Задание 4 ЕГЭ по биологии: моно- и дигибридное скрещивание

Что проверяет задание

Задание 4 проверяет умение применять законы Менделя для решения генетических задач: определять число генотипов и фенотипов в потомстве при моно- и дигибридном скрещивании, работать с решётками Пенетта, а также анализировать родословные — устанавливать тип наследования признака и вероятность его проявления у потомков.

В основе задания — базовые понятия генетики: доминантный и рецессивный аллель, гомозигота и гетерозигота, генотип и фенотип, расщепление по фенотипу и генотипу. Задание требует не механического запоминания цифр (3:1, 9:3:3:1), а понимания, откуда эти соотношения берутся, чтобы применять логику к нестандартным условиям — неполному доминированию, анализирующему скрещиванию, дигетерозиготам и родословным.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичные формулировки:

• «Определите число генотипов (фенотипов) потомства при скрещивании...»
• «Скрестили гомозиготных родителей... Сколько разных генотипов (фенотипов) в F1?»
• «Доля (%) особей с определённым генотипом/фенотипом в потомстве составит...»
• «По родословной определите тип наследования признака / вероятность рождения ребёнка с признаком».

Задание оценивается в 2 балла. Ответ обычно записывается числом (доля, процент, количество генотипов/фенотипов) или коротким словом. Ошибка в расчёте или неверное определение доминантности признака в родословной обычно лишает балла полностью, частичное решение засчитывается редко — важна точность финального числа.

Что нужно знать

• Генотип — совокупность аллелей организма по данным генам (например, $AaBb$).
• Фенотип — внешнее проявление признаков, определяемое генотипом и средой.
• Гомозигота — организм с одинаковыми аллелями гена: $AA$ или $aa$.
• Гетерозигота — организм с разными аллелями гена: $Aa$.
• Дигетерозигота — гетерозиготна по двум генам одновременно: $AaBb$.
• Первый закон Менделя (правило единообразия F1): при скрещивании гомозиготных родителей, отличающихся по одному признаку, всё потомство F1 единообразно.
• Второй закон Менделя (расщепление): при моногибридном скрещивании $Aa \times Aa$ в потомстве расщепление по генотипу $1:2:1$ ($AA:Aa:aa$), по фенотипу $3:1$ (при полном доминировании).
• Третий закон Менделя (независимое наследование): при дигибридном скрещивании $AaBb \times AaBb$ расщепление по фенотипу $9:3:3:1$, по генотипу — 9 разных генотипов в соотношении $1:2:2:4:1:2:1:2:1$.
• Правило чисел для дигибридного скрещивания $AaBb \times AaBb$: 4 фенотипических класса, 9 генотипических классов.
• Число гамет гетерозиготы по $n$ генам равно $2^n$.
• Число возможных генотипов потомства при скрещивании родителей, гетерозиготных по $n$ генам (независимое наследование, каждый ген с двумя аллелями): для $n$ генов у обоих гетерозиготных родителей — $3^n$ генотипов.
• Анализирующее скрещивание — скрещивание особи с неизвестным генотипом с гомозиготной рецессивной особью ($aa$) для определения генотипа исследуемой особи по фенотипу потомства.
• Родословная: символы — квадрат (мужчина), круг (женщина), закрашенный символ — носитель признака, горизонтальная линия — брак, вертикальная — потомство. Аутосомный признак проявляется независимо от пола примерно поровну у мужчин и женщин; Х-сцепленный рецессивный признак чаще проявляется у мужчин; Х-сцепленный доминантный — у обоих полов, но передаётся особым образом (отец передаёт дочерям, не сыновьям).

Методы решения

Метод 1. Решётка Пенетта для моногибридного скрещивания. Применяется для подсчёта генотипов и фенотипов при одном гене. Пример: $Aa \times Aa$. Гаметы каждого родителя: $A, a$. Решётка $2\times2$ даёт генотипы $AA, Aa, Aa, aa$ — то есть 3 генотипа ($1AA:2Aa:1aa$) и 2 фенотипа при полном доминировании (3 доминантных : 1 рецессивный).

