Руководство к практическим занятиям учащихся химико-биологических классов по разделу «Общая генетика»



Скачать 434,64 Kb.
страница1/3
Дата26.08.2015
Размер434,64 Kb.
  1   2   3
Д.Л. Белоусов

РУКОВОДСТВО

к практическим занятиям учащихся

химико-биологических классов

по разделу «Общая генетика»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Лицей №13»

Д.Л. Белоусов



Р У К О В О Д С Т В О

к практическим занятиям учащихся химико-биологических классов по разделу «Общая генетика»

Троицк, 2009

ББК 28.0 я729

УДК 373.167.1:57

Б 47


Белоусов Д.Л. РУКОВОДСТВО к практическим занятиям учащихся химико-биологических классов по разделу «Общая генетика». - Троицк, 2009. с

В методических рекомендациях сложная теория генетики изложена просто через решение генетических ситуационных задач. В каждой теме обозначены мотивация и цель занятия, задания для самостоятельной аудиторной работы.

Предусмотрены контрольные работы с теоретическими тестовыми заданиями и практические задания (решение задач).

Сочетание этих форм изучения генетики позволит учащимся глубже разобраться в законах наследственности и методах прогнозирования наследственных признаков и патологий.

Одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией естественнонаучной кафедры МОУ «Лицей №13»

Рецензент: Старченко С.А., доктор педагогических наук, профессор, директор МОУ «Лицей №13»



СОДЕРЖАНИЕ

1. Основы общей генетики……………………………………………..5

1.1. Молекулярные основы генетики………………………………….5

1.2. Модификационная изменчивость. Изучение вариабельности признаков в популяциях………………………………………………..7

1.3. Методы изучения наследственности. Общие правила решения и оформления генетических задач………………………………………10

1.4. Анализирующее скрещивание, множественный аллелизм и неполное доминирование………………………………………………12

1.5. Полигибридное скрещивание. Вычисление менделеевских отношений ускоренным методом………………………………………16

1.6. Закономерности сцепленного наследования. Хромосомная теория наследственности………………………………………………………...20

1.7. Генетика пола………………………………………………………..24

1.8. Взаимодействие генов: Генетика крови (в системе АВО и Rh), комплементарное взаимодействие, эпистаз, полимерия и летальные

гены……………………………………………………………………….27
1.10. Контрольно-обобщающий тест по общей генетике……………..31

1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕНТИКИ

1.1. Молекулярные основы генетики

Мотивация: Молекулярная генетика показывает физико-химические предпосылки хранения в клетке наследственной информации и механизмы передачи ее из поколения в поколение. Биологические представления о строении и функционировании генов помогают понять причину появления наследственных признаков и заболеваний.

Цель занятия: 1. Уяснить механизм кодирования и передачи наследственной информации. 2. Научиться решать задачи с использованием правила Чаргаффа.

Практическая работа: Задание 1. Примеры решения задач:

Задача 1. Познакомьтесь с примерами решения типовых задач с использованием правила Чаргаффа.

Исследования показали, что 34% общего числа нуклеотидов иРНК приходится на гуанин, 18% на цитозин. Определите процентный состав азотистых оснований, соответствующий двухцепочечной ДНК.



Решение:

1. Одноцепочечная иРНК по составу цитозиновых и гуаниновых оснований соответствует антисмысловой цепи ДНК. Следова­тельно, в антисмысловой цепи ДНК соотношение гуаниновых и цитозиновых нуклеотидов аналогично иРНК: Г= 18% и Ц=34%.

2. Гуанин и цитозин антисмысловой цепи ДНК образует комплементарные связи с цитозином и гуанином соответственно во второй цепи ДНК, следовательно, Г = Ц (18%); Ц = Г (34%). Таким образом, количество Г+Ц в двухцепочечной ДНК = 18% + 34% =52%

3. Так как (А+Т) + (Г+Ц) =100%, то (А+Т)=100% - 52% = 48%

4. Т.к. но правилу Чартффа Г = Ц, а А=Т, то в 52% (Г+Ц) парах 26% приходится на гуанин и 26% на цитозин. Соответственно в 48% (А+Т) парах на аденин приходится 24% и 24% на тимин,

Ответ: В двухценочечной молекуле ДНК 26% приходится на гуанин, 26% - на цитозин, 24% - на аденин и 24% - на тимин.

Задача 2. Познакомьтесь с примером решения типовой задачи с исполь­зованием таблиц генетического кода.

Нормальный гемоглобин (HbA), содержащийся в эритроцитах человека определяется следующей последовательностью нуклеотидов смысловой цепи ДНК: ЦАА ГТА ГАА ТГА ГТТ ЦТТ ТТТ5,

При заболевании серповидноклеточной анемией (СКА) эрит­роциты содержат гемоглобин HbS и имеют форму серпа. Точковая мутация связана е заменой одной пары оснований ДНК в 6 триплете. В результате в молекуле гемоглобина глутаминовая кислота меняется на валин. Напишите последовательность аминокислот в начальном участке HbA и HbS и выясните какие изменения произошли в ДНК.


  1. Восстановим состав нормальной ДНК, пользуясь принципом комплементарност: ГТТ ЦАТ ЦТТ АЦТ ЦАА ГАА ААА

ЦАА ГТА ГАА ТГА ГТТ ЦТТ ТТТ

2. Построим молекулу нормальной иРНК на смысловой цепи ДНК


ГУУ ЦАУ ЦУУ АЦУ ЦАА ГАА ААА
3. Пользуясь таблицей генетического кола, содержащей колоны
иРНК, устанавливаем аминокислотный состав участка нормаль­ной молекулы гемоглобина (НbА):

1 2 3 4 5…..6 7



- вал - гис - лей - тре - гли - глу - лиз
4. Как следует из условия, в молекуле гемоглобина при СКА глутаминовая кислота в шестом положении замещается валином. Следовательно, аминокислотный состав данного участка мутантного гемоглобина (HbS) будет следующим:

1 ..2 .. 3 4 5 6 7



вал - тис - лей - тре - тли - вал - лиз
5. Согласно таблице генетического кода, валин кодируемся четырьмя вариантами триплетов — ГУУ; ГУЦ; ГУА и ГУГ. Однако, лишь один из них (ГУА) отличается от триплета, кодирующего глутаминовую кислоту (ГАА), одним основанием. Следовательно, нуклеотидный состав иРНК при СКА будет: ГУУ ЦАУ ЦУУ АЦУ ЦАА ГУА ААА

6. Восстанавливаем состав молекулы ДНК при СКА, пользуясь принципом комплементарности : ГТТ ЦАТ ЦТТ АЦТ ЦАА ГТА ААА

ЦАА ГТА ГАА ТГА ГТТ ЦАТ ТТТ
Ответ: 1. Участок молекулы HbА: вал гис лей тре гли глу лиз

2. Участок молекулы HbS: вал гис лей тре гли вал лиз

3. Замена в шестом положении Гутаминовой кислоты на валин связана с точковой мутацией в ДНК - замена в семнадцатом положе­нии тимина на аденин.

Задание 2 : Задачи для самостоятельного решения.

Решите следующие задачи самостоятельно:


2.1. В результате экспериментов установили, что в молекуле иРНК

на долю аденинов приходится 30%, на долю урацилов - 12%. Определите процентный состав азотистых оснований, соответствующих двухцепочечной ДНК.

2.2. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды располагаются в

последовательности ТТЦ ТЦГ АЦГ ТАГ. Нарисуйте схему двухцепочечной молекулы ДНК. Какова длина этого отрезка ДНК в нм, если каждый нуклеотид занимает 0,34 нм но длине? Сколько содержится нуклеотидов в этой последова­тельности ДНК?

2.3. Участок полипептида представлен следующими аминокислота­ми: -сер-вал-глу-мет-тир-ала-вал-. Какое количество нуклеоти­дов и какие кодоны входит в состав гена?

2.4. Какую длину имеет участок молекулы ДНК, кодирующий участок полипептида, содержащего 20 аминокислот, если расстоя­ние между двумя нуклеотидами равно 0,34 нм.?

2.5. Рибонуклеаза поджелудочной железы содержит в кодирующем

участке ДНК 42 нуклеотида. Укажите количество аминокислот, входящих в этот белок?

2.6. Молекула инсулина состоит из 51 аминокислотного остатка. Сколько нуклеотидов имеет участок ДНК, кодирующий данный белок?

