Генетика пола

Тип урока: комбинированный.

Вид урока: объяснительно-иллюстрированный с элементами проблемного изложения.

Цель урока: Сформировать у учащихся понятие пола.

Задачи:

1. Показать, что признак пола наследуется так же, как и любой другой признак.

2. Указать на материальную основу признака пола, выраженного в виде половых хромосом (хромосомная теория определения пола).

3. Развивать и закреплять навыки и умения работы с учебной литературной, решения генетических задач.

Оборудование: Таблицы: “Оплодотворение”, “Обозначения, принятые и при составлении родословных”, “Родословная рода Виктории”, “Полное доминирование”, “Наследование, сцепленное с полом”; магнитные карточки-термины; набор для магнитной доски “Хромосомное определение пола”.

Ход урока

I Этап урока – подготовка к изучению нового материала, проверка и актуализация знаний.

Биологический диктант.

Учитель на магнитной доске поочередно выставляет карточки-термины, учащиеся фронтально устно отвечают:

1. Ген.
2. Аллель, аллельные гены.
3. Гаметы.
4. Зигота.
5. Гомозигота.
6. Гетерозигота.
7. Генотип.
8. Фенотип.
9. Геном.
10. Хромосомы.
11. Сцепленные гены.
12. Анализирующее скрещивание.

Тестирование. Проводится по заранее отпечатанным для каждого учащегося вопросам (можно использовать один или несколько вариантов).

1. Что такое ген?

1. Молекула ДНК.
2. Участок молекулы ДНК, несущий информации о первичной структуре одного белка.
3. Участок ДНК, состоящий из трех нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту.

2. Что такое фенотип?

1. Совокупность генов организма.
2. Совокупность внешних признаков организма.
3. Совокупность внешних и внутренних признаков организма.

3. Какие гены называются сцепленными?

1. Проявляют свое действие в гомо- и гетерозиготном состоянии.
2. Локализованный в одной хромосоме.

4. Перекрест хромосом – это:

1. Разрыв хромосомы на 2 - 3 части.
2. Спирализация хромосом.
3. Обмен участками между двумя гомологичными хромосомами.

5. Впервые закономерности сцепленного наследования установил:

1. Г. Мендель.
2. Т. Морган.
3. Р. Пеннет.
4. Ф. Реди.

6. Какие гены называют аллельными?

1. Локализованные в первой хромосоме.
2. Проявляющие свое действие только в гомозиготном состоянии.
3. Парные гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и определяющие альтернативное развитие одного и того же признака.

7. Генотип – это:

1. Совокупность генов первой хромосомы.
2. Совокупность генов первого организма.
3. Совокупность генов, находящихся в гамете.

8. Гамета – это:

1. Мужская или женская половая клетка.
2. Оплодотворенная яйцеклетка.
3. Соматическая клетка.

9. Гетерозигота – это:

1. Особь, которая в потомстве дает расцепление.
2. Особь, которая в потомстве не дает расщепления.
3. Оплодотворенная яйцеклетка.

10. У норок коричневый цвет доминирует над платиновым (полное доминирование). Чтобы узнать генотип коричневого самца на звероферме его скрестили с платиновой самкой. Как называется такое скрещивание?

1. Анализирующее.
2. Дигибридное.
3. Полигибридное.

II этап урока – изучение нового материала

Учитель: мы выяснили, что материальными единицами (носителями) наследственности являются гены, находящиеся в хромосомах, которые передаются в составе гамет от родителей к потомкам. А как происходит наследование половых признаков, каковы материальные основы этих признаков, каковое соотношение полов в природе и в чем проявляются закономерности наследования признаков, сцепленных с полом? Это и есть задачи сегодняшнего урока, тема которого: “Генетика пола”. (записывает на доске, учащиеся – в тетрадях), на доске заранее записаны основные рассматриваемые вопросы).

1. Соотношение полов в природе.

Учитель обращает внимание, что у большинства раздельных организмов соотношение полов 1:1. Затем он задает классу проблемный вопрос: чем можно объяснить такое численное соотношение? Как правило, учащиеся затрудняются ответить. Следующий наводящий вопрос: при каком скрещивании наблюдается расщепление 1:1? (Ответ: при анализирующем скрещивании, если анализируемый организм гетерозиготен). Далее учащиеся высказывают предположение, что соотношение полов 1: 1 может быть в том случае, если один пол “гомозиготен”, а другой “гетерозиготен” по гену, определяющему половую принадлежность. Такую догадку высказал еще Г, Мендель. Впоследствии она была подтверждена генетическими опытами К. Корренса в 1907 году с растением переступень (Bryonia), Л. Лонкастера в 1906 году с бабочкой пяденицей крыжовичной (Abraxas grossularia).

Однако решающие доказательства гомо- и гетерозиготности полов дали цитологические исследования.

2. Хромосомное определение пола.

1. Гомогаметный и гетерогаметный пол.

Учитель предлагает учащимся решить задачу: В спортивных соревнованиях существует одна деликатная проблема, отдельные представители сильного пола пытаются соревноваться… с женщинами. У слабого пола пытается выиграть мужчина… в женском обличье! Выиграть – не в споре равных, а у тех, кто ему заведомо уступает. Оказывается, такое плутовство возможно. Существуют способы обмануть судей. Как не допустить появления на женских соревнованиях мужчин?

Предложите способ определения пола, который исключал бы любые ошибки. Ведь, как известно, внешность часто обманчива.

Возможны варианты ответов учащихся: за любые признаки отвечают гены и хромосомы, следовательно, можно провести анализ ДНК, рассмотреть хромосомы.

Учитель напоминает, что анализ ДНК – достаточно длительная и дорогостоящая операция, поэтому проще рассмотреть хромосомы, которые при соответствующей обработке видны в микроскоп.

Далее учитель предлагает школьникам рассмотреть рис.74 и рис.75 (параграф 3. 15., учебник Биология 10 – 11 базового уровня, В. И. Сивоглазов и др.), можно использовать демонстрационные таблицы “Хромосомное определение пола”, “Хромосомный набор организмов”) и ответить на вопрос: чем же отличаются хромосомные наборы женской и мужской зигот? (ответ: хромосомный набор женской и мужской зигот отличается одной парой хромосом. У человека 23-й; а у дрозофилы – 4-й).

Следующий вопрос: чем же определяются морфологические, физиологические, психологические особенности поведения мужчин и женщин? (ответ: наличием 23-й пары хромосом, в которой содержатся гены, определяющие половую принадлежность).

Учитель уточняет, что такие хромосомы называются половыми, а остальные – неполовые – аутосомы:

Хромосомный набор

• аутосомы (неполовые)
• половые  (определяют пол)

Половые хромосомы женщин одинаковы, их называют Х-хромосомами, у мужчин имеется одна Х-хромосома и одна Y-хромосома, которая внешне сильно отличается он Х-хромосомы. Перепутать ХХ с ХY в кариотипе человека (да и любого другого организма) невозможно. Это и используется при проведении секс-контроля накануне крупнейших международных соревнований. Такая процедура проводится с 1968 года. С внутренней стороны щеки спортсменки берется соскоб эпителия, затем его красят специальным составом и рассматривают под микроскопом. В результате этого исследования в нашей стране только за 20 лет сняты с соревнований 16 человек.

Вернемся к вопросу о соотношении полов.

Задание классу: попробуйте самостоятельно, используя схему скрещивания (на примере дрозофилы – рис. 74 или человека – рис. 77), разобрать поведение половых хромосом при мейозе и оплодотворении и ответить на вопросы:

1. От чего зависит пол организма?
2. Какой пол считается гомогаметным?   гетерогаметным?
3. Чьи гаметы, отца или матери являются решающими при определении пола?
4. В какой момент он определяется?

После выполнения задания первому учащемуся у доски предлагается ответить на предложенные вопросы с использованием демонстрационной таблицы “Оплодотворение”, другой же ученик поясняет ход рассуждений с помощью динамического пособия “Хромосомный механизм определения пола”.

Обсуждение выполнения задания и подведение итогов сопровождается поясняющей схемой на доске.

Выводы:

1. Признак пола подчиняется тем же закономерностям, что и всякий другой. Он генетически предопределяется половыми хромосомами.
2. При определении пола человека решающими являются гаметы мужчины, так как яйцеклетки женщины все одинаковы.
3. Гомогаметный пол – пол, формирующий при мейозе только 1 тип гамет. Гетерогаметный пол – пол, формирующий при мейозе 2 типа гамет.
4. Пол определяется в момент оплодотворения и зависит от того, какие гаметы встретятся (Х и Х или Х и Y).

Далее учитель задает классу вопрос: всегда ли самки гомогаметны, а самцы гетерогаметны? Как правило, из-за недостатка знаний, учащиеся затрудняются ответить. Тогда учитель предлагает найти ответ в учебнике (стр. 160 – 161).

Ответ: дигаметность (гетерогаметность) характерна не только для мужского пола, так, например, у птиц, бабочек, женский пол ZW, а мужской ZZ). Учитель поясняет, что ранее Х-хромосому обозначали Z, а Y- W, теперь от такой символики отказались.

2. Хромосомные наборы.

Цитологи при изучении мейоза различных животных пришли к выводу, что каждому виду организмов свойственен определенный тип хромосомного набора. Существует несколько типов, получивших название по тем животным, у которых впервые обнаружен тип ХY получивший название Lygaeus (травяной клоп) определен у млекопитающих (в том числе и человека), рыб, у двукрылых насекомых и двудомных растений, поэтому эти типы хромосомных наборов стали называть Drosophila, так как для них характерен гетерогаметный пол у самца и гомогаметныцй – у самки.

Тип хромосомного набора ХY, когда женский пол гетерогаметен, а мужской пол наоборот гомогаметен, обнаружен у бабочек и птиц, получил название Abraxas (бабочка крыжовенная пяденица).

Существует и иной механизм определения пола – ХО (хромосомный набор клопа Protento - тип Protentor).

Задание для закрепления.

Заполнить таблицу 1.

Таблица 1. Типы соотношения половых хромосом у животных.

Тип хромосомного набора, а следовательно и пол определяется в момент оплодотворения и зависит от того, какие гаметы сольются (у кузнечиков):

Проблемный вопрос: как Вы считаете, у всех ли животных пол будущей особи определяется в момент оплодотворения? Обычно учащиеся отвечают, что у всех, либо затрудняются с ответом из-за недостатка знаний.

3. Типы определения пола.

Объяснение учителя (с одновременным заполнением таблицы 2 на доске). У человека, рыб, птиц, млекопитающих определение пола происходит в момент оплодотворения. Это наиболее распространенный сингамный тип определения пола.

Но существуют другие типы определения пола, происходящие на разных фазах цикла размножения и развития. Так у некоторых видов тлей коловраток, кольчецов оно осуществляется до оплодотворения – прогамно.

А у морского червя боннелия пол определяется и развивается эпигамно – после оплодотворения в процессе онтогенеза. Учитель рекомендует ознакомиться с информацией учебника (§ 3. 15. стр. 161).

Таблица 2. Типы определения пола
(из урока “Почему не бывает трехцветных котов”, журнал Биология в школе – 2005 № 4.)

Но каким бы не был механизм определения пола, вместе с половыми хромосомами наследуется определенные признаки.

Закономерности наследования, сцепленного с полом (объяснение учителя).

1. Признаки, сцепленные с половыми хромосомами.

Наследование признаков, контролируемых генами, локализованными в половых хромосомах, называется сцепленным с полом наследованием (учащиеся записывают в тетрадях.).

У человека определены все 23 теоретически возможных группы сцепления. Каждая из них содержит по нескольку сот генов. Более 100 генов локализовано в 23-й группе, то есть в половых хромосомах. Гены 22-х групп аутосом наследуются и мужчинами, и женщинами, независимо от пола. Признаки же, контролируемые генами половых хромосом, зависят от пола. Какие признаки содержат Х и Y – хромосомы? (самостоятельные работа учащихся по (параграф 3. 15. стр. 162, с последующими обсуждением с применением демонстрационной таблицы № 3).

Таблица 3. Наследование, сцепленное с полом.

с Х- хромосомой

с Y- хромосомой

1. Подавляющая часть генов 23-й группы сцепления находится в Х – хромосоме (то есть Y – хромосома почти “пуста”), большинство из них патологические. Все имеют рецессивный характер.

2. Гены, локализованные в Х – хромосомах, наследуются как по мужской линии (мать передает сыну Х – хромосому, а отец – Y), так и по женской линии:

3. Гены, которые находятся в Y – хромосоме передаются только по мужской линии и всегда находятся в гемизиготном состоянии (то есть у них нет пары, так как в Х – хромосоме они находиться не могут).

Чем же тогда можно объяснить следующие факты:

• несвертываемостью крови? (Гемофилией)
• цветовой слепоты? (Дальтонизмом)

Этими заболеваниями, сцепленными с Х- хромосомой, болеют, как правило, только мужчины. Первый случай гемофилии у женщин описан в 1951 году, а дальтонизмом страдают около 4 % мужского населения, но менее 1 % - женского.

Эту проблему учитель предлагает разрешить на примере этих двух заболеваний, записав и рассмотрев конкретные схемы скрещивания.

2. Наследование гемофилии (сообщение учащегося).

Гемофилия – болезнь, при которой нарушено свертывание крови, так что даже небольшой порез или царапина приводит к обильному кровотечению.

Вызвана она мутациями разных генов, контролирующих разные факторы свертывающей системы крови. Этих факторов всего 12, в частности, к ним относятся белки фибриноген, фибрин, протромбин, тромбин, ионы Са²⁺ и др.

Различные мутации приводят к одному результату – фенотипическому проявлению гемофилии.

Таким образом, существует несколько видов этого заболевания. Наиболее часто встречается гемофилия А, вызванная рецессивной мутацией гена, контролирующего синтез антигемофилического глобулина-VIII - фактора свертывания. В этом случае наблюдается дефицит этого белка, что и обусловливает болезнь.

Так как ген рецессивен, то встречается заболевание очень редко и, как правило, у мужчин. Считается, что девочки-гемофилики (а у них заболевание будет проявляться только в гомозиготном состоянии Х^hХ^h), погибают еще в зародышевом состоянии.

Это страшная болезнь затронула и семью последнего российского императора Николая II. Отец Николая государь Александр III возражал против брака своего сына с Аликс-Викторией-Еленой-Бригиттой-Беатрисой принцессой Гессенской и Рейнской

(по другим источникам принцессой Гессен-Дармштадской). Одной из причин было то, что трон в государстве Российском наследовался по мужской линии, а было известно, что мужчины в роду принцессы редко доживали до преклонного возраста. Уже на смертном одре Александр III благословил брак Николая и Алисы, которая после крещения в православие приняла имя Александра Федоровна.

Опасения Александра III оказались не напрасными. Через год после бракосочетания, в ноябре 1895 года царица родила своего первого ребенка – дочь Ольгу. Затем подряд родились еще 3 девочки: Татьяна - 1897 год, Мария - 1899 год, Анастасия - 1901 год. Наконец, 30 июля (12 августа) 1904 года у дружной супружеской пары родился долгожданный наследник – царевич Алексей.

Но после рождения выяснилось, что мальчик болен страшной неизлечимой болезнью – гемофилией. Это стало трагедией царской семьи. Обычно с таким заболеванием редко доживают до зрелого возраста.

Болезнь наследника престола была объявлена государственной тайной, о которой знали только члены семьи и самые приближенные слуги.

Александра Федоровна с горя полностью ушла в религию. Алексей с детства находился под строгим контролем, его во многом ограничивали. Но, несмотря ни на что, царевич рос добрым, милым и смышленым мальчиком.

Вот как пишет об Алексее протопресвитер русской армии и флота о. Георгий Шавельский: “Благодаря необыкновенной простоте и сердечности в обращении Алексей Николаевич привлекал к себе все сердца как своей внешней, так и духовной красотой; его ясный, открытый взгляд, во всем проявляемая решительность, приятный звонкий голос – вызывали во всех его видевших, чувство глубочайшей симпатии. Господь наделил несчастного мальчика прекрасными природными качествами: сильным и быстрым умом, находчивостью, добрым и сострадательным сердцем, очаровательной и

Царей простотой; красоте духовной соответствовала и телесная. Алексей Николаевич быстро схватывал нить даже серьезного разговора, а в нужных случаях так же быстро находил подходящую шутку для ответа”

Далее учитель предлагает классу ответить на вопрос: от кого унаследовал царевич ген гемофилии – от матери или отца?

