Урок біології. "Мутаційна мінливість"
Навчально-виховна мета:
1. Показати мутації як результат зміни хромосомного або генного апарату.
2. Дати поняття про мутагенні фактори, типи мутацій, причини їх виникнення.
3. Показати значення закону гомологічних рядів у спадковій мінливості М.І.Вавилова для селекції.
4. Показати, що боротьба із ядерною загрозою, забрудненням природного середовища є водночас і боротьба проти мутагенних факторів.
5. Прищеплювати навички самостійної роботи з таблицями та під час виконання тестових завдань.
6. Розвивати пізнавальний інтерес до предмету.
Наочність і обладнання: таблиці, малюнки, портрет М.І.Вавилова, комп’ютерна програма «Віртуальна біологія», тести.
Тип уроку: Засвоєння нових знань, формування умінь і навичок.
Міжпредметні зв’язки: медицина, фізика, тема: електромагнітні хвилі.
Види робіт: самостійно-індивідуальна робота із завданнями навчального характеру з ігровими моментами.
Концепція уроку: опираючись на попередні знання учнів про закони спадковості, комбінативну мінливість, формувати уявлення про сучасні типи мутаційної мінливості, в основі яких лежать маніпуляції з генами, а також з’ясувати морально-етичні проблеми які пов’язані з ними.
План уроку.
1. Мутації – зміни генетичного матеріалу.
2. Значення мутацій.
3. Типи мутацій:
а) хромосомні;
б) генні;
в) геном ні;
г) соматичні;
д) генетичні;
е) корисні, шкідливі (летальні), нейтральні, спонтанні.
4. Усний тематичний контроль знань.
5. Причини виникнення мутацій.
6. Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості.
7. Частота мутацій.
8. Лабораторна робота: Спостереження нормальних та мутантних форм дрозофіл, їхнє порівняння.
9. Залежність мутаційного процесу від умов середовища.
10. Домашнє завдання.
Розподіл часу уроку (45 хвилин).
1. Мутації – зміни генетичного матеріалу. Значення мутацій. (10 хвилин)
2. Причини виникнення мутацій. (2 хвилини)
3. Закон гомологічних рядів М.Вавилова. Частота мутацій. (5 хвилин)
4. Лабораторна робота. (10 хвилин)
5. Усний тематичний контроль знань. (8 хвилин)
6. Залежність мутацій від умов середовища. (8 хвилин)
7. Домашнє завдання. (2 хвилини)
Хід уроку.
«Подібно до того, як буває хвороба тіла, буває також хвороба способу життя»
Демокріт.
Викладач: Життя володіє трьома первинними властивостями, які зробили еволюцію можливою (слайд 1).
Перша властивість – сама суть життя, її здатність до самовідтворення.
Друга властивість – прогресивна сила – мутація.
Третя властивість – спадковість, консервативна тенденція зберігати зміни викликані мутацією.
Без відтворення життя припинило би існування.
Без спадковості не було би зв’язку між поколіннями.
Без мутації не було би мінливості і життя ніколи би не розвинулось за межі своїх першопочаткових форм.
Від латинського слова «мутаціо» - зміна.
Мутації – зміни генетичного матеріалу, які виникають раптово і призводять до нових спадкових ознак організму.
Поняття про мутації заклав Голландський вчений Гуго Де Фріз у 1901р.
Мутації – це окремі зміни генотипу.
Мінливість, що пов’язана із зміною генотипу:
- генотипова або мутаційна і є спадковою.
За дослідженнями Де Фріза;
- мутації виникають раптово, стрибкоподібно;
- успадковуються, тобто передаються з покоління в покоління;
- не спрямовані: мутувати може будь-яка ділянка, викликаючи зміни як незначних так і життєво важливих ознак;
- одні й ті самі мутації можуть виникати повторно;
- вони можуть бути як корисними, так і шкідливими, байдужими, як домінантними так і рецесивними.
Здатність утворювати мутації – універсальна властивість усіх живих організмів. З мутаційною мінливістю пов’язана еволюція – процес утворення нових видів, порід, сортів.
Значення мутацій.
Мутації:
а) джерело спадкової мінливості, матеріал для природного добору.
б) використовуються у селекції рослин та мікроорганізмів.
в) використовуються при розробці генетичних методів боротьби зі шкідниками і хворобами.
Типи мутацій.
