Мутационная изменчивость. Проблемы биобезопасности

Тип урока: изучение новой темы.

• раскрыть сущность мутационной изменчивости, проблемы биологической безопасности продуктов питания и показать роль мутаций в природе и жизни человека;

Задачи урока:

• Образовательные: на основе знаний учащихся определить особенности мутационной изменчивости, формировать умения по выявлению мутагенных факторов в окружающей среде, углубить знания о сущности процессов, происходящих при мутационной изменчивости.
• Развивающие: развивать умение сравнивать, анализировать, делать выводы.
• Воспитательные: воспитывать бережное отношение к своему здоровью и здоровью будущих поколений; понимание необходимости исследования своей родословной с целью предотвращения заболеваний в случае существования предрасположенности к ним.

Оборудование: мультимедийный проектор или интерактивная доска с подготовленными схемами, компьютерная презентация “Мутационная изменчивость. Проблемы биобезопасности”; муляжи полиплоидных плодов.

Цели урока (для учащихся):

• Узнать о видах наследственной изменчивости, причинах возникновения мутаций их материальной основе.
• Определить значение мутаций для эволюции, селекции и медицины.
• Понять, как можно избежать возникновения мутаций.

Методы обучения: репродуктивные (рассказ, эвристическая беседа), проблемные задания, технология развития критического мышления, метод сравнения, становления связи, анализа, синтеза и классификации, здоровьесберегающие технологии.

I. Организационный момент

Учитель объявляет тему урока.

План урока:

1. Понятие “Мутация”.
2. Основные положения мутационной теории.
3. Классификация мутаций.
4. Факторы возникновения мутаций – мутагены.
5. Проблемы биобезопасности.
6. Значение мутаций.

II. Актуализация опорных знаний учащихся

- Давайте вспомним, какое свойство живых организмов дает возможность приобретать им новые свойства и признаки? (Изменчивость).

- Какие формы изменчивости вам известны? (Ненаследственная, или модификационная, наследственная).

- Чем отличаются эти формы изменчивости? (Модификационная изменчивость не передается из поколения в поколение, она не затрагивает генотип организма, мутационная изменчивость является наследственной и затрагивает генотип организма).

III. Активизация познавательного интереса

Когда мы проходим мимо экспонатов Кунсткамеры, сердце замирает от вида мутантов с лишними или недостающими частями тела (двухголовый ягнёнок, сиамские близнецы, сиреномелия). Уроды человеческие и животные собирались по указу Петра со всех концов России, поскольку “во всех государствах они ценились как диковинки”. Мутанты вызывают у народа смесь интереса и брезгливости: голубые лобстеры, мыши с ушами человека на спинах, мухи с ногами вместо антенн, двуглавые змеи….

IV. Постановка проблемного вопроса

За время своего развития человечество накопило величайшее достояние – ГЕНОФОНД, определяющий состояние вида HOMO SAPIENS, в котором заложено все, что, есть в нас животного и человеческого. Но наш генофонд в целом и генотип конкретного человека – хрупкая система. Химизация сельского хозяйства, современная косметика, отходы промышленного производства, генно-модифицированные объекты, лекарственные препараты – причины генетических изменений организма - мутаций.

- Каковы последствия мутаций?

- Не подвергает ли человечество себя серьезному риску непредвиденных генетических изменений?

- Можем ли мы снизить вероятность появления мутаций?

V. Изучение нового материала

Сегодня на уроке мы подробно рассмотрим одну из форм наследственной изменчивости, а именно - мутационную изменчивость.

Мутационная изменчивость основывается на возникновении мутаций. Мутации (от лат. “mutation – изменение, перемена) – внезапно возникающие стойкие изменения генотипа, передающиеся по наследству. Термин “мутация” был введен голландским биологом Гуго де Фризом в 1901 г. Проводя опыты с растением ослинник (энотера), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие длинные листья, красные жилки листьев и широкая красная полоса на чашечке цветка…). Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко сохраняли эти признаки. В результате обобщения своих наблюдений, Де Фриз создал мутационную теорию. Дальнейшие исследования показали, что подобные отклонения характерны для всех живых организмов: растений, животных, микроорганизмов. На основе этих исследований де Фризом была создана мутационная теория. Процесс возникновения мутаций называют мутагенез, организмы, у которых произошли мутации, – мутантами, а факторы среды, вызывающие появление мутаций, – мутагенами. Мутации генов возникают у всех классов и типов животных, высших и низших растений, многоклеточных и одноклеточных организмов, у бактерий и вирусов. Мутационная изменчивость как процесс качественных скачкообразных изменений является общим свойством всех органических форм.

