отверстия на нижней поверхности листьев – устьица – служат для попадания газов внутрь листа и выхода их наружу. Вазелин закрыл устьица, перекрыв доступ в лист необходимому для его жизнедеятельности воздуху.

2.3. Размножение.

Способы размножения растений.

Цель: показать разнообразие способов размножения растений.

Опыт 1.

Оборудование: три горшка с почвой, две картофелины.

Методика проведения: подержать 2 картофелины в теплом месте, пока глазки не прорастут на 2 см. Приготовить целую картофелину, половинку и часть с одним глазком. Поместить их в разные горшочки с почвой. Наблюдения вести в течение нескольких недель. По их результатам сделать вывод.

Опыт 2.

Оборудование: емкость с почвой, отросток традесканции, вода.

Методика проведения: веточку традесканции положить на поверхность цветочного горшка и присыпать почвой; регулярно увлажнять. Опыт лучше проводить весной. В течение 2 – 3 недель вести наблюдения. По результатам сделать вывод.

Опыт 3.

Оборудование: горшок с песком, верхушки морковки.

Методика проведения: во влажный песок посадить верхушки морковки срезом вниз. Поставить на свет, поливать. Провести наблюдение в течение 3 недель. По результатам сделать вывод.

Влияние силы тяжести на рост растений.

Цель: выяснить, как сила тяжести влияет на рост растений.

Оборудование: домашнее растение, несколько книг.

Методика проведения: поставьте горшок с растением на книги под углом. В течение недели наблюдайте за положением стеблей и листьев.

Выводы: стебли и листья поднимаются к верху.

Почему? В растении содержится так называемое ростовое вещество - ауксин, которое стимулирует рост растений. Благодаря силе тяжести ауксин концентрируется в нижней части стебля. Эта часть, где накопился ауксин, растет энергичнее и стебель тянется вверх.

Влияние изоляции среды на развитие растений .

Цель: пронаблюдать за ростом и развитием кактуса в закрытом сосуде, выявить влияние условий окружающей среды на процессы развития и роста.

Оборудование: круглая колба, чашка Петри. Кактус, парафин, грунт.

Методика проведения: в центр чашки Петри на увлажненный грунт поместить кактус, накрыть круглой колбой, и отметить его размеры герметично закупорив парафином. Наблюдать за ростом кактуса в закрытом сосуде, сделать вывод.

2.4. Рост и развитие.

Влияние питательных веществ на рост растения.

Цель: проследить за пробуждением деревьев после зимы, выявить необходимость питательных веществ для жизни растений (в воде веточка погибает через какое-то время).

Оборудование: сосуд с водой, ветка ивы.

Методика проведения: поместить ветку ивы (весной) в сосуд с водой. Пронаблюдать за развитием веточки ивы. Сделать вывод.

Изучение процесса прорастания семян.

Цель: показать детям, как прорастают семена и появляются первые корни.

Оборудование: семена, бумажная салфетка, вода, стакан.

Методика проведения: обернуть стакан изнутри влажной бумажной салфеткой. Между бумагой и стаканом поместить семена, на дно стакана налить воду (2см). Вести наблюдения за появлением проростков.

3. Опыты с грибами.

3.1. Изучение процесса образования плесени.

Цель: расширить знания детей о разнообразии живого мира.

Оборудование: кусочек хлеба, два блюдца, вода.

Методика проведения: положить на блюдце намоченный хлеб, подождать около часа. Накрыть хлеб вторым блюдцем. Время от времени добавлять по каплям воду. Результат лучше наблюдать в микроскоп. На хлебе появится белый пушок, который через некоторое время приобретёт черный цвет.

3 .2. Выращивание плесени.

Цель: вырастить грибок под названием хлебная плесень.

Оборудование: ломтик хлеба, пластиковый пакет, пипетка.

Методика проведения: положить хлеб в пластиковый пакет, капните в пакет 10 капель воды, закройте пакет. Положите пакет в темное место на 3-5 дней, рассмотрите хлеб через пластик. Рассмотрев хлеб, выбросите его с пакетом.

Выводы: на хлебе растет что-то черное похожее на волосы.

Почему? Плесень – вид грибка. Она очень быстро растет и распространяется. Плесень производит малюсенькие клетки с твердой оболочкой, они называются спорами. Споры гораздо меньше пыли и могут переноситься воздухом на большие расстояния. На куске хлеба уже были споры, когда мы положили его в пакет. Влага, тепло и темнота создают хорошие условия для роста плесени. Плесень имеет хорошие и плохие качества. Некоторые виды плесени портят вкус и запах пищи, но благодаря ей же некоторые продукты имеют очень приятный вкус. В отдельных видах сыров много плесени, но в то же время они очень вкусны. Зеленоватая плесень, которая растет на хлебе и апельсинах, используется для лекарства, которое называется пенициллин.

3 .3. Выращивание дрожжевых грибков.

Цель: посмотреть, какой эффект производит раствор сахара на развитие дрожжевых грибков.

Оборудование: пакетик сухих дрожжей, сахар, мерная чашка (250 мл) или столовая ложка, стеклянная бутылка (0,5 л.), воздушный шарик (25см.).

Методика проведения: смешайте дрожжи и 1 грамм сахара в чашке теплой воды. Убедитесь, что вода теплая, а не горячая. Налейте раствор в бутылку. Влейте в бутылку еще одну чашку теплой воды. Выпустите из шарика воздух и наденьте его на горлышко бутылки. Поставьте бутылку в темное сухое место на 3-4 дня. Ежедневно наблюдайте за бутылкой.

Выводы: в жидкости постоянно образуются пузырьки. Шарик частично надут.

Почему? Дрожжи – это грибки. В них нет хлорофилла, как в других растениях и они не могут сами обеспечивать себя питанием. Как и животным для поддерживания энергии дрожжам нужна другая пища, как сахар. Под влиянием дрожжей сахар превращается в спирт и углекислый газ с выделением энергии. Пузырьки, которые мы видели, являются углекислым газом. Тот же самый газ заставляет тесто в духовке подниматься. В готовом хлебе видны дырки, появляющиеся из-за выделения газа. Частично благодаря испарениям спирта от свежеиспеченного хлеба идет очень приятный запах.

4. Опыты с бактериями.

4.1. Влияние температуры на рост бактерий.

Цель: продемонстрировать эффект, который оказывает температура на рост бактерий.

Оборудование: молоко, мерная чашка (250 мл.), две по 0,5 л, холодильник.

Методика проведения: налить в каждую банку по чашке молока

Закрыть банки. Поставить одну банку в холодильник, а другую в теплое место. В течение недели ежедневно проверяйте обе банки.

Выводы: теплое молоко кисло пахнет и содержит плотные белые комки. Холодное молоко выглядит по-прежнему и пахнет вполне съедобно.

Почему? Тепло способствует развитию бактерий, которые портят пищу. Холод замедляет рост бактерий, но рано или поздно находящееся в холодильнике молоко испортится. Когда холодно, бактерии все равно растут, хотя и медленно.

5. Дополнительная информация для педагогов по постановке биологического эксперимента.

1. До февраля лучше не проводить опытные работы, в которых используются черенки комнатных растений. В период полярной ночи растения находятся в состоянии относительного покоя, и либо укоренение черенков проходит очень медленно, либо черенок погибает.

2. Для опытов с луком луковицы нужно выбирать по следующим признакам: на ощупь она должна быть твердой, наружные чешуи и шейка сухими (шуршащими).

3. В опытных работах следует использовать семена овощных культур, предварительно проверенные на всхожесть. Поскольку всхожесть семян ухудшается с каждым годом их хранения, не все посеянные семена взойдут, в результате чего опыт может не получиться.

6. Памятка о проведении экспериментов.

Ученые наблюдают явление, стараются понять и объяснить его, и для этого они проводят исследования и эксперименты. Цель этого пособия – вести вас вверх ступень за ступенью в проведении подобных опытов. Вы научитесь определять наилучший способ решения встающих перед вами задач и находить ответы на возникающие вопросы.

1. Цель эксперимента: для чего мы проводим опыт.

2. Оборудование: список всего необходимого для проведения опыта.

3. Методика проведения: поэтапные инструкции по проведению экспериментов.

4. Выводы: точное описание ожидаемого результата. Вас вдохновит результат, оправдавший ожидания, а если допустите ошибку, то ее причины обычно видны без труда, и вы сможете избежать их в следующий раз.

5. Почему? Незнакомому с научными терминами читателю доступным языком объясняются результаты опыта.

Когда вы будете проводить эксперимент, то сначала внимательно прочитайте инструкцию. Не пропускайте ни одного шага, не заменяйте требуемые материалы на другие, и вы будете вознаграждены.

Основные инструкции.

2. СОБЕРИТЕ ВСЕ НЕОБХОДИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Чтобы проводимые опыты вас не разочаровали и чтобы они доставляли только удовольствие, позаботьтесь о том, чтобы у вас под рукой было все необходимое для их проведения. Когда приходится останавливаться и разыскивать то одно, то другое, это может нарушить ход эксперимента.

3. ЭКСПЕРИМЕНТ. Действуйте постепенно и очень осторожно, никогда не забегайте вперед и ничего не добавляйте от себя. Самое главное – ваша безопасность, поэтому внимательно следуйте инструкциям. Тогда вы можете быть уверены, что не произойдет ничего неожиданного.

4. НАБЛЮДАЙТЕ. Если полученные результаты не будут соответствовать описанным в пособии, внимательно прочтите инструкции и начните опыт сначала.

7. Инструкция по оформлению обучающимися дневников наблюдений/опытов/.

Для оформления дневников опытов используют обычно тетради в клетку или альбомы. Текст пишется на одной стороне тетради или альбома.

Обложка оформляется фотографией или цветной иллюстрацией по теме опыта.

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ. В верхней части страницы указывается место проведения опыта / город, ЦДТ, объединения, посередине листа «Дневник опытов /наблюдений/». Ниже, справа - научный руководитель /Ф. И.О., должность/, время начала опыта. Если дневник наблюдений одного обучающегося, его данные /Ф. И., класс/ пишутся сразу после слов «Дневник наблюдений». Если опыт ставили несколько учащихся, то список звена пишется на обратной стороне титульного листа.

2 лист. ТЕМА ОПЫТА, ЦЕЛЬ. Посередине пишется тема опыта и поставленная цель.

3 лист. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ. Дается описание вида, сорта, над которым ведется наблюдение. Возможно, описание займет несколько листов дневника.

4 лист. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА. Чаще всего из литературных данных, методических пособий полностью описывается методика постановки и проведения данного опыта или наблюдения.

5 лист. План ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА. Исходя из методики проведения опыта, составляется план всех необходимых работ и наблюдений. Сроки ставятся приблизительные, можно по декадам.

6 лист. ХОД РАБОТЫ. Описывается календарный процесс проведения работ. Здесь же отмечаются все фенологические наблюдения в процессе проведения опыта. Подробно описывается и графически изображается схема опыта с вариантами и повторностями, с точными размерами.

7 лист. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТА. Здесь обобщается весь ход проведения опыта в виде таблиц, схем, диаграмм, графиков. Указываются конечные результаты по урожаю, измерениям, взвешиваниям и т. д.

8 лист. ВЫВОДЫ. Исходя из темы опыта, поставленной цели и результатов, делаются определенные выводы по опыту или наблюдениям.

9 лист. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. Список представляется по алфавиту : автор, название источника, место и год издания.