Для ответа запишите схему скрещивания (один учащийся работает у доски, остальные в тетрадях).

Х^н – ген нормальной свертываемости крови

Х^h – ген гемофилии

Вероятность рождения: сына гемофилика 25 % и здорового сына 25 %, тогда как у девочек заболевание проявляться не будет.

Или то же самое с помощью обозначений, принятых при составлении родословных (рис. 1).

При обсуждении и анализе записей скрещивания учащиеся при помощи учителя формируют выводы: ген гемофилии передается только по женской линии, то есть сын получает ген от матери вместе с Х – хромосомой, от отца он не может унаследовать это заболевание, так как Y – хромосома “пустая”. Таким образом мужчина – гемофилик гемизиготен и имеет генотип Х^h Y.

Обращаясь к генеалогическому древу потомков королевы Виктории (рис. 2), учитель дополняет сведения о наследовании гемофилии.

Рис. 2. Наследование гемофилии у потомков королевы Виктории.

На схеме указаны только те потомки, которые участвовали в передаче гемофилии или были поражены ею. Родословная британского королевского дома продолжена, чтобы показать почему гемофилия не проявлялась здесь ни у одного из потомков королевы Виктории на протяжении семи поколений. (Из Н. Грина, У. Стаута, Д. Тейлора. Т. 3, с. 241).

Изучение генеалогии европейских династий показало, что носительницей гемофилии была королева Виктория – бабушка Александры Федоровны. Виктория имела большое потомство (5 детей). Ее дочери вышли замуж за разных европейских правителей, и гемофилия проявилась в нескольких царствующих династиях: в прусской, русской и испанской. В английском королевском доме болезнь не проявилась, так как его продолжателем стал сын королевы Виктории Эдуард VII.

3. Наследование дальтонизма.

Для активизации познавательной деятельности учащихся, закрепления и развития навыков решения генетических задач учитель предлагает самостоятельно выполнить задание 4, с. 145 из рабочей тетради к учебнику В.И. Сивоглазова, И. Б. Агафоновой, Е.Т. Захарова.

Решение задачи

Ответ: 50 % детей будут дальтониками, 50 % - иметь нормальное цветовое зрение, но половина дочерей будут носителями.

При обсуждении решения задачи учащиеся делают вывод, что наследование дальтонизма подчиняется тем же закономерностям, что и наследование гемофилии – передается по материнской линии и проявляется преимущественно у мужчин.

У женщин дальтонизм (как и гемофилия) фенотипически выражен только в том случае, если оба родителя имели этот ген. Это бывает крайне редко, поэтому болезни, сцепленные с Х – хромосомой, как правило, “мужские”.

Далее учитель обращается к классу: “Поднимите руки, у кого есть или были трехцветные (черепаховые) кошки. Встречаются ли среди них коты? Почему?

Обычно учащиеся отвечают, что встречаются только черепаховые кошки, но объяснить причину затрудняются. Для решения этого проблемного вопроса предлагается задача: У кошек ген черной и ген рыжей окраски сцеплены с половыми Х – хромосомами. Черная окраска (В) доминирует над рыжей (в), но гетерозиготные по этому гену особи дают трехцветную окраску. От трехцветной кошки родились черные котята, но среди них были один рыжий кот и трехцветная кошка, определите генотип и фенотип отца котят.

В – черная окраска.

b – рыжая окраска

В^b – трехцветная окраска, так как гены окраски локализован в Х – хромосоме, то можно записать

Х^В – черная окраска

Х^b – рыжая окраска

Х^В Х^b – трехцветная окраска, это может быть только кошка, так как в y - хромосоме гена окраски нет, то кот может быть либо Х^В Y – черный, либо Х^b Y– рыжий.

Среди котят есть трехцветная кошка, ее генотип Х^В Х^b, где один ген она получила от матери, а другой – от отца. От отца она могла унаследовать только Х^b, так как среди котят есть рыжий кот, который имеет генотип Х^b Y, Y – хромосому он получил от отца, следовательно Х^b - от матери.

Запись скрещивания:

Из решения этой задачи ребята делают вывод, что трехцветных котов не бывает, так как такая окраска проявляется в гетерозиготном состоянии, а кот по окраске гемизиготен.

Практическое значение знаний о наследовании, сцепленном с полом (лекция)

Пример с окраской шерсти у кошек интересен в познавательном плане, так как в обиходе почти все мы имеем дело с домашними животными и многие держат дома кошек. Но, помимо этого, изучение генетики пола и сцепленного с ним наследования имеет большое значение в практике животноводства.

Генетик Струнников, применяя метод экспериментальной перестройки хромосом, создал линию шелкопряда, у которой пол сцеплен с окраской яиц. Яйца самок имеют темную окраску, яйца самцов – светлую. С помощью фотоэлементов машинным способом можно отсортировать и пустить на откорм только мужских гусениц, которые дают выход шелка на 25 – 30 % выше.

Выведение таких как бы меченых по полу животных перспективно для куроводства, разведение осетровых рыб, тонкорунного овцеводства (настриг шерсти с баранов в 1,5 – 2 раза больше) и т. д.

III этап урока – закрепление, формулирование выводов, подведение итогов

Фронтальная беседа.

1. Что является материальной основой половых признаков?
2. Как происходит наследование половых признаков, подчиняется ли оно общим правилам Менделеевского расщепления?
3. Почему соотношение полов в природе 1 : 1?
4. Каковы закономерности наследования, сцепленного с полом?

Выводы. (записываются на доске и в тетрадях).

1. Материальные основы половых признаков – половые хромосомы.
2. Признак пола наследуется так же, как и всякий другой.
3. Вместе с признаком пола в составе Х – хромосом передаются и другие гены – “наследование, сцепленное с полом”.
4. Изучение сцепленного с полом наследования имеет большое практическое значение.

IV этап урока – домашнее задание

Изучить параграфы 3 – 15. Ответить на вопросы 1 – 6 (с. 164). Решить задачу

№ 7.

Решить задачи (по желанию):

1. У кур, гены, определяющие окраску, локализованы в Х – хромосоме. У одной из пород кур ген серебристого оперения (А) доминирует над геном золотистого оперения (а). С каким генотипом следует подбирать кур и петухов, чтобы определять пол цыплят по оперению?
2. Рецессивный ген гемофилии находится в Х – хромосоме. Отец девушки страдает гемофилией, тогда как ее мать в этом отношении здорова и происходит из семьи благополучной по этому заболеванию. Девушка выходит замуж за здорового юношу. Что можно сказать о их будущих сыновьях, дочерях, а также внуках обоего пола (при условии, что сыновья и дочери не будут вступать в брак с носителями гена гемофилии)?

Литература.

1. Агафонова И. Б., Сивоглазов В.И., Я. В. Кошелевская. Рабочая тетрадь к учебнику В.И. Сивоглазова, И.Б. Агафоновой, Е.Т. Захаровой. Биология 10 – 11 базовый уровень. – часть 1. – М.: Дрофа 2007.
2. Вили К., Детье В. Биология Пер. с англ. М: Мир, 1975.
3. Галушкова Н.И. Биология для поступающих в ВУЗы. Способы решения задач по генетике. Волгоград: Братья Гринины 2000.
4. Дубинин Н.П. Генетика и человек. Кн. для внеклассного чтения IX – X кл., М., Просвещение, 1978.
5. Киселева З.С., Мягкова А.Н. Методика преподавания факультативного курса по генетике. М.: Просвещение 1979.
6. Корсунская В.М., Мироненко Г.Н., Моксева З.А., Верзилин Н.М. Уроки общей биологии. М.: Просвещение 1986.
7. Модестов С.Ю. Сборник творческих задач по биологии, экологии и ОБЖ. Санкт – Петербург: Акцидент 1998.
8. Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. Биология. Общая биология. Базовый уровень: учебн. для 10 – 11 кл. общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа: 2007.
9. Смелова В.Г. Почему не бывает трехцветных котов? Урок о генетике пола. Биология в школе, 2005. № 4.