Усі уроки біології 10 клас - Р. С. Євсеєв 2018

Спадковість і мінливість
Основні поняття генетики

Цілі уроку:

освітня: розглянути основні поняття генетики; ознайомити учнів з основними методами генетичних досліджень;

розвивальна: розвивати вміння логічно мислити та знаходити закономірності процесів спадковості та мінливості живих організмів;

виховна: на прикладі забезпечення спадковості та мінливості живих організмів виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів у живих організмах і важливості цих процесів для існування життя.

Обладнання і матеріали: схема будови гена, зображення схем основних методів генетичних досліджень та об'єктів, з якими працюють генетики.

Базові поняття і терміни: алель, локус, генотип, фенотип, методи досліджень, гібридологічний метод, генеалогічний метод, близнюковий метод, цитогенетичний метод, популяційно-статистичний метод, біохімічний метод.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою; наукове розуміння природи; уміння аналізувати, формулювати висновки; знання та розуміння фундаментальних принципів біології.

Хід уроку

I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ

Питання для бесіди

1. Які способи кодування та збереження інформації вам відомі з повсякденного життя?

2. Яким чином відбувається кодування і збереження спадкової інформації в живих організмах? З якою метою?

3. Пригадайте поняття «ген», «ДНК», «РНК», «хромосоми».

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Розповідь учителя з елементами бесіди

1. Основні етапи розвитку генетики

Генетика (від грецьк. генезис — походження) — наука про закономірності спадковості та мінливості організмів.

Відлік генетики як науки починається з 1900 року, коли три дослідники, що проводили досліди з гібридизації рослин, голландець Г. де Фріз, німець К. Корренс та австрієць Е. Чермак, незалежно один від одного відкрили ті самі закономірності успадковування ознак у рослин, які були встановлені 1860 року чеським дослідником Грегором Менделем і описані його роботі «Досліди над рослинними гібридами». Термін «генетика» запропонував 1906 року англійський учений У. Бетсон.

У своїх дослідах з різними сортами гороху Г. Мендель основні закономірності успадкування ознак, що складають основу сучасної генетики. До цього часу чітких уявлень про закономірності наслідування у дослідників не було.

У розвитку генетики виокремлюють такі етапи:

1) Перший етап — ера класичної генетики (1865-1942)

• 1865 — Грегор Мендель робить доповідь «Досліди над рослинними гібридами»;

• 1869 — швейцарський гістолог Фрідріх Мішер відкрив ДНК як головну складову частину ядер, назвавши її «нуклеїном»;

• 1885 — німецький зоолог Август Вейсман припускає, що кількість хромосом у статевих клітинах має бути вдвічі меншою, ніж у соматичних;

• 1901 — голландський ботанік Хуго де Фріз публікує роботу «Мутаційна теорія»;

• 1903 — припущено, що хромосоми є носіями спадковості;

• 1905 — американський біолог У. Бетсон уводить термін «генетика»;

• 1908 — відкрито закон Харді-Вайнберга;

• 1909 — датським біологом В. Йогансаном уведено термін спадкової одиниці «ген»;

• 1910 — американський біолог Т. Морган доводить, що гени розташовані в хромосомах;

• 1913 — американський зоолог А. Стервант складає першу генетичну карту хромосоми;

• 1918 — англійський біолог Р. Фішер публікує роботу «Кореляція між родичами на основі припущення про менделівське успадкування», що є початком робіт зі створення синтетичної теоріїеволюції;

• 1920 — російський біолог М. І. Вавилов сформулював закон гомологічних рядів спадковості та мінливості, указавши тісний зв’язок генетики з еволюційним ученням;

• 1928 — англійський лікар Ф. Грифіт відкриває молекулу спадковості, яка передається від бактерії до бактерії;

• 1931 — американською дослідницею Б. Мак-Клінток було відкрито кросинговер як причину рекомбінації генів;

• 1941 — американські біологи Е. Тейтем та Д. Бідл доводять, що в генах закодована інформація про структуру білків.