Метод 2. Правило умножения вероятностей для дигибридного скрещивания. Если гены наследуются независимо, вероятность конкретного сочетания генотипов по двум генам равна произведению вероятностей по каждому гену отдельно. Пример: $AaBb \times AaBb$. По гену $A$: расщепление $1AA:2Aa:1aa$ (доля $Aa$ = $1/2$). По гену $B$: аналогично, доля $Bb$ = $1/2$. Доля дигетерозигот $AaBb$ = $\frac{1}{2}\times\frac{1}{2}=\frac{1}{4}=25\%$.

Метод 3. Подсчёт числа генотипов через степень 3^n при дигибридном скрещивании гетерозигот. Если оба родителя гетерозиготны по $n$ независимым генам, число возможных генотипов потомства равно $3^n$. Пример: $AaBb \times AaBb$ ($n=2$): $3^2=9$ генотипов. Для трёх генов ($n=3$) было бы $3^3=27$ генотипов.

Метод 4. Определение числа генотипов и фенотипов при скрещивании гомозигот. Если хотя бы один из родителей гомозиготен по обоим генам (например, $AABB \times aabb$), всё потомство F1 единообразно — 1 генотип и 1 фенотип, независимо от числа генов. Это работает потому, что гаметы такого скрещивания дают единственную комбинацию.

Метод 5. Анализ родословной по типу наследования. Если признак проявляется у ребёнка, чьи родители фенотипически нормальны, признак рецессивен (родители — гетерозиготные носители). Если признак чаще встречается у мужчин и передаётся через непроявляющих его матерей — вероятен Х-сцепленный рецессивный тип. Пример: у обоих здоровых родителей рождается больной сын — признак рецессивный, вероятно Х-сцепленный (мать — носительница $X^AX^a$, отец $X^AY$; больной сын получил $X^a$ от матери).

Алгоритм решения по шагам

1. Внимательно прочитать условие: определить, моногибридное или дигибридное скрещивание, указаны ли генотипы родителей явно или их нужно определить по фенотипу (гомозигота/гетерозигота).
2. Записать генотипы родителей в буквенном виде, используя обозначения из условия.
3. Определить типы гамет каждого родителя (учитывая независимое расщепление генов при дигибридном скрещивании).
4. Построить решётку Пенетта (для 2 генов — таблица $4\times4$) или использовать правило умножения вероятностей для быстрого расчёта.
5. Выписать все генотипы потомства F1 и сгруппировать одинаковые.
6. Посчитать число уникальных генотипов и число уникальных фенотипов (учитывая, какие аллели доминантны и как они проявляются в фенотипе).
7. Если требуется доля/процент — разделить число особей нужного класса на общее число потомков (обычно 16 при дигибридном скрещивании двух дигетерозигот, 4 — при моногибридном скрещивании гетерозигот).
8. Для родословной: определить, доминантен или рецессивен признак (по факту появления признака у детей здоровых родителей), затем — аутосомный он или сцеплен с Х-хромосомой (по распределению признака между полами и по поколениям).
9. Записать итоговый ответ в требуемом формате (число, доля, процент).

Разбор примеров

Пример 1. Условие: скрестили жёлтый гладкий горох (дигомозигота $AABB$) и зелёный морщинистый горох ($aabb$); в F1 получили все жёлтые гладкие семена. Определить число генотипов в F1.

Шаг 1. Родители: $AABB \times aabb$.

Шаг 2. Гаметы первого родителя: только $AB$ (так как гомозигота по обоим генам). Гаметы второго родителя: только $ab$.

Шаг 3. При слиянии гамет $AB$ и $ab$ получается единственная комбинация генотипа: $AaBb$.

Шаг 4. Поскольку оба родителя гомозиготны, всё потомство F1 генетически одинаково — других вариантов комбинаций гамет нет.

Ответ: число генотипов в F1 равно 1.

Пример 2. Условие: скрещены гомозиготные растения томата с круглыми красными плодами ($AABB$) и с грушевидными жёлтыми плодами ($aabb$). Определить число разных генотипов в F1.

Шаг 1. Записываем генотипы родителей: круглые красные — $AABB$ (доминантные признаки по обоим генам), грушевидные жёлтые — $aabb$ (рецессивные по обоим генам).

Шаг 2. Гаметы первого родителя — только $AB$, гаметы второго — только $ab$ (гомозиготы дают один тип гамет).

Шаг 3. При объединении гамет получается единственный генотип потомства: $AaBb$.

Шаг 4. Так как оба родителя гомозиготны по обоим генам, вариативности в генотипах потомства F1 нет.

