Gregor Mendel wordt beschouwd als de vader van de moderne genetica. Hij was een Oostenrijkse monnik die met erwtenplanten werkte om uit te leggen hoe kinderen eigenschappen van hun ouders erven. Zijn werk werd de basis van hoe wetenschappers erfelijkheid begrijpen, en hij wordt algemeen beschouwd als een pionier op het gebied van de genetica.
Erwtenplanten en Mendeliaanse genetica
In de beroemde experimenten met erwtenplanten van Mendel kruiste hij opzettelijk erwtenplanten met duidelijk verschillende kenmerken om een aantal belangrijke dingen te ontdekken over hoe nakomelingen eigenschappen van hun ouders erven.
De experimenten
Mendel heeft zeven specifieke kenmerken van erwtenplanten gemeten:
- Glad of gerimpeld rijp zaad
- Geel of groen zaadalbumine
- Paarse of witte bloem
- Opgeblazen of ingesnoerde rijpe peul
- Groene of gele onrijpe peulen
- Axiale of eindpositie van bloemen
- Lange of dwergsteellengte
Wat hij ontdekte
Tussen 1856 en 1863 experimenteerde Mendel met de soort Pisum sativum, oftewel erwtenplant. Zijn experimenten brachten hem ertoe drie generalisaties te maken:
- Nakomelingen verwerven één erfelijke factor van elke ouder. Dit staat bekend als de wet van segregatie.
- Verschillende eigenschappen hebben gelijke kansen om samen te voorkomen. Dit staat bekend als de wet van het onafhankelijke assortiment, en hedendaagse wetenschappers begrijpen dat dit grotendeels onnauwkeurig is. Sommige genen zijn feitelijk met elkaar verbonden en komen vaker samen voor.
- Nakomelingen zullen de dominante eigenschap erven, en kunnen de recessieve eigenschap alleen erven als hij beide recessieve factoren erft. Dit staat bekend als de wet van dominantie.
De meeste wetenschappers van zijn tijd verwierpen het werk van Mendel. Het werd pas na zijn dood algemeen aanvaard. Tijdens zijn leven geloofden de meeste wetenschappers dat nakomelingen eigenschappen erfden door vermenging, dat wil zeggen dat nakomelingen een 'gemiddelde' van de eigenschappen van de ouders erfden.
Mendeliaanse genetica demonstreren
Mendel zou meer dan 28.000 planten hebben getest om tot zijn conclusie te komen. Hoewel de reikwijdte van zijn project waarschijnlijk niet realistisch is om opnieuw te creëren, kun je genetica bestuderen met behulp van planten.
Wie is de vader?
Who's the Father is een experiment waarin leerlingen experimenteren met planten om waarneembare eigenschappen te voorspellen. Je kunt het experiment opnieuw uitvoeren met behulp van Wisconsin Fast Plants® (Brassica rapa), die speciaal zijn ontworpen zodat leerlingen ze kunnen gebruiken om genetica te bestuderen. Ze groeien ook sneller: een volledige levenscyclus duurt 28-30 dagen. Dit experiment zal ongeveer zes weken van dagelijkse observaties in beslag nemen. Het is het meest geschikt voor oudere leerlingen op de middelbare school of de middelbare school die genetica studeren.
Materialen
- Wisconsin Fast Plants® zaad, niet-paarse stengel, haarloos (verpakking van 200)
- Wisconsin Fast Plants® zaad, geelgroen blad (verpakking van 200)
- Wisconsin Fast Plants®-zaad, niet-paarse stengel, geelgroen blad (verpakking van 200)
- Potmix
- Mestkorrels met langzame afgifte
- Zelfgemaakt TL-verlichtingssysteem of gekocht verlichtingssysteem
- Zelfgemaakt kweeksysteem (je kunt ook een bewateringssysteem kopen)
- Etiketten voor planten
- Inzetten en gelijkspel
- Q-tips, of bijenstokjes (je hebt er maar een paar nodig)
Instructies
- Constructie eerst uw verlichtings- en bewateringssystemen. Wisconsin Fast Plants® hebben continu TL-licht nodig, en een continue aanvoer van kunstmest en water. Je kunt er zelfgemaakte versies van maken, of je kunt kant-en-klare kits kopen via Carolina Biological. Beide opties zijn hierboven in de materialenlijst gelinkt.
- Plant de zaden (je hoeft ze niet allemaal te gebruiken) volgens de kweekinstructies. Je wilt beginnen met het planten van de niet-paarse, geelgroene bladzaden (dit wordt de nakomelingen van de eerste generatie genoemd, of O1.) Plant ook de niet-paarse stengel, haarloze zaden. (Deze zaden zijn de moederzaden, ook wel P1 genoemd). Zorg ervoor dat je labelt wat wat is!
- Over ongeveer vier tot zeven dagen zouden je planten moeten groeien. Observeer de stengel- en bladkleuren van beide sets planten en noteer uw waarnemingen in uw laboratoriumnotitieboekje. De beste manier om je waarnemingen te kwantificeren is door de fenotypen te tellen (tel het aantal planten met niet-paarse stengels, het aantal planten met geelgroene bladeren, enz.)
- Gooi de moederplanten weg, maar behoud de nakomelingen.
- Schrijf een hypothese over hoe de nakomelingenplanten hun waarneembare genetische eigenschappen hebben geërfd. Als je bijvoorbeeld ziet dat de meeste van je nakomelingen niet-paarse stengels maar gele bladeren hebben, kun je deze als dominante eigenschappen toewijzen. Als je ziet dat sommige van je nakomelingen paarse stengels en groene bladeren hebben, kun je ervan uitgaan dat dit recessieve eigenschappen zijn. Creëer op basis van uw observaties een toetsbare hypothese. Probeer de stengel- en bladkleuren van de vaderplant te raden op basis van je hypothese.
- Verbind de planten met een bijenstokje of wattenstaafje. Om dit te doen, verwisselt u de bijenstok voorzichtig op één plant, zorgt u ervoor dat de plant stuifmeel heeft en deelt u deze vervolgens met een andere plant. Doe dit meerdere keren om er zeker van te zijn dat elke plant stuifmeel ontvangt van verschillende andere planten, zowel met gelijkaardige als niet-waarneembare eigenschappen. Doe dit één keer per dag gedurende drie dagen.
- Zodra de drie dagen voorbij zijn, knipt u alle bloemknoppen af die niet bestoven zijn.
- Stop met het water geven van de planten en laat ze uitdrogen.
- Oogst de zaden en plant ze opnieuw, waardoor het proces feitelijk opnieuw begint. Deze zaden zijn de tweede generatie nakomelingen, of O2.
- Maak observaties over de stengel- en bladkleur van de volgende generatie planten. Denk je dat je hypothese juist was?
- Plant de geelgroene bladzaden. Deze zullen bekend staan als de 'vader' of P2.
- Kijk na een paar dagen naar de stengel- en bladkleuren van de P2-planten. Ondersteunen uw observaties uw hypothese?
Video-aanwijzingen
Deze video laat zien hoe je genetica-laboratoria uitvoert en helpt je bij de procedure voor het bestuderen van de genetica van je planten.
Onlinelaboratoria
Het is vermeldenswaard dat als het kweken van erwten en het maken van zelfgemaakte apparaten iets meer is dan je had verwacht, er een paar geweldige interactieve laboratoria online zijn.
Mendel's Peas
Dit online laboratorium is een replica van de erwtenexperimenten van Mendel. Het lab heeft een handig menu, zodat je het lab daadwerkelijk kunt verkennen voordat je iets doet. Het laboratorium leidt je door verschillende stappen, waaronder het planten van de erwten, het observeren van hun eigenschappen en het kruisbestuiven van de eerste planten die je hebt gekweekt. Dit is precies wat Mendel deed, zodat studenten een idee kunnen krijgen van het moeizame proces dat hij heeft doorlopen om tot zijn observaties te komen.
Erwtensoep
Hoewel het grafisch niet zo spannend is, is erwtensoep een andere online optie waarmee leerlingen twee eigenschappen van erwtenplanten kunnen observeren. Om te beginnen klik je op de knop ‘begin experiment’. Vervolgens komt u op een pagina waar u ervoor kunt kiezen om twee verschillende erwten te 'paren'. Hun genotypen zijn voor jou geschreven. Vervolgens toont de pagina u alle beschikbare opties voor de door u geselecteerde 'ouders'. De pagina beweegt snel en je kunt hem missen als je niet alles opschrijft.
MIT's STAR Genetica
MIT's STAR Genetics lab is een soort downloadbaar 'spel' waarin studenten genotypen van een verscheidenheid aan soorten kunnen mixen en matchen, waaronder erwtenplanten, fruitvliegjes en zelfs koeien. Het programma is het meest geschikt voor middelbare scholieren met een goed begrip van de biologie.
Genetica is leuk
Of je nu erwtenplanten of fruitvliegjes bestudeert, of gewoon naar huis gaat en de eigenschappen van je ouders observeert en probeert uit te vinden hoe je aan je eigen eigenschappen bent gekomen, het bestuderen van genetica kan heel leuk zijn. Hoewel de moderne genetica een paar dingen identificeert die Mendel fout had, zijn zijn theorieën nog steeds van toepassing waar eigenschappen niet zijn gekoppeld of beïnvloed door andere factoren.