8. Инструкции для оформления отчета по опытам.

1. Тема опыта.

2. Цель опыта.

3. План опыта.

4. Оборудование.

5. Ход работы (календарь наблюдений)

б) что делаю;

в) что наблюдаю.

6. Фотографии на всех стадиях работы.

7. Результаты.

8. Выводы.

Литература

1. Батурицкая Н., Фенчук Т. Практическая работа с растениями. – М., «Опыты и наблюдения», 2007

2. Бинас А.,Маш Р. Биологический эксперимент в школе. – М.,« Просвещение», 2009

3. 200 экспериментов. – М., « АСТ - ПРЕСС», 2002

4. Комиссаров В. Методика постановки опытов с плодовыми, ягодными и цветочно-декоративными растениями. – М., «Просвещение», 2004

5. Онегов А. Школа юннатов. – М., «Детская литература», 2008

6. Папорков М., Клишковская Н., Милованова Е. Учебно-опытная работа на пришкольном участке. – М., « Просвещение», 2008

Кратко описывающую основные этапы «разоблачения» опытов Грегора Иоганна Менделя. Имя этого ученого присутствует во всех школьных учебниках биологии, так же как и иллюстрации его опытов по разведению гороха. Мендель по праву считается первооткрывателем законов наследственности, которые стали первым шагом на пути к современной генетике.

Схема наследования признаков, выведенная Менделем

Учебник «Общая биология»

Масштабный эксперимент, проведенный интересовавшимся естественными науками монахом-августинцем, длился с 1856 по 1863 год. За эти несколько лет Мендель отобрал 22 сорта гороха, которые четко отличались между собой по определенным признакам. После этого исследователь приступил к опытам по так называемому моногибридному скрещиванию: Мендель скрещивал сорта, которые отличались друг от друга только цветом семян (одни были желтые, другие — зеленые).

Выяснилось, что

при первом скрещивании семена зеленого цвета «исчезают» — это правило получило название «закон единообразия гибридов первого поколения». Зато во втором поколении зеленые семена появляются снова, причем в соотношении 3:1.

(Мендель получил 6022 желтых семени и 2001 зеленое.) Исследователь назвал «победивший» признак доминантным, а «проигравший» — рецессивным, а выявленная закономерность стала известна как «закон расщепления».

Это правило означает, что 75% гибридов второго поколения будут обладать внешними доминантными признаками, а 25% — рецессивными. Что касается генотипа, то здесь соотношение будет следующим: 25% растений будут наследовать доминантный признак и от отца, и от матери, гены 50% будут нести в себе оба признака (проявится при этом доминантный — желтые горошины), а оставшиеся 25% окажутся полностью рецессивными.

Третий закон Менделя — закон независимого комбинирования — был выведен исследователем в ходе скрещивания растений, которые отличались друг от друга несколькими признаками. В случае с горохом это был цвет горошин (желтый и зеленый) и их поверхность (гладкая или морщинистая). Доминантными признаками были желтый цвет и гладкая поверхность, рецессивными — зеленая окраска и морщинистая поверхность. Грегор Мендель выяснил, что между собой эти признаки будут комбинироваться независимо друг от друга. При этом легко подсчитать, что по фенотипу — внешним признакам — потомство будет делиться на четыре группы: 9 желтых гладких, 3 желтых морщинистых, 3 зеленых гладких и 1 зеленая морщинистая горошина.

Если учитывать результаты расщепления по каждой паре признаков в отдельности, то получится, что отношение числа желтых семян к числу зеленых и отношение гладких семян к морщинистым для каждой пары равно 3:1.

В 1866 году результаты работы Грегора Менделя были опубликованы в очередном томе «Трудов Общества естествоиспытателей» под названием «Опыты над растительными гибридами», но у современников его работа интереса не вызвала. В 1936 году генетик-теоретик и статистик из Кембриджского университета Рональд Фишер заявил, что полученные Менделем результаты «слишком хороши, чтобы быть правдой». Однако обвинять исследователя в подтасовке фактов начал не он — судя по всему, первым это сделал Уолтер Уэлдон, биолог из Оксфордского университета. В октябре 1900 года, спустя несколько месяцев после возобновления интереса к работам Менделя, ученый написал в личном послании своему коллеге, математику Карлу Пирсону, что он наткнулся на исследование «некоего Менделя», который занимался скрещиванием гороха. На протяжении последующего года Уэлдон исследовал работу монаха и все более убеждался в том, что полученные Менделем пропорции не были бы такими «чистыми» при использовании реально существующих в природе — а не искусственно выведенных — сортов гороха.

Кроме того, биолога смутило и то, что Мендель оперировал бинарными категориями: желтый — зеленый, гладкий — морщинистый. По мнению Уэлдона, такое четкое разделение признаков весьма далеко от реальности: так, к какой категории исследователь относил семена желто-зеленого, неопределенного цвета?

Скорее всего, классифицировались они так, чтобы вписаться в предложенную модель, утверждал биолог, которому приводимые Менделем цифры — 5474 горошины с доминантным признаком из 7324 выращенных семян (то есть 74,7%, тогда как теоретически их должно было оказаться 75%) — показались слишком «хорошими». «Он либо лжец, либо волшебник», — так писал Уэлдон в письме Пирсону в 1901 году.

Иллюстрация из статьи Уэлдона 1902 года. Изображения наглядно демонстрируют, что не все семена можно классифицировать как «желтые», «зеленые», «гладкие» или «морщинистые»

Science. W. F. R. Weldon, 1902.

Впрочем, некоторые из тех, кто нашел результаты Менделя неправдоподобно хорошими, все же решили выступить в его защиту — одним из таких ученых стал и Рональд Фишер. Он заявил, что теоретическая модель наследования признаков должна была родиться непосредственно после начала экспериментов — а разработать ее мог только действительно выдающийся ум. Тщательно подготовленной иллюстрацией теории опыты, по мнению Фишера, стали позже, причем «подтасовывать» результаты разведения гороха мог не сам ученый, а ухаживавшие за растениями садовники, которые были знакомы с теоретическими выкладками исследователя.

К середине ХХ века дебаты вокруг вопроса о соблюдении Менделем научной этики несколько утихли — связано это было с тем, что генетика в то время находилась под сильным влиянием политических факторов, в частности, засилья «лысенковщины» в Советском Союзе.

В этих условиях западные ученые предпочитали не высказывать вслух сомнений в достоверности опытов Менделя, и тема была забыта, однако, по всей видимости, лишь на время.

Авторы статьи в Science еще раз утверждают, что приводимые им цифры слишком хороши, чтобы быть правдой, классификация признаков лишь по двум категориям не оправданна, а также соглашаются с тем, что монах мог считать желтые горошины как зеленые, если это лучше вписывалось в теорию. Тем не менее заслуги ученого это не умаляет: сформулированные им законы действительно работают, а их открытие стало первой ступенью развития современной генетики.

Грегор Мендель, горох и теория вероятностей

Фундаментальная работа Грегора Менделя, посвященная наследованию признаков у растений «Опыты над растительными гибридами», увидела свет в 1865 г., но фактически осталась незамеченной. Его труд был оценен биологами только в начале XX в., когда законы Менделя были переоткрыты. Выводы Менделя не оказали влияния на развитие современной ему науки: эволюционисты не использовали их в построениях своих теорий. Почему же именно Менделя мы считаем основоположником учения о наследственности? Только ли для соблюдения исторической справедливости?

Чтобы разобраться в этом, проследим ход его экспериментов.

Явление наследственности (передачи признаков от родителей потомкам) известно с незапамятных времен. Ни для кого не секрет, что дети похожи на родителей. Знал это и Грегор Мендель. А если дети не похожи на родителей? Ведь известны случаи рождения голубоглазого ребенка от кареглазых родителей! Велик соблазн объяснить это супружеской неверностью, но, например, опыты с искусственным опылением растений показывают, что потомки первого поколения могут быть непохожи ни на одного из родителей. А тут уж точно все честно. Следовательно, признаки потомков не являются просто суммой признаков их родителей. Что же получается? Дети могут быть какими угодно? Тоже нет. Так существует ли вообще какая-нибудь закономерность в наследовании? И можем ли мы предсказать совокупность признаков (фенотип) потомков, зная фенотипы родителей?

Подобные рассуждения и привели Менделя к постановке проблемы исследований. А если поставлена проблема, можно перейти к ее решению. Только как? Каков должен быть метод? Придумать метод – вот с этим Мендель блистательно справился.

Естественное желание ученого при исследовании какого-либо явления – обнаружить закономерность. Мендель решил пронаблюдать интересующее его явление – наследственность – у гороха.

Надо сказать, что горох был выбран Менделем не случайно. Вид Pisum sativum L . очень удобен для изучения наследственности. Во-первых, его легко выращивать и весь жизненный цикл проходит быстро. Во-вторых, он склонен к самоопылению, а без самоопыления, как увидим далее, опыты Менделя были бы невозможны.

Но на что, собственно, нужно обращать внимание при наблюдениях, чтобы выявить закономерность и не заблудиться в хаосе данных?

В первую очередь, признак, наследование которого наблюдается, должен четко различаться визуально. Проще всего взять признак, который проявляется в двух вариантах. Мендель выбрал окраску семядолей. Семядоли у семян гороха могут быть либо зеленые, либо желтые. Такие проявления признака хорошо различимы и четко делят все семена на две группы.

Опыты Менделя: а – желтые и зеленые семена гороха; б – гладкие и морщинистые семена гороха

Кроме того, нужно быть уверенным, что наблюдаемая картина наследования является следствием скрещивания растений с разными проявлениями выбранного признака, а не вызвана какими-то другими обстоятельствами (откуда, строго говоря, он мог знать, что цвет семядолей не зависит, например, от температуры, при которой горох рос?). Как этого добиться?

Мендель вырастил две линии гороха, в одной из которых появлялись только зеленые семена, а в другой – только желтые. Причем на протяжении многих поколений в этих линиях картина наследования не изменялась. В таких случаях (когда в ряде поколений отсутствует изменчивость) говорят, что использована чистая линия.

Растения гороха, на которых ставил опыты Г.Мендель

Всех факторов, влияющих на наследственность, Мендель не знал, поэтому сделал нестандартный логический ход. Он изучил, какие результаты дает скрещивание между собой растений с семядолями одного цвета (в данном случае потомки – точная копия родителей). После этого он провел скрещивание растений с семядолями разных цветов (у одного – зеленые, у другого – желтые), но в тех же условиях. Это дало ему основания утверждать, что различия, которые проявятся в картине наследования, вызваны различными фенотипами родителей при этих двух скрещиваниях, а не каким-либо другим фактором.

Вот какие результаты получил Мендель.

У потомков первого поколения от скрещивания растений с желтыми и зелеными семядолями наблюдалось только одно из двух альтернативных проявлений признака – все семена получились с зелеными семядолями. Такое проявление признака, когда наблюдается преимущественно один из вариантов, Мендель назвал доминантным (альтернативное проявление, соответственно, рецессивным), а результат этот получил название закона единообразия гибридов первого поколения , или первого закона Менделя .

Во втором поколении, полученном с помощью самоопыления, появились семена как с зелеными, так и с желтыми семядолями, причем в соотношении 3:1.
Это соотношение носит название закона расщепления , или второго закона Менделя .
Но эксперимент не кончается получением результатов. Существует еще такой важный этап, как их интерпретация, т. е. осмысление полученных результатов с точки зрения уже накопленных знаний.

Что же знал о механизмах наследования Мендель? Да ничего. Во времена Менделя (середина XIX в.) еще не знали никаких генов и хромосом. Даже идея о клеточном строении всего живого не была еще общепризнанной. Например, многие ученые (в том числе и Дарвин) считали, что наследуемые проявления признаков составляют непрерывный ряд. Это значит, например, что при скрещивании красного мака с желтым потомство должно быть оранжевым.

Мендель в принципе не мог знать биологической природы наследования. Что же дали его опыты? На качественном уровне получается, что потомки действительно бывают какие угодно и никакой закономерности нет. А на количественном? И о чем в данном случае может вообще говорить количественная оценка результатов опыта?

К счастью для науки, Грегор Мендель был не просто любознательным чешским монахом. В юности его очень интересовала физика, он получил хорошее физическое образование. Мендель изучал также и математику, в том числе и начала теории вероятностей, разработанной Блезом Паскалем в середине XVII в. (При чем тут теория вероятностей станет ясно ниже.)

Мемориальная бронзовая доска, посвященная Г.Менделю, открытая в г. Брно в 1910 г.

Как же интерпретировал свои результаты Мендель? Он вполне логично предположил, что существует некая реальная субстанция (он назвал ее наследственным фактором), определяющая цвет семядолей. Допустим, наличие наследственного фактора А определяет зеленый цвет семядолей, а наличие наследственного фактора а – желтый. Тогда, естественно, растения с зелеными семядолями содержат и передают по наследству фактор А , а с желтыми – фактор а . Но почему же тогда среди потомков растений с зелеными семядолями встречаются растения с желтыми семядолями?
Мендель предположил, что каждое растение несет по паре наследственных факторов, отвечающих за данный признак. Причем при наличии фактора А фактор а уже не проявляется (зеленая окраска доминирует над желтой).
Надо сказать, что после замечательных работ Карла Линнея европейские ученые достаточно хорошо представляли процесс полового размножения у растений. В частности, было понятно, что в дочерний организм переходит что-то от матери, а что-то от отца. Не понятно было только, что и как.
Мендель предположил, что при размножении наследственные факторы материнского и отцовского организмов комбинируются между собой как попало, но таким образом, что в дочерний организм попадает один фактор от отца, а другой от матери. Это, прямо скажем, довольно смелое предположение, и любой скептически настроенный ученый (а ученый обязан быть скептиком), поинтересуется почему, собственно, Мендель построил на этом свою теорию.
Здесь и выходит на авансцену теория вероятностей. Если наследственные факторы комбинируются между собой как попало, т.е. независимо, то одинакова вероятность попадания в дочерний организм каждого фактора от матери или от отца?
Соответственно, по теореме умножения, вероятность формирования в дочернем организме конкретной комбинации факторов равна: 1/2 х1/2 = 1/4.
Очевидно, возможны комбинации АА , Аа , аА , аа . С какой же частотой они проявляются? Это зависит от того, в каком соотношении факторы А и а представлены у родителей. Рассмотрим с этих позиций ход опыта.
Сначала Мендель взял две линии гороха. В одной из них желтые семядоли не появлялись ни при каких обстоятельствах. Значит фактор а в ней отсутствовал, и все растения несли комбинацию АА (в случаях, когда организм несет два одинаковых аллеля, он называется гомозиготным ). Точно так же все растения второй линии несли комбинацию аа .
Что же происходит при скрещивании? От одного из родителей с вероятностью 1 приходит фактор А , а от другого с вероятностью 1 – фактор а . Далее они с вероятностью 1х1=1 дают комбинацию Аа (организм, несущий разные аллели одного гена, называется гетерозиготным ). Это отлично объясняет закон единообразия гибридов первого поколения. Все они имеют зеленые семядоли.
При самоопылении от каждого из родителей первого поколения с вероятностью 1/2 (предположительно) приходит либо фактор А , либо фактор а . Это означает, что все комбинации будут равновероятны. Какова же должна быть в данном случае доля потомков с желтыми семядолями? Очевидно, одна четверть. Но это и есть результат опыта Менделя: расщепление по фенотипу 3:1! Следовательно, предположение о равновероятных исходах при самоопылении было верным!
Теория, предложенная Менделем для объяснения явлений наследственности, базируется на строгих математических выкладках и носит фундаментальный характер. Можно даже сказать, что по степени строгости законы Менделя больше похожи на законы математики, чем биологии. Долгое время (да и до сих пор) развитие генетики состояло в проверке приложимости этих законов к тому или иному конкретному случаю.

Задачи

1. У тыквы белая окраска плодов доминирует над желтой.

А. Родительские растения гомозиготны и имели белые и желтые плоды. Какие плоды получатся от скрещивания гибрида первого поколения с его белым родителем? А с желтым родителем?
Б. При скрещивании белой тыквы с желтой получено потомство, половина которого имеет белые плоды, а половина – желтые. Каковы генотипы родителей?
В. Можно ли получить желтые плоды при скрещивании белой тыквы и ее белого потомка из предыдущего вопроса?
Г. Скрещивание белой и желтой тыкв дало только белые плоды. Какое потомство дадут две такие белые тыквы при скрещивании между собой?

2. Черные самки двух разных групп мышей были скрещены с коричневыми самцами. От первой группы было получено 50% черных и 50% коричневых мышат. От второй группы получено 100% черных мышат. Объясните результаты опытов.

3. . Мистер Браун купил у мистера Смита черного быка для своего черного стада. Увы, среди 22 родившихся телят 5 оказались рыжими. Мистер Браун предъявил претензии мистеру Смиту. «Да, мой бык подкачал, – сказал мистер Смит, – но он виноват только наполовину. Половину вины несут Ваши коровы». «Вздор!, – возмутился мистер Браун, – мои коровы ни при чем!» Кто прав в этом споре?