1. За зміною спадкового апарату:
а) хромосомні
- недостатня кількість хромосом;
- лишня хромосома;
- відсутня частина хромосоми;
- перестановка частин хромосом;
- кросинговер (перехрест);
- обертання хромосомної ділянки на 180°;
- подвоєння будь-якої ділянки хромосом.
б) генні – випадання кодона.
Кодон – триплет нуклеотидів, одиниця генетичного коду в молекулі нуклеїнової кислоти, яка несе інформацію про певну амінокислоту.
- лишній кодон;
- випадання нуклеотида;
- перестановка нуклеотида;
- перестановка кодона.
2. За характером клітин, в яких відбулися зміни:
а) соматичні;
б) генетичні.
3. За впливом на життєдіяльність організму:
а) шкідливі (летальні, стерильні, напівлетальні);
б) корисні (матеріал для добору);
в) нейтральні.
4. За причинами, що викликали зміни:
а) спонтанні;
б) індуковані.
Мутації, які відбуваються у статевих клітинах називають – генеративними, а у нестатевих клітинах – соматичними, успадковуються за умов нестатевого чи вегетативного розмноження.
Збільшення числа хромосом – поліплоїдія. Відомі ди-, три-, тетраплоїдні сорти рослин.
Наслідки: збільшення розмірів; підвищення рівня продуктивності. Диплоїдні форми мають (2n) набір хромосом. Тетраплоїдні - (4n). Гексаплоїдні - (6n).
Мутації пов’язані із зміною кількості наборів хромосом називають – геномні; із зміною числа хромосом окремих пар, а також із зміною окремих генів – генні.
Причини поліплоїдії.
1. Поділ хромосом, який не супроводжується поділом клітин.
2. Утворення гамет із нередукованою кількістю хромосом внаслідок порушення мейозу.
3. Злиття соматичних клітин або їхніх ядер.
Зміна числа хромосом окремих пар (слайд 2).
Приклади.
1. Зародок людини із хромосомним набором 44 аутосом + х-хромосома у жінок порушується будова та функції організму:
- вкорочена шия;
- крилоподібні складки шкіри;
- порушення формування кісток;
- порушення кровоносної та сечостатевої системи.
2. Якщо хромосомний набір 44 аутосом + ххх- хромосом, жіночий організм немає дефектів тіла, але страждає на психічні порушення: шизофренію, слабоуміє, інші психози.
3. Поява третьої хромосоми у 21-й парі спричиняє хворобу Дауна:
- порушення розумового розвитку;
- незначна тривалість життя (±30 років);
- зменшення розмірів голови;
- плоске обличчя;
- косий розріз очей.
4. Поява третьої хромосоми у 8-й парі має порушення:
- косоокість, короткопалість;
- збільшені вуха, ніс;
- незначна розумова відсталість.
Мутації, які спричиняють загибель організму – летальні, знижують життєдіяльність – сублетальні (слайд 3).
Домінантні і рецесивні мутації мух-дрозофіл опромінених рентгенівськими променями. Чорна пляма на череві вказує на присутність рецесивного мутованого гена (слайд 4).
Спадкова мінливість властива всім організмам. Вони можуть торкатись самих різних ознак та функцій організму.
Анконська мутація у вівців (слайд 5). Справа і в центрі – коротконогі баран і вівця, зліва – вівця з нормальними ногами.
Геномні мутації бувають кількох типів: гаплоїдні; анеуплоїдні; поліплоїдні.
Геномні мутації у чорного пасльона (слайд 6).
А – гаплоїд (n=36);
Б – диплоїд (2n=72);
В – триплоїд (3n=108);
Г – тетраплоїд (4n=144).
Помітно підвищення міцності рослин з кратним збільшенням числа хромосом.
Рецесивна мутація може викликати мозаїку лише в тому випадку, якщо вона випадково виникає в клітині, яка несе мутований ген-партнер (слайд 7).
Малюнок вказує, яким чином мутація, що викликає блакитне забарвлення очей призводить до появи мозаїки в тих випадках, коли зародок несе два гени карих очей, мозаїчність не проявляється.
Том розвивався із заплідненого яйця з двома генами-партнерами карих очей.
Джон – із яйця з одним геном карих і геном блакитних очей.
На стадії розвитку двоклітинного зародка відбулась мутація появи блакитних очей. Оскільки ген блакитних очей рецесивний, ефект мутації проявився лише у Джона.
Мутації, що викликають зникнення волосся у різних видів, та мутації форми квітки у «львиного зева» (слайд 8).
