Модификационная изменчивость. Статистические закономерности модификационной изменчивости.
методическая разработка по биологии (10 класс) на тему

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 26»

города Междуреченска Кемеровской области

 Модификационная изменчивость.

 Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Интегрированный урок (биология-информатика).

                                                          Разработали: Колошина Вера Павловна,

                                                                                 учитель биологии,

                                                                                 Крылова Елена Михайловна,

                                                                                 учитель информатики и ИКТ.

г. Междуреченск, 2007 год

Пояснительная записка.

                Активное внедрение компьютерной техники в учебный процесс ставит учителя перед выбором - что необходимо: компьютерный урок или компьютерная поддержка урока. Несомненно, это два разных подхода к обучению. Очень важна задача воспитания информационной культуры пользователя ЭВМ, то есть умений добывать, хранить, преобразовывать и целесообразно использовать информацию. Закрепление и развитие умений школьников работать с информацией необходимо в изучении всех других учебных предметов. Поэтому мы рассматриваем компьютер на уроке как современное техническое средство обучения (ТСО), обеспечивающее в руках квалифицированного педагога оптимальное решение образовательных задач.

                В нашей школе на уроки биологии в 10-11 классах по базисному плану отводится 1 час в неделю (по концентрической программе), на уроки информатики и информационных технологий – 2 часа  в неделю. Мы решили разработать серию интегрированных уроков «биология – информатика» с целью использования информационных технологий.

              Урок «Модификационная изменчивость» является последующим продолжением изучения темы «Закономерности изменчивости». Изучение модификационной изменчивости рационально распределить на два урока, включив в них практическую работу по вариационной статистике с использованием информационных технологий.  Необходимо показать использование влияния среды на организм в селекции и сельском хозяйстве.

              Использование электронных таблиц  является повторением материала, изучаемого в 10-м классе.

Тема урока: «Закономерности изменчивости.

Фенотипическая, или модификационная,  изменчивость».

Цель урока:  формирование знания о модификационной изменчивости, о причинах ее появления; статистических закономерностях модификационной (ненаследственной) изменчивости.

Задачи урока:

-  установить статистические закономерности модификационной изменчивости;

-  научиться строить вариационный ряд и вариационную кривую;

-  научиться строить вариационную кривую, применяя информационные технологии;

-  повторить основные приёмы работы с Мастером диаграмм MS Excel.

Тип урока: комбинированный.

Методы обучения: словесный, практический.

Оборудование: компьютер, листья лаврового листа, линейка, ручка, резинка, коллекции мичуринских сортов плодовых.

Место проведения : кабинет информатики.

Оформление доски: портрет Ч. Дарвина, портрет И.В.  Мичурина,  фотография коллекции изменчивости цвета бабочек, величины насекомых, размеры фасоли.

Демонстрация: примеры модификационной изменчивости.

План урока.

I. Повторение пройденного материала.

II. Изучение нового материала.

1. Примеры модификационной изменчивости.

2.Понятие о взаимоотношении гена, белка и признака.

3.Взаимоотношения генотипа, среды и фенотипа.

4.Управление доминированием.

5.Использование модификационной изменчивости в практике сельского хозяйства.

6.Лабораторная работа « Изучение изменчивости растений и животных, построение вариационного ряда и кривой».

III. Закрепление знаний.

1. Практическая работа №1.
2. Практическая работа №2.

1. Домашнее задание.

V.     Итог урока.

                                                          Когда мы сравниваем между собой … разновидности…

                                                          наиболее древних   наших  домашних  животных или  

                                                          культурных растений,- нас прежде   всего поражает то

                                                          обстоятельство,   что они различаются   между собой

                                                          более, чем представители одного и того же вида в

                                                          естественном  состоянии.        

                                                                                                                                Ч.ДАРВИН.

Ход урока.

1. Повторение пройденного материала.

               Учитель биологии. Начнем урок с небольшого повторения.

- Дайте определение генетики как науки. (Предполагаемый ответ: генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости.  Датой рождения генетики считается 1990 г., когда были заново открыты закономерности наследования признаков, уже установленные в 1865  австрийским  натуралистом Грегором Менделем (1822-1884)).

- Что такое наследственность?( Предполагаемый ответ: свойство организмов передавать наследственные признаки из поколение в поколение).

 - Что такое фенотип? (Предполагаемый ответ: совокупность признаков и свойств организма,  которые  формируются в процессе  взаимодействия  генотипа с окружающей средой).

- Что такое генотип? (Предполагаемый ответ: совокупность  всех генов одного организм, каждый организм рождается на свет с готовым, полученным от родителей набором генов).

           Учитель биологии. Наряду со свойствами  наследственности организм обладает еще и изменчивостью.

-  Дайте определение изменчивости. (Предполагаемый ответ: процесс, отражающий взаимосвязь организма с внешней средой.  Различают изменчивость генотипическую (наследственную) и модификационную (ненаследственную).

2. Изучение нового материала.

Количество венчиков, яйценоскость, молочность, масса семян.

Окраска цветков, форма подов, масть животных, цвет глаз, половые различия.

                Количественные

                Качественные

    Признаки

              Учитель биологии. Вспомните, какие признаки бывают у организмов? 

- Как формируются признаки?

С этой целью вспомните определение гена и его влияние на образование признака. А теперь запишем на доске условную схему влияния гена:  

ген --------- белок (фермент) -------- признак.

- Какие же факторы среды  и как могут изменить признак организма?

Внешняя среда рядом факторов (влажность, освещенность, температура, солевой состав почвы, пища и др.) влияет на организмы, вызывая в них ответную реакцию, которая может проявляться в изменении их внешних и внутренних признаков.   Таким образом, организм обладает не только свойством передавать из поколения в поколение определенные признаки (наследственность), но и свойством изменчивости.

Изменчивость противоположна наследственности.

Факторы, вызывающие изменчивость организмов.

Генотипические

Фенотипические

Эндокринная

Колебания температуры, освещенность, влажность, количество и качество пищи.

Сделаем вывод, что фенотип есть результат взаимодействия генотипа и среды, и  уточним нашу условную схему:

Ген ---------фермент ------признак (фенотип)

                                                               Среда.

- При каких условиях протекает биосинтез белка?   Для этого необходимо наличие ряда ферментов определенной химической среды, температуры и т.д. Чтобы образовавшийся в результате действия гена фермент мог осуществить длинную цепь биохимических реакций, ведущих к формированию признака, также необходимы определенные условия среды (температура, кислотность, наличие ферментов, различные вещества и т.д.). Хочу привести примеры влияния условий среды на проявление признака у  различных   организмах:

1. проявление гена веснушчатости возможно только при наличии солнечного света (облучения)
2. ген образования хлорофилла выявляется лишь на свету;
3. проявление гена лысости у гетерозигот зависит от количества мужского полового гормона и т.д.

Обратите внимание на взаимоотношения между генотипом, фенотипом и средой.

             Учитель информатики: с  чем можно сравнить данный процесс?

            Учитель биологии.  Вот посмотрите, у меня в руках фотопленка и несколько фотографий с одного и того же кадра, но они все имеют разное изображение. Если сравнить генотип с пленкой фотоаппарата, на которой запечатлены наследственные задатки организма, а фенотип – с отпечатанной фотографией, то станет ясно, что четкость её изображения, контрастность, возможность рассмотреть отдельные детали в значительной степени будут зависеть от качества реактивов при проявлении и печатании, длительности освещения и т.д., то есть той среды, в которой протекает весь процесс воспроизведения изображения  на фотобумаге.

                   Запишите в тетради определение модификационной изменчивости.

                 Модификационная изменчивость -  способность организмов изменять фенотип под влиянием условий окружающей среды. Она не связана с изменениями генотипа и в последующих поколениях не передается.

Свойства модификаций

Изменения имеют групповой характер                   Изменения не наследуются

Изменения соответствуют действиям                     Пределы изменчивости обуславливаются

определенного фактора среды.                                изменчивостью генотипа.

Для изучения изменчивости растений и животных выполним  лабораторную работу:

« Изучение изменчивости растений и животных,  построение вариационного ряда и кривой».

Ход работы

Цель работы: познакомить учащихся со статистическими закономерностями модификационной изменчивости, выработать умение строить вариационный ряд и график изменчивости изучаемого признака.

Инструктивная карточка.

1. Расположите листья одного растения (лаврового дерева) в порядке нарастания их длины.
2. Измерьте длину листьев, полученные данные запишите в тетради. Подсчитайте число листьев, имеющих одинаковую длину, внесите данные в таблицу, в которой по горизонтали сначала расположит ряд чисел, отображающих последовательное изменение признака (длина листа лаврового дерева), ниже – частоту встречаемости каждого признака. Определите, какие признаки встречаются часто, какие – редко.

3. Постройте вариационную кривую, которая представляет собой графическое выражение изменчивости признака;
4. Определите среднюю величину выраженности признака по формуле

М=, где М – средняя величина, V – варианта, P – частота встречаемости вариант, n – общее число вариант  вариационного ряда.

Построение вариационной кривой

Частота встречаемости

Вариант изменчивости

5. Сделайте вывод о том, какая закономерность модификационной изменчивости вами обнаружена.

  Нормой реакции называются те пределы, в которых возможно изменение признаков у данного генотипа. Во всех случаях наследуется не сам фенотип, а способность к его проявлению.

             Учитель информатики: где же можно применить  данные знания?

             Учитель биологии.  Вспомните примеры работ И.В. Мичурина по управлению проявлением признаков у гибридов, при изучении  темы «Селекция растений и животных»:

1. Так, для скрещивания степной Самарской вишни с Владимирской он выписал несколько пудов почвы из города Владимира, с тем чтобы соответственно направить развитие гибрида.  
2. При скрещивании Иволистной груши с Бессемянкой гибриды в благоприятных условиях  уклонялись в сторону Бессемянки, при плохих – в сторону Иволистной.

1. Закрепление знаний. Обработка статистических данных на компьютере в программе MS Excel.

                Учитель информатики. Как вы знаете, электронные таблицы позволяют обрабатывать большие массивы числовых данных, например, результаты экспериментов, статистические данные и так далее. Их применение значительно снижает возможность ошибок при выполнении однотипных расчетов и позволяет человеку сосредоточить свое внимание на творческом процессе. Кроме этого электронные таблицы позволяют визуализировать данные в виде диаграммы или графика. Графики и диаграммы наглядно отображают зависимости между данными, что облегчает восприятие и помогает при анализе и сравнении данных.

               Диаграммы могут быть различных типов и соответственно представлять данные в различной форме. Для каждого набора данных важно правильно подобрать тип создаваемой диаграммы. Например, линейчатые диаграммы  используются для наглядного сравнения различных величин. Для отображения величин частей от целого - круговая диаграмма. Для отображения изменения величин в зависимости от времени и построения графиков функций - диаграмма типа «график».

         Рассмотрим следующие  биологические задачи.

               Учитель биологии. Задание №1. Вычислите среднюю величину (М) и постройте вариационную кривую изменчивости числа краевых (язычковых) цветков в соцветии хризантемы  по данным, приведённым в таблице^[1].

Изменчивость числа краевых (язычковых) цветков в соцветии хризантемы.

              Учитель информатики. На предыдущих уроках мы с вами научились вводить данные в ячейки электронных таблиц, применять  простейшие формулы для вычислений. Повторим  основные приёмы работы с Мастером диаграмм MS Excel, построив вариационную кривую для данной задачи.  

            Откройте файл «Хризантема 1». Выполните следующие действия:

▪ выделите в таблице диапазон ячеек, содержащих данные: B3:P4;

▪ выполните команду Вставка   Диаграмма .

Далее в среде Мастера диаграмм выполните 4 шага^[2].

1. На первом шаге необходимо выбрать тип диаграммы. Для нашей задачи наиболее подходит точечная диаграмма (визуально отображает табличную зависимость). На закладке Стандартные  выбрать тип  Точечная, вид – Точечная диаграмма со значениями, соединёнными сглаживающими линиями.  Щёлкнуть по кнопке Далее.
2. На этом шаге мы увидим, как будет выглядеть наша диаграмма. Справа от диаграммы появляется Легенда, которая содержит необходимые пояснения к диаграмме. Окно Диапазон: указывается диапазон адресов ячеек, содержащих данные для диаграммы (этот диапазон можно при необходимости изменять). Порядок выбора – в строках. Щёлкнуть по кнопке Далее. 
3. Теперь можно уточнить детали отображения диаграммы, изменить формат диаграммы и легенды (размеры, шрифт, цвета, подписи и так далее). На закладке Заголовки укажите заголовок диаграммы:  Изменчивость числа краевых (язычковых) цветков в соцветии хризантемы, подписи к осям (ось Х -  Число краевых цветков в одном соцветии(V), ось Y -  Число таких соцветий (Р)), на закладке Легенда место расположения легенды. Щёлкнуть по кнопке Далее.
4. Определяем, где поместим диаграмму: на отдельном листе или на том же листе, что и таблица. Щёлкнуть по кнопке Готово.

Можете полюбоваться построенной вариационной кривой.    

             Учитель биологии. Прочитайте ещё раз задачу. Что нужно найти?    Совершенно верно, используя данные вариационного ряда определить среднюю величину признака. Для этого численное выражение признака для каждой варианты умножают на число вариант. Все эти произведения складывают и затем делят на общее число вариант.  Это может быть выражено следующей формулой:

М=, где М – средняя величина, V – варианта, P – частота встречаемости вариант, n – общее число вариант  вариационного ряда.

             Учитель информатики. Выполните следующие действия^[3]:

 В ячейку А5 занесите текст Число краевых цветков в соцветиях,

 в ячейке В5 напишите формулу для вычисления: =В3*В4;

 за маркер заполнения скопируйте её до Р5.

 В ячейке Q2 напишите Всего,

 используя автосуммирование,  вычислите «Всего» в ячейке Q4 и в ячейке Q5.

 В ячейку R2 внесите текст Средняя величина изменчивости числа краевых цветков в соцветии(М). (Совет: для того чтобы в одной ячейке осуществлять ввод в две или более строки, необходимо при вводе в месте переноса нажимать комбинацию клавиш: левый +);

 введите формулу в ячейку  R5 для вычисления искомой средней величины: = Q5/ Q4.

Итак, задача решена. Можно распечатать.

            Учитель биологии. Задание №2. Вычислите среднюю величину (М) и постройте вариационную кривую изменчивости числа костных лучей в хвостовом плавнике камбалы по следующим данным:

Изменчивость числа костных лучей в хвостовом плавнике камбалы.

 Учитель информатики. Выполните эту задачу самостоятельно, используя алгоритм решения предыдущей задачи. Данные находятся в файле «Камбала 1».Результат:

2. Задание на дом.

Задание №3.

В четырех  параллельных восьмых классах измерили рост 83 учащихся. Результаты следующие:

а) постройте вариационную кривую роста учащихся ;

б) определите среднюю величину ряда (М);

в) объясните, какое практическое значение имеет изучение изменчивости роста людей.

(см. таблицу 1.)

Таблица 1.

Приложение № 1.

Инструктивная карточка к лабораторной работе

«Изучение изменчивости растений и животных,

построение вариационного ряда и кривой»

Ход работы

1. Инструктивная беседа о проведении лабораторной работы, установление её цели, ходя работы, получении выводов.
2. Проведение лабораторной работы
3. Обобщающая беседа по итогам лабораторной работы.

Инструктивная карточка.

1. Расположите листья одного растения ( лаврового дерева) в порядке нарастания их длины.
2. Измерьте длину листьев, полученные данные запишите в тетради. Подсчитайте число листьев, имеющих одинаковую длину, внесите данные в таблицу:

3. Постройте вариационную кривую, которая представляет собой графическое выражение изменчивости признака;
4. Определите среднюю величину выраженности признака по формуле

М=, где М – средняя величина, V – варианта, P – частота встречаемости вариант, n – общее число вариант  вариационного ряда.

Построение вариационной кривой

Частота встречаемости

Вариант изменчивости

Приложение 2.

Практическая работа «Построение точечной диаграммы».

 Откройте файл «Хризантема 1». Выполните следующие действия:

▪ выделите в таблице диапазон ячеек, содержащих данные: B3:P4;

▪ выполните команду Вставка   Диаграмма или щёлкните мышью по кнопке …

Далее в среде Мастера диаграмм выполните 4 шага.

1. На первом шаге необходимо выбрать тип диаграммы. Для нашей задачи наиболее подходит точечная диаграмма (визуально отображает табличную зависимость). На закладке Стандартные  выбрать тип  Точечная, вид – Точечная диаграмма со значениями, соединёнными сглаживающими линиями.  Щёлкнуть по кнопке Далее.
2. На этом шаге мы увидим, как будет выглядеть наша диаграмма. Справа от диаграммы появляется Легенда, которая содержит необходимые пояснения к диаграмме. Окно Диапазон: указывается диапазон адресов ячеек, содержащих данные для диаграммы (этот диапазон можно при необходимости изменять). Порядок выбора – в строках. Щёлкнуть по кнопке Далее. 
3. Теперь можно уточнить детали отображения диаграммы, изменить формат диаграммы и легенды (размеры, шрифт, цвета, подписи и так далее). На закладке Заголовки укажите заголовок диаграммы:  Изменчивость числа краевых (язычковых) цветков в соцветии хризантемы, подписи к осям (ось Х -  Число краевых цветков в одном соцветии(V), ось Y -  Число таких соцветий (Р)), на закладке Легенда место расположения легенды. Щёлкнуть по кнопке Далее.
4. Определяем, где поместим диаграмму: на отдельном листе или на том же листе, что и таблица. Щёлкнуть по кнопке Готово.

Приложение 3.

Практическая работа «Работа с формулами».

Выполните следующие действия:

 В ячейку А5 занесите текст Число краевых цветков в соцветиях,

 в ячейке В5 напишите формулу для вычисления: =В3*В4;

 за маркер заполнения скопируйте её до Р5.

 В ячейке Q2 напишите Всего,

 используя автосуммирование,  вычислите «Всего» в ячейке Q4 и в ячейке Q5.

 В ячейку R2 внесите текст Средняя величина изменчивости числа краевых цветков в соцветии(М). (Совет: для того чтобы в одной ячейке осуществлять ввод в две или более строки, необходимо при вводе в месте переноса нажимать комбинацию клавиш: левый +);

 введите формулу в ячейку  R5 для вычисления искомой средней величины: = Q5/ Q4.

Приложение 4.

Биологический энциклопедический словарь

Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости.  Датой рождения генетики считается 1990 г., когда были заново открыты закономерности наследования признаков, уже установленные в 1865  австрийским натуралистом Грегором Менделем (1822-1884).

Генотип - совокупность  всех генов одного организм, каждый организм рождается на свет с готовым, полученным от родителей набором генов).

Фенотип - совокупность признаков и свойств организма,  которая  формируется в процессе  взаимодействия  генотипа с окружающей средой

Наследственность – свойство организма передавать признаки из поколения в поколение.

Изменчивость – свойство организма приобретать признаки в процессе индивидуального развития.

Мутации – внезапное, скачкообразное отклонение  от нормы и появление у растения и животного нового наследуемого признака.

Модификационная изменчивость – способность организмов изменять фенотип под влиянием условий окружающей среды. Она не связана с изменениями генотипа и в последующих поколениях не передается.

Норма реакции – пределы модификационной изменчивости; крайние значения вариационной кривой.

Вариационная прямая – ряд изменчивости конкретного признака, слагающийся из отдельных вариант, расположенных в порядке нарастания или убывания выраженности признака.

Вариационная кривая – графическое выражение изменчивости признака, отражающее размах вариаций и частоту встречаемости отдельных вариантов.

Формула вычисления средней величины изменчивости - М=, где М – средняя величина, V – варианта, P – частота встречаемости вариант, n – общее число вариант  вариационного ряда.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология т.3  М., «Мир»,1990  с. 245
2. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. Учебник для 10-11 класс общеобразовательных учреждений ,  М.,  «Дрофа», 2001г., с.310- 316.
3. Козлова Т.А., Кучменко В.С. Биология в таблицах 6-11 класс. Справочное пособие. М., «Дрофа» 2005г.
4. Козлова Т.А., Сонин Н.И.  Общая биология 10-11 класс: Методическое пособие к учебнику В.Б Захарова., С.Г Мамонтов., Н.И Сонин «Общая биология» / Под ред. В.Б.Захарова . -  М.,  «Дрофа», 2001г. с. 108-113.
5. Кучменко В.С, Козлова Т.А., Биология, краткий справочник  школьника 10-11 класс, М., издательский дом «Дрофа», 1997г, с. 73-77.
6. Ловкова Т.А. Биология. Общие закономерности. 9  класс Методическое пособие к учебнику Мамонтова С.Г., Захарова В.Б.,  Сонина Н.И.  « Биология. Общие закономерности 9 класс». М., издательский дом «Дрофа», 2002г. с. 92.
7. Муртазин Г.М. Задачи и упражнения по общей биологии.  Пособие для учащихся 9-10 классов, М., «Просвещение», 1972. с.179-182 .
8. Общая биология Учебник для 10-11 кл. общеобразовательных учеб. заведений/ Под редакцией академика Беляева Д.К., профессора Дымшица Г.М., профессора Рувинского А.О.  
9. Общая биология. учебник для 10-11 кл. Под редакцией член-корреспондента Полянского Ю.И., учебник для 10-11 классов общеобразовательных учреждений, М., «Просвещение», 2000 г.
10. Сухова Т.С., Козлова Т.А. Сивоглазов В.И. Рабочая тетрадь по общей биологии: Вопросы, задания, лабораторные работы и наблюдения / под редакцией  Захарова В. Б., М., «Школа-Пресс», 1996 г. с 95.
11. Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов/Н.Д.Угринович. – М.: Бином. Лаборатория Знаний, 2003.-512 с.:ил.

Модификационная

изменчивость.

Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Свойства модификаций

Изменения имеют

групповой характер                                                           Изменения не наследуются

Изменения соответствуют                                                   Пределы изменчивости

 действиям                                                                          обуславливаются                                                                  

определенного фактора среды.                                        изменчивостью генотипа.

Факторы, вызывающие изменчивость организмов.

Генотипические

Фенотипические

Эндокринная

Колебания температуры, освещенность, влажность, количество и качество пищи.

 Как формируется признак?

ген --- белок (фермент) --- признак.

Результат взаимодействия генотипа и среды

Ген ---фермент --- признак (фенотип)

               Среда.

    Признаки

      Количественные

Окраска цветков, форма подов, масть животных, цвет глаз, половые различия.

Количество венчиков, яйценоскость, молочность, масса семян.

         Качественные