Основы генетических знаний в трудах Грегора Менделя

Цели:

1. Охарактеризовать генетику как науку, её развитие и значение.
2. Ввести понятие о гибридологическом методе изучения наследственности, основных генетических терминах и символике.
3. Развивать через поэтапную работу мыслительную деятельность учащихся и навыки работы с генетической терминологией.
4. Воспитывать у учащихся интерес к получению генетических знаний.

Оборудование: портрет Г.Менделя, модель-аппликация: "Ход моногибридного скрещивания", сюжетный рисунок, словесные плакаты: задачи урока и раздела, стихотворение С. Михалкова, раздаточный поурочный материал: тест, статья: "Как работал Мендель".

Тип урока: вводная лекция.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент (5 –7 мин.)

1. Проверка посещаемости урока.
2. Концентрация внимания учащихся.

II. Основная часть урока (60 мин.)

1. Вступительное слово учителя. Уважаемые ребята и гости урока, мы сегодня открываем страницу наиболее интересной науки биологического цикла – генетики. Генетика является наукой, где требуется понимание и знание многих сложных вопросов. Я прошу быть внимательным в течение всего занятия.

Учитель знакомит учащихся с темами изучаемого раздела и с конкретными задачами данного урока.

Темы изучаемого раздела (на отдельном плакате):

1. Генетика – как наука о наследственности и изменчивости.
2. Г. Мендель – основоположник генетической науки.
3. Новости генетической науки.
4. Основные генетические термины и символика.
5. Гибридологический метод изучения наследственности.
6. Основные наследственные закономерности, открытые Г. Менделем: I и II Законы чистоты гамет.

Учитель вводит занимательный элемент развивающего обучения. На отдельном плакате – сюжетный рисунок. Вопрос учащимся: какую наследственную ошибку допустил художник в данном рисунке? Ответ: он забыл о наследственности и перепутал детей животных.

2. Работа по опережающим заданиям

Выступления учащихся о новостях генетической науки.

Проект: "Геном человека"

Международный проект был начат в 1988 г. В проекте работает несколько тысяч из более чем 20 стран. С 1989 г. в нём участвует и Россия. Все хромосомы поделены между странами – участницами, и России для исследования достались 3, 13, 19 хромосомы.
Основная цель проекта – определить локализацию всех генов в молекуле ДНК.
Что представляет собой основной предмет проекта – геном человека?
Известно, что в ядре клетки 46 хромосом (соматических). Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке ~2 м, они содержат около 3,2 млрд. пар нуклеотидов. Общая длина ДНК во всех клетках человеческого тела (их примерно 5 х 10 ¹³ ) составляет 10¹¹ км, что почти в тысячу больше расстояния от Земли до Солнца.
Как же помещаются в ядре такие длиннющие молекулы? Оказывается, в ядре существует механизм ''насильственной укладки" ДНК. В самой молекуле гены повторяются много раз. Например, ген, кодирующий р ДНК повторяется около 2 тыс. раз.
К 1998 г. расшифрована примерно половина генетической информации человека.
В таблице приведены данные (известные на сегодня) по количеству генов, вовлечённых в развитие и функционирование некоторых органов и тканей человека.

Сегодня установлено, что предрасположенность к алкоголизму или наркомании тоже может иметь генетическую основу. Открыто уже 7 генов, повреждения которых связаны с возникновением с зависимости от химических веществ. Из тканей больных алкоголизмом был выделен мутантный ген, который приводит к дефектам клеточных рецепторов дофамина – вещества, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга Недостаток дофамина или дефекты его рецепторов напрямую связаны с развитием алкоголизма.
Сегодня можно на основе генов узнать человека по следовым количествам крови, чешуйкам кожи, и т.п.
В настоящее время интенсивно изучается проблема зависимости способностей и талантов человека от его генов.
Главная задача будущих исследований – выявление различий между людьми на генетическом уровне. Это позволит создавать генные портреты людей и эффективнее лечить болезни, оценивать способности и возможности каждого человека, оценивать степень приспособленности конкретного человека к той или иной экологической обстановке
Необходимо упомянуть об опасности распространения генетической информации о конкретных людях. В некоторых странах уже приняты законы, запрещающие распространение такой информации.

Гены и поведение

Уже сотни лет ведётся спор о том, что влияет на характер и темперамент, интеллект и творчество – наследственность или воспитание.
Английский биолог Френсис Гальтон в 1865г. (двоюродный брат Ч.Дарвина) исследовал родословные выдающихся людей и пришёл к выводу о наследственной природе таланта.
В настоящее время генетикам удалось найти гены, которые определяют некоторые психологические характеристики человека. Было установлено, что чтение связано с одним из участков хромосомы 15. Многие гены участвуют в развитии умственных способностей.
Голландский генетик Гансу Бруннеру исследовал семью, в 3^х поколениях которой 14 мужчин – дядей, братьев, племянников – проявляли нарушение поведения (агрессивность, умственную отсталость и т.д.) Он установил, что это не просто нарушения, а заболевание, связанное с X – хромосомой. Оно передавалось через женщин (которые сами были здоровыми) и проявлялось только у мужчин. У всех обследованных мужчин была мутация в гене.
Американский генетик Кен Кендлер определил, что тревожность и депрессия на 33–46 % определяются наследственностью. Однако, как гены влияют на человека, ещё неразрешенная проблема.

Анализ генома человека завершён?

В Вашингтоне 6 апреля 2000 г. состоялось заседание комитета по науке Конгресса США, на котором было заявлено о завершении расшифровки нуклеотидных последовательностей всех необходимых фрагментах генома человека. Ожидается, что предварительная работа по составлению последовательностей всех генов (их около 80 тыс. и они содержат примерно 3 млрд. "букв") ДНК будет завершена через 3–6 недель. Окончательная расшифровка генома человека будет завершена в 2003 году.
На вопрос, не станет ли теперь реальностью целенаправленное изменение человеческой расы, главный специалист компании ответил, что для полного определения функций всех генов может потребоваться около 100 лет, а до тех пор о целенаправленных изменениях говорить не приходится.
В декабре 1999 г. исследователи Великобритании и Японии объявили об установлении структуры 22 хромосомы. Она содержит 33 млн. пар оснований и в её структуре нерасшифрованными остались 11 участков. Для этой хромосомы установлены функции примерно половины генов. Установлено, с дефектом этой хромосомы связано 27 различных заболеваний, например – шизофрения, лейкемия.

Преподаватель: В основу современной науки – генетики легли закономерности наследования признаков, обнаруженные Г. Менделем. Познакомимся кратко с его биографией.

Выступление студента.

Биография Грегора Менделя

Грегор Иоганн Мендель стал основоположником учения о наследственности, т. е. науки – генетики.
Родился Иоганн Мендель 22 июля 1822 г. в бедной семье крестьянина в небольшой деревушке в Австрийской империи (сегодня это территория Чехии). Благодаря своим незаурядным способностям ему удалось закончить сначала гимназию, а затем двухгодичные философские курсы.
В 1843 г. Мендель поступил в августинский монастырь г. Брно. По обычаю, приняв монашеский сан, Иоганн Мендель получил своё второе имя – Грегор.
Став монахом, Мендель наконец-то был избавлен от вечной нужды и заботы о куске хлеба.
В монастыре он стал всерьёз заниматься садоводством и выпросил под садик небольшой огороженный забором участок.
Кто бы мог предположить, что на этом крохотном участке будут установлены всеобщие биологические законы наследственности. Весной 1845 г. Мендель высадит здесь горох.
А ещё раньше, в его монашеской келье, появятся ёж, лисица и множество мышей. Мендель скрещивал их, наблюдал, какое получалось потомство. Но монастырское начальство проведало о его опытах с мышами и распорядилось убрать мышей, чтобы не бросать тень на репутацию монастыря.
Тогда Мендель перенёс свои опыты на горох, росший в монастырском садике.
Позднее он шутливо говорил своим гостям:
– Не хотите ли посмотреть на моих детей?
Удивлённые гости шли вместе с ним в сад, где он указывал им на грядки с горохом.

3. Самостоятельная работа студентов с источником научной информации

Раздаточный материал на столах студентов – статья "Как работал Мендель". Задание для студентов по статье: докажите, что выбор растения горох для опытов было у Менделя удачным.

Как работал Г. Мендель

Г. Мендель проводил свои опыты, используя горох. Выбор объекта для экспериментов был удачным:

• Bo времена, когда жил Г. Мендель уже существовало много сортов гороха, различающихся между собой по многим признакам.
• Растение горох легко выращивать.
• Растение самоопыляемое (т. е., когда пыльца попадает на рыльце пестика того же самого цветка, и такой цветок размножается в чистоте, без влияния факторов окружающей среды).
• Данное растение можно искусственно опылять, что и делал Г. Мендель. (Для этого пыльцу из пыльника одного сорта гороха с помощью кисточки он наносил на рыльце пестика другого сорта гороха. Затем надевал на искусственно опылённые цветки маленькие колпачки, чтобы сюда случайно не попала чужая пыльца).
• Г. Мендель работал лишь с небольшим количеством признаков, это были:
  • Высота стебля;
  • Форма семян;
  • Окраска семян;
  • Форма плодов;
  • Окраска плодов;
  • Расположение цветков;
  • Окраска лепестков.
• Над своими опытами Г. Мендель работал в течении 2 – 3 лет и всегда использовал контрольные растения, а так же вёл точный количественный учёт потомства, которое всегда в его опытах было многочисленным.

4. Объяснение нового материала

Сущность гибридологического метода изучения наследственности. I закон Г. Менделя

В его основе лежит X (т. е. гибридизация) организмов, отличающихся между собой по одному или нескольким признакам, а так же в детальном анализе потомства, (т. е. гибридов) от названия которых и метод стал называться гибридологический.

Моногибридное скрещивание – это скрещивание, в котором родительские формы отличаются по одной паре признаков.

Основные генетические символы:

X – гибридизация или скрещивание;
Р – родительские формы;
– женский организм (символ планеты Венера – зеркало Венеры);
– мужской организм (символ планеты Марс – щит и копьё);
F₁ или F₂ и т.д. ( от лат. filis – дети) потомки или гибриды.

Преподаватель: Вычерчиваем схему (цветным мелом) моногибридного скрещивания, проводим X по одной паре признаков (цвет семян гороха). Все гибриды первого поколения получились единообразны по цвету семян. Так была сформулирована первая закономерность наследственности, которая в науке звучит как I-й закон Менделя. Он гласит:

• Доминантный признак: это признак преобладающий, который проявляется сразу в первом поколении.
• Рецессивный признак: отступающий признак и он начинает проявляться только с F2 поколения.

Установление 2^й наследственной закономерности, открытой Г. Менделем. II закон Г. Менделя

Преподаватель: Г. Мендель поставил задачу: выяснить, как будет наследоваться признак (цвет семян) у гибридов F₂?

Полученную закономерность в F₂ Г. Мендель назвал Законом расщепления признаков. Он гласит:

Фенотип – это совокупность внешних и внутренних признаков организма.

Задание для студентов: прочитать стихотворение С. Михалкова "Дядя Стёпа", найти и назвать слова, отвечающие за фенотип отца и ребёнка. (Стихотворение написано на отдельном плакате.)

В доме восемь дробь один
У заставы Ильича
Жил высокий гражданин
По прозванью Каланча,
По фамилии – Степанов
И по имени – Степан,
Из районных великанов
Самый главный великан.

У Степана сын родился
Малыша зовут Егор
Возле мамы на кровати
На виду у прочих мам
Спит ребёнок небывалый
Не малыш, а целый малый,
Весит он пять килограмм.
Богатырь, а не ребёнок,
Как не верить чудесам,
Вырастает из пелёнок
Не по дням, а по часам.

Закон чистоты гамет, установленный Г. Менделем

Преподаватель: Г. Мендель пытался объяснить наследственную природу признака. Он установил, что признаки организмов определяются отдельными факторами наследственности. В настоящее время эти наследственные факторы называют генами. Давайте вспомним знания о гене.

5. Фронтальный опрос по домашнему заданию.

1. Что такое хромосомы и где они расположены?
2. Что такое ген?
3. Какой набор хромосом называется диплоидным?
4. Какой набор хромосом называется гаплоидным?
5. Что такое гамета?
6. Что такое зигота?

Закон чистоты гамет:

Преподаватель: Г. Мендель ввёл буквенную символику наследственных факторов (т. е. генов). А, В, С – гены, отвечающие за доминантный признак; а, в, с – гены, отвечающие за рецессивный признак. Генотип – совокупность генов, полученная от родителей. Повторно составляем схему моногибридного скрещивания, но по генотипу. (Плакат на доске)
Любой организм содержит 2 гена, отвечающих за развитие одного признака, один от отца, другой от матери. При образовании гамет из каждой пары генов, в гамету попадает только один. Составляем ход моногибридного скрещивания. На доске модель-аппликация:

Гомозигота – это зигота, содержащая одинаковые гены АА или аа;
Гетерозигота – это зигота, содержащая разные гены Аа.

6. Самостоятельная работа учащихся

Задание:

1. Какие типы гамет образуются в следующих генотипах:

2. Какова окраска семян при следующих генотипах: АА; Аа ; аа ?

III. Закрепление урока

Индивидуальная работа учащихся по тесту.

Вариант 1

1. Исследованием закономерностей наследственности и изменчивости занимается наука:

A. Селекция;
B. Физиология;
C. Экология;
D. Генетика.

2. Свойство родительских организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству называют:

A. Изменчивостью;
B. Наследственностью;
C. Приспособленностью;
D. Выживаемостью.

3. Признак, который проявляется сразу же в первом поколении и подавляет проявление противоположного признака, называют:

A. Доминантным;
B. Рецессивным;
C. Промежуточным;
D. Ненаследственным.

4. Совокупность генов, полученных потомством от родителей, называют:

A. Фенотипом;
B. Гомозиготой;
C. Гетерозиготой;
D. Генотипом.

5. Материальной основой наследственности являются:

A. Гены, расположенные в молекуле ДНК;
B. Молекулы АТФ;
C. Молекулы белка;
D. Хлоропласты и митохондрии.

6. "Гибриды первого поколения при дальнейшем размножении дают расщепление, примерно 4^ю часть потомства составляют особи с рецессивными признаками" – это формулировка:

A. Закона Моргана;
B. Первого закона Менделя;
C. Второго закона Менделя;
D. Правила Менделя.

Вариант 2

1. Генетика занимается изучением:

A. Процессов жизнедеятельности организмов;
B. Классификацией организмов;
C. Закономерностей наследственности и изменчивости организмов;
D. Взаимосвязей организмов и среды обитания.

2. Наследственность – это свойство организмов:

А. Взаимодействовать со средой обитания;
B. Реагировать на изменение окружающей среды;
С. Передавать свои признаки и особенности развития потомству;
D. Приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития.

3. Гены, расположенные в молекуле ДНК, представляют собой:

А. Вещество, содержащее богатые энергией связи;
В. Материальные основы наследственности;
C. Вещества, которые ускоряют химические реакции в клетке;
D. Полипептидную цепь, выполняющую многие функции в клетке.

4. Генотип – это совокупность:

А. Генов, полученная потомством от родителей;
В. Внешних признаков организма;
С. Внутренних признаков организма;
D. Реакций организма на воздействие среды.

5. Скрещивание особей, отличающихся по одной паре признаков, называют:

А. Полигибридным;
В. Анализирующим;
С. Дигибридным;
D. Моногибридным.

6. Признак, который у особи внешне не проявляется, называют:

А. Рецессивным;
В.Доминантным;
С Промежуточным;
D.Модификацией.

Ответы:

1 вариант:	2 вариант:
1 – D; 2 – В; 3 – А; 4 – D; 5 – А; 6 – С;	1 – С; 2 – С; 3 – В; 4 – С; 5 – D; 6 – А.

IV. Подведение итогов

Объяснение выполнения домашнего задания.