Автор статьи - профессиональный репетитор, кандидат биологических наук Д. А. Соловков.
Среди заданий по генетике на ЕГЭ по биологии можно выделить 6 основных типов. Первые два - на определение числа типов гамет и моногибридное скрещивание - встречаются чаще всего в части А экзамена (вопросы А7, А8 и А30).
Задачи типов 3, 4 и 5 посвящены дигибридному скрещиванию, наследованию групп крови и признаков, сцепленных с полом. Такие задачи составляют большинство вопросов С6 в ЕГЭ.
Шестой тип задач - смешанный. В них рассматривается наследование двух пар признаков: одна пара сцеплена с Х-хромосомой (или определяет группы крови человека), а гены второй пары признаков расположены в аутосомах. Этот класс задач считается самым трудным для абитуриентов.
В этой статье изложены теоретические основы генетики, необходимые для успешной подготовки к заданию С6, а также рассмотрены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы.
к оглавлению ▴Ген — это участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре одного белка. Ген — это структурная и функциональная единица наследственности.
Аллельные гены (аллели) — разные варианты одного гена, кодирующие альтернативное проявление одного и того же признака. Альтернативные признаки — признаки, которые не могут быть в организме одновременно.
Гомозиготный организм — организм, не дающий расщепления по тем или иным признакам. Его аллельные гены одинаково влияют на развитие данного признака.
Гетерозиготный организм — организм, дающий расщепление по тем или иным признакам. Его аллельные гены по-разному влияют на развитие данного признака.
Доминантный ген отвечает за развитие признака, который проявляется у гетерозиготного организма.
Рецессивный ген отвечает за признак, развитие которого подавляется доминантным геном. Рецессивный признак проявляется у гомозиготного организма, содержащего два рецессивных гена.
Генотип — совокупность генов в диплоидном наборе организма. Совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом называется геномом.
Фенотип — совокупность всех признаков организма.
к оглавлению ▴Этот закон выведен на основании результатов моногибридного скрещивания. Для опытов было взято два сорта гороха, отличающихся друг от друга одной парой признаков — цветом семян: один сорт имел желтую окраску, второй — зеленую. Скрещивающиеся растения были гомозиготными.
Для записи результатов скрещивания Менделем была предложена следующая схема:
\(\rm A\) — желтая окраска семян
\(\rm a\) — зеленая окраска семян
| \(\rm P\) (родители) | \(\rm AA\) | \(\rm aa\) |
| \(\rm \Gamma\) (гаметы) | \(\rm A\) | \(\rm a\) |
| \(\rm F_1\) (первое поколение) | \(\rm Aa\) (все растения имели желтые семена) |
|
Формулировка закона: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу.
к оглавлению ▴Из семян, полученных при скрещивании гомозиготного растения с желтой окраской семян с растением с зеленой окраской семян, были выращены растения, и путем самоопыления было получено \(\rm F_2\).
| \(\rm P\ F_1\) | \(\rm Aa\) | \(\rm Aa\) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm A; a\) | \(\rm A; a\) |
| \(\rm F_2\) | \(\rm AA; Aa; Aa; aa\) (\(75\%\) растений имеют доминантный признак, \(25\%\) — рецессивный) |
|
Формулировка закона: у потомства, полученного от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении \(\bf 3:1\), а по генотипу — \(\bf 1:2:1\).
к оглавлению ▴Этот закон был выведен на основании данных, полученных при дигибридном скрещивании. Мендель рассматривал наследование двух пар признаков у гороха: окраски и формы семян.
В качестве родительских форм Мендель использовал гомозиготные по обоим парам признаков растения: один сорт имел желтые семена с гладкой кожицей, другой — зеленые и морщинистые.
\(\rm A\) — желтая окраска семян, \(\rm a\) — зеленая окраска семян,
\(\rm B\) — гладкая форма, \(\rm b\) — морщинистая форма.
| \(\rm P\) | \(\rm AABB\) | \(\rm aabb\) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm AB\) | \(\rm ab\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm AaBb\) \(100\%\) (желтые гладкие). |
|
Затем Мендель из семян \(\rm F_1\) вырастил растения и путем самоопыления получил гибриды второго поколения.
| \(\rm P\) | \(\rm AaBb\) | \(\rm AaBb\) | |||||||||||||||||||||||||
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm AB, Ab, aB, ab\) | \(\rm AB, Ab, aB, ab\) | |||||||||||||||||||||||||
| \(\rm F_2\) | Для записи и определения генотипов используется решетка Пеннета
|
||||||||||||||||||||||||||
В \(\rm F_2\) произошло расщепление на \(4\) фенотипических класса в соотношении \(9:3:3:1\). \(9/16\) всех семян имели оба доминантных признака (желтые и гладкие), \(3/16\) — первый доминантный и второй рецессивный (желтые и морщинистые), \(3/16\) — первый рецессивный и второй доминантный (зеленые и гладкие), \(1/16\) — оба рецессивных признака (зеленые и морщинистые).
