Gregor Mendel gilt als Vater der modernen Genetik. Er war ein österreichischer Mönch, der mit Erbsenpflanzen arbeitete, um zu erklären, wie Kinder Eigenschaften von ihren Eltern erben. Seine Arbeit wurde zur Grundlage dafür, wie Wissenschaftler Vererbung verstehen, und er gilt weithin als Pionier auf dem Gebiet der Genetik.
Erbsenpflanzen und Mendelsche Genetik
In Mendels berühmten Experimenten mit Erbsenpflanzen bestäubte er absichtlich Erbsenpflanzen mit offensichtlich unterschiedlichen Merkmalen, um einige wichtige Dinge darüber herauszufinden, wie Nachkommen Merkmale von ihren Eltern erben.
Die Experimente
Mendel hat sieben spezifische Merkmale von Erbsenpflanzen gemessen:
- Glatter oder f altiger reifer Samen
- Gelbes oder grünes Samenalbumin
- Lila oder weiße Blume
- Aufgeblasene oder verengte reife Schote
- Grüne oder gelbe unreife Schoten
- Axiale oder endständige Position der Blüten
- Hohe oder kleine Stiellänge
Was er entdeckte
Zwischen 1856 und 1863 experimentierte Mendel mit der Erbsenpflanze Pisum sativum. Seine Experimente führten ihn zu drei Verallgemeinerungen:
- Nachkommen erwerben von jedem Elternteil einen Erbfaktor. Dies ist als das Gesetz der Segregation bekannt.
- Verschiedene Merkmale haben die gleiche Chance, gemeinsam aufzutreten. Dies ist als das Gesetz der unabhängigen Sortierung bekannt und die heutigen Wissenschaftler sind sich darüber im Klaren, dass dies weitgehend ungenau ist. Einige Gene sind tatsächlich miteinander verknüpft und erscheinen häufiger zusammen.
- Nachkommen erben das dominante Merkmal und können das rezessive Merkmal nur erben, wenn sie beide rezessiven Faktoren erben. Dies ist als das Gesetz der Dominanz bekannt.
Die meisten Wissenschaftler seiner Zeit lehnten Mendels Arbeit ab. Es wurde erst nach seinem Tod allgemein akzeptiert. Zu seinen Lebzeiten glaubten die meisten Wissenschaftler, dass die Nachkommen Merkmale durch Vermischung erbten, das heißt, dass die Nachkommen einen „Durchschnitt“der Merkmale der Eltern erbten.
Demonstration der Mendelschen Genetik
Mendel soll über 28.000 Pflanzen getestet haben, um zu seinem Ergebnis zu kommen. Während der Umfang seines Projekts für Sie wahrscheinlich nicht realistisch ist, können Sie die Genetik anhand von Pflanzen untersuchen.
Wer ist der Vater?
Who's the Father ist ein Experiment, bei dem Schüler an Pflanzen experimentieren, um beobachtbare Merkmale vorherzusagen. Sie können das Experiment mit Wisconsin Fast Plants® (Brassica rapa) nachbilden, die speziell dafür entwickelt wurden, dass Schüler sie zum Studium der Genetik verwenden können. Sie wachsen auch schneller – ein vollständiger Lebenszyklus dauert 28–30 Tage. Die Durchführung dieses Experiments erfordert etwa sechs Wochen täglicher Beobachtungen. Es eignet sich am besten für ältere Schüler der Mittel- oder Oberstufe, die Genetik studieren.
Materialien
- Wisconsin Fast Plants® Samen, nicht-violetter Stiel, haarlos (200er-Packung)
- Wisconsin Fast Plants® Samen, gelbgrünes Blatt (200er-Packung)
- Wisconsin Fast Plants® Samen, nicht-violetter Stamm, gelbgrünes Blatt (200er-Packung)
- Blumenerde
- Langsam freisetzende Düngerpellets
- Selbstgebautes Leuchtstoffbeleuchtungssystem oder gekauftes Beleuchtungssystem
- Selbstgebautes Anbausystem (alternativ können Sie ein Bewässerungssystem kaufen)
- Etiketten für Pflanzen
- Einsätze und Unentschieden
- Q-Tips oder Bienenstäbchen (Sie brauchen nur ein paar)
Anleitung
- Konstruieren Sie zuerst Ihre Beleuchtungs- und Bewässerungssysteme. Wisconsin Fast Plants® benötigen kontinuierliches Fluoreszenzlicht und eine kontinuierliche Versorgung mit Dünger und Wasser. Sie können entweder selbstgemachte Versionen davon bauen oder vorgefertigte Bausätze über Carolina Biological erwerben. Beide Optionen sind oben in der Materialliste verlinkt.
- Pflanzen Sie die Samen (Sie müssen nicht alle verwenden) gemäß der Anbauanleitung. Sie sollten damit beginnen, die nicht-violetten, gelbgrünen Blattsamen zu pflanzen (diese werden als Nachkommen der ersten Generation oder O1 bezeichnet). Pflanzen Sie auch die nicht-lila stängelförmigen, haarlosen Samen ein. (Diese Samen sind die Muttersamen, die als P1 bezeichnet werden). Stellen Sie sicher, dass Sie kennzeichnen, was welches ist!
