Правила помогающие в решении генетических задач.
advertisement
Правила помогающие в решении генетических задач. Генетика по праву занимает одно из центральных мест в курсе общей биологии, изучаемом в старших классах. По мнению одного из современных генетиков Ф. Айалы, «генетика – это сердцевина биологической науки, любой факт в биологии становится понятным лишь в свете генетики; лишь в рамках генетики разнообразие жизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое» [1;5] Традиционно одним из неотъемлемых этапов изучения генетики является решение задач, без которых генетика потеряла бы значительную долю своей привлекательности и уникальности [6; 49]. Мы только начинаем привыкать к тому, что в генетике можно ставить и решать задачи, как в математике и физике. Однако сама генетика так быстро развивается, что с решением генетических задач приходиться сталкиваться уже в 9 классе. Опыт использования генетических задач в 9-10-х классах, составленных разными авторами, показал, что учащиеся решают их с большим трудом. Именно генетические задачи помогают не только лучше понять главные законы наследственности, но и дают дополнительные возможности, тренировки логического мышления. Непросто и учителю при коллективном обучении научить и тем более проверить решения множества разных задач. Осознанное отношение к процессу решения задачи позволит существенно снизить количество времени и сил, необходимое для того, чтобы научить и научиться решать генетические задачи. Генетика как наука возникла на базе эволюционного учения Ч. Дарвина, поэтому при повторении данной темы следует вспомнить о преемственности терминов и понятий. Материал по генетике удобнее начать с повторения и уточнения терминологии, поэтому в первую очередь необходимо усвоить буквенную символику, принятую в генетике, и лишь после этого приступить к повторению законов. P – родительские особи (от лат.parentes – родители). F1 – особи первого поколения гибридов ( от лат. fillii – дети). F2 - особи второго поколения гибридов. G – гаметы. ABC – доминантные аллели. abc – рецессивные аллели. Aa – аллельные гены окраски. Bb – аллельные гены поверхности. AA – доминантная гомозигота. aa – рецессивная гомозигота Aa – гетерозигота при моногибридном скрещивании. AaBb – гетерозигота при дигибридном скрещивании. Cуществует ряд правил использования генетической символики. 1. Доминантные аллели гена обозначаются заглавными буквами латинского алфавита (A,B,C,D и т.д.), рецессивные – строчными (a,b,c,d и т.д.) 2. При записи схемы скрещивания первым записывается генотип женской особи. 3. Генетические символы, обозначающие аллели гена, расположенные в гаметах, обводятся кружком. 4. Буквенные обозначения одной пары аллельных генов записываются рядом (верно: АаВВСс; неверно: АВВСас). 5. Буквенные обозначения генов записываются в алфавитном порядке (верно: ааВвсс; неверно: Вваасс) 6. В паре аллельных генов, обозначенных одинаковой буквой, на первом месте пишется доминантный ген, на втором - рецессивный (верно: АаввСс; неверно: аАввсС). При изучении работ Г. Менделя обратите внимание на причины успеха его опытов и наблюдений. Положительные результаты его опытов обеспечили следующие предпосылки: применение гибридологического метода, наблюдение за одной парой альтернативных признаков, которые оказались несцепленными, самоопыляемось растений гороха. Все это дало возможность ученому наблюдать за передачей наследуемых признаков у нескольких поколений, при этом признаков было мало и все они были под контролем. Следует иметь ввиду, что Г. Мендель установил закономерности наследования, а не наследственности. Признаки, передающиеся от поколения к поколению, он назвал наследственными зачатками, так как о гене тогда еще не существовало понятия. [14;295]. Таблица 1. Законы и закономерности генетики Название Автор Формулировка Правил о Г. Мендель, 1865 г. При моногибридном скрещивании у единообразия гибридов первого поколения гибридов проявляются только доминантные первого признаки – оно фенотипически поколения единообразно (первый закон) Закон Г. Мендель, 1865 г При самоопылении гибридов первого расщепления поколения в потомстве рпоисходит (второй закон) расщепление признаков в отношении 3:1 – образуются две фенотипические группы (доминантная и рецессивная) Закон Г. Мендель, 1865 г При дигибридном скрещивании у независимого гибридов каждая пара признаков наследования ( наследуется независимо от других и третий закон) дает и ними разные сочетания. Образуются четыре фенотипические группы, характеризующиеся отношением 9:3:3:1 Гипотеза частоты гамет Г. Мендель, 1865 г Находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются при образовании гамет и по одному от каждой пары переходят в них в чистом виде Закон Т. Морган, 1911 г. Сцепленные гены, локализованные в сцепленного одной хромосоме, наследуются наследования совместно и не обнаруживают независимого расщепления Закон Н.И. Вавилов, 1920 Генетически близкие виды и роды гомологических г. рядов характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости наследственной изменчивости Для преодоления трудностей в решении задач по генетике помогут общие рекомендации и удобная последовательность действий при решении задач. 1. Краткая запись условий. Введение буквенных обозначений генов, лучше А и В (их легче различать). Если не указан тип наследования (доминантность полная или не полная), его надо определить, исходя из данных условий. 2. Запись фенотипов и схем скрещивания словами (для наглядности и экономии времени) 3. Определение генотипов по условиям задачи. Запись генотипов буквами под фенотипами. 4. Определение гамет (выяснение их числа и находящихся в них генов на основе установленных генотипов). 5. Составление решетки Пеннета. 6. Анализ решетки Пеннета. 7. Запись ответа. Подготовка к решению задач Задания, используемые на данном этапе, направлены на усвоение сущности генетических понятий, овладение терминологией, обучение использованию генетической символики. Таблица 2. Задания подготовительного этапа Содержание задания Возможные варианты Цель ответа Ген и признак Назвать признаки Цвет глаз человека, Формирование понятия известных вам размеры животного, «признак организма» организмов окраска венчика цветков Целесообразно обратить растения внимание также на признаки, касающиеся внутреннего строения организмов и процессов, протекающих в нем. Назвать Окраска семян гороха: Формирование понятия альтернативные желтые/зеленые «альтернативное проявления некоторых Окраска шерсти проявление признака», признаков кролика: черная/белая которое тесно связано с Цвет глаз человека: понятием «аллельные карие/голубые гены». При выполнении задания требуется помощь учителя. Необходимо обратить внимание учащихся, что при определении альтернативных проявлений признака часто допускается известная степень упрощения. Предлагается вразбивку Доминантные гены: А, Формирование навыка ряд латинских букв и В, D использования ряд признаков. Рецессивные гены: c, a, f буквенных обозначений Определить, какие Признаки: черная генов и словесного символы или слова окраска, грушевидная обозначения признаков. соответствуют форма, нормальный Форма выполнения доминантным, какие – рост задания может быть рецессивным генам, а различной. какие определяют признаки организма: А, В, черная окраска, c, a, грушевидная форма, D, нормальный рост, f. Аллельные гены. Гомозиготный и гетерозиготный организм Укажите возможные сочетания двух аллельных генов А и а: используя схему Вариант 1 AA Вариант 2 АА Аа аа Исключить элементы Аа аа механического манипулирования буквенными гомологичных обозначениями при хромосом; решении задач, используя только обеспечить усвоение буквенные обозначения сущности понятий генов «аллельные гены», «гомозиготный организм», «гетерозиготный организм». Какие типы гамет образуют эти организмы? АА Аа аа а А А а Формирование понятий «доминантная гомозигота», «рецессивная гомозигота», «гетерозигота». Назвать генотип АА – доминантная Освоение генетической организма по гомозигота; терминологии и предложенным сс – рецессивная символики. буквенным гомозигота; обозначениям Dd – гетерозигота и т.д. Записать указанный Доминантная генотип, используя гомозигота: FF, DD, VV буквы латинского Рецессивная алфавита гомозигота: ff, dd, vv Гетерозигота: Ff, Dd, Vv Генотип и фенотип Выберите из Фенотипы: красная Формирование понятий предложенного ряда окраска плода, длинная «генотип» и «фенотип», генотипы и фенотипы шерсть, карликовый отработка навыка организмов: красная рост, черное оперение. использования окраска плода, длинная Генотипы: АА, буквенных и словесных шерсть, АА, гетерозигота, Аа, обозначений генотипа и гетерозигота, аа, доминантная гомозигота фенотипа. карликовый рост, Аа, Форма использования доминантная задания может быть гомозигота, черное различной оперение. У гороха желтая Растения с желтыми Отработка и окраска семян – семенами могут закрепление навыка доминантный признак, являться доминантными перевода словесной зеленая окраска – гомозиготами (АА) или рецессивный. Какой гетерозиготами (Аа), так генетические символы. генотип могут иметь как в их фенотипе Для выполнения растения с желтыми проявляется заданий требуется семенами? доминантный признак глубокое понимание (желтая окраска семян), генетической который определяется терминологии, владение доминантным геном навыками, информации в полученными в Укур розовидный Розовидный гребень - предыдущих гребень – доминантный доминантный признак, упражнениях. Задания признак, простой за проявление которого подобного рода гребень – рецессивный. отвечает доминантный позволяют научиться Может ли рецессивная ген А Рецессивная выстраивать цепочку гомозигота, иметь гомозигота (аа), не логических розовидный гребень? может иметь рассуждений, являются розовидный гребень. переходным этапом к У человека ген Большинство людей решению классических карликовости является являются рецессивными задач доминантным, ген гомозиготами (аа), в их нормального роста – фенотипе проявляется рецессивным. Почему рецессивный признак большинство людей (нормальный рост). имеют нормальный рост? Прямые и обратные задачи. Все многообразие генетических задач можно свести к двум основным типам. Задачи, предполагающие нахождение генотипов/фенотипов потомков при известном генотипе/фенотипе родительских организмов целесообразно будет назвать прямыми. Задачи, в которых на основании генотипа/фенотипа потомков определяется генотип/фенотип родительских организмов, будут в этом случае называться обратными. Прямые и обратные задачи можно встретить, изучая любой раздел генетики. Алгоритм их выполнения будет существенно различаться, что позволяет рассматривать эти два типа задач как базовые при рассуждении об этапах их решения. Прямая задача: определить генотипы и фенотипы потомков, полученных при скрещивании двух гетерозиготных растений. Обратная задача: определить генотипы и фенотипы родителей, если 75% потомков имели желтые, а 25% потомков - зеленые семена. Таблица 3. Признаки прямой и обратной задач Признаки прямой и Прямая задача Обратная задача Фенотипы/генотипы Фенотипы/генотипы родителей потомков, расщепление обратной задач Признаки Что дано среди потомков Что необходимо найти Фенотипы/генотипы Фенотипы/генотипы потомков, расщепление родителей среди потомков Пути решения Записать и провести скрещивание Определить генотип родительских организмов на основе анализа генотипов потомков и расщепления среди них Записать все возможные варианты скрещиваний, выбрать те, которые отвечают заданным условиям Основные этапы решения прямой задачи Анализ задачи С целью эффективной реализации данного этапа на начальном этапе рекомендуется использовать деление задачи на фрагменты и медленное многократное прочтение каждого из фрагментов. Анализ задачи включает ряд последовательных действий. Таблица 4. Последовательность анализа задачи № Сущность действий Цель Полученные характеристики 1. Определить число пар Определение Моногибридное; признаков и генов типа дигибридное; скрещивания тригибридное и т.д. Определение наличия Комплементарное взаимодействие, взаимодействия неаллельных генов эпистаз, полимерия. 2. 3. Определить тип задачи Выбор пути Прямая и решения обратная Определить характер Определение Аутосомное наследования признаков генотипов и наследование; фенотипов наследование, организмов, сцепленное с характера полом; расщепления, независимое особенности наследование; записи сцепленное генетической наследование. символики 4. Определить тип Определение Аллельные гены: взаимодействия генов генотипов и полное фенотипов доминирование, организмов, неполное характера доминирование, расщепления кодоминирование Неаллельные гены: комплементарное взаимодействие, эпистаз, полимерия. 5. Определить закономерности, Выбор пути Законы Менделя, которые иллюстрирует решения закон Моргана, задача закономерности наследования при взаимодействии генов, при сцеплении с полом и т.п. Навыки анализа задачи необходимо вырабатывать на самых первых этапах работы с задачами. Тем не менее, полноценный анализ возможен лишь тогда, когда изучены все разделы генетики, рассмотрены основные типы и виды задач, известен алгоритм их решения. Особое значение навыки анализа задачи приобретают на этапе решения задач высокого уровня сложности и при подготовке к итоговой аттестации в форме ЕГЭ. При полностью сформированных навыках анализ производится устно на этапе прочтения задачи. [3;10]. Для преодоления трудностей в решении задач по генетике помогут общие рекомендации и удобная последовательность действий при решении задач. Запись условия задачи включает несколько последовательных этапов. Выделить в тексте задачи обозначения аллельных генов, указать их фенотипическое проявление. В том случае, если буквенные обозначения доминантного и рецессивного генов не указаны, ввести их самостоятельно (любые буквы латинского алфавита, доминантный ген – заглавная, рецессивный ген – строчная). При решении задач, предполагающих определение доминантного и рецессивного признака в процессе решения, в условии задачи указываются только фенотипы особей. Определить генотипы особей, участвующих в скрещивании, используя всю информацию, имеющуюся в условии задачи. (Внимание! В большинстве случаев доминантная гомозигота и гетерозигота имеют одинаковый фенотип.) При записи генотипа особи указывают только гены, не вызывающие сомнений. На месте гена, определить который по условию задачи невозможно, ставится прочерк (А -). Всю полученную информацию внести в раздел «Дано». Внимательно прочитать все вопросы задачи, определить их количество и суть каждого вопроса. Используя генетическую символику, записать в краткой форме все вопросы задачи в раздел «Найти», пронумеровав их. Основные этапы решения обратной задачи Очевидно, что основные отличия коснутся в этом случае этапа Решение задачи 1. Записать схему скрещивания родительских особей (первым записывается генотип женской особи, вторым – мужской), под генотипами особей подписать их фенотипы. На месте гена, определить который по условию задачи невозможно, ставится прочерк (А -). 2. Проанализировать генотип и фенотип потомков для определения генотипа родительских организмов. Особое внимание при этом следует обратить на расщепление по генотипу и фенотипу среди потомков. 3. Переписать схему скрещивания, восстановив пробелы. 4. Решить задачу обычным способом, проверив правильность рассуждений. 5. Обратную задачу, особенно на начальных этапах работы, можно решать также путем подбора. Для этого необходимо выписать все возможные варианты скрещиваний и выбрать тот, который удовлетворяет условию задачи. Сцепленное с полом наследование В задачах на сцепленное с полом наследование гены, определяющие развитие рассматриваемых признаков, лежат в половых хромосомах. Среди задач на сцепленное с полом наследование также можно выделить прямые и обратные задачи. Признаки данного типа задач: в задаче рассматривается наследование одной или более пар признаков; хотя бы одна пара аллельных генов расположена в половых хромосомах (сцеплены с полом) Особенности решения 1. При решении задач данного типа следует придерживаться последовательности действий, перечисленных в разделе «Общие рекомендации». Тем не менее, задачи на сцепленное с полом наследование имеют ряд специфических особенностей. 