Ответ: число разных генотипов в F1 равно 1.

Этот тип задач важно отличать от скрещивания гетерозигот: если хотя бы один родитель гетерозиготен хотя бы по одному гену, число генотипов в потомстве возрастёт.

Пример 3. Условие: скрестили особей с генотипами $AaBb \times AaBb$ (гены не сцеплены, находятся в разных парах хромосом). Найти долю (%) дигетерозигот ($AaBb$) в потомстве.

Шаг 1. Рассматриваем расщепление по каждому гену отдельно, так как гены наследуются независимо (третий закон Менделя).

Шаг 2. По гену $A$: скрещивание $Aa \times Aa$ даёт расщепление по генотипу $1AA:2Aa:1aa$, то есть доля гетерозигот $Aa$ составляет $\frac{2}{4}=\frac{1}{2}$.

Шаг 3. По гену $B$: аналогично, скрещивание $Bb \times Bb$ даёт $1BB:2Bb:1bb$, доля гетерозигот $Bb$ равна $\frac{1}{2}$.

Шаг 4. Поскольку гены наследуются независимо, вероятность одновременного появления генотипа $Aa$ по первому гену и $Bb$ по второму равна произведению вероятностей: $$P(AaBb) = P(Aa)\times P(Bb) = \frac{1}{2}\times\frac{1}{2} = \frac{1}{4}$$

Шаг 5. Переводим долю в проценты: $\frac{1}{4}=0{,}25=25\%$.

Проверка через полную решётку Пенетта ($4\times4=16$ комбинаций гамет) подтверждает: генотип $AaBb$ встречается 4 раза из 16, то есть $\frac{4}{16}=\frac{1}{4}=25\%$.

Ответ: доля дигетерозигот в потомстве составляет 25%.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают число генотипов и число фенотипов. Например, при дигибридном скрещивании $AaBb \times AaBb$ получается 9 генотипов, но только 4 фенотипа (при полном доминировании обоих генов) — эти числа не совпадают, и задание может требовать любое из них.
• Не учитывают, что один из родителей гомозиготен. Если хотя бы один родитель гомозиготен по гену, число вариантов гамет и, соответственно, потомства резко снижается — важно внимательно читать условие («гомозигота», «чистая линия»).
• Забывают про независимое наследование при дигибридном скрещивании. Ошибочно применяют формулы моногибридного скрещивания к задачам с двумя генами, не умножая вероятности.
• Путают доминантный и рецессивный признак в родословной. Нужно чётко анализировать: если признак «пропускает» поколение (появляется у внуков, но не у детей), он рецессивен; если проявляется в каждом поколении — вероятно доминантен.
• Не проверяют сцепление с полом. Ошибка — считать все признаки аутосомными по умолчанию. Признак, встречающийся почти исключительно у мужчин и передаваемый через непроявляющих его женщин, с высокой вероятностью Х-сцепленный рецессивный.
• Ошибки в подсчёте общего числа потомков. При дигибридном скрещивании двух дигетерозигот общее число комбинаций гамет — 16 (не 4 и не 8), это нужно учитывать при расчёте долей.
• Путают проценты и доли. Ответ в задании может требоваться в процентах или в виде десятичной дроби — важно проверить формат ответа в условии.

Как готовиться

Для уверенного решения задания 4 нужно твёрдо знать три закона Менделя и уметь быстро определять число гамет, генотипов и фенотипов без построения громоздких решёток — через формулы $2^n$ и $3^n$, где $n$ — число генов, по которым родители гетерозиготны. Полезно решать задачи разного типа: на моногибридное и дигибридное скрещивание, на анализирующее скрещивание, на неполное доминирование и на родословные — чтобы отработать разные логические схемы, а не запоминать готовые числовые соотношения механически.

При работе с родословными стоит тренироваться строго по алгоритму: сначала определять доминантность/рецессивность признака (по появлению признака у потомков здоровых родителей), затем — тип локализации гена (аутосомный или Х-сцепленный) по распределению признака между полами и поколениями. Рекомендуется прорешать не менее 20–30 задач разных типов, фиксируя типичные ошибки, а перед экзаменом повторить формулы расщепления $3:1$, $9:3:3:1$, $1:2:1$ и формулы $2^n$, $3^n$, чтобы применять их автоматически.