Урок з біології  (10 клас)

Тема: Мутації та їхні властивості. Поняття про спонтанні мутації.

Освітні цілі: ознайомити учнів із мутаціями та їхніми властивостями, видами мутацій та їх класифікацією, сформувати поняття про спонтанні мутації, розглянути основні мутагенні фактори; розвивати навички порівняння й аналізу на основі фактів; виховувати інтерес до біології та проблем збереження життя.

Очікуванні результати:

1.      Знаннєвий компонент оперує термінами та поняттями: мінливість комбінативна, мутаційна та модифікаційна,  мутації, види мутацій, хромосомні мутації, геномні мутації, рецесивні й домінантні мутації, аутосомні мутації, спонтанні  мутації точкові мутації, мутагени, фізичні, хімічні й біологічні мутагени, генофонд популяцій; називає: форми мінливості, мутагенні фактори,  види мутацій, сучасні молекулярно-генетичні методи досліджень спадковості людини (секвенування генів, полімеразна ланцюгова реакція, застосування генетичних маркерів тощо), причини спадкових хвороб і вад людини та хвороб людини зі спадковою схильністю; наводить приклади: мутацій,  спадкової мінливості (комбінативної, мутаційної) людини,  модифікаційної мінливості людини; характеризує: комбінативну, мутаційну, модифікаційну мінливість, закономірності модифікаційної мінливості людини, типи мутацій людини, мутагенні фактори; пояснює: значення генотипу й умов середовища для формування фенотипу, застосування генетичних маркерів, явище зчепленого успадкування у людини, молекулярні механізми мінливості у людини, біологічні антимутаційні механізми;

2.      Діяльнісний компонент порівнює: спадковість і неспадкову мінливість організму,  модифікаційну та мутаційну мінливість,  спадкову та неспадкову мінливість людини;

розв’язує: типові задачі з генетики (моно- і дигібридне схрещування, повне та неповне домінування, кодомінування; успадкування зчеплене зі статтю), вправи на мутації; визначає: можливі генотипи при данному фенотипі (та навпаки), за результатами схрещування: який ген домінантний (рецесивний), тип успадкування ознак; складає: схеми родоводів; робить висновки про: генотип людини як цілісну інтегровану систему.

3.      Ціннісний компонентобґрунтовує судження: щодо шкідливих звичок, як мутагенних чинників; виявляє власне ставлення до: профілактики та терапії спадкових хвороб людини.

4.      Наскрізні змістові лінії

Громадянська відповідальність:  значення знань про спадковість і мінливість у життєдіяльності людини;

Здоров’я і безпека: вплив на потомство шкідливих звичок (тютюнокуріння, вживання алкоголю, наркотичних речовин).

Екологічна безпека і сталий розвиток: обґрунтування заходів захисту від впливу мутагенних факторів.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою, основні компетентності у природничих науках і технологіях, екологічна грамотність і здорове життя, уміння вчитися впродовж життя; збереження власного здоров'я.

Тип уроку: комбінований

Обладнання і матеріали: таблиці або малюнки із зображенням різних форм мінливості організмів, мультимедійна презентація, портрети Г. де Фриза та С. І. Коржинського; Шаламов Р.В., Носов Г.А., Каліберда М.С., Комісаров А.В. Біологія і екологія (рівень стандарту): підручник  для 10 кл. закаладів загальної середньої освіти/ Р.В.Шаламов, Г.А.Носов, М.С.Каліберда, А.В.Комісаров - Харьків: Соняшник, 2018.-312 с.:іл.;gg35 -36; Соболь В.І.

Біологія і екологія (рівень стандарту): підручник  для 10 кл. закаладів загальної середньої освіти/ В.І.Соболь – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 256 с.:

іл., gg46 – 47, комп’ютер, проектор, екран.

Структура уроку

І. Організаційний етап. Привітання вчителя і учнів. Перевірка готовності до уроку. Перевірка присутніх. Повідомлення теми уроку. Вправа «Хвилина позитиву».

ІІ. Очікування

Після вивчення даної теми ви маєте …

 Користуватися   фактичним   матеріалом

-   знати форми мінливості, мутагенні фактори, види мутацій;

 Знати теоретичний   матеріал

-   вміти порівнювати форми мінливості;

 Уміти  застосовувати знання

- для обґрунтування заходів захисту від впливу мутагенних факторів; ІІІ. Мотивація. (Розповідь вчителя)

1.           В 1961 році була виведена нова порода кішок - шотландська висловуха. Причиною загнутих уперед і вниз вух з'явилася генна мутація. Схрещування кішок цієї породи

викликає порушення опорно-рухового апарату у потомства, тому для отримання нових висловухих кошенят потрібно схрещувати висловухих кішок з нормальними особинами.

2.           Кішки породи Манчкін відрізняються непропорційними короткими лапами - те, як вони виглядають у порівнянні з звичайними кішками, ставить їх в один ряд з таксами на фоні інших собак. Манчкіни з'явилися в США у 1983

році через генетичну мутацію, цікаво також, що ген, який відповідає за коротколапість є домінантним, тобто у Манчкіна і звичайної кішки народжуються коротколапі кошенята.

ІV. Актуалізація опорних знань (Фронтальна бесіда)

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?

Відповіді на ці запитання ви отримаєте  сьогодні на уроці. V. Вивчення нового матеріалу.

(Розповідь вчителя з елементами бесіди).

Здатність організму змінюватись під впливом умов довкілля адаптує його до середовища. Мінливість — результат взаємодії генотипу та середовища. Вона буває двох видів: неспадкова (модифікаційна) і спадкова.

Спадкова мінливість — пов’язана зі зміною генотипу. Є два види мінливості: комбінативна та мутаційна. Комбінативна мінливість— поява нових поєднань ознаку наслідок пере комбінації генів. Джерелом комбінативної мінливості є статевий процес; рекомбінація генів у процес і кросинговеру. Мутаційна мінливість— поява нових спадкових змін у генетичному матеріалі організму.

Мутацією (лат. Mutation— зміна) називають зміну, яка зумовлена реорганізацією структур відтворення, перебудовою генетичного апарату. Цим мутації різко відрізняються від модифікацій, які не торкаються генотипу особини. Мутації виникають раптово, що іноді різко відрізняє організм відвихідної форми.

Ученим такі зміни були відомі давно. Мутаційній мінливості присвятили свої роботи С.І. Коржинський (1899) і Г. де Фриз (1901). Останньому належить термін «мутація». Крім того він сформулював основні положення теорії мутацій (1901-1903):

1.                      Мутації виникають раптово, як дискретні зміни ознак.

2.                      Нові форми є стійкими.

3.                      На відміну від неспадкової мінливості мутації не утворюють без перервних рядів і не зосереджуються навколо якогось середнього типу. Вони є якісними змінами.

4.                      Мутації проявляються по-різному. Вони можуть бути і шкідливими, і корисними.

5.                      Вірогідність виявлення мутацій залежить від числа досліджених особин.

6.                      Одні й ті самі мутації можуть виникати повторно.

Тепер відомі мутації в усіх класів тварин, рослин і вірусів. Існує багато мутацій і в людини. Саме мутаціями зумовлений поліморфізм людських популяцій: різна пігментація шкіри, волосся, колір очей, форма носа, вух, підборіддя тощо. У результаті мутацій з’являються й успадковуються аномалії в будові тіла, спадкові хвороби людини. З мутаційною мінливістю пов’язана еволюція — процесс утворення нових видів, сортів і порід.

VІ. Робота в групах: Учням, які  працюють в 2 окремих групах надається для заповнення 2 однакові таблиці «Нормальні й мутантні форми живих організмів». Кожна група окремо заповнює одну з колонок. Потім обмінюються таблицями  і роблять висновки.

Живі організми	Нормальна форма	Мутантна форма
Ячмінь	Нормальна довжина стебла	Карликове стебло
Банан	Плоди з насінням	Плоди без насіння (культурна форма, яка розмножується вегетативно)
Сосна	Нормальна форма крони	Плакуча форма крони (отримана пі сля дії хімічного мутагену)
Ворона	Чорне та сіре забарвлення пір’я	Біле забарвлення пір’я
Дрозофіла	Сірий колір тіла	Чорний колір тіла
Людина	П’ять пальців на руці	Шість пальців на руці

Висновок: (Показ мультимедійної презентації) 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 відпокоління до покоління; • є стійкими змінами спадкового матеріалу;

•  можуть повторюватися.

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

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 місцем виникнення розрізняють:

•      Генеративні мутації– виникають у гаметах і виявляються у наступних поколіннях;

•      Соматичні мутації– виникають у соматичних клітинах, виявляються в цьомуо рганізмі, 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 впливом на життєдіяльність:

•      корисні ;

•      шкідливі.

За типом прояву ознаки гетерозиготі мутації поділяють на:  домінантні (спричиняють появу домінантної ознаки);  рецесивні (спричиняють появу рецесивної ознаки).

Залежно від причини виникнення виділяють:

•      спонтанні (виникають унаслідок помилки в процесі копіювання генетичного матеріалу);

•      індуковані (виникають унаслідок дії на генетичний матеріал зовнішніх факторів) мутації.

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).

VІІ. Хвилинка розвантаження

Цікаві факти

1. У 1820 році в Бразилії спонтанна мутація на одному з кущів апельсинового дерева призвела до появи апельсинів без кісточок, відомих як Navel orange. Розмножуватися цей сорт міг тільки шляхом щеплення, тому всі існуючі сьогодні в світі дерева Навеля є клоном того самого бразільського дерева. VІІ. Актуалізація набутих знань:

І. Біологічний диктант  (Тестові завдання)

1.                  Що передається по спадковості від батьків їхнім нащадкам: а) ознака; б) конкретна модифікація; в) норма реакції ознаки; г) фенотип ?

2.                  Для яких ознак можна побудувати варіаційний ряд і варіаційну криву: а) кількісних; б) якісних ?

3.                  Що таке норма реакції: а) межі модифікаційної мінливості ознаки, що вивчаються у даному організмі; б) ступінь експресивності гена; в) варіабельність ознаки; г) діапазон мінливості ознаки в межах виду ?

4.                  Що таке варіабельність ознаки: а) неоднаковий ступінь прояву ознаки у різних особин одного виду; б) зміна ознаки у процесі онтогенезу даного організму; в) різний ступінь прояву ознаки у різних видів; г) ступінь прояву різних ознак ?

5.                  Які з перелічених ознак людини мають широку (А) і вузьку (Б) норму реакції: а) маса тіла; б) колір волосся; в) колір очей; г) група крові; д) зріст; е) розумові здібності ?

ІІ. Робота в групах. (Розв’язування вправ на мутації)

Учні працюють в з-х групах, кожна група виконує одну вправу разом.

         Вправа №1. Визначте, які з наведених змін є в людини: А -  мутаціями Б – модифікаціями. Відповіді: 1. Рахіт; 2. Засмага на сонці; 3. Альбінізм 4. Гемофілія;  5. Фенілкетонурія; 4. Підвищення кількості еритроцитів у крові людини у високогірних умовах.

Вправа №2. В одній із популяцій тварин кількість хромосомних мутацій становить близько 7 на 1000 новонароджених. Обчисліть частоту виникнення  хромосомних мутацій у даній популяції. (Частоту мутацій можна обчислити за формулою: P_m =M / 2N, де  P_m – частота появи мутацій; М – кількість виявлених мутантних фенотипів; N – загальна кількість обстежених організмів. 

Вправа №3. У результаті мутацій на ділянці гена – ГГЦ ТГТ ЦАЦ АЦТ АГГ ЦАА – відбулося заміщення в третьому триплеті: замість аденіну виявлено цитозин. Запишіть амінокислотний склад поліпептиду до мутації і після неї.

ІІ. Самостійна робота на розподіл.

Індивідуальна робота по заповненні картки: «Визначте, які з названих змін є модифікаціями, а які – мутаціями?»

	Ознаки	Модифікації	Мутації
1	Рахіт у людини
2	Сезонні зміни форми та розмірів головної частини тіла у дафнії
3	Зміна форми листків у стрілиці звичайної
4	Редуковані крила у дрозофіли
5	Зміна кількості квіток у суцвітті соняшника під дією температури
6	Підвищення кількості еритроцитів у крові людини у високогір’ї
7	Поліплоїдія кукурудзи
8	Різне забарвлення квіток у примули за різних температур
9	Поява альбіноса в потомстві лева

VІІ. Підведення підсумків уроку

1.      Підсумок уроку.

2.      Оцінювання навчальних досягнень учнів.

3.      Домашнє завдання:

А). опрацювати gg 35-36 «Біологія і екологія» (рівень стандарту): підручник  для 10 кл. закаладів загальної середньої освіти/ Р.В.Шаламов,

Г.А.Носов, М.С.Каліберда, А.В.Комісаров - Харьків: Соняшник, 2018або gg46– 47 «Біологія і екологія» (рівень стандарту): підручник  для 10 кл. закаладів загальної середньої освіти/ В.І.Соболь – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 256 с.: іл., gg46 – 47.

Б). Підготувати повідомлення за темами: «Спадкові захворювання людини»,  «Генетичне консультування», «Сучасні методи молекулярної генетики».

В). Виконати вправу. Яка зміна кодування ланцюга ДНК – АГГ ТГА ЦТЦ АГЦ АТТ – більшою мірою вплине на первинну структуру білка: випадання одного першого нуклеотиду з другого триплету а бо випадання усього другого триплету ? запишіть відповідні ділянки білкових молекул у нормі та після мутаційних змін у гені.