Рабочая программа элективного курса "Основы генетического анализа"

Пояснительная записка к элективному курсу « Основы генетического анализа»

Профильный уровень 10-11 класс, 17 часов ( 0,5 ч в неделю)

Рабочая программа элективного курса «Основы генетического анализа» 10- 11 класса составлена на основе авторской программы элективного курса Г.П.Подгорновой, размещенной в сборнике программ «Профильное обучение»: Программы элективных курсов. Биология. 10-11 классы. Профильное обучение. Сборник 3 / авт.-сост. В.И. Сивоглазов, И.Б. Морзунова. - М.: Дрофа, 2006 Актуальность изучения курса: Генетический анализ- это совокупность методов генетики, которые позволяют по признакам судить о генах, конролирующих эти признаки

Анализ возможен и в обратном направлении – от гена к признаку: это значит, что селекционер может проводить работу, опираясь на точное знание того, как будут «вести себя» гены, которые он хочет объединить в одном организме. Это значит, что когда-нибудь врач сможет точно предвидеть, будет лекарство полезным, бесполезным или вредным для конкретного человека.

Предлагаемый элективный курс рассчитан на расширение кругозора учащихся в области генетики и на углубление генетических знаний, полученных в курсе общей биологии, что будет способствовать успешной сдаче ЕГЭ.

Основная концепция курса Предлагаемый курс является логическим дополнением разделов «Основные закономерности наследственности и изменчивости», «Генетические основы индивидуального развития» и «Генетика человека» общеобразовательной школьной программы. Он рассчитан на учащихся 10-11 классов, знакомых с основными понятиями и закономерностями общей генетики и индивидуального развития организмов.

Освоение данного курса позволит школьникам участвовать в олимпиадах разного уровня, успешно сдать ЕГЭ и вступительные экзамены в вузы медикобиологического профиля.

Программа реализуется в условиях профилизации образовательной системы. Предлагаемый элективный курс рассчитан на 20 часов, в учебном заведении реализуется за 17 часов по 0,5 час в неделю.

Новизна рассматриваемого курса проявляется в освоении широкого круга способов деятельности и углублении научных знаний

Цель курса

Расширение кругозора учащихся в области генетики и углубление их генетических знаний, полученных в курсе общей биологии.

Задачи курса

• Показать учащимся роль генетических коллекций в генетическом анализе.

• Ознакомить учащихся с некоторыми особенностями постановки эксперимента на модельных генетических объектах.

• Ознакомить учащихся с некоторыми причинами отклонений о т ожидаемых результатов скрещивания.

• Ознакомить учащихся с некоторыми математическими методами обработки генетических наблюдений и экспериментов.

• Сформировать у учащихся понимание единства генетических закономерностей для всех живых организмов и особенностей их проявления у конкретных видов.

• Закрепить и расширить знания учащихся о типах наследования признаков.

• Закрепить и расширить навыки решения генетических задач.

Формы организации обучения

• Лекции.

• Лабораторные работы.

• Практические занятия

Основные методы работы: теоретические исследования, прикладные, системные.

Ожидаемый результат: повышение уровня знаний в области генетики, сформированность учебных умений в соответствии с требованиями к выпускнику основной и средней школы.

Формы обратной связи:

• Промежуточный контроль: педагогическое наблюдение, собеседование, анализ ответов и подготовленных сообщений, выполнение отдельных видов тестовых заданий, анализ вступительного теста.

• Итоговый контроль: тестовые задания по каждому изученному блоку с использованием ИКТ, итоговое тестирование.

• Использование компьютерных программ по биологии.

• Проектные работы

Оценка учебных достижений обучающихся осуществляется:

• на уроках, во время семинарских обсуждений;

• при выполнении практических заданий;

• при выполнении итоговой работы.

Формы контроля знаний

Текущий контроль: собеседование по ходу занятия, тестовой контроль на каждом занятии.

Тематический контроль: контрольные работы по решению генетических задач.

Итоговый контроль: комбинированная тестовая контрольная работа.

Критерии оценивания работ

Тестовые работы

«5» - 81 – 100 % от общего числа баллов

«4» - 56 - 80 %

«3»: - 31 - 55 %

«2» - 0 – 30 %

Сроки реализации образовательной программы

Программа «Основы генетического анализа» реализуется в течение одного учебного года.

Основные требования к знаниям и умениям

Учащиеся должны знать:

• Основные понятия, термины и обозначения,используемые в генетике;

• Основные методы генетического анализа;

• Особенности разных типов наследования одного и нескольких признаков у разных видов организмов, основные формулы расщепления в F₁ и в F₂ при разных типах наследования;

• Назначение генетических коллекций;

• Основные требования к постановке генетического скрещивания;

• Чем обусловлена генетическая индивидуальность каждого организма;

• Основные причины, нарушающие менделеевские расщепления;

• О достижениях в области молекулярной генетики.

Учащиеся должны уметь:

• Пользоваться генетическими терминами;

• Определять типы гамет у организмов с разными генотипами;

• Определять без решетки Пеннета соотношение генотипов и фенотипов в F₂моногибридного, дигибридного и более сложных скрещиваний;

• Применять формулы расщепления в F₂ и в F_а при разных типах наследования;

• Решать генетические задачи;

• Применять формулу Харди-Вайнберга;

• Определять хромосомные синдромы у человека по фотографиям кариотипов с дифференциально окрашенными хромосомами.

Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни:

• Использовать текст для работы с натуральными объектами

• Самостоятельно составлять схемы , родословные, составлять алгоритм решения задач

• Иллюстрировать ответ простейшими схемами и рисунками

• Уметь моделировать задачи и ситуации;

• Уметь объяснить физиологические процессы, стадии онтогенеза организма с применением теоретических знаний;

• Объяснять механизмы передачи признаков и свойств из поколения в поколение, а также возникновение отличий от родительских форм у потомков.

• Применять на практике сведения о наследовании признаков человека

Примерные темы семинарских занятий и рефератов

• Плейотропия, экспрессивность и пенетрантность – показатели роли генотипической и внешней среды в проявлении признака.

• Международное значение генетических коллекций.

• Наследование по принципу крис-крос

• Возвратные скрещивания

• Насыщающие (поглотительные) скрещивания

• Циклические и диаллельные скрещивания

• Определение группы сцепления с использованием линий-анализаторов.

• Значение международного проекта «геном человека» в разработке новых методов работы с молекулами ДНК.

• Генетические, физические и секвенсовые карты хромосом человека.

Содержание курса

Общее количество часов 20– часов- по авторской программе, 17часов- по рабочей программе

Введение (3ч)

Генетический анализ – совокупность методов генетики.

Цели генетического анализа: по проявлению признаков определять свойства контролирующих их генов; по свойствам генов определять свойства контролируемых ими признаков и использовать это в практических целях.

Задачи генетического анализа: определять типы наследования отдельных признаков; устанавливать локализацию генов в хромосомах; определять структуру, функции и механизмы действия отдельных генов.

Основные понятия генетики и их взаимосвязь: наследственность, наследование, наследуемость; ген, генотип, генотипическая среда; признак; фенотип, фен.

Роль генотипической среды и факторов внешней среды в проявлении признака. Плейотропия, экспрессивность и пенетрантность – показатели роли генотипической и внешней среды в проявлении признака.

Генетическая коллекция – совокупность форм одного вида, которые различаются по фенотипам и генотипам одного или нескольких признаков (штаммы бактерий и низших эукариот, чистые линии, спонтанные и индуцированные мутанты, сорта растений; породы, линии, культуры тканей и клеток, сперма, ооциты и эмбрионы животных)

Линии- анализаторы. Банки генов.

Хранение генетических коллекций. Международное значение генетических коллекций.

Основные методы генетического анализа и некоторые особенности и их применения. Гибридологический метод;; генеалогический, близнецовый, цитогенетический; метод гибридизации соматических клеток4 биохимические, молекулярно-генетические методы. Значение международного проекта «Геном человека» в создании новых методов молекулярно-генетического анализа ДНК.

Статистические методы; методы математической обработки результатов, полученных при использовании других методов исследования; самостоятельные статистические методы исследования модификационной изменчивости и распространения отдельных генов в популяциях.

Гибридологический метод – основной специфический метод генетики(Мендель, 1865). Суть метода – требования, предъявляемые к постановке скрещивания, анализ полученных результатов.

