Учебная программа "Основы генетики"

Пояснительная записка

Содержательной основой курса является блок «Основы генетики», изучаемый в 9, 10, 11 классах. Но на изучение темы «Закономерности изменчивости» отводится всего 3 часа.

Познание закономерностей изменчивости необходимо для понимания причин многообразия живой природы, процессов эволюции в жизни. Без знания закономерностей изменчивости организмов, популяций, видов немыслимы основы генетики. Изучение закономерностей изменчивости является теоретической базой селекции, здравоохранения, генной инженерии, биотехнологии.

Загрязнение мутагенами окружающей среды - обратная сторона медали научно-технического прогресса человечества. Загрязнение среды мутагенами касается самого драгоценного, что создано эволюцией живой материи, - генетической программы человека. Оно захватывает также генофонды популяций всех видов животных, растений, бактерий и вирусов, населяющих биосферу. Цели курса:

-     Показать приоритет экологических ценностей (сохранение многообразия органического мира, состояние своего здоровья, семьи, популяции человечества) над материальными.

-     Уметь использовать знания в ситуациях поиска идеала нравственно и физически здорового человека.

-     Создать условия для формирования и развития у обучающихся интеллектуальных и практических умений в области генетики. Задачи курса:

Учащиеся должны уметь характеризовать: -причины биологической индивидуальности на разных уровнях; -модификационную, мутационную и комбинативную изменчивость,

её причины; -норму реакции;

-значение генотипа и условий среды в формировании фенотипа; —значение мутаций в эволюции, генетике, здравоохранении и

экологической безопасности населения. Учащиеся должны уметь характеризовать основные положения:

-    мутационной теории;

-    закона гомологических рядов наследственной изменчивости;

-    закономерностей модификационной изменчивости;

-    Закона Харди-Вайнберга;

- Вклад Н.И. Вавилова, И.А. Рапопорта, В.В. Сахарова, А.С. Серебровского, С.С. Четверикова, Н.П. Дубинина в развитие науки генетики, синтетической теории эволюции, селекции.

Уметь сравнивать: -точки зрения разных ученых;

-мутационную и модификационную изменчивость организмов; -виды мутаций;

-формы естественного отбора, борьбы за существование, качественные и количественные признаки.

Различать:

1)   Источники, вызывающие модификационную, мутационную и комбинативную изменчивость у организмов; различать основные свойства различных форм изменчивости.

2)   Имена создателей учения о мутациях, закона гомологических рядов в наследственной изменчивости, учения о модификациях, закона генетического равновесия.

3) Соотношение генотипов в идеальной популяции.
Ученики должны уметь приводить примеры:

-мутационной, модификационной, комбинативной изменчивости; -основных видов мутаций и мутагенов; -дрейфа генов, популяционных волн, миграций, изоляций.

Решать генетические задачи:

-       строить вариационные кривые на растительном и животном материале;

-       пользоваться предметным и именным указателями при работе с научной и популярной литературой.

-       составлять развернутый план - тезисы текста, конспектировать текст, готовить рефераты, составлять схемы, таблицы.

Содержание программы

 1. Введение

Ошеломляющее разнообразие жизни. Значение многообразия в природе. Основные формы изменчивости. Генетическая изменчивость.

2. Комбинативная изменчивость

Источники комбинативной изменчивости.

Процесс рекомбинации. Практическая работа № 1

3. Мутационная изменчивость

Геномные, хромосомные, генные мутации. Нейтральные мутации. Генеративные и соматические мутации. Полулетальные и летальные. Основные положения мутационной теории. Эволюционная роль мутации.

Практическая работа № 2.

4. Множественный аллелизм

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Жизнь и деятельность Н.И. Вавилова. Подготовка рефератов.

5. Причины возникновения и искусственное получение мутаций

Естественный мутационный процесс. Мутагенные факторы среды.

Экспериментальное получение мутаций. Работы И.А. Рапопорта, В.В. Сахарова и других. Охрана людей от действия мутагенов. Подготовка рефератов.

6. Изменчивость при обмене генетической информации
Мобильные генетические элементы. Свойства мобильных генетических

элементов. Способы перемещения. Трансдукция. Трансформация. Использование в генной инженерии.

7. Цитоплазматическая наследственность и изменчивость

Влияние ядерных генов через цитоплазму яйцеклетки. Внеядерные

гены. Цитоплазматическая мужская стерильность. Значение в селекции.

Плазмиды и вирусоподобные элементы. Использование в генной инженерии

и биотехнологии.

8. Генетическая изменчивость в природных популяциях Популяция. Генофонд. Частоты генов и генотипов. Изучение генетической изменчивости. Изучение хромосомного полиморфизма. Уровень гетерозиготности природных популяций. Работы С.С. Четверикова. Гетерозиготность и величина комбинативной изменчивости.

9. Принцип популяционного равновесия Закон Харди-Вайнберга Виды скрещиваний. Закон Харди-Вайнберга. Популяционное равновесие