Основные положения мутационной теории

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации наследуются, то есть передаются из поколения в поколение.

3. Мутации не направлены: мутировать может ген в любом локусе, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.

4. Сходные мутации могут возникать повторно.

5. Мутации по характеру проявления могут быть доминантными и рецессивными.

6. Мутации носят индивидуальный характер.

I. По характеру изменения генома

Цитоплазматические мутации - результат изменения ДНК клеточных органоидов – пластид, митохондрий. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность.

Генные мутации

Наиболее часто встречающиеся мутации – генные, их ещё называют точечными – изменения нуклеотидной последовательности молекулы ДНК в определенном участке хромосомы. Генные мутации выражаются в выпадении, добавлении или перестановке нуклеотидов в гене. Эффекты генных мутаций разнообразны. Большая часть из них в фенотипе не проявляется, так как они рецессивные. Это позволяет им длительное время сохраняться у особей в гетерозиготном состоянии без вреда для организма и проявиться в будущем при переходе в гомозиготное состояние.

Однако известны случаи, когда замена даже одного азотистого основания в нуклеотиде влияет на фенотип. Примером нарушения, вызванного такой мутацией, служит серповидно-клеточная анемия. При этом заболевании эритроциты под микроскопом имеют характерную серпообразную форму и обладают пониженной стойкостью и пониженной кислород-транспортирующей способностью, поэтому у больных с серповидноклеточной анемией повышено разрушение эритроцитов в селезенке, укорочен срок их жизни, повышен гемолиз и часто имеются признаки хронической гипоксии (кислородной недостаточности). Развивающаяся анемия вызывает физическую слабость, нарушение деятельности сердца, почек и может привести к ранней смерти людей, гомозиготных по мутантному аллелю.

Хромосомные мутации - изменения структуры хромосом.

Самостоятельная работа с учебником.

Задание: Изучив материал параграф 47 на с. 167-168 “Хромосомные мутации” и рис. 66 на с. 168, заполнить таблицу “Виды хромосомных мутаций”:

Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. Это может происходить в процессе мейоза из-за нерасхождения хромосом.

При кратном увеличении набора хромосом образуются полиплоиды. Они называются: 3n – триплоид, 4n – тетраплоид, 5n – пентаплоид, 6n – гексаплоид и т.д.

Большая часть сельскохозяйственных растений являются полиплоидами, они обладают высокой урожайностью, лучшей приспособленностью к неблагоприятным условиям, имеют крупные плоды, запасающие органы, цветки, листья. Академик П. М. Жуковский сказал: “Человечество питается и одевается преимущественно продуктами полиплоидии”. Полиплоидия у животных встречается очень редко. Как вы думаете, почему?

(Полиплоидные животные нежизнеспособны, поэтому полиплоидия в селекции животных не используется).

Единственное полиплоидное животное, которое использовалось человеком, которое использовалось человеком, это тутовый шелкопряд.

Геномные мутации, при которых кратно уменьшается количество хромосом, дают мутантов, которые называются гаплоидами.

Если в результате мутации появляется или исчезает одна хромосома, такие мутанты называют анэуплоидами (2n+1, 2n-1, 2n+2, 2n – 2…).

У человека анэуплоидия приводит к наследственным болезням. Например, когда в хромосомном наборе оказывается одна лишняя хромосома и в диплоидном наборе их будет 47, вместо 46, то это вызовет геномную мутацию, которую называют синдром Дауна (трисомия – 21). Клинически была описана в 1866 г. Английским педиатром Л. Дауном. По его имени и названа эта болезнь - синдром (или болезнь) Дауна. Болезнь Дауна проявляется в значительном снижении жизнеспособности, недостаточном умственном развитии. Дети - Дауны обучаемы, но значительно отстают в развитии от своих сверстников и требуют к себе более повышенного внимания. Кроме того, у них короткое коренастое туловище, наблюдается снижение сопротивляемости болезням, врожденные сердечные аномалии и т.д. Одна из наиболее распространенных хромосомных болезней, встречается в среднем с частотой 1 на 700 новорожденных. У мальчиков и девочек болезнь встречается одинаково часто. Дети с синдромом Дауна чаще рождаются у пожилых родителей. Если возраст матери 35 - 46 лет, то вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1 %, с возрастом матери риск увеличивается. Возможность возникновения повторного случая заболевания в семье с трисомией 21 составляет 1 - 2 %.

II. По месту возникновения:

По исходу для организма какие могут быть мутации?

- Летальные, полулетальные, нейтральные.

- летальные – не совместимые с жизнью;

- полулетальные – снижающие жизнеспособность.

- нейтральные – повышают приспособленность и жизнеспособность организмов. Они являются материалом для эволюционного процесса, используются человеком для выведения новых сортов растений, пород животных.

Факторы возникновения мутаций:

Учитель: Давайте рассмотрим факторы, которые вызывают мутации – мутагены.

Распределите понятия по данным факторам: радиоактивное излучение, ГМО, соли тяжелых металлов, температура, лекарства, вирусы, аналоги азотистых оснований, бактерии, пищевые консерванты, рентгеновские лучи, кофеин, формальдегид, стрессы.

- С какой группой мутагенов мы встречаемся чаще всего?

В повседневной жизни мы сталкиваемся с продуктами питания, производители которых используют ГМО. Порой, балуем себя шоколадками, варим супы быстрого приготовления, заходим перекусить в рестораны быстрого питания и никогда не задумываемся, к каким последствиям это может привести в дальнейшем.

Что такое ГМО?

Расшифровывается ГМО — генно-модифицированные организмы, это живые организмы, созданные при помощи генной инженерии. Данные технологии очень широко применяются в сельском хозяйстве, потому что растения, выращенные при помощи генной инженерии, устойчивы к вредителям и имеют повышенную урожайность.

Генетически модифицированные организмы - это организмы в генетический код которых при помощи генной инженерии внедрены чужеродные гены. Например, в ген картофеля добавляют ген скорпиона - его не едят никакие насекомые! Или в помидоры внедрили ген полярной камбалы - они перестали бояться морозов.

Проблемы биобезопасности

Вопросы использования и контроля за ГМО затрагивают права граждан на получение своевременной, полной и достоверной информации о состоянии окружающей среды, рисках и угрозах для здоровья, а широкомасштабное неконтролируемое распространение на пищевом рынке России ГМ продуктов питания может негативно отразиться на здоровье населения и будущем нации.

“Население России необходимо шире информировать о вреде генетически модифицированных (ГМ) продуктов. Чем больше вы будете говорить об этой проблеме, тем лучше для граждан и сельхозпроизводителей”, – считает Владимир Путин. "Надо использовать европейский опыт, где работа в этом направлении сводится к тому, чтобы как можно больше улучшить информирование населения о вреде таких продуктов", – подчеркнул он.

Генный инженер, создавая ГМО, нарушает один из основных запретов эволюции – запрет на обмен генетической информацией между далеко отстоящими видами (например, между растениями и человеком, между растением и рыбой или медузой). Опасность ГМО состоит в нарушении стабильности генома или встроенного в него чужеродного фрагмента ДНК, в проявлении возможных аллергических или токсических эффектов чужеродного белка, в изменении “работы” генетического аппарата и клеточного метаболизма с непредсказуемыми биологическими последствиями. Одним из основных недостатков современных генных технологий является наличие во встроенном фрагменте ДНК помимо так называемого “целевого гена”, изменяющего то или иное свойство организма, “технологического мусора”, в том числе генов устойчивости к антибиотикам и вирусных промоторов, которые небезопасны для природы и человека.

Значение мутаций

Мутации часто вредны, так как меняют приспособительные признаки организмов, вызывают врожденные заболевания человека и животных, часто несовместимые с жизнью (около 2 тыс. генетических дефектов, в соматических клетках – рак). Однако именно мутации создают резерв наследственной изменчивости и играют важную роль в эволюции.

Итак, мы закончили рассмотрение материала по теме “Мутационная изменчивость”. Вы узнали о сущности мутационной изменчивости и значениях мутаций. А теперь закрепим полученные знания, решив 2 задачи. Я предлагаю вам условия, а вы должны дать развернутый ответ.

VI. Закрепление изученного материала

Ответьте на вопросы:

1. У одного котенка возникла мутация в хромосомах половых клеток, а у другого - в аутосомах. Как повлияют эти мутации на каждый организм? В каком случае мутация проявится у котенка фенотипически?

2. Особенности строения и жизнедеятельности любого организма определяют белки, входящие в состав клетки. Почему же считают, что формирование признаков организма происходит под воздействием генов? В чем проявляется связь между генами, белками и признаками организма?

VII. Подведение итогов урока

Учитель: Урок подходит к концу, подведем итоги.

Ответьте пожалуйста мне на вопрос, который мы поставили в начале урока:

- Можем ли мы снизить вероятность появления мутаций?

(Ответы учащихся)

Безусловно, ДА! Один из самых действенных методов - это знания. Необходимо знать свои особенности, знать – что может вызвать генетические нарушения еще не родившегося ребенка… Вероятность трагедии можно снизить. ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ и ПРАВИЛЬНОЕ ПИТАНИЕ - пути снижения этого риска.

Продукты питания, в которых ГМО в принципе не может быть

ГМО не может быть практически в большинстве овощей и фруктов: сливы, персики, дыни… Соки, вода, молоко и молочные продукты из натурального молока. Несомненно, не может быть ГМО в минеральной воде.

Не может быть ГМО в ?надкушенном? картофеле, который имеет разные размеры и неправильную форму. Не будет ГМО в яблоках с червячком. Гречка не поддается генной инженерии.

Продукты питания, в которых могут содержаться ГМО

ГМО может содержаться в таких продуктах питания, в состав которых входят в основном соя, кукуруза, рапс. Это наши всеми любимые колбаски, сосиски, сардельки, пельмени… Растительное масла, маргарин, майонез, хлебобулочные изделия. Конфетки, шоколад, мороженное, детское питание… Около 30% рынка чая и кофе содержит ГМО. Внимательно читайте, что написано на кетчупах, сгущенке.

Призываю вас, прежде чем покупать вышеперечисленные продукты, задать себе следующий вопрос: “Что такое ГМО?” Содержатся генно-модифицированные организмы в том наборе, которые Вы несете в дом и которыми кормите своих близких. Может быть, иногда можно отказаться от определенных продуктов питания? Колбаску заменить натуральным мясом, например.

Оценка деятельности учащихся на уроке:

- За проверку домашнего задания

- За устную работу на уроке

- За ответы на вопросы по новой теме

VIII. Рефлексия

Учащимся дается индивидуальная карточка, в которой нужно подчеркнуть фразы, характеризующие работу ученика на уроке по трем направлениям.

Домашнее задание по программе В. В. Пасечника: параграфы 47, 48 ответить на вопросы в конце параграфа, выучить мутационную теорию наизусть, ответить письменно на вопрос: Что имеют общего и чем отличаются комбинативная и мутационная изменчивость?

Список используемых источников.

1. Гаврилова А. Ю. Биология. 10 класс: поурочные планы по учебнику Д. К. Беляева, П. М, Бородина, Н. Н. Воронцова II ч. / - Волгоград: Учитель, 2006 – 125 с.
2. Лысенко И. В. Биология. 10 класс: поурочные планы по учебнику А. А. Каменского, Е. А. Криксунова, В. В. Пасечника / - Волгоград: Учитель, 2009. – 217 с.
3. http://images.yandex
4. http://www.biosafety.ru/index.php?idp=23&idn=213.ru/yandsearch?text
5. http://kak-zdorovo.com/gmo/chto-takoe-gmo-v-produktax-pitaniya-2
6. http://runa.pro/doc/gmo/putin-prizval-irmirovat-o-vrede-transgennyx-produktov.html
7. http://www.profistart.ru/ps/blog/2198.html