2. Один пол организма является гетерогаметным, другой – гомогаметным. Если информация об этом отсутствует в условии задачи, необходимо воспользоваться справочными таблицами. 3. Гомогаметный пол образует один тип гамет, гетерогаметный – два. Например, у человека ♀ XX → X; ♂ XY → X, Y. 4. Запись генотипа организма производится следующим образом: указывается пол организма, половые хромосомы, обозначение гена служит верхним индексом хромосомы, в которой он расположен. Например, ♀ XАXа ♂ XАY. 5. При решении задач на наследование признаков, гены которых локализованы в аутосомах и половых хромосомах, сначала записываются аутосомные гены, затем гены, локализованные в половых хромосомах. Например, АаXВ Xb , аа XbY Опыт показывает, что и этого бывает не достаточно, тогда прибегаем к простым правилам, облегчающие решение генетических задач. Правило первое. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготные. Правило второе. Если в результате скрещивания особей, отличающихся фенотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей была гетерозиготна, а другая – гомозиготна по рецессивному признаку. Правило третье. Если при скрещивании фенотипически одинаковых (по одной паре признаков) особей в первом поколении гибридов происходит расщепление призаков на три фенотипические группы в соотношениях 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны. Правило четвертое . Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготными. Правило пятое. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в отношениях 9:3:4, 9:6:1, 9:7, 12:3:1, 13:3, 15:1, то это свидетельствует о явлении взаимодействия генов; при этом расщепление в отношениях 9:3:4, 9:6:1 и 9:7 свидетельствует о комплементарном взаимодействия генов; а расщепление в отношение 12:3:1, 13:3, 15:1 – об эпистатическом взаимодействии. В 11 классе на уроках биологии прохождение темы «Генетика» сочетается с решением генетических задач. Составленные задачи (С. Д. Дикарёв., «Генетика, Сборник задач», М.: «Первое сентября», 2002.) позволяют на протяжении почти всего года использовать их в виде самостоятельной индивидуальной работы в классе на второй половине урока одновременно с устным тестированием. На этом этапе работы неоценимую помощь также оказывают современные информационные технологии. В частности, Наталией Андреевной Цветковой была написана программа для персонального компьютера, защищающая номера и ответы задач от несанкционированного доступа со стороны учащихся. Использование на уроке такой защиты существенно затрудняет (а при определённом навыке учителя даже исключает) списывание ответов и одновременно увеличивает объективность оценки, полученной за решенную задачу. И, что особенно важно, такая защита нивелирует численный перевес учащихся, снижая эмоциональную нагрузку на учителя и создавая на уроке спокойную рабочую обстановку. [5;4]. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. – М.: Мир, 1987. 2. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Руководство к практическим занятиям по генетике. – М.: Просвещение, 1972. 3. Гончаров О.В. Генетика. Задачи. – Саратов: Лицей, 2005. 4. Гуляев Г.В. Задачник по генетике – М.: Колос, 1973. 5. Дикарев С.Д. Генетика: Сборник задач. – М.: Первое сентября, 2002. 6. Кириленкова В.Н., Кишинская О.Ю. Постороение личного образовательного маршрута при изучении темы «Генетика» // Биология в школе, 2007, №8. 7. Киселева З.С., Мягкова А.Н. Генетика. – М.: Просвещение, 1977. 8. Муртазин Г.М. Иллюстрированные карточки-задачи по генетике // Биология в школе, 2007, №4. 9. Муртазин Г.М. Задачи и упражнения по общей биологии. – М.: Просвещение, 1972. – 315 с. 10. Петросова Р.А. Основы генетики. – М.: Дрофа, 2004. 11. Сборник нормативных документов. Биология. – М.: Дрофа, 2004. 12. Филичкина Н.М., Захаров В.Б. Учимся решать задачи по генетике // Биология для школьников, 2003, №1. 13. Фридман Л.М., Турецкий Е.Н. Как научиться решать задачи. – М.: Просвещение, 1984. 14 Богданова Т.Л. Биология: задания и упражнения. Пособие для поступающих в вузы. – 2-е изд, перераб. И доп. – М.: Высш. шк., 1991.
