Урок в 11 классе:Наследственная изменчивость. Типы мутаций. Закономерности наследования. Первый и второй законы Г. Менделя. Гипотеза чистоты гамет.

Урок № 1, 11 класс, 03.09.2021

Тема: Наследственная изменчивость. Типы мутаций. Повторение. Закономерности

наследования. Первый и второй законы Г. Менделя. Гипотеза чистоты гамет.

Цели урока: 

• образовательные: формирование знаний у обучающихся о модификационной изменчивости; о причинах ее появления; выявление статистического характера закономерностей модификационной изменчивости;

• развивающие: развитие  умений устанавливать причинно-следственные связи; графических умений (умения строить вариационный ряд и график изменчивости признака); навыков систематизации данных; умений работать в микрогруппе; развитие речи;

• воспитательные: формирование научного мировоззрения; интереса к дисциплине; воспитание у студентов уважительного отношения друг к другу при работе в микрогруппах.

Задачи урока:

• установить статистические закономерности модификационной изменчивости;

• научиться строить вариационный ряд и вариационную кривую;

• вычислять среднюю величину изменчивости признака.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока

I. Проверка остаточных знаний

1. Расскажите про историю открытия закона Моргана и озвучьте сам закон Моргана.

2. Почему закон Моргана не всегда работает?

3. Расскажите, что такое кроссинговер?

4. Перечислите основные положения хромосомной теории.

5. Расскажите о генетике пола и о хромосомном наборе у различных особей.

6. Расскажите об особенностях хромосомных наборов у разных групп живых организмов.

7. Что такое кариотип? Дайте определение.

8. Расскажите об особенностях наследования признаков, сцепленных с полом.

9. Вспомните генетическую символику

II. Изучение нового материала

Учитель рассказывает об изменчивости и об основных её формах. Учащиеся фиксируют информацию в следующем виде:

• Изменчивость – способность потомков в процессе своей жизни приобретать новые признаки, которых не было у родителей.

Далее учитель рассказывает об особенностях модификационной изменчивости. Учащиеся записывают следующую информацию:

• Модификационная (фенотипическая/ненаследственная) – изменения признаков и свойств организма под влиянием генотипа и условий окружающей среды.

• Норма реакции – пределы изменяемости признака в зависимости от условий окружающей среды.

  • Качественные признаки (анатомические) обладают узкой нормой реакции.

  • Количественные признаки (удой, яйценостность и т.д.) имеют широкую норму реакции.

Далее учитель рассказывает учащимся об особенностях наследственной изменчивости. Учащиеся записывают следующую информацию:

• Наследственная (генотипическая) изменчивость – изменения признаков и свойств организма, которые передаются по наследству.

• Комбинативная – изменчивость, обусловленная перекомбинацией генов во время мейоза.

Причины перекомбинации:

• Случайное сочетание хромосом предков всех коленей при оплодотворении;

• Кроссинговер;

• Случайное расхождение хромосом при оплодотворении.

• Мутационная – изменчивость, обусловленная мутациями (спонтанные качественные и количественные изменения генотипа под влиянием окружающей среды).

  • Генные – изменения в пределах одного гена. Встречаются часто, искажают структуру одного белка.

  • Хромосомные – изменяют структуру или число хромосом.

С видами хромосомных мутаций учащиеся знакомятся самостоятельно, выполняя следующее задание:

Выполните задание:

• Прочитайте текст «Хромосомные мутации» в учебнике на стр. 70 и дополните записи:

Виды хромосомных мутаций:

• Делеция – утрата участка хромосомы.

• Дупликация – удвоение участка хромосомы.

• Инверсия – перевертывание на 180° участка хромосом.

• Транслокация – обмен участками между негомологичными хромосомами.

• Слияние негомологичных хромосом.

Затем учитель рассказывает про особенности геномных мутаций. Учащиеся записывают следующее:

• Геномные – изменения числа хромосом.

  • Гетероплоидия – избыток или недостаток хромосом в одной гомологичной паре. Распространена у животных. Часто приводит к генетическим заболеваниям (синдром Дауна).

  • Полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом. Широко распространена у растений, особенно у культурных. Приводит к гигантизму органов (листья, плоды и т.д.).

Далее учитель рассказывает учащимся о мутационной теории. Учащиеся записывают:

Мутационная теория:

• Разработана в начале XX века голландским учёным Гуго де Фризом:

1. Мутации спонтанны;

2. Новые формы устойчивы;

3. Не постепенные, а представляют качественные скачки.

