Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с. Байлянгар»
реклама
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с. Байлянгар» Кукморского муниципального района республики Татарстан Согласовано: Утверждено: На заседании УМО учителей биологии На заседании экспортной комиссии Протокол № __________________ Протокол № __________________ Руководитель УМО Председатель экспортной группы _________________ А.М. Шангараева _________________ А.Р. Садикова Элективный курс Решение генетических задач (Учебный курс профильного обучения для учащихся 11 класса, 35 часов) Гарифуллина Фарида Шараповна учитель биологии I квалификационной категории Кукмор 2010 Пояснительная записка. Предлагаемый курс рассчитан на учащихся 11 классов, планирующих поступать в ВУЗы медицинского, биологического и сельскохозяйственного профилей, а также для учащихся старших классов, интересующихся генетикой. Курс опирается на знания и умения, полученные учащимися при изучении биологии. Во время прохождения курса есть возможность получить знания, направленные на сохранение и укрепление своего здоровья. Предлагаются схемы решения типовых задач, которые знакомят с основными приемами генетических рассуждений, а многообразие вариантов обеспечивает наилучшее закрепление знаний по различным разделам генетики. Наряду с типовыми задачами ребятам могут быть предложены и нестандартные, которые полнее и содержательнее раскрывают и демонстрируют приемы самостоятельного поиска. Практические задания курса требуют новых методов логического анализа ситуаций, в исследовании того, как проявляются общие законы наследования в зависимости от конкретных различных условий. Тема «Генетика популяций» особенно актуальна в связи с интересом к экологическим проблемам и предполагает определенный уровень математического мышления. Программа рассчитана на 35 часов, 1 час в неделю. Предлагаемому курсу присуща развивающая функция, так как содержание его соответствует познавательным возможностям старшеклассников, но предоставляет ученику возможность приобрести опыт работы на уровне повышенных требований, развивать его учебную мотивацию. Цель курса создание условий для развития творческого мышления, умения самостоятельно применять и пополнять свои знания через содержание курса; формирование и развитие интереса к биологии в целом и к генетике в частности. Задачи курса образовательные: формирование умений и навыков решения генетических задач; отработка навыков применения генетических законов; обеспечение высокой степени готовности учащихся к ЕГЭ, поступлению в ВУЗы; удовлетворение интересов учащихся, увлекающихся генетикой; развивающие: развитие логического мышления учащихся; воспитательные: воспитание и формирование здорового образа жизни. Основные требования к знаниям и умениям Учащиеся должны знать: основные генетические законы научную генетическую терминологию алгоритм решения генетических задач 2 Учащиеся должны уметь: готовить доклады по теоретическому материалу. решать генетические задачи повышенной сложности; применять различные генетические законы при решении задач; прогнозировать вероятность передачи по наследству различных генетических нарушений. Содержание программы. Общее количество часов – 35. 1. Введение. 2 часа. Теоретический курс. Наследственность и изменчивость – свойства организмов. Генетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Методы генетики. Генетическая терминология и символика. История генетических открытий. 2. Моногибридное скрещивание. 5 часов. Теоретический курс – 1 час. Закономерности наследования генов при моногибридном скрещивании, установленные Г. Менделем и их цитологические основы. Промежуточное наследование. Анализирующее скрещивание. Множественный аллелизм. Кодоминирование. Летальные аллели. Практический курс – 4 часов. Решение прямых задач на моногибридное скрещивание. Определение вероятности появления потомства с заданными признаками. Определение количества потомков с заданными признаками. Определение количества фенотипов и генотипов потомков. Решение обратных задач на моногибридное скрещивание. Решение задач на промежуточное наследование признаков. Решение задач на определение групп крови потомков и родителей по заданным условиям. Решение задач на анализирующее скрещивание. 3. Дигибридное скрещивание. 5 часов. Теоретический курс – 1 час. Закономерности наследования при дигибридном скрещивании, цитологические основы наследования, III закон Менделя. Практический курс – 4 часов. Решение прямых задач на дигибридное скрещивание. Решение обратных задач на дигибридное скрещивание. 4. Полигибридное скрещивание. 4 часа. Теоретический курс -1 час. Математические закономерности наследования, используемые при решении задач на полигибридное скрещивание. Практический курс – 3 часа. Решение задач на нахождение вероятности появления потомков с определенными признаками. Определение количества фенотипов и фенотипы потомков. Решение прямых и обратных задач на полигибридное скрещивание. 5. Сцепленное наследование генов. 6 часов. Теоретический курс – 2 часа. Закономерности сцепленного наследования. Закон Моргана. Полное и неполное сцепление. Цитологические основы сцепленного наследования: в случае 3 коньюгации хромосом без кроссинговера; в случае коньюгации и кроссинговера между двумя хроматидами; в случае коньюгации хромосом и кроссинговера между одной парой хроматид. Генетические карты. Хромосомная теория наследственности. Практический курс – 4 часа. Решение задач на сцепленное наследование. Определение количества кроссоверных особей в потомстве. Определение вероятности возникновения различных генотипов и фенотипов потомков по расстоянию между сцепленными генами. 6. Наследование, сцепленное с полом. 4 часа. Теоретический курс – 1 час. Цитологические основы наследования, сцепленного с полом. Гомогаметность и гетерогаметность у различных видов живых организмов. Роль половых хромосом в жизни и развитии организмов. Практический курс – 3 часа. Решение прямых и обратных задач на сцепление признака с Ххромосомой. Решение прямых и обратных задач на сцепление с У-хромосомой. 7. Взаимодействие неаллельных генов. 4 часа. Теоретический курс – 1 час. Эпистаз: доминантный и рецессивный. Комплементарность. Полимерия. Практический курс – 3 часа. Решение задач на все типы взаимодействия неаллельных генов. 8. Генетика популяции. 3 часа. Теоретический курс – 1 час. Закон Харди – Вайнберга. Практический курс – 2 часа. Решение задач по генетике популяций. 9. Итоговое занятие. 2 часа. Самостоятельное решение генетических задач всех видов. Учебно – тематический план № 1 2 3 Темы занятий Форма проведения Генетика – наука о Лекция закономерностях наследственности и изменчивости. История генетических открытий Методы генетики. Лекция Генетическая терминология и символика. Закономерности насле- Лекция дования генов при моногибридном скрещивании, установленные Г. Менделем и их цитологические основы Теория Практика Форма контроля Дата Т Доклады 06.09.10 Т Кроссворд 13.09.10 Т Доклады 20.09.10 4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Решение прямых и обратных задач на моногибридное скрещивание Решение задач на промежуточное наследование признаков. Решение задач на анализирующее скрещивание. Решение задач П 27.09.10 Решение задач П 04.10.10 Решение задач П 11.10.10 Решение задач на определение групп крови потомков и родителей по заданным условиям Закономерности наследования при дигибридном скрещивании, цитологиические основы наследования, III закон Менделя. Решение прямых задач на дигибридное скрещивание Решение прямых задач на дигибридное скрещивание Решение обратных задач на дигибридное скрещивание. Решение обратных задач на дигибридное скрещивание. Полигибридное скрещивание. Математические закономерности наследования, используемые при решении задач на полигибридное скрещивание Решение задач на нахождение вероятности появления потомков с определенными признаками. Решение прямых и обратных задач на полигибридное скрещивание Решение прямых и обратных задач на полигибридное скрещивание Закономерности сцепленного наследования. Закон Моргана. Полное и неполное сцепление. Генетические карты. Хромосомная теория наследственности Решение задач на сцепленное наследование Решение задач на Решение задач П Лекция Решение задач Решение задач Решение задач Решение задач Лекция Т Тестовый контроль №1 18.10.10 Доклады 25.10.10 П 01.11.10 П 15.11.10 П 22.11.10 П Т Тестовый контроль №2 Доклады 29.11.10 06.12.10 Решение задач П 13.12.10 Решение задач П 20.12.10 Решение задач П Тестовый контроль №3 27.12.10 Лекция Т Доклады 10.01.11 Лекция Т Доклады 17.01.11 Решение задач Решение П 24.01.11 П 31.01.11 5 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 сцепленное наследование Определение количества кроссоверных особей в потомстве Определение вероятности возникновения различных генотипов и фенотипов потомков по расстоянию между сцепленными генами Цитологические основы наследования, сцепленного с полом Решение прямых и обратных задач на сцепление признака с Ххромосомой. Решение прямых и обратных задач на сцепление признака с Ххромосомой. Решение прямых и обратных задач на сцепление с У-хромосомой Взаимодействие неаллельных генов. Эпистаз: доминантный и рецессивный. Комплементарность. Полимерия. Решение задач на все типы взаимодействия неаллельных генов. Решение задач на все типы взаимодействия неаллельных генов. Решение задач на все типы взаимодействия неаллельных генов. Генетика популяций. Закон Харди – Вайнберга. Решение задач по генетике популяций. Решение задач по генетике популяций. Самостоятельное решение генетических задач всех видов Самостоятельное решение генетических задач всех видов Итого задач Решение задач П Решение задач Лекция П 07.02.11 Тестовый контроль №4 14.02.11 Доклады 21.02.11 Т Решение задач П 28.02.11 Решение задач П 07.03.11 Решение задач П Лекция Тестовый контроль №5 14.03.11 Доклады 21.03.11 Т Решение задач П 28.03.11 Решение задач П 04.04.11 Решение задач П Лекция Тестовый контроль №6 11.04.11 Доклады 18.04.11 Т Решение задач Решение задач Решение задач П 25.04.11 П 02.05.11 П 16.05.11 Решение задач П 23.05.11 35 часов 10 ч 25 ч Методическое обеспечение программы. 6 1. Учебные пособия. Учебными пособиями данного элективного курса могут быть учебники для общеобразовательных школ, а также пособие серии “Темы школьного курса” Р.А. Петросовой “Основы генетики” изд. “Дрофа”. Так как теоретические занятия направлены на повторение и закрепление материала, целесообразно предоставить учащимся возможность самостоятельно готовить и делать доклады на заданные темы, используя при подготовке, как школьный учебник, так и дополнительную литературу. Докладам учащихся должна предшествовать работа учителя с учеником с целью подбора литературы, для выделения главных идей, эмоционального окрашивания рассказов из истории открытий. Для ускорения работы на теоретическом занятии всем учащимся целесообразно раздавать распечатанный материал с основными моментами доклада, алгоритмами решения задач, доказательствами законов, подготовленный учащимся. К концу изучения курса у всех учеников теоретический материал составит пособие по изучаемой теме. 2. Требования к оснащению курса. Для практических занятий необходимы справочники с указанными доминантными и рецессивными признаками живых организмов. Для теоретических занятий необходимы таблицы с демонстрацией процессов мейоза, моногибридного и дигибридного скрещивания, процессов, происходящих в случае сцепленного наследования генов и наследования, сцепленного с полом. 3. Организация учебно-воспитательного процесса. Основной формой организации учебной работы является не урок, а учебное занятие, т.е. “учебные часы, а также вообще время учения” (Ожегов С.И.). Учебное занятие предусматривает активную самостоятельную работу школьника, сотрудничество и сотворчество учителя и ученика, более свободное поведение учащегося на занятиях, отсутствие скованности, которую в той или иной степени вызывает оценочная система на уроке. Занятия строятся по степени усложнения рассматриваемого материала, по степени усложнения задач. При этом используются различные методы и методические приемы, направленные на активную работу учеников в форме диалога учитель-ученик, активное обсуждение материала в форме ученик-ученик, ученик-учитель. Определение методов обучения – одна из существенных и сложных проблем в разработке методики элективного курса. При составлении данной программы, состоящей как из теоретической части, так и практической, считаю необходимым опираться на три основные группы методов обучения: словесные (рассказ, беседа, объяснение, лекция), наглядные (работа с таблицами, схемами), практические (решение задач). Разнообразие методов способствует осуществлению эффективного процесса обучения, воспитания и развития школьников. 4. Прогнозируемые результаты обучения и способы их проверки. В результате обучения школьники должны: расширить знания об основных генетических законах; в совершенстве овладеть специальной генетической терминологией; научиться решать генетические задачи повышенной сложности; уметь применять различные генетические законы при решении задач; уметь прогнозировать вероятность передачи по наследству различных генетических нарушений; уметь готовить доклады по теоретическому материалу. 7 Оценивание учащихся на протяжении курса не предусматривается и основной мотивацией является познавательный интерес и успешность ученика при изучении материала повышенной сложности. Поэтому для определения степени усвоения материала на последних занятиях целесообразно провести итоговую зачетную работу по решению учащимися всех изученных типов задач, по результатам которой, знания и умения учащихся оценить в форме “зачтено / не зачтено”. Литература для учащихся. 1. Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений. – М.: Дрофа, 2009 – 352с. 2. Зәкиев Р.К, Генетикадан мәсьәләләр һәм аларны чишү алымнары. Казан: УНИПРЕСС, 1998 – 80 б. 3. Киреева Н.М. Биология для поступающих в ВУЗы. Способы решения задач по генетике. – Волгоград: Учитель, 2003. – 50с. 4. Кириленко А.А. Биология. Сборник задач по генетике. Базовый и повышенный уровни ЕГЭ: учебно-методическое пособие – Ростов-на -Дону: Легион, 2009 – 174 с. 5. Петросова Р.А. Основы генетики. Темы школьного курса. – М.: Дрофа, 2004. – 96с. Литература для учителя. 1. Беркинблит М.Б., Глаголев С.М., Иванова Н.П., Фридман М.В., Фуралев В.А., Чуб В.В. Методическое пособие к учебнику “Общая биология” - М.: МИРОС, 2000. – 93с. 2. Гин А.А. Приемы педагогической техники. – М.: Вита-Пресс, 2002. – 86с. 3. Дмитриева Т.А., Суматохин С.В., Гуленков С.И., Медведева А.А. Биология. Человек. Общая биология. Вопросы. Задания. Задачи. – М.: Дрофа, 2002. – 144с. 5. Зәкиев Р.К. Генетика һәм селекция нигезләре. Лекцияләр җыентыгы. Казан: УНИПРЕСС, 1997 – 240 б. 6. Зәкиев Р.К, Генетикадан мәсьәләләр һәм аларны чишү алымнары. Казан: УНИПРЕСС, 1998 – 80 б. 7. Кириленко А.А. Биология. Сборник задач по генетике. Базовый и повышенный уровни ЕГЭ: учебно-методическое пособие – Ростов-на -Дону: Легион, 2009 – 174 с. 8. Муртазин Г.М. Задачи и упражнения по общей биологии. Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1981. – 192с. 9. Рувинский А.О., Высоцкая Л.В., Глаголев С.М. Общая биология: Учебник для 10-11 классов школ с углубленным изучением биологии. – М.: Просвещение, 1993. – 544с. Задачи по генетике Кроссворд «Генетические термины» 8 1. Совокупность внешних и внутренних признаков организма 2. место расположения гена в хромосоме 3. общее свойство всех организмов приобретать новые признаки в пределах вида 4. особь, в генотипе которой находятся одинаковые аллели одного гена 5. наука о наследственности и изменчивости 6. особь, в генотипе которой находятся разные аллели одного гена 7. объекты, с которыми проводил свои опыты Т. Морган 8. гены, обеспечивающие развитие альтернативных признаков 9. совокупность генов, полученная организмом от родителей 10. основоположник генетики 11. общее свойство всех организмов передавать свои признаки потомкам 12. одна особь гибридного поколения 13. признак, подавляющий другие 14. подавляемый признак 15. хромосомы, по которым у самцов и самок нет различий. Ответы: 1 - генотип, 2 - локус, 3 - изменчивость, 4 - гомозиготная, 5 – генетика, 6 – гетерозиготная, 7 – дрозофилы, 8 – аллельные, 9 – генотип, 10 – Мендель, 11 – наследственность, 12 – гибрид, 13 – доминантный, Тестовый контроль № 1 14 – рецессивный, 15 – аутосомы (решение задач на моногибридное скрещивание) Вариант 1. 9 У гороха высокий рост доминирует над низким. Гомозиготное растение высокого роста опылили пыльцой гороха низкого роста. Получили 20 растений. Гибридов первого поколения самоопылили и получили 96 растений второго поколения. 1. Сколько различных типов гамет могут образовать гибриды первого поколения? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 2. Сколько разных генотипов может образоваться во втором поколении? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 3. Сколько доминантных гомозиготных растений выросло во втором поколении? А) 24 Б) 48 В) 72 Г) 96 4. Сколько во втором поколении гетерозиготных растений? А) 24 Б) 48 В) 72 Г) 96 5. Сколько растений во втором поколении будут высокого роста? А) 24 Б) 48 В) 72 Г) 96 Вариант 2. У овса раннеспелость доминирует над позднеспелостью. Гетерозиготное раннеспелое растение скрестили с позднеспелым. Получили 28 растений. 1. Сколько различных типов гамет образуется у раннеспелого родительского растения? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 2. Сколько различных типов гамет образуется у позднеспелого родительского растения? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 3. Сколько гетерозиготных растений будет среди гибридов? А) 28 Б) 21 В) 14 Г) 7 4. Сколько среди гибридов будет раннеспелых растений? А)28 Б) 21 В) 14 Г) 7 5.Сколько разных генотипов будет у гибридов? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 Вариант 3. У гороха гладкие семена – доминантный признак, морщинистые – рецессивный. При скрещивании двух гомозиготных растений с гладкими и морщинистыми семенами получено 8 растений. Все они самоопылились и во втором поколении дали 824 семени. 