2) Другий етап — ера ДНК (1943-1976)

• 1944 — дослідники О. Евері, К. Маклеод та М. Маклін ізолюють ДНК;

• 1950 — американський біохімік Е. Чаргафф показує, що, хоча частка нуклеотидів у ДНК не є сталою, є певні закономірності; наприклад, кількість аденіну дорівнює кількості тиміну А = Т (правило Чаргаффа);

• 1950 — Б. Мак-Клінток відкриває транспозони кукурудзи;

• 1952 — американські генетики А. Херші та М. Чейз експериментально доводять, що генетична інформація бактеріофагів (і всіх живих організмів) міститься в ДНК;

• 1953 — американські біологи Дж. Уотсон та Ф. Крік розшифрували будову ДНК — подвійна спіраль;

• 1956 — індонезійський учений Джо-Хин Тьо та шведський дослідник А. Леван уперше правильно визначили кількість хромосом людини — 46 у диплоїдному наборі;

• 1958 — американські дослідники М. Мезельсон та Ф. Сталь експериментально доводять, що подвоєння ДНК має напівконсервативний характер;

• 1961 — з’ясовано, що генетичний код складається з триплетів;

• 1970 — під час вивчення бактерії Haemophilus influenzae знайдено ферменти, що можуть вирізати та вбудовувати ділянки молекул ДНК.

3) Третій етап — геномна ера (1977 — наш час)

• 1977 — вперше секвенована ДНК — незалежно дослідниками Ф. Сенгером, У. Гілбертом та А. Максемом;

• 1983 — К. Б. Меліс відкриває полімеразну ланцюгову реакцію, що дозволяє просту і швидку ампліфікацію ДНК;

• 1989 — Ф. Колінзом та Лап-Че Цуі вперше секвеновано ген людини; дефекти у послідовності гена спричиняють розвиток пухлин;

• 1995 — вперше повністю сексеновано геном невірусного організму — бактерії Haemophilus influenzae;

• 1996 — вперше повністю секвеновано геном еукаріотичного організму — пекарських дріжджів Saccharomyces cerevisiae;

• 1998 — вперше секвеновано геном багатоклітинного еукаріотичного організму — нематоди Caenorhabditis elegans;

• 2001 — опубліковані перші нариси повної послідовності геному людини;

• 2003 — завершено проект «Геном людини», секвеновано 99 % геному;

• 2008 — стартував міжнародний проект з розшифрування геномів 1000 людей;

• 2010 — інститутом Крейга Вентера складено повністю штучний геном бактерії на основі відомого мінімального набору природних генів Mycoplasma mycoides.

2. Методи генетичних досліджень

• Гібридологічний;

• близнюковий;

• цитогенетичний;

• популяційний (статистичний);

• біохімічний;

• молекулярно-біологічний.

Метод

Суть

Значення

Гібридологічний

Система схрещувань організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак, і аналіз їх результатів

Можна встановити:

• домінантною чи рецесивною є досліджувана ознака і відповідний їй ген;

• генотип організму:

• взаємодію генів і характер цієї взаємодії;

• явище зчеплення генів;

• відстань між генами;

• зчеплення ознак зі статтю

Генеалогічний

Вивчення родоводів організмів та кількісний аналіз ознак нащадків у ряді поколінь

Дає змогу простежити характер успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь, з’ясувати ймовірність прояви ознак у нащадків (приклад — захворювання на гемофілію)

Близнюковий

Аналіз і порівняння мінливості у гомозиготних і гетерозиготних близнят

Можна з’ясувати роль генотипу та чинників довкілля у формуванні фенотипу особин

Цитогенетичний

Дослідження особливостей хромосомного набору (кількості, форми та розмірів хромосом) організмів

Дає змогу виявити мутації, пов’язані зі зміною кількості хромосом та структури окремих із них. Застосовується у систематиці організмів (каріосистематика)

Популяційно-статистичний

Вибірково досліджують частини популяцій і статистично обробляють одержані дані

Дає можливість вивчати генетичну структуру популяцій — частоти зустрічальності алелів та генотипів у популяціях організмів та динаміку їх змін під впливом зовнішнього середовища (приклад — виявлення дальтонізму)

Біохімічний

Аналіз хімічного складу і процесів обміну речовин

Використовують для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням обміну речовин (цукровий діабет)

3. Генетична термінологія і символіка

Як ви вже знаєте, генетика — це наука про закономірності спадковості й мінливості. Отже, вивчимо основні генетичні символи і терміни.

Спадковість — здатність організмів передавати свої ознаки з покоління у покоління.

Мінливість — здатність організмів набувати нових, порівняно з батьківськими, ознак.

Ген (від грецьк. «генос» — народження) — частина молекули ДНК, що кодує первинну структуру поліпептиду, молекули тРНК або рРНК. Відповідає за ознаку, тобто за структуру певної молекули білка.

Реалізація інформації, що міститься в генах, відбувається за схемою:

Ознака — будь-яка особливість будови, будь-яка властивість організму. Види ознак:

• морфологічні (колір очей, волосся, форма носа та ін.);

• фізіологічні (група крові);

• біохімічні (ферментні системи організму).

Альтернативні ознаки — взаємовиключні, контрастні ознаки (жовте та зелене забарвлення насіння гороху).

Генетичні символи

Р — батьківські організми, взяті для схрещування.

(дзеркало Венери) — жіноча стать.

(щит і спис Марса) — чоловіча стать.

х — схрещування.

F1, F2 — гібридне потомство, індекс відповідає порядковому номеру покоління.

G — гамети;

А — домінантний ген;

а — рецесивний ген;

АА — домінантна гомозигота;

аа — рецесивна гомозигота;

Аа — гетерозигота.

Гомологічні хромосоми (від грецьк. «гомос» — однакові) — парні хромосоми, однакові за формою, розмірами, наборами генів. У диплоїдній клітині набір хромосом завжди парний: одна хромосома з пари материнського походження, інша — батьківська.

Локус — ділянка хромосоми, в якій розташований ген.

Алель — один з можливих станів (варіантів) ознаки.

Алельні гени — гени, що розташовані в тих самих локусах гомологічних хромосом. Контролюють розвиток альтернативних ознак (домінантних та рецесивних — карі та сірі очі).

Генотип — сукупність спадкових ознак організму, отриманих від батьків, — спадкова програма розвитку.

Фенотип — сукупність ознак і властивостей організму, що проявляється під час взаємодії генотипу із середовищем.

Зигота (від грецьк. «зиготе» — сполучені разом) — клітина, що утворюється після злиття двох гамет (статевих клітин) — жіночої (яйцеклітини) та чоловічої (сперматозоїда). Містить диплоїдний (подвійний) набір хромосом.

Гомозигота — зигота, що має однакові алелі певного гена (обидві домінантні АА або обидві рецесивні аа). Гомозиготна особина серед нащадків не дає розщеплення.

Гетерозигота (від грецьк. «гетерос» — інша) — зигота, що має два різних алелі за певним геном (Аа, Вb). Гетерозиготна особина серед нащадків дає розщеплення за даною ознакою.

Домінантна ознака (від лат. «едомінас» — панівний) — переважаюча ознака, що проявляється серед нащадків у гетерозиготних особин.

Рецесивна ознака (від лат. «рецесус» — відступати) — ознака, яка успадковується, але є підпорядкованою і не виявляється у гетерозиготних нащадків, що отримані схрещуванням.

Гамета (від грецьк. «гаметес» — подружжя) — статева клітина рослинного або тваринного організму, яка містить один ген з алельної пари. Гамети завжди містять гени в «чистому» вигляді,оскільки вони утворюються шляхом мейотичного поділу клітин і містять лише одну з пари гомологічних хромосом.

IV. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ Й КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ І ВМІНЬ УЧНІВ

1. Які етапи можна виділити в розвитку генетики як науки?

2. Які найзначніші відкриття відбулися в кожному з цих етапів?

3. Які методи досліджень застосовують у генетиці? Яким чином і що можна встановити з їхньою допомогою?

4. Наведіть основні генетичні терміни та символи.

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Опрацювати відповідний параграф підручника.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити