Gregor Mendel ถือเป็นบิดาแห่งพันธุศาสตร์สมัยใหม่ เขาเป็นพระภิกษุชาวออสเตรียที่ทำงานร่วมกับต้นถั่วเพื่ออธิบายว่าเด็กๆ สืบทอดลักษณะต่างๆ จากพ่อแม่ได้อย่างไร งานของเขากลายเป็นรากฐานของการที่นักวิทยาศาสตร์เข้าใจเรื่องพันธุกรรม และเขาได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นผู้บุกเบิกด้านพันธุศาสตร์
พืชถั่วและพันธุศาสตร์ Mendelian
ในการทดลองต้นถั่วอันโด่งดังของ Mendel เขาจงใจผสมต้นถั่วโดยมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด เพื่อค้นพบสิ่งสำคัญบางประการเกี่ยวกับการที่ลูกหลานสืบทอดลักษณะจากพ่อแม่ของมัน
การทดลอง
เมนเดลวัดลักษณะเฉพาะเจ็ดประการของต้นถั่ว:
- เมล็ดสุกเรียบหรือย่น
- ไข่ขาวเมล็ดเหลืองหรือเขียว
- ดอกไม้สีม่วงหรือสีขาว
- ฝักสุกพองหรือตีบ
- ฝักดิบเขียวหรือเหลือง
- ตำแหน่งตามแนวแกนหรือปลายของดอกไม้
- ความยาวลำต้นสูงหรือแคระ
สิ่งที่เขาค้นพบ
ระหว่างปี 1856 ถึง 1863 Mendel ทดลองกับสายพันธุ์ Pisum sativum หรือต้นถั่ว การทดลองของเขาทำให้เขาสรุปได้สามแบบ:
- ลูกหลานได้รับปัจจัยทางพันธุกรรมหนึ่งอย่างจากผู้ปกครองแต่ละคน สิ่งนี้เรียกว่ากฎแห่งการแบ่งแยก
- ลักษณะที่แตกต่างกันมีโอกาสเกิดขึ้นร่วมกันอย่างเท่าเทียมกัน สิ่งนี้เรียกว่ากฎแห่งการแบ่งประเภทอย่างอิสระ และนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันเข้าใจว่าสิ่งนี้คลาดเคลื่อนอย่างมาก จริงๆ แล้ว ยีนบางตัวเชื่อมโยงเข้าด้วยกันและปรากฏอยู่ด้วยกันบ่อยกว่า
- ลูกหลานจะสืบทอดลักษณะเด่น และสามารถสืบทอดลักษณะด้อยได้ก็ต่อเมื่อสืบทอดลักษณะด้อยทั้งสองอย่าง สิ่งนี้เรียกว่ากฎแห่งการครอบงำ
นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในสมัยของเขาปฏิเสธงานของเมนเดล มันไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจนกระทั่งหลังจากที่เขาเสียชีวิต ในช่วงชีวิตของเขา นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าลูกหลานสืบทอดลักษณะนิสัยโดยการผสม นั่นคือลูกหลานสืบทอดลักษณะนิสัย 'โดยเฉลี่ย' ของพ่อแม่
สาธิตพันธุศาสตร์ Mendelian
ว่ากันว่า Mendel ได้ทำการทดสอบพืชมากกว่า 28,000 ต้นเพื่อให้ได้ข้อสรุป แม้ว่าขอบเขตของโปรเจ็กต์ของเขาอาจไม่สมจริงสำหรับคุณที่จะสร้างขึ้นมาใหม่ แต่คุณสามารถศึกษาพันธุศาสตร์โดยใช้พืชได้
ใครเป็นพ่อ?
ใครเป็นพ่อ เป็นการทดลองที่นักเรียนจะทำการทดลองเกี่ยวกับพืชเพื่อทำนายลักษณะที่สังเกตได้ คุณสามารถสร้างการทดลองขึ้นมาใหม่ได้โดยใช้ Wisconsin Fast Plants® (Brassica rapa) ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้นักเรียนใช้ในการศึกษาพันธุศาสตร์ได้พวกมันเติบโตเร็วขึ้นด้วย - วงจรชีวิตทั้งหมดใช้เวลา 28-30 วัน การทดลองนี้จะใช้เวลาประมาณหกสัปดาห์ในการสังเกตรายวันจึงจะเสร็จสิ้น เหมาะที่สุดสำหรับนักเรียนสูงวัยในระดับมัธยมต้นหรือมัธยมปลายที่กำลังเรียนพันธุศาสตร์
วัสดุ
- Wisconsin Fast Plants® Seed ก้านไม่สีม่วง ไม่มีขน (แพ็ค 200)
- Wisconsin Fast Plants® Seed ใบเหลือง-เขียว (แพ็ค 200)
- Wisconsin Fast Plants® Seed ก้านไม่ม่วง ใบเหลือง-เขียว (แพ็ค 200)
- ส่วนผสมการปลูก
- ปุ๋ยเม็ดละลายช้า
- ระบบไฟส่องสว่างแบบโฮมเมดหรือระบบไฟที่ซื้อมา
- ระบบปลูกแบบโฮมเมด (หรือจะซื้อระบบรดน้ำก็ได้)
- ฉลากสำหรับพืช
- เดิมพันและความสัมพันธ์
- Q-tips หรือแท่งผึ้ง (คุณต้องการแค่ไม่กี่อัน)
คำแนะนำ
- สร้างระบบไฟส่องสว่างและรดน้ำก่อน Wisconsin Fast Plants® ต้องการแสงฟลูออเรสเซนต์อย่างต่อเนื่อง และการจัดหาปุ๋ยและน้ำอย่างต่อเนื่อง คุณสามารถสร้างสิ่งเหล่านี้แบบโฮมเมดหรือซื้ออุปกรณ์สำเร็จรูปผ่านทาง Carolina Biological ตัวเลือกทั้งสองมีการเชื่อมโยงด้านบนในรายการวัสดุ
- เพาะเมล็ด (ไม่จำเป็นต้องใช้ทั้งหมด) ตามคำแนะนำในการปลูก คุณจะต้องเริ่มต้นด้วยการปลูกเมล็ดใบที่ไม่ใช่สีม่วง สีเหลืองเขียว (ซึ่งจะเรียกว่าลูกหลานรุ่นแรกหรือ O1) และปลูกก้านที่ไม่ใช่สีม่วงซึ่งไม่มีขนด้วย (เมล็ดเหล่านี้เป็นเมล็ดแม่เรียกว่า P1) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณติดป้ายกำกับอันไหน!
- ในเวลาประมาณสี่ถึงเจ็ดวัน ต้นไม้ของคุณควรเติบโต สังเกตลำต้นและสีใบของพืชทั้งสองชุด และบันทึกข้อสังเกตของคุณลงในสมุดบันทึกในห้องปฏิบัติการ วิธีที่ดีที่สุดในการหาปริมาณการสังเกตของคุณคือการนับฟีโนไทป์ (นับจำนวนต้นที่มีลำต้นที่ไม่ใช่สีม่วง จำนวนต้นที่มีใบสีเหลืองเขียว เป็นต้น)
- ทิ้งต้นแม่ แต่คงต้นลูกไว้
- เขียนสมมติฐานว่าพืชรุ่นลูกหลานสืบทอดลักษณะทางพันธุกรรมที่สังเกตได้ได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น หากคุณสังเกตเห็นว่าต้นอ่อนส่วนใหญ่ของคุณมีลำต้นที่ไม่ใช่สีม่วงแต่มีใบสีเหลือง คุณอาจกำหนดให้สิ่งเหล่านี้เป็นลักษณะเด่น หากคุณสังเกตว่าต้นอ่อนบางต้นมีลำต้นสีม่วงและใบสีเขียว คุณอาจถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นลักษณะด้อย จากการสังเกตของคุณ ให้สร้างสมมติฐานที่ทดสอบได้ คุณจะต้องลองเดาลำต้นและสีใบของต้นพ่อตามสมมติฐานของคุณ
- พันต้นไม้โดยใช้แท่งผึ้งหรือสำลีก้อน ในการทำเช่นนี้ ให้สลับก้านผึ้งกับต้นหนึ่งเบาๆ เพื่อให้แน่ใจว่าต้นนั้นมีเกสรแล้วจึงแบ่งให้ต้นอื่น ทำหลายๆ ครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าต้นไม้แต่ละต้นได้รับละอองเกสรจากพืชอื่นๆ หลายชนิด ทั้งที่มีลักษณะเหมือนและแตกต่างที่สังเกตได้ ทำวันละครั้งเป็นเวลาสามวัน
- เมื่อครบสามวันแล้ว ให้ตัดดอกที่ยังไม่ผสมเกสรออก
- หยุดรดน้ำต้นไม้แล้วปล่อยให้แห้ง
- เก็บเกี่ยวเมล็ดพืชและปลูกใหม่ โดยเริ่มกระบวนการใหม่อีกครั้ง เมล็ดพันธุ์เหล่านี้เป็นลูกหลานรุ่นที่สองหรือ O2
- สังเกตสีลำต้นและใบของพืชรุ่นต่อไป คุณคิดว่าสมมติฐานของคุณถูกต้องหรือไม่?
- เพาะเมล็ดใบเหลืองเขียว สิ่งเหล่านี้จะเรียกว่า 'พ่อ' หรือ P2
- หลังจากผ่านไป 2-3 วัน ให้สังเกตสีลำต้นและใบของต้น P2 การสังเกตของคุณสนับสนุนสมมติฐานของคุณหรือไม่
วิดีโอเส้นทาง
วิดีโอนี้แสดงวิธีทำห้องปฏิบัติการด้านพันธุศาสตร์และจะช่วยให้คุณจัดการกับขั้นตอนการศึกษาพันธุศาสตร์ของพืชของคุณ
ห้องปฏิบัติการออนไลน์
เป็นที่น่าสังเกตว่าหากการปลูกถั่วและการทำอุปกรณ์โฮมเมดนั้นมากกว่าที่คุณต่อรองไว้เล็กน้อย มีห้องแล็บเชิงโต้ตอบที่ยอดเยี่ยมทางออนไลน์อยู่สองสามแห่ง
ถั่วเมนเดล
ห้องทดลองออนไลน์นี้เป็นการจำลองการทดลองถั่วของเมนเดล ห้องแล็บมีเมนูที่ใช้งานง่าย คุณจึงสามารถสำรวจห้องแล็บได้ก่อนที่จะทำอะไรเลย ห้องแล็บจะนำคุณผ่านขั้นตอนต่างๆ รวมถึงการปลูกถั่ว การสังเกตลักษณะของถั่ว จากนั้นจึงผสมเกสรพืชชนิดแรกที่คุณปลูก นี่คือสิ่งที่ Mendel ทำเพื่อให้นักเรียนได้สัมผัสถึงกระบวนการที่น่าเบื่อที่เขาต้องเผชิญเพื่อให้ได้ข้อสังเกต
ซุปถั่ว
แม้ว่ากราฟิกจะไม่น่าตื่นเต้นเท่าไหร่ แต่ซุปถั่วก็เป็นอีกหนึ่งตัวเลือกออนไลน์ที่ช่วยให้นักเรียนสังเกตลักษณะสองประการในต้นถั่ว ในการเริ่มต้น ให้คลิกที่ปุ่ม 'เริ่มการทดสอบ' จากนั้นคุณจะเข้าสู่หน้าที่คุณสามารถเลือก 'จับคู่' ถั่วสองชนิดที่แตกต่างกันได้ จีโนไทป์ของพวกเขาเขียนขึ้นสำหรับคุณ จากนั้นหน้านี้จะแสดงตัวเลือกทั้งหมดสำหรับ 'ผู้ปกครอง' ที่คุณเลือก หน้าเว็บเคลื่อนไปอย่างรวดเร็วและคุณอาจพลาดได้หากคุณไม่ได้จดทุกอย่างไว้
STAR Genetics ของ MIT
ห้องปฏิบัติการ STAR Genetics ของ MIT เป็น 'เกม' ที่สามารถดาวน์โหลดได้ ซึ่งนักเรียนสามารถผสมและจับคู่จีโนไทป์ของสายพันธุ์ต่างๆ รวมถึงต้นถั่ว แมลงวันผลไม้ และแม้แต่วัว โปรแกรมนี้เหมาะที่สุดสำหรับนักเรียนมัธยมปลายที่มีความเข้าใจด้านชีววิทยาเป็นอย่างดี
พันธุศาสตร์เป็นเรื่องสนุก
ไม่ว่าคุณจะศึกษาต้นถั่วหรือแมลงวันผลไม้ หรือเพียงแค่กลับบ้านและสังเกตลักษณะนิสัยของพ่อแม่ และพยายามค้นหาว่าคุณได้นิสัยของตัวเองมาได้อย่างไร การศึกษาพันธุศาสตร์อาจเป็นเรื่องสนุกได้มาก แม้ว่าพันธุกรรมสมัยใหม่จะระบุบางสิ่งที่เมนเดลทำผิด แต่ทฤษฎีของเขายังคงนำไปใช้ในกรณีที่ลักษณะต่างๆ ไม่ได้เชื่อมโยงหรือได้รับอิทธิพลจากปัจจัยอื่นๆ