Урок № 4 Основні поняття генетики. Методи генетичних досліджень - Біологія 11 клас - Старша школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Старша школа » Біологія 11 клас

Урок № 4 Основні поняття генетики. Методи генетичних досліджень
Урок № 4

Основні поняття генетики.
Методи генетичних досліджень

Мета уроку: ознайомити учнів із поняттям «генетика»; дати уявлення про предмет, цілі та методи генетики; ознайомити з основними поняттями генетики; показати основні методи генетичних досліджень; розвивати увагу і пам’ять учнів; сприяти розвитку логічного мислення; розвивати уміння узагальнити інформацію та підбити підсумок; формувати усвідомлення цінності власного життя і збереження здоров’я.
Очікувані результати: учні мають називати методи генетичних досліджень; учні мають формулювати визначення понять «генотип», «фенотип», «домінантний стан ознаки», «рецесивний стан ознаки», «алельні гени», «гомозиготи», «гетерозиготи».
Обладнання: ___________________________________________________________
Тип уроку: урок засвоєння знань.

 1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка присутності учнів: кількість за списком ____, кількість присутніх на уроці ___, відсутніх ___.
 2. Повідомлення теми, мети і завдань уроку
2.1. Повідомлення теми уроку.
2.2. Формулювання мети уроку і визначення завдань, що необхідно виконати для досягнення цієї мети.

 Запитання до учнів:
— Якою може бути основна мета нашого уроку?
— Які завдання можна їй підпорядкувати?

Мета уроку: ознайомитися з основними поняттями генетики та методами генетичних досліджень.
Завдання уроку:
1. Сформувати уявлення: про генетику як науку; про предмет і цілі генетики.
2. Визначити основні поняття генетики.
3. Дізнатися, які методи використовують у генетичних дослідженнях.
 3. Перевірка домашнього завдання й актуалізація опорних знань учнів
3.1. Аналіз та виправлення типових помилок учнів під час виконання лабораторної роботи № 1 «Будова статевих клітин».
3.2. Фронтальне опитування.
1. Що таке розмноження?
2. Які існують форми розмноження?
3. У чому полягає перевага статевого розмноження над нестатевим?
 4. Мотивація навчальної діяльності
«Мікрофон»
Запитання до учнів:
— Як ви гадаєте, що таке генетика і навіщо вона потрібна?
 5. Засвоєння нового матеріалу
План пояснення нового матеріалу
1. Генетика. Історія розвитку генетики
Повідомлення учнів, словникова робота
Генетика — наука про спадковість і мінливість організмів та організацію спадкового матеріалу. Генетика є однією з галузей біології. Через універсальність генетичного коду генетика лежить в основі вивчення всіх форм життя від вірусів до людини.
Короткий історичний нарис розвитку генетики
Зародження генетики розпочалося ще в доісторичні часи. Початкові знання
з генетики пов’язані із такими процесами, як одомашнення та схрещування тварин
і рослин. Вже на Вавилонських глиняних плитках указувалися можливі риси при схрещуванні коней. Але основи сучасних уявлень про механізми спадковості були закладені тільки в середині ХІХ століття.
У 1750 р. французький лікар П. Мопертюї описав характер успадкування багатопалості (полідактилії). Проведений ним аналіз успадкування цієї ознаки багато
в чому передував відкриттю Ґ. Менделя. У 1814 р. Дж. Адамс опублікував працю, у якій розрізняв спадкові й неспадкові захворювання. Від 1803 до 1820 року кілька лікарів описали як успадковується гемофілія. У 1876 р. швейцарський лікар-офтальмолог Й. Горнер описав успадкування дальтонізму (колірної сліпоти).
У 1865 р. чернець Ґреґор Мендель вивчав гібридизацію рослин гороху
в Августинському монастирі в Брюнні (Брно). Дослідник оприлюднив свої результати на засіданні місцевого товариства науковців. А його робота «Досліди над рослинними гібридами» була опублікована у 1866 році. За життя автора всі його роботи були маловідомі і сприймалися досить критично, оскільки результати досліджень іншої рослини — нічної красуні, на перший погляд, суперечили висновкам Менделя. Цим досить охоче користувалися критики.
Генетика людини як наука виникла завдяки працям англійського вченого
Ф. Гальтона. Гальтон вивчав успадкування розумових здібностей, обдарованості, таланту людини і створив особливий напрям генетики — євгеніку, призначення якої — вдосконалити людину і людський рід.
Генетика — відносно молода наука. Датою її народження вважають 1900 рік, коли три ботаніки, які проводили досліди з гібридизації рослин — голландець Г. де Фріз, німець К. Корренс та австрієць Е. Чермак, незалежно один від одного знайшли забуту працю Менделя «Досліди над рослинними гібридами». Вчені були вражені тим, наскільки результати їхніх дослідів наближались до одержаних Ґ. Менделем. Згодом закони спадковості, встановлені Ґ. Менделем, сприйняли науковці різних країн,
а ретельні дослідження довели їхній універсальний характер. Сформульовані закономірності наслідування пізніше дістали назву «Закони Менделя».
Слово «генетика» було вперше запропоновано, для того щоб описати знання про спадковість та мінливість, визначним британським ученим Вільямом Батесоном
в особистому листі до Адама Седжвіка (18 квітня 1905 р.). Вперше Батесон ужив слово «генетика» публічно на Третій міжнародній конференції з гібридизації рослин (Лондон, 1906 р).
Прихильники менделівського вчення на початку ХХ ст. вивчали якісні ознаки, що визначаються окремими генами, і стверджували, що ці гени визначають характер спадковості людини.
1900 р.— К. Ланштейнер розробив систему груп крові AB0 і саме цим заклав початок вивченню поліморфних ознак людини.
1902 р.— лікар А. Гаррод досліджує порушення обміну речовин у людини, хворої на алкаптанурію.

