Использование современных педагогических технологий на уроке биологии по теме «Наследственная изменчивость. Мутации».
план-конспект урока

Использование современных педагогических технологий на уроке биологии  по теме «Наследственная изменчивость. Мутации».

Цель урока: изучить явление наследственной изменчивости, ее закономерности и эволюционный смысл

Задачи:

• Образовательная: рассмотреть виды мутационной изменчивости, их материальную основу; раскрыть сущность факторов, вызывающих мутации; определить значение наследственной изменчивости для эволюции и селекции.
• Развивающая: продолжить формирование научных представлений об основных свойствах живых организмов наследственности и изменчивости; умении объяснять эти свойства на основе полученных знаний;

Новые понятия: наследственная изменчивость, мутация, мутагенные факторы.

Методическое обеспечение:

• таблицы по общей биологии “Наследственная изменчивость”;
• дидактический материал для проведения тестового задания

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие; подготовка класса к работе.

2. Проверка знаний учащихся.

Метод: тестирование 

3. Мотивация учебной деятельности.

Сообщение темы, цели урока.

4. Изложение нового материала.

План

1. Изменчивость как свойства живых организмов.

2. Виды изменчивости.

3. Наследственная изменчивость, ее значение.

4. Мутационная изменчивость.

5. Мутагенные факторы.

5. Сообщение домашнего задания.

6. Подведение итогов урока.

1. Оценить степень реализации поставленных целей.

2. Оценка работы учащихся на уроке.

7. Закрепление изученного материала.

В чем заключается эволюционный смысл наследственной изменчивости?

1. Изменчивость как свойство живых организмов.

Что такое изменчивость? Что она обуславливает? Каковы причины изменчивости?

На прошлом уроке мы познакомились с одной из форм изменчивости - это ненаследственная изменчивость (модификационная). Чем она характеризуется? Какой носит характер? Выполнение теста. А сегодня нам предстоит изучить еще одну форму изменчивости - это наследственная изменчивость.

Наследственная изменчивость (генотипическая, неопределенная) – обусловлена возникновением новых генотипов и приводит, как правило, к изменению фенотипа.

2. Виды наследственной изменчивости

• мутационная
• комбинативная

Наследственная изменчивость (генотипическая)

1- комбинативная

2- мутационная

Комбинативная изменчивость-обусловлена генетической рекомбинацией, происходящей во время мейоза и приводящей к проявлению у потомков новых комбинаций генов и признаков.

Источником для комбинаций является половой процесс, при котором возможны:

1. независимое расхождение гомологичных хромосом в мейозе 1 (основа 3 закона Менделя)
2. перекомбинация генов при кроссинговере (закон Моргана)
3. случайные сочетание гамет при оплодотворении

4. Мутационная изменчивость 

1. Мутацией называют изменение количества или структуры ДНК организма. Мутация приводит к изменению генотипа. Мутации, возникшие в половых клетках, передаются следующим поколениям организмов, тогда как мутации в соматических клетках наследуются только дочерними клетками, образовавшимися путем митоза, и такие мутации называются соматическими.

Мутации, возникающие в результате изменения числа или структуры хромосом, называются хромосомными мутациями.

При изменении структуры ДНК в одном локусе происходит генная мутация.

Представление о мутации, как о причине появления нового признака было выдвинуто в 1901 году голландским ботаником Гуго де Фризом.

Мутации возникают случайным образом. Частота возникновения мутаций у различных организмов различна, но, по видимому, она связана с продолжительностью жизненного цикла: у организмов с коротким жизненным циклом она выше.

В результате работ Меллера в двадцатые годы нашего века было установлено, что мутации (их частоту) можно повысить, воздействуя на организмы рентгеновским лучами. В дальнейшем выяснилось, что частота мутаций значительно повышается при помощи ультрафиолетовых лучей и гамма-лучей. Частицы высокой энергии, такие как альфа- и бета-частицы, нейтроны и космическое излучение тоже мутагены, т.е. способны вызывать мутации. Мутагенным действием обладают и разнообразные химические вещества, в частности иприт, кофеин, формальдегид, колхицин, некоторые компоненты табака, все возрастающее число лекарственных препаратов, пищевых консервантов и пестицидов.

2. Мутационная изменчивость является результатом мутаций.

Мутация (от лат. “mutazio” - изменение, перемена) –наследственное изменение генотипа (это изменение наследственного материала, приводящее к появлению новых признаков организма, способных передаваться последующему поколению. Термин “мутация” ввел в науку в 1901 г. Голландский генетик Г.де Фриз, описавший самопроизвольные мутации у растений.

Примеры мутаций

Мутации - это стойкие изменения, затрагивающие как целые хромосомы, их части, отдельные гены. Чаще всего, мутации это мелкие, едва заметные отклонения от нормы.

Дарвин назвал наследственную изменчивость неопределенной (индивидуальной), подчеркивая ее случайный и относительно редкий характер.

Мутации являются источником генетического разнообразия, составляя резерв наследственной изменчивости.

Основные положения мутационной теории де Фриза

1. мутации- это дискретные изменения наследственного материала
2. мутации- редкие события
3. мутации могут устойчиво передаваться из поколения в поколение
4. мутации возникают спонтанно, не направленно
5. мутации могут быть вредными, полезными и нейтральными

Классификация мутаций 

• по характеру проявлению
• по месту возникновения
• по уровню возникновения

1. По характеру проявления:

проявления бывают доминантными и рецессивными. Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными, а несовместимые с жизнью — летальными.

2. По месту возникновения:

Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих изменившийся — мутировавший — ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими

3. По уровню возникновения:

Генные (точковые) мутации, связаны с изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Мутантный ген способствует возникновению новых аллелей, что имеет важное эволюционное значение.

Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Существуют следующие виды перестроек хромосом: отрыв различных участков хромосомы, удвоение отдельных фрагментов, поворот участка хромосомы на 180° или присоединение отдельного участка хромосомы к другой хромосоме. Подобное изменение влечет за собой нарушение функции генов в хромосоме и наследственных свойств организма, а иногда и его гибель

Геномные мутации- мутации, в результате которых происходит изменении числа хромосом. Они возникают в результате нарушения митоза или мейоза.

В зависимости от характера изменения числа хромосом различают:

Полиплоидию – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору: триплоид (3n), тетраплоид (4n). Полиплоидия чаще наблюдается у простейших и у растений.

Гетероплоидию (анеуплоидию) – увеличение или уменьшение числа хромосом, некратное гаплоидному набору

5. Мутагенные факторы 

Спонтанные (естественные) мутации - возникают при нормальных условиях жизни, зависят от внешних и внутренних факторов, возникают в соматических и генеративных клетках.

Индуцированные (искусственные) мутации - это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. Ученые полагают, что факт наследования мутаций вызывает определенные опасения, поскольку это может увеличить риск развития рака. Азиатов от алкоголизма защищает ген-мутант. Почему процент алкоголиков в азиатских странах значительно ниже, чем в странах, где основную часть населения составляет так называемое белое население.

Факторы среды, вызывающие появление мутаций, называются – мутагенами.

По локализации в клетке

1. ядерные – изменение хромосомного материала в ядре
2. цитоплазматические – изменение ДНК в митохондриях и хлоропластах

Различают:

Физические мутагены

- ионизирующее и ультрафиолетовое излучение;

- чрезмерно высокая или низкая температура;

Химические мутагены

- нитраты, нитриты, пестициды, никотин, метанол, бензопирен.

- некоторые пищевые добавки, например, ароматические углеводороды;

- продукты переработки нефти;

- органические растворители;

- лекарственные препараты, препараты ртути, иммунодепрессанты.

Биологические мутагены

- некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа)

- продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);

По характеру проявления

Мутации, по характеру проявления, бывают доминантными или рецессивными. По месту возникновения делятся на генеративные (в половых клетках) и соматические (в клетках тела). Большинство мутаций рецессивны и не проявляются у гетерозигот. Это очень важно для существования вида. Мутации, как привило, оказываются вредными. Но некоторые мутации могут быть и полезными, тогда в процессе естественного отбора они получают преимущество и сохраняются.

В гомозиготном состоянии мутации понижают жизнеспособность или плодовитость особи. Мутации, резко снижающие жизнеспособность или приводящие к смерти, называются летальными или полулетальными. У человека к таким мутациям относится ген гемофилии и ген серповидно-клеточной анемии, определяющей синтез аномального гемоглобина.

Соматические генные мутации, наследуются только теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза.

Соматические мутации, вероятно, возникают очень часто и остаются незамеченными, но в некоторых случаях образуются клетки с повышенной скоростью деления и роста. Эти клетки могут дать начало опухолям – либо доброкачественным, которые не оказывают особого влияния на весь организм, либо злокачественным, что приводит к раковым заболеваниям. Сейчас обсуждается вопрос о соматических мутациях, как причине старения.

Свойства мутации

• мутации наследственны, т.е. передаются из поколения в поколение.
• мутации возникают внезапно (спонтанно), не направленно.
• мутации не направлены – мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.
• одни и те же мутации могут возникать повторно.
• мутации индивидуальны, т.е. возникают у отдельных особей.
• мутации могут быть полезными, вредными, нейтральными; доминантными и рецессивными.

Значение мутаций

Хромосомные и генные мутации во многих случаях летальны, т.к. нарушают развитие: у человека, например, около 20% беременностей заканчиваются естественным выкидышем в сроки до 12 недель, и в половине таких случаев можно обнаружить хромосомные аномалии. Генная мутация может привести к тому, что в определенном локусе окажется несколько аллелей. Это увеличивает как гетерозиготность данной популяции, так и ее генофонд, и ведет к усилению внутрипопуляционной изменчивости. Большинство генных мутаций рецессивны по отношению к «нормальному» аллелю. Будучи рецессивными, мутантные аллели могут оставаться в популяции в течение долгого времени, пока им не удастся встретиться, т.е. оказаться в гомозиготном состоянии и проявиться в фенотипе (но иногда могут возникать и доминантные мутантные аллели, которые дают немедленный фенотипический эффект).

Закрепление изученного материала.

1. Заполнение таблицы

Сравнительная характеристика форм изменчивости

Д/з стр.196-200. Подготовить дополнительный материал о примерах генотипической изменчивости для реферативного сообщения “Интересная мутация урока”.