Умблик
10 класс · углублённый
Биология · 10 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 10 класс · Урок 91

Генотип, среда и изменчивость: как построить вариационный ряд без ложного вывода

Одинаковые или близкие генотипы могут дать разные измеренные признаки в разных условиях, а похожие фенотипы не обязаны иметь одинаковую генетическую основу. Разберём качественные и количественные признаки, норму реакции, вариационный ряд и кривую на безопасных обезличенных данных.

Закономерности изменчивости

Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс

Закономерности изменчивости

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Фенотип как результат генотипа и среды
  • Качественные и количественные признаки
  • Ненаследственная и наследственная изменчивость
  • Модификационная изменчивость
  • Норма реакции
  • В. Иоганнсен и чистые линии
  • Вариационный ряд и частоты
  • Вариационная кривая
  • Лабораторная работа по безопасным измерениям
  • Ограничения вывода по распределению
Распределение измеренного признака в выборкеИзмеренное значение признакаЧастотаФорма условная; её нельзя приписывать любому признаку без реальных данных.
Кривая частот показывает распределение измерений в выбранной выборке; её форма сама по себе не доказывает причину различий.

Как это устроено

Фенотип формируется при участии генетических вариантов, развития и среды. Деление на наследственную и ненаследственную изменчивость полезно для поиска причины, но по одной фотографии причину определить нельзя. Для конкретного признака нужен план сравнения генотипов, условий и потомства. Человек с одинаковым генотипом в разных условиях не обязан дать одинаковое значение количественного признака, а два разных генотипа могут совпасть по одному измерению.

Норма реакции — это не только «максимальная высота минус минимальная высота» в одной случайной таблице. Это зависимость возможных проявлений данного генотипа от набора условий, ограниченная биологией организма. Если две линии реагируют на изменение освещения по-разному, есть генотип-средовое взаимодействие. Модификация может сохраниться длительно в ходе жизни и не обязана быть легко обратимой; формула «всё средовое сразу исчезает» неверна. Возможные эпигенетические эффекты не позволяют автоматически объявлять любое приобретённое изменение наследуемым через поколения.

В. Иоганнсен сравнивал чистые линии растений и вариацию признаков внутри них. Важная идея: распределение измерений внутри одной линии не доказывает, что отбор самых крупных отдельных семян навсегда изменит наследственную основу линии. Для проверки нужно выращивать потомков в сопоставимых условиях. Исторический опыт не отменяет существования новых мутаций или генетической неоднородности в реальных современных популяциях.

Лабораторная работа начинается с определения объекта, одинаковой стадии и метода измерения. Значения упорядочивают или группируют в интервалы без перекрытия границ, считают частоты, строят график с единицами на обеих осях. Вид колокола не является обязательным и не доказывает «нормальную» наследственность; асимметрия может возникать из-за смешения разных возрастов, ошибок измерения или иной биологии признака. Без исходной таблицы и размера выборки график легко вводит в заблуждение.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Фенотипическая изменчивость

Различия наблюдаемых признаков между особями или состояниями одной особи независимо от причины этих различий.

Пример: Листья одной породы дерева могут различаться площадью из-за наследственных и средовых влияний.

Наследственная изменчивость

Различия, связанные с вариантами наследственной информации, которые способны передаваться соответствующим потомкам при данном способе размножения.

Пример: Разные аллели гена пигмента могут сохраняться в линиях растений.

Ненаследственная изменчивость

Различия признаков, вызванные условиями и состоянием организма без обязательного изменения передаваемой последовательности ДНК.

Пример: Освещённость может менять размер или окраску листа без возникновения нового аллеля у каждого листа.

Модификационная изменчивость

Средозависимые изменения проявления признака у данного генотипа; их выраженность и возможность сохранения различаются между признаками и стадиями.

Пример: Рост генетически близких проростков может различаться при разной доступности света и воды.

Качественный признак

Признак, который в выбранной модели относят к определённым различимым категориям.

Пример: В условном скрещивании цветков фиксируют категории «белый» и «окрашенный» при заранее оговорённом критерии.

Количественный признак

Признак, которому можно сопоставить числовое измерение в указанных единицах.

Пример: Длину листа записывают в миллиметрах; метод и возраст листа влияют на сравнимость.

Норма реакции

Множество или диапазон возможных фенотипических ответов данного генотипа при рассматриваемом наборе условий среды, а не одно неизменное число для всех сред.

Пример: Одна линия растения может давать разные высоты при разных режимах освещения и питания.

Генотип-средовое взаимодействие

Ситуация, когда изменение условий влияет на разные генотипы неодинаково, так что различие между ними зависит от среды.

Пример: Две линии растения могут по-разному реагировать высотой на недостаток воды.

Вариационный ряд

Упорядоченные значения измеренного признака или таблица значений и их частот для определённой выборки.

Пример: Длины 20 листьев записывают по возрастанию и подсчитывают, сколько раз встречается каждый интервал.

Частота

Число наблюдений в выбранном значении или интервале; относительную частоту получают делением на объём выборки.

Пример: Если 6 из 30 листьев попали в интервал 40–49 мм, относительная частота равна 6/30 = 0,2.

Вариационная кривая

Графическое представление того, как часто встречаются значения или интервалы количественного признака в указанной выборке.

Пример: По горизонтали откладывают длину листа, по вертикали — число листьев в каждом интервале.

Чистая линия в опыте Иоганнсена

Потомство самоопыляющихся организмов, достаточно единообразное по изучаемой наследственной основе, позволявшее сопоставлять средовые различия внутри линии и наследственные различия между линиями.

Пример: В опытах с фасолью сходство потомства по линии помогало отделять случайные различия массы семян от устойчивых межлинейных различий.

Пример по шагам

Из 30 листьев 6 имеют длину 40–49 мм. Какова относительная частота интервала, и можно ли из этого заключить, что листья такого размера имеют особый наследственный аллель?

  1. Делим число листьев интервала на размер выборки: 6/30 = 0,2, или 20 процентов.
  2. Частота описывает эту выборку и измеренный признак.
  3. Для вывода о наследственном аллеле нужны генетические и средовые сравнения; сама длина и её частота такой вывод не дают.

Вывод: 20 процентов — описание распределения, не доказательство механизма.

Практическая работа

Вариационный ряд без личных данных

  1. Измерьте линейкой одинаково выбранные листья одного доступного неохраняемого растения либо используйте готовую обезличенную таблицу; укажите точность и стадию листьев.
  2. Постройте таблицу неперекрывающихся интервалов и график частот с подписями осей и числом наблюдений.
  3. Отдельно запишите минимум три возможных источника вариации и план, как проверить каждый при новом опыте.

Что можно заключить: Измерения дают распределение признака, а различение наследственных и средовых причин требует дополнительного исследования.

Безопасность: Не измеряйте тела или медицинские признаки одноклассников; не собирайте редкие растения и работайте с ножницами только по правилам кабинета.

Практическая работа

Исследование закономерностей модификационной изменчивости: вариационный ряд и кривая

  1. Выберите опубликованную или подготовленную учителем таблицу измерений одного количественного признака у особей одного вида с единицами измерения и описанием условий.
  2. Отсортируйте значения, составьте частотный ряд с явно выбранными интервалами и постройте вариационную кривую; подпишите оси, число наблюдений и пропущенные значения.
  3. Сравните разброс в двух выборках только при сопоставимых условиях и объясните, почему одна кривая не доказывает, что различия вызваны исключительно средой, а не наследственностью.

Что можно заключить: Ряд и кривая описывают распределение наблюдаемого признака, но отделение генетического и средового вклада требует специального дизайна.

Безопасность: Не измеряйте тело или здоровье одноклассников для оценки способностей и не публикуйте личные показатели; используйте обезличенные данные или растения.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.