При анализе наследования каждой пары признаков получаются следующие результаты. В \(\rm F_2\ 12\) частей желтых семян и \(4\) части зеленых семян, т.е. соотношение \(3:1\). Точно такое же соотношение будет и по второй паре признаков (форме семян).
Формулировка закона: при скрещивании организмов, отличающихся друг от друга двумя и более парами альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всевозможных сочетаниях.
Третий закон Менделя выполняется только в том случае, если гены находятся в разных парах гомологичных хромосом.
к оглавлению ▴При анализе признаков гибридов первого и второго поколений Мендель установил, что рецессивный ген не исчезает и не смешивается с доминантным. В \(\rm F_2\) проявляются оба гена, что возможно только в том случае, если гибриды \(\rm F_1\) образуют два типа гамет: одни несут доминантный ген, другие — рецессивный. Это явление и получило название гипотезы чистоты гамет: каждая гамета несет только один ген из каждой аллельной пары. Гипотеза чистоты гамет была доказана после изучения процессов, происходящих в мейозе.
Гипотеза «чистоты» гамет — это цитологическая основа первого и второго законов Менделя. С ее помощью можно объяснить расщепление по фенотипу и генотипу.
к оглавлению ▴Этот метод был предложен Менделем для выяснения генотипов организмов с доминантным признаком, имеющих одинаковый фенотип. Для этого их скрещивали с гомозиготными рецессивными формами.
Если в результате скрещивания все поколение оказывалось одинаковым и похожим на анализируемый организм, то можно было сделать вывод: исходный организм является гомозиготным по изучаемому признаку.
Если в результате скрещивания в поколении наблюдалось расщепление в соотношении \(1:1\), то исходный организм содержит гены в гетерозиготном состоянии.
к оглавлению ▴Наследование групп крови в этой системе является примером множественного аллелизма (это существование у вида более двух аллелей одного гена). В человеческой популяции имеется три гена \(\rm i^0, I^a, I^b\), кодирующие белки-антигены эритроцитов, которые определяют группы крови людей. В генотипе каждого человека содержится только два гена, определяющих его группу крови: первая группа \(\rm i^0i^0\); вторая \(\rm I^Ai^0\) и \(\rm I^AI^A\); третья \(\rm I^BI^B\) и \(\rm I^Bb^0\) и четвертая \(\rm I^AI^B\).
к оглавлению ▴У большинства организмов пол определяется во время оплодотворения и зависит от набора хромосом. Такой способ называют хромосомным определением пола. У организмов с таким типом определения пола есть аутосомы и половые хромосомы — \(\rm Y\) и \(\rm X\).
У млекопитающих (в т.ч. у человека) женский пол обладает набором половых хромосом \(\rm XX\), мужской пол — \(\rm XY\). Женский пол называют гомогаметным (образует один тип гамет); а мужской — гетерогаметным (образует два типа гамет). У птиц и бабочек гомогаметным полом являются самцы \(\rm (XX)\), а гетерогаметным — самки \(\rm (XY)\).
В ЕГЭ включены задачи только на признаки, сцепленные с \(\rm X\)-хромосомой. В основном они касаются двух признаков человека: свертываемость крови (\(\rm X^H\) — норма; \(\rm X^h\) — гемофилия), цветовое зрение (\(\rm X^D\) — норма, \(\rm X^d\) — дальтонизм). Гораздо реже встречаются задачи на наследование признаков, сцепленных с полом, у птиц.
У человека женский пол может быть гомозиготным или гетерозиготным по отношению к этим генам. Рассмотрим возможные генетические наборы у женщины на примере гемофилии (аналогичная картина наблюдается при дальтонизме): \(\rm X^HX^H\) — здорова; \(\rm X^HX^h\) — здорова, но является носительницей; \(\rm X^hX^h\) — больна. Мужской пол по этим генам является гомозиготным, т.к. \(\rm Y\)-хромосома не имеет аллелей этих генов: \(\rm X^HY\) — здоров; \(\rm X^hY\) — болен. Поэтому чаще всего этими заболеваниями страдают мужчины, а женщины являются их носителями.
к оглавлению ▴Определение числа типов гамет проводится по формуле: \(\rm 2^n\), где \(\rm n\) — число пар генов в гетерозиготном состоянии. Например, у организма с генотипом \(\rm AAbbCC \\) генов в гетерозиготном состоянии нет, т.е. \(\rm n=0\), следовательно, \(\rm 2^0=1\), и он образует один тип гамет \(\rm (AbC)\). У организма с генотипом \(\rm AaBBcc\) одна пара генов в гетерозиготном состоянии \(\rm Aa\), т.е. \(\rm n=1\), следовательно, \(\rm 2^1=2\), и он образует два типа гамет. У организма с генотипом \(\rm AaBbCc\) три пары генов в гетерозиготном состоянии, т.е. \(\rm n=3\), следовательно, \(\rm 2^3=8\), и он образует восемь типов гамет.
к оглавлению ▴Задача: Скрестили белых кроликов с черными кроликами (черный цвет — доминантный признак). В \(\rm F_1 - 50\%\) белых и \(50\%\) черных. Определите генотипы родителей и потомства.
Решение: Поскольку в потомстве наблюдается расщепление по изучаемому признаку, следовательно, родитель с доминантным признаком гетерозиготен.
| \(\rm P\) | \(\rm Aa\) (черный) | \(\rm aa\) (белый) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm A, a\) | \(\rm a\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm Aa\) (черные) : \(\rm aa\) (белые) \(1:1\) |
|
Задача: Скрестили томаты нормального роста с красными плодами с томатами-карликами с красными плодами. В \(\rm F_1\) все растения были нормального роста; \(75\%\) — с красными плодами и \(25\%\) — с желтыми. Определите генотипы родителей и потомков, если известно, что у томатов красный цвет плодов доминирует над желтым, а нормальный рост — над карликовостью.
Решение: Обозначим доминантные и рецессивные гены: \(\rm A\) — нормальный рост, \(\rm a\) — карликовость; \(\rm B\) — красные плоды, \(\rm b\) — желтые плоды.
Проанализируем наследование каждого признака по отдельности. В \(\rm F_1\) все потомки имеют нормальный рост, т.е. расщепления по этому признаку не наблюдается, поэтому исходные формы — гомозиготны. По цвету плодов наблюдается расщепление \(3:1\), поэтому исходные формы гетерозиготны.
| \(\rm P\) | \(\rm AABb\) (нормальный рост, красные плоды) |
\(\rm aaBb\) (карлики, красные плоды) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm AB, Ab\) | \(\rm aB, ab\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm AaBB\) (нормальный рост, красные плоды) \(\rm AaBb\) (нормальный рост, красные плоды) \(\rm AaBb\) (нормальный рост, красные плоды) \(\rm Aabb\) (нормальный рост, желтые плоды) |
|
Задача: Скрестили два сорта флоксов: один имеет красные блюдцевидные цветки, второй — красные воронковидные цветки. В потомстве было получено \(3/8\) красных блюдцевидных, \(3/8\) красных воронковидных, \(1/8\) белых блюдцевидных и \(1/8\) белых воронковидных. Определите доминантные гены и генотипы родительских форм, а также их потомков.
Решение: Проанализируем расщепление по каждому признаку в отдельности. Среди потомков растения с красными цветами составляют \(6/8\), с белыми цветами — \(2/8\), т.е. \(3:1\). Поэтому \(\rm A\) — красный цвет, \(\rm a\) — белый цвет, а родительские формы — гетерозиготны по этому признаку (т.к. есть расщепление в потомстве).
По форме цветка также наблюдается расщепление: половина потомства имеет блюдцеобразные цветки, половина — воронковидные. На основании этих данных однозначно определить доминантный признак не представляется возможным. Поэтому примем, что \(\rm B\) — блюдцевидные цветки, \(\rm b\) — воронковидные цветки.
| \(\rm P\) | \(\rm AaBb\) (красные цветки, блюдцевидная форма) |
\(\rm Aabb\) (красные цветки, воронковидная форма) |
|||||||||||||||
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm AB, Ab, aB, ab\) | \(\rm Ab, ab\) | |||||||||||||||
| \(\rm F_1\) |
|
||||||||||||||||
\(\rm 3/8 \ A\_ \ B\_\) - красные блюдцевидные цветки,
\(\rm 3/8 \ A\_ \ bb\) — красные воронковидные цветки,
\(\rm 1/8 \ aaBb\) — белые блюдцевидные цветки,
\(\rm 1/8 \ aabb\) — белые воронковидные цветки.
