Основні поняття генетики

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

Методична розробка уроку біології та екології для 10 класу

Тема: «Основні поняття генетики»

Автор: Мельник Олена Володимирівна викладач біології та хімії

Анотація

У методичній розробці представлено сучасний урок біології та екології для учнів 10 класу на тему «Основні поняття генетики». Матеріал містить розширений теоретичний блок, історичні відомості про становлення генетики, цікаві факти з історії науки, інтерактивні вправи, дослідницькі завдання, таблиці для систематизації знань, різнорівневі тестові завдання та практичні приклади застосування генетичних знань у медицині, селекції та біотехнології.

Метою уроку є формування в учнів цілісного уявлення про предмет генетики, її значення в житті людини, а також засвоєння основних понять: спадковість, мінливість, ген, алель, генотип, фенотип, домінантність, рецесивність, гомозигота та гетерозигота.

Актуальність теми

Сьогодні генетика належить до найважливіших біологічних наук. Її досягнення використовуються у медицині для діагностики спадкових захворювань, у сільському господарстві для створення високопродуктивних сортів рослин і порід тварин, у криміналістиці для встановлення особи та родинних зв’язків. Генетичні дослідження стали основою сучасної біотехнології та молекулярної біології. Саме тому формування генетичної грамотності учнів є важливим завданням сучасної освіти.

Мета уроку

Сформувати в учнів систему знань про предмет генетики, її основні поняття та закономірності спадковості й мінливості організмів.

Завдання уроку

Навчальні:
• сформувати поняття про генетику як науку;
• ознайомити учнів із основними генетичними термінами;
• розкрити значення спадковості та мінливості;
• сформувати уявлення про генотип і фенотип.

Розвивальні:
• розвивати логічне мислення;
• формувати вміння аналізувати генетичні явища;
• удосконалювати навички порівняння та узагальнення.

Виховні:
• виховувати науковий світогляд;
• формувати інтерес до досягнень біології;
• виховувати відповідальне ставлення до власного здоров’я.

Компетентності

• природничо-наукова;
• інформаційно-цифрова;
• комунікативна;
• соціальна;
• екологічна;
• уміння навчатися впродовж життя.

Тип уроку

Урок засвоєння нових знань.

Обладнання

Мультимедійна презентація, портрети Грегора Менделя, Томаса Моргана, Вільяма Бетсона, картки із генетичними термінами, інтерактивні вправи, таблиці, роздатковий матеріал.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний момент (2 хв)

Привітання.
Перевірка готовності учнів до уроку. Створення позитивної атмосфери для навчання.

ІІ. Актуалізація опорних знань (5 хв)

Бесіда

1. Що таке спадковість?
2. Які ознаки людина успадковує від батьків?
3. Чому брати й сестри схожі між собою, але не є однаковими?
4. Які біологічні науки вам відомі?
5. Яке значення мають генетичні дослідження для людства?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності (3 хв)

Проблемне питання:

Чому дитина успадковує колір очей батька, а форму носа матері?

Саме на це та багато інших запитань відповідає генетика — наука, яка відкрила людству механізми передачі спадкової інформації.

ІV. Вивчення нового матеріалу

1. Генетика як наука

Генетика – наука про закономірності спадковості і мінливості. Спадковістю називається властивість повторювати в ряді поколінь потрібні ознаки і забезпечувати специфічний характер індивідуального розвитку в певних умовах середовища. Завдяки спадковості батьки і потомки мають подібний тип біосинтезу, який визначає подібність у хімічному складі тканин, характері обміну речовин, фізіологічних функцій, морфологічних ознак та інших особливостей. Внаслідок цього кожний вид організмів відтворює себе із покоління в покоління.

Мінливість – це явище, певною мірою протилежне спадковості, і виявляється в тому, що у будь-якому поколінні окремі особи чимось відрізняються і одна від одної, і від своїх батьків. Відбувається це тому, що властивості і ознаки кожного організму – це результат взаємодії двох причин: спадкової інформації і конкретних умов зовнішнього середовища, які можуть впливати як на зміну спадкових задатків, так і на варіабельність виявлення їх.

Генетика як наука виникла внаслідок практичних потреб. При розведенні домашніх тварин і культурних рослин здавна використовувалась гібридизація, порід, сортів і відрізняється один від одного якими-небудь ознаками. Порівнюючи гібриди з вихідними формами, практики давно помітили деякі особливості успадкування ознак. Дарвін надавав великого значення вивченню закономірностей спадковості і мінливості і встановив, що вони лежать в основі еволюції органічного світу.

На вивченні генетичних закономірностей ґрунтується селекція тобто створення нових і покращення існуючих порід домашніх тварин, сортів культурних рослин, а також мікроорганізмів які використовуються у фармацевтичній промисловості, медицині і народному господарстві.

Велике значення має генетика для медицини ветеринарії оскільки багато хвороб людини і тварини спадкові і для лікування їх або запобігання потрібні генетичні досліди.

До кінця ХІХ століття вчені висували різні гіпотези щодо природи спадковості та мінливості. Важливими передумовами становлення генетики стали спостереження за статевим розмноженням організмів, досліди з гібридизації рослин і розвиток клітинної теорії. Основи сучасних уявлень про спадковість уперше сформулював чеський учений Грегор Мендель у праці «Досліди над рослинними гібридами» (1865). Він довів, що спадкові ознаки передаються від батьків до нащадків за певними закономірностями та визначаються спадковими факторами, які сьогодні називають генами.                

Офіційним роком народження генетики вважають 1900 рік, коли Г. де Фріз, К. Корренс і Е. Чермак незалежно один від одного перевідкрили закони Менделя. Подальший розвиток науки пов’язаний із працями Вільяма Бетсона, який увів термін «генетика», та Вільгельма Йогансена, який запропонував поняття «ген», «генотип» і «фенотип». Значний внесок зробив Томас Морган, який створив хромосомну теорію спадковості та довів, що гени розташовані в хромосомах.

У середині ХХ століття генетика перейшла на молекулярний рівень досліджень. У 1944 році Освальд Ейвері довів, що носієм спадкової інформації є ДНК, а в 1953 році Джеймс Вотсон і Френсіс Крік запропонували модель подвійної спіралі ДНК. Подальші відкриття в галузі мутацій, молекулярної біології та популяційної генетики сприяли розвитку сучасної генетики, яка сьогодні є основою біотехнології, медицини, селекції та генетичної інженерії.

Таблиця 1. Етапи становлення генетики

2. Спадковість і мінливість

Спадковість – загальна властивість організмів передавати свої ознаки та особливості розвитку потомству.

Мінливість – загальна властивість організмів набувати нових ознак та їхніх станів у процесі індивідуального розвитку.

Методи генетичних досліджень:

1. гібридологічний – полягає у схрещуванні організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак;
2. генеалогічний – полягає у вивченні родоводів організмів;
3. цитогенетичний – ґрунтується на дослідженні особливостей хромосомного набору (каріотипу) організмів;
4. біохімічний – використовується для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням обміну речовин;
5. популяційно-статистичний – дає можливість вивчати частоти зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій;
6. близнюковий – полягає у вивченні однояйцевих (монозиготних) близнят (організмів, які походять з однієї зиготи).

Основні поняття генетики

Хромосоми – структури клітинного ядра, що несуть спадкову інформацію в генах.

Каріотип – сукупність ознак хромосомного набору, характерних для даного виду.

Гомологічні хромосоми – парні хромосоми у диплоїдному наборі, однакові за формою, розміром, містять однакові набори генів.

Аутосоми – нестатеві хромосоми, однакові у особин різних статей.

Статеві хромосоми (гетерохромосоми) – хромосоми, що відрізняються у особин різних статей (остання пара хромосом у диплоїдному наборі – ХХ, ХY).

Ген – ділянка ДНК, що несе спадкову інформацію (кодує первинну структуру білка, тРНК, рРНК або бере участь у регуляції білкового синтезу).

Локус – місце гена у хромосомі.

Генотип – сукупність генетичної інформації, закодованої в генах клітини або організму (при розв’язанні задач із генетики термін генотип вживають у вузькому значенні, маючи на увазі тільки ті гени, що зумовлюють досліджувані ознаки).

Фенотип – сукупність усіх ознак і властивостей організму, що формується внаслідок взаємодії генотипу з чинниками довкілля (при розв’язанні задач із генетики термін фенотип вживають у вузькому значенні, маючи на увазі певні конкретні ознаки організму).

Генофонд – сукупність усіх генів популяції або виду.

Геном – сукупність генів галоїдного набору хромосом.

Алелі – різні форми (стани) одного і того самого гена (алельні гени знаходяться в однакових локусах гомологічних хромосом).