Мутації, що торкаються «кількісних» ознак і форми, під впливом факторів середовища (слайд 9):
- скручені хвости мутантних мишей;
- короткопалі і нормальні руки.
Учням пропонується заповнити таблицю.
Мутаційна мінливість хромосомного апарату.
Таблиця з відповідями.
Типи мутацій
Причини мутацій
Приклади
Генні мутації
Зміна розташування нуклеотидів у ДНК
1. Анконська порода овець.
2. Серпоподібно-клітинна анемія.
3. Альбінізм, тощо.
Хромосомні мутації
Структурні зміни хромосом (втрата, множення, перекручування ділянок)
Мутації мух-дрозофіл
(білі очі, виріз на крилах)
Зміна кількості хромосом
Втрати або поява зайвих хромосом через порушення мейозу
1. Синдром Дауна.
2. Синдром Шерешевського-Тернера
Поліплоїдія
Кратне збільшення наборів хромосом
Більшість культурних рослин.
Усний тематичний контроль знань.
Клас поділений на три групи. Учні, протягом 8 хвилин закінчують речення правильною відповіддю. Кожна правильна відповідь оцінюється балами.
І група.
1. Мутації викликають зміни у.... (генотипі) (1бал).
2. Генні мутації бувають …. (домінантними, рецесивними) (1бал).
3. Успадковується мінливість.... (мутаційна) (1бал).
4. При схрещуванні томатів червоних з жовтими (червоні домінантні) розщеплення за генотипом і фенотипом в F2 буде…. (3:1, де 75% червоні) (3бали).
5. Комбінація дигетерозигот при дигібридному схрещуванні в F1 буде.... (АаВв) (2бали).
6. Каріотип людини складається з.... (23 пар хромосом) (1бал).
7. При моногібридному схрещуванні АА×Аа розщеплення ознак буде…. (1:1) (2бали).
8. Типи гамет за генотипом АаВв будуть … (АВ; Ав; аВ; ав) (1бал).
ІІ група.
1. Гамета містить набір хромосом…. (1п) (1бал).
2. ДНК в клітині міститься …. (в ядрі) (1бал).
3. При неповному домінуванні моногібридного схрещування розщеплення ознак буде…. (1:2:1) (3бали).
4. Гени розташовані в…. (однакових місцях гомологічних хромосом) (1бал).
5. Чинники які здатні спричиняти мутації …. (хімічні, екологічні) (1бал).
6. Мутації альбінізма, вроджена глухота є виявленням закону спадковості.… (другого закону Г.Менделя – закону розщеплення ознак) (2бали).
7. Алельний ген, який проявляється у фенотипі і призводить до смерті особини називають …. (летальним) (1бал).
8. Типи гамет з генотипом АаВВ будуть.... (АВ; ав) (2бали).
ІІІ група.
1. Збереження спадкової інформації в клітинах забезпечують…. (молекули ДНК) (1бал).
2. ДНК складається з.... (двох ланцюгів, кожен з яких з генів) (1бал).
3. Нащадкам передаються ознаки мінливості.... (мутаційної) (1бал).
4. Вчення про мутації запропонував…. (Г. Де Фріз) (1бал).
5. Мутації виникають у…. (генах, хромосомах) (2бали).
6. Закон гомологічних рядів сформулював вчений…. (М.І.Вавилов) (1бал).
7. При моногібридному схрещуванні Аа×аа, повному домінуванні розщеплення за генотипом буде…. (1:1) (2бали).
8. Закони які відкрив Г.Мендель одержали назву:
а) закон одноманітності першого покоління;
б) закон розщеплення ознак;
в) закон незалежного комбінування станів ознак;
г) закон чистоти гамет. (3 бали).
Які причини виникнення мутацій?
У 1927 році Томас Морган та Г.Меллер з’ясували, що мутації можна викликати штучно:
- іонізуючим випромінюванням;
- рентгенівським випромінюванням;
- УФ випромінюванням;
- підвищенням температури;
- хімічними мутагенами.
Фактори здатні спричинювати мутації називаються – мутагенні. Вони бувають: фізичного, хімічного і біологічного походження.
Приклад хімічної мутації.
1. Алкалоїд-колхіцин руйнує веретено поділу і число хромосом у клітині подвоюється.
2. Газ-іприт (хімічна зброя), підвищує частоту мутацій у 90 разів.
