Генотипическая изменчивость - НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМОВ - 10 класс

Цели урока:

образовательная: ознакомить с особенностями генотипической изменчивости;

развивающая: развивать у учащихся логическое мышление, память и внимание; закреплять умения анализировать, обобщать и делать выводы;

воспитательная: формировать у учащихся ценностное личное отношение к получаемым знаниям.

Тип урока: урок изучения новых знаний.

Форма урока: урок-лекция.

Методы обучения: словесные (беседа, рассказ), наглядный (презентация).

Форма деятельности учащихся: индивидуальная.

Основные термины, понятия: ген, гаметы, мейоз, кроссинговер, набор хромосом, доминантный признак, рецессивный признак, фенотип, генотип, гомозигота, комбинативная изменчивость, мутационная изменчивость, мутация, мутант, мутаген, деления, инсерция, дупликация, выпадение, замена и вставка нуклеотида, транслокация, полиплоидия, гетероплоидия.

Материалы и оборудование: компьютер, проектор, PowerPoint-презентация.

Перечень знаний, умений, навыков, которые предполагается развивать на данном уроке:

характеризовать генотипическую изменчивость;

приводить примеры мутационной и модификационной изменчивости организмов в природе;

называть закон гомологических рядов наследственной изменчивости;

объяснять значение генотипической изменчивости.

1. I. Организационный момент

Ø Деятельность учителя

Проверяет готовность класса к уроку, знакомит с темой и планом урока.

Ø Деятельность учащихся

Записывают дату и тему урока в рабочие тетради.

1. II. Актуализация знаний, постановка проблемы

Ø Деятельность учителя

Задает вопрос: что такое мутации и к чему они приводят? Комментирует ответы.

Ø Деятельность учащихся

Отвечают на вопрос, выдвигают предположения.

III. Изучение нового материала

Ø Деятельность учителя

Приступает к объяснению нового материала. Предлагает учащимся записывать в рабочие тетради определения новых терминов.

Суть наследственной изменчивости — изменение генов или генотипа. Для наследственной изменчивости характерны индивидуальность (проявление лишь у отдельных особей), случайность и необратимость процесса, передача измененных признаков по наследству. Наследственная изменчивость — основа разнообразия живых организмов и главное условие их способности к эволюционному развитию. В основе наследственной изменчивости лежит либо перекомбинация генетического материала, либо возникновение мутаций.

Источниками комбинативной изменчивости служат три процесса (демонстрирует слайд).

1. Кроссинговер, происходящий во время длительной профазы первого деления мейоза, когда гомологичные хромосомы обмениваются участками. В результате кроссинговера образуются новые группы сцепления генов. У человека в каждой паре гомологичных хромосом кроссинговер происходит в среднем в двух-трех точках. После завершения мейоза кроссоверные (рекомбинантные) хромосомы, оказавшись в гамете, несут новые сочетания генов, а значит, и новые сочетания признаков в потомстве.
2. Случайное распределение гомологичных хромосом между дочерними клетками при первом делении мейоза, когда каждая гамета получает свою, отличную от других, выборку материнских и отцовских хромосом. Из этого следует, что клетки любой особи могут в принципе образовать 2n генетически различающихся гамет, где n — гаплоидное число хромосом. Например, у человека при образовании гамет возможно 2²² варианта сочетаний аутосом в гаметах, а следовательно, и их типов.

Независимое комбинирование хромосом в мейозе и является основой третьего закона Менделя. Появление зеленых гладких и желтых морщинистых семян гороха во втором поколении от скрещивания растений с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами — пример комбинативной изменчивости.

3. Случайное сочетание гамет при оплодотворении. Все механизмы комбинативной изменчивости действуют независимо друг от друга, обеспечивая при этом постоянную “перетасовку” генов, что приводит к появлению потомства с новыми генотипами и фенотипами (сами гены при этом не изменяются).

Основные положения мутационной теории разработаны Гуго де Фризом в 1901-1903 гг. и сводятся к следующему:

— мутации возникают внезапно, скачкообразно, как дискретные изменения признаков;

— мутации наследуются;

— мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными, как доминантными, так и рецессивными;

— сходные мутации могут возникать повторно;

— мутации ненаправленны (спонтанны), т. е. мутировать может любой участок хромосомы, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.

Классификация мутаций. Существует несколько способов классификации (записывает все варианты на доске):

1) по изменению генетического материала:

• генные мутации — мутации, вызванные изменением нуклеотидной последовательности в молекуле ДНК в пределах одного гена. Такое изменение в гене воспроизводится при транскрипции в структуре мРНК; в свою очередь, оно приводит к изменению последовательности аминокислот в полипептидной цепи, образующейся при трансляции на рибосомах. В результате синтезируется другой белок, что ведет к изменению соответствующего признака организма. Это наиболее распространенный вид мутаций и важнейший источник наследственной изменчивости организмов. Бывают следующие виды генных мутаций:

а) делеции — выпадение одного или нескольких пар нуклеотидов;

б) инсерции — вставка одного или нескольких пар нуклеотидов;

в) дупликации — повторение участка гена;

г) инверсии — поворот участка гена на 180°;

д) замена нуклеотидов (например, А на Т или А на Ц).

Примеры генных мутации: серповидноклеточная анемия, альбинизм, дальтонизм, гемофилия;

• хромосомные мутации — изменения в структуре хромосом. Хромосомные мутации подразделяют:

— на внутрихромосомные — мутации, затрагивающие только одну хромосому. К ним относят:

а) делении — выпадение участка хромосомы в средней ее части;

б) дупликации — дву- или многократное повторение генов, локализованных в определенном участке хромосомы;

в) инверсии — поворот участка хромосомы на 180°, в результате чего в этом участке гены расположены в последовательности, обратной по сравнению с обычной;

— межхромосомные — мутации, затрагивающие участки негомологичных хромосом:

а) транслокации — взаимные обмены участками между негомологичными хромосомами;

б) транспозиции — включение участка хромосомы в другую, негомологичную хромосому без взаимного обмена.

Пример хромосомной мутации: тяжелое наследственное заболевание “синдром “кошачьего крика” — обусловлено делецией концевого участка 5-й хромосомы, сопровождается сильным нарушением роста и умственной отсталостью;

• геномные мутации — изменение числа хромосом в клетках организма. В основе этих мутаций лежит нарушение расхождения хромосом при делении клетки. Выделены следующие виды геномных мутаций:

а) полиплоидия — кратное увеличение гаплоидного набора хромосом. Клетки с разным числом гаплоидных наборов хромосом называются триплоидными (3n), тетраплоидными (4n), гексаплоидными (6n), октаплоидными (8n) и т. д. Для многих растений известны так называемые полиплоидные ряды. Они включают формы от 2 до 10n и более. Например, полиплоидный ряд из наборов в 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 и 144 хромосомы составляют представители рода паслен (Solatium). Род пшеница (Triticum) представляет ряд, члены которого имеют 34, 28 и 42 хромосомы;

б) гетероплоидия (анеуплоидия) — явление, при котором клетки организма содержат измененное число хромосом, не кратное гаплоидному набору. В результате нерасхождения хромосом при образовании гамет могут возникать половые клетки с лишними хромосомами, и тогда при последующем слиянии с нормальными гаплоидными гаметами они образуют зиготу 2n + 1 (трисомик) по определенной хромосоме. Если в гамете оказалось меньше на одну хромосому, то последующее оплодотворение приводит к образованию зиготы 1n - 1 (моносомик) по какой-либо изхромосом. Кроме того, встречаются формы 2n - 2, или нуллисомики, так как присутствует пара гомологичных хромосом, и 2n + х, или полисомики. Пример: синдром Дауна (трисомия но 21 паре хромосом);

2) по проявлению в генотипе:

• доминантные (возникают в доминантных генах);
• рецессивные (возникают в рецессивных генах);

3) по влиянию на жизнеспособность и плодовитость организма:

• вредные (снижают жизнеспособность):

а) летальные — обуславливают гибель мутантов до рождения или при рождении;

б) полулетальные — снижают жизнеспособность мутантов, которые обычно не доживают до репродуктивного возраста;

• нейтральные (не оказывают никакого воздействия);
• полезные (повышают жизнеспособность и плодовитость особей. Пример возникновение устойчивости к антибиотикам у бактерий);

4) по месту возникновения:

• соматические (возникают в соматических клетках организма, проявляются только у конкретной особи, не передаются по наследству);
• генеративные (возникают в половых клетках и передаются по наследству при половом размножении);

5) по причинам возникновения (по происхождению):

• спонтанные (возникают самопроизвольно под действием внешних факторов);
• индуцированные (с помощью конкретных факторов целенаправленно вызываются у живых организмов человеком для получения новых, интересующих человека признаков).

Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами. По происхождению мутагены можно разделить на следующие виды:

1) физические — ионизирующее, радиоактивное, ультрафиолетовое излучение, резкие перепады высоких и низких температур;

2) химические — окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода); алкилирующие агенты (например, иодацетамид); пестициды (например, гербициды, фунгициды); некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты); продукты переработки нефти; органические растворители; лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути), табак и алкоголь;

3) биологические — бактерии и продукты их жизнедеятельности, вирусы и др.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости был сформулирован выдающимся русским ученым Н. И. Вавиловым в 1920 г.

В основе закона гомологических рядов фенотипической изменчивости у родственных видов лежит представление о единстве их происхождения от одного предка в процессе естественного отбора. Поскольку общие предки имели специфический набор генов, то их потомки должны обладать примерно таким же набором.

Более того, у родственных видов, имеющих общее происхождение, возникают и сходные мутации. Это означает, что у представителей разных семейств и классов растений и животных со сходным набором генов можно встретить параллелизм — гомологические ряды мутаций по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам и свойствам. Так, у разных классов позвоночных встречаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие перьев у птиц, альбинизм и бесшерстность у млекопитающих, гемофилия у многих млекопитающих и человека. У растений наследственная изменчивость отмечена по таким признакам, как пленчатое или голое зерно, остистый или безостый колос и др.

Закон гомологических рядов, отражая общую закономерность мутационного процесса и формообразования организмов, предоставляет широкие возможности для его практического использования в сельскохозяйственном производстве, селекции, медицине. Знание характера изменчивости нескольких родственных видов дает возможность поиска признака, который отсутствует у одного из них, но характерен для других. Таким путем были собраны и изучены и голозерные формы злаков, односемянные сорта сахарной свеклы, не нуждающиеся в прорывке, что особенно важно при механизированной обработке почв. Медицинская наука в качестве моделей для изучения болезней человека получила возможность использовать животных с гомологическими заболеваниями (сахарный диабет крыс, врожденная глухота мышей, собак, морских свинок, катаракта глаз мышей, крыс, собак и др.).

Закон гомологических рядов позволяет также предвидеть возможность появления мутаций, еще неизвестных науке, которые могут использоваться в селекции для создания новых, ценных для хозяйства форм.

Ø Деятельность учащихся

Слушают объяснения учителя. Записывают в рабочие тетради определения новых терминов, сущность закона гомологических рядов.

Наследственная (генотипическая) изменчивость — свойство организмов приобретать новые признаки в процессе онтогенеза и передавать их потомству.

Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генетического материала.

Мутационная изменчивость — разновидность наследственной изменчивости, которая обусловлена изменением структуры генетического материала — генов, отдельных хромосом или целого хромосомного набора. Результатом этого является изменение тех пли иных признаков организма.

Мутации — это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Мутанты — живые организмы, изменившие свой генотип и фенотип в результате мутации.

Сущность закона гомологических рядов: виды и роды, генетически близкие, связанные друг с другом единством происхождения, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Зная, какие формы изменчивости встречаются у одного вида, можно предвидеть нахождение аналогичных форм у родственного ему вида.

1. Закрепление изученного материала

Ø Деятельность учителя

Задает вопросы учащимся по новой теме.

1. Дайте определение комбинативной изменчивости.
2. Дайте определение мутационной изменчивости.
3. Что такое мутагены?
4. Какие бывают мутагены?
5. Как охарактеризовать генные мутации? хромосомные? геномные?
6. В чем состоит отличие комбинативной изменчивости от мутационной?
7. В чем суть закона гомологических рядов Вавилова?

Ø Деятельность учащихся

Отвечают на поставленные вопросы, используя конспект.

1. Подведение итогов урока. Рефлексия

Ø Деятельность учащихся

По очереди высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана на доске:

— Сегодня я узнал...

— Было интересно...

— Было трудно...

— Я понял, что...

— Теперь я могу...

— Я приобрел...

— Я научился...

— У меня получилось...

— Я смог...

— Я попробую...

— Меня удивило...

— Мне захотелось...

1. Домашнее задание

Ø Деятельность учителя

Задает домашнее задание:

— изучить § 51 учебного пособия, ответить на вопросы после параграфа;

— подготовить сообщения о генетических заболеваниях человека, связанных с генными, хромосомными и геномными мутациями (индивидуальные задания для нескольких учащихся).

Ø Деятельность учащихся

Записывают в дневники домашнее задание.