Домінантний алель – алель, який в присутності іншого завжди проявляється у фенотипі.

Рецесивний алель – алель, який в присутності іншого не проявляється у фенотипі.

Летальний алель – алель, який, проявляючись у фенотипі, призводить до смерті особини.

Ознака – властивість організму, зумовлена певним геном (наприклад: колір насіння, довжина шерсті).

Прояв ознаки – прояв у фенотипі однієї з алельних форм певного гена – домінантної чи рецесивної (наприклад: жовтий колір насіння або зелений колір насіння, довгошерстість або короткошерстість); для зручності іноді вживаються терміни: домінантна ознака, рецесивна ознака.

Домінування – явище пригнічення прояву одного алеля (рецесивного) іншим (домінантним).

Проміжне успадкування – явище, коли жоден з алелей не домінує над іншим (ознаки гібридів є проміжними у порівнянні з батьківськими формами).

Неповне домінування – явище, коли домінантний алель частково переважає над рецесивним.

Кодомінування – явище, коли обидва алелі повністю проявляються у фенотипах гібридних особин.

Гомозигота – диплоїдна або поліплоїдна клітина (особина), гомологічні хромосоми якої містять однакові алелі певного гена.

Гетерозигота – диплоїдна або поліплоїдна клітина (особина), гомологічні хромосоми якої містять різні алелі певного гена.

Чиста лінія – генотипно однорідні нащадки однієї особини, гомозиготні за більшістю генів і одержані в результаті самозапліднення.

Моногібридне схрещування – схрещування особин, які відрізняються станами однієї досліджуваної ознаки.

Дигібридне схрещування – схрещування особин, які відрізняються станами двох досліджуваних ознак.

Полігібридне схрещування – схрещування особин, які відрізняються станами трьох і більше досліджуваних ознак.

Гібрид – організм, одержаний внаслідок схрещування генетично різнорідних форм.

Закон чистоти гамет (сформульований У. Бетсоном у 1902 році на основі гіпотези, висунутої Г.Менделем у 1865 році): кожна з гамет містить лише один алель певного гена.

Умовні позначення, що використовуються у генетичних схемах:

• А, В, С… – домінантні алелі;
• Ā – умовно домінантний алель (при проміжному успадкуванні);
• а, в, с… – рецесивні алелі;
• Р – батьківські особини;
• F (F₁, F₂, F₃…) – покоління гібридів;
• G – гамети;
• ♀ – жіноча стать;
• ♂ – чоловіча стать;
• х – схрещування.

Позначення генотипів і гамет при моногібридному схрещуванні:

• AA – генотип домінантної гомозиготи (гамети – А);
• aa – генотип рецесивної гомозиготи (гамети – a);
• Аа – генотип гетерозиготи (гамети – А, a);
• AA – генотип потомства, отриманого від схрещування особин із генотипами АА, АА;
• aa – генотип потомства, отриманого від схрещування особин із генотипами aa, aa;
• Аa – генотип потомства, отриманого від схрещування особин із генотипами АА, aa;
• AA, Аa, aa – генотипи потомства від схрещування особин із генотипами Аа, Аa;
• AA, Аa – генотипи потомства від схрещування особин із генотипами АA, Аa;
• Aа, аa – генотипи потомства від схрещування особин із генотипами Аа, аa.

Позначення генотипів і гамет при дигібридному схрещуванні:

• AAВВ – генотип домінантної дигомозиготи (гамети – АВ);
• aabb – генотип рецесивної дигомозиготи (гамети – ab);
• AAbb – генотип домінантної гомозиготи за однією ознакою і рецесивної гомозиготи за другою ознакою (гамети – Аb);
• aaВВ – генотип рецесивної гомозиготи за однією ознакою і домінантної гомозиготи за другою ознакою (гамети – aВ);
• АаВb – генотип дигетерозиготи (гамети – АВ, Аb, aВ, ab);
• AAВb – генотип домінантної гомозиготи за однією ознакою і гетерозиготи за другою ознакою (гамети – АВ, Аb);
• aaВb – генотип рецесивної гомозиготи за однією ознакою і гетерозиготи за другою ознакою (гамети – aВ, ab);
• AаВВ – генотип гетерозиготи за однією ознакою і домінантної гомозиготи за другою ознакою (гамети – АВ, aВ);
• Aаbb – генотип гетерозиготи за однією ознакою і рецесивної гомозиготи за другою ознакою (гамети – Аb, ab).

І рівень (початковий)

Завдання 1. Встановіть відповідність

Завдання 2. Закінчіть речення

1. Генетика — це наука про __________________________.
2. Спадковість — це здатність організмів ____________________.
3. Мінливість — це здатність організмів ____________________.
4. Домінантний алель позначають літерою _______.
5. Рецесивний алель позначають літерою _______.

Завдання 3. Оберіть одну правильну відповідь

1. Засновником генетики є:
   • А) Ч. Дарвін
   • Б) Г. Мендель
   • В) Т. Морган
   • Г) В. Бетсон
2. Носіями спадкової інформації є:
   • А) Рибосоми
   • Б) Мітохондрії
   • В) Хромосоми
   • Г) Вакуолі
3. Гетерозигота має генотип:
   • А) АА
   • Б) аа
   • В) Аа
   • Г) ААВВ

ІІ рівень (середній)

Завдання 4. Заповніть таблицю

Завдання 5. Визначте, які генотипи є:

Завдання 6. Встановіть послідовність

Розташуйте події в історії розвитку генетики в правильній послідовності:

□ Відкриття структури ДНК
□ Формулювання законів Менделя
□ Введення терміна «генетика»
□ Хромосомна теорія спадковості

Завдання 7. Виберіть усі правильні твердження

1. Генотип формується під впливом середовища.
2. Фенотип залежить від генотипу та умов середовища.
3. Алель — це форма одного гена.
4. Гомозигота має різні алелі одного гена.
5. Гетерозигота має різні алелі одного гена.

ІІІ рівень (достатній)

Завдання 8. Біологічна задача

У людини карі очі (А) домінують над блакитними (а).

Визначте можливі гамети організмів:

1. АА
2. Аа
3. аа

Завдання 9. Порівняйте поняття

Заповніть таблицю:

Завдання 10. Поясніть

Чому брати й сестри схожі між собою, але не є абсолютно однаковими?

IV рівень (високий)

Завдання 11. Генетична задача

Чорне забарвлення шерсті у морських свинок (А) домінує над білим (а).

Схрестили двох гетерозиготних особин:

Р: Аа × Аа

Визначте:

1. Типи гамет.
2. Генотипи нащадків.
3. Генотипне співвідношення.
4. Фенотипне співвідношення.

Завдання 12. Дослідницьке завдання

Проведіть опитування серед членів родини та визначте, які ознаки можуть передаватися у спадок:

• колір очей;
• колір волосся;
• форма мочки вуха;
• здатність згортати язик трубочкою.

Оформіть результати у вигляді таблиці.

Завдання 13. Проблемне питання

Уявіть, що генетичні дослідження раптом перестали проводитися.

Поясніть, які наслідки це мало б для:

• медицини;
• сільського господарства;
• криміналістики;
• біотехнології.

Творче завдання

Створіть ментальну карту «Основні поняття генетики», використовуючи терміни:

генетика, спадковість, мінливість, ген, алель, генотип, фенотип, домінантність, рецесивність, гомозигота, гетерозигота.

Бонус-завдання для обдарованих учнів

Поясніть різницю між поняттями:

• геном і генофонд;
• домінування і кодомінування;
• гомозигота і чиста лінія.

Наведіть приклади для кожного випадку.

Список використаних джерел

1.     Андерсон О.А. та ін. Біологія та екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту. Київ: Школяр, 2018. 216 с.
2.     Андерсон О.А. та ін. Біологія та екологія: підруч. для 11кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту. Київ: Школяр, 2019. 216 с.
3.     Задорожний К.М. Біологія та екологія (профільний рівень): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. Харків: Вид-во Рано, 2018.-240с.
4.     Задорожний К.М. Біологія та екологія (профільний рівень): підруч. для 11 кл. закл. заг. серед. Харків: Вид-во Рано, 2019.-240с.
5.     Остапченко Л.І., П.Г. Балан., Компанець Т.А., Рушковський С.Р. Біологія і екологія (рівень стандарт): підручник для 10-го кл. закл. заг. серед. освіти. Київ: Генеза, 2018. 192с.
6.     Соболь В.І. Біологія та екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти Кам’янець-Подільський: Абетка 2018. 272с.

Шаламов Р.В., Носов Г.А., Каліберда М.С., Коміссаров А.В. Біологія та екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти Харків: 2018.