Хімічні мутагени утворюють мутації усіх типів. До біологічних мутагенів належать віруси.
Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості.
Закон був сформульований видатним російським генетиком і селекціонером М.І.Вавиловим у 1929 році (слайд 10).
Суть закону: види і роди, генетично близькі (зв’язані між собою єдністю походження), характеризуються подібними рядами в спадковій мінливості.
Тобто, знаючи спадкові зміни в одного виду, можна передбачити наявність подібних змін із споріднених видів і родів (слайд 11-12).
В таблиці подано приклади гомологічних рядів мінливості в родині злакових.
Генетичною основою даного закону є те, що ступінь історичної спорідненості організмів прямо пропорційний кількості спільних генів у груп, які порівнюються. Тому і мутації цих генів можуть бути подібними.
Значення закону.
1. Закон дає ключ для розуміння напрямів еволюції споріднених груп.
2. У селекції на його підставі планують створення нових сортів рослин та порід свійських тварин із певною сукупністю спадкових ознак.
3. У систематиці організмів закон дає можливість знаходити нові очікувані форми (види, роди тощо) з певною сукупністю ознак у споріднених систематичних групах.
Частота мутацій.
В природних умовах частота виникнення спонтанних мутацій дуже низька:
- у дрозофіли мутація білих очей виникає із частотою 1:100000 гамет;
- у людини більшість генів в гаметах мутують із частотою 1:200000;
- у бактерій 1:10000000.
Мутації є однією із рухомих сил еволюції і необхідні для збереження і прогресу життя на Землі. Коли змінюються умови середовища, мутанти можуть навіть витискувати своїх немутованих предків (слайд 13).
Малюнок може бути прикладом мутантів в еволюції. Тонкою лінією зображені нормальні дафнії, нездатні вижити при температурі 27°С. Чорні дафнії – мутанти, які виживають при температурі 25-30°С.
Частота мутацій зростає від дози рентгенівських випромінювань:
- доза 200 рентген призводить до утворення в два рази більшої кількості пар йонів в клітинному ядрі, ніж доза 100 рентген, і т.д.
- коли самців дрозофіли опромінювати дозою 1000 рентген, 3% сперматозоїдів будуть нести зчеплену із статтю леталь.
Лабораторна робота №2.
Тема: Спостереження нормальних і мутантних форм дрозофіл, їхнє порівняння.
Мета: навчитися визначати нормальні і мутантні форми дрозофіл, описувати їх, розпізнавати мутації.
Обладнання: малюнки із нормальними і мутантними формами мух-дрозофіл, комп’ютерна програма «Віртуальна біологія», тема мутаційна мінливість.
Що потрібно знати.
Дрозофіли найбільш зручний об’єкт для вивчення мутацій. Життєвий цикл її від яйця до дорослої особини при температурі 25°С продовжується 10 діб, при температурі 15°С – 18 діб. Вони мають багато рас і лише 4 пари хромосом в ядрі клітини.
Ознаки дикої раси нормальної такі: сіре тіло, нормальної довжини крила, червоні очі. Вони поширені в природі, живляться соком фруктових дерев (слайди 14-15).
Мутантні форми розводять в лабораторіях. Їх тіло може мати темні, чорні, жовті кольори. Форма крил: зачаткові, загнуті, оленерогі, плоскоподібні, безкрилі. Колір очей: від бордового до білого (рожеві, червоні, білі).
Занести в таблицю результати спостережень.
Хід роботи.
1. Розглянути нормальні і мутантні форми дрозофіл
2. Звернути увагу на фенотипні ознаки, як форма крил, забарвлення тіла і очей.
3. Зробити висновок про роль мутацій у природі.
Досліджуваний об’єкт
Форма і забарвлення очей
Забарвлення тіла
Форма крил
Дрозофіла (дика), нормальна
Круглі, червоні
Сіре
Нормальної довжини
Дрозофіла, чорне тіло
?
?
?
Дрозофіла, безкрила форма
?
?
?
Висновок:
1. Джерело спадкової мінливості, матеріал для природного добору.
2.Використовують в селекції рослин і мікроорганізмів, при розробці генетичних методів боротьби зі шкідниками і хворобами.
Залежність мутаційного процесу від умов середовища.
1. Виступ лікаря.
Кожна людина є носієм кількох (4-8) шкідливих генів, а тому ризик генетичного дефекту може передатися дітям. Іноді навіть незначний зовнішній дефект має бути сигналом суттєвого недуга. Так одиночна складка в поперек на долоні, «мавпяча» складка, зустрічається у 1% здорових дітей, але вона вказує на наявність спадкової хвороби – хвороби Дауна (слайд 16).
Дефект мікроцефалії (мала голова) пов’язаний із розумовою відсталістю, карликовим зростом, сліпотою, глухуватістю, вродженим пороком серця (слайд 17).
Нехватка частини генів (делеція), що виникає під час поділу клітини може привести до тяжкого дефекту.
Якщо не вистачає однієї з хромосом, крик дитини нагадує нявкання, а мізинці рук викривлені, розвивається вроджений порок серця і з часом розумова відсталість, що є «синдромом кошачого крику» (слайд 18).
Наявність лишньої 21-ї хромосоми (трисомія) виявляється у формі «хвороби Дауна». Дефект виявляється в монголоїдному типі обличчя, великий язик, який не вміщується в роті, «мавпяча» складка на долоні.
При синдромі Кляйфельтера (слайд19), набір хромосом ХХY людина виглядає як чоловічої статі із зростом вище нормального, розумово відстала, безплідна, із розвиненими молочними залозами.
Будь які спадкові хвороби виникають із порушенням генетичного механізму.
2. Виступ вчителя фізики «Плата за прогрес».
Ультрафіолетове випромінювання, іонізуюча радіація (рентгенівське, гама-промені, потоки електронів, альфа-частинки, тощо) спричиняють мутагенну активність на живі організми. Вони викликають стійкі зміни спадкового механізму клітин. Якщо мутації виникли в статевій клітині вони можуть проявитись і передаватись дітям. Такі мутації називають генеративними.
Так, тривалий сонячний опік – гіперінсоляція – є головною причиною раку шкіри для світлошкірої людини. Чим темніша шкіра тим більше в ній пігменту – меланіну, тим менш небезпечним є перебування на сонці. Такі люди практично раком шкіри не хворіють. Зменшення озонового шару на 1% призведе до збільшення числа хворих раком шкіри на 4-8%. Руйнівниками озонового шару є гази – фреони, ракети, космічні кораблі, тощо.
Під впливом рентгенівських та гамма-променів виникають генні мутації та поломки хромосом (аберрації), що призводять до народження дітей з вадами, виродків.
У тих, хто переніс променеву хворобу, частота поломок хромосом прямо пропорційна дозі радіації. Доза радіації подвоююча частоту мутацій у людини, складає 10-100 рад. Доки на Землі зберігаються ядерні арсенали, атомні електростанції існує смертельна загроза спадковості людському існуванню.
3.Вчитель.
Велику небезпеку для здоров’я людей наносять шкідливі звички (слайд 20). В першу чергу наркотичні засоби, вживання спиртних напоїв, паління тютюну.
Від таких батьків часто народжуються діти із різного роду вадами, розумово відсталі, із слабким імунітетом.
«Алкоголь – це народжений вбивця, який мертвою хваткою тримає людство з часів сивої давнини і збирає у нього страшну данину – молодість, здоров’я, губить кращих із людського роду».
Джек Лондон.
Висновок вивченої теми:
1. Мутації виникають раптово, стрибкоподібно.
2. Мутації спадкові.
3. Мутації ненаправлені, мутувати може будь який локус, викликаючи незначні зміни або зміни життєво важливих ознак.
4. Одні й ті самі мутації можуть виникати повторно.
5. Мутація за проявом можуть бути як домінантними, так і рецесивними.
Домашнє завдання:
1.Мутаційна мінливість, її типи.
2. Задача. Визначити, за яких варіантів схрещення спостерігаються ті чи інші варіанти розщеплення за генотипом моно гібридного схрещування:
повне домінування:
А. АА×аа.
Б. АА×Аа.
В. Аа×аа.
варіанти розщеплення:
1:1
2:1
розщеплення не буде
3:1
Відповіді:
А – 3 (розщеплення не буде)
Б – 1 (1:1)
В – 1 (1:1).
Використані навчальні посібники.
1. Біологія, Д.І.Трайтака.
2. Уроки загальної біології, В.М.Корсуньська.
3. Медичний довідник, ТОВ «Мультитрейд».
4. Генетика і спадкові хвороби людини, В.А.Барабой.
5.Самостійні і лабораторні роботи загальної біології, Б.Д.Комісарова.
Навігація