Учебно-методическое пособие. Применение современных педагогических технологий в решении задач по генетике.
методическая разработка

Учебно-методическое пособие

для студентов по генетике.  Новые технологии в решении задач на 1, 2 и 3  законы Менделя.

Содержание

Пояснительная записка…………………………………………………………………………………..

Введение……………………………………………………………………………..…..3

Основные термины и понятия генетики………………………….................................4

Глава 1. Общие рекомендации по решению генетических задач

1. Техника решения задач……………………………………..………………….…….5
2. Оформление задач по генетике……………………………………………….................................................6
3. Правила при решении задач по генетике…………………………………..……...........................................................6

Глава 2. Примеры решения генетических задач

2.1. Закономерности наследования при моногибридном скрещивании……………………………………………….…………………………….6

2.2. Неполное доминирование. Анализирующее скрещивание……………………………………….………………………….………....7

2.3. Закономерности наследования при дигибридном скрещивании …………………………………………………………………...…….….8

2.4. Сцепленное с полом наследование……………………………….……………………………………….…...10

Глава 3. Примеры решения генетических задач …………………………………….……………………………………….…..…..12

Глава 3.1. Задачи для самостоятельного решения…………………………………….14

Список использованной литературы…………………………………………………..17

Пояснительная записка

Данное учебно-методическое пособие разработано в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта по специальности 34.02.01. «Сестринское дело». Пособие предназначено для студентов первого курса среднего профессионального образования, очной формы обучения.

Методические указания для решения генетических задач предназначены для изучения «Биологии с основами экологии» в профессиональных образовательных организациях, реализующих образовательную программу среднего общего образования в пределах освоения основной профессиональной образовательной программы СПО (ОПОП СПО) на базе основного общего образования при подготовке специалистов среднего звена. Представленное пособие составлено в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Биология с основами экологии».

Анализируя программу, учебники, дидактические материалы, научную литературу и учитывая уровень подготовки студентов по биологии был отобран необходимый материал и составлено данное пособие.

Основной задачей данного пособия является обеспечение студентов необходимым теоретическим и практическим материалом для усвоения таких тем, как основные понятия генетики, законы Г. Менделя, сцепленное наследование, нарушение сцепления, взаимодействие генов.

В учебно-методическом пособии изложены материалы для подготовки к теоретическим и практическим занятиям по генетике, которые представлены в виде схем скрещиваний и теоретических объяснений закономерностей наследования признаков.

Формируемые ОК – ОК-1,ОК-2,ОК-3,ОК-4,ОК-6.

Введение.

Учебно-методическое пособие составлено согласно программе среднего специального образования по Биологии с основами экологии. Пособие содержит материал по генетике, представленный в виде схем скрещиваний и теоретических объяснений закономерностей наследования признаков.

В методическом пособии приведена основная терминология, необходимая для понимания и успешного решения генетических задач, условные обозначения, приведены примеры решения задач на разные типы наследования.

Учащиеся с помощью учебного пособия могут самостоятельно освоить курс генетики.

Учебное пособие составлено в помощь учащимся студентов первого курса среднего профессионального образования, очной формы обучения.

Основные термины и понятия генетики.

Ген (с современных позиций) – это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о  первичной структуре одного белка. Гены находятся в хромосомах, где они расположены линейно, образуя «группы сцепления».

Аллельные гены – это пара генов, определяющих контрастные (альтернативные) признаки организма. Каждый ген этой пары называется аллелью. Аллельные гены расположены в одних и тех же участках локусах гомологичных  (парных) хромосом.

Альтернативные признаки – это взаимоисключающие, контрастные признаки (например, жёлтые и зелёные семена гороха). Часто один из альтернативных признаков является доминантным, а другой – рецессивным.

Доминантный признак – это признак, проявляющийся у гибридов первого поколения при скрещивании представителей чистых линий. Например, у гороха доминантными признаками являются жёлтая окраска семян, гладкая поверхность семян, пурпурная окраска цветков

Рецессивный признак не проявляется у гибридов первого поколения при скрещивании представителей чистых линий.

Гомозигота – клетка или организм, содержащие одинаковые аллели одного и того же гена (АА или аа).

Гетерозигота – клетка или организм, содержащие разные аллели одного и того же гена (Аа).

Генотип – совокупность всех генов организма.

Фенотип – совокупность признаков организма, формирующихся при взаимодействии генотипа с окружающей средой.