Здесь речь идет о работе Линнея «Sexum Plantarum» («Пол у растений»), посвященной половому размножению растений. Эта работа, изданная в 1760 г., описывала процесс размножения настолько подробно, что долгое время была запрещена в Петербургском университете как безнравственная.

Ботаника. Цикл статей “Удивительные опыты с растениями”

Газета “Биология”, №3, 2000 г.

41. Опыт с зеленой горошиной

Этот опыт впервые был поставлен крупнейшим исследователем проблемы раздражимости растений индийским ученым Д.Ч. Босом. Он показывает, что резкое повышение температуры вызывает в семенах появление токов действия. Для опыта нужны несколько зеленых (несозревших) семян гороха посевного (бобов, фасоли), гальванометр, препаровальная игла, спиртовка.

Соедините внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром. Очень осторожно в бюксе нагрейте горошину (не повреждая) приблизительно до 60 °С.

При повышении температуры клеток гальванометр регистрирует разность потенциалов до 0,1–2 В. Вот что отметил по поводу этих результатов сам Д. Ч. Бос: если собрать 500 пар половинок горошин в определенном порядке в серии, то суммарное электрическое напряжение составит 500 В.

Самыми чувствительными у растений являются клетки точек роста, находящиеся на верхушках побегов и корней. Многочисленные, обильно ветвящиеся побеги и быстро нарастающие в длину кончики корней как бы ощупывают пространство и передают информацию о нем в глубь растения. Доказано, что растения воспринимают прикосновение к листу, реагируя на него изменением биопотенциалов, перемещением электрических импульсов, изменением скорости и направления передвижения гормонов. Например, кончик корня реагирует более чем на 50 механических, физических, биологических факторов и всякий раз при этом выбирает наиболее оптимальную программу для роста.

Убедиться в том, что растение реагирует на прикосновения, особенно частые, надоедливые, можно на следующем опыте.

42. Стоит ли трогать растения без надобности

Познакомьтесь с тигмонастиями – двигательными реакциями растений, вызванными прикосновениями.

Для опыта в 2 горшка высадите по одному растению, желательно без опушения на листьях (бобы, фасоль). После появления 1–2 листьев начинайте воздействие: листья одного растения слегка трите между большим и указательным пальцем 30–40 раз ежедневно в течение 2 недель.

К концу второй недели различия будет видны отчетливо: растение, подвергавшееся механическому раздражению, отстает в росте.

Влияние на рост растений механического воздействия

Результаты опыта свидетельствуют, что длительное воздействие на клетки слабыми раздражителями может привести к торможению процессов жизнедеятельности растений.

Постоянным воздействиям подвергаются растения, высаженные вдоль дорог. Особенно чувствительны ели. Их ветви, обращенные к дороге, по которой часто ходят люди, ездят машины, всегда короче ветвей, расположенных на противоположной стороне.

Раздражимость растений, т.е. их способность реагировать на разные воздействия, лежит в основе активных движений, которые у растений не менее разнообразны, чем у животных.

Перед тем как приступить к описанию опытов, раскрывающих механизм движения растений, целесообразно ознакомиться с классификацией этих движений. Если растения на осуществление движений затрачивают энергию дыхания, это физиологически активные движения. По механизму изгиба они подразделяются на ростовые и тургорные.

Ростовые движения обусловлены изменением направления роста органа. Это сравнительно медленные движения, например изгибы стеблей к свету, корней к воде.

Тургорные движения осуществляются путем обратимого поглощения воды, сжатия и растяжения специальных двигательных (моторных) клеток, расположенных у основания органа. Это быстрые движения растений. Они свойственны, например, насекомоядным растениям, листьям мимозы.

Более подробно типы ростовых и тургорных движений будут рассмотрены ниже по мере выполнения опытов.

Для осуществления пассивных (механических) движений прямых затрат энергии клетки не требуется. В механических движениях в большинстве случаев цитоплазма не участвует. Наиболее распространены гигроскопические движения, которые вызываются обезвоживанием и зависят от влажности воздуха.

Гигроскопические движения

В основе гигроскопических движений лежит способность оболочек растительных клеток к поглощению воды и набуханию. При набухании вода поступает в пространство между молекулами клетчатки (целлюлозы) в оболочке и белка в цитоплазме клетки, что приводит к значительному увеличению объема клетки.

43. Движения чешуй шишек хвойных, сухого мха, сухоцветов

Изучите влияние температуры воды на скорость движения семенных чешуй шишек.

Для опыта нужны по 2–4 сухие шишки сосны и ели, высушенные соцветия акроклиниума розового или гелихризума большого (бессмертники), сухой мох кукушкин лен, часы.

Рассмотрите сухую шишку сосны. Семенные чешуи подняты, хорошо видны места, к которым были прикреплены семена.

Опустите половину шишек сосны в холодную воду, а вторую – в теплую (40–50 °С). Наблюдайте за движением чешуй. Отметьте время, которое потребовалось для полного их смыкания.

Достаньте шишки из воды, стряхните и проследите за движением чешуй в процессе высыхания.

Отметьте время, за которое чешуи вернутся в исходное состояние, занесите данные в таблицу.

Объект наблюдения	Температура воды		Продолжительность
	10 °С	50 °С	смыкания	размыкания
Шишки ели
Шишки ели
Соцветие бессмертника
Соцветие бессмертника

Повторите опыт с теми же шишками несколько раз. Это позволит не только получить более точные данные, но и убедиться в обратимости изучаемого вида движений.

Результаты опыта позволят сделать важные выводы.

1. Движение семенных чешуй шишек обусловлено потерей и поглощением ими воды. Об этом же свидетельствует прямая зависимость движения чешуй от температуры воды: при ее повышении скорость движения молекул воды возрастает, набухание чешуй происходит быстрее.

1. Чтобы набухание чешуй могло изменить их положение в пространстве, строение и химический состав клеток на внешней и внутренней стороне чешуи должны быть различными. Это действительно так. Оболочки клеток верхней стороны чешуй шишек хвойных более эластичны, растяжимы по сравнению с клетками нижней стороны. Поэтому при погружении в воду они поглощают ее больше, быстрее увеличивают свой объем, что приводит к удлинению верхней стороны и движению чешуи вниз. В процессе обезвоживания клетки верхней стороны теряют воду тоже быстрее клеток нижней стороны, что приводит к загибанию чешуи вверх.

Интересно наблюдать вызываемые набуханием движения листьев кукушкина льна либо других листостебельных мхов. У живых растений листья направлены в сторону от стебля, а у сухих – прижаты к нему. Если опустить сухой стебелек в воду, через 1–2 мин листья переходят из вертикального положения в горизонтальное.

Очень красивы движения высушенного соцветия бессмертника. Если сухое соцветие опустить в воду, через 1–2 мин листочки обертки приходят в движение и соцветие закрывается.

Задание. Сравните скорость движения чешуй шишек различных видов хвойных. Зависит ли она от размера шишек? Сравните скорость движения чешуй шишек сосны и ели, листьев мхов и листочков обертки соцветия бессмертника, выявите черты сходства и различия.

44. Гигроскопические движения семян. Гигрометр из семян аистника

Гигроскопические движения играют важную роль в распространении семян различных растений.

Изучите механизм самозакапывания семян аистника, перемещения по почве семян василька полевого.

Для опыта нужны семена аистника (грабельника), василька синего, лист плотной бумаги, часы, предметное стекло.

Аистник – распространенное в Белоруссии растение. Свое название получило благодаря сходству плода с головой аиста.

Рассмотрите внимательно строение сухого плода аистника. Доли зрелого коробочковидного плода снабжены длинной остью, в нижней части спирально закрученной. Плод покрыт жесткими волосками.

На предметное стекло нанесите каплю воды и опустите в нее сухой плод. Закрученная спиралью нижняя часть начинает раскручиваться, и плод, не имеющий опоры на стекле, совершает вращательные движения.

После полного выпрямления ости перенесите плод на сухую часть стекла. По мере высыхания нижняя часть снова закручивается в спираль и вызывает вращение плода.

Проведите хронометраж опыта, сравнивая скорости процессов раскручивания и закручивания спирали.

Механизм движения плода аистника тот же, что и чешуй шишек хвойных, – различие в гигроскопичности клеток ости.

Наблюдения за движением плода в капле воды позволяют понять поведение его в почве. Когда плод падает на землю, верхний конец ости, загнутый под прямым углом, цепляется за окружающие его стебельки и остается неподвижным. При закручивании и раскручивании спирального участка нижняя часть плода с семенем ввинчивается в землю. Путь назад преграждают жесткие, отогнутые вниз волоски, покрывающие плод.

Чтобы изготовить примитивный гигрометр, в кусочке картона или дощечке, покрытой белой бумагой, проделайте отверстие и закрепите в нем нижний конец плода. Для калибровки прибора сначала высушите, затем смочите ость водой и отметьте крайнее положение. Размещать прибор лучше на улице, где колебания влажности выражены более резко, чем в помещении.

Аистник – не единственное растение, способное к самозакапыванию семян. Сходное строение и механизм распространения имеют ковыли, овсюг, лисохвост.

Плоды василька (семянки с хохолком из твердых щетинок) не способны к самозакапыванию. При колебаниях влажности почвы щетинки попеременно опускаются и поднимаются, толкая плод вперед.

Задание. Соберите семена василька, лисохвоста, овсюга. Изучите поведение их во влажной и сухой среде, сравните с аистником.

Тропизмы

Умнейшее создание природы,

Всегда растущее из рода в роды –

В земле корнями, в небе – головой...

В. Рождественский

В зависимости от строения органа и действия факторов внешней среды различают два вида ростовых движений: тропизмы и настии .

Тропизмы (от греч. «тропос» – поворот), тропические движения – это движения органов с радиальной симметрией (корень, стебель) под влиянием факторов внешней среды, которые действуют на растение односторонне. Такими факторами могут быть свет (фототропизм), химические факторы (хемотропизм), действие силы земного тяготения (геотропизм), магнитное поле Земли (магнитотропизм) и др.

Эти движения позволяют растениям располагать листья, корни, цветки в положении, наиболее благоприятном для жизнедеятельности.

45. Гидротропизм корня

Одно из наиболее интересных видов движения – движение корня к воде (гидротропизм). Наземные растения испытывают постоянную потребность в воде, поэтому корень всегда растет в ту сторону, где содержание воды выше. Гидротропизм присущ прежде всего корням высших растений. Наблюдается также у ризоидов мхов и заростков папоротников. Для опыта нужно 10–20 наклюнувшихся семян гороха (люпина, ячменя, ржи), 2 чашки Петри, немного пластилина.

Плотно прикрепленным ко дну пластилиновым барьером разделите площадь чашки на 2 равные части. На барьер положите наклюнувшиеся семена, слегка вдавливая их в пластилин, чтобы при росте корня семена не сдвинулись с места. Корешки должны быть направлены строго вдоль барьера (рис. 24).

Схема расположения семян при изучении гидротропизма корня

Эти этапы работы в контрольной и опытной чашках одинаковы. Теперь предстоит создать различные условия увлажнения. В контрольной чашке влажность в левой и правой частях должна быть одинакова. В опытной чашке вода наливается только в одну половину, а вторая остается сухой.

Обе чашки накройте крышками и поместите в теплое место. Ежедневно наблюдайте за положением корешков. Когда ориентация их станет хорошо заметной, подсчитайте количество семян, корни которых проявили положительный гидротропизм (рост органа в сторону воды).

Наблюдения за движением корешка к воде ясно показывают, что тропизмы – это ростовые движения. Корешок растет в сторону воды, при этом происходит, если это необходимо растению, изгиб корня.

Задание. По описанной выше схеме опыта проверьте способность растений распознавать не только воду, но и нужные растению растворы минеральных солей, например 0,3%-ный раствор нитрата калия или нитрата аммония.

46. Влияние силы земного тяготения на рост стебля и корня

Большинство растений растет вертикально. При этом главную роль играет не расположение их относительно поверхности почвы, а направление радиуса Земли. Именно поэтому на горных склонах растения растут под любым углом к почве, но вверх. Главный стебель обладает отрицательным геотропизмом – он растет в сторону, противоположную действию силы земного тяготения. Главный корень, напротив, обладает положительным геотропизмом.

Наиболее интересно поведение боковых побегов и корней: в отличие от главного корня и стебля они способны расти горизонтально, обладая промежуточным геотропизмом. Побеги и корни второго порядка вообще не воспринимают действие силы земного тяготения и способны расти в любом направлении. Неодинаковое восприятие побегами и корнями различных порядков действия силы земного тяготения позволяет им равномерно распределяться в пространстве.

Чтобы убедиться в противоположной реакции главного стебля и главного корня на одно и то же воздействие силы земного тяготения, можно поставить следующий опыт.

Для опыта нужны наклюнувшиеся семена подсолнечника посевного, пластинки из стекла и пенопласта 10х10 см, фильтровальная бумага, пластилин, стакан.

На пластинку из пенопласта положите несколько слоев увлажненной фильтровальной бумаги. Наклюнувшиеся семена разместите на ней так, чтобы их острые концы были направлены вниз. По углам пластинки прикрепите кусочки пластилина. Положите на них, слегка прижимая, стеклянную пластинку, чтобы зафиксировать семена в нужном положении. Оберните несколькими слоями увлажненной фильтровальной бумаги и в вертикальном положении (острые концы семян должны быть направлены вниз) поместите в теплое место.

Когда корешки достигнут 1–1,5 см, пластинку переверните на 90°, чтобы корешки были расположены горизонтально.

Ежедневно контролируйте состояние проростков. Фильтровальная бумага должна быть влажной.

Проведите хронометраж опыта и отметьте время (в сутках от начала опыта) проявления геотропического изгиба.

Результаты опыта свидетельствуют, что при любом положении проростка в пространстве главный корень всегда изгибается вниз, а стебель – вверх. Причем ответная реакция осевых органов на изменение положения в пространстве может проявиться довольно быстро (1–2 ч).

Геотропическая чувствительность растений высока, некоторые способны воспринимать отклонение от вертикального положения на 1°. Проявление ее зависит от сочетания внешних и внутренних условий. Под влиянием низкой температуры воздуха отрицательный геотропизм стеблей может переходить в поперечный, что приводит к их горизонтальному росту.

Каким же образом стебель или корень «ощущают» свое положение в пространстве? У корня зона, воспринимающая геотропическое раздражение, находится в корневом чехлике. Если его удалить, геотропическая реакция затухает. В стебле силы земного тяготения также воспринимаются верхушкой.

Непосредственный изгиб корня или стебля осуществляется ниже, в зоне, где клетки проходят растяжение. При этом под действием одного и того же фактора – силы земного тяготения – в горизонтально лежащем стебле усиливается рост клеток нижней стороны, что приводит к изгибу его вверх, в корне же – рост клеток верхней стороны и изгиб вниз.

Задание. Изучите характер геотропической реакции стеблей разного порядка двудольного растения. Для этого вырастите проростки, закройте поверхность почвы, чтобы она не высыпалась, и переверните горшки. Наблюдения ведите до тех пор, пока не появятся боковые стебли первого и второго порядка.

47. Влияние этилена на геотропическую реакцию проростков гороха

Рост растений регулируется не только биоэлектрическими сигналами, но и гормональной системой. Главную роль в регуляции скорости роста играет количественное содержание гормона ауксина и его взаимодействие с другими гормонами, в частности абсцизовой кислотой и этиленом.

В отличие от стимулирующего рост ауксина абсцизовая кислота тормозит деление клеток нижней стороны органа. Это вызывает замедление ее роста, и корень начинает изгибаться по направлению к центру Земли.

Для опыта нужны зрелые яблоки (источник этилена), 2 стеклянных колпака, 2 горшка с проростками гороха.

Стеклянные колпаки установите на подставку. Под ними разместите горшки с 2–3-дневными проростками гороха. В опытном варианте под колпак положите яблоки. Растения поставьте в темноту.

По мере накопления этилена в воздухе он начинает проникать в проростки гороха. Через несколько дней становятся заметны нарушения нормальной отрицательной геотропической реакции побегов, которые начинают расти горизонтально, а при высокой концентрации этилена в воздухе даже полегают.

Результаты опыта свидетельствуют о регуляторных функциях этилена в жизни растений. Увеличение его содержания в клетках приводит к изменению скорости их роста.

Задание. Изучите влияние этилена на рост проростков томатов.

Естественно, геотропическая ориентация органов растений в непрерывно меняющихся условиях среды не может всегда оставаться постоянной. По мере формирования и распускания бутонов изменяется ориентация цветоножки, например у мака. Молодые ветки ели растут под более острым углом, чем старые.

Можно изучить смену отрицательного геотропизма цветоножек арахиса (земляного ореха) на положительный, вырастив его в комнатных условиях. После отцветания цветоножка арахиса, на которой сидит завязь, удлиняется, загибается к земле и углубляется в нее. Таким образом, цветки находятся над землей, а плоды созревают в земле. Хотя это ограничивает способность вида к распространению, созревшие семена находятся в идеальных условиях для прорастания.