Полная версия

Главная arrow Прочие arrow Биология: генетика. Практический курс

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Биология, морфология и цикл развития дрозофилы

Цель:

  • 1) выявить основные особенности морфологии, биологии и развития дрозофилы;
  • 2) доказать удобность использования дрозофилы как генетического объекта;
  • 3) установить место и задачи демонстрации дрозофилы как средства обучения при изучении тем раздела «Наследственность и изменчивость организмов».

Контрольные вопросы:

  • 1. Систематическое положение дрозофилы в царстве животных.
  • 2. Кариотип самца и самки дрозофилы.
  • 3. Типы развития организмов.

Лабораторная работа 1

Описание биологических и морфологических особенностей

дрозофилы на примере дикого типа. Определение признаков полового диморфизма

Объект исследования: Drosophila melanogaster.

Пояснение к заданию

Drosophila melanogaster — плодовая (уксусная) мушка дрозофила — небольшая по размерам — 3 мм, серое тело, красные глаза фасеточного типа (количество фасеток у самки — 780, у самца — 740), нормально развитые крылья, превышающие длину тела.

Родиной мушки, по-видимому, является Индо-Малайская область. В настоящее время она космополит и населяет Америку, Африку, Австралию, Японию и Южную Европу, в частности Украину, Молдавию и кавказские государства. Питается ферментированными фруктами и овощами.

Краткое описание дрозофилы относится к той форме, которая обитает в природе и носит название дикой (Normal).

Самки и самцы дрозофилы несколько отличаются по величине и по ряду морфологических признаков (рис. II.2). Самки несколько крупнее самцов, хотя размеры тела и тех и других сильно колеблются в зависимости от условий питания. Брюшко у самки округлое с заостренным концом. У самца оно более цилиндрической формы с овальным, сплошь пигментированным концом. По этим признакам самца можно легко отличить от самки.

Общий вид дрозофилы

Рис. 11.2. Общий вид дрозофилы

Тергитами у насекомых называются скелетные хитиновые пластинки брюшка со спинной стороны. У самки имеется восемь хорошо развитых тергитов, у самца — шесть, причем шестой и седьмой слиты, а восьмой, видимо, вошел в состав полового аппарата.

Стернитами называются скелетные хитиновые пластинки с брюшной стороны. У самки их также на один больше, чем у самца (не развит шестой стернит). У обоих полов не развиты первый, второй, седьмой и восьмой стерниты.

Кроме того, у самцов имеются так называемые половые гребешки в виде хитиновых щетинок на первом членике передних ног.

Все тело дрозофилы покрыто микрохетами (волосками), которые в отдельности не идентифицируются. Макрохеты (щетинки) расположены в определенных участках и имеют систематическое значение.

Как правило, самки не спариваются в течение 6—8 часов после выхода из куколки. Копуляция длится около 20 минут.

Дрозофила легко разводится в лабораторных условиях, плодовита и каждые 10 дней дает новое поколение. Нормальной температурой для содержания и размножения дрозофилы в лабораторных условиях считается 22—24 °С. Мух содержат в специальных пробирках с плоским дном (рис. II.3), куда заливается питательная среда. Ниже приводится наиболее распространенный и доступный рецепт приготовления питательной среды, рассчитанный на 25 пробирок.

Рецепт. 350 мл воды, 10—15 г молотого изюма, 40 г дрожжей, 13 г сахарного песка, 13 г манной крупы, 4,5 г агар-агара, 0,5 мл про- пионовой кислоты.

Процесс варки среды (рекомендуется варить в химическом огнеупорном стакане или алюминиевой посуде):

1. Все составные части среды отвешивают на технических весах, изюм размельчают, двукратно пропуская через мясорубку.

Размеры пробирок для содержания дрозофилы

Рис. 11.3. Размеры пробирок для содержания дрозофилы

  • 2. Агар-агар добавляют в соответствующее количество закипевшей воды и при периодическом помешивании доводят опять до кипения.
  • 3. После полного растворения агар-агара добавляют измельченный изюм, дрожжи, доводят до кипения, при постоянном помешивании кипятят на слабом огне 40 минут с момента закипания. Во время кипения в открытой посуде вода испаряется и поэтому, по мере выкипания, доливают горячую воду до первоначального объема.
  • 4. По истечении сорокаминутного кипения добавляют сахарный песок и манную крупу и постоянно помешивают, чтобы не образовались сгустки манной крупы, доводят до кипения и кипятят 15 минут.
  • 5. После окончания варки среду охлаждают до 60—70 °С и разливают в специальные пробирки при помощи обыкновенной воронки диаметром около 15 см или столовой ложки. Охлаждение необходимо, так как горячую среду неудобно и трудно равномерно разливать в пробирки, кроме того, среда в пробирках долго остывает, и стенки сильно запотевают. Среду наливают в пробирки высотой от 1 до 2 см (см. рис. II.3) и пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками.
  • 6. После охлаждения среды в пробирках производят засев (смазывание свежими дрожжами, растворенными в дистиллированной воде до консистенции сливок равномерным тонким слоем при помощи кисточки). Смазанные пробирки закрывают ватными пробками. Хорошо приготовленную среду можно хранить в холодильнике до двух недель.

Среда не должна быть слишком твердой, так как молодые личинки не могут проникать вглубь среды и погибают; и не должна быть слишком жидкой, так как могут погибнуть отложенные яйца.

Мытье, хранение посуды, пробирок

Для ускорения процесса мытья пробирки освобождают от ватных пробок и живых мух, складывают в ведро или другую посуду, заливают водой с небольшим количеством каустической соды (около 20—25 г на ведро) и нагревают до кипения. Таким образом достигается растворение в горячей воде засохшей среды и некоторая дезинфекция пробирок. Вымытые пробирки два раза ополаскивают теплой водой и просушивают на сетчатых лотках. Просохшие пробирки помещают в сушильный шкаф при температуре 100—120 °С на 1—2 часа. Пробирки, хранившиеся несколько месяцев, необходимо еще раз продезинфицировать в сушильном шкафу. Всю посуду, употребляемую для варки и разлива среды, необходимо содержать в чистоте и сразу же после разлива мыть.

Техники работы с мухами

Индивидуальный и статистический анализ в эксперименте, а также отбор девственных самок, подбор родительских пар для скрещивания проводят на белом листке бумаги под лупой, после того как усыпят медицинским эфиром.

Iнаркотизация мух.

  • 1. Приготовьте эфиризатор (стеклянную баночку с плотной пробкой, внутри которой углубление с ватным тампоном) к работе, для этого нанесите несколько капель медицинского эфира на ватный тампон пробки и закройте эфиризатор.
  • 2. Возьмите пробирку с мухами, постучите ее дном о поролон, тем самым переместите мух в нижнюю часть пробирки (позиция 1, рис. II.4).
  • 3. Снимите ватную пробку пробирки (не переставая постукивать о поролон) и накройте эфиризатором без пробки пробирку (позиция 2, рис. II.4).
  • 4. «Перетрясите» мух из пробирки в эфиризатор, для этого опрокиньте пробирку с мухами так, чтобы она была над эфиризатором (позиция 3, рис. II.4). Легким постукиванием эфиризатора о поролон добейтесь, чтобы мухи переместились в эфиризатор.
  • 5. Закройте эфиризатор (позиция 4, рис. II.4) и пробирку. Наблюдайте за процессом наркотизации, как только мухи потеряют активность переместите их на белый лист плотной бумаги и начните анализ.

В наркотизированном состоянии дрозофила может находиться 5 минут. Если наркотизацию надо продлить, то мух накрывают часовым стеклом, под которое кладут ватный тампон, смоченный эфиром, или вновь помещают в эфиризатор и проводят дополнительную наркотизацию.

По окончанию работы мух или усыпляют и выбрасывают (о их гибели можно судить по растопыренным кверху крыльям и вытянутым лапкам), или используют в опытах для дальнейшего размножения или скрещиваний.

IIзакладка мух на размножение.

1. Во время анализа мух (на листе белой плотной бумаги) отберите для дальнейшего размножения определенной линии 2...3 самки и 3...5 самцов. Для закладки опыта отберите такое же количество особей, но разных мутантных линий, например 2—3 самки мутантной линии с белыми глазами, 3—5 самцов дикого типа, и наоборот. Помните, что для опыта отбираются виргинные самки, неспособные к оплодотворению в течении 6—8 часов.

Схема «перетряхивания» мух в эфиризаторе

Рис. 11.4. Схема «перетряхивания» мух в эфиризаторе

  • 2. Отобранных мух в наркотизированном состоянии кисточкой поместите в одну пробирку с чистой питательной средой, горизонтально лежащую на поролоне, на чистую боковую стенку (но не на питательную среду!). Пробирка должна находиться в горизонтальном положении до полного просыпания мух.
  • 3. Подпишите пробирку карандашом по стеклу, указывая символ мутантной линии или дикого типа. Если это опыт, то лучше использовать этикетку, на которой указывается время закладки, схема скрещивания и фамилия ответственного за эксперимент.

Методическая часть

Раздел «Наследственность и изменчивость организмов» изучается на ступени предпрофильного и профильного среднего биологического образования согласно программно-методическим материалам (2005). Этот раздел представлен сложным понятийным аппаратом, логически взаимосвязанным и сгруппированным в такие категории знаний, как «закономерности», «законы», «теории». Одной из основных генетических теорий является «Хромосомная теория наследственности», положения которой открыты на объекте Drosophila melanogaster. Демонстрация этого уникального генетического объекта при организации эвристических бесед обеспечивает более глубокое формирование ряда понятий. Такой прием работы предполагает развитие логического мышления, так как предусматривает выполнение таких операций, как анализ, синтез, сопоставление, сравнение, обобщение. Следует отметить и мотивационный аспект демонстрации: показ живого объекта повышает интерес к процессу обучения прежде всего потому, что облегчает восприятие изучаемого материала.

Демонстрация достаточно сложный метод обучения, так как требует отшлифованной техники показа, сопровождающегося словесными методами. При учете возрастных особенностей школьников предпро- фильной и профильной ступени обучения это должны быть методы, предусматривающие развитие логического мышления, речи и формирование умений самостоятельной работы. Следовательно, учителю необходимо разработать такие варианты рассказа или беседы, которые будут ориентировать учащихся на самостоятельное участие в анализе демонстрируемого объекта.

Задание

  • 1. Провести наркотизацию мух.
  • 2. Рассмотреть морфологические признаки самок и самцов дрозофилы под бинокулярной лупой.
  • 3. Зарисовать в виде схемы признаки полового диморфизма.
  • 4. Определить место демонстрации дрозофилы (дикий тип) в учебном процессе при изучении раздела «Генетика».
  • 5. Установить список понятий, которые можно сформировать при демонстрации этого генетического объекта как наглядного материала в учебном процессе.
  • 6. Разработать вопросы или задания, сопровождающие демонстрацию дрозофилы при изучении определенных тем.

Оборудование: бинокулярная лупа; комплект для работы с дрозофилой: эфиризатор, поролон, кисточка, препарировальная игла, белая бумага, часовое стекло, капельница с эфиром.

Лабораторная работа 2

Описание и изучение цикла развития дрозофилы

Объект исследования: Drosophila melanogaster.

Пояснение к заданию

Дрозофила имеет короткий цикл непрямого развития с полным превращением. Продолжительность первых 3-х стадий жизненного цикла при оптимальной температуре составляет 10 суток. Стадии жизненного цикла дрозофилы:

  • 1) яйцо — 1 сутки;
  • 2) личинка — 4—5 суток;
  • 3) куколка — 4 суток;
  • 4) имаго, продолжительность жизни — 3—4 недели.

При температуре 31 °С и ниже 10 °С дрозофила становится частично или полностью стерильной. При температуре 27 °С цикл развития сокращается до 8—9 суток. При температуре 10 °С личиночный период растягивается до 57 дней, а период куколки — до 13—14 дней. Продолжительность жизни имаго также зависит от температуры, кроме того, от влажности питательной среды, плотности населения. В специальных опытах дрозофила жила до 153 дней.

Яйцо дрозофилы длиной около 0,5 мм снабжено двумя отростками, при помощи которых оно держится на поверхности среды. Самки откладывают яйца после оплодотворения. После копуляции сперма в течение нескольких суток сохраняется в половых путях самки. При благоприятных условиях каждая самка откладывает до 50—80 яиц в сутки, всего в течение 3—4 суток она может отложить до 200 яиц. Максимальное количество яиц откладывают трех-, четырехсуточные самки.

Из яиц через 20—24 часа после оплодотворения появляются личинки. Личиночный период состоит из трех возрастов. Первый и второй — заканчиваются линьками, третий — окукливанием.

После выхода из яйца личинки находятся на поверхности среды, затем уходят вглубь, интенсивно питаются, а перед окукливанием покидают среду и перемещаются на стенки пробирки. Там становятся неподвижными, приобретают характерную для куколок форму. В стадии куколки разрушаются личиночные органы и формируются органы имаго. В конце стадии куколки сквозь оболочку просвечивают темные участки тела, видны глаза.

Молодые мухи в течение первых двух-трех часов имеют светлое тело, почти лишенное пигмента, не расправленные короткие крылья. В это время самки и самцы не способны к оплодотворению.

Задание

  • 1. Провести морфологическое описание (форма, размеры) всех стадий жизненного цикла дрозофилы.
  • 2. Описать все стадии жизненного цикла дрозофилы с указанием продолжительности и среды обитании.
  • 3. Разработать дидактические схемы, отражающие основную информацию по этой теме, для индивидуальной работы учащихся.

Материал и оборудование: пробирки с чистой питательной средой; бинокулярная лупа; комплект для работы с дрозофилой: эфириза- тор, поролон, кисточка, препарировальная игла, белая бумага, часовое стекло, капельница с эфиром; пробирки со всеми стадиями развития дрозофилы.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>