Исследовательская работа «Закономерности изменчивости»
учебно-методический материал по биологии (7 класс)

МБОУ «Лицей № 28 г. Йошкар-Олы»

Исследовательская работа

«Закономерности изменчивости»

учитель начальных классов

Качалова Н.А.

г. Йошкар-Ола

2020 г.

Содержание

1. Введение……………………………………………………….....……3 стр.

2. Ненаследственная изменчивость……………………………………..4 стр.

3. Наследственная изменчивость………………………………………..6 стр.

4. Мутагенные факторы………………………………………..……......8 стр.

5. Что изучает генетика?..........................................................................10 стр.

6. Заключение…………………………………………………………...11 стр.

7. Список используемой литературы…………………………………...14 стр.

8. Приложение 1…………………………………………………………..15 стр.

Введение

Изменчивостью называют способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Изменчивость отражает взаимосвязь организма с внешней средой. Различают ненаследственную (модификационную, фенотипическую) изменчивость и наследственную (комбинативную и   мутационную) изменчивость. 

Актуальность

        Живой организм не может существовать изолированно от внешней среды. Он всегда находится с ней в тесной взаимосвязи. Современное многообразие органического мира обусловлено мутационной и комбинативной изменчивостью.
        Данная исследовательская работа поможет:
- выяснить  причины нарушения наследственного материала;
- узнать, как определяют и формируют  фенотип такие факторы среды, как температура, свет, условия питания, химический состав и структура почвы во взаимодействии с генотипом;
- способствовать формированию экологического и генетического мышления.

Цель: изучить закономерности наследственной изменчивости и определить в связи с чем она возникает.

Задачи:

    1) Уметь давать определение основным понятиям.

    2) Сравнивать живые организмы принадлежащие к одному виду, но обитающие в различных условиях.

    3) Привести примеры наследственных и ненаследственных изменений у различных видов живых организмов.

    4)  Сделать выводы о значении наследственной изменчивости.

Ненаследственная изменчивость

Модификационная (фенотипическая) изменчивость связана с реакцией одного и того же генотипа на изменение внешних условий, в которых протекает развитие организмов и которые создают различия в формах его проявления. Один и тот же генотип проявляется в разных фенотипах. Генотип и фенотип — важнейшие понятия генетики, они были предложены Вильгельмом  Людвигом Иогансеном (1857- 1927) в 1909 г.( датский биолог, профессор Института физиологии растений Копенгагенского университета, член Шведской Академии Наук).

Генотип (от греческого — рождение, отпечаток, образ) — это совокупность всех генов организма, его наследственная материальная основа.

Фенотип (от греческого — явление, отпечаток, образ) — совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся на основе генотипа. Любой фенотип организма представляет собой результат реализации генотипа в конкретных условиях внешней среды. В различиях между фенотипами, развивающимися на основе одного и того же генотипа, проявляется модификационная изменчивость. В конкретных формах тех или иных фенотипов выражается взаимодействие между генотипом и внешними условиями, в которых осуществляется развитие организма.

Внешние условия оказывают огромное влияние на все признаки и свойства развивающегося организма.

Пример: изменение окраски гималайского кролика.

У этой породы кроликов глаза лишены пигмента, поэтому кажутся красными. Они имеют белую окраску шерсти, но остаются окрашенными ноги, хвост и уши. Оказалось, что для проявления этого признака необходимо строгое соответствие генотипа и условий среды. Генотип этих кроликов таков, что пигмент начинает вырабатываться в условиях пониженных температур. Поэтому в тех участках тела кроликов, где кровоснабжение понижено, может развиваться чёрный пигмент (меланин).

Если выбрить волосы и переместить кролика в условия пониженной температуры, то вновь выращенные волосы окажутся пигментированными. В данном случае наследуется не окраска, а способность синтезировать пигмент в зависимости от температурных условий.

Свет не является необходимым условием для роста лука при комнатной температуре. Он растёт и в темноте, даже ещё быстрее, но в темноте имеет более светлую окраску. А вот воздействие температуры на рост лука имеет значение. В более тёплом помещении это растение развивается быстрее, чем в прохладном.

Примером модификационной изменчивости у человека  служит усиление пигментации кожи (загар) под влиянием ультрафиолетовых лучей.  Попадающий на кожу ультрафиолет стимулирует процесс окисления липидов (жиров), что, в свою очередь, провоцирует накопление в тканях эпидермиса свободных радикалов. Эти соединения вредны для организма, поэтому он активирует защитную функцию, начиная активно синтезировать меланин с помощью специальных клеток — меланоцитов. Под воздействием пигмента кожа темнеет и грубеет, становясь менее восприимчивой к ультрафиолетовым лучам. Он же является мощным естественным антиоксидантом, защищающим глубокие слои дермы от воздействия свободных радикалов.

Ожирение – избыточные жировые отложения в подкожной клетчатке, органах и тканях. Проявляется увеличением массы тела на 20 и более процентов от средних величин за счет жировой ткани. В России ожирением страдают до 30% трудоспособного населения и еще 25% имеют избыточный вес (Приложение 1). Женщины подвержены развитию ожирения вдвое чаще, чем мужчины, критический возраст для появления лишнего веса – от 30 до 60 лет. Развитие ожирения чаще всего вызывается нарушением баланса между поступлением энергии с пищей и энергетическими затратами организма. Избыточные калории, поступившие в организм и не израсходованные им, преобразуются в жир, который накапливается в жировых депо организма (преимущественно в подкожной клетчатке, сальниках, брюшной стенке, внутренних органах и т. д.). Увеличение запасов жира ведет к нарастанию массы тела и нарушению функционирования многих систем организма. Переедание приводит к ожирению более чем в 90%, еще около 5% случаев ожирения вызвано расстройством обмена веществ.

Наследственная изменчивость.

К наследственной изменчивости относят такие изменения признаков организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. Иногда это крупные, хорошо заметные изменения.

Генотипическая изменчивость - изменчивость, возникающая в результате новых генетических комбинаций, в результате:

- либо полового размножения и других перестроек на хромосомном уровне;

- либо под влиянием мутаций (мутационная изменчивость).

Генотипическая изменчивость подразделяется на мутационную и комбинативную. Они ведут к увеличению внутривидового разнообразия в природе.

Комбинативная изменчивость розы.

Растение, которое выпускало розовые цветы ещё в прошлом году, вдруг начинает производить красные или тёплые жёлтые цветы. Иногда на одном растении появляются два типа цветов. Как происходит этот переход? Причин много и они разные: изменение почвы, изменение климата, стресс. Окружающая среда, в которую помещена роза, может определять её цвет. Пересадка розы с одного места на другое или перемещение растения из горшка в землю может повлиять на активность листьев и изменить интенсивность окраски цветка. Это кажется необычным, но изменение цвета в розах на самом деле происходит довольно часто.

В следствии комбинации генов петуха у потомков возникают новые сочетания, признаки, которых могло не быть у их родителей, например, различные формы

гребня. Так, розовидные и гороховидные типы гребня обусловлены доминирующим геном в генетической цепи. При дальнейшей внутрипородной гибридизации происходит разделение потомства с разными видами гребня.

Комбинативная изменчивость человека возникла с появлением полового размножения, она связана с различными вариантами перекомбинации родительских задатков и является источником бесконечного разнообразия сочетаемых признаков. Почему у темнокожих родителей могут появиться на свет дети со светлой кожей (но не наоборот)? Пигментация кожи у человека определяется 4-6 парами полимерных генов. В генотипе коренных жителей Африки имеются преимущественно доминантные аллели (Р1Р1Р2Р2Р3Р3Р4Р4), у представителей европеоидной рассы – рецессивные (p1p1p2p2p3p3p4p4). От брака темнокожего и белой женщины рождаются дети с промежуточным цветом кожи – мулаты (Р1р1P2р2P3р3P4р4). Если супруги – мулаты, то возможно рождение детей с пигментацией кожи от максимально светлой к максимально темной.

Если в семье темнокожих отца и матери были белые родственники, то аллели, отвечающие за белый цвет могут сохраниться. Белый цвет рецессивный и может проявиться только в гомозиготном состоянии. Поэтому надо, чтобы рецессивные аллели попали в зиготу как от отца, так и от матери, а доминантные при этом отсутствовали. Эти единичные случаи встречаются крайне редко и только при выпадании нескольких счастливых случайностей.

Мутационная изменчивость

Мутационная изменчивость связана с процессом образования мутаций. Мутации – это внезапные скачкообразные стойкие изменения в структуре генотипа. Мутация – это изменение наследственных свойств организма, возникающее в результате случайного или искусственно вызванного нарушения в молекуле ДНК, структуре хромосомы или числе хромосом. Организмы, у которых произошла мутация, называются мутантами. Мутационная теория была создана Гуго де Фризом (Гуго Де Фрис, нидерл. Hugo de Vries, 1848—1935 — голландский ботаник, генетик) в 1901-1903 гг. На основных ее положениях строится современная генетика: мутации, дискретные изменения наследственности, в природе спонтанны, мутации передаются по наследству, встречаются достаточно редко и могут быть различных типов.

Мутагенные факторы

Мутаген – фактор, вызывающий мутацию.

Любые мутации могут возникнуть спонтанно или быть индуцированными. Спонтанные мутации появляются под влиянием неизвестных природных факторов и приводят к ошибкам при репликации ДНК. Индуцированные мутации возникают под воздействием специальных направленных факторов, повышающих мутационный процесс. Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.

1. Среди физических мутагенов наиболее сильное мутантное действие оказывает ионизирующая радиация – рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи.

2. Химические мутагены должны обладать следующими качествами:

• высокой проникающей способностью;

• свойством изменять коллоидное состояние хромосом;

• определенным действием на состояние хромосомы или гена. К химическим веществам, вызывающим мутации, можно отнести органические и неорганические вещества, такие, как кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, формальдегид, пестициды, дефолианты, гербициды, колхицин и др.

3.Кроме мутагенов физической и химической природы, в окружающей среде имеются биологические факторы мутагенеза. Вирусы оспы, кори, ветряной оспы, эпидемического паротита, гепатита, краснухи и др. способны вызывать разрывы хромосом.

Мутации крыльев дрозофилы.

Крыло у дрозофилы имеет жилки, делящие крыло на ячеи. По краям и по всей поверхности крыла расположены крошечные волоски - это органы чувств. Один волосок растёт из одной клетки. Сколько в крыле волосков - столько и клеток. Край крыла также окаймляют волоски. Существуют мутации, при которых волоски отсутствуют, вырастают слишком большими, или растут по нескольку из одной клетки. Повреждения крыла у дрозофилы могут быть вызваны мутациями или вредными внешними воздействиями. При этом, на личиночной стадии развития происходит усиленная гибель клеток, которые впоследствии должны были стать клетками крыла. Поэтому во взрослом крыле "не хватает" клеток.

Мутационная изменчивость цветов табака и львиного зева.

Мутация растений, вызванная ионизирующей радиацией (ренгеновскими или гамма-лучами). При этом, появляются белые цветки на цветках табака и львиного зева  вместо красных.

Мутационная изменчивость человека.

Полидактили́я  (гипердактилия) — анатомическое отклонение, характеризующееся бо́льшим количеством  пальцев на руках или ногах у человека. Может проявляться как на одной, так и на обеих руках. Дополнительный палец представляет собой небольшой кусочек мягкой ткани, которую можно удалить. Иногда это просто кость без суставов; очень редко лишний палец бывает полноценным

Причины развития полидактилии изучены недостаточно, но основной принято считать наследственную предрасположенность. Вероятность передачи данной аномалии ребёнку от матери или отца составляет 50%. Таким образом, у носителя патологического гена может родиться и здоровый малыш.

В некоторых случаях шестипалая рука или нога может быть одним из множества симптомов сложных хромосомных нарушений (синдрома Меккеля, синдрома Патау и др.). Всего в генетике насчитывается порядка 120 синдромов, которые сопровождаются полидактилией.

Не исключается также вероятность возникновения патологии на фоне нарушений протекания беременности. К таким случаям относятся:

инфекционные заболевания в период вынашивания ребёнка;

вредные привычки будущей матери;

злоупотребление лекарственными препаратами;

неблагоприятные условия проживания или труда;

влияние на организм беременной облучения.

Что изучает генетика?

Генетика – наука изучающая наследственность и изменчивость организмов.

Наследственностью люди интересовались очень давно. С развитием сельского хозяйства сформировалась прикладная наука селекция, которая занималась созданием и формированием новых пород животных и сортов растений. Но объяснить механизмы передачи признаков потомкам селекционеры не могли.

Первый этап развития генетики — изучение наследственности и изменчивости на организменном уровне. Этот этап связан с работами Грегора Менделя. В 1865 г. в работе «Опыты над растительными гибридами» он описал результаты своих исследований закономерностей наследования признаков у гороха.

Г. Мендель установил дискретность (делимость) наследственных факторов и разработал гибридологический метод изучения наследственности.

Дискретность наследственности состоит в том, что отдельные свойства и признаки организма развиваются под контролем наследственных факторов, которые при слиянии гамет и образовании зиготы не смешиваются, а при формировании новых гамет наследуются независимо друг от друга.

Заключение

В генотипе заложен предел изменчивости признака, он называется нормой реакции. Характеристики изменяются в разной степени, в зависимости от типа признаков норма реакции бывает узкой и широкой.

Формирование фенотипа происходит в результате онтогенеза при взаимодействии генотипа и окружающей среды. Одна из центральных проблем генетики – выяснение соотносительной роли генотипа и условий среды обитания. Например, развитие таких человеческих качеств как индивидуальность, интеллект, темперамент зависят как от наследственных, так и от средовых факторов. Генетика занимает ведущее положение в современной биологии и, в свою очередь, опирается на достижения и методы многих ее отраслей.

Основными задачами генетики являются изучение наследственности и изменчивости, механизма изменения гена, репродукции генов и хромосом, действия генов и контроля ими процессов образования различных признаков и свойств организма; разработка методов конструирования наследственной программы живых организмов, борьбы с наследственными болезнями, повышения продуктивности животных и урожайности растений. В нашей стране научные исследования в области генетики ведут более двухсот научно-исследовательских институтов и учебных заведений.

Важное значение в генетике имеет теоретическая основа для совершенствования пород сельскохозяйственных животных, определение потенциальной продуктивности, контролируемой генотипом, разработки методов генетической оценки популяций и отдельных особей по качеству потомства. Знание законов наследования и изменчивости признаков позволяет интенсифицировать селекционный процесс по созданию сортов растений, устойчивых к неблагоприятным условиям произрастания, вредителям и болезням. В селекции растений успешно используют гибридизацию, мутагенез, полиплоидию. На степень и характер проявления признака может влиять ложная наследственность, обусловленная генами, локализованными в ДНК возбудителей болезней (бактерий, вирусов), симбионтов, или включением в клетки тех или иных веществ. 

Любое нарушение исторически сложившегося равновесия в природе сопровождается разрушением экологических систем. Следовательно, в основе нарушений в природе лежат нарушения экологического равновесия. В современную эпоху наиболее неблагоприятные воздействия на природу связаны с антропогенным фактором. В погоне за обеспечением собственного благополучия человек разрушает экологические системы, загрязняет природу, насыщает ее различными загрязнителями, в основном радиацией и химическими веществами, которые обладают свойствами мутагенных факторов, вызывая серьезные поражения генетического материала человека, сопровождающиеся наследственными болезнями. Осознавая это, человек и дальше будет пользоваться природой, черпая в ней природные ресурсы. В связи с этим возникла проблема сохранения окружающей среды (природы), а также необходимость разработки научных основ рационального природопользования, регулирования отношений между человеком и природой.

Важнейшее достижение в биологических науках относится к генетической инженерии. Во-первых, она позволила подтвердить ценность существующих представлений о научной картине мира. Генетическая инженерия не привела к ломке существующих представлений о жизни, но показала, что эти представления являются справедливыми. Во-вторых, генетическая инженерия подняла на совершенно новый уровень биотехнологию, став ее совершеннейшей методической базой и превратив ее в полноправную основу механической и химической технологий, созданных ранее. Благодаря генетике открылись невиданные ранее перспективы в сельском хозяйстве, промышленности и медицине. Широкие возможности для создания новых форм растений открывают генетическая инженерия, гибридизация соматических клеток, культура клеток и тканей. Вместе с тем в последние годы для повышения урожайности применяют различные макро- и микроудобрения, ядохимикаты, гербициды. Многие из них накапливаются в растениях и, попадая в организм животного или человека, воздействуют на генотип родительских форм и потомков, вызывая у них вредные мутационные изменения.

Список используемой литературы.

1.Энциклопедия  Кирилла и Мефодия,2006 года.

2.  Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П.

 Концепции современного естествознания: Учебное пособие-М.: Высшая школа 1998.-383 с.

3. Карпенков С.Х.

Концепции современного естествознания: Учебник для вузов-6-е издание, переработанное и дополненное – М.: Высшая школа,2003.-488 с.

4. Хорошавина С. Г. X 82      Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. — Ростов н/Д: Феникс, 2005. — 480 с.

5. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 317 с.

6. Научная электронная библиотека https://www.yaklass.ru/p/biologia/obschie-biologicheskie-zakonomernosti/osnovy-genetiki-zakonomernosti-nasledovaniia-307291/istoriia-razvitiia-genetiki-307292/re-436f53b0-1208-42a0-828c-5db666d9796e

7. Познавательный сайт «Решаем» https://resheba.me/gdz/biologija/9-klass/pasechnik-kamenskij/20

Приложение 1