Gregor Mendel được coi là cha đẻ của di truyền học hiện đại. Ông là một tu sĩ người Áo, người đã nghiên cứu về cây đậu để giải thích cách con cái thừa hưởng những đặc điểm từ cha mẹ. Công trình của ông đã trở thành nền tảng giúp các nhà khoa học hiểu về di truyền và ông được nhiều người coi là người tiên phong trong lĩnh vực di truyền học.
Cây đậu và di truyền học Mendelian
Trong các thí nghiệm cây đậu nổi tiếng của Mendel, ông đã cố tình cho cây đậu thụ phấn chéo với những đặc điểm rõ ràng khác nhau để khám phá một số điều quan trọng về cách con cái thừa hưởng những đặc điểm từ bố mẹ.
Thử nghiệm
Mendel đã đo được bảy đặc điểm cụ thể của cây đậu:
- Hạt chín mịn hoặc nhăn
- Album hạt màu vàng hoặc xanh
- Hoa tím hoặc trắng
- Quả chín phồng lên hoặc co lại
- Quả chưa chín màu xanh hoặc vàng
- Vị trí trục hoặc cuối của hoa
- Chiều dài thân cây cao hoặc lùn
Những gì anh ấy đã khám phá
Giữa năm 1856 và 1863 Mendel đã thử nghiệm trên loài Pisum sativum, hay cây đậu. Các thí nghiệm đã khiến ông đưa ra ba khái quát:
- Con cái nhận được một yếu tố di truyền từ mỗi bố và mẹ. Đây được gọi là quy luật phân biệt.
- Các đặc điểm khác nhau có cơ hội xuất hiện cùng nhau như nhau. Đây được gọi là quy luật phân loại độc lập và các nhà khoa học ngày nay hiểu rằng điều này phần lớn không chính xác. Trên thực tế, một số gen được liên kết với nhau và xuất hiện cùng nhau thường xuyên hơn.
- Con cái sẽ thừa hưởng tính trạng trội và chỉ có thể thừa hưởng tính trạng lặn nếu thừa hưởng cả hai yếu tố lặn. Đây được gọi là quy luật thống trị.
Hầu hết các nhà khoa học cùng thời đều bác bỏ công trình của Mendel. Nó không được chấp nhận rộng rãi cho đến sau khi ông qua đời. Trong suốt cuộc đời của ông, hầu hết các nhà khoa học đều tin rằng con cái được thừa hưởng những đặc điểm bằng cách pha trộn, nghĩa là con cái thừa hưởng 'trung bình' các đặc điểm của cha mẹ.
Chứng minh di truyền Mendelian
Mendel được cho là đã thử nghiệm hơn 28.000 cây để đưa ra kết luận của mình. Mặc dù phạm vi dự án của anh ấy có thể không thực tế để bạn tái tạo, nhưng bạn có thể nghiên cứu di truyền học bằng cách sử dụng thực vật.
Cha là ai?
Ai là Cha là một thí nghiệm trong đó học sinh sẽ thí nghiệm trên thực vật để dự đoán những đặc điểm có thể quan sát được. Bạn có thể thực hiện lại thí nghiệm bằng cách sử dụng Wisconsin Fast Plants® (Brassica rapa) - được thiết kế đặc biệt để học sinh có thể sử dụng chúng để nghiên cứu di truyền học. Chúng cũng phát triển nhanh hơn - một vòng đời hoàn chỉnh mất 28-30 ngày. Thí nghiệm này sẽ mất khoảng sáu tuần quan sát hàng ngày để hoàn thành. Nó phù hợp nhất cho học sinh lớn hơn ở trường cấp hai hoặc cấp ba đang nghiên cứu về di truyền học.
Vật liệu
- Hạt giống Wisconsin Fast Plants®, Thân không màu tím, Không có lông (gói 200)
- Hạt giống Wisconsin Fast Plants®, Lá màu vàng-xanh (gói 200)
- Hạt giống Wisconsin Fast Plants®, Thân không tím, Lá màu vàng xanh (gói 200)
- Hỗn hợp bầu
- Viên phân bón nhả chậm
- Hệ thống chiếu sáng huỳnh quang tự chế hoặc hệ thống chiếu sáng mua lại
- Hệ thống trồng trọt tự chế (hoặc bạn có thể mua hệ thống tưới nước)
- Nhãn dành cho cây
- Cổ phần và ràng buộc
- Q-tips, hoặc que ong (bạn chỉ cần một ít)
Hướng dẫn
- Trước tiên hãy xây dựng hệ thống chiếu sáng và tưới nước của bạn. Wisconsin Fast Plants® cần ánh sáng huỳnh quang liên tục và nguồn cung cấp phân bón và nước liên tục. Bạn có thể tạo các phiên bản tự chế của những thứ này hoặc bạn có thể mua bộ dụng cụ làm sẵn thông qua Carolina Bio. Cả hai tùy chọn đều được liên kết ở trên trong danh sách tài liệu.
- Gieo hạt giống (không cần sử dụng hết) theo hướng dẫn trồng. Bạn sẽ muốn bắt đầu bằng cách gieo những hạt có lá không có màu tím, màu vàng xanh (điều này sẽ được gọi là thế hệ con đầu tiên, hoặc O1.) Ngoài ra, hãy trồng những hạt có thân không có màu tím, không có lông. (Những hạt này là hạt mẹ, gọi tắt là P1). Hãy chắc chắn rằng bạn gắn nhãn cái nào!
- Trong khoảng bốn đến bảy ngày, cây của bạn sẽ phát triển. Quan sát màu sắc thân và lá của cả hai nhóm cây và ghi lại những quan sát của bạn vào sổ tay thí nghiệm. Cách tốt nhất để định lượng những quan sát của bạn là đếm kiểu hình (đếm số cây có thân không có màu tím, số cây có lá màu xanh vàng, v.v.).)
- Bỏ cây mẹ nhưng giữ lại cây con.
- Viết một giả thuyết về cách cây con thừa hưởng các đặc điểm di truyền có thể quan sát được của chúng. Ví dụ, nếu bạn quan sát thấy hầu hết các cây con của bạn có thân không phải màu tím nhưng có lá màu vàng, bạn có thể coi đây là những đặc điểm trội. Nếu bạn quan sát thấy một số cây con của bạn có thân màu tím và lá xanh, bạn có thể cho rằng đây là những đặc điểm lặn. Dựa trên những quan sát của bạn, hãy tạo ra một giả thuyết có thể kiểm chứng được. Bạn sẽ muốn thử đoán màu sắc thân và lá của cây bố dựa trên giả thuyết của mình.
- Xen kẽ cây bằng que ong hoặc Q-tip. Để làm điều này, hãy nhẹ nhàng trao đổi que ong trên một cây, đảm bảo rằng cây đó có phấn hoa, sau đó chia sẻ nó với cây khác. Làm điều này nhiều lần để đảm bảo rằng mỗi cây nhận được phấn hoa từ một số cây khác, cả hai đều có những đặc điểm giống và khác nhau có thể quan sát được. Làm điều này mỗi ngày một lần trong ba ngày.
- Sau khi ba ngày kết thúc, hãy cắt bỏ những nụ hoa không được thụ phấn.
- Ngưng tưới cây và để cây khô.
- Thu hoạch hạt giống và trồng lại, về cơ bản là bắt đầu lại quá trình. Những hạt giống này là thế hệ con thứ hai, hay O2.
- Quan sát màu sắc thân và lá của thế hệ cây tiếp theo. Bạn có nghĩ giả thuyết của mình đúng không?
- Trồng hạt lá xanh vàng. Những người này sẽ được gọi là 'cha' hoặc P2.
- Sau vài ngày, quan sát màu sắc thân và lá của cây P2. Những quan sát của bạn có ủng hộ giả thuyết của bạn không?
Video chỉ đường
Video này hướng dẫn cách thực hiện các thí nghiệm di truyền và sẽ giúp bạn giải quyết quy trình nghiên cứu di truyền cây trồng của bạn.
Phòng thí nghiệm trực tuyến
Điều đáng lưu ý là nếu việc trồng đậu Hà Lan và chế tạo các thiết bị tự chế đắt hơn một chút so với mức bạn mong đợi thì có một số phòng thí nghiệm tương tác trực tuyến tuyệt vời.
Đậu Hà Lan của Mendel
Phòng thí nghiệm trực tuyến này là bản sao của các thí nghiệm về hạt đậu của Mendel. Phòng thí nghiệm có một menu tiện dụng để bạn có thể thực sự khám phá phòng thí nghiệm trước khi làm bất cứ điều gì. Phòng thí nghiệm sẽ hướng dẫn bạn qua nhiều bước khác nhau bao gồm trồng đậu Hà Lan, quan sát các đặc điểm của chúng và sau đó thụ phấn chéo cho những cây đầu tiên bạn trồng. Đây chính xác là những gì Mendel đã làm để học sinh có thể cảm nhận được quá trình tẻ nhạt mà ông đã trải qua để đưa ra những quan sát của mình.
Súp đậu
Mặc dù về mặt đồ họa không thú vị bằng nhưng Pea Soup là một lựa chọn trực tuyến khác giúp học sinh quan sát hai đặc điểm ở cây đậu. Để bắt đầu, bạn nhấp vào nút 'bắt đầu thử nghiệm'. Sau đó, bạn được đưa đến một trang nơi bạn có thể chọn 'giao phối' hai hạt đậu khác nhau. Kiểu gen của họ được viết cho bạn. Sau đó, trang sẽ hiển thị cho bạn tất cả các tùy chọn có sẵn cho 'cha mẹ' mà bạn đã chọn. Trang này di chuyển nhanh và bạn có thể bỏ lỡ nếu bạn không viết ra mọi thứ.
Di truyền học STAR của MIT
Phòng thí nghiệm Di truyền học STAR của MIT là một loại 'trò chơi' có thể tải xuống, trong đó học sinh có thể trộn và kết hợp các kiểu gen của nhiều loài khác nhau bao gồm cây đậu, ruồi giấm và thậm chí cả bò. Chương trình phù hợp nhất với học sinh THPT có hiểu biết sâu về Sinh học.
Di truyền học thật thú vị
Cho dù bạn nghiên cứu về cây đậu hay ruồi giấm, hay đơn giản là về nhà và quan sát những đặc điểm của cha mẹ bạn và cố gắng tìm ra cách bạn có được những đặc điểm của riêng mình, thì việc nghiên cứu di truyền học có thể rất thú vị. Mặc dù di truyền học hiện đại xác định được một số điều mà Mendel đã sai, nhưng lý thuyết của ông vẫn áp dụng được khi các đặc điểm không được liên kết hoặc bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác.
