Тема: Форми мінливості. Мутації: види мутацій, причини та наслідки мутацій

Урок №5, №6

Тема уроку: Форми мінливості. Мутації: види мутацій, причини та наслідки мутацій

Цілі уроку: ознайомити учнів із формами мінливості організмів, їх властивостями; видами мутацій та їх класифікацією, розглянути основні мутагенні фактори; виховувати бережливе ставлення до здоров’я та  життя, відповідальність; розвивати навички критичного мислення, комунікативні навички, пізнавальний інтерес учнів, вміння порівнювати, узагальнювати, робити висновки,  встановлювати причинно-наслідкові зв’язки.

Основні поняття і терміни: мінливість комбінативна, мутаційна та модифікаційна,  мутації, види мутацій, генні мутації, хромосомні мутації, геномні мутації, рецесивні й домінантні мутації, летальні, сублетальні, нейтральні мутації, мутагени, фізичні, хімічні й біологічні мутагени.

Обладнання: мультимедійна презентація, таблиці або малюнки із зображенням різних форм мінливості організмів, відеофрагмент «Види мутацій», схема « Види мутацій».

Методи і методичні прийоми: словесні (розповідь, бесіда, пояснення, розповідь з елементами бесіди),  наочні (демонстрування  таблиць, схем, ілюстрацій); репродуктивні (бесіда) та пошукові (створення та розв’язування проблемних ситуацій), інтерактивні методичні прийоми.

Очікувані результати:

Учень називає:

• Форми мінливості;
• Мутагенні фактори;
• Види мутацій.

Наводить приклади:

• Спадкової мінливості
• Неспадкової мінливості
• Мутацій

Порівнює:

• Спадковість і мінливість організму
• Модифікаційну і мутаційну мінливість

Тип уроку: комбінований

Структура уроку

1. Організаційний момент 2 хв
2. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності 10 хв
3. Актуалізація теоретичних знань 15 хв
4. Виклад нового матеріалу 30 хв
5. Узагальнення та закріплення нового матеріалу 10 хв
6. Підсумок уроку 10 хв
7. Виставлення оцінок 5 хв
8. Інструктаж з домашнього завдання 3 хв

Хід уроку

1. Організаційний момент

Привітання вчителя і учнів. Перевірка готовності до уроку. Перевірка присутніх.

2. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності

Метод «Вікно в історію» (розповідь вчителя з елементами бесіди)

Людей, які відрізнялись від решти через певні відхилення у зовнішності здавна вважали монстрами, різного роду виродками. Їх усіляко клеймили, у часи інквізиції їх навіть піддавали різного роду тортурам через їх буцімто диявольське походження. В кращому випадку цих осіб показували на ярмарках за гроші в якості дивини.

Зараз же є розуміння природної, а не потойбічної появи цього явища.

Питання до учнів: що є причиною даних змін людського організму? Так. Звичайно, це  генетичні мутації. Про них сьогодні і піде мова на уроці.

Тема нашого уроку: Форми мінливості. Мутації: види мутацій, причини та наслідки мутацій. (оголошення теми та мети уроку)

Метод «Проблемне питання»

1. Як ви розумієте поняття «мутація»?

2. Чи завжди мутації призводять до негативних наслідків?

3. Яке значення має мутаційна мінливість для живих організмів?

4. Які приклади мутацій можна навести в людини? (Заслуховування відповідей учнів).

Відповіді на ці запитання ви отримаєте  сьогодні на уроці.

3. Актуалізація теоретичних знань.

Прийом «Відновіть інформацію» (самостійна робота)

1. ____________ — це здатність передавати від покоління до покоління спадкові ознаки. 

2. Функціональною одиницею спадковості є _____________.

 3. _______________ - сукупність усіх генів організму.

4.Сукупність властивостей і ознак організму називають ___________________.

5. Засновник гібридологічного методу в генетиці є _________________.

6. Автор хромосомної теорії спадковості є _____________________ .

7. У гібридів підвищується життєдіяльність у результаті явища _______________, або гібридної сили.

8. Перехрест хромосом під час кон’югації називається _____________________.

Відповіді: 1) спадковість; 2) ген; 3) генотип; 4) фенотип; 5) Грегор Мендель; 6) Томас Морган; 7) гетерозису; 8) кросинговер.

Давайте розв’яжемо задачі (учні самостійно розв’язують задачі біля дошки)

Задача 1. Гетерозиготних червонооких самок дрозофіли схрестили з червоноокими самцями. У потомстві одержали по 73 червонооких і білооких самців і 150 самок. Визначте генотипи батьків і потомства, якщо відомо, що червоний колір очей — домінантна ознака, білий — рецесивна. Ці гени локалізовані в Х-хромосомі.