2.7. Одна из полинуклеотидных цепей ДНК состоит из следующих

нуклеотидов: АТА ЦТЦ ГАЦ ЦТА ТАТ ТТА ААЦ. Сколько урациловых нуклеотидов будет содержать иРНК, синтезирован­ная на данном участке ДНК?

2.8. В синтезе полипептида последовательно приняли участие тРНK

с антикодонами: УАЦ ЦЦА УЦГ УГA ААГ. Составьте схему трансляции. Определите структуру участка ДНК, кодирующею этот полипептид.

2.9. Последовательность нуклеотидов на иРНК:

ЦГГ ГГЦ УУЦ УАГ ААЦ ГАУ ГАГ. Укажите соответствующий этой последовательности участок гена (ДНК), а также фрагмент белка, соответствующий данному участ­ку ДНК.

2.10. Какой последовательностью нуклеотидов ДНК кодируется участок белка, если он имеет следующее строение: про - вал – арг – мет – тир - ала?



1.2. Модификационная изменчивость. Изучение вариабельности признаков в популяциях

Мотивация темы: Наследственность и изменчивость – основные свойства живой природы. Изменчивость заключается в изменении наследственных задатков, а также в вариабельности их проявлений в процессе развития организмов при взаимодействии с внешней средой. Знание закономерностей ненаследственной изменчивости и причин их возникновения позволяет, понять адаптивные возможности организмов в различных условиях среды. Вариабельность признаков позволяет применять статистические методы при изучении тех или иных признаков в популяциях.

Цель занятия: Познакомиться с биометрическими методами оценки степени и характера изменчивости.

Задание 1. Изучите вариабельность количественных признаков в популяции растений (на примере пшеничного поля)

Цель: познакомиться со статистическими закономерностями модификационной изменчивости.

На основании фактических данных: а)построить вариационный ряд - расположите данные в порядке увеличения в таблице:



х













f












Где: x – величина признака; f – число особей с признаком данной величины) б)построить вариационную кривую (графическое изображение вариации оного ряда); для этого на оси абсцисс расположите величину признака (V), а на оси ординат частоту встречаемости особей с данным признаком; б)определить среднюю величину ряда (М) (см. приложение);

в)найти стандартное отклонение (σ) (см. приложение);

г)ошибку средней величины (m) (см. приложение), тогда М ± m.




  1. Имея исходное число зерен в колосьях пшеницы: 8, 12, 10, 9, 15, 17, 7, 9, 11, 10, 13, 12, 8, 15, 10, 11, 9, 14, 14, 13, 10, 11, 15, 10, 12, 15, 10, 12, 11, 10, 14, 11, 10, 9, 7, 10, 14, 11, 10, 13, 14, 10, 11, 16, 14, 10, 12, 10, 13, 11, 8,10, 15, 12, 9 построить вариационный ряд числа зерен в колосе, вариационную кривую и определить среднюю величину ряда – М.




  1. В процессе моделирования селекционной работы (выбрасывая кубик по 55 раз в первом и втором поколении : если выпало 1, 3, то признак = М исходного поколения, если – 2, 4, то уменьшить М на соответствующее число, если 5, 6 – увеличить М на выпавшее число) добиться улучшения сорта и достичь среднего (М) содержания зерен в колосе – 15. Данные занести в таблицу:




Показатели

Исход. поколение

1-е поколение

2-е поколение

Средняя величина (М)










Границы изменчивости










3. Сравните исходное поколение со 2-м поколением, для этого найдите:

а) стандартное отклонение (σ); б) ошибку средней величины (m) и

в) степень достоверности разности средних величин:

, если t меньше 3, то различия случайны, если равно или больше 3, то различия не случайны.

4. Запишите в тетрадь ответы на вопросы: а)сместилась ли граница изменчивости в 1-м и во 2-м поколениях, и если да, то на какую величину? б)достигли ли вы ожидаемого результата? Если цель не достигнута, то, что требуется для ее достижения?

Задача №1: заболеваемость инфарктом миокарда в Троицком районе по годам составляет (%): 1,1; 2,0; 1,5; 1,6; 2,3; 1,5; 2,1; 1,2; 1,7; 1,3; 2,4; 1,3; 1,4; 2,5; 1,4; 1,0; 1,5; 1,3; 1,6; 1,9; 1,4; 1,8; 2,2; 1,4; 1,3.