Довідка
Алкаптанурія — спадкове захворювання, що зумовлене неповноцінністю фермента оксидази гемогентрозинової кислоти.

Д. У. Бідл і Є. Теймен, вивчаючи біосинтез тіаміну, встановили, що за синтез кожного ферменту відповідає певний ген. Вони висловили гіпотезу «Один ген — один фермент».
1908 р.— математик Д. Харді і лікар В. Вайнберг, незалежно один від одного, під час вивчення розподілу різних ознак у популяції людини заклали основи популяційної генетики і сформулювали закон, що носить їхнє ім’я,— закон Харді-Вайнберга.
1913 р.— описано поліморфізм щодо виявлення здібностей відчувати смак розчину фенілтіосечовини.
1918 р.— Р. Е. Фішер довів, що одні ознаки людини визначаються якістю, тобто окремими генами, а інші — кількістю.
Великий внесок у розробку проблем загальної генетики і генетики людини внесли радянські вчені М. К. Кольцов, О. С. Себеровський, Ю. О. Філіпченко. Професор С. Г. Левіт, який був керівником Московського Медико-генетичного інституту до 1937 р., проводив важливі дослідження з генетики цукрового діабету. Великий російський фізіолог І. П. Павлов стверджував, що треба вивчати генетику задля кращого знання фізіології.
1956 р.— Д. Тійло і А. Леван установили, що кількість хромосом у соматичних клітинах дорівнює 46, після чого були виявлені зміни хромосом при різних захворюваннях.
1959 р.— І. Лежен відкрив зайву хромосому в 21-й парі при хворобі Дауна.
1969 р.— Т. Каперсон запропонував диференціальне фарбування хромосом, що дало можливість розрізняти кожну з хромосом окремо і виявляти їхні зміни.
Великий внесок у вивчення загальної генетики людини зробили: М. П. Дубинін,
Д. Д. Ромашов, А. А. Малиновський, В. П. Єфроїмсон, М. П. Бочков, І. Р. Барляк,
М. А. Пілінський. В Україні питаннями медичної генетики займалися такі відомі вчені, як Т. І. Юдін, Б. М. Манківський. Юдін займався питаннями євгеніки, а Манківський — лікуванням хворих на спадкову м’язову дистрофію і спадкові захворювання нервової системи.
Основними завданнями генетики є розроблення методів управління спадковістю та мінливістю з метою отримання необхідних людству форм організмів, регуляція формування їхніх природних і штучних популяцій, вивчення природи генетичних хвороб, розв’язання проблем стійкості природних і штучних популяцій видів.
Основні напрямки досліджень генетики:
• генетика людини;
• генетика рослин;
• генетика тварин;
• генетика мікроорганізмів;
• генетика індивідуального розвитку;
• молекулярно-генетичні механізми;
• цитогенетичні механізми;
• генетика адаптаційних процесів;
• генетика популяцій;
• еволюційна генетика;
• генетика соматичних клітин і клітинних популяцій;
• розроблення нових методів генетики;
• генетична інженерія.
Генетика працює на стику з багатьма науками, такими як: фізика, кібернетика, математика, хімія, еволюційне вчення, біотехнологія, практична селекція, соціологія, медицина, молекулярна біологія тощо.