Задача: у матери вторая группа крови (она гетерозиготна), у отца — четвертая. Какие группы крови возможны у детей?
Решение:
| \(\rm P\) | \(\rm I^AI^B\) | \(\rm I^Ai^0\) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm I^A, I^B\) | \(\rm I^A, i^0\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm I^AI^A, I^Ai^0, I^Bi^0, I^AI^B\) (вероятность рождения ребенка со второй группой крови составляет \(50\%\), с третьей — \(25\%\), с четвертой — \(25\%\)). |
|
Такие задачи вполне могут встретиться как в части А, так и в части С ЕГЭ.
Задача: носительница гемофилии вышла замуж за здорового мужчину. Какие могут родиться дети?
Решение:
| \(\rm P\) | \(\rm X^HX^h\) | \(\rm X^HY\) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm X^H, X^h\) | \(\rm X^HY\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm X^HX^H\) девочка, здоровая (\(25\%\)) \(\rm X^HX^h\) девочка, здоровая, носительница (\(25\%\)) \(\rm X^HY\) мальчик, здоровый (\(25\%\)) \(\rm X^hY\) мальчик, больной гемофилией (\(\rm 25\%\)) |
|
Задача: Мужчина с карими глазами и \(3\) группой крови женился на женщине с карими глазами и \(1\) группой крови. У них родился голубоглазый ребенок с \(1\) группой крови. Определите генотипы всех лиц, указанных в задаче.
Решение: Карий цвет глаз доминирует над голубым, поэтому \(\rm A\) — карие глаза, \(\rm a\) — голубые глаза. У ребенка голубые глаза, поэтому его отец и мать гетерозиготны по этому признаку. Третья группа крови может иметь генотип \(\rm I^BI^B\) или \(\rm I^Bi^0\), первая — только \(\rm i^0i^0\). Поскольку у ребенка первая группа крови, следовательно, он получил ген \(\rm i^0\) и от отца, и от матери, поэтому у его отца генотип \(\rm I^Bi^0\).
| \(\rm P\) | \(\rm AaI^Bi^0\) (отец) | \(\rm Aai^0i^0\) (мать) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm AI^B, Ai^0, aI^B, ai_0\) | \(\rm Ai^0, ai^0\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm aai^0i^0\) (родился) | |
Задача: Мужчина дальтоник, правша (его мать была левшой) женат на женщине с нормальным зрением (ее отец и мать были полностью здоровы), левше. Какие могут родиться дети у этой пары?
Решение: У человека лучшее владение правой рукой доминирует над леворукостью, поэтому \(\rm A\) — правша, \(\rm a\) — левша. Генотип мужчины \(\rm Aa\) (т.к. он получил ген \(\rm a\) от матери-левши), а женщины — \(\rm aa\).
Мужчина-дальтоник имеет генотип \(\rm X^dY\), а его жена — \(\rm X^DX^D\), т.к. ее родители были полностью здоровы.
| Р | \(\rm AaX^dY\) | \(\rm aaX^DX^D\) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm AX^d, AY, aX^d, AY\) | \(\rm aX^D\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm AaX^DX^d\) девочка-правша, здоровая, носительница (\(25\%\)) \(\rm aaX^DX^d\) девочка-левша, здоровая, носительница (\(25\%\)) \(\rm AaX^DY\) мальчик-правша, здоровый (\(25\%\)) \(\rm aaX^DY\) мальчик-левша, здоровый (\(25\%\)) |
|
б) \(\rm AaBb \times aaBB\)
| \(\rm P\) | \(\rm aaBb\) | \(\rm Aabb\) |
| \(\rm \Gamma\) | \(\rm aB, ab\) | \(\rm Ab, ab\) |
| \(\rm F_1\) | \(\rm AaBb\) — карие глаза, темные волосы \(\rm Aabb\) — карие глаза, светлые волосы \(\rm aaBb\) — голубые глаза, темные волосы \(\rm aabb\) — голубые глаза, светлые волосы |
|
Если вы хотите разобрать большее количество примеров - записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по биологии онлайн
В варианте ЕГЭ-2025 две задачи по теории вероятностей — это №4 и №5. По заданию 5 в Интернете почти нет доступных материалов. Но в нашем бесплатном мини-курсе все это есть.