Задача 2. Особлива форма рахіту призводить до нестачі фосфору в крові. Ця хвороба не лікується вітаміном D і зумовлена домінантним геном, локалізованим у Х-хромосомі. У сім’ї, де батько має це захворювання, а мати здорова, є 3 дочки і 5 синів. Скільки в цій сім’ї хворих дітей (%)?

4. Виклад нового матеріалу

Розповідь вчителя з елементами бесіди (* - учні записують матеріал у зошити)

Навіть на своїх батьків ми не схожі ідентично, мов копії. У кожної людини виявляються ознаки, яких немає у її батьків. Це одна з найцікавіших властивостей живих організмів — мінливість.

*Мінливість — здатність живих організмів набувати нових ознак, відмінних від батьківських, і їхніх станів у процесі індивідуального розвитку. Мінливість є протилежним процесом спадковості. Завдяки мінливості утворюються нові види і відбувається історичний розвиток біосфери в цілому.

Мінливість зумовлюється варіюванням генотипів та умов довкілля. Найчастіше ці дві причини діють спільно, і особини певної популяції або виду відрізняються між собою за багатьма ознаками.

*Якою ж буває мінливість ?

Які ж існують форми мінливості?

Як ви думаєте що таке модифікації? (Метод «Проблемного запитання») Заслуховування відповідей учнів

*Модифікації — це фенотипові зміни, які виникають під впливом умов середовища. Модифікаційні зміни ознаки не успадковуються, але її діапазон (норма реакції) генетично зумовлений і успадковується. Вони не спричиняють змін генотипу. Модифікаційна мінливість відповідає умовам існування, є пристосувальною.

Прикладами модифікаційної мінливості є:

— зміна маси тіла тварин у разі зміни кількості їжі;

— зміна забарвлення хутра у зайця біляка після настання зими

— зміна розміру окремих листків на одному дереві;

— утворення засмаги на шкірі людини під впливом сонячного проміння.

*Загальні властивості модифікаційної мінливості:

• Тимчасовість (наприклад, засмага людини повністю зникає взимку)
• Масовість  (певний вплив зумовлює появу подібних змін в особин виду: наприклад, в устриць, які живуть у тихій воді, черепашка широка й округла, а в устриць із зони припливу черепашки вузькі й довгі);
• Спрямованість (наприклад, заміна шерсті ссавців на густішу зумовлена впливом низьких температур, а не дією освітлення)
• Визначеність (один і той самий вплив чинника спричиняє подібні зміни в усіх особин виду; наприклад, у зайців зимове хутро світлішає);
• Пристосувальний характер (наприклад, зі збільшенням висоти над рівнем моря кількість еритроцитів у крові людини збільшується)

*Норма реакції — амплітуди адаптації, що визначають межі мінливості організму, яка виникає під дією факторів середовища і контрольована його генотипом. Мінливість ознаки може бути дуже велика, але вона ніколи не виходить за межі норми реакції.

*Варіаційна крива — це графічне зображення кількісних показників мінливості певної ознаки (варіанти), яке ілюструє межі модифікаційної мінливості та частоту зустрічальності окремих варіант.

Варіаційна крива відображує і кількісний показник, і частоту випадків із цим кількісним показником, тобто відображує норму реакції. Із варіаційної кривої видно, що найчастіше трапляються особини із середньою нормою реакції.

Дуже довго вчені сперечалися щодо можливості успадкування нових станів ознак, набутих організмом під час індивідуального розвитку. Те, що модифікації не успадковуються, вперше довів німецький зоолог Август Вейсман(1834–1914) — німецький зоолог і теоретик еволюційного вчення. Як довели численні досліди, модифікації можуть зникати протягом життя однієї особини, якщо припиняється дія чинника, який їх спричинив. Наприклад, засмага, набута людиною влітку, поступово зникає протягом осінньо-зимового періоду.

Спадкова мінливість пов’язана зі змінами генотипу. Вона поділяється на комбінативну і мутаційну.

*Комбінативна мінливість — це поява нових поєднань ознак унаслідок перекомбінації генів (нових поєднань генів у генотипі).

Комбінативна мінливість виникає в організмів у результаті трьох основних процесів, незалежних один від одного.

*Причини комбінативної мінливості:

1. Незалежне розходження хромосом під час мейозу.

2. Випадкове сполучення хромосом під час запліднення.

3. Кросинговер.

Процес формування кросоверних хромосом називають рекомбінацією*. Він різко підвищує різноманітність гамет.

У результаті комбінативної мінливості спадкові фактори (гени) не змінюються, але виникають їхні нові поєднання, що призводить до появи організмів з іншим генотипом і фенотипом (гібридів). Нові комбінації генів виникають часто й легко, але так само легко й руйнуються.

Джерелом комбінативної мінливості є статеве розмноження організмів, унаслідок якого виникає велика різноманітність генотипів. Кожен організм має велику кількість генів, тому комбінування генів при статевому розмноженні веде до формування нового унікального генотипу та фенотипу. У кожного потомка є ознаки, що властиві для батька й матері. Але навіть серед найближчих родичів не можна відшукати двох абсолютно однакових людей (виключення — однояйцеві близнюки). У чому ж полягають причини такої великої різноманітності? Вони полягають у явищі комбінативної мінливості.

Проте комбінативна мінливість виникає у багатьох організмів, які розмножуються нестатево. Наприклад, у мікроорганізмів виникли своєрідні механізми, що призводять до комбінативної мінливості,— трансформація і трансдукція. У прокаріотів можлива передача спадкової інформації від клітини до клітини за участю вірусів-бактеріофагів. Це свідчить про велике значення комбінативної мінливості для еволюції та видоутворення. Ч. Дарвін надавав комбінативній мінливості великого значення, вважаючи, що разом із природним добором їй належить важлива роль у створенні нових форм (як у природі, так і в господарстві людини). Проте виникнення видів
у результаті тільки гібридизації — явище дуже рідкісне.

Із комбінативною мінливістю пов’язане явище гетерозису.

*Гетерозис (від грец. heteroisis — видозміни, перетворення), або гібридна сила,— явище, коли перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність, продуктивність, ріст, стійкість проти шкідників, хвороб тощо.

Комбінативна мінливість не призводить до значних змін генотипу, що потрібні для виникнення нових видів. Такі зміни виникають унаслідок мутацій.

*Мутаційна мінливість— поява нових спадковихзмін у генетичному матеріалі організму.

*Мутації мають ряд властивостей:

• виникають раптово, мутувати може будь-яка частина генотипу;

• частіше бувають рецесивними і рідше – домінантними;

• можуть бути шкідливими (більшість мутацій), нейтральними і корисними (дуже рідко) для організму;

• передаються від покоління до покоління;

• є стійкими змінами спадкового матеріалу;

• можуть повторюватися.

Мутації є джерелом спадкової мінливості організмів, яке постачає матеріал для природного та штучного добору.

Залежно від причини виникнення виділяють спонтанні (виникають унаслідок помилки в процесі копіювання генетичного матеріалу) та індуковані (виникають унаслідок дії на генетичний матеріал зовнішніх факторів) мутації.

*За місцем виникнення розрізняють: (слайд 18, 19, 20)

генеративні мутації– виникають у гаметах і виявляються у наступних поколіннях;

соматичні мутації– виникають у соматичних клітинах, виявляються в цьому організмі, можуть передаватися нащадкам при вегетативному розмноженні.

Поліплоїдія — кратне збільшення гепоїдного набору хромосом. Поліплоїдія призводить до зміни ознак організму, тому є важливим джерелом в процесах еволюції та селекції, особливо у рослин.

Мутації успадковуються, індивідуальні та стрибкоподібні, неадекватні до умов довкілля, ведуть до появи нових ознак або загибелі.

*За рівнем виникнення розрізняють:

генні мутації– результат зміни нуклеотидної послідовності молекули ДНК у певній ділянці хромосоми;

хромосомні мутації— структурні зміни хромосом;

геномні — зміни кількості хромосом у клітині.

*За впливом на життєдіяльність бувають корисні та шкідливі.

*За типом прояву ознаки в гетерозиготі мутації поділяють на домінантні (спричиняють появу домінантної ознаки) і рецесивні (спричиняють появу рецесивної ознаки).

Спостереження показують, що багато мутацій шкідливі для організму. Це пояснюється тим, що функціонування кожного органа збалансоване по відношенню як до інших органів, так і до зовнішнього середовища. Порушення існуючої рівноваги зазвичай веде до зниження життєдіяльності й загибелі організму. Мутації, які знижують життєдіяльність, називають напівлетальними. Несумісні з життям мутації називають летальними (з лат. — смертельний). Проте певна частина мутацій може бути корисною. Такі мутації є матеріалом для прогресивної еволюції, а також для селекції цінних порід свійських тварин і сортів культурних рослин. «Корисні» мутації в поєднанні з добором лежать в основі еволюції.

Фактори, які здатні індукувати мутаційний ефект, називають мутагенними. Встановлено, що будь-які фактори зовнішнього і внутрішнього середовища, які можуть порушувати гомеостаз, здатні викликати мутації. Традиційно їх ділять на фізичні (випромінювання, ультразвук, температура тощо), хімічні (хімічні сполуки різної природи) та біологічні (віруси, токсини).

Мутагени

   1. Фізичні мутагени. Найбільш ефективним фізичним мутагеном є іонізуюче випромінювання. Проходячи крізь клітини, рентгенівські промені, гамма-промені, ядерні частинки й інші іонізуючі випромінювання на своєму шляху вибивають електрони із зовнішніх оболонок атомів або молекул, перетворюючи їх на позитивно заряджені частинки. Іонізуюче випромінювання може вплинути на ДНК як прямо, так і опосередковано, через іонізовані молекули й атоми інших речовин.

      До фізичних мутагенів належить також ультрафіолетове випромінювання, що було встановлено радянськими генетиками на початку 20-х років. Однак його мутагенний ефект істотно менший, ніж у іонізуючих випромінювань.

   Ще більш слабкий ефект має підвищена температура, яка для теплокровних тварин і людини майже не має суттєвого значення внаслідок сталості температури їхнього тіла.

*Фізичні мутагени:

•    йонізуюче випромінювання;

•    радіоактивний розпад;

•    ультрафіолетове випромінювання;

•    надмірно висока або низька температура.

   2. Хімічні мутагени. Відомі кілька типів хімічних мутагенів, що відрізняються будовою та механізмом дії. Хімічні мутагени викликають мутації всіх типів.  Хімічні мутагени були відкриті пізніше за фізичні. Значний внесок в їхнє вивчення зробила українська генетична школа, очолювана академіком С.М. Гершензоном. Дослідники щорічно відкривають нові хімічні мутагени (зокрема, акридинові барвники, нітритна кислота, гідроген пероксид, формальдегід (метаналь), деякі лікарські препарати тощо). Наприклад, алкалоїд колхіцин унеможливлює утворення веретена поділу, що спричинює подвоєння числа хромосомних наборів у клітині. Газ іприт (або гірчичний газ), який використовували як хімічну зброю, підвищує частоту мутацій у піддослідних мишей у 90 разів. Дія незначних концентрацій цього газу на самців дрозофіли значно підвищує частоту летальних мутацій в Х-хромосомі (до понад 7 %). Нітритна кислота здатна спричиняти генні мутації, пов'язані зі зміною пар нуклеотидів, наприклад ГЦ - на АТ, АТ - на ЦГ. Хімічними мутагенами, зокрема, є наркотичні речовини, небезпечний вплив яких виявляється не лише в людини, що їх вживає. Мутації, спричинені наркотиками, можуть передаватись нащадкам і викликати у них різноманітні спадкові захворювання і вади.

*Хімічні мутагени:

•    окисники та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);

•    алкілуючі реагенти (йодацетамід);

•    пестициди (гербіциди, фунгіциди);

•    деякі харчові добавки (ароматичні вуглеводні, цикламати);

•    продукти переробки нафти;

•    органічні розчинники;

•    лікарські препарати (препарати ртуті, імунодепресанти).

   3. Біологічні мутагени. Існують біологічні мутагени: молекули ДНК і віруси. Установлено, що цілий ряд мутацій у тварин, рослин і людини — це результат дії вірусів. До біологічних мутагенів належать віруси та токсини, що виробляють деякі бактерії. В уражених вірусами клітинах мутації відбуваються значно частіше, ніж у здорових. Вивільнення вірусної ДНК та утворення вірусної частинки, яка потім заражає інші клітини, може супроводжуватись захопленням частини ДНК хазяїна. У такий спосіб віруси здатні переносити генетичну інформацію між різними особинами одного або різних видів (горизонтальне перенесення генів). Цей процес має важливе значення в еволюції прокаріотів.

*Біологічні мутагени:

•    специфічні послідовності ДНК — мігруючі генетичні елементи;

•    деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);

•    продукти обміну речовин (продукти окислення ліпідів);

•    антигени деяких мікроорганізмів.

   Мутагени посилюють інтенсивність природного мутаційного процесу в 10—100 разів, а найпотужніші хімічні супермутагени — у тисячі разів.

5. Узагальнення та закріплення нового матеріалу

Напишіть спільні та відмінні модифікаційної та мутаційної мінливостей (учні разом з вчителем формують і записують в зошити  «Кола Вена»)

Прийом «Розподіли на групи» (усне опитування учнів)

Мутагени

https://learningapps.org/watch?v=p89yh44dk21

6. Підсумок уроку

Прийом «Незакінчені речення»

• Урок важливий, тому що…
• На сьогоднішньому уроці для мене найважливішим відкриттям було…
• Мені найбільше запам’яталося…
• Нові знання я застосую….

7. Виставлення оцінок
8. Інструктаж з домашнього завдання

§35,36, вивчити конспект зроблений під час уроку