2. Основні поняття генетики (спадковість, мінливість, ген, генотип, фенотип, домінантний стан ознаки, рецесивний стан ознаки, алельні гени, гомозиготи, гетерозиготи)
Пошуковий метод, словникова робота
Учням пропонується знайти відповіді на запитання в підручнику. Терміни записуються у словник.

 Запитання до учнів:
— Які структури зберігають спадкову інформацію?
— Які поняття є основними для генетики?
— Що таке спадковість і мінливість?
— Що таке ген?
— Що таке генотип та фенотип?
— Що таке алелі?
— Що таке гомо- та гетерозиготи?
— Що таке домінантний та рецесивний стан ознаки? Наведіть приклади.
— Що таке кодомінантність?
Зазвичай в організмі генетична інформація зберігається у вигляді хромосом, які,
у свою чергу, складаються з білків та носіїв генетичної інформації — молекул ДНК.
Основними поняттями генетики є спадковість і мінливість.
Спадковість — здатність живих організмів передавати від покоління до покоління спадкові ознаки, збереження й відтворення у нащадків основних ознак зовнішньої та внутрішньої будови, фізико-хімічних особливостей і життєвих функцій батьків.
Мінливість — здатність живих організмів набувати нових ознак, відмінних від предків і їхніх станів у процесі індивідуального розвитку.
Спадковість є однією з основних властивостей живих організмів і забезпечується відтворенням матеріальних одиниць спадковості — генів.
Ген — це ділянка молекули нуклеїнової кислоти, яка визначає спадкові ознаки організмів.
У генах закодована інформація, що необхідна для синтезу амінокислотної послідовності білків. Білки відіграють найважливішу роль у формуванні фенотипу, або, іншими словами, білки визначають, яким буде фізичний стан і загальний вигляд організму.
Генотип (від грец. генос — рід, походження і типос — відбиток) — комплекс усіх генів організму, що зумовлюють спадкові властивості. Взаємодія генотипу та умов середовища утворюють фенотип організму.
Фенотип (від грец. фаіно — являю і типос — відбиток) — сукупність характеристик, властивих індивіду на певній стадії розвитку. Будь-яка спостережувана характеристика чи риса організму (його морфологія, розвиток, біохімічні та фізіологічні властивості чи поведінка) і усі клінічно визначувані ознаки індивіда (зріст, вага тіла, колір очей, тип волосся, група крові тощо) є фенотипними.
Фенотип формується під дією генотипу, опосередкованого низкою факторів довкілля та можливими взаємодіями між ними.
Концепція взаємодії між генотипом і фенотипом:
генотип + довкілля + випадкові варіації → фенотип.
Алелі або алельні гени — різні варіанти одного гену, що зустрічаються в межах однієї популяції організмів та визначають різні фенотипи цих організмів.
Алельні гени займають однакове положення у хромосомах однієї пари (гомологічних хромосомах) і визначають різні стани певних ознак (наприклад, високий чи низький зріст, рудий або чорний колір волосся, блакитний або зелений колір очей тощо).
Гомозигота — організм (зигота), що має однакові алелі одного гена в гомологічних хромосомах (AA, aa).
Гетерозигота — організм (зигота), що має різні алелі одного гена в гомологічних хромосомах (Aa), тобто має альтернативні ознаки.
Ознаки — гени можуть бути домінантними та рецесивними.
Домінантна ознака (ген) — переважаюча, та що пригнічує, виявляється завжди як у гомозиготному, так і в гетерозиготному стані. Домінантна ознака позначається великою літерою (A, B, С). Приклади домінантних ознак: кучеряве волосся, темний колір очей або шкіри, високий зріст тощо.
Рецесивна ознака (ген) — та, що пригнічується, виявляється тільки
в гомозиготному стані. В гетерозиготному стані рецесивна ознака пригнічується домінантною. Рецесивний ген позначається відповідною малою літерою (а, b, с). Приклади рецесивних ознак: пряме волосся, світлий колір очей та шкіри, низький зріст тощо.
Кодомінантність — це така властивість генів, коли обидві риси домінантні одночасно, й обидві риси у цьому випадку будуть присутні у фенотипі.
У диплоїдних організмах домінантні алелі на одній хромосомі будуть маскувати експресію рецесивних генів на іншій (гомологічній) хромосомі. Єдина можливість виявитися рецесивній алелі — гомозиготний стан (коли обидві копії гену рецесивні
і домінантного гену немає у конкретно взятої особини).

