Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного образования

Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение
дополнительного образования
«ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОДАРЕННЫХ ШКОЛЬНИКОВ»
УТВЕРЖДАЮ:
__________________________
директор ЦДООШ
Е.Н. Перминова
« ____ » ______________ 2015 г.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
ПРОГРАММА
«ГЕНЕТИКА» (9-11 КЛАСС)
Срок реализации – 1 год
Автор – составитель:
О.С. Кривошеина – кандидат
биологических наук, педагог
дополнительного образования
Киров - 2015
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Направленность программы – естественнонаучная.
Актуальность, новизна, педагогическая целесообразность. Курс предназначен для
ликвидации пробелов в знаниях учащихся, касающихся вопросов наследственности и
изменчивости организмов. Курс построен с учётом обязательного минимума и отвечает
современным требованиям теоретической и практической подготовки учащихся к
Региональным, Окружным и Всероссийским олимпиадам по биологии.
Цель и задачи дополнительной образовательной программы.
Цель: углубление теоретических знаний, практических умений и навыков по генетике.
Задачи:
I. Образовательные:
изучить:
- цитологические основы наследственности;
- основные закономерности наследования при внутривидовой и отдалённой гибридизации;
- молекулярные механизмы реализации генетической программы;
- генетические процессы в популяциях.
II. Развивающие:
- установление связей между генотипом и фенотипом;
- развитие генетической логики;
III. Воспитательные:
- воспитание познавательного интереса к предмету;
- формирование личностных качеств: аккуратности, внимательности, целеустремлённости;
- формирование навыка самостоятельной работы.
Отличительные особенности данной образовательной программы от уже
существующих образовательных программ.
В школьном курсе генетики предусматривается знакомство учащихся с
закономерностями наследственности и изменчивости организмов. При этом недостаточно
уделяется внимание гибридологическому методу, вопросам наследования при сцеплении
генов, особенностям нехромосомного наследования, мутационной изменчивости, проблемам
генной инженерии и селекции, закономерностям генетики популяций и методам изучения
генетики человека.
Программа кружка рассчитана на 85 часов (таблица). Возможно уменьшение
количества часов по объективным причинам (выпадение занятий происходит из-за
общероссийских праздников, различных городских и всероссийских конкурсов и олимпиад).
Еженедельно занятия проводятся по 2-3 часа с сентября по май (34 недели). В середине и по
завершении курса программой предусмотрено проведение итогового контрольного
мероприятия (аттестация).
Форма и режим занятий.
В ходе проведения занятий используются методы: объяснительно-иллюстративный
(лекция, беседа, рассказ), наглядные (демонстрация мультимедийных презентаций),
практические (приготовление цитологических препаратов, решение генетических задач).
Ожидаемые результаты и способы определения их результативности.
Одним из показателей хорошего усвоения материала по генетике являются хорошие
результаты при текущем и итоговом контроле, а также высокий уровень выступления
учащихся на олимпиадах разного уровня.
В результате изучения курса «Генетика» учащиеся получают знания о:
- о задачах и методах генетики;
- носителях наследственной информации;
- закономерностях наследования при внутривидовой и отдалённой гибридизации;
2
- хромосомной теории наследственности;
- молекулярных основах наследственности;
- нехромосомной наследственности;
- закономерностях изменчивости организмов;
- достижениях в области молекулярной генетики и генной инженерии;
- использовании методов генетики в селекции растений, животных и в медицинской
практике.
В результате изучения курса «Генетика» формируются умения:
- изготавливать временные цитологические препараты;
- различать самцов и самок дрозофилы;
- решать генетические задачи по наследованию признаков;
- применять методы статистического анализа при изучении изменчивости.
