Урок исследование по биологии в 9 классе на тему: Сцепленное наследование признаков. Закон Т. Моргана. Перекрест. § 3.8.

Тема урока: Сцепленное наследование признаков. Закон Т. Моргана. Перекрест. § 3.8.

Стр. 110-112.

Цели урока: Познавательные: Познакомить обучающихся с особенностями сцепленного наследования признаков, с понятиями: Сцепленное наследование, локус, перекрест (кроссинговер), с законом Моргана.

Развивающие: перенос знаний в новую ситуацию на основе решения задач и анализа полученных результатов.

Воспитательные: воспитание интереса к введению научных работ, целеустремлённости на основе знакомства с учением Т. Моргана, ознакомить учащихся с значением сцепленного наследования при составлении генетических карт и в борьбе с наследственными заболеваниями.

Оборудование: Портрет Т. Моргана, пластилин, кружки бумаги с написанными символами генов, карточки с новыми понятиями урока, таблица дигибридное скрещивание, рисунки дрозофилл.

Ход урока: 1. Организационный момент.

2. Повторение.

Фронтальный опрос по темам:

1.Сравните моногибридное и дигибридное скрещивание, часто ли в природе встречается моногибридное скрещивание.

2. Расскажите опыт Менделя, в результате которого он вывел свой 3 закон – закон независимого наследования признаков.

3. Задача:

Доминантные признаки:
Большие глаза	А
Карие глаза	В
Римский нос	С
Рецессивные признаки
Голубые глаза	в
Тонкие губы	а
Прямой нос	с

Напишите возможные генотипы человека, если по фенотипу у него:

А) Большие карие глаза	ААВВ, АаВв, АаВВ, ААВв.
Б) Большие голубые глаза	ААвв, Аавв
В) Тонкие губы и римский нос	ааСс, ааСС
Г) Тонкие губы и прямой нос	аасс

3. Изучение новой темы.

Учитель: Сегодня мы с вами поговорим о неразлучных генах. А изучил эти гены американский генетик Томас Морган. Мы с вами познакомимся с исследованиями этого выдающегося генетика. А сначала немного о самом Томасе Гент Моргане.

Ученик (сообщение): Томас Морган.

В 1866 году, 25 сентября, в США, в штате Кентукки, родился мальчик, которого назвали Томасом.  Примерно за год до его рождения Мендель заложил основы науки, которая впоследствии дала Томасе Генту Моргану счастье поисков и открытий, и которой он, со своей стороны, дал новые законы и невиданную славу. Молодой генетик и молодая генетика развивались вместе почти 40 лет, вместе достигли зрелости и получили призвание.

Пока невиданные миру законы Менделя пылились на полках библиотек, Морган не терял времени даром. В двадцать лет, когда его сверстники только что заканчивали школу, он закончил университет. В двадцать четыре года удостоился ученой степени доктора философии  знаменитого университета Джона Гопкинса, а двадцать пять лет стал профессором.

С 1890 года Томас Морган занимается экспериментальной эмбриологией: сначала он работает в Италии, а потом в лаборатории  цитологии Вильсона в Колумбийском университете. Интересы шефа оказывают сильное влияние на Моргана, и он все больше внимания уделяет цитологии – клетке.

Наступивший 20 век ошеломляет известием о законах Менделя. Правда, сначала ученые больше заняты разговорами, чем конкретными исследованиями. Вильсон и его ученики первыми приступают к разработке учения Менделя.

В 1908 году Морган изучает возникновение половых различий тлей. Эта работа привлекает Моргану всеобщее внимание. Успех всегда окрыляет. Неудивительно, что мысли Моргана все чаще и чаще обращаются к проблеме, которая в те годы не только получила развития, но и постановка которой казалась многим ошибочной. Морган хочет испробовать свои силы в решении загадки наследственности – установить связь между наследственностью и хромосомами.

Первое, на что он обращает внимание – объект исследования и выбор Моргана пал на маленькую мушку- дрозофилку.

Ученик (сообщение): Похвальное слово дрозофиле.

Однажды летом на биостанции Миасово на Урале выдающийся генетик и эволюционист Николай Владимирович Тимофеев- Ресовский одну из своих лекций начал так: «Я расскажу вам о великолепной корове, о генетической, - и здесь его густой бархатный голос на мгновение замер, - о генетической корове- дрозофиле. Отличная дойная корова- дрозофилка!

Под этими словами подписался бы любой из генетиков. Она и впрямь прекрасная находка для науки.

1.Прежде всего период размножения дрозофилки 10-12  дней. Более 30 поколений в год!  Что это значит для генетика? Допустим, мы хотим узнать, как наследуется какой-либо признак. Для этого мы должны скрещивать особей, получить первое поколение, но, согласна законам Менделя, по результатам первого поколения о наследуемости признаков нечего сказать нельзя, надо ждать второе поколение, в котором произойдет расщепление и станет ясно, как же наследуется признак. Это еще не все: следует провести анализирующее скрещивание. Для этого еще ждать, пока второе поколение подрастёт, и их можно будет  скрестить. Исследуемым объектом если взять растений- 3 года,  а хордовых – еще больше, а дрозофилку – всего 10 дней.

2. Кроме того дрозофила очень плодородная. Одна пара мух дает через 10 дней 1000 потомков. Следовательно, еще через 10 дней каждая из тысячи даст по 1000 потомков: всего миллион! За месяц – миллиард.

3. Чтобы посеять растений, нужен участок. Общепризнанно, что Мендель проявил максимум аккуратности. Его участок занимал всего 245 квадратных метров и на этих метрах Мендель ухитрялся усадить несколько тысяч растений. А дрозофила в таком количестве займет всего 100 пробирок. 50 мух дрозофил можно поместить в обыкновенную пробирку с кормом.

4.А корм?  Может быть корм дрозофиле нужен какой - нибудь особенный? Нечего подобного. Затраты на питание дрозофилл  незначительны во много раз, чем на удобрение растениям.

5. С дрозофилкой удобно работать. Возьмёшь пробирку, высыплешь дрозофил в банку, в которую вата с эфиром положена , и через полминуты к твоим услугам уснувшие мухи. Высыпай их на стекло и сортируй. Никаких работ.

Дрозофила, введенная в обиход генетических лабораторий Томасом Морганам,  изучены лучше другого организма. На ней были выявлены основные законы генетики, на ней проверялись генетические теории, наконец, именно дрозофила была испытательным снарядом, на которым испытывались новые практические приемы генетиков.

Не знаю кто и где поставит памятник дрозофиле, но этот памятник будет. Люди воздвигнут его в благодарность за помощь, которую оказала им маленькая мушка.

Учитель: Сколько может быть признаков у одного организма? Смотря у какого скажете вы? У бактерии их может быть и не очень много, а у громадного кита значительно больше.

Но если хромосомы являются  вместилищем информации о признаках, то не должно ли быть у сложных организмов хромосом больше, чем у простых?

Посмотрим на таблицу:

Виды животных	Количество хромосом
Сазан	104
Комар-пискун	6
Лисица, доашняя кошка, ящерица прыткая, рапс, брюква, осина, ива, виноград	38
Осел, лошадь	66
Домашние куры, собака домашняя	78
Один вид простейших	300
Рачок паралитодез камчатик	208
Человек	46

Можно ли выявить закономерность? Ясно, что никакой закономерности между числом хромосом и устройством нет. И, очевидно, что число признаков организма значительно превышает число хромосом, присущих клеткам этого вида. Значит, мы можем заключить, что в одной хромосоме должна находиться информация об очень многих признаках. Теперь нам известно, что наследственные задатки находятся в хромосомах, что число генов велико, а число хромосом весьма ограничено. Поэтому, следует задуматься над вопросом: всегда ли численных закономерности, установленные Менделем будут справедливы? Эта проблема и вывела Моргана на дорогу генетических исследований. Начав с этого, на первый взгляд, безобидного вопроса, он пришел к глубочайшим выводам.