1.Сколько растений первого поколения будут гетерозиготными? А) 2 Б) 4 В) 6 Г) 8 2. Сколько разных фенотипов будет в первом поколении? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 10 3. Сколько различных типов гамет могут образовать гибриды первого поколения? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 4. Сколько семян во втором поколении будут гетерозиготными? А) 206 Б) 412 В) 618 Г) 824 5.Сколько во втором поколении будет морщинистых семян? А) 206 Б) 412 В) 618 Г) 824 Вариант 4. У моркови оранжевая окраска корнеплода доминирует над жёлтой. Гомозиготное растение с оранжевым корнеплодом скрестили с растением, имеющим жёлтый корнеплод. В первом поколении получили 15 растений. Их самоопылили и во втором поколении получили 120 растений. 1. Сколько различных типов гамет может образовывать родительское растение с оранжевым корнеплодом? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 2. Сколько растений с жёлтым корнеплодом вырастет во втором поколении? А) 120 Б) 90 В) 60 Г) 30 3.Сколько во втором поколении будет гетерозиготных растений? А) 120 Б) 90 В) 60 Г)30 4. Сколько доминантных гомозиготных растений будет во втором поколении? А) 120 Б) 90 В) 60 Г) 30 5. Сколько растений из второго поколения будет с оранжевым корнеплодом? А) 120 Б) 90 В) 60 Г) 30 ОТВЕТЫ: Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 1. б 1. б 1. г 1. а 2. в 2. а 2. а 2. г 3. а 3. в 3. б 3. в 4. б 4. в 4. б 4. г 5. в 5. б 5. а 5. б Тестовый контроль № 2 ( решение задач на дигибридное скрещивание) Вариант 1. 11 У гороха высокий рост доминирует над карликовым, гладкая форма семян – над морщинистой. Гомозиготное высокое растение с морщинистыми семенами скрестили с гетерозиготным растением, имеющим гладкие семена и карликовый рост. Получили 640 растений. 1. Сколько будет среди гибридов высоких растений с гладкими семенами? А) нет Б) 160 В) 640 Г) 320 2. Сколько разных типов гамет может образовать родительское растение с гладкими семенами и карликовым ростом? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 3. Сколько среди гибридов будет низкорослых растений с гладкими семенами? А) 320 Б) 640 В) 160 Г) нет 4. Сколько разных генотипов будет у гибридов? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 5. Сколько гибридных растений будет высокого роста? А) 160 Б) нет В) 640 Г) 320 Вариант 2. У кур оперённые ноги доминируют над неоперёнными, а гороховидный гребень – над простым. Скрестили дигетерозиготных кур и гомозиготных петухов с простыми гребнями и оперёнными ногами. Получили 192 цыплёнка. 1. Сколько типов гамет образует курица? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 2. Сколько разных генотипов будет у цыплят? А) 1 Б) 2 В) 4 Г)16 3. Сколько цыплят будут с оперёнными ногами? А) 192 Б) 144 В) 96 Г) 48 4. Сколько цыплят будет с оперёнными ногами и простыми гребнями? А) 192 Б) 144 В) 96 Г) 48 5.Сколько разных фенотипов будет у гибридов? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 Вариант 3. У кур укороченные ноги доминируют над нормальными, а гребень розовидной формы – над простым. В результате скрещивания гетерозиготной по этим признакам курицы и петуха с нормальными ногами и простым гребнем получено 80 цыплят. 1. Сколько разных типов гамет может образовать курица? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 12 2 .Сколько разных типов гамет может образоваться у петуха? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 3 .Сколько различных генотипов будет у гибридов? А) 4 Б) 8 В) 12 Г) 16 4. Сколько цыплят будет с нормальными ногами и простым гребнем? А) 80 Б) 60 В) 40 Г) 20 5. Сколько цыплят будет с розовидными гребнями? А) 80 Б) 60 В) 40 Г) 20 Вариант 4. У коров комолость (безрогость) доминирует над рогатостью, а чёрная масть – над рыжей. Чистопородного комолого быка чёрной масти скрестили с дигетерозиготными коровами. Получили 64 телёнка. 1.Сколько разных типов гамет образует бык? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 2.Сколько разных типов гамет образует корова? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 3.Сколько различных фенотипов образуется при этом скрещивании? А) 1 Б) 4 В) 8 Г) 16 4. Сколько различных генотипов будет у телят? А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4 5.Сколько будет комолых чёрных дигетерозиготных телят? А) 64 ОТВЕТЫ: Б) 48 В) 32 Вариант 1 Г) 16 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 1. г 1. г 1. г 1. а 2. б 2. в 2. а 2. г 3. г 3. а 3. а 3. а 4. б 4. в 4. г 4. г 5. в 5. б 5. в 5. г Задачи на моногибридное скрещивание. 13 Задача 1. Какие пары наиболее выгодно скрещивать для получения платиновых лисиц, если платиновость доминирует над серебристостью, но в гомозиготном состоянии ген платиновости вызывает гибель зародыша? Ответ: наиболее выгодно скрещивать серебристых и платиновых гетерозиготных лисиц. Задача 2. При скрещивании двух белых тыкв в первом поколении ? растений были белыми, а ? - желтыми. Каковы генотипы родителей, если белая окраска доминирует над желтой? Ответ: родительские растения гетерозиготны. Задачи на дигибридное скрещивание. Задача 3. Если женщина с веснушками (доминантный признак) и волнистыми волосами (доминантный признак), у отца которой были прямые волосы и не было веснушек, выйдет замуж за мужчину с веснушками и прямыми волосами (оба его родителя с такими же признаками), то какими могут быть у них дети? Ответ: все дети в этой семье будут с веснушками, а вероятность рождения их с прямыми и волнистыми волосами – по 50% Задача 4. Каковы генотипы родительских растений, если при скрещивании красных томатов (доминантный признак) грушевидной формы (рецессивный признак) с желтыми шаровидными получилось: 25% красных шаровидных, 25% красных грушевидных, 25% желтых шаровидных, 25% желтых грушевидных? Ответ: генотипы родительских растений Аавв и ааВв. Задачи на неполное доминирование. Задача 5. При скрещивании между собой чистопородных белых кур потомство оказывается белым, а при скрещивании черных кур – черным. Потомство от белой и черной особи оказывается пестрым. Какое оперение будет у потомков белого петуха и пестрой курицы? Ответ: половина цыплят будет белых, а половина пестрых Задача 6. Растения красноплодной земляники при скрещивании между собой всегда дают потомство с красными ягодами, а растения белоплодной земляники – с белыми. В результате скрещивания этих сортов друг с другом получаются розовые ягоды. Какое возникнет потомство при скрещивании между собой гибридов с розовыми ягодами? Ответ: половина потомков будет с розовыми ягодами и по 25% с белыми и красными. Задачи на наследование групп крови. Задача 7. Какие группы крови могут быть у детей, если у обоих родителей 4 группа крови? Ответ: вероятность рождения детей с 4 группой крови – 50%, со 2 и 3 – по 25%. Задача 8. отца – О? Можно ли переливать кровь ребёнку от матери, если у неё группа крови АВ, а у Ответ: нельзя. Задача 9. У мальчика 4 группа крови, а у его сестры – 1. Каковы группы крови их родителей? Ответ: 2 и 3. 14 Задача 10. В родильном доме перепутали двух мальчиков (Х и У). У Х – первая группа крови, у У – вторая. Родители одного из них с 1 и 4 группами, а другого – с 1 и 3 группами крови. Кто чей сын? Ответ: у Х родители с 1 и 3 группами, у У – с 1 и 4. Задачи на наследование, сцепленное с полом. Задача 11. У попугаев сцепленный с полом доминантный ген определяет зелёную окраску оперенья, а рецессивный – коричневую. Зелёного гетерозиготного самца скрещивают с коричневой самкой. Какими будут птенцы? Ответ: половина самцов и самок будут зелеными, половина – коричневыми. Задача 12. У дрозофилы доминантный ген красной окраски глаз и рецессивный белой окраски глаз находятся в Х - хромосоме. Какой цвет глаз будет у гибридов первого поколения, если скрестить гетерозиготную красноглазую самку и самца с белыми глазами? Ответ: вероятность рождения самцов и самок с разным цветом глаз – по 50%. Задача 13. У здоровых по отношению к дальтонизму мужа и жены есть сын, страдающий дальтонизмом, у которого здоровая дочь, здоровая дочь, у которой 2 сына: один дальтоник, а другой – здоров, здоровая дочь, у которой пятеро здоровых сыновей Каковы генотипы этих мужа и жены? Ответ: генотипы родителей ХD Хd, ХD У. Задача 14. Кошка черепаховой окраски принесла котят черной, рыжей и черепаховой окрасок. Можно ли определить: черный или рыжий кот был отцом этих котят? Ответ: нельзя. Комбинированные задачи Задача 15. У крупного рогатого скота ген комолости доминирует над геном рогатости, а чалая окраска шерсти формируется как промежуточный признак при скрещивании белых и рыжих животных. Определите вероятность рождения телят, похожими на родителей от скрещивания гетерозиготного комолого чалого быка с белой рогатой коровой. Ответ: вероятность рождения телят, похожими на родителей – по 25%. Задача 16. От скрещивания двух сортов земляники (один с усами и красными ягодами, другой безусый с белыми ягодами) в первом поколении все растения были с розовыми ягодами и усами. Можно ли вывести безусый сорт с розовыми ягодами, проведя возвратное скрещивание? Ответ: можно, с вероятностью 25% при скрещивании гибридных растений с безусым родительским растением, у которого белые ягоды. Задача 17. Мужчина с резус-отрицательной кровью 4 группы женился на женщине с резусположительной кровью 2 группы (у её отца резус-отрицательная кровь 1 группы). В семье 2 ребенка: с резус-отрицательной кровью 3 группы и с резус-положительной кровью 1 группы. Какой ребенок в этой семье приемный, если наличие у человека в эритроцитах антигена резус-фактора обусловлено доминантным геном? Ответ: приемный ребенок с 1 группой крови. 