Гибридологический метод – изучение признаков родительских форм, проявляющихся в ряду поколений у потомства, полученного путём гибридизации (скрещивания).

Моногибридное скрещивание – это скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре изучаемых контрастных (альтернативных) признаков, которые передаются по наследству.

Дигибридное скрещивание – это скрещивание форм, отличающихся друг от друга по двум парам изучаемых альтернативных признаков.

Полигибридное скрещивание – это сложное скрещивание, при котором родительские организмы отличаются по трём, четырём, и более парам контрастных (альтернативных) признаков.

Глава 1.Общие рекомендации по решению генетических задач. 

1.1.Техника решения задач

1.2. Оформление задач по генетике.

1.На первом (слева) месте пишется женская (материнская) особь, на втором (справа) пишется мужская (отцовская) особь.
2. Аллельные гены пишутся рядом (ААВВ).
3. При записи генотипа буквы пишутся в алфавитном порядке (ааВВ, а не ВВаа).
4. Под генотипом пишут фенотип.
5. Фенотипы и гаметы пишутся строго под соответствующим генотипом.
6. Записывается ход решения с объяснениями. Можно оформлять в решётке Пеннета.
7. Записывается вывод .
8. Запись типа «первый ребенок родится больным, а второй здоровым» неправильна, поскольку результаты указывают лишь на вероятность рождения тех или иных особей.

1.3. Правила при решении задач по генетике.

Правило первое.

Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготны.

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 гетерозиготна, а другая – гомозиготна по рецессивному признаку.

Правило третье.

Если при скрещивании фенотипически одинаковых особей (по одной паре признаков) в первом поколении гибридов происходит расщепление признаков  на три фенотипические группы в отношениях 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны.

Глава 2. Примеры решения генетических задач.

2.1.Закономерности наследования при моногибридном скрещивании.

Задача 1.

Условие: Определите генотипы родителей, если у матери имеется седая прядь волос надо лбом, а у отца – нет; из двух детей в семье, один имеет седую прядь, а другой – нет.

Решение:

Дано:

А – наличие седой пряди

А – отсутствие седой пряди

Определите генотипы родителей.

Один ребенок не имеет седой пряди – значит, он должен быть гомозиготным по рецессивному признаку – аа; точно такой же генотип (аа) будет иметь и его отец.

Мать гетерозиготна, так как один ее ребенок имеет седую прядь, а другой – не имеет.

Р         ♀ Аа           х                  ♂ а

G               А                      а

F1                 Аа                          аа

F1 - есть седая прядь     нет седой пряди.

Задача 2.

Условие: Определите генотипы и фенотипы потомства от брака кареглазых гетерозиготных родителей.

Решение:

Дано:

А – карие глаза

а – голубые глаза

Определить F1-?

Гетерозиготные кареглазые родители Аа

Р              ♀ Аа              х                  ♂ Аа

G                А  а                               А а

F1            АА,  Аа,  Аа                                аа

          карие 3                          голубые 1

происходит расщепление признаков, согласно второму закону Менделя:

по фенотипу 3:1

по генотипу 1: 2: 1

2.2.Неполное доминирование. Анализирующее скрещивание.

Задача 1.

Куры с белым оперением при скрещивании между собой всегда дают белое потомство, а куры с черным оперением – черное. Потомство от скрещивания белой и черной особей оказывается голубым. Какая часть потомства от скрещивания голубых петуха и курицы будет с голубым оперением?

Решение:

Дано:

А – черное оперение

а – белое оперение

АА – черная курица

аа - белый петух

Аа – генотип голубых курицы и петуха

Количество Аа в F2 - ?

Р         ♀ АА          х      ♂  а а

G               А                      а

Р      ♀ АА             х       ♂ а а

F1         Аа                           Аа

гол.                       гол.

G            Аа                     Аа    

F2           АА,    Аа,    Аа,    аа

          черн.   гол.   гол.  бел.

Соотношение по генотипу     1 АА:   2 Аа:   1аа

Соотношение по фенотипу    1 черн.: 2 гол.: 1 бел.

Ответ: половина потомства будет с голубым оперением.

2.3.Закономерности наследования при дигибридном скрещивании.

Задача 1.

Условие: Напишите возможные генотипы и фенотипы детей, если известно, что у отца – вьющиеся волосы и веснушки (как у всех его предков), а у матери – прямые и нет веснушек.

Решение:

Дано:

А – вьющиеся волосы

а - прямые волосы

В – веснушки

в – веснушки отсутствуют

F1 - ?

Генотип отца – ААВВ;

генотип матери – аавв.

Р   ♀ аавв      х     ♂ ААВВ

G       ав                       АВ  

F1               АаВв

Ответ: все дети будут с вьющимися волосами и веснушками.

Задача 2.

Условие: Единственный ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение.

Определить:

а) генотипы всех трех членов семьи;

б) рождение каких детей можно ожидать в этой семье.

Решение:

а) Дано:

А – карие глаза

а – голубые глаза

В – близорукость

в – нормальное зрение

Определить генотипы Р и  F1

Генотип ребенка – аавв

По генотипу ребенка определяем гаметы, которые он мог получить от матери и отца.

F1        аавв – ребенок с голубыми глазами и нормальным зрением

G             ав                             ав

        от одного                 от другого

        родителя                 родителя

Гаметы, несущие рецессивные признаки, должны быть в генотипе обоих родителей, значит, их генотипы АаВв.

Б) Дано:

А – карие глаза

а – голубые глаза

В – близорукость

в – нормальное зрение

 Р                 ♀,  ♂ А а В в

                   К а р е г л а з ы е, б л и зо р у к и е

Р            ♀ АаВв     х    ♂А а В в

G        АВ, Ав, аВ, ав, АВ, Ав, аВ, ав.

  Находим F1:  строим решетку Пеннета

По генотипу считаем

1. ААВВ – карегл. Близорук (1)

2. ААВв – карегл. близорук. (3)      

3. АаВВ – карегл. близорук.    (2)

4. АаВв – карегл. близорук. (3)

5. Аавв - карегл. норм          (1)

6. Аавв - карегл. норм.                   (2)

7. ааВВ – голубгл.близорук (1)

8. ааВв – голубгл. близорук. (1)  

9. аавв – голубгл.  норм.                       (1)

Ответ: генотипов – 9; фенотипов – 4 (кареглазых близоруких, кареглазых нормальных, голубоглазых нормальных, голубоглазых близоруких).

Количество по фенотипу:

кареглазых близоруких – 9/16

кареглазых нормальных – 3/16

голубоглазых близоруких – 3/16

голубоглазых нормальных – 1/ 16

2.4.Сцепленное с полом наследование.

Задача 1.

Условие: Рецессивный ген, обуславливающий цветовую слепоту (дальтонизм), локализован в х - хромосоме.

Напишите генотипы мужчины и женщины, страдающих цветовой слепотой.

Дано:

D – норма

d - дальтонизм

Определить ♀, ♂.

Ответ:

♀х1 х1

♂ х1 у

Задача 2.

Условие: Почему кошки бывают черепахового цвета, а коты – нет.

х1 – черная окраска

х1 – рыжая                                 

х1 х1 – черепаховая окр.

Решение

У кошек черепаховый цвет (трехцветный окрас)

сцеплен с полом (с х – хромосомой).

Возможны: 6 вариантов задач:

♀ кошка          х1 х1 ,                  х1 х1 ,             х1 х1

                     черная   черепаховая   рыжая

♂ кот                     х1 у                  х1 у

                    черный          рыжий

Для примера скрестим рыжего кота с черепаховой кошкой.

Дано:

х1 у – рыжий кот

х1 х1 - черепах. кошка  

Р, F1 - ?

Решение

                    ♀ х1 х1    х      ♂ ху

               G     х1 х1     х                   у

               F1     х1 х1  ;   ху;       х1 х1  ;         ху

♀череп.  ♂черн. ♀рыжая.  ♂рыжий.

Ответ:

¼ - черепаховая кошка,

¼ - черный кот,

¼ - рыжая кошка,

¼ - рыжий кот.

Задача 3.

Различают 4 группы крови.

Группа крови - наследственный признак, зависящий от одного гена, имеющего не 2, как обычно, а 3 аллели. Обозначаются символами: А, В, О.

А и В доминируют над О, но не подавляют друг друга. 1 гр.- ОО; II гр.- АО, III ВО, ВВ;

IV гр. - АВ.

Дано:

♀ - II гр. (АО, АА).

♂ - I гр. ( ОО)        

группа крови F1 -?                  

Возможны два варианта

1.        Р    ♀ АО  х   ♂ ОО

          G      АО            ОО

      F1     АО; АО;      ОО; ОО

           II гр. II гр.      I гр. I гр.

Ответ: 50% - II группа крови; 50% - I группа крови.

2.         Р ♀ АА    х    ♂ ОО

           G      АА          ОО

 F1         АО; АО;       АО; АО.

Ответ: 100% - II группа крови.

Глава 3. Примеры решения генетических задач.

Задача 1.

У тыквы дисковидная форма плода доминирует над шаровидной. Гомозиготную шаровидную тыкву опылили пыльцой такой же тыквы. Какими будут гибриды первого поколения?

     F1  -  ?

Ответ:  все гибриды первого поколения будут шаровидными.

Задача 2.

Голубоглазый праворукий юноша (отец его был левшой), женился на кареглазой левше (все её родственники - кареглазые). Какие возможно будут дети от этого брака, если карие глаза и праворукость -  доминантные признаки?

F1  -  ?

Ответ: все дети в этой семье будут кареглазыми,

вероятность рождения право – и леворуких детей – по 50%.

Задача 3.

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?

         F1  -  ?      

Ответ: в потомстве 50%  будет с розовыми ягодами

 и по 25% с красными и с белыми ягодами.

Задача 4.

У фигурной тыквы белая окраска плодов доминирует над жёлтой, дисковидная форма – над шаровидной. Как будут выглядеть гибриды от скрещивания гомозиготной жёлтой шаровидной тыквы и жёлтой дисковидной (гетерозиготной по второй аллели).

F1  -  ?

Ответ: все гибриды будут желтыми, половина из них – дисковидными, а половина – шаровидными.

Задача 5.

У единорогов с планеты Крина белый цвет зависит от доминантного гена В, а желтый – от его рецессивной аллели b. Бег рысью зависит от доминантного гена Р, а ходьба шагом – от рецессивного р. Каким будет фенотип первого поколения при скрещивании гомозиготного белого единорога-шагоходца с гомозиготным желтым рысаком? Какое потомство и в каких соотношениях будет получено при скрещивании двух особей первого поколения?

F2  -  ?                    G:         ВР                ВР

                                            Вр                Вр

                                            вР                 вР

                                            вр                 вр            

F2:  

 Ответ: 9/16 – белых рысаков,  3/16 – белых шагоходцев,

 3/16 – желтых рысаков, 1/16 – желтых шагоходцев.

Задача № 6.

Полидактилия (шестипалость) и близорукость передаются как доминантные признаки. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье, если оба родителя страдают обоими недостатками и при этом являются гетерозиготами по обоим признакам?

Ответ: вероятность рождения детей без аномалий составляет 1/16.

Глава 4. Задачи для самостоятельного решения.

Моногибридное скрещивание.

Задача№1. У томатов ген, обеспечивающий красный цвет плодов, доминирует над геном желтой окраски. Какие по цвету плоды окажутся у растений, полученных от скрещивания гетерозиготных красноплодных растений с желтоплодными? Каковы их генотипы?

Задача№2. У человека ген длинных ресниц доминирует над геном коротких ресниц. Женщина с длинными ресницами, у отца которой были ресницы короткие, вступает в брак с мужчиной, имеющим короткие ресницы. Какова вероятность, что ребёнок в этой семье родится с короткими ресницами?

Задача№3. У человека альбинизм – аутосомный рецессивный признак. Мужчина альбинос женился на женщине с нормальной пигментацией. У них родилось двое детей – нормальный и альбинос. Определить генотипы всех указанных членов семьи.

Задача№4. Ген черной масти у крупнорогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство F1 получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Какое потомство F2 получится от скрещивания между собой гибридов?

Дигибридное скрещивание.

Задача№5. Отец – глухонемой (рецессивный признак), с белым локоном надо лбом (доминантный признак). Мать здорова и не имеет белой пряди. Родился ребенок глухонемой и без локона надо лбом. Определите генотипы родителей и их детей.

Задача№6. У фигурной тыквы белая окраска плодов А доминирует над желтой а, а дисковидная форма В — над шаровидной b. Ответьте на вопросы: как будет выглядеть F1 и F2 от скрещивания гомозиготной белой шаровидной тыквы с гомозиготной желтой дисковидной?

Задача№7. У человека ген негритянской окраска кожи (В) полностью доминирует над геном европейской кожи (в), а заболевание серповидно-клеточная анемия проявляется неполностью доминантным геном (A), причём аллельные гены в гомозиготном состоянии (AA) приводят к разрушению эритроцитов, и данный организм становится нежизнеспособным. Гены обоих признаков расположены в разных хромосомах.

Чистородная негроидная женщина от белого мужчины родила двух мулатов. Один ребёнок не имел признаков анемии, а второй умер от малокровия.Какова вероятность рождения следующего ребёнка, не имеющего признаков анемии?

Наследование, сцепленное с полом.

Задача№8. У человека дальтонизм (одна из форм цветовой слепоты) обусловлен сцепленным с Х-хромосомой рецессивным геном. Женщина с нормальным зрением, отец которой был дальтоником, вступает в брак с нормальным мужчиной. Какова вероятность рождения в этом браке сына-дальтоника?

Задача№9. Рецессивный ген дальтонизма (цветовой слепоты) находится в Х- хромосоме. Отец девушки страдает дальтонизмом, а мать, как и все ее предки, различает цвета нормально. Девушка выходит замуж за здорового юношу. Ответьте на вопрос:Что можно сказать об их будущих сыновьях, дочерях?

Задача№10. Ген нормальной свёртываемости крови (А) у человека наследуется по доминантному типу и сцеплен с Х-хромосомой. Рецессивная мутация этого гена (а) приводит к гемофилии – несвёртываемости крови.

У-хромосома аллельного гена не имеет.

Определить процентную вероятность рождения здоровых детей в молодой семье, если невеста имеет нормальную свёртываемость крови, хотя её родная сестра с признаками гемофилии. У жениха мать страдает этим заболеванием, а отец здоров.

Ответы к задачам для самостоятельного решения:

Задача№1. гибриды F1 демонстрируют расщепление по фенотипу в соотношении 1:1 – 50% красноплодных, 50% желтоплодных томатов. По генотипу расщепление в соотношении 1:1 – 50% гетерозиготных особей (Аа), 50% гомозиготных особей (аа).

Задача№2. Вероятность рождения ребенка с короткими ресницами 75 % или 3/1.

Задача№3. Генотип мужа – аа, жены – Аа, ребенка с нормальной пигментацией – Аа, ребенка-альбиноса – аа.

Задача№4. При скрещивании чистопородного черного быка с красными коровами все потомство будет черного цвета. При скрещивании между собой гибридов F1 в их потомстве (F2) будет наблюдаться расщепление: 3/4 особей будет черного цвета, 1/4 – красного.

Задача№5. Ответ: 25% - здоровы, но имеют белый локон(AaBB)

25% - глухонемые, имеют белый локон (aaBb)

25% - здоровы, не имеют белого локона (Aabb)

25% - глухонемые, не имеют белого локона (aabb)

Задача№6. F1 – все белые дисковидные, F2 – 9 белые дисковидные, 3 белые шаровидные, 3 желтые дисковидные, 1 желтый шаровидный.

Задача№7. Вероятность рождения здорового ребёнка в данной семье составляет 1/4 = 25%

Задача№8. Ответ: вероятность появления сына-дальтоника 25%.

Задача№9. Дочка может быть здоровой (XAXA ) или быть здоровой, но являться носителем гена гемофилии (XAX) , а сын может как здоровым (XAY), так и больным (XaY).

Задача№10. Соотношение по фенотипу 1:1, 50% детей здоровы.

Список литературы.

Основные источники:

1. Биология: уч. для студентов учер. сред, проф. обр. /Н.В. Чебышев, Г.С. Гузикова и др.; 7-е изд., - М.: Издат. центр «Академия», 2017.

2. Биология: уч. пос. для мед. училищ/В.Н. Ярыгин, И.Н. Волков и др., 2-е изд. – М.: Изд-во Юрайт; Высшее образование, 2016.

3. Общая биология: Учеб. Для 10-11 кл. общеобразоват. Учреждений/ Д.К. Беляев, П.М. Бородин, Н.Н. Воронцов и др.; под ред. Д.К. Беляева, Г.М. Дымшица. - 4-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 2017.

Дополнительные источники:

1.Н.И. Щеглов. Сборник задач и упражнений по генетике /с решениями/. МП «Экоинвест», 2017.

Интернет источники:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0

https://examer.ru/ege_po_biologii/teoriya/zadacha_po_genetike

http://bio.1sep.ru/article.php?ID=200400407