Авторская методическая разработка программы внеурочной деятельности «Решение генетических задач»
методическая разработка по биологии (10 класс)

МОУ “Дубъязская средняя общеобразовательная школа Высокогорского муниципального района

Республики Татарстан»

Решение генетических задач

(Авторская программа внеурочной деятельности

для X класса, на 8 часов)

Автор:

Абдуллина Халиса Нуриахметовна

учительница биологии

высшей категории

МБОУ «Дубъязская СОШ»

Дубъязы – 2023г.

Пояснительная записка

Программа внеурочной деятельности  «Решение генетических задач» ориентирована на учеников 10 класса и рассчитана на 8 часов.

Предлагаемая программа элективного курса поможет углубить и расширить знания учащихся по наиболее важным проблемам биологической науки. Программа позволяет расширить и углубить знания учащихся с позиций классической и современной генетики.

Данная программа поможет дать учащимся знания о наследственном аппарате человека, животных и микроорганизмов. Сможет научить решать сложные генетические задачи. Что, безусловно, будет способствовать повышению биологических знаний, формировать знания о генетически модифицированных продуктах, правильно относиться ГМИ.

Программа имеет большое значение для более глубокого понимания учащимися закономерностей наследственности и изменчивости организмов, генетических основ медицины, эволюции, селекции.

Практическое значение теорий и закономерностей, разрабатываемых и открываемых генетикой, чрезвычайно велико. Генетика достигла больших успехов в изучении наследственности и изменчивости и получила широкое применение на практике. В настоящее время в медицине и сельском хозяйстве большое место занимают методы генной инженерии. Во многих развитых странах ведутся работы по изучению стволовых клеток человека и животных, это может стать решающим шагом в решении многих медицинских проблем.

Проникновение в тайны наследственности позволило выявить причины многих наследственных заболеваний, таких как: сахарный диабет, гемофилия, шизофрения, серповидно-клеточная анемия, фенилкетонурия и др.

Данная программа способствует преодолению изолированности школы от общественной жизни, выходу за грань школьного обучения. Это повышает интерес школьников к процессу обучения, воспитывает индивидуальную ответственность. После завершения конкретных мероприятий учащиеся заинтересованы продолжать изучение данной тематики, поддерживать начатое, сохранять достигнутое.

В основу программы положен исследовательский подход, который позволяет развивать у учащихся научный и творческий склад мышления, способности к самостоятельному поиску, решению поставленных проблем и предложенных задач. Решение данной проблемы помогает учащимся создавать свои проекты исследовательской деятельности, примеры которых выложены на сайте nsportal.ru

Глубокие знания в области генетики позволят учащимся выбрать интересную профессию в будущем. Профессии, связанные с генетикой, востребованы во многих экономически развитых странах.

Основные цели программы.

1. Ознакомить учащихся с особенностями генетики как науки.

2. Повысить уровень общеобразовательной подготовки учащихся,

ознакомить учащихся с некоторыми методами научного исследования.

3. Научить использовать знания по генетики и биохимии, составлять

генеалогическое древо каждого ученика.

Задачи программы:

1. Раскрыть содержание проблем, разрабатываемых генетикой;

2. Ознакомить учащихся со структурой ДНК;

3. Научить учащихся использовать готовые знания и решать генетические

задачи.

В процессе обучения учащиеся приобретают следующие умения и навыки:

-решать генетические задачи;

-составлять родословные;

-готовить лекционный материал;

-представлять свои работы в виде проектов, презентаций, публикаций и

буклетов.

Основные методы и формы изучения курса:

-теоретические занятия;

-практикумы;

-беседы;

-лекции;

-показ слайдов;

-презентации;

Форма отчетности:

-презентация профессии: генетик, микробиолог, селекционер, биохимик,

фармагенетик, экогенетик, криминалист.

-решение задач.

Материальная база

Компьютерные слайды, иллюстрации, энциклопедии, задачники,

информация из СМИ.

Учебно - тематический план

1. Введение. История изучения ДНК.

2. Молекулярная генетика.

3. Молекулярно-генетический анализ в руках детектива.

4.  Определение пола индивидов по анализу гена амеллогена.

5.  Наследование признаков сцепленных с полом.

6.  Биохимический код наследственности. Гены и поведение.

7.  Генная инженерия.

8. Презентация профессий.

Методические рекомендации для учителя

1. Введение. История изучения ДНК.

Теоретическая часть

Структура ДНК. Специфичность нуклеотидов. Работы Джеймса Уотсона и Френсиса Крика. Свойства ДНК и его биологические функции. Генетик.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 1-5)

2. Молекулярная генетика.

Теоретическая часть

Что и как записано в гене. Дискретные наследственные факторы (1865). Геном и генотип. Генокопия – возникновение сходных фенотипических признаков. Генофонд и геноцид.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 6-10)

3. Молекулярно-генетический анализ в руках детектива.

Теоретическая часть

Механизм синтеза ДНК. ДНК- полимераза. Работа Артура Корнберга. Детектив, эксперт.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 11-15)

4. Определение пола индивида по анализу гена амеллогена.

Теоретическая часть

Метод определения последовательности нуклеотидов, работа Фредерика Сэнгера. Экогенетик.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 16-20)

5. Наследование признаков сцепленных с полом.

Теоретическая часть

Наследственные заболевания. Мозаицизм, гинандроморфизм, химера – результат рекомбинации или перераспределения генов, мутаций или неправильного расхождения хромосом в результате деления клетки. Фармагенетик.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 21-25)

6. Биохимический код наследственности.

Теоретическая часть

Генетическая информация. ДНК-паспортизация. Гены и поведение. Генеалогическое древо. Генетические карты хромосом. Криминалист.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 26-30)

7. Генная инженерия.

Теоретическая часть

Жизнь - есть способ существования аппарата белкового синтеза. Конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. Создание биологически активных соединений – инсулин, интерферон. Микробиологический синтез – антибиотиков, гормонов, витаминов, аминокислот и др. Биотехнолог. Микробиолог.

Практическая часть

Решение генетических задач (См. приложение № 31-35)

8. Презентация профессий:

Генетик, фармагенетик, экогенетик, микробиолог, криминалист, селекционер.

Содержание

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Наследственность и изменчивость — два противоположных свойства живых организмов, неразрывно связанных между собой.  Наследственность — способность организмов повторять в поколениях сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития. Изменчивость — способность организмов приобретать различия в признаках друг от друга и от своих родителей. Благодаря наследственности сохраняется однородность, единство вида, а изменчивость делает вид неоднородным, создает предпосылки для дальнейшего видообразования. Основоположник генетики — чешский естествоиспытатель Грегори Мендель, опубликовавший в 1865 г. труд «Опыты над растительными гибридами». Однако датой возникновения генетики как науки является 1900г, когда ученые разных стран — Гуго де Фриз (Голландия), Карл Эрих Корренс (Германия) и Эрих Чермак (Австрия) независимо друг от друга открыли законы генетики. 

В 1907 г. — Уильям Бэтсон предложил термин «генетика». В 1909 г. — Вильгельм Иогансен назвал внешний вид организма фенотипом, единицы наследственности генами, а совокупность наследственных задатков организма — генотипом.

Задачи и проблемы генетики человека:

Трудности в изучении генетики человека

1. Невозможность постановки экспериментов по скрещиванию, подбор родительских пар и др.;

2. Медленная смена поколений и небольшое число детей в каждой семье;

3. Биологическая и социальная ценность каждого индивидуума.

Задачи медицинской генетики

1. Создание медико-генетических консультаций, оказывающих помощь тем супружеским парам, у которых возникают сомнения по поводу здоровья будущего ребенка; 

2. Разработка мер по уменьшению вероятности воздействия на человека мутагенных факторов и контроль их присутствия в окружающей среде;

3. Завершение расшифровки всех генов человека (от 60 до 100 тысяч) и составление генетических карт хромосом.

Структура ДНК. Наследственная информация в клетках прокариот и эукариот заключена в двухцепочечных молекулах ДНК. Участок ДНК, несущий информацию об одной полимерной цепи, называется геном. Наследственная информация в любой клетке реализуется через процессы репликации ДНК, транскрипцию и трансляцию. Специфичность нуклеотидов. Нуклеотиды – фосфорные эфиры нуклеозидов; состоящие из азотистого основания (пуринового или примидонового), углевода (рибозы или дезоксирибозы) и одного или нескольких остатков фосфорной кислоты. Они являются составной частью нуклеиновых кислот, коферментов и др. биологически активных соединений.

Работы Джеймса Уотсона и Френсиса Крика. Модель Уотсона и Крика, предложенная в 1953 году – это двойная спираль, структурная модель ДНК, которая объясняла каким образом генетическая информация может быть записана в молекулах ДНК, и в то же время позволяла высказать предположения о химических механизмах самовоспроизведения этих молекул. Эта гипотеза стимулировала экспериментальные и теоретические работы, приведшие к бурному развитию молекулярной биологии. Свойства ДНК и его биологические функции.

Что и как записано в гене. Дискретные (раздельные) наследственные факторы (1865). Геном, совокупность генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом данного организма. Диплоидные организмы содержат 2 генома – отцовский и материнский. В 1988 году по инициативе ученых США создана международная организация «Геном человека», ставящая целью координацию работ по определению полной нуклеотидной последовательности всей ДНК человека. Решение этой проблемы важно для понимания происхождения и эволюции человека, выяснения причин и механизмов возникновения наследственных заболеваний.

Генотип, в современной науке рассматривается не как механический набор независимо функционирующих генов, а как единая система, в которой любой ген может находиться в сложном взаимодействии с остальными генами. Генокопия – возникновение сходных фенотипических признаков. Генофонд – совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции. Подчеркивая необходимость сохранения всех ныне живущих видов, говорят также о генофонде Земли. Разрабатываются методы сохранения генетических ресурсов биосферы, особенно генофонда растений и животных, имеющих практическое значение или находящихся под угрозой исчезновения. Геноцид – истребление отдельных групп населения по расовым, национальным или этническим признакам. УК Российской Федерации устанавливает уголовную ответственность за геноцид.

Механизм синтеза ДНК. ДНК- полимераза. Работа Артура Корнберга. Американский биохимик открыл и выделил фермент ДНК – полимеразу, с помощью которого синтезировал в бесклеточной системе биологически активную молекулу ДНК одного из бактериофагов. Получил Нобелевскую премию в 1959 году.

Метод определения последовательности нуклеотидов, работа Фредерика Сэнгера. Генетически модифицированные продукты питания.

Наследственные заболевания – гемофилия, альбинизм, серповидно-клеточная анемия, шизофрения, фенилкетонурия и др. Мозаицизм – наличие в тканях растения, животного, человека или в клоне микроорганизма клеток с различной наследственной структурой. Возникает в результате перераспределения генов или неправильного расхождения хромосом в процессе деления клетки. Гинандроморфизм – ненормальное сочетание признаков обоих полов у особи (одни части тела женского, другие мужского типа). Следствие неправильного распределения половых хромосом по клеткам. Часто встречается у насекомых. Химера – результат рекомбинации или перераспределения генов, мутаций или неправильного расхождения хромосом в результате деления клетки.

Гемофилия — наследственное заболевание человека, связанное с дефектом свертывающей системы крови вследствие отсутствия какого-либо из двух факторов свертывания крови (у человека их 14). Больной может страдать от сильных и длительных кровотечений, возникающих в результате любой травмы или раны. Лечение больного гемофилией связано с переливанием ему плазмы крови, содержащей недостающие факторы свертывания. В организме человека болезнь обусловлена рецессивным геном, сцепленным с Х-хромосомой, и передается по женской линии рода. Проявляется, в основном, у мужчин, У - хромосома которых не имеет доминантного аллеля нормальной свертываемости крови. Женщины, как правило, являются носительницами рецессивного аллеля этого гена. 

Дальтонизм — наследственное заболевание человека, выражающееся в неспособности различать некоторые цвета (обычно красный и зеленый). Объясняется отсутствием в сетчатке глаза колбочек одного или нескольких типов. Передается по женской линии с половыми Х-хромосомами, несущими рецессивный ген дальтонизма. Болеют дальтонизмом как женщины (0,5%), гомозиготные по данному гену, так и мужчины (8%), у которых в У -хромосоме нет доминантного аллеля этого гена. Наследование аналогичное наследованию гемофилии (см. гемофилию).

Синдром Дауна — наследственное заболевание связанное с тем, что хромосомы 21 пары гомологов не расходятся в мейозе. Поэтому возникают гаметы с набором хромосом ХХ и при оплодотворении таких гамет сперматозоидом  возникает зигота с т.н. трисомией — ХХУ или XXX. Заболевание проявляется в характерном разрезе глаз, низком росте, короткопалости, аномалиях внутренних органов, умственной отсталости, патологиях обмена веществ. Чаще возникает у детей, рожденных женщинами в возрасте 40 и более лет.

Клайнфельтера синдром — болезнь, вызванная нарушениями в числе половых хромосом. У больных мужчин половые хромосомы представлены набором ХХУ. Лишнюю Х хромосому они получают практически с равной вероятностью либо от матери, либо от отца, причем с увеличением возраста отца вероятность такого «сбоя» возрастает. Частота рождения больного мальчика составляет около 1/500. У больных нарушена пропорциональность тела, недоразвиты вторичные и первичные половые признаки, может наблюдаться умственная отсталость, они обычно безынициативны и редко способны к творчеству.

Серповидно-клеточная анемия — наследственное заболевание, вызванное генной мутацией. Рецессивный аллель вызывает замену одного аминокислотного остатка в бетта— цепи гемоглобина на другой (глутаминовая кислота заменяется на валин). В результате эритроциты принимают серповидную форму, что приводит к ухудшению связывания кислорода гемоглобином крови. Больные — гомозиготы серповидно-клеточной анемии погибают в раннем возрасте, а гетерозиготы остаются живыми, но страдают при этом одышкой. Болезнь распространена в популяциях людей в тропической Африки и Азии. Гетерозиготы по серповидно-клеточной анемии гораздо устойчивее к малярии, чем доминантные гомозиготы по нормальному аллелю. 

Цитоплазматическая наследственность — участие цитоплазмы в формировании некоторых признаков организма с помощью генов, расположенных в некоторых органоидах, например, в митохондриях и хлоропластах. Признаки, наследующиеся цитоплазматически, передаются только через яйцеклетку, содержащую зачатки митохондрий и пластид. Например, у человека материнские признаки передаются как ядерными, так и митохондриальными генами (около 30 генов), тогда как от отца наследуются только гены, содержащиеся в ядре сперматозоида, оплодотворившего яйцеклетку. Аналогичное наследование наблюдается у львиного зева. У растения пестролистность передается по материнской линии, так как яйцеклетка содержит хлоропласты в виде пропластид, спермии пластид не содержат. Пластиды размножаются делением, но поскольку не все они содержат хлорофилл (в силу мутаций), растение получается пестролистным. 

Пол — совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих функцию воспроизведения потомства и передачу наследственной информации за счет образования гамет. Самцы и самки большинства организмов различаются хромосомным набором соматических и половых клеток. В клетках имеются одинаковые (идентичные) хромосомы —  аутосомы (А) или неполовые хромосомы и разные (неидентичные) хромосомы — гетеросомы, пли половые (X — хромосома; У — хромосома).

Аутосомы (неполовые хромосомы)  — пары хромосом, одинаковые в хромосомных наборах клеток самцов и самок.

Гетеросомы (половые хромосомы)  — пары хромосом, различающиеся в хромосомных наборах клеток самцов и самок.

Соматические клетки имеют диплоидный набор аутосом и одну пару половых хромосом (2А + XX или 2А + ХУ). Половые клетки имеют гаплоидный набор аутосом и одну половую хромосому (А+Х или А+У). Пол, продуцирующий два сорта гамет (А+Х; А+У), — гетерогаметный; один сорт гамет (А+Х) — гомогаметный.

Типы определения пола у организмов

1) XY — мужской пол (гетерогаметный), XX — женский пол (гомогаметный). Встречается у многих организмов, например, млекопитающие, большинство насекомых, черви, некоторые рыбы и др.

2) ZZ — мужской пол (гомогаметный), ZW — женский пол (гетерогаметный). Встречается несколько реже, например,  у птиц, пресмыкающихся, некоторых земноводных и насекомых.

3) ХО — мужской пол (гетерогаметный, утративший в процессе эволюции одну из половых хромосом), XX — женский пол (гомогаметный). Встречается у организмов, в жизненном цикле которых наблюдается размножение партеногенезом (например, перепончатокрылые и прямокрылые насекомые).

Пол наследуется как менделирующий признак, т. е. ведущий себя в соответствии с законами Г. Менделя. Любой организм является генетически бисексуальным, так как в его генотипе имеются гены обоих полов, т. е. унаследованные от матери и отца.  У большинства организмов в популяциях соотношение особей мужского и женского пола одинаково, т. е. равно 1:1.

Пол будущего организма определяется в момент оплодотворения и связан с гаметой, принадлежащей гетерогаметному полу. Так, у человека яйцеклетка (А+Х) может быть оплодотворена сперматозоидом (А+X) или сперматозоидом (А+У). В связи с тем, что участие в оплодотворении той или иной мужской гаметы равновероятно, возникает равная вероятность рождения мальчика или девочки.

Наследование, сцепленное с полом — наследование и передача признаков, развитие которых определяют гены, расположенные в половых хромосомах. Впервые установлено Т. Морганом в1911 г.

Различают следующие 3 типа наследования признаков, сцепленных с полом: полное сцепление с полом, неполное и голандрия.

1) Полное сцепление с полом характеризуется тем, что гены, расположенные в Х — хромосоме уже в первом поколении дают расщепление по фенотипу. Признак матери передается только сыновьям, а признак отца — только дочерям.

2) Неполное сцепление с полом характерно для аллелей одинаковых генов расположенных как в Х, так и в Y — хромосоме. В этом случае рецессивный признак передается только или от «бабушек» к «внучкам» или от «дедушек» — «внукам».

3) Голандрическое наследование наблюдается при наличии определенных генов только в Y — хромосоме. У человека, таким образом, наследуется повышенная волосатость ушной раковины.

Наряду с генами, полученными от родителей, на формирование признаков у организма оказывают влияние условия внешней среды, в которых эта генетическая информация реализуется.

Дискретные, или качественные признаки (окраска шерсти у животных и венчиков у цветков растений, группы крови у человека, жирность молока у коров и др.) полностью контролируются генотипом, и внешняя среда на них не оказывает никакого влияния. Непрерывные, или количественные признаки (рост и масса организмов, удойность у коров и др.) в сильной степени находятся под влиянием внешней среды. В этом случае наследуется не готовый признак, определяемый генами генотипа, а определенный тип реакции генотипа (норма реакции) на воздействие внешней среды (влияние среды никогда не может вывести фенотип за пределы, определяемые генотипом).

Генетическая информация. ДНК-паспортизация – код наследственности. Генетические карты хромосом – схемы относительного расположения генов в хромосомах, позволяющие предсказывать характер наследования изучаемых признаков организмов. Гены и поведение. Проблемы генетической безопасности. Генеалогия, генеалогическое древо.

В генетике выделяют ряд специальных приемов и операций для решения практических и теоретических задач науки. Наиболее важными методами являются: близнецовый, популяционно-статистический, гибридологический, генеалогический, цитогенетический.

Близнецовый — метод анализа близнецов, применяемый для выявления различий во влиянии наследственности и среды на развитие различных признаков у человека. Суть метода в сопоставлении пар однояйцевых близнецов, воспитывающихся вместе и раздельно в разных условиях (в городе и деревне, в семьях с разной культурой и т.д.). Также сравниваются пары однополых разнояйцевых близнецов с однояйцевыми. У однояйцевых близнецов такие признаки, как группа крови, цвет глаз и волос не зависят от условий среды. Напротив, косолапость или ранняя морщинистость в большей степени определяются средой, чем наследственностью.

Популяционно-статистический — метод определяет частоту встречаемости различных генов в популяциях организмов, что позволяет вычислить число особей, обладающих мутантными генами, составляющими резерв наследственной изменчивости популяции. 

Гибридологический — метод генетического анализа потомства (гибридов), полученного от родителей, отличающихся по одному или нескольким признакам.

Основные постулаты гибридологического метода:

1. Родительские особи должны отличаться одним или несколькими признаками и, кроме того, должны быть чистыми линиями по изучаемым признакам.

2. Должен осуществляться анализ потомков от каждой родительской пары в каждом поколении.

3. Закономерности результатов скрещиваний должны анализироваться статистически.

Генеалогический — метод изучения родословной человека, целью которого является обнаружение носителя (пробанда) интересующего признака и определение вероятности его проявления у живущих поколений или их будущего потомства. Наиболее известный в истории случай выявления носителя заболевания — путем изучения родословной — у царевича Алексея Романова, страдавшего гемофилией.

Цитогенетический — метод изучения числа и структуры хромосом в клетках пациента, видимых под микроскопом на стадии метафазы. Дает возможность обнаруживать число хромосом у плода на 16-й недели беременности. С этой целью берут пробу околоплодной жидкости, содержащей клетки плода, которые исследуются под микроскопом. 

Развитие этого и других биохимических и биофизических методов исследования обеспечило полное прочтение генной последовательности ДНК человека, что стало чрезвычайно важным не только научным, но и практическим событием в биологии и медицине.

Современное состояние теории гена.

В результате наследований элементарных единиц наследственности сложились представления, носящие общее название теории гена. Основные положения этой теории:

1. Ген занимает определенный участок (локус) в хромосоме;

2. Ген — часть молекулы ДНК, имеющий определенную последовательность нуклеотидов, представляет собой функциональную единицу наследственной информации. Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов, неодинаково;

3. Внутри гена могут происходить рекомбинации и мутирование;

Существуют структурные и функциональные гены;

Структурные гены кодируют синтез белков, но ген не принимает непосредственного участия в синтезе белка. ДНК — матрица для молекул иРНК.;

Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов.

Расположение триплетов из нуклеотидов в структурных генах коллинеарно аминокислотам в полипептидной цепи, кодируемой данным геном.

Молекулы ДНК, входящие в состав гена, способны к репарации, поэтому не всякие повреждения гена ведут к мутациям.

Генотип, будучи дискретным (состоящим из отдельных генов) функционирует как единое целое. 

Генетическая карта хромосомы — схема относительного расположения генов, входящих в состав одной хромосомы и принадлежащих к одной группе сцепления.

Выражается в условных единицах — морганидах (единица измерения расстояния между генами, названная так в честь Т. Моргана). Одна морганида — генетическое расстояние, на котором кроссинговер происходит с вероятностью 1%. 

Наиболее полно изучена генетика и построены генетические карты хромосом у дрозофилы, кукурузы, томатов и др.

Жизнь - есть способ существования аппарата белкового синтеза. Конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. Создание биологически активных соединений – инсулин, интерферон. Микробиологический синтез – антибиотиков, гормонов, витаминов, аминокислот и др.

Евгеника — учение о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Основоположник учения Френсис Гальтон (Голтон) (1869) считал, что необходимо изучать факторы, положительно влияющие на такие наследственные качества человека, как здоровье, одаренность, интеллект. Прогрессивные ученые ставили перед евгеникой гуманные цели, но некоторые ее идеи были извращены фашистами и использованы ими для оправдания расизма и геноцида. В настоящее время проблемы евгеники близки к проблемам медицинской генетики.

Селекция микроорганизмов

Селекция микроорганизмов создает новые чистые культуры (штаммы) бактерий, грибов, обеспечивающих промышленное производство в следующих областях:

 1) медицина. Производят антибиотики, гормоны, витамины, лизоцим, интерферон, инсулин, факторы роста полусинтетические вакцины и др.;

2) продовольствие. Производят кормовые белки, незаменимые аминокислоты, пептиды, нуклеотиды, сахарозаменители, органические кислоты, спирты и др.

3) промышленность. Производят растворители, пестициды, жидкое и газообразное топливо, вещества, вызывающие биоконверсию растительного и животного сырья, очистку воды и др.

Биотехнология —  раздел науки и техники, использующий знания о биологических процессах одноклеточных организмов для производства необходимых народному хозяйству и медицине продуктов.

Микробиологическая промышленность — отрасль биотехнологии занятая получением от микроорганизмов ценных для человека продуктов

Методы селекции микроорганизмов

1. Искусственный мутагенез. 

С помощью рентгеновских лучей, ультрафиолета, химических соединений  и других мутагенных факторов повышается в сотни раз мутационный процесс, с целью получения нужных мутаций.

2. Искусственный отбор.

Осуществляется отбор рас микроорганизмов, наиболее активно синтезирующих необходимых человеку соединений.

3. Генная инженерия.

Целенаправленное создание новых комбинаций генетического материала и последующее его встраивание в генетический аппарат клеток микроорганизмов с последующим клонированием нужного гена.

Профессии, связанные с генетикой:

Генетик – человек, изучающий химическую природу генетического материала.

Фармагенетик – человек, изучающий влияние лекарственных средств на генотип организмов.

Экогенетик - человек, изучающий влияние экологических факторов на генотип организмов.

Микробиолог - человек, изучающий микроорганизмы, их систематику, морфологию, физиологию, распространение и роль в круговороте веществ в природе. Микроорганизмы, вызывающие болезни, человека, животных и растений.

Криминалист – человек, изучающий механизмы преступления, использующий доказательства генетической принадлежности следов преступления.

Селекционер - человек, занимающийся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных.

Приложение 1.

Темы для проектных работ:

1. Значение селекции в век генной инженерии.
2. Насколько опасна «Пища Франкенштейна»?
3. Что нужно знать микробиологу?

Темы для рефератов:

1. Современная криминалистика.
2. Влияние лекарственных средств на генотип организма.
3. Влияние экологических факторов на генотип организма.
4. Искусственные и естественные мутации.

Приложение 2.

1. Одна из цепочек молекулы ДНК имеет такую последовательность

нуклеотидов:

А Г Т А Ц Ц Г А Т Т А Ц Т Ц Г А Т Т Т А Ц Г …

Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка той же

молекулы?

2. Укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК, образующихся путем

самокопирования цепочки:

Ц А Ц Ц Г Т А Ц А Г А А Т Ц Г Ц Т Г А Т …

3. В лаборатории исследован участок одной из цепочек молекулы ДНК.

Оказалось, что он состоит из 20 мономеров, которые расположены в такой

последовательности:

Г Т Г Т А А Ц Г А Ц Ц Г А Т А Ц Т Г Т А …

Что можно сказать о строении соответствующего участка второй цепочки

той же молекулы ДНК?

4. Напишите последовательность нуклеотидов ДНК, дополнительно к

следующей:

А Г Г Ц Ц Т А Г Г Ц Т А А Т А Г Ц Ц Г Т …

5. Молекула ДНК распалась на две цепочки. Одна из них имеет строение:

Т А Г А Ц Т Г Г Т А Ц А Ц Г Т Г Г Т Г А …

Какое строение будет иметь вторая молекула, когда указанная цепочка

достроится до полной двухцепочечной молекулы ДНК?

6. Большая из двух цепей белка инсулина начинается со следующих

аминокислот: фенилаланин – Валин – аспарагин – глютаминовая кислота –

гистидин – лейцин. Напишите последовательность нуклеотидов в начале

участка молекулы ДНК, хранящего информацию об этом белке.

7. Укажите последовательность мономеров участка молекулы ДНК,

кодирующего участок молекулы белка глюкагона, в котором

аминокислоты следуют друг за другом в таком порядке: треонин – серин –

аспарагин – тирозин серин – лизин – тирозин.

8. Цепочка аминокислот белка рибонуклеазы имеет следующее начало: лизин

– глутамин – треонин – аланин – аланин – аланин – лизин…

С какой последовательности нуклеотидов начинается ген,

соответствующий этому белку?

9. Какой последовательностью нуклеотидов кодируется участок молекулы

белка, если он имеет следующее строение: пролин – валин – аргинин –

пролин – лейцин – валин – аргинин?

10. Меньшая цепочка мономеров в молекуле инсулина заканчивается такими

аминокислотами: лейцин – тирозин – аспарагин – тиразин – цистеин –

аспарагин. Какой последовательностью нуклеотидов ДНК заканчивается

соответствующий ген?

11. С какой последовательности аминокислот начинается белок, если он

закодирован такой последовательностью нуклеотидов:

А Ц Г Ц Ц Ц А Т Г Г Ц Ц Г Г Т…

А каким станет начало цепочки аминокислот синтезируемого белка, если

под влиянием облучения седьмой нуклеотид окажется выбитым из

молекулы ДНК?

12. Участок гена имеет следующее строение:

Ц Г Г Ц Г Ц Т Ц А А А А Т Ц Г …

Укажите строение соответствующего участка того белка, информация о

котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка

удаление из гена четвертого нуклеотида?

13. Определите порядок следования друг за другом аминокислот в участке

молекулы белка, если известно, что он кодируется такой

последовательностью нуклеотидов ДНК:

Т Г А Т Г Ц Т Т Т А Т Г Ц Г Ц …

Как изменится ответ, если химическим путем из молекулы ДНК будут

удалены девятый и двенадцатый нуклеотиды?

14. Назовите последовательные мономеры участка молекулы белка, который

синтезируется на основе информации, «записанной» в молекуле ДНК

таким порядком нуклеотидов:

Т Ц Т Ц Ц Ц А А А А А Г А Т А …

Как отразится на строении белка удаление из молекулы ДНК пятого

нуклеотида?

15. Какая последовательность аминокислот кодируется такой

последовательностью нуклеотидов ДНК:

Ц Ц Т А Г Т Г Т Г А А Ц Ц А Г …

И какой станет последовательность аминокислот, если между шестым и

седьмым нуклеотидами вставить тимин?

16. У львиного зева растения с широкими листьями при скрещивании между собой всегда дают потомство тоже с широкими листьями, а потомство с узкими листьями – только потомство с узкими листьями. В результате скрещивания широколистной особи с узколистной возникает растение с листьями промежуточной ширины. Каким будет потомство от скрещивания двух особей с листьями промежуточной ширины? Что получится, если скрестить узколистное растение с растением, имеющим листья промежуточной ширины?

17. При скрещивании между собой чистопородных белых кур потомство оказывается белым, а при скрещивании черных – черным. Потомство от скрещивания белой и черной особей оказывается «голубым» (пестрым). Какое оперение будут иметь потомки белого петуха и «голубой» курицы? А потомки двух особей с «голубым» оперением?

18. Растения красноплодной земляники при скрещивании между собой всегда дают плоды с красными ягодами, а растения белоплодной земляники – с белыми ягодами. В результате скрещивания обоих сортов между собой получаются розовые ягоды. Какое потомство возникает при скрещивании между собой гибридных сортов? Какое потомство получится если опылить красноплодную землянику пыльцой гибридной земляники с розовыми ягодами?

19. Кохинуровые норки (светлая окраска с черным крестом на спине) получаются в результате скрещивания белых норок с темными. Скрещивание между собой белых норок дает белое потомство, а скрещивание между собой темных – темное. Какое потомство возникнет при скрещивании между собой кохинуровых норок? Какое потомство получится от скрещивания кохинуровых норок с белыми?

20. У овец некоторых пород среди животных с ушами нормальной длины (мы будем их называть длинноухими) встречаются и полностью безухие. При скрещивании длинноухих между собой, а также безухих между собой получается потомство, сходное по этому признаку с родителями. Гибриды же между длинноухими и безухими имеют короткие уши. Какое потомство получится при скрещивании таких гибридов между собой? А в результате скрещивания такого гибрида с безухой особью?

21. Ген черной масти крупного рогатого скота доминируют над геном красной масти. Какое потомство F1 получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Каким будет потомство F2 от скрещивания между собой таких гибридов? Какие телята родятся от красного быка и гибридных коров из F1?

22. Стандартные норки имеют коричневый мех, а алеутские – голубовато-серый. И те и другие гомозиготны, причем коричневая окраска доминирует. Какое потомство F1 получится от скрещивания двух названных пород? Что получится в результате скрещивания между собой таких гибридов? Какой результат даст возвратное скрещивание алеутского отца с его гибридной дочерью?

23. У томатов ген, обуславливающий нормальный рост, доминирует над геном карликовости. Какого роста будут потомки F1 от скрещивания гомозиготных высоких растений с карликовыми? А какое потомство F2 следует ожидать от скрещивания только что упомянутых гибридов?

24. Иммунность к головне у овса доминирует над восприимчивостью к этой болезни. Какое потомство F2 получится от скрещивания гомозиготных иммунных особей с растениями, поражаемыми головней? Что получится от скрещивания между собой таких гибридов?

25. У кукурузы темная окраска зерна доминирует над светлой. Какая окраска зерен будет кукурузы, полученной от скрещивания гомозиготной темно зерновой формы со светло зерновой? Что получится от скрещивания между собой таких гибридов? Какой результат даст возвратное скрещивание гибридных растений F2 с гомозиготной рецессивной формой?

26. Голубоглазый мужчина, родители которого имели карие глаза, женился на кареглазой женщине, у отца которой глаза были голубые, у матери – карие. От этого брака родился один ребенок, глаза которого оказались карими. Каковы генотипы всех упомянутых здесь лиц?

27. В медицине имеют большое значение различия между четырьмя группами человеческой крови. Группа крови – наследственный признак, зависящий от одного гена. Ген этот имеет не две, а три аллели, обозначаемые символами А, В и 0. Лица с генотипом 00 имеют первую группу крови, с генотипами АА или А0 – вторую, с генотипами ВВ или В0 – третью, а с генотипом АВ четвертую. Аллели А и В доминируют над аллелью 0, тогда как друг друга они не подавляют. Какие группы крови возможны у детей, если у матери- вторая группа, а у отца первая?

28. У матери первая группа крови, а у отца – четвертая. Могут ли унаследовать дети группу крови одного из родителей? (См. задачу № 27).

29. У матери первая группа крови, а у отца – третья. Могут ли дети унаследовать группу крови своей матери? (См. задачу № 27).

30. Родители имеют вторую и третью группу крови. Какие группы крови можно ожидать у детей? (См. задачу № 27).

31. В родильном доме перепутали двух мальчиков. Родители одного из них имеют первую и вторую группу крови, родители другого – вторую и четвертую. Исследование показало, что дети имеют первую и вторую группы крови. Определите, кто чей сын. (См. задачу № 27).

32. У мальчика первая группа крови, а у его сестры – четвертая. Что можно сказать о группах крови их родителей? (См. задачу № 27).

33. У человека карий цвет глаз доминирует над голубым, а способность лучше владеть правой рукой доминирует над леворукостью, причем гены обоих признаков находятся в различных хромосомах. Кареглазый правша женится на голубоглазой левше. Какое потомство в отношении указанных признаков следует ожидать в такой семье?

34. Какими могут быть дети, если их родители кареглазые правши гетерозиготные по обоим признакам? (См. задачу № 33).

35. Голубоглазый правша женится на кареглазой левше из семейства, все члены которого в течении нескольких поколений имели карие глаза. Какое потомство следует ожидать от такого брака? (См. задачу № 33).

Литература для учителя:

1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология: принципы и

применение. М.: Мир, 2002.

2. Б.Х. Соколовская. Сто задач по генетике и молекулярной биологии. Изд.

Наука. Сибирское отделение. 1971г.

3. Голиченков В.А. Эмбриология. М.: Изд-во МГУ, 2004.

4. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2002.

5. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. Новосибирск, 2004.

Литература для учащихся:

1. Джулиан Холланд. Большая энциклопедия для эрудитов.- М. «Махаон»,

2007.

2. Всемирная энциклопедия. Животные. Млекопитающие. М.: АСТ

АСТРЕЛЬ, 1999.

3. Гершун В.И. Домашние животные. М.: Педагогика, 1991.

4. Зузман Н.С. Юному кролиководу. М.: Россельхозиздат, 1984.

5. Кюри Поль де. Охотники за микробами. М.: ТЕРРА,2001.

6. Энциклопедия. Я познаю мир. Удивительные животные. М.: АСТ

АСТРЕЛЬ, 1999.