15 Задача 18. В одной семье у кареглазых родителей родилось 4 детей: двое голубоглазых с 1 и 4 группами крови, двое – кареглазых со 2 и 4 группами крови. Определите вероятность рождения следующего ребенка кареглазым с 1 группой крови. Ответ: генотип кареглазого ребенка с 1 группой крови А* I0I0 , вероятность рождения такого ребенка 3/16, т.е. 18,75%. Задача 19. Мужчина с голубыми глазами и нормальным зрением женился на женщине с карими глазами и нормальным зрением (у всех её родственников были карие глаза, а её брат был дальтоником). Какими могут быть дети от этого брака? Ответ: все дети будут кареглазыми, все дочери с нормальным зрением, а вероятность рождения сыновей с дальтонизмом – 50%. Задача 20. У канареек сцепленный с полом доминантный ген определяет зеленую окраску оперенья, а рецессивный – коричневую. Наличие хохолка зависит от аутосомного доминантного гена, его отсутствие – от аутосомного рецессивного гена. Оба родителя зеленого цвета с хохолками. У них появились 2 птенца: зеленый самец с хохолком и коричневая без хохолка самка. Определите генотипы родителей. Ответ: Р: ♀ Х З У Аа; ♂ Х З Х К Аа. Задача 21. Мужчина, страдающий дальтонизмом и глухотой женился на хорошо слышащей женщине с нормальным зрением. У них родился сын глухой и страдающий дальтонизмом и дочь с хорошим слухом и страдающая дальтонизмом. Возможно ли рождение в этой семье дочери с обеими аномалиями, если глухота – аутосомный рецессивный признак? Ответ: вероятность рождения дочери с обеими аномалиями 12,5%. Задачи на взаимодействие генов Задача 22. Форма гребня у кур определяется взаимодействием двух пар неаллельных генов: ореховидный гребень определяется взаимодействием доминантных аллелей этих генов, сочетание одного гена в доминантном, а другого в рецессивном состоянии определяет развитие либо розовидного, либо гороховидного гребня, особи с простым гребнем являются рецессивными по обеим аллелям. Каким будет потомство при скрещивании двух дигетерозигот? Дано: А*В* - ореховидный А*вв – розовидный Ответ: ааВ* - гороховидный 9 /16 – с ореховидными, аавв – простой 3/16 – с розовидными, P: ♀ АаВв 3/16 – с гороховидными, ♂ АаВв 1/16 – с простыми гребнями Задача 23. Коричневая окраска меха у норок обусловлена взаимодействием доминантных аллелей. Гомозиготность по рецессивным аллеям одного или двух этих генов даёт платиновую окраску. Какими будут гибриды от скрещивания двух дигетерозигот? 16 Дано: А*В* - коричневая Ответ: А*вв – платиновая 9/16 – коричневых, ааВ* - платиновая 7/16 платиновых норок. аавв – платиновая P: ♀ АаВв ♂ АаВв Задача 24. У люцерны наследование окраски цветков – результат комплементарного взаимодействия двух пар неаллельных генов. При скрещивании растений чистых линий с пурпурными и желтыми цветками в первом поколении все растения были с зелёными цветками, во втором поколении произошло расщепление: 890 растений выросло с зелёными цветками, 306 – с жёлтыми, 311 – с пурпурными и 105 с белыми. Определите генотипы родителей. Ответ: ААвв и ааВВ. Задача 25. У кроликов рецессивный ген отсутствия пигмента подавляет действие доминантного гена наличия пигмента. Другая пара аллельных генов влияет на распределение пигмента, если он есть: доминантный аллель определяет серую окраску (т.к. вызывает неравномерное распределение пигмента по длине волоса: пигмент скапливается у его основания, тогда как кончик волоса оказывается лишённым пигмента), рецессивный – чёрную (т.к. он не оказывает влияния на распределение пигмента). Каким будет потомство от скрещивания двух дигетерозигот? Дано: А*В* - серая окраска Ответ: А*вв – черная 9/16 серых, ааВ* - белая 3/16 черных, аавв – белая 4/16 белых крольчат. P: ♀ АаВв ♂ АаВв Задача 26. У овса цвет зёрен определяется взаимодействием двух неаллельных генов. Один доминантный обусловливает чёрный цвет зёрен, другой – серый. Ген чёрного цвета подавляет ген серого цвета. Оба рецессивных аллеля дают бедую окраску. При скрещивании чернозерного овса в потомстве оказалось расщепление: 12 чернозерных : 3 серозерных : 1 с белыми зёрнами. Определите генотипы родительских растений. 17 Дано: А*В* - черная окр. А*вв – черная ааВ* - серая Ответ: аавв – белая АаВв и АаВв. P: ♀ черная ♂ черный в F 1 – 12 черн, 3 сер, 1 бел Задача 27. Цвет кожи человека определяется взаимодействием генов по типу полимерии: цвет кожи тем темнее, чем больше доминантных генов в генотипе: если 4 доминантных гена – кожа чёрная, если 3 – тёмная, если 2 – смуглая, если 1 – светлая, если все гены в рецессивном состоянии – белая. Негритянка вышла замуж за мужчину с белой кожей. Какими могут быть их внуки, если их дочь выйдет замуж за мулата (АаВв) ? Дано: Ответ: черная кожа: ААВВ вероятность рождения внуков с черной кожей – 6,25% , темная кожа: АаВВ ААВв смуглая кожа: АаВв ААвв ааВВ с темной – 25%, со смуглой – 37,5%, со светлой – 25%, с белой – 6,25%. светлая кожа: Аавв ааВв белая кожа: аавв P: ♀ ААВВ ♂ аавв Задача 28. Наследование яровости у пшеницы контролируется одним или двумя доминантными полимерными генами, а озимость – их рецессивными аллелями. Каким будет потомство при скрещивании двух дигетерозигот? Дано: А*В* - яровость 18 А*вв – яровость Ответ: ааВ* - яровость 15/16 яровых, аавв – озимость 1/16 – озимых. P: ♀ АаВв ♂АаВв Задачи на анализирующее скрещивание Задача 29. Рыжая окраска у лисы – доминантный признак, чёрно-бурая – рецессивный. Проведено анализирующее скрещивание двух рыжих лисиц. У первой родилось 7 лисят – все рыжей окраски, у второй – 5 лисят: 2 рыжей и 3 чёрно-бурой окраски. Каковы генотипы всех родителей? Ответ: самец черно-бурой окраски, самки гомо – и гетерозиготны. Задача 30. У спаниелей чёрный цвет шерсти доминирует над кофейным, а короткая шерсть – над длинной. Охотник купил собаку чёрного цвета с короткой шерстью и, чтобы быть уверенным, что она чистопородна, провёл анализирующее скрещивание. Родилось 4 щенка: 2 короткошерстных чёрного цвета, 2 короткошерстных кофейного цвета. Каков генотип купленной охотником собаки? Ответ: купленная охотником собака гетерозиготная по первой аллели. Задачи на кроссинговер Задача 31. Определите частоту (процентное соотношение) и типы гамет у дигетерозиготной особи, если известно, что гены А и В сцеплены и расстояние между ними 20 Морганид. Ответ: кроссоверныхе гаметы - Аа и аВ - по 10%, некроссоверные – АВ и ав – по 40% Задача 32. У томатов высокий рост доминирует над карликовым, шаровидная форма плодов – над грушевидной. Гены, ответственные за эти признаки, находятся в сцепленном состоянии на расстоянии 5,8 Морганид. Скрестили дигетерозиготное растение и карликовое с грушевидными плодами. Каким будет потомство? Ответ: 47,1% - высокого роста с шаровидными плодами 47,1% - карликов с грушевидными плодами 2,9% - высокого роста с грушевидными плодами, 2,9% - карликов с шаровидными плодами. Задача 33. Дигетерозиготная самка дрозофилы скрещена с рецессивным самцом. В потомстве получено АаВв – 49%, Аавв – 1%, ааВв – 1%, аавв – 49%. Как располагаются гены в хромосоме? Ответ: гены наследуются сцеплено, т.е. находятся в 1 хромосоме. Сцепление неполное, т.к. имеются кроссоверные особи, несущие одновременно признаки отца и матери: 1% + 1% = 2%, а это значит, что расстояние между генами 2 Морганиды. 