3. Методи генетичних досліджень
Складання таблиці, робота в парах
Учням пропонується, працюючи в парах, заповнити таблицю «Методи генетичних досліджень» у зошиті за допомогою тексту підручника. Можна розподілити завдання між рядами, наприклад, перший ряд опрацьовує гібридологічний та генеалогічний методи, другий — популяційно-статистичний та цитогенетичний, а третій — біохімічний та близнюковий. Після того як учні виконали своє завдання, вони обмінюються інформацією, яку вже знайшли (тобто самостійно вони опрацьовують лише два методи, а про інші їх інформують товариші).

Методи генетичних досліджень
Метод Суть Значення
Гібридологічний Схрещування (гібридизація) організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак Можливість дослідження характеру успадкування станів ознак за допомогою системи схрещувань
Генеалогічний Вивчення типу успадковування (альтернативних ознак), частоти та інтенсивності ознак за допомогою генеалогічних дерев Визначення ступеня ризику появи спадкових порушень у нащадків
Популяційно-статистичний Вивчення частоти зустрічальності алелей і хромосомних порушень у популяціях Визначення поширення мутацій, дії генного потоку і природного добору в популяціях
Цитогенетичний Вивчення хромосомних наборів живих організмів Знання про будову, структуру хромосом, хромосомні хвороби
Біохімічний Вивчення змін у біологічних параметрах організму, пов’язаних зі зміною генотипу Виявлення порушень у складі крові, продуктах життєдіяльності тощо
Близнюковий Вивчення генотипних і фенотипних особливостей однояйцевих та різнояйцевих близнюків Виявлення відносного значення спадковості у формуванні організму

Пояснення вчителя
У вирішенні теоретичних і практичних генетичних проблем залежно від рівня організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-видовий) учені застосовують відповідні методи досліджень.
Гібридологічний метод, застосований Г. Менделем, полягає у схрещуванні (гібридизації) організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одержаних від такого схрещування, називають гібридами (від грец. гібрида — суміш). Гібридизація є основою гібридологічного аналізу — досліджування характеру успадкування станів ознак за допомогою системи схрещувань.
Схрещування буває моногібридним, дигібридним і полігібридним. Моногібридне схрещування — це поєднання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової ознаки (наприклад кольором насіння); дигібридне — двох ознак (наприклад кольором насіння та структурою його поверхні), полігібридне — трьох
і більше ознак.
Генеалогічний метод полягає у вивченні родоводів організмів. Це дає змогу простежити характер успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь. Він широко застосовується в медичній генетиці, селекції тощо. За його допомогою встановлюють генотип особин і обчислюють імовірність прояву того чи іншого стану ознаки в майбутніх нащадків.
Родоводи складають у вигляді схем за певними правилами: організм жіночої статі позначають колом, чоловічої — квадратом. Позначення особин одного покоління розташовують у рядок і з’єднують між собою горизонтальними лініями, а батьків
і нащадків — вертикальною. За родоводом можна простежити успадкування такого, наприклад, захворювання, як гемофілія (незгортання крові).
Популяційно-статистичний метод — це метод, за допомогою якого вивчають частоти зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій. Крім генетики популяцій, його застосовують й у медичній генетиці для вивчення поширення певних алелей серед людей (головним чином тих, що визначають ті чи інші спадкові захворювання). Для цього вибірково досліджують частину населення певної території і статистично обробляють одержані дані.

Цікавий факт
За допомогою популяційно-статистичного методу було виявлено, що алель, який зумовлює дальтонізм (порушення сприйняття кольорів), трапляється
у 13 % жінок (із них хвороба виявляється лише у 0,5 wacko та у 7 % чоловіків (хворіють усі).

Цитогенетичний метод — це метод, за допомогою якого досліджують особливості хромосомного набору (каріотипу) організмів. Це дає змогу виявляти мутації, що пов’язані зі зміною як числа хромосом, так і структури деяких із них. Каріотип досліджують у клітинах на стадії метафази, бо в цей період клітинного циклу структура хромосом виражена найчіткіше.
Цей метод застосовують також у систематиці організмів (каріосистематика). Так, багато видів-двійників (видів, які важко, а іноді навіть неможливо розпізнати за іншими ознаками) розрізняють за хромосомним набором. Такі випадки відомі серед комах, земноводних, гризунів тощо. Наприклад, у 30-ті роки XX ст. учені звернули увагу на різну частоту захворювань малярією в розташованих поряд місцевостях. Дослідження каріотипу малярійного комара довели, що це не один вид, як вважали раніше,
а комплекс видів-двійників, одні з яких переносять збудників малярії, а інші — ні.
Біохімічні методи використовують для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням обміну речовин. За їхньою допомогою виявляють білки,
а також проміжні продукти обміну, невластиві певному організмові, що свідчить про наявність змінених (мутантних) генів. Відомо понад 500 спадкових захворювань людини, зумовлених такими генами (наприклад цукровий діабет).
Близнюковий метод полягає у вивченні однояйцевих близнюків (організмів, які походять з однієї зиготи). Однояйцеві близнюки завжди однієї статі, бо мають однакові генотипи. До того ж у них однакова група крові, однаковий почерк, відбитки пальців, їх не розрізняють за запахом собаки і навіть батьки їх інколи не розрізняють. Лише
в однояйцевих близнюків на 100 % вдалими є операції з пересаджування органів, оскільки вони мають однаковий набір білків, тому тканини, що пересаджуються, не відторгаються організмом. Досліджуючи такі організми, можна з’ясувати роль чинників довкілля у формуванні фенотипу особин: різний характер їхнього впливу зумовлює розбіжності у прояві тих чи інших станів певних ознак.

Довідка
• Близнюковий метод дослідження був запропонований у 1876 р. англійським антропологом і психологом Ф. Гальтоном. Він виділив серед близнят дві групи: однояйцеві (монозиготні) і двояйцеві (дизиготні).

Цікавий факт
На сьогодні в середньому на кожні 100 пологів припадає одне народження близнят. Демографи розрахували, що на Землі проживає близько 50 млн пар близнят. Приблизно одну третину всіх близнят складають однояйцеві, а дві третини — двояйцеві.

Методи генетичної інженерії становлять окрему групу методів досліджень. За допомогою цих методів учені виділяють з організмів окремі гени або синтезують їх штучно, перебудовують певні гени або взагалі видаляють їх, вводять окремі гени в геном іншої клітини або організму. До того ж вчені можуть сполучати гени різних видів в одній клітині, тобто поєднувати в одній особині спадкові ознаки, притаманні різним видам.

 Зверніть увагу учнів
Особливу увагу учнів слід звернути на значення генетичних досліджень для народження нового здорового покоління, на можливості, які отримало людство з появою генетики як науки (можливість запобігання або попередження генетичних захворювань, можливість створення генетично модифікованих організмів тощо).

(Метод генетичної інженерії можна також додати до таблиці. Поняття геном слід зафіксувати в словниках.)
Геном — сукупність усієї спадкової генетичної інформації організму, тобто всіх генів, не кодуючих послідовностей ДНК, та позахромосомного генетичного матеріалу. В геномі кожен ген представлений одним геном з алелі.
Термін «геном» був запропонований Гансом Вінклером у 1920 р. для опису сукупності генів у гаплоїдному наборі хромосом організмів одного біологічного виду.

 6. Узагальнення і закріплення знань
«Добери пару»
Один учень називає термін або поняття, другий пояснює його значення, третій добирає до нього пару, а четвертий знову пояснює його значення і так далі.
 7. Підбиття підсумків уроку, рефлексія
Фронтальна бесіда
1. Що таке генетика й ген?
2. Які поняття є основними в генетиці?
3. Що таке спадковість і мінливість?
4. Які методи використовують для генетичних досліджень організмів?
 8. Інформування учнів про домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
8.1. Завдання для всього класу.
Підручник _______________________________________________________________
Робочий зошит ___________________________________________________________
8.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати повідомлення про Ґреґора Менделя та його роль у становленні генетики як науки.
Категорія: Біологія 11 клас | Додав: uthitel (22.12.2013)
Переглядів: 4816 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: