Конспект урока на тему "Причины мутаций. Закон гомологических рядов" 10 класс

 Тема. ПРИЧИНЫ МУТАЦИЙ.  ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ  РЯДОВ  В НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ.

Мажара Елена Геннадьевна, учитель биологии

Аманкарагайская средняя школа им. Н. Островского.

ЦЕЛИ: - сформировать  представление о  причинах   мутаций и  их значении в природе  и  жизни  человека; рассказать о  законе  гомологических  рядов  наследственной  изменчивости;  формировать  опыт правильного  поведения  и  общения , готовности  к  самообразованию.  

Форма работы на  уроке:  коллективно -групповое  обучение.

Ход урока.

1.      Психологическая   подготовка  к  работе  и  актуализация  опорных  знаний.

Игра «Цепочка»:  термин  - определение  термина - предложение с термином -  вопрос  с термином - ответ  на  этот  вопрос. 

Термины  для  игры: І вариант – мутация, ІІ  вариант – полиплоидия.

2.     Тесты:

1. Фенотип –это:

А – совокупность генов в организме; Б – совокупность наследственных факторов;

В – совокупность внешних признаков. Г – совокупность внешних и внутренних признаков

2. Перекрест хромосом – это:

А – разрыв хромосом на 2-3 части; Б – спирализация хромосом;

В – обмен участками гомологичных хромосом.

3. Количество фенотипов при скрещивании Аа*Аа в случае полного доминирования:

А-1; Б-2; В-3.

4. Модификационная изменчивость связана с изменениями:

А – генотипа; Б – генофонда; В – фенотипа.

5. Аллельные гены – это:

А – локализованы в одной хромосоме; Б – парные гены в гомологичной хромосоме;

В – действуют в гетерозиготе.

6. Анализирующее скрещивание:

А – при известном генотипе; Б – при неизвестном генотипе; В – при известном фенотипе.

8. Норма реакции:

А – потолок генотипа; Б – изменение генотипа; В – предел изменений признака генотипа.

9. Модификационная изменчивость:

А – наследственная; Б – ненаследственная; В – альтернативная.

 Ответы: 1Г, 2В, ЗБ, 4В, 5Б, 6В, 7В, 8Б. Критерии оценивания: “5” -“4” -“3” -“2” –

3. Заполните таблицу:

Линии сравнения

Признаки

Модификации

Мутации

1. Передается ли новый признак по наследству?

Не наследуются

Наследуются и передаются из поколения в поколение

2.Зависит ли признак от изменений в генотипе?

Не связаны с изменением генотипа

Затрагивает генотип

3. Можно ли заранее предсказать, как (в каком направлении) изменится организм под воздействием внешних условий?

Характеризуются направленностью

Не имеют направленного характера

4.Какое значение для особи имеет?

Полезны, так как имеют приспособительное значение

Могут быть полезными или вредными для организма.

5.Причины.

Определённые условия

Мутагенные факторы

3.      Изучение  нового  материала. Что такое мутации? Термин дал в 1901 г. генетик Де Фриз.

Определение термина – работа с учебником §31 стр. 119.

Случайные стойкие изменения генотипа – хромосомы, гена. 450 мутаций совместимых с жизнью.

Частота возникновения мутации

Полезные генные – 1 раз на сотню тысяч случаев. 1:100 000 – не часто! У млекопитающих в организме примерно 100 000 генов, то каждая особь несет вновь мутацию. Сергей Сергеевич Четвериков – генетик. Он сделал вывод о наследственности рецессивных популяций — как губка впитывает рецессивные мутации – это скрытые резервы наследственной изменчивости и эволюционных преобразований – успех естественного отбора. У человека 23 гаплоидные хромосомы, количество генотипов превышает в 20 раз численность всех людей на Земле – астрономическая цифра. Возникновение двух одинаковых людей невозможно. Большинство генов мутируют редко, часто мутации генные остаются незаметны. Это касается здоровья человека: диабеты, слабоумие, мышечная дискрозия. Женщины-дальтоники встречаются в 10 раз реже, чем мужчины. Сложные генные мутации редки. Синдром Клайфельтера 1 случай на 600 рожденных. Дети – Дауны – часто, 1 на 600 рожденных. Синдром Тернера у женщин 1 на 5000 рожденных.

Причины мутаций.

1 . Нарушение процессов репликации ДНК, рекомбинации, деления (мейоз). Точковые – изменение структуры ДНК (замена нуклеотида, выпадение его, изменение локуса).

2. Мутагенные факторы среды.