19 Задача 34. Скрещены две линии мышей: в одной из них животные с извитой шерстью нормальной длины, а в другой – с длинной и прямой. Гибриды первого поколения были с прямой шерстью нормальной длины. В анализирующем скрещивании гибридов первого поколения получено: 11 мышей с нормальной прямой шерстью, 89 – с нормальной извитой, 12 – с длинной извитой, 88 – с длинной прямой. Расположите гены в хромосомах. Ответ: Ав расстояние между генами 11,5 Морганид аВ Задача 35 на построение хромосомных карт Опытами установлено, что процент перекрёста между генами равен: А) А – В = 1,2% Б) C – N = 13% В – С = 3,5 % C – P = 3% А – С = 4,7 P – N = 10% C – A = 15% N – A = 2% В) P – G = 24% Г) A – F = 4% R – P =14% C – B = 7% R – S = 8% A – C = 1% S – P = 6% C – D = 3% D – F = 6% A – D = 2% A – B = 8% Определите положение генов в хромосоме. Необходимые пояснения: сначала вычерчивают линию, изображающую хромосому. В середину помещают гены с наименьшей частотой рекомбинации, а затем устанавливают местонахождение всех генов, взаимосвязанных между собой в порядке возрастания их частот рекомбинаций Ответ: А) А между В и С Б) C H N A Г) DACFB B) RSP, точное положение гена не может быть установлено - недостаточно информации 20 Задачи по генетике популяций. Закон Харди – Вайнберга: Мы будем рассматривать только так называемые менделевские популяции: - особи диплоидны - размножаются половым путем - популяция имеет бесконечно большую численность кроме того, панмиктические популяции: где случайное свободное скрещивание особей протекает при отсутствии отбора. Рассмотрим в популяции один аутосомный ген, представленный двумя аллелями А и а. Введем обозначения: N – общее число особей популяции D – число доминантных гомозигот (АА) H – число гетерозигот (Аа) R – число рецессивных гомозигот (а) Тогда: D + H + R = N Так как особи диплоидны, то число всех аллелей по рассматриваемому гену будет 2 N. Суммарное число аллелей А и а : А=2D+Н а=Н+2R Обозначим долю (или частоту) аллеля А через p, а аллеля а – через g, тогда: 2D + H p= ----------2N H + 2R g = ----------N Поскольку ген может быть представлен аллелями А или а и никакими другими, то g=1 p + Состояние популяционного равновесия математической формулой описали в 1908 году независимо друг от друга математик Дж. Харди в Англии и врач В. Вайнберг в Германии (закон Харди – Вайнберга): если p - частота гена A, g - частота гена а, с помощью решетки Пеннета можно представить в обобщенном виде характер распределения аллелей в популяции: 21 pА gа pА p2 АА pg Аа gа pg Аа g2 аа Соотношение генотипов в описанной популяции: p2 АА : 2pg Аа : g2 аа Закон Харди – Вайнберга в простейшем виде: p2 АА + 2pg Аа + g2 аа = 1 Задача 36 Популяция содержит 400 особей, из них с генотипом АА – 20, Аа – 120 и аа – 260. Определите частоты генов А и а. Дано: Решение: N = 400 D = 20 H = 120 2D + H p = ----------- = 0, 2 R = 260 2N p–? g-? H + 2R g = ----------- = 0,8 N Ответ: частота гена А – 0, 2, гена а – 0,8 Задача 37. У крупного рогатого скота породы шортгорн рыжая масть доминирует над белой. Гибриды от скрещивания рыжих и белых - чалой масти. В районе, специализирующемся на разведении шортгорнов, зарегистрировано 4169 рыжих животных, 3780 – чалых и 756 белых. Определите частоту генов рыжей и белой окраски скота в данном раойне. Дано Решение АА – красн. аа – белая Аа - чалая D = 4169 2D + H p = ----------- = 0, 7 2N H = 3780 R = 756 p–? H + 2R g-? g = ----------- = 0, 3 N 22 Ответ: частота гена красной окраски 0,7, а белой – 0, 3. Задача 38. В выборке, состоящей из 84000 растений ржи, 210 растений оказались альбиносами, т.к. у них рецессивные гены находятся в гомозиготном состоянии. Определите частоты аллелей А и а. а также частоту гетерозиготных растений. Дано Решение N = 84000 R = 210 g 2 = 210 : 8400 = 0, 0025 p – ?g = 0, 05 g-? 2 pg - ? p = 1 – g = 0, 95 2 pg = 0, 095 Ответ: частота аллеля а – 0, 05, ч астота аллеля Аа – 0, 95, частота генотипа Аа – 0, 095 Задача 39. Дано Группа особей состоит из 30 гетерозигот. Вычислите частоты генов А и а. Решение 2D + H N = H = 30 p = ----------- = 0, 5 2N p – ?g = 1 – p = 0, 5 g-? Ответ: частота генов А и а - 0, 5. Задача 40. генотипов. В популяции известны частоты аллелей p = 0,8 и g = 0, 2. Определите частоты Дано Решение p 2 = 0, 64 p = 0,8 g = 1 – p = 0, 5 g 2 = 0, 04 2 pg = 0, 32 g = 0,2 p2–? g 2- ? 2 pg - ? Ответ: частота генотипа АА – 0, 64, генотипа аа – 0, 04 генотипа Аа – 0, 32. 23 Задача 41. Популяция имеет следующий состав 0,05 АА, частоты аллелей А и а. Дано 2 и 0,65 аа. Найдите Решение p 2 = 0,05 g 0,3 Аа p = 0,2 = 0,3 g = 0,8 2 pg = 0,65 p–? g-? Ответ: частота аллеля А – 0,2, аллеля а – 0, 8 Задача 42. В стаде крупного рогатого скота 49% животных рыжей масти (рецессив) и 51% чёрной масти (доминанта). Сколько процентов гомо- и гетерозиготных животных в этом стаде? Дано 2 g Решение = 0,49 p = 1 – g = 0,3 p 2 + 2 pg = 0,51 p 2 = 0,09 2 pg = 0,42 p2–? 2 pg - ? Ответ: гетерозигот 42%, гомозигот по рецессиву – 49% гомозигот по доминантне – 9% Задача 43. Вычислите частоты генотипов АА, Аа и аа (в %), если особи аа составляют в популяции 1% ? Дано 2 g = 0,01 Решение g = 0,1 p = 1 – g = 0,9 p2–? 2 pg = 0,18 2 pg - ? p 2 = 0,81 Ответ: в популяции 81% особей с генотипом АА, 18% с генотпом Аа и 1% с генотипом аа. 24 П р и л о ж е н и е. Фрагмент занятия № 1. и №2 «Введение». Задачи: -учить самостоятельно добывать знания, используя дополнительную литературу; -учить делать краткие сообщения и расширенные доклады по поставленным вопросам; -повторение и закрепление основных терминов и понятий генетики, формирование умений свободно оперировать данными понятиями; -объяснение целей и задач данного элективного курса. Примерный теоретический материал к занятию. История первых открытий. Мендель Грегор Иоганн (1822-1884) – чешский ученый, основоположник генетики. В 1843 году закончил университет по курсу «Философия». (В то время курс философии был значительно шире, чем сейчас, и включал в себя также естественные науки и математику). Сразу же по окончании университета Мендель постригся в монахи в августинский монастырь в г. Брюнне (ныне Брно); позже он стал настоятелем этого монастыря. В 18561863 гг. провел знаменитые опыты по гибридизации гороха, результаты которого были изложены в 1865 году в Обществе испытателей природы в Брюнне, а затем опубликованы в работе «Опыты над растительными гибридами». Успеху работ Менделя способствовало то, что при проведении экспериментов он использовал строгую и хорошо продуманную методику. Основные ее особенности заключаются в следующем: -использование самоопыляющегося растения (горох); -использование только чистых линий (на выведение которых он потратил несколько лет); -исключение возможности случайного переопыления (проводилось либо перекрестное опыление самим исследователем, либо имело место самоопыление); -в начале своих исследований Мендель наблюдал за наследованием одного признака, и лишь после установления закономерностей наследования одного признака он перешел к изучению наследования одновременно нескольких признаков; -выбор для работы признаков, встречающихся лишь в двух четко различающихся формах (альтернативные признаки). Всего Менделем было взято 7 таких признаков; -индивидуальный анализ потомства каждого скрещивания; -использование больших выборок и математических методов обработки результатов своих экспериментов. Основное значение работ Менделя для всего последующего развития биологии состоит в том, что он впервые сформулировал основные закономерности наследования: дискретность наследственных факторов и независимое их комбинирование при передаче из поколения в поколение. Следует иметь в виду, что во времена Менделя биологи придерживались 25 принципиально иных взглядов на наследование: они были сторонниками теории слитной наследственности. Мендель сформулировал законы наследования задолго до того, как были открыты материальные носители наследственности (хромосомы и гены) и механизмы, обеспечивающие передачу этих носителей следующим поколениям – мейоз и двойное оплодотворение у цветковых растений. Основные генетические понятия и термины. Хромосомная теория наследственности. 1. Генетические понятия и термины. Для изучения любой науки необходимо знание ее специальных терминов и понятий. Познакомимся с основными терминами и понятиями науки генетики. Наследственность и изменчивость – два противоположных свойства организма, которые составляют единое целое. Именно эти свойства являются основой для эволюции органического мира. Наследственность – это способность организма сохранять и передавать следующему поколению свои признаки и особенности развития. Благодаря этой способности каждый вид сохраняет свои свойства из поколения в поколение. Изменчивость – это способность организма изменяться в процессе индивидуального развития под воздействием факторов среды. Единица материальной основы наследственности – ген – участок молекулы ДНК, ответственный за проявление какого-либо признака. Гены располагаются в определенных участках хромосом – локусах. Наследственный фактор – введенное Г. Менделем понятие, которым он обозначил признак, передающийся по наследству. Впоследствии для определения этого понятия В. Иогансеном был введен термин «ген». Реализация признака у организма осуществляется по схеме: ген → белок → признак. Гомологичные хромосомы – хромосомы, содержащие одинаковый набор генов, сходных по морфологическим признакам, коньюгирующие в профазе I мейоза. Диплоидная клетка – клетка, имеющая два гомологичных набора хромосом. У диплоидных клеток в гомологичных хромосомах находятся гены, регулирующие развитие одних и тех же признаков. Парные гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом и ответственные за появление одного признака (например, цвета волос, глаз, формы уха и т.д.), называются аллельными генами (аллелями). Аллели обозначаются буквами латинского алфавита: А, а, В, в, С, с и т.д. Аллельные гены могут нести одинаковые или противоположные качества одного признака. Последние называются альтернативными. Альтернативными являются, например, аллели темной и светлой окраски волос, серого и карего цвета глаз, желтой и зеленой окраски семян. Аллельные гены могут быть доминантными и рецессивными. Доминантный признак (ген) – господствующий, преобладающий признак, проявляется всегда как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии. Доминантный признак обозначается заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С и т.д. Рецессивный признак (ген) – подавляемый признак, проявляющийся только в гомозиготном состоянии. В гетерозиготном состоянии рецессивный признак может 26 полностью или частично подавляться доминантным. Он обозначается соответствующей строчной буквой латинского алфавита: а, в, с и т.д. Гомозигота – это клетка (особь), имеющая одинаковые аллели одного гена в гомологичных хромосомах (АА или аа). Гетерозигота – это клетка (особь), имеющая разные аллели одного гена в гомологичных хромосомах (Аа), т.е. несущая альтернативные признаки. Генотип – совокупность всех наследственных признаков (генов) организма, полученных особью от родителей, а также новых свойств, появившихся в результате мутаций генов, которых не было у родителей. Фенотип – совокупность внутренних и внешних признаков, которые проявляются у организма при взаимодействии со средой в процессе индивидуального развития организма. Передача наследственных признаков происходит при делении клетки и размножении организма: при половом размножении – через половые клетки – гаметы; при бесполом размножении через соматические клетки. Соматические клетки – клетки тела. Геном – совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом данного организма. Кариотип – совокупность признаков хромосомного набора (число, размер, форма хромосом), характерных для того или иного вида. Генофонд – Совокупность генов популяции вида или другой систематической единицы на данном отрезке времени. Мутация – внезапно возникающие наследственные изменения генотипа. Обозначения и символы, используемые в генетике. Родительские особи (лат. «парентс») – P. Женская особь – ♀. Мужская особь – ♂. Особи первого поколения, гибридные особи (лат. «филии») – F1. Второе поколение гибридов – F2. Гаметы – G . Доминантные аллели – А, В, С … Рецессивные аллели – а, в, с… Гетерозигота – Аа. Доминантная гомозигота – АА. Рецессивная гомозигота – аа. 27 Дигетерозигота (гетерозигота при дигибридном скрещивании) – АаВв. Доминантная гомозигота при дигибридном скрещивании – ААВВ. Рецессивная гомозигота при дигибридном скрещивании – аавв. 2. Методы генетики. Для изучения закономерностей наследственности и изменчивости используются различные метода науки. 1. Гибридологический метод – это скрещивание различных по своим признакам организмов с целью изучения характера наследования признаков у потомства. Этот метод был использован Г. Менделем при изучении наследования семи контрастных признаков у растений гороха. Организмы, гомозиготные по одному или нескольким признакам, получаемые от одной самоопыляющейся или самооплодотворяющейся особи и не дающие в потомстве проявления альтернативного признака, называются чистой линией. Организмы, полученные от скрещивания двух генотипически разных организмов, называются гибридами. По результатам гибридизации определяются доминантные признаки, по характеру проявления признаков у гибридов – полное или частичное подавление рецессивных признаков. 2. Цитологические методы основаны на анализе кариотипа особей, изучении процесса мейоза, поведения хромосом в мейозе и образования гамет. При изучении хромосомного набора любого организма учитываются следующие правила: 1) число хромосом в соматических клетках каждого вида в норме постоянно; 2) у диплоидных организмов в соматических клетках все хромосомы парные, гомологичные; гаплоидный набор хромосом имеют только гаметы, а у растений – гаметофит; 3) каждая хромосомная пара индивидуальна и отличается по своим параметрам от других; при окрашивании имеет различную дифференциальную окраску – чередование светлых и темных полос. Для систематизации и изучения кариотипа хромосомы располагаются попарно по мере убывания их величины. 3. Молекулярно-генетический метод основан на изучении структуры генов, их количества и последовательности расположения в ДНК; выявлении нуклеотидной последовательности отдельных генов, генных аномалий, определении генома организма, т.е. всей структуры ДНК, содержащейся в гаплоидном наборе хромосом. 3. Хромосомная теория наследственности. Основные положения хромосомной теории наследственности были сформулированы американским ученым Томасом Морганом в 1911 году. В основе теории лежит поведение хромосом в мейозе, от которого зависит качество образующихся гамет. 28 Основные положения хромосомной теории наследственности: Единицей наследственной информации является ген, локализованный в хромосоме. Каждая хромосома содержит множество генов; гены в хромосомах располагаются линейно, каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме. Гены наследственно дискретны, относительно стабильны, но при этом могут мутировать. Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно, сцеплено. Сцепление генов может нарушаться в процессе мейоза в результате кроссинговера, что увеличивает число комбинаций генов в гаметах. Частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами. В процессе мейоза гомологичные хромосомы, а следовательно, аллельные гены попадают в разные гаметы. Негомологичные хромосомы расходятся произвольно, независимо друг от друга и образуют различные комбинации в гаметах. Значение хромосомной теории наследственности. *Дала объяснение законам Менделя. *Вскрыла цитологические основы наследования признаков. *Объяснила генетические основы теории естественного отбора. Фрагмент занятия №3. Моногибридное скрещивание. Задачи: - повторить сущность первого и второго законов генетики; - продолжать формировать умения применять знания о митозе, мейозе и оплодотворении для объяснения генетических закономерностей; - познакомить учащихся с различными генетическими явлениями и закономерностями; - продолжать формировать умения пользоваться генетической символикой. Примерный теоретический материал к занятию. Моногибридное скрещивание – скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных (контрастных) признаков, предающихся по наследству. Впервые закономерности наследования были установлены Г.Менделем с помощью гибридологического метода. Для своих опытов Мендель использовал особи, относящиеся к чистым линиям (гомозиготные), отличающиеся по одной паре альтернативных признаков. Схема 1-го скрещивания (представителей двух чистых линий). Р фенотип желтые семена х зеленые семена Р генотип АА х аа 29 G F1 генотип F1 фенотип ↓ ↓ А а Аа желтые семена В результате все гибриды первого поколения имеют одинаковый генотип и фенотип. Эту закономерность называют законом единообразия первого поколения или первым законом Менделя. При моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения проявляются только доминантные признаки: фенотип их и генотип их единообразны. Для второго скрещивания используются гибриды первого поколения F1. Схема 2-го скрещивания (гибридов первого поколения). Р фенотип желтые семена х желтые семена Р генотип Аа х Аа G ↓ ↓ ↓ ↓ А а А а F2 генотип АА Аа Аа аа F2 фенотип жел. жел. жел. зелен. Для удобства расчета результатов скрещивания принято использовать схему, предложенную ученым Пеннетом (решетка Пеннета). В ней по вертикали указывают гаметы женской особи, а по горизонтали – мужской. В местах пересечений записывают генотипы зигот, полученных в результате случайного оплодотворения. Решетка Пеннета для приведенной выше схемы скрещивания. ♂ А а ♀ А а АА Аа Аа аа Таким образом, при скрещивании гибридов первого поколения во втором поколении происходит расщепление признаков: у основной части потомков (3/4) присутствует ген А и фенотипически проявляется доминантный признак, а у части потомков с генотипом аа проявляется рецессивный признак. Эту закономерность называют законом расщепления признаков (второй закон Менделя). 30 При скрещивании двух гетерозиготных особей (гибридов первого поколения) во втором поколении наблюдается расщепление признаков по фенотипу в соотношении 3:1, а по генотипу – 1: 2:1. Цитологические основы моногибридного скрещивания. Расщепление признаков во втором поколении объясняется сохранением рецессивного гена в гетерозиготном состоянии. При переходе в гомозиготное состояние рецессивный ген вновь проявляется в виде признака. Эту закономерность Мендель назвал «гипотезой чистоты гамет». Эта гипотеза или закон гласит, что находящиеся в каждом организме пары наследственных факторов не смешиваются и не сливаются и при образовании гамет по одному из каждой пары переходят в них в чистом виде: одни гаметы несут доминантный ген, другие – рецессивный. Гаметы никогда не бывают гибридными по данному признаку. Для наследования признака не имеет значения, какая именно гамета несет ген признака – отцовская или материнская; у дочернего организма в одинаковой степени проявляются доминантные признаки и не проявляются рецессивные. Исходные родительские особи гомозиготны (АА и аа) и дают только один тип гамет – А или а соответственно. При слиянии гамет в зиготу попадают гомологичные хромосомы с альтернативными признаками, поэтому все полученные потомки являются гетерозиготными гибридами с генотипом Аа, но проявляется в фенотипе только доминантный признак. Гибриды первого поколения гетерозиготны (Аа). Так как при мейозе