Задача №2: заболеваемость онкологическими заболеваниями в Троицком районе по годам составляет (%): 1,2; 2,2; 1,3; 2,1; 2,0; 1,7; 2,4; 2,6; 2,9; 2,5; 2,8; 2,6; 2,4; 2,5; 1,9; 2,7; 2,5; 2,6; 2,7; 2,5; 2,6; 3,0; 2,5; 2,6; 2,4.

Задача №3: заболеваемость туберкулезом в Троицком районе по годам составляет (%): 1,3 1,5 2,1 2,3 1,5 2,5 2,8 2,6 2,5 2,7 2,3 2,5 2,6 2,5 2,7 2,8 3,0 2,9 2,6 2,5 2,7 2,4 2,2 2,3 2,5.

Приложение: ; ;



1.3. Методы изучения наследственности. Общие правила решения и оформления генетических задач

Мотивация темы: Прежде чем приступить к решению задач, рекомендуется четко определить основные моменты, опираясь на которые, в дальнейшем можно будет успешно решать практически любые задачи по генетике. Основными моментами при решении любой генетической задачи являются следующие действия:

I. Условие задачи.
II. Таблица «Ген – Признак» (условие задачи).
III. Схема скрещивания.
IV. Решетка Пеннета.
V. Ответ

Для успешного решения любых генетических задач необходимо хоро-шо знать основные понятия генетики, генетическую символику и алгоритм решения:



Генетические признаки и символы:

Генотип – совокупность всех генов организма;

Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних признаков организма

Аллельные гены – гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом и отвечающие за развитие одного признака

Если в обеих гомологичных хромосомах находятся гены, кодирующие одинаковые состояния признака, то такой организм называется гомозиготным. Если же аллельные гены кодируют разные состояния признака, то такой организм называется гетерозиготным.



Множественный аллелизм – явление, при котором встречается более двух вариантов одного и того же аллельного гена.

Доминирование – явление, при котором доминантный ген полностью подавляет проявление другого (рецессивного) аллельного гена.

Неполное доминирование – явление, при котором доминантный ген не полностью подавляет проявление другого аллельного гена и наследственный признак носит промежуточный характер.

Кодоминирование – явление, при котором оба аллельных гена в гетерозиготном состоянии проявляются в полной мере и не оказывают влияния друг на друга.

Сверхдоминирование – явление, при котором в гетерозиготном организме степень выраженности признака выше, чем в гомозиготном по доминантному признаку.

Р (лат. Parentes – родители) - родители.

F (лат.filii – дети) - потомство (гибриды). F1, F2, - поколения.

G гаметы.

х – скрещивание (животные, растения); ┬ - брак (люди).

♀ - женская особь, ♂ - мужская особь.



Цель занятия: 1. Изучить первый и второй законы Г. Менделя.

2. Научиться правильно оформлять и решать генетические задачи с использованием знаний 1 и 2-го законов Г. Менделя.


Практическая работа.

Задание 1. Познакомьтесь с 1 и 2-м законом Г. Менделя и примерами оформления и решения типовых задач.

Правила оформления и решения задач.

Первый закон Менделя – закон единообразия первого поколения:

При моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения появляются только доминирующие признаки и сами гибриды фенотипически одинаковые.




Дано: Р: ♀АА х ♂аа

А – желтый цвет G А а

А – зеленый цвет F1 100% Аа

F1 - ?
У родителей может быть только один тип гамет А или а, поэтому генотип и фенотип возможен только один - Аа





А

А

А

Аа

Аа

а

Аа

Аа
Решетка Пеннета:
Ответ: всё потомство будет едино-образным (желтый цвет): гетерозиготным по генотипу и доминантным по фенотипу.

Второй закон Менделя – закон расщепления признаков:

При самоопылении гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 3 : 1 и образуется две фенотипичес-кие группы







А

а

А

АА

Аа

а

Аа

аа

Дано:


А – норма Р: ♀Аа ┬ ♂Аа

а – фенилкетонурия G: А, а А, а

Р: гетерозиготные F1 : АА; 2Аа; аа

3 норма : 1 ФКУ

Генотипы и фенотипы

F1 - ?

Ответ: вероятность рождения здоровых детей

75% (их генотипы АА и 2Аа); вероятность рождения детей с ФКУ равна 25%, их генотип аа.



Выводы из второго закона: 1. Отдельные признаки (рецессивные) организмов при скрещивании не исчезают, а сохраняются в потомстве ( в гетерозиготном состоянии).

2. Каждая гамета получает лишь один ген из каждой аллельной пары.

3. Женские и мужские гаметы, несущие разные аллели одного гена, при оплодотворении комбинируются случайным образом.
На основании этого закона, было сформулировано правило «чистоты» гамет: «Находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются и при образовании гамет по одному переходят в них в чистом виде».

Это правило установил Г. Мендель, но закон сформулировал в 1902 г. англ. ученый Уильям Бэтсон.


Цитологической основой этого правила является процесс мейоза, при котором в половую клетку попадает только один аллель (ген) из данной пары, т.е. особь Аа образует 50% гамет с аллелем А и 50% с аллелем а.
1.4. Анализирующее скрещивание, множественный аллелизм и неполное доминирование.

Цель занятия: 1.Научиться анализировать закономерности наследования признаков при анализирующем скрещивании, множественном аллелизме и неполном доминировании.

2. Научиться правильно решать генетические задачи с использованием знаний 1 и 2-го законов Г. Менделя.


Практическая работа.

Задание 1. Познакомьтесь с примерами оформления и решения типовых задач при анализирующем скрещивании, неполном доминировании и множественном аллелизме.
Если проявляется рецессивный признак, то организм должен быть обязательно гомозиготным по рецессивному гену. Особи, проявляющие доминантный признак, по фенотипу не различимы, но они могут быть как гетерозиготны, так и гомозиготны. Для определения их генотипа производят так называемое анализирующее скрещивание и узнают генотип интересующей особи по потомству. Особь, генотип которой надо выяснить, скрещивают с гомозиготой по рецессивному гену.

Если от такого скрещивания все потомство окажется однородным, то анализируемая особь гомозиготна (первый закон Менделя). Если в потомстве происходит расщепление, то особь гетерозиготна.


Р: А. х аа Р: А. х аа

F1: 100% Аа F1: 2Аа; 2аа

1 : 1

Генотип исследуемой Генотип исследуемой особи – Аа

особи АА

Как видно из схемы, при анализирующем скрещивании для потомства гетерозиготной особи характерно расщепление в отношении 1:1.


Анализирующее скрещивание имеет большое значение при селекционной работе.
При скрещивании растения ночная красавица с белыми цветками (аа) с растением, у которого были красные цветки (АА) все гибриды первого поколения имели розовые цветы (Аа) – появлялся промежуточный признак. При скрещивании между собой гибридов во втором поколении происходило расщепление признаков по фенотипу в соотношении: 1 (красные): 2 (розовые): 1 (белые). Данное явление было названо неполным доминированием или промежуточным наследованием. Такое явление широко распространено в природе.


При скрещивании желтых волнистых попугайчиков (А) с голубыми (а) потомство всегда имеет зеленое оперение. Какое оперение будут иметь птенцы во втором поколении?

Дано: А – желтый цвет Р: АА х аа



а – голубой цвет F1: 100% Аа

Аа – зеленые Р: Аа х Аа

F2: АА ; 2Аа ; аа

F2 - ? 25% 50% 25%
Ответ: В первом поколении все птенцы будут зелеными, а во втором поколении 25% желтые, 50% зеленые и 25% голубые, т.е. расщепление в фенотипе будет соответствовать расщеплению в генотипе (1 : 2 : 1).
Кроме доминантной и рецессивной аллелей часто существуют и другие состояния того же гена. В этом случае говорят о множественном аллелизме. Однако у отдельной особи возможно только присутствие двух любых аллелей.

Например, группы крови (открытые в 1900 г. австрийским ученым

К. Ландштейнером) у человека определяются тремя аллелями – О, А и В. Окраска шерсти у кроликов определяется 5 аллелями: А1 – серая («Агути»); А2 – шиншилла; А3 – гималайская; А4 – черная; А5, - белая (альбинос). Доминирование убывает от А1 до А4. А5 рецессивен ко всем остальным аллелям.

  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница