Генетика. Основные понятия. Генетические законы Г.Менделя

Цели урока: сформировать представление о генетике – науке, изучающей наследственность и изменчивость организмов, познакомить с основными понятиями науки.

Задачи:

• образовательная: изучить основные исторические моменты в истории генетики как науки, показать многообразие методов, используемых генетикой; изучить основные понятия генетики;
• развивающая: формировать умения и навыки по использованию генетической терминологии и символов для объяснения закономерностей наследования признаков;
• воспитательная: продолжить способствовать формированию культуры умственного труда через овладение навыками общения в процессе беседы, диалога.

Обеспечение занятия: компьютер, мультимедийный проектор.

Тип урока: изучение нового материала.

Метод проведения: комбинированный урок

Ученик должен

• иметь представление об истории становления науки, об основных направлениях в изучении наследственности;
• знать основные генетические понятия и генетические законы:
• уметь применять генетические законы и терминологию при решении генетических задач.

Ход урока

I. Организационный момент.

Приветствие.

II. Объяснение нового материала.

Раздел биологии, изучающий такие важные свойства организма, как сохранение и передача наследственной информации из поколения в поколение, а также возможность изменяться под действием окружающей среды – это генетика. Молодая наука имеет свою долгую историю, и не всегда ее открытия были понятны и восприняты в обществе.

Сегодня на уроке мы поговорим с вами об истории генетики, об ученых, внесших свой вклад в ее развитие. Мы определим место этой науки в современном мире и выясним, какое значение имеют генетические знания для человечества в целом.

Четких представлений о закономерностях наследования и наследственности вплоть до конца XIX века не было за одним существенным исключением. Этим исключением была замечательная работа Г. Менделя, установившего в опытах по гибридизации сортов гороха важнейшие законы наследования признаков, которые впоследствии легли в основу генетики.

В своих опытах он использовал горох. Причем, для опытов выбирались растения, относящиеся к чистым линиям – родственные организмы, у которых в ряду поколений проявляются одни и те же признаки.

А почему горох, а не другое растение?

1. Горох – это самоопыляемое растение.
2. Цветки гороха защищены от проникновения чужой пыльцы.
3. Гибриды вполне плодовиты и поэтому можно следить за ходом наследования признаков в ряду поколений.

Для опытов Мендель избрал несколько четко различающихся признаков:

1. форма семян;
2. окраска семян;
3. окраска и форма бобов;
4. окраска цветков;
5. расположение цветков;
6. длина стебля.

Суть предложенного Менделем метода заключалась в следующем: он скрещивал растения, различные по одной паре признаков, а затем производил анализ результатов каждого скрещивания. Метод Менделя получил название гибридологического или метода скрещивания.

Результаты, которые получил Мендель в своих опытах, получили названия «законов Менделя». Перед тем как преступить к изучению самих законов, нужно усвоить основные генетические понятия и термины.

Ген – это участок молекулы ДНК (или хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака, или синтез одной белковой молекулы.

Каждый ген располагается в определенном участке хромосомы – локусе.

В гаплоидном наборе хромосом только один ген, ответственный за развитие данного признака. В диплоидном наборе хромосом (соматические клетки) содержаться две гомологичные хромосомы и соответственно два гена, определяющие развитие признака. Эти гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом и называются аллельными генами.

Аллельные гены – это пара генов, определяющая альтернативные признаки организма. Аллельные гены располагаются в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом.

Альтернативные признаки – взаимоисключающие или контрастные признаки. Часто один из альтернативных признаков является доминантным, а другой рецессивным.

Для генов приняты буквенные обозначения. Если два аллельных гена полностью соответствуют по структуре, т.е. имеют одинаковую последовательность нуклеотидов, их можно обозначить так: АА или аа.

Доминантный признак (АА) – это признак проявляющийся у гибридов первого поколения при скрещивании чистых линий.

Рецессивный признак (аа) – передается по наследству при скрещивании, но не проявляется у гибридов первого поколения.

Половые клетки несут какой-либо один признак. При слиянии половых клеток образуется зигота. В соответствии от того какие аллели одного и того же гена она содержит, различают гомозиготу и гетерозиготу.

Гомозигота – это клетка или организм содержащие одинаковые аллели одного и того же гена. Гомозигота – это организм, образующий один сорт гамет, в потомстве не наблюдается расщепления, имеют одинаковые гены.

Гетерозигота – это клетка или организм, содержащие разные аллели одного и того же гена. Это организм образующий 2 сорта гамет.

Совокупность всех генов одного организма называют генотипом. Генотип это не только сумма генов. Возможность и форма проявления гена зависит от среды. В понятие среды входит не только внешние условия, но и присутствие других генов. Гены взаимодействуют друг с другом и могут повлиять на проявление действия соседних генов.

Совокупность всех признаков организма, формирующихся при взаимодействии организма с средой – фенотип. Сюда относят не только внешние признаки (цвет глаз, рост), но и биохимические (структура белка, активность фермента), гистологические (форма и размер клеток, строение тканей и органов), анатомические (строение тела и взаимное расположение органов).

Законы Менделя.

Моногибридным скрещиванием называют скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков. Следовательно, при таком скрещивании прослеживается закономерности наследования только двух вариантов признака, развитие которых обусловлено парой аллельных генов. Например, признак – цвет семян, альтернативные варианты – желтый или зеленый. Все остальные признаки, свойственные данным организмам во внимание не принимаются.

Первый закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения). У всех особей данного поколения признак проявляется одинаково. Сформулировать этот закон можно следующим образом: при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающимся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов (F₁) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Результаты скрещивания растений гороха, различающиеся по окраске семян (желтые и зеленые):

Р.: АА (желтые) × аа (зеленые)

g.: А а

F₁.: Аа (желтые).

Ph.: 100%

Единообразие гибридов первого поколения.

Второй закон Менделя (закон расщепления).

Расщепление – это распределение доминантных и рецессивных признаков среди потомков в определенном соотношении.

Если потомков первого поколения – гетерозиготных особей, одинаковых по изучаемому признаку, скрестить между собой, то во втором поколении признаки обоих родителей проявляются в определенном числовом соотношении. Рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчезает, а только проявляется во втором гибридном поколении (F₁).

F₁. : Аа (желтые семена) × Аа (желтые семена)

g.: А а А а

F2.: АА; Аа; Аа; аа (1:2:1)

Ph.: 3 желтые семена : 1 зеленые семена (3:1)

Таким образом второй закон Менделя можно сформулировать следующим образом: при скрещивании потомков первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление: по генотипу 1:2:1; по фенотипу 3:1.

Это означает, что среди потомков 25% организмов будут обладать доминантным признаком и являться гомозиготой, 50% потомков, также с доминантным фенотипом, окажутся гетерозиготой, а остальные 25% особей, несущих рецессивный признак, будут гомозиготны по рецессивному признаку.

Третий закон Менделя «Закон чистоты гамет».

Расщепление признаков в потомстве при скрещивании гетерозиготных особей Мендель объяснил тем, что гаметы с генетической точки зрения чисты, т.е. несут только один ген из аллельной пары.

При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары.

В процессе развития гамет у гибрида гомологичные хромосомы во время первого мейотического деленияпопадают в разные клетки. Образуется два сорта гамет по данной аллельной паре. Цитологической основой расщепления признаков у потомства при моногибридном скрещивании является расхождение гомологичных хромосом и образование гаплоидных половых клеток в мейозе.

Для дигибридного скрещивания Мендель взял гомозиготные растения гороха, различающиеся по двум генам: окраске семян (желтые и зеленые) и форме семян (гладкие и морщинистые). При таком скрещивании признаки определяются различными парами генов: одна аллель отвечает за цвет семян, другая за форму семян. Желтая окраска горошин (А) доминирует над зеленой (а), а гладкая форма (В) над морщинистой (b).

При образовании гамет у гибрида первого поколения из каждой пары аллельных генов в гамету попадает только один.

Поскольку в организме образуется много половых клеток, у гибрида F₁ возникает четыре сорта гамет в одинаковом количестве: АВ; аВ; Аb; ab. Во время оплодотворения каждая из гамет одного организма случайно встречается с любой из гамет другого организма. Все возможные сочетания мужских и женских гамет можно легко установить с помощью решетки Пеннета.

Р.: ААВВ (желтый гладкий) × ааbb (зеленый морщинистый)

g.: АВ аb

F₁.: АаВb (желтый гладкий) × АаВb

g.: АВ; аВ; Аb; ab АВ; аВ; Аb; ab

F2.:

9 (жг) : 3 (жм) : 3 (зг) : 1 (зм)

Из приведенной выше решетки Пеннета видно, что при этом скрещивании возникают 9 видов генотипов: AABB, AABb, AaBB, AaBb, AAbb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb, т.к. в 16 сочетаниях есть повторения. Эти 9 генотипов проявляются в виде 4 фенотипов: желтые – гладкие; желтые – морщинистые; зеленые – гладкие; зеленые – морщинистые.

Теперь модно сформулировать III закон Менделя: при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающимся друг от друга по двум парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

III. Закрепление изученного материала

IV. Домашнее задание

Задача.

У человека глухонемота наследуется как рецессивный признак, а подагра – доминантный признак. Определите вероятность рождения глухонемого ребенка с предрасположенностью к подагре, у глухонемой матери, но не страдающей подагрой, и у мужчины с нормальным слухом и речью, болеющего подагрой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреева, Н.Д. Общая биология 10-11 класс / Н.Д. Андреева – М.: Мнемозина, 2011. – 365с.
2. Перевозкин, В.П. и др. Генетика. Руководство к лабораторным и практическим занятиям: учебное пособие / В.П. Перевозкин, С.С. Бондарчук, И.Г. Годованная; ГОУ ВПО «Томский государственный педагогический университет». – Томск: Изд-во ТГПУ, 2009. – 116с.
3. Тремов, А.В. Общая биология 10-11 класс (профильный уровень)/А.В. Тремов, Р.А. Петросова – М.:Владос, 2011.
4. Шустанова, Т.А. Репетитор по биологии для старшеклассников и поступающих в ВУЗы / Т.А. Шустанова. – Изд. 4-е, доп. и перераб. – Ростов н/Д: «Феникс», 2010. – 526с.

Приложение.