С мутагенными факторами учащиеся знакомятся самостоятельно, выполняя следующее задание:

Выполните задание:

• Прочитайте текст «Мутационная теория» в учебнике на стр. 71 и дополните записи:

Мутагенные факторы (вызывают мутации):

1) Радиационные;

2) Химические (токсины);

3) Физические (температура, солёность);

4) Внутриклеточные (вирусы, белки).

Впервые гибридологический метод был разработан и использован Г. Менделем – при скрещивании сортов гороха с разными внешними признаками (один сорт имел гладкие и зеленые горошины, другой – желтые и морщинистые – наследование этих двух признаков при проведении скрещиваний и исследовал Г. Мендель).

Особенности гибридологического метода включают в себя:

1) Целенаправленный подбор родительских особей, которые различны по одной и более парам альтернативных и стабильных признаков.

2) Количественный строгий учет передачи признаков гибридам.

3) Индивидуальная оценка (количественный учет) потомства от каждого из скрещиваемых родителей в ряду поколений.

Г. Мендель, работая по данному методу скрещивал разные сорта гороха, имеющего гладкие и зеленые горошины и желтые и морщинистые, и сколько в следующем поколении выросло особей с разным типом горошин.

Подобное скрещивание, анализирующее наследование одной пары контрастных (альтернативных) признаков, называют моногибридным, при изучении наследования двух пар признаков — дигибридным, при исследовании нескольких пар признаков — полигибридным. Альтернативные признаки – это различные значения отдельного признака. В случае опытов Г. Менделя признаками были цвет горошин – зеленый или желтый, и форма – гладкие либо морщинистые.

Кроме гибридологического метода, генетики применяют такие методы, как близнецовый – исследование закономерностей проявления признаков у близнецов, генеалогический – анализ родословных, исследование хромосом (цитогенетический), популяционно-статистический метод – анализ генетической структуры популяций.

Г. Мендель изучал наследование признаков сорта гороха с желтыми и зелеными семенами и провел их искусственное опыление (удалил тычинки у одного сорта и опылил их пыльцой другого сорта). Все гибриды первого поколения, получившиеся у Менделя имели желтые семена. Такой результат позволил Менделю вывести Первый закон, называемый также законом единообразия, – при скрещивании чистых линий гибриды первого поколения будут идентичны по фенотипу. Чистыми линиями Мендель обозначил гомозиготных особей – то есть особей, имеющих альтернативные гены одной молекулярной формы – либо только доминантные либо только рецессивные. Особи, имеющие аллельные гены различной молекулярной формы (один – доминантным, другой — рецессивный) называют гетерозиготными.

Проявляющийся у гибридов признак Мендель назвал доминантным, а подавляемый — рецессивным. Данные термины используются до настоящего времени, равно, как и символика, введенная Менделем. Рецессивные признаки принято обозначать строчными буквами (в алфавитном порядке, латинскими буквами, например а; в; с; и т.д., где а – один признак, в – второй), а доминантные – заглавными, например, А; В и т.д. Родителей обозначают латинской буквой P, а поколения F1; 2 и т.д., где цифра обозначает порядковый номер поколения.

После того, как Мендель получившихся у него единообразных гибридов, во втором поколении он получил распределение признаков в соотношении 3:1, где 3 – доля организмов, у которых проявился доминантный признак, а 1 – доля организмов, у которых проявился рецессивный признак.

Этот результат позволил вывести второй закон Менделя, который гласит: при моногибридном скрещивании гетерозиготных особей у гибридов возникает расщепление признаков по фенотипу в отношении 3:1 (по генотипу 1:2:1, где 1 и 1 – гомозиготы «строго» доминантные и «строго» рецессивные, а 2 - гетерозиготы). Это позволило Менделю понять, что рецессивный признак у гибридов первого поколения при скрещивании не исчезает, а только подавляется и проявляется во втором поколении.

Анализируя полученное в дальнейшем потомство по нескольким признакам, Мендель пришел к выводу, что признаки при наследовании комбинируются во всех возможных комбинациях – этот постулат получил название третьего закона Менделя – закона независимого комбинирования признаков.

Каждый организм имеет множество признаков, в человеческом организме около 100 тыс. генов, а число хромосом невелико (для человека – 46 по 23 пары). Каждая хромосома несет не один, а группу генов, которые отвечают за развитие разных признаков. Изучением процесса и закономерностей наследования признаков, гены которых локализованы (расположены) в одной хромосоме, занимался Томас Морган. Если Мендель проводил опыты на горохе, то для Т. Моргана основным объектом его стала плодовая мушка дрозофила, которая отличается плодовитостью – каждый 2 недели может давать потомство, ввиду чего является удобным объектом для исследования изменения признаков в ряду поколений. Кроме того, дрозофила имеет всего 8 хромосом, что удобно для анализа.

Скрещивая мушку дрозофилу разных форм (особей с разной окраской тела и крыльев), Т. Морган выяснил, что в потомстве преобладали особи с признаками родительских форм (по 40% на каждую родительскую форму), и только незначительная часть мушек имела несколько иное, чем у родителей, сочетание признаков (20%). Такие результаты могли получиться только в том случае, если гены, которые отвечают за окраску тела и форму крыльев, находящихся в одной хромосоме – то есть сцепленные, которые наследуются «в связке». Морган назвал это группой сцепления.

Группа сцепления — это гены, локализованные (размещенные) в одной хромосоме и наследующиеся вместе. Количество групп сцепления в генотипе соответствует гаплоидному набору хромосом.

Сцепленное наследование – это наследование признаков, гены которых локализованы (расположены) в одной хромосоме. Сила сцепления генов зависит от расстояния между местами их расположения в хромосоме: чем дальше гены расположены друг от друга, тем ниже степень сцепления, чаще происходит кроссинговер (обмен участками хромосом) и наоборот.

Результатом исследований Т. Моргана стало создание хромосомной теории наследственности, которая включает следующие положения:

1. Гены расположены в хромосомах, разные хромосомы содержат разное количество генов, и набор генов негомологичных хромосом уникален.

2. Каждый ген имеет конкретное место расположения в хромосоме (локус); в идентичных локусах гомологичных хромосом расположены аллельные гены.

3. Гены локализованы в хромосомах в линейной последовательности.

4. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно, число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом и для каждого вида организмов постоянно.

5. Сцепление генов может быть нарушено в ходе кроссинговера, что приводит к формированию рекомбинантных хромосом. Частота осуществления кроссинговера зависит от расстояния между местами локализации генов: чем больше это расстояние, тем больше величина кроссинговера.

6. Каждый вид организмов имеет индивидуальный набор хромосом, называемый кариотипом.

Выводы:

Генетика – это наука о закономерностях реализации живыми организмами наследственности и изменчивости. Это достаточно молодая наука – датой ее рождения считается 1900 год, в котором три ученых Г. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак в трех разных странах и независимо друг от друга «заново открыли» законы наследования признаков, которые монах Грегор Мендель еще в 1865 году.

Наследственность – это способность живых организмов сохранять и передавать потомству в ряду поколений особенности физиологического строения и развития. Через механизм наследственности сохраняются признаки вида живых организмов.

В широком смысле под свойством изменчивости понимают различия между особями одного вида, а также способность приобретать новые признаки в ряду поколений.

Основным методом генетики является гибридологический метод, который подразумевает проведение системы плановых скрещиваний, позволяющих проследить закономерности наследования различных признаков в ряду поколений.

Современные генетики руководствуются в работе хромосомной теорией наследственности:

1. Гены расположены в хромосомах, разные хромосомы содержат разное количество генов, и набор генов негомологичных хромосом уникален.

2. Каждый ген имеет конкретное место расположения в хромосоме (локус); в идентичных локусах гомологичных хромосом расположены аллельные гены.

3. Гены локализованы в хромосомах в линейной последовательности.

4. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно, число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом и для каждого вида организмов постоянно.

5. Сцепление генов может быть нарушено в ходе кроссинговера, что приводит к формированию рекомбинантных хромосом. Частота осуществления кроссинговера зависит от расстояния между местами локализации генов: чем больше это расстояние, тем больше величина кроссинговера.

6. Каждый вид организмов имеет индивидуальный набор хромосом, называемый кариотипом.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Неделимая функционально единица генетического материала, участок молекулы ДНК, который кодирует первичную структуру полипептида называется:

1) Хромосома;

2) Аллель;

3) Ген.

Правильный ответ: 3) Ген.

2. Что из перечисленного не относится к постулатам Менделя:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения.

2. Закон расщепления 3:1.

3. Закон независимого комбинирования признаков.

4. Положение о том, что гены локализованы в хромосомах в линейной последовательности.

5. Положение о том, что гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления

Правильный ответ:

4. Положение о том, что гены локализованы в хромосомах в линейной последовательности.

5. Положение о том, что гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления.

III. Рефлексия

Учащиеся делают вывод урока, отвечая на вопрос: Что вы узнали сегодня на уроке?

IV. Домашнее задание

Учить § 28 и записи в тетради.