гомологичные хромосомы попадают в разные гаметы, то гибриды дают два типа гамет: А и а. В процессе оплодотворения происходит свободная комбинация двух типов гамет и образуются 4 варианта зигот с генотипами: АА, 2Аа и аа. В фенотипе проявляются только два признака, причем потомков с доминантным признаком в 3 раза больше, чем с рецессивным. Полное и неполное доминирование. Полное доминирование – один из видов взаимодействия аллельных генов, при котором один из аллелей (доминантный) в гетерозиготе полностью подавляет проявление другого аллеля (рецессивного). Например, у гороха ген желтой окраски семян полностью подавляет проявление гена зеленой окраски семян. При полном доминировании во втором поколении расщепление по фенотипу 3:1. Доминантный признак не всегда полностью подавляет рецессивный, поэтому возможно появление промежуточный признаков у гибридов. Неполное доминирование – один из видов взаимодействия аллельных генов, при котором один из аллелей (доминантный) в гетерозиготе не полностью подавляет проявление другого аллеля (рецессивного), и в F1 выражение признака носит промежуточный характер. Так, например, при скрещивании двух чистых линий растения ночной красавицы с красными и белыми цветками первое поколение гибридов оказывается розовым. Происходит неполное доминирование признака окраски, и красный цвет лишь частично подавляет белый. Во втором поколении расщепление признаков по фенотипу оказывается равным расщеплению по генотипу – 1:2:1. У человека неполное доминирование проявляется при наследовании структуры волос. Ген курчавых волос доминирует над геном прямых волос не в полной мере. И у гетерозигот наблюдается промежуточное проявление признака – волнистые волосы. Неполное доминирование широко распространено в природе. Летальные гены. 31 Иногда расщепление признаков во втором поколении может отклоняться от ожидаемых (3:1 – при полном доминировании,1:2:1 – при неполном доминировании) результатов. Это связано с тем, что в некоторых случаях гомозиготы по одному из признаков оказываются нежизнеспособными. В этих случаях говорят о летальных генах. Летальные гены (лат. «леталис» - смертельный) – гены, в гомозиготном состоянии вызывающие гибель организма из-за нарушения нормального хода развития. Появление летальных генов – следствие мутаций, которые в гетерозиготном организме не проявляют своего действия. Примеры. 1) Серые каракульские овцы, гомозиготные по доминантному признаку серой окраски, погибают после рождения из-за недоразвития желудка. 2)Примером доминантного летального гена является брахидактилия у человека (укороченные пальцы). Гомозиготы по данному пальцу погибают на ранних стадиях развития зародыша, а признак проявляется только у гетерозигот. 3) Примером рецессивного летального гена является ген серповидноклеточной анемии у человека. В норме эритроциты имеют форму двояковогнутого диска. При серповидно-клеточ-ной анемии они приобретают вид серпа, а физиологический эффект выражается острой анемией и снижением количества кислорода, переносимого кровью. У гетерозигот заболевание не проявляется, эритроциты все же имеют измененную форму. Гомозиготы по этому признаку в 95% случаев гибнут в раннем возрасте из-за кислородной недостаточности, а гетерозиготы вполне жизнеспособны. 4) У растений есть ген, отвечающий за развитие хлорофилла. Если он подвергся мутации и оказался в гомозиготном состоянии, то вырастающее бесцветное растение погибает на стадии всходов из-за отсутствия фотосинтеза. В изолированных популяциях, где велика вероятность перехода летальных генов в гомозиготное состояние, смертность потомства достигает 8%. Анализирующее скрещивание. Анализирующее скрещивание – скрещивание, проводящееся для определения генотипа организма. Анализирующее скрещивание – это скрещивание особи с доминантным признаком, но неизвестным генотипом с особью, гомозиготной по рецессивному признаку, генотип которой всегда аа. По результату скрещивания определяется генотип особи с доминантным признаком. I вариант. Если при скрещивании особи с доминантным признаком с рецессивной гомозиготной особью полученное потомство единообразно, то анализируемая особь с доминантным признаком гомозиготна. Р фенотип Р генотип G F1 фенотип генотип доминантный признак А_ х рецессивный признак х аа ↓ ↓ ↓ А _ а доминантный признак Аа Вывод: если потомство единообразно, то неизвестный ген А, т.е. генотип анализируемой особи АА. 32 II вариант. Если при скрещивании особи с доминантным признаком с рецессивной гомозиготной особью полученное потомство дает расщепление 1:1, то исследуемая особь с доминантным признаком гетерозиготна. Р фенотип Р генотип G F1 фенотип генотип доминантный признак х рецессивный признак А_ аа ↓ ↓ ↓ А _ а доминантный признак рецессивный признак Аа аа 1:1 Вывод: если у потомства происходит расщепление признаков, то неизвестный ген рецессивный и генотип анализируемой особи Аа. Анализирующее скрещивание часто используется в селекции растений и животных для определения генотипа особи с доминантным признаком и выведения чистой линии. Решение задач на моногибридное скрещивание. Алгоритм решения прямых задач. Под прямой задачей подразумевается такая, в которой известны генотипы родителей, необходимо определить возможные генотипы и фенотипы потомства в первом и втором поколениях. Для решения задачи следует составить схему, аналогичную той, что использовалась для записи результатов моногибридного скрещивания. Алгоритм действий Пример решения задачи. 1. Чтение условия 1. Задача. При скрещивании двух сортов томатов с гладкой и задачи. опушенной кожицей в первом поколении все плоды оказались с гладкой кожицей. Определите генотипы исходных родительских форм и гибридов первого поколения. Какова вероятность получения в потомстве плодов с гладкой кожицей? Плодов с опушенной кожицей? 2. Введение 2. Решение. Если в результате скрещивания все потомство имело буквенного гладкую кожицу, то этот признак - доминантный (А), а опушенная обозначения кожица – рецессивный признак (а). доминантного и рецессивного признаков. 3. Составление 3. Так как скрещивались чистые линии томатов, родительские особи схемы 1-го 33 скрещивания, запись были гомозиготными. фенотипов, а затем генотипов Р фенотип ♀ гладкая родительских особей. кожица х ♂опушенная кожица Р генотип ♂ АА х ♀ аа 4. Запись типов 4. ↓ ↓ гамет, которые могут образовываться во G А а время мейоза. (Гомозиготные особи дают только один тип гамет.) 5. Определение 5. генотипов и фенотипов потомков, F1 генотип Аа образующихся в результате фенотип гладкая кожица оплодотворения. 6. Составляем схему 6. второго скрещивания. Р фенотип ♀гладкая х ♂гладкая кожица Р генотип 7. Определяем 7. гаметы, которые дает каждая особь. G кожица ♂Аа ↓ ↓ А х а ♀Аа ↓ ↓ А а (Гетерозиготные особи дают два типа гамет). 8. Составляем 8. решетку Пеннета и определяем F2 Генотип генотипы и фенотипы потомков. ♂ А А ♀ А А АА Аа Аа Аа Аа Аа Аа аа гл. гл. гл. опуш. 9. Отвечаем на Вероятность появления в F2 плодов с гладкой кожицей: вопросы задачи полными 4 - 100% предложениями, записывая все 34 вычисления. 3 - х х = (3х100):4 =75% Вероятность появления в F2 плодов с опушенной кожицей: 100%-75% =25%. 10. Записываем ответ Ответ: АА, аа, Аа / 75%, 25%. по образцу: Алгоритм решения обратных задач. Под обратной задачей имеется в виду такая задача, в которой даны результаты скрещивания, фенотипы родителей и полученного потомства; необходимо определить генотипы родителей и потомства. 1. Читаем условие 1. Задача. При скрещивании двух дрозофил с нормальными крыльями задачи. у 32 потомков были укороченные крылья, а у 88 потомков – нормальные крылья. Определите доминантный и рецессивный признаки. Каковы генотипы родителей и потомства? 2. По результатам 2. Решение. Скрещивались мухи с нормальными крыльями, а в скрещивания F1 или потомстве оказались мухи с редуцированными крыльями. F2 определяем Следовательно, нормальные крылья – доминантный признак (А), а доминантный и редуцированные крылья – рецессивный признак (а). рецессивный признаки и вводим обозначение. 3. Составляем схему 3. скрещивания и записываем генотип Р фенотип ♀норм. х ♂норм. особи с рецессивными крылья крылья признаком или особи с известным по условию задачи генотипом. Р генотип ♂А_ х ♀ А_ F1 фенотип 4. Определяем типы гамет, которые может образовать каждая родительская особь. 88 норм. крылья 32 редуц. крылья генотип А_ аа 4. Родительские особи обязательно образуют гаметы с доминантным геном. Так как в потомстве появляются особи с рецессивным признаком, значит у каждого из родителей есть один ген с рецессивным признаком. Отсюда: Р фенотип норм. крылья х норм. крылья 35 Р генотип G 5. Определяем 5. генотип и фенотип потомства, F1 генотип полученного в результате оплодотворения, записываем схему. фенотип 6.Записываем задачи. Аа х Аа ↓ ↓ ↓ ↓ А а А а АА 88 (норм. Аа Аа аа норм. норм. редуц.) ответ Ответ: доминантный признак – нормальные крылья/ Аа и Аа/ АА, 2Аа, аа. Фрагмент итогового занятия элективного курса «Решение генетических задач». Участники занятия. Учащиеся 11 классов. Цели занятия. Проверка усвоения основных законов наследственности, терминологии, символики; проверка усвоения основных алгоритмов решения генетических задач; проверка сформированности навыков решения генетических задач повышенной сложности на моногибридное скрещивание, дигибридное скрещивание, сцепленное наследование генов, наследование, сцепленное с полом, комплементарность, эпистаз и др. развитие логического мышления; развитие познавательной самостоятельности, интереса к изучаемому предмету; воспитание внимательности, сосредоточенности; Продолжительность занятия – 2 урока. Оборудование. - Распечатанные задачи (усложненные задачи помечены *); -ответы к задачам; -готовые решения задач; Ход занятия. 1. Вступительное слово учителя: постановка цели перед учащимися. Цель: решить все предложенные задачи для проверки усвоения навыков решения генетических задач. 36 2. Учащиеся самостоятельно выбирают задачи, решают их на доске, объясняют решение. Для самопроверки пользуются готовыми ответами. В случае затруднения могут помогать друг другу, в случае расхождения с ответами - коллективно находить ошибки. 3. В конце занятия учитель анализирует а) степень самостоятельности; б) степень усвоения материала. Задача 1. У разводимых в неволе лисиц доминантный ген вызывает появление платиновой окраски, а в гомозиготном состоянии обладает летальным действием (гибнут эмбрионы). Рецессивный аллель определяет серебристо-серую окраску. Скрещивали платиновых лисиц между собой и получили 72 потомка. 1. 2. 3. 4. 5. Сколько типов гамет образуется у платиновой лисицы? Сколько животных погибло в эмбриональном состоянии? Сколько разных жизнеспособных генотипов образуется при таком скрещивании? Сколько родилось серебристо-серых лисят? Сколько родилось платиновых лисят? Задача 2. У человека серповидноклеточная анемия наследуется как признак неполностью доминантный. У доминантных гомозигот развивается сильная анемия, приводящая к смерти, а у гетерозигот анемия проявляется в легкой форме. Малярийный плазмодий не может усваивать аномальный гемоглобин, поэтому люди, имеющие ген серповидноклеточной анемии, не болеют малярией. В семье у обоих супругов легкая форма анемии. 1. 2. 3. 4. 5. Сколько типов гамет образуется у каждого супруга? Сколько разных фенотипов может быть среди детей этой пары? Какова вероятность рождения ребенка с тяжелой формой анемии? Какова вероятность рождения ребенка, устойчивого к малярии? Какова вероятность рождения ребенка, чувствительного к малярии? Задача 3. У человека способность ощущать вкус фенилтиомочевины (ФТМ) – доминантный признак. Люди, чувствительные к этому вкусу (АА и Аа), воспринимают низкие концентрации ФТМ как очень горькие, а нечувствительные – не воспринимают вкус этого вещества даже в высоких концентрациях. 1) Опишите словами генотипы супругов, если сами они ощущают вкус ФТМ, а один трех детей в семье – не ощущает? 2) С какой вероятностью можно ожидать указанные фенотипы в потомстве F1 скрещивания двух гетерозигот? 3) С какой вероятностью можно ожидать указанные фенотипы в потомстве скрещивания гетерозиготы с гомозиготой, чувствительной ко вкусу? 4) С какой вероятностью можно ожидать указанные фенотипы в потомстве скрещивания гетерозиготы с гомозиготой, нечувствительной ко вкусу? из от от от Задача 4. Владелец нескольких тигров нормальной (поперечной) «окраски» приобрел тигра с продольными полосками на шкуре (рецессивный признак). Скрестив его с одним из своих тигров, он получил тигрят «в клеточку». При скрещивании клетчатых тигров между собой в потомстве преобладали клетчатые животные, но встречались и тигрята с поперечными и продольными полосками. 1) 2) 3) 4) Опишите одним словом генотип «клетчатого» тигра. Сколько гамет может образовать полосатый тигр? Какова вероятность появления во втором поколении тигрят в клеточку? Является ли клетчатый рисунок рецессивным признаком? 37 5) Можно ли говорить о полном доминировании поперечной окраски? Задача 5. В родильном доме перепутали двух детей. Родители одного из них имеют I и II группы крови, родители другого – II и IV. Исследование показало, что дети имеют I и II группы крови. Определите, кто чей ребенок. Задача 6. У морских свинок черная окраска шерсти (А) доминирует над белой, курчавая шерсть (В) – над гладкой, а короткая шерсть (Д) – над длинной. Скрещивали свинок с белой гладкой длинной шерстью с тригетерозиготными свинками, у которых шерсть черная курчавая короткая. 1. Сколько типов гамет образуется в организме родительской свинки с черной курчавой короткой шерстью? 2. Сколько разных фенотипов получиться у потомков при описанном скрещивании? 3. Сколько разных генотипов получится при описанном скрещивании? 4. Какова вероятность появления потомства с белой длинной шерстью? Задача 7. У человека темные волосы, карие глаза, веснушки на лице – доминантные признаки, а светлые волосы, голубые глаза, отсутствие веснушек – рецессивные. Темноволосая женщина, имеющая синие глаза и веснушки на лице вышла замуж за светловолосого мужчину с карими глазами, без веснушек. У них родился светловолосый голубоглазый сын без веснушек на носу. С какой вероятностью может родиться темноволосый кареглазый ребенок без веснушек? Задача 8. У человека черные волосы и большие глаза – признаки доминирующие. У светловолосой женщины с большими глазами и черноволосого мужчины с маленькими глазами родились четверо детей. У одного ребенка волосы светлые и глаза маленькие. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Сколько типов гамет образуется у матери? Сколько типов гамет образуется у отца? Сколько разных генотипов у детей в этой семье? Сколько разных фенотипов у детей в этой семье? Какова вероятность рождения ребенка с черными волосами и большими глазами? Какова вероятность рождения пяти таких детей подряд? Задача 9. У матери II группа крови и положительный резус-фактор (дигетерозигота), у отца – IV группа крови и отрицательный резус-фактор. Определите вероятность рождения детей с различными группами крови и резус-фактором, а также укажите генотипы детей, для которых родители могут быть донорами. Задача 10.* Здоровая женщина вступает в брак со здоровым мужчиной. У них рождается 5 сыновей. Один страдает дальтонизмом, но имеет нормальную кровь, один – страдает гемофилией, но имеет нормальное зрение, а один страдает дальтонизмом и гемофилией. Определите генотипы родителей, объясните причину появления у детей таких фенотипов, укажите название процесса. Задача 11. От брака мужчины, у которого нет рахита, устойчивого к лечению витамином Д, и женщины, страдающей этим заболеванием, рождается здоровая девочка. Какова вероятность рождения в этой семье последующих здоровых детей, как девочка-первенец? Известно, что ген, ответственный за развитие этой болезни,- доминантный ген полного доминирования, локализованный в Х-хромосоме. 38 Задача 12. У женщины, у которой отсутствует потоотделение (ангидрозная эктодермальная дисплазия) и мужчины, не имеющего указанного дефекта, рождается сын. Определите, вероятность того, что сын унаследует болезнь матери, если известно, что ген, ответственный за развитие болезни, - рецессивный ген, локализованный в Х-хромосоме. Рассчитайте, если вторым ребенком в этой семье будет девочка, нормально ли будут работать у нее потовые железы. Задача 13. У попугаев сцепленный с полом ген А определяет зеленую окраску оперения, а рецессивный ген – коричневую. Зеленого гомозиготного самца скрещивают с коричневой самкой. Полученное потомство скрестили между собой. 1. Какова вероятность появления в потомстве птенцов с зеленым оперением? 2. Какова вероятность появления самцов с зеленым оперением? 3. Какова вероятность появления самок с зеленым оперением? Задача 14.* Скрещены две чистые линии мышей: в одной из них животные имеют черную шерсть нормальной длины, а другой – длинную серую. Гены нормальной длины шерсти (А) и серой окраски (В) - доминантные. Гибриды F1 имеют шерсть нормальную серую. При анализирующем скрещивании получилось следующее расщепление: мышат с нормальной серой шерстью – 89, с нормальной черной – 36, с длинной серой – 35 и длинной черной – 88. Какой процент составят кроссоверные мышата? Задача 15.* При скрещивании одного из сортов белоцветкового душистого горошка (ААвв) с другим сортом белоцветкового душистого горошка (ааВВ) все гибридные растения оказываются красноцветковыми. Гены А и В, локализованные в разных хромосомах обеспечивают синтез красного пигмента только если одновременно содержатся в генотипе. При наличии одного из них окраска теряется, все цветки – белые. 1. Какое явление лежит в основе данного наследования? 2. Какова вероятность появления в F2 красноцветковых растений? Задача 16.* У спаниелей ген В дает черную окраску, а ген в – коричневую. Ген А ингибирует развитие любой окраски и приводит к появлению животных с белой шерстью. Ген а на окраску шерсти никакого влияния не оказывает. Скрестили коричневую гомозиготную самку спаниеля с белым самцом (ААВВ). 1. Какое расщепление по фенотипу ожидается в F2? 2. Определите вид эпистаза, описанного в этой задаче. 3. Какова вероятность появления в F2 животных с белой шерстью? 39