                Каковы принципы наследования генов, расположенных в одной хромосоме? «Если имеется много генов в одной хромосоме, мы должны ожидать, что соответствующие признаки могут  наследоваться группами» - с этой мыслью Морган приступил к опытам на дрозофиле.

Из тысячи мух были отобраны мутанты (рецессивные признаки) и нормальные мухи (доминантные признаки).

(Изучение презентации, Работа у доски).

Признак	Ген
Серая окраска	А
Черная окраска	а
Крылатые	В
Бескрылые	в

Т. Морган скрещивал дрозофил серожелтых/крылатых с черным тельцем /бескрылых. Какое потомство можно ожидать в первом поколении и почему? Закончите схему скрещивания.

Р: ААВВ х аавв

G : АВ ав

F1:  АаВв

Серожолтые/крылатые

в первом поколении все потомки были серожелтыми/ крылатыми.

Работает первый закон Г.Менделя - закон доминирования.

Учащиеся применяют знания классических законов Менделя.

Далее Морган применяет анализирующее скрещивание к F1 .

Какие результаты должны были бы получены, если бы признаки передавались независимо ( по третьему закону Менделя)?

Р: АаВв х  аавв

G: АВ, Ав, аВ.ав. ав

F2: АаВв, Аавв, ааВв, аавв

сер/крыл сер/бескрыл черн/крыл  черн/бескрыл

Расщепление по генотипу и фенотипу 1:1:1:1: по 25%.

Но, у Моргана получилось следующее расщепление:

F2:

АаВв	аавв	Аавв	ааВв
сер/крыл	черн/бескрыл.	сер/бескрыл	черн/ крыл
41,5%	41,5%	8,5%	8,5%

 Почему не наблюдалось равного 25% расщепления?

Работа с текстом учебника: Сцепленное наследование – явление, при котором гены находящиеся в одной хромосоме наследуются вместе и попадают в одну гамету.

АВ              ав

Этот запись означает, что в одной хромосоме находятся два доминантных гена АВ, а в другой два рецессивных гена ав, и , следовательно, гены АВ и ав  будут наследоваться сцепленно.

Что же получилось у Моргана при скрещивании:

Полное сцепление – без кроссинговера:

АВ            ав Р:         ав              ав G:               АВ            ав F1:             ав              ав          серые норм 50%                       темные зачат 50% Фенотип 1:1

Таким образом , Морган сформулировал закон:

Закон Моргана: Гены находящиеся в одной хромосоме при мейозе попадают в одну гамету, т.е. наследуются сцепленно (совместно).

Раз хромосом у дрозофилл 4 пары, ясно, что каждая мутация должна занять строго определенное место в одной из четырех парах хромосом. Вывод один- должно быть 4 «группы сцепления». Моргану и его сотрудникам немало пришлось повозиться, прежде чем они смогли рассортировать мутаньтов по группам сцепления. Но зато и результат был получен блестящий - да, действительно, все мутации распадаются на 4 группы. Члены каждой группы передаются при скрещиваниях совместно, что доказывает их расположение в одной хромосоме.

Не имея никаких возможностей непосредственно следить за внутренней жизнью маленьких хозяев клетки, генетики тем не менее определяли содержимое этих «черных ящиков», хотя в их распоряжении всего – то и был один метод анализа – скрещивание.

Задача: В клетках тканей гороха содержится 14 хромосом, дрозофилы 8 , человека 46. Сколько групп сцепления имеют эти организмы, если число групп сцепления генов равно числу пар хромосом данного вида.

Ответ: горох -7, дрозофила – 4, человек – 23 групп сцепления.

И все таки этот бесенок, который гнездится в душе каждого истинного ученого, подзадоривал их. Как не велики были достижения, им грезились дали новых открытий. И вдруг неожиданная находка подала надежду: в который раз Морган проводил одно и тоже скрещивание, уже знакомое нам. Но однажды в руках Моргана оказались «незапланированные особи» - появились странные мухи.

Впрочем, это появление странных мух можно было бы объяснить как мутаций, ведь, изменения генов – мутации – хоть и редко, но возникают. Но любая гипотеза должна пройти проверку, и Морган проверил: если «странные» мухи появляются за счет мутаций, то процесс этот должен быть очень редким, ибо каждая мутация возникает в среднем один раз у миллиона или ста тысяч особей. Поэтому надо изучать скрещивание на очень большом количестве мух, и, если внеплановые мухи появляются с частотой, близкой 0.001 – 0,0001% - гипотеза верна. Но организовать такой громадный эксперимент даже и не понадобилось: частота возникновения внеплановых мух в десятки раз превышало частоту возникновения мутаций. Чем дальше, тем больше фактов накапливалось в лаборатории Моргана. Природа бросала вызов ученым, и, как бы насмехаясь, подкидывало им орешки все потвердже.

 Все- таки ученые нашли выход. Морган предположил, что причиной возникновения мух с перепутанными признаками мог быть обмен хромосом участками – перекрест (кроссинговер).

Перекрест (кроссинговер) – явление обмена аллельными генами между двумя гомологичными хромосомами.

Тогда скрещивание можно представить так:

Неполное сцепление – при кроссинговере:

АВ                  ав Р:         ав              ав G:               АВ   ав     Ав        аВ F1:           ав     ав     ав       ав          41,5%  41,5%   8,5%    8,5% Сер норм тем зачат сер зачат темн норм 41,5 - нерекомбинантные (некроссоверные) особи 8,5% - рекомбинантные (кроссоверные) особи.

И это явление было объяснено, но оставался еще один невыясненный вопрос: почему процент обмена при разных скрещиваниях разное?  Следующая гипотеза Моргана была также простаи- все зависит от расстояния между генами в хромосомах- от положения гена – локуса. Пары генов, стоящие друг от друга дальше- обмениваются с большей охотой, а расположенные ближе- делают это очень редко. Морган предположил, что процент кроссинговера может служить мерой расстояния между генами в хромосоме. За единицу расстояния между генами, находящимися в одной хромосоме принят 1% кроссинговера. Такая единица в честь Т.Моргана получила название морганиды.

А	В	С	Е
а	в	с	е

Гены А и Е, расположенные в противоположных концах одной хромосомы, разойдутся в разные хромосомы при любом варианте кроссинговера.

Гены В и С, расположенные в хромосомах совсем рядом, могут разойтись по разным хромосомам только в том случае, если точка перекреста окажется на одном единственном участке между этими двумя генами.

Локус- определение.

Работа с пластилином: изготовьте из пластилина две пары гибких палочек одинаковой длины (15-20 см), одну пару одного цвета, вторую другого. Пусть они изображают пару сестринских хроматид (рис. 53 учебника). На плотных кружках бумаги (диаметром около 1 см) напишите символы: А В         С            Е     а   в          с          е и плотно прикрепитеи хромосомам, как показана на рисунке:

Хроматиды одной хромосомы:

А	В	С	Е
А	В	С	Е

Хроматиды другой  хромосомы:

а	в	с	е
а	в	с	е

Разрезайте «хроматиды» поперек в разных местах и обменивайте половинки хроматид разных хромосом между собой. Каждый раз записывайте полученные комбинации генов в 2-х хромосомах.

Генные карты- карты, где отмечены положения генов в одной хромосоме.

Ученик (сообщение): как ни логичны построения генетиков, как ни последовательна цепь опытов и умозаключений, но все таки возникает мысль: а не химеры ли все эти кроссинговеры и карты, а не представляют ли собой теории генетиков, пусть и талантливо задуманные, но тем не менее, рожденные одним воображением воздушные замки, которые вот-вот могут рассыпаться? Но генетики понимали, что кроме гипотез Моргана, ничем другим объяснить море накопленных фактов нельзя, но Морган надеялся доказать свою теорию непосредственными наблюдениями хромосом. Эти надежды оправдались.

В 1909 году цитолог Янсенс натолкнулся на любопытный факт. В эти годы всех интересовал мейоз. Ученые просиживали дни и ночи за микроскопами, пытаясь получше рассмотреть этот удивительно слаженный и четкий процесс.

Начало его можно было сравнить тем, что происходит на перроне вокзала в момент приезда поезда. Прибывшие перемешиваются с встречающими, и в э

Той толпе им нужно найти друг друга. Вся толпа медленно кружится, вот встретились двое людей, и теперь они неразлучны, вот еще двое, и так до тех пор, пока вся группа не разделиться по парам.

То же самое в ядре во время мейоза. Внешне одинаковые хромосомы перемещаются, как бы разглядывая друг друга и ища партнера. Вот две гомологичные хромосомы останавливаются одна подле другой и осторожно касаются концами. Стоило им сомкнуться концами, как и все выше расположенные участки начинают все ближе прилипать друг другу, как будто невидимая рука застегивает застежку «молнию» наглухо соединяя прижавшие хромосомы.

Хромосомы вцепились и если внимательно приглядеться, то можно увидеть очертания каждой из них. У саламандры, хромосомами которой работал Янсенс, они были видны достаточно четко. Наверно, поэтому, ученый отметил необычайное явление: слившиеся хромосомы повернулись, обвились одна вокруг другой, и Янсенсу показалось, что в тех местах, где одна хромосома  перекручивалась с другой, произошел обмен кусками.

Ученый много раз рассматривал мейотические хромосомы и утвердился в мнении, что в месте перекручивания хромосом, хромосомы могут разрываться и, воссоединяясь, сцеплять между собой участки разных хромосом.

Такое открытие не могло остаться незамеченным. Впервые представилось возможность увидеть кроссинговер, а теория Моргана была подтверждена.

4. Закрепление изученной темы:

1. Работа с терминами.

2.Какие типы гамет и в каком количестве образуются у особей следующих генотипов:

А)	Ав              аВ	Некроссоверные : Ав, аВ. Кроссоверные: АВ, ав.
Б)	АВ             ав	Некроссоверные : АВ, ав. Кроссоверные: Ав, Ва.

3. Ниже приведены открытия, которые принадлежат Г. Менделю и Т. Моргану. Распределите открытия в соответствии с их принадлежностью ученым:

Заслуги	Ученые – генетики
А. Установил независимость наследования признаков. Б. Установил правило единообразия признаков первого поколения. В. Установил, что гены, расположенные в одной хромосоме наследуются сцепленно. Г. Опыты проводил на горохах. Д. Открыл правило расщепления. Е. Открыл закон чистоты гамет. Ж.  Установил, что частота перекреста зависит от расстояния генов в хромосомах.	Г. Мендель. Т. Морган

Когда только применима 3 –й закон Менделя? (когда наследуются аллельные гены, находящиеся в негомологичных хромосомах)

5. Домашнее задание:

3.8. Сообщение: генные карты и их значение.

Ответьте на вопросы:

1. Что такое кроссинговер и когда происходит? (Перекрест и обмен участками у гомологичных хромосом, происходит в профазе 1 мейоза).

3.От чего зависит вероятность кроссинговера? (От положения генов в хромосоме. Чем дальше расстояния между генами, тем больше вероятность кроссинговера, в таком положении легче произойдет «изгиб» хромосомы).

4.Что такое морганида и чему она равна? (Морганида – единица расстояния между генами. 1% кроссинговера = 1 морганиде).

5. В чем заключается роль кроссинговера при сцепленном наследовании? (Процесс кроссинговера - механизм, нарушающим сцепленное наследование. Кроссинговер приводит к перекомбинированию генетического материала, увеличивает разнообразие потомков, т.е. повышает наследственную изменчивость, и, следовательно, играет важную роль в эволюции).