Общая генетика (выявляет закономерности, присущие всем живым организмам) и частная генетика конкретного вида организмов ( выявляет закономерности наследования конкретного признака у конкретного вида).

Модельные объекты. Особенности модельных объектов: большой набор гомозиготных особей по контрастным фенотипам отдельных признаков, хорошая плодовитость гибридов, несложность содержания коллекции, короткий период жизненного цикла, простота постановки скрещивания. Наиболее часто используемые модельные объекты: кишечная палочка, нейроспора, дрожжи, растения арабидопсис, кукуруза, мышь, дрозофила.

Дрозофила - один из модельных объектов генетики. Особенности жизненного цикла дрозофилы. Требования к постановке скрещивания. Причины, по которым нельзя проводить генетические скрещивания мух, взятых из природной популяции. Чем характеризуются линии дрозофил.

1.Типы скрещивания и их назначение (2 часа)

Лекция с элементами собеседования

Цель занятия: составить свободную таблицу «Генотипы и фенотипы ( в F₁ , F₂ , Fa ) при разных типах наследования»

Ход занятия: решение задач на разные типы наследования признаков.

Простые признаки: контролируются аллелями одного гена. Типы наследования простых признаков6 менделевское (менделизм) - ген в аутосоме; сцепленное с полом – ген в X – хромосоме; частично сцепленное с полом – ген в X– и в Y-хромосомах; голандрическое – ген в Y- хромосоме; зависимое от пола – ген в аутосоме. Сложные признаки: контролируются аллелями нескольких генов (комплементарность, эпистаз, полимерия).

Моногибридное скрещивание: реципрокные скрещивания. По F₁выявляется ядерное и неядерное наследование, сцепленное с полом, голандрическое наследование, полное и неполное доминирование, возможно предположение о взаимодействии аллелей разных генов. По расщеплению в F₂ выявляется число генов, контролирующих развитие признака и типы взаимодействия аллелей одного или нескольких генов.

Анализирующее скрещивание - выявляется генотип родителя с доминантным признаком и число генов, контролирующих развитие признака (используется для анализа наследования при сцеплении генов и кроссинговере).

Возвратные скрещивания — подтверждают неполное доминирование.

Насыщающие (поглотительные) скрещивания — применяются при изучении материнского эффекта цитоплазмы.

Циклические и диаллельные скрещивания — выявляют число генов, контролирующих признак.

Дигибридное скрещивание — выявляет свободное комбинирование и сцепленное наследование двух признаков.

Показать причины, по которым расщепление генов может не соответствовать тому, что ожидается теоретически.

2. Работа с дрозофилой (1ч)

Лабораторная работа

Цели занятия (занятие проводится в сентябре):

• показать несложность работы с дрозофилой;

• продемонстрировать однообразие фенотипов (на примере трех признаков) в природных популяциях;

• сформулировать понятия: «фенотип дикого типа»,«мутантныефенотипы», «линия»;

• показать роль генетических коллекций линий дрозо­филы в генетическом анализе.

3. Вероятностный характер расщепления признаков (2 ч)

Практическое занятие

Ознакомление учащихся с методом Х²который дает возможность выявить соответствие расщепления, полученного в опыте, с теоретически ожидаемым расщеплением. Ознакомить с пользованием таблицей Фишера.

Обработать результаты соотношения особей дрозофилы в своих экспериментах, исходя из теоретически ожи­даемого соотношения 1:1. Проанализировать суммарные данные всей группы. Обратить внимание на значение численности особей для точности анализа. Составить схе­му наследования пола у дрозофилы, объясняющую полученное соотношение.

4. Свободное комбинирование двух аутосомных признаков

(Моделирование дигибридного скрещивания дрозофил) (2 ч)

Практическое занятие

Цели занятия:

• изучить цитологические основы дигибридного расщепления;

• показать, что аутосомные признаки наследуются особями разного пола с одинаковой частотой;

• закрепить навыки работы с использованием метода х²;

• закрепить навыки решения задач на полигибридное скрещивание.

5. Определение типов гамет, фенотипов и генотипов F₂без решетки Пеннета(1ч)

Практическое занятие

Решение задач по генотипам, в которых есть гомозиготные и гетерозиготные состояния аллелей разных генов (например, ааВвДдЕе), определить число, типы возможных у них гамет и соотношение фенотипов и генотипов при самоопылении дигибридов, тригибридов, используя математические методы.

6. Наследование признаков, сцепленных с полом (1ч)

Практическое занятие

Цель занятия: показать, что признаки, сцепленные с полом, наследуются по типу крисс-кросс (крест-накрест), и что в F₁ прямого и обратного скрещивания разные результаты.

7. Наследование сложных признаков (2 ч)

Практическое занятие

Сложные признаки (контролируются неаллельными генами — аллелями двух и большего числа генов). Типы взаимодействия неаллельных генов на примере двух генов): комплементарность, эпистаз, полимерия. Ре­шение задач, используя формулы расщепления в F ₂ и в F _а.

8. Определение числа генов, контролирующих признак (2 ч)

Практическое занятие

Множественный аллелизм (один ген имеет не два, а больше аллельных состояний). Взаимодействие неал­лельных генов (признак контролируется аллелями нескольких генов).

Циклические скрещивания (система скрещиваний организмов, которые сходны или различаются по фенотипам одного признака).

Диаллельные скрещивания (упрощенная форма циклических скрещиваний). Цель скрещиваний — определить число аллелей, контролирующих признак.

Функциональный (комплементарный) тест на аллелизм: F ₁ имеет фенотип одного из Р (один ген контролирует признак), F ₁ имеет фенотип дикого типа (генов два).

Пример диаллельного скрещивания.

9.Контрольная работа (7 ч)

Решение задач

10. Сцепленное наследование и кроссинговер (2 ч)

Практическое занятие

Результаты расщепления в F_а при свободном комбинировании генов, при полном и неполном сцеплении генов. Вычисление процента кроссинговера. Обозначения генов при свободном комбинировании и при сцеплении генов.

Использование понятий «фаза притяжения» и «фаза отталкивания» (удобно при определении кроссоверных и некроссоверных гамет). Определение процента кроссинговера.

Определение группы сцепления (искомый ген наследуется совместно с генами той хромосомы, в которой он локализован). Установление места (локуса) искомого гена в хромосоме (по проценту кроссинговера с каждым из двух генов, локусы которых уже известны).

Решение задач (определение процента кроссинговера, определение локализации гена, построение генетических карт на основе сцепленного наследования и кроссинговера).

Определение группы сцепления с использованием линий-анализаторов.

Значение международного проекта «геном человека» в разработке новых методов работы с молекулами ДНК. Ге­нетические, физические и секвенсовые карты хромосом человека.

11. Цитогенетический метод (1ч)

Практическое занятие

Кариотип и идиограмма хромосом человека. Группы хромосом. Дифференциальное окрашивание хромосом человека. Выявление аномалий в числе хромосом и установление синдрома.

12. Генетические закономерности в популяциях (2 ч)

Практическое занятие

Цели занятия:

• показать, что в популяции самоопылителей и самооп­лодотворяющихся животных возникшие в результате му­таций или скрещивания гетерозиготы в дальнейшем будут расщепляться и через ряд поколений исчезнут (такие по­пуляции состоят из чистых линий);

• панмиктические популяции подчиняются закону Харди — Вайнберга. Показать, какие факторы нарушают рав­новесие в панмиктических популяциях;

• составить модельные панмиктические популяции;

• решить задачи.

13. Зачет (1 ч)

Рекомендуемая литература

1. ВаттиК. В., Тихомирова М. М. Руководство к практическим занятиям по генетике. — М.: Просвещение, 1979.

2. Орлова Н. Н. Генетический анализ. — М.: Изд-во МГУ, 1991.

З.Орлова Н. Н. и др. Сборник задач по генетике. — М.: Изд-во МГУ, 2001.

1. Петросова Р. А. Основы генетики. — М.: Дрофа, 2005.

2. Сойфер В. Н. Международный проект «Геном человека» //Соросовский образовательный журнал. — 1998. — № 12.

3. Стволинская Н. С. Истоки и перспективы международнойпрограммы «Геном человека» // Биология в школе. —2002. - № 2.

Примерный учебно-тематический план,(17 ч; 0,5 ч в неделю в течение года)

Календарно-поурочный план « Основы генетического анализа»

(17 ч; 0,5 ч в неделю в течение года)