Уроки Биологии в 10(11) классе развернутое планирование

МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ЗАКОНЫ Г. МЕНДЕЛЯ - ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ И СЕЛЕКЦИИ

Материал глав формирует знания об основных этапах развития генетики, о материальных носителях наследственности — генах. Изучаются различные типы взаимодействия генов, основные закономерности наследования признаков, формируются знания о механизме определения пола у человека и животных. Изучается наследственная и ненаследственная изменчивость, выясняются основные характеристики этих видов изменчивости. Рассматриваются основные виды наследственной изменчивости и их значение для эволюции. Учащиеся знакомятся с основными методами изучения генетики человека, на конкретных заболеваниях рассматриваются последствия мутаций, затрагивающих генотип человека.

Распределение материала по урокам:

1-й урок. Первый и второй законы Г. Менделя.

2-й урок. Анализирующее скрещивание.

3-й урок. Третий закон Менделя.

4-й урок. Закон Моргана.

5-й урок. Генетика пола.

6-й урок. Взаимодействие генов, цитоплазматическая наследственность.

7-й урок. Модификационная изменчивость.

8-й урок. Наследственная изменчивость.

9-й урок. Генетика человека.

10-й урок. Зачет.

Урок 1. МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ЗАКОНЫ Г. МЕНДЕЛЯ

Задачи. Сформировать знания о генетике как науке; о материальных носителях наследственности; о гибридологическом методе как основном методе изучения наследственности; о первых двух законах, открытых Г. Менделем.

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма, возможно использование фрагмента кинофильма «Основные законы наследственности. Законы Менделя», видеофильм «Что такое генетика», другие видеоматериалы, диафильм «Законы наследственности».

Ход урока:

Повторение. Анализ зачета, выставление оценок (5—7 минут).

Изучение нового материала. Объяснение с помощью диафильма, кодограммы.

Первый закон Г. Менделя. Генетика — относительно молодая наука. Официальной датой ее рождения считается 1900 г., когда Г. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследования признаков, установленные Г. Менделем еще в 1865 году.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость.

Под наследственностью понимают свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями. Благодаря наследственности каждый вид животных и растений в ряде сменяющих друг друга поколений сохраняет не только характерные для него признаки, но и особенности развития.

Материальной основой наследственности, связывающей поколения, являются гаметы (при половом размножении) и соматические (при бесполом). Но клетки несут в себе не признаки и свойства будущих организмов, а лишь задатки, дающие возможность развития этих признаков и свойств. Этими задатками являются гены.

Наличие задатка еще не означает обязательного появления признака, поскольку развитие любого признака зависит как от присутствия других генов, так и от условий среды. То есть формирование признаков происходит в ходе индивидуального развития особей. Поэтому каждая отдельно взятая особь уникальна, обладает набором признаков, характерных только для нее. Совокупность всех признаков организма называют фенотипом.

Появление в рамках одного вида признаков, отличающих особей друг от друга, является следствием наличия у особей свойства изменчивости. Под изменчивостью понимают свойство организмов приобретать новые признаки под воздействием различных факторов. Изменчивость заключается в изменении наследственных задатков, то есть генов. Изучением причин и форм изменчивости также занимается генетика.

Изменчивость противоположна наследственности. Если наследственность стремится закрепить признаки и свойства организмов, то изменчивость обеспечивает появление новых признаков и свойств. Вместе с тем наследственность и изменчивость тесно взаимосвязаны. Благодаря изменчивости организмы приспосабливаются к изменяющимся условиям окружающей среды, а благодаря наследственности эти изменения закрепляются.

Таким образом, генетика — это наука о закономерностях наследственности и изменчивости.

Основным методом исследования является гибридологический метод, основанный на скрещивании, гибридизации. Г. Мендель на протяжении восьми лет проводил скрещивания между 22 различными сортами гороха. Горох — строгий самоопылитель, но возможно удаление тычинок и перенос пыльцы от растений другого сорта с целью получения гибридных семян.

Для записи результатов скрещиваний в генетике используются специальная символика, предложенная Г. Менделем: Р — родители; F — потомство, число внизу или сразу после буквы указывает на порядковый номер поколения (F1 — гибриды первого поколения — прямые потомки родителей, F2 — гибриды второго поколения — возникают в результате скрещивания между собой гибридов F1); х — значок скрещивания; — мужская особь; — женская особь; А, а, В, b, С, с — буквами латинского алфавита обозначаются отдельно взятые наследственные признаки.

Успеху работы Менделя способствовал удачный выбор объекта для проведения скрещиваний. Горох имеет короткий период развития, многочисленное потомство, большое количество хорошо заметных альтернативных признаков. Окраска венчика гороха — белая или красная, окраска семядолей — зеленая или желтая, форма семени — морщинистая или гладкая, окраска боба — желтая или зеленая, и другие признаки. Горох является строгим самоопылителем, строение венчика защищает цветок от опыления посторонней пыльцой.

Опыты Менделя были тщательно продуманы. Свои исследования он начал с изучения закономерностей наследования всего лишь одной пары альтернативных признаков.

Моногибридным называют скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков. При таком скрещивании прослеживаются закономерности наследования только двух вариантов признака (например, белая и красная окраска венчика), а все остальные признаки организма во внимание не принимаются.

Классическим примером моногибридного скрещивания является скрещивание сортов гороха с желтыми и зелеными семенами: все потомки имели желтые семена. Аналогичная картина наблюдалась и при скрещиваниях, в которых изучалось наследование других признаков. Мендель пришел к выводу, что у гибрида первого поколения из каждой пары альтернативных признаков проявляется только один, доминантный, а второй, рецессивный, не развивается, как бы исчезает.

Позже выявленная закономерность была названа законом единообразия гибридов первого поколения, или законом доминирования. Это первый закон Менделя: при скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям (двух гомозиготных организмов), отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Второй закон Г. Менделя. Семена гибридов первого поколения использовались Менделем для получения второго гибридного поколения. Во втором поколении три четвертых от всех семян (6022) имели желтую окраску, одна четвертая (2001) — зеленую. Такие же соотношения 3:1 были получены при скрещивании или самоопылении гибридов с другими анализируемыми признаками.

Явление, при котором часть гибридов второго поколения несет доминантный признак, а часть — рецессивный, называют расщеплением. Причем наблюдающееся у гибридов расщепление не случайное, а подчиняется определенным количественным закономерностям.

Таким образом, на основе скрещивания гибридов первого поколения и анализа второго был сформулирован второй закон Менделя: при скрещивании гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в определенном числовом соотношении.

Для объяснения явления доминирования и расщепления гибридов второго поколения Мендель предложил гипотезу чистоты гамет. Он предположил, что развитие признака определяется соответствующим ему наследственным фактором. Один наследственный фактор гибриды получают от отца, другой — от матери. У гибридов F1 проявляется лишь один из факторов — доминантный. Однако среди гибридов F2 появляются особи с признаками исходных родительских форм. Это значит, что: у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде; половые клетки содержат только один наследственный фактор, то есть они «чисты» (не содержат второго наследственного фактора). Итак, гипотеза чистоты гамет гласит: наследственные факторы при образовании гибридов не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде.

Наследственные задатки (гены) Мендель предложил обозначать большими буквами латинского алфавита, например, доминантный признак А, рецессивный — а.

Поскольку в своих опытах Г. Мендель использовал растения, относящиеся к разным чистым линиям, анализируемые гены этих растений одинаковы, потомство было единообразным. Организмы, не дающие расщепления в потомстве, называются гомозиготными. Они могут быть гомозиготными по доминантным (АА) или по рецессивным генам (аа). Организмы, в потомстве которых наблюдается расщепление, называются гетерозиготными (Аа).

Во времена Менделя строение и развитие половых клеток еще не было изучено, поэтому его гипотеза чистоты гамет является примером гениального предвидения, которое позже нашло научное подтверждение.

Явления доминирования pi расщепления признаков, наблюдавшиеся Менделем, в настоящее время легко объясняются парностью хромосом, расхождением хромосом во время мейоза и объединением их во время оплодотворения.

Предположим, что соматические клетки несут всего одну пару гомологичных хромосом, содержащих гены, определяющие окраску семян у гороха. Обозначим ген, определяющий желтую окраску, буквой А, а зеленую — а. Поскольку Мендель работал с чистыми линиями, оба организма — гомозиготны, то есть несут два одинаковых гена окраски семян (соответственно, А А и аа). Во время мейоза число хромосом уменьшается в два раза, и в каждую гамету попадает только одна хромосома. Но так как обе хромосомы несут одинаковые гены, все гаметы одного организма будут содержать одну хромосому с геном А, а другого — с геном а.

Генетическая запись осуществляется следующим образом:

При оплодотворении гаметы сливаются, и их хромосомы объединяются в одной зиготе. Получившийся от скрещивания гибрид становится гетерозиготным, так как его клетки будут иметь генотип Аа, то есть оба аллеля одного и того же гена. У гибридного организма во время мейоза хромосомы расходятся в разные клетки, и образуется два типа гамет — 50% гамет будет нести ген А, 50% — ген а. Оплодотворение — процесс случайный и равновероятный, то есть любой сперматозоид может оплодотворить любую яйцеклетку. А поскольку образовалось два типа сперматозоидов и два типа яйцеклеток, возможно возникновение четырех типов зигот.

Для удобства расчета сочетания гамет при оплодотворении английский генетик Р. Пеннет предложил проводить запись в виде решетки, которую так и назвали — решетка Пеннета. По вертикали указываются женские гаметы, по горизонтали — мужские. В клетки решетки вписываются генотипы зигот, образовавшихся при слиянии гамет.

Из приведенной схемы видно, что образуется три типа зигот. Половина из них — гетерозиготы (несут гены А и а) 1/4 — гомозиготы по доминантному признаку (несут два гена А) и 1/4 — гомозиготы по рецессивному признаку (несут два гена а). Причем желтосеменные растения одинаковы по фенотипу, но различны по генотипу: 1/3 являются гомозиготными по доминантному признаку и 2/3 — гетерозиготны.

Учитывая цитологические основы, второй закон Менделя можно сформулировать так: при скрещивании двух потомков первого поколения между собой (двух гетерозиготных особей) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Генетика. 1-й и 2-й законы Менделя. § 23

(Сообщение о биографии Г. Менделя)

Первый закон Г. Менделя

Генетика? Наследственность? Изменчивость? Генотип? Фенотип?