3
II. ГЕНЕТИКА (9-11 класс)
Таблица - Тематический план
№
п/п
Наименование тем учебных занятий
Форма работы, час
ПрактиЛекция* ческая
работа*
2
1
Вводное занятие. Знакомство с предметом. Тестирование
2
Введение в генетику. Предмет, задачи и методы генетики
1
3
Цитологические основы наследственности
3
2
4
6
6
5
Закономерности наследования признаков при внутривидовой
гибридизации
Взаимодействие неаллельных генов
6
6
6
Хромосомная теория наследственности
6
3+3
7
Дрозофила – модельный генетический объект
2
1
8
Нехромосомное наследование
2
1
9
Молекулярные основы наследственности
2+2
2
10
Изменчивость организмов. Модификационная изменчивость
1
2
11
Мутационная изменчивость
3
3
12
Генетические основы онтогенеза
3
13
Основы генетической инженерии
3
14
Генетика популяций
2
2
15
Особенности генетики человека
Составление родословных
Основы селекции
2
2
4
2
39+11
22+13
16
ИТОГО:
Примечание: * – жирным шрифтом выделены основные часы, курсивом – вариативные.
Программа по «Генетике» включает 50 часов лекций и 35 часов практических
занятий. Общий объём программы составляет 85 часов, из них основная часть – 61 час,
вариативная – 24 часа.
4
III. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ГЕНЕТИКА»
Предмет, задачи и методы генетики (3 часа)
Основные понятия генетики: наследственность, изменчивость, ген, генотип и
фенотип. Задачи генетики. Методы генетики: гибридологический, мутационный,
цитогенетический, генеалогический, популяционный, близнецовый, биохимический,
молекулярно-генетический. История генетики. Значение генетики для решения задач
селекции, медицины, биотехнологии, экологии.
При изучении темы учащийся получает знания об:
- основных генетических понятиях;
- задачах и методах генетики;
- истории генетики, её месте и значении в системе биологических наук.
Цитологические основы наследственности (5 часов)
Строение клетки и роль её структур в наследственности. Хромосомы – материальная
основа наследственности. Типы хромосом. Митотический цикл клетки. Отклонения от
нормального протекания митоза. Мейоз. Спорогенез. Гаметогенез. Оплодотворение.
Амфимиксис и апомиксис.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- значении органоидов клетки в наследственности;
- распределении наследственного материала в процессе деления клеток;
- формировании половых клеток и зародыша.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- отличать разные типы деления клеток;
- определять фазы митоза на постоянных микропрепаратах;
- изготавливать временные давленые препараты для изучения митоза.
Закономерности наследования признаков при внутривидовой гибридизации (12 час)
Цели и принципы генетического анализа. Основы гибридологического метода.
Закономерности наследования, открытые Г. Менделем. Моногибридное скрещивание. 1 и 2
законы Менделя. Относительный характер доминирования. Возможные биохимические
механизмы доминирования. Дигибридное скрещивание. 3 закон Менделя. Цитологическое
обоснование законов Менделя. Полигибридное скрещивание. Общие формулы для
определения числа типов гамет, образуемых гибридами первого поколения, числа
фенотипических и генотипических классов во втором поколении. Отклонения от
менделевских расщеплений при моно-, ди- и полигенном контроле признаков. Типы
скрещиваний. Статистическая оценка результатов гибридологического анализа по методу χ2
(хи - квадрат).
При изучении темы учащийся получает знания о:
- доминантных и рецессивных генах;
- типах скрещиваний;
- законах наследования признаков;
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять характер расщепления по генотипу и фенотипу в потомстве при разных типах
скрещивания;
- решать генетические задачи на моно- и полигибридные скрещивания;
- применять статистический метод χ2.
5
Взаимодействия неаллельных генов (12 часов)
Неаллельные взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз, полимерия их
биохимические основы. Особенности наследования количественных признаков. Генотип как
сложная система аллельных и неаллельных взаимодействий генов. Плейотропное действие
генов. Модифицирующее действие генов. Пенентрантность и экспрессивность.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- типах взаимодействия генов (комплементарности, эпистазе, полимерии);
- наследовании количественных признаков;
- значении пенетрантности и экспрессивности генов.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять характер расщепления по генотипу и фенотипу в потомстве при разных типах
взаимодействия неаллельных генов;
- решать генетические задачи на типы неаллельных взаимодействий генов.
Хромосомная теория наследственности (12 часов)
Хромосомное определение пола и наследование признаков, сцепленных с полом.
Наследование при нерасхождении половых хромосом. Балансовая теория определения пола.
Гинандроморфизм.
Сцепленное наследование и кроссинговер. Особенности наследования при сцеплении.
Группы сцепления. Линейное расположение генов в хромосомах. Основные положения
хромосомной теории наследственности по Т. Моргану. Генетические, цитологические и
физические карты хромосом, принцип их построения у прокариот и эукариот.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- хромосомной и балансовой теориях определениях пола;
- признаках, сцепленных с полом (X иY - хромосомами);
- полном и неполном сцеплении генов;
- кроссинговере и его частоте.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять частоту кроссинговера по результатам анализирующего скрещивания;
- картировать хромосомы.
Дрозофила – модельный генетический объект (3 часов)
Жизненный цикл, биологические и морфологические особенности дрозофилы
Drosophila melanogaster. Хромосомы дрозофилы. Характеристика основных мутантных
линий, генетическая номенклатура. Подготовка мух и постановка скрещиваний в системе
генетического анализа.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- жизненном цикле, биологических и морфологических особенностях дрозофилы;
- хромосомах дрозофилы;
- мутантных линиях дрозофилы;
- порядке проведения скрещиваний.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- различать самцов и самок дрозофилы;
- различать линии дрозофилы по цвету глаз и тела, форме крыльев.
Нехромосомное наследование (3 часа)
Закономерности нехромосомного наследования, отличие от хромосомного
наследования, методы его изучения. Материнский эффект цитоплазмы. Пластидная
6
наследственность. Митохондриальная наследственность. Взаимодействие ядерных и
внеядерных генов. Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) у растений. Значение
изучения нехромосомного наследования.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- взаимодействии генов и плазмогенов;
- типах нехромосомного наследования;
- ЦМС у растений.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- выявлять нехромосомное наследование по результатам реципрокных скрещиваний.
Молекулярные основы наследственности (6 часов)
Строение ДНК. Репликация ДНК, ферменты репликации, фрагменты Оказаки.
Строение и типы РНК. Транскрипция. Генетический код. Экзоны и интроны. Биосинтез
белка. Процессинг, сплайсинг. Трансляция. Обратная транскрипция. Мобильные
генетические элементы.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- строении и химическом составе нуклеиновых кислот;
- репликации, транскрипции, трансляции;
- генетическом коде;
- биосинтезе белка.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- выполнять схему репликации и транскрипции;
- использовать генетический код для определения аминокислот при трансляции.
Изменчивость организмов. Модификационная изменчивость (3 часа)
Понятие о наследственной и ненаследственной (модификационной) изменчивости.
Норма реакции генотипа. Статистический метод изучения изменчивости. Комбинативная
изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и селекции.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- типах изменчивости;
- норме реакции генотипа.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- использовать метод вариационной статистики для изучения изменчивости признаков.
Мутационная изменчивость (6 часов)
Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия. Классификация генных мутаций.
Общая характеристика молекулярной природы возникновения генных мутаций. Роль
мобильных генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных
перестроек. Мутагены и антимутагены. Мутагены окружающей среды и методы их
тестирования.
Критерии
аллелизма,
их
относительность.
Множественный
аллелизм.
Псевдоаллелизм. Ген как единица функции (цистрон). Структурная организация генома
эукариот. Регуляторные элементы генома. Молекулярные механизмы регуляции действия
генов.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- типах мутаций;
- мутагенезе;
- типах мутагенов;
- критериях аллелизма.
7
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- различать геномные, хромосомные и генные мутации.
Генетические основы онтогенеза (3 часа)
Онтогенез как реализация наследственно детерминированной программы развития.
Стабильность генома и дифференциальная активность генов в ходе индивидуального
развития. Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе,
амплификация генов. Клонирование. Тканеспецифическая активность генов. Факторы,
определяющие становление признаков в онтогенезе.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- генетической программе индивидуального развития организма;
- дифференциальной активности генов;
- особенностях клонирования.
Основы генетической инженерии (3 часа)
Задачи и методология генетической инженерии. Методы выделения и синтеза генов.
Понятие о векторах. Способы получения рекомбинантных молекул ДНК, методы
клонирования генов. Получение с помощью генетической инженерии трансгенных
организмов.
Основы генетической инженерии растений и животных: трансформация клеток
высших организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных.
Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач
биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- методологии генетической инженерии;
- методах синтеза и выделения генов;
- получении трансгенных организмов;
- проблемах генотерапии.
Генетика популяций (4 часа)
Понятие о виде и популяции. Популяция как естественноисторическая структура.
Понятие о частотах генов и генотипов. Закон Харди-Вайнберга, возможности его
применения. Факторы динамики генетического состава популяции (дрейф генов),
мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора. Роль генетических
факторов в эволюции.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- основных понятиях генетики популяций;
- законе Харди-Вайнберга;
- равновесной структуре популяции;
- факторах динамики генетической структуры популяций.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять генетическую, генотипическую и фенотипическую структуры популяции.
Особенности генетики человека. Проблемы медицинской генетики (4 часа)
Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения
генетики человека. Программа «Геном человека». Проблемы медицинской генетики.
Врожденные и наследственные болезни, их распространение в человеческих популяциях.
Причины возникновения наследственных и врожденных заболеваний.
8
Роль генетических и социальных факторов в эволюции человека.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- особенностях генетики человека и методах её изучения;
- программе «Геном человека»;
- наследственных болезнях человека.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- составления родословных для выявления наследственных заболеваний.
Основы селекции (6 часов)
Предмет и методология селекции. Учение об исходном материале. Центры
происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову, Понятие о породе, сорте, штамме.
Сохранение генофонда ценных культурных и диких форм растений и животных. Закон
гомологических рядов в наследственной изменчивости (Н.И. Вавилов).
Роль частной генетики отдельных видов организмов в селекции. Использование
индуцированных мутаций и комбинативной изменчивости в селекции растений, животных и
микроорганизмов. Системы скрещиваний в селекции растений и животных.
Явление гетерозиса и его генетические механизмы. Методы отбора. Перспективы
методов генетической и клеточной инженерии в селекции и биотехнологии.
При изучении темы учащийся получает знания об:
- исходном материале и методах в селекции;
- центрах происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову;
- законе гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова;
- о значении частной генетики видов организмов в селекции;
- системах скрещиваний в селекционной работе;
- гетерозизе.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- находить сходные признаки колоса у разнохромосомных видов пшеницы.
Практические занятия
Осваиваются методы гибридологического, генеалогического, статистического и
популяционного анализа (путём решения генетических задач и моделирования генетических
процессов).
IV. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Методическое обеспечение курса включает в себя научную и научно-популярную
литературу по предмету, сборники генетических задач (список прилагается ниже),
лабораторное оборудование (список прилагается ниже), авторские презентации, постоянные
микропрепараты, линии дрозофилы, наглядный растительный материал.
Библиографический список
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Айла Ф. Современная генетика. Т. 1-3. / Ф. Айла, Дж. Кайгер. – М.: Мир, 1987.
Арефьев В.А. Англо-русский толковый словарь генетических терминов / В.А. Арефьев,
Л.А. Лисовенко. – М.: ВАИРО, 1995.
Беркинблит, М.Б. Почти 200 задач по генетике. – М.: МИРОС, 1992.
Гершензон С.М. Основы современной генетики. – Киев: Наукова думка, 1983.
Инге-Вечтомов Г.С. Генетика с основами селекции. – М.: Высшая школа, 1989.
Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск: НГУ, 2004.
Задачи по современной генетике: учеб. пособие / Под ред. М.М. Асланяна. – М.: КДУ,
2005.
9
8.
9.
Пухальский В.А. Введение в генетику. – М.: КолосС, 2007.
Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. – СПб: Изд-во СПбГТУ, 2002.
Список оборудования
1. Световой микроскоп марки Микмед, Биолам (1-2 на парту).
2. Наборы для микроскопирования: предметные и покровные стёкла, чашки
Петри, салфетки, полоски фильтровальной бумаги, пинцеты, лезвия, пипетки.
3. Реактивы для приготовления временных препаратов (30-% уксусная кислота,
9-% раствор NaCl).
Список объектов
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Постоянные микропрепараты корешков растений (лука) для изучения митоза.
Зафиксированные и окрашенные корешки растений (ячменя).
Личинки хирономуса для приготовления препаратов политенных хромосом
Набор постоянных препаратов мутаций дрозофилы.
Наборы колосьев разных видов пшеницы.
Наборы семян фасоли разной окраски и размера.
7. Коллекция линий дрозофилы с разной окраской глаз, тела, формы крыльев.
10