- In etwa vier bis sieben Tagen sollten Ihre Pflanzen wachsen. Beobachten Sie die Stängel- und Blattfarben beider Pflanzengruppen und notieren Sie Ihre Beobachtungen in Ihrem Laborbuch. Der beste Weg, Ihre Beobachtungen zu quantifizieren, besteht darin, die Phänotypen zu zählen (zählen Sie die Anzahl der Pflanzen mit nicht-lila Stängeln, die Anzahl der Pflanzen mit gelbgrünen Blättern usw.).)
- Entsorgen Sie die Mutterpflanzen, aber beh alten Sie die Nachkommenpflanzen bei.
- Schreiben Sie eine Hypothese darüber, wie die Nachkommenpflanzen ihre beobachtbaren genetischen Merkmale geerbt haben. Wenn Sie beispielsweise feststellen, dass die meisten Ihrer Nachkommenpflanzen nicht violette Stängel, sondern gelbe Blätter haben, können Sie diese als dominante Merkmale zuordnen. Wenn Sie feststellen, dass einige Ihrer Nachkommenpflanzen violette Stängel und grüne Blätter haben, könnten Sie annehmen, dass es sich dabei um rezessive Merkmale handelt. Erstellen Sie basierend auf Ihren Beobachtungen eine überprüfbare Hypothese. Versuchen Sie anhand Ihrer Hypothese, die Stängel- und Blattfarben der Vaterpflanze zu erraten.
- Verpaaren Sie die Pflanzen mit einem Bienenstäbchen oder einem Wattestäbchen. Tauschen Sie dazu den Bienenstock vorsichtig an einer Pflanze aus, achten Sie darauf, dass die Pflanze Pollen hat, und teilen Sie ihn dann mit einer anderen Pflanze. Tun Sie dies mehrmals, um sicherzustellen, dass jede Pflanze Pollen von mehreren anderen Pflanzen erhält, sowohl mit ähnlichen als auch mit unterschiedlichen beobachtbaren Merkmalen. Tun Sie dies drei Tage lang einmal täglich.
- Nach Ablauf der drei Tage alle nicht bestäubten Blütenknospen abschneiden.
- Hören Sie auf, die Pflanzen zu gießen und lassen Sie sie trocknen.
- Ernten Sie die Samen und pflanzen Sie sie neu ein, sodass der Prozess im Grunde von vorne beginnt. Diese Samen sind die zweite Generation von Nachkommen, oder O2.
- Machen Sie Beobachtungen über die Stängel- und Blattfarbe der nächsten Pflanzengeneration. Glauben Sie, dass Ihre Hypothese richtig war?
- Pflanze die gelbgrünen Blattsamen. Diese werden als „Vater“oder P2 bezeichnet.
- Beobachten Sie nach einigen Tagen die Stängel- und Blattfarben der P2-Pflanzen. Stützen Ihre Beobachtungen Ihre Hypothese?
Videoanweisungen
Dieses Video zeigt, wie man Genetiklabore durchführt und hilft Ihnen dabei, das Verfahren zur Untersuchung der Genetik Ihrer Pflanzen in Angriff zu nehmen.
Online-Labs
Es ist erwähnenswert, dass es online ein paar tolle interaktive Labore gibt, wenn der Erbsenanbau und die Herstellung selbstgemachter Geräte etwas mehr sind, als Sie erwartet hatten.
Mendels Erbsen
Dieses Online-Labor ist eine Nachbildung von Mendels Erbsenexperimenten. Das Labor verfügt über ein praktisches Menü, sodass Sie das Labor erkunden können, bevor Sie etwas unternehmen. Das Labor führt Sie durch verschiedene Schritte, darunter das Pflanzen der Erbsen, die Beobachtung ihrer Eigenschaften und die anschließende Kreuzbestäubung der ersten von Ihnen gezüchteten Pflanzen. Genau das hat Mendel getan, damit die Schüler ein Gefühl für den langwierigen Prozess bekommen, den er durchlaufen hat, um zu seinen Beobachtungen zu gelangen.
Erbsensuppe
Obwohl grafisch nicht so spannend, ist Erbsensuppe eine weitere Online-Option, mit der Schüler zwei Merkmale bei Erbsenpflanzen beobachten können. Um zu beginnen, klicken Sie auf die Sch altfläche „Experiment starten“. Dann werden Sie zu einer Seite weitergeleitet, auf der Sie zwei verschiedene Erbsen „paaren“können. Ihre Genotypen sind für Sie geschrieben. Anschließend werden Ihnen auf der Seite alle Optionen angezeigt, die für die von Ihnen ausgewählten „Eltern“verfügbar sind. Die Seite bewegt sich schnell und Sie können sie übersehen, wenn Sie nicht alles aufschreiben.
MIT's STAR Genetics
Das STAR Genetics-Labor des MIT ist eine Art herunterladbares „Spiel“, in dem Schüler Genotypen verschiedener Arten, darunter Erbsenpflanzen, Fruchtfliegen und sogar Kühe, kombinieren und kombinieren können. Das Programm eignet sich am besten für Oberstufenschüler, die über ausgeprägte Kenntnisse in Biologie verfügen.
Genetik macht Spaß
Ob Sie Erbsenpflanzen oder Fruchtfliegen studieren oder einfach nach Hause gehen und die Merkmale Ihrer Eltern beobachten und versuchen herauszufinden, wie Sie zu Ihren eigenen gekommen sind, das Studium der Genetik kann eine Menge Spaß machen. Während die moderne Genetik einige Dinge identifiziert, die Mendel falsch gemacht hat, gelten seine Theorien immer noch, wenn Merkmale nicht durch andere Faktoren verknüpft oder beeinflusst werden.