Карточка  с  заданием. Прочитайте  текст первого ( второго, третьего, четвертого) блока  лекции. Определите  главную мысль  текста, попробуйте  запомнить  текст. Составьте  свои вопросы к тексту. На полях можно делать  пометки : « +»-  это знаю, «!» -  об этом  узнал, «?» - еще   не  знаю.

Первый  блок лекции

На  предыдущих  уроках  мы  рассматривали основные  типы  мутаций. Какие  причины  мутационного  процесса?  Эти  причины  связаны с  нарушением  основных  генетических процессов,  протекающих  в  клетке:  репликации  и  деления. Как  хромосомные  ,так и генные  мутации есть  изменением  структуры  молекулы ДНК.  Мутационный  процесс – неотделимая   характеристика  любого  живого  организма.   В  настоящее  время  достаточно  хорошо   изучены  факторы среды, имеющие  мощное  мутагенное  влияние, т.е. приводящие  к  мутациям.  Выделяют три  основные  группы  таких  факторов: физические,  химические  и  биологические.

 Физические  мутагены.  Наиболее    эффективный – ионизирующее  излучение. Проходя   сквозь  клетки, рентгеновские  лучи, гамма-лучи, ядерные  частицы на своём пути выбивают электроны  из  внешней  оболочки  атомов  или  молекул , превращая  их  в   положительно  заряженные частицы. Ионизирующее   излучение имеет прямое   воздействие  на ДНК. К  физическим  мутагенам  относят так же  ультрафиолетовое   излучение  и  температуру.

Второй   блок лекции

 Химические  мутагены. Их  известно  несколько  типов, отличающихся  строением  и механизмом  действия. Например  , алкалоид колхицин  разрушает  веретено  деления  в клетке, что  приводит к  удвоению   количества хромосом  в  клетке.  Газ иприт,  используемый  как химическое  оружие, повышает  частоту  мутаций  ( например, в  подопытных  мышах – в 90 раз!).

Третий   блок лекции

Биологические  мутагены. К  ним  относятся  молекулы ДНК  и  вирусы.  Выяснено , что  многие  виды  мутаций   у  растений ,  животных и людей -  результат  действия   вирусов. В клетках , пораженных  вирусом,  мутации  наблюдаются  значительно  чаще , чем в  здоровых.  Вирусы  вызывают  как  генные,   так  и хромосомные  мутации, уводя  значительное  количество  собственной   генетической  информации  в  генотип клетки-хозяина. Считается, что эти  процессы сыграли  важную  роль  в  процессах  эволюции  прокариот, так как вирусы  переносят  генетическую  информацию   между  клетками   разных  видов.

Четвертый   блок лекции

Закон  гомологических  рядов  в  наследственной  изменчивости, сформулированный Николаем  Ивановичем  Вавиловым в 1920г. «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.» Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство». Суть этого закона заключается в том, что у близких по происхождению видов и родов организмов возникают сходные наследственные изменения. Так, у разных видов млекопитающих встречаются формы бесшерстные, длинношерстные, короткопалые и т.д. Спонтанный  мутационный  процесс у  генетически  близких  родов  и  видов  протекает  параллельно, в результате  чего  появляются  подобные  мутации – гомологические  ряды. Изучая   изменчивость  у  видов и родов злаковых, Вавилов выяснил, что все виды и рода  генетически  похожи друг с другом и характеризуются  тождественными рядами  наследственной  изменчивости.  Зная  ряд  форм  для  одного  вида,  можно  предвидеть     существование   таких же форм в других  видах и  родах.  Он  пришел  к  выводу,  что целые  семейства   растений  характеризуются  определенным циклом   изменчивости, который  проходит  через все  роды, образующие семейства (см. рис. 66 на стр.102 учебника). Хотя закон  касается  изменчивости  у  растений, Вавилов   предложил применить его и к животным. Закон гомологических родов даёт селекционерам  возможность  осуществлять  искусственный  отбор  разными методами: от обнаружения   необходимых  форм  в  природе  или выявлении  таких  при  скрещивании до  получения этих форм с использованием  мутагенов.

 Как оградить человечество от мутагенов? Забота об экологии планеты. Прекращение испытаний ядерного оружия в 3-х сферах. Оздоровление среды обитания человека.

Экология.

Чистая среда – барьер на пути мутаций.

1. Радиация – увеличивает частоту мутаций человека в 6 раз, если он проживает в зоне радиации 30 лет. Пример: Брянская область (Чернобль). Радиация в Японии вызвала поражение кожи, внутренних органов кроветворения – анемия, опухоли, катаракта глаз, укорочение жизни. Многие скрытые мутации проявляются через несколько поколений: диабет, слабоумие, мышечная дистрофия. Надо изыскать методы борьбы с ними.

2. Ежегодно в мире рождается 20 тысяч детей с тяжелыми недугами.

3. Химические факторы – действие сигарет, алкоголя, наркотиков.

4. Чистота среды – борьба с загрязнениями воды. Пример.

5. Канцерогены в пищевых продуктах – возникают перерожденные клетки.

6. Проверка косметических и лекарственных препаратов на “безвредность”.

Программа “Геном человека”.

Закон гомологических рядов

- Как вам нравится такая фраза: «У меня есть мысль и я ее думаю!» ?

- А я предлагаю вам подумать над фразой-мыслью, сказанной И. И. Вавиловым о наследственной изменчивости: «Под зеленой лужайкой общеизвестного подхода скрывается минное поле гомологических рядов»,

- Что же такое гомологические ряды?

Изучая наследственную изменчивость культурных растений и их предков Н. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.» На примере семейства злаковых, Вавилов показал, что сходные мутации обнаруживаются у целого ряда видов этого семейства. Так, черная окраска семян встречается у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и других, за исключением овса, пырея, проса. Удлиненная форма зерна – у всех изученных видов. У животных также встречаются сходные мутации: альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц. Причина появления сходных мутаций – общность происхождения генотипов.

Таким образом, обнаружение мутаций у одного вида дает основание для поисков сходных мутаций у родственных видов растений и животных. О необычайно красивом, хочется сказать великолепном, эксперименте рассказал на Международном генетическом конгрессе академик Д. К. Беляев. Группа новосибирских генетиков задалась целью получить домашних серебристо-черных лис. Не прирученных, а по-настоящему домашних, у которых, от рождения как у собак, отсутствует агрессивность и страх перед человеком. Превращение волка в собаку, по данным археологии, тянулось добрую тысячу лет. Новосибирские ученые решили уложиться в 1-2 десятка. Метод был прост: отбор из поколения в поколение на «хорошее» отношение к человеку. И он дал блестящие результаты. Лисы, полученные таким способом почти не отличались от собак. Биохимический анализ показал, что у этих лис низкий уровень синтеза стероидных гормонов надпочечников. Эти гормоны сильно влияют на поведение (недаром исследователи шутя называют их «стервоидными»). Но самое интересное впереди! Хотя отбор шел только по поведению, популяция стала меняться и внешне, произошел взрыв изменчивости, причем гомологичной той, которая произошла при переходе от волка к собаке. Назовите, какие же изменения произошли у лис, если вам известен закон гомологических рядов?

В самом деле: Сроки течки у таких лис сдвинулись, некоторые оказались способными давать потомства два раза в год. Линька, у диких животных приуроченная к определенному сезону, у лис начала растягиваться на весь год. Появились пегие лисы, лисята, с висящими как у такс ушами. Наконец, у некоторых лис хвост стал закручиваться на спину колечком.

Итак, мы узнали, что такое гомологичные ряды и объяснили закон, сформулированный Н. И. Вавиловым. Для тех, кто все же хочет узнать, почему он является «минным полем», необходимо почитать работы Вавилова.

4. Итог урока.

Мутации – изменение наследственного материала.

Мутации – редкие события.

Мутации – могут предаваться из поколения в поколение.

Возникают ненаправленною.

Могут быть вредными, полезными, нейтральными.

Скрытые резервы наследственности ведут к успеху естественного отбора.

5. Домашнее задание: § , повторить §7.

Тема: Причины мутаций. Мутагенные факторы.

2 задание. Реши тест:

1. Фенотип –это:

А – совокупность генов в организме; Б – совокупность наследственных факторов;

В – совокупность внешних признаков. Г – совокупность внешних и внутренних признаков

2. Перекрест хромосом – это:

А – разрыв хромосом на 2-3 части; Б – спирализация хромосом;

В – обмен участками гомологичных хромосом.

3. Количество фенотипов при скрещивании Аа*Аа в случае полного доминирования:

А-1; Б-2; В-3.

4. Модификационная изменчивость связана с изменениями:

А – генотипа; Б – генофонда; В – фенотипа.

5. Аллельные гены – это:

А – локализованы в одной хромосоме; Б – парные гены в гомологичной хромосоме;

В – действуют в гетерозиготе.

6. Анализирующее скрещивание:

А – при известном генотипе; Б – при неизвестном генотипе; В – при известном фенотипе.

8. Норма реакции:

А – потолок генотипа; Б – изменение генотипа; В – предел изменений признака генотипа.

9. Модификационная изменчивость:

А – наследственная; Б – ненаследственная; В – альтернативная.

 3 задание. Заполни таблицу:

Линии сравнения

Признаки

Модификации

Мутации

1. Передается ли новый признак по наследству?

2.Зависит ли признак от изменений в генотипе?

3. Можно ли заранее предсказать, как (в каком направлении) изменится организм под воздействием внешних условий?

4.Какое значение для особи имеет?

5.Причины.

Изучение нового материала.

Прочитайте  текст первого ( второго, третьего, четвертого) блока  лекции. Определите  главную мысль  текста, попробуйте  запомнить  текст. Составьте  свои вопросы к тексту. На полях можно делать  пометки : « +»-  это знаю, «!» -  об этом  узнал, «?» - еще   не  знаю.

Первый  блок лекции. На  предыдущих  уроках  мы  рассматривали основные  типы  мутаций. Какие  причины  мутационного  процесса?  Эти  причины  связаны с  нарушением  основных  генетических процессов,  протекающих  в  клетке:  репликации  и  деления. Как  хромосомные  ,так и генные  мутации есть  изменением  структуры  молекулы ДНК.  Мутационный  процесс – неотделимая   характеристика  любого  живого  организма.   В  настоящее  время  достаточно  хорошо   изучены  факторы среды, имеющие  мощное  мутагенное  влияние, т.е. приводящие  к  мутациям.  Выделяют три  основные  группы  таких  факторов: физические,  химические  и  биологические.  

Физические  мутагены.  Наиболее    эффективный – ионизирующее  излучение. Проходя   сквозь  клетки, рентгеновские  лучи, гамма-лучи, ядерные  частицы на своём пути выбивают электроны  из  внешней  оболочки  атомов  или  молекул , превращая  их  в   положительно  заряженные частицы. Ионизирующее   излучение имеет прямое   воздействие  на ДНК. К  физическим  мутагенам  относят так же  ультрафиолетовое   излучение  и  температуру.

Второй   блок лекции.  

Химические  мутагены. Их  известно  несколько  типов, отличающихся  строением  и механизмом  действия. Например  , алкалоид колхицин  разрушает  веретено  деления  в клетке, что  приводит к  удвоению   количества хромосом  в  клетке.  Газ иприт,  используемый  как химическое  оружие, повышает  частоту  мутаций  ( например, в  подопытных  мышах – в 90 раз!).

Третий   блок лекции.

Биологические  мутагены. К  ним  относятся  молекулы ДНК  и  вирусы.  Выяснено , что  многие  виды  мутаций   у  растений ,  животных и людей -  результат  действия   вирусов. В клетках , пораженных  вирусом,  мутации  наблюдаются  значительно  чаще , чем в  здоровых.  Вирусы  вызывают  как  генные,   так  и хромосомные  мутации, уводя  значительное  количество  собственной   генетической  информации  в  генотип клетки-хозяина. Считается, что эти  процессы сыграли  важную  роль  в  процессах  эволюции  прокариот, так как вирусы  переносят  генетическую  информацию   между  клетками   разных  видов.

Четвертый   блок лекции.

Закон  гомологических  рядов  в  наследственной  изменчивости, сформулированный Николаем  Ивановичем  Вавиловым в 1920г. «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.» Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство». Суть этого закона заключается в том, что у близких по происхождению видов и родов организмов возникают сходные наследственные изменения. Так, у разных видов млекопитающих встречаются формы бесшерстные, длинношерстные, короткопалые и т.д. Спонтанный  мутационный  процесс у  генетически  близких  родов  и  видов  протекает  параллельно, в результате  чего  появляются  подобные  мутации – гомологические  ряды. Изучая   изменчивость  у  видов и родов злаковых, Вавилов выяснил, что все виды и рода  генетически  похожи друг с другом и характеризуются  тождественными рядами  наследственной  изменчивости.  Зная  ряд  форм  для  одного  вида,  можно  предвидеть     существование   таких же форм в других  видах и  родах.  Он  пришел  к  выводу,  что целые  семейства   растений  характеризуются  определенным циклом   изменчивости, который  проходит  через все  роды, образующие семейства (см. рис. 66 на стр.102 учебника). Хотя закон  касается  изменчивости  у  растений, Вавилов   предложил применить его и к животным. Закон гомологических родов даёт селекционерам  возможность  осуществлять  искусственный  отбор  разными методами: от обнаружения   необходимых  форм  в  природе  или выявлении  таких  при  скрещивании до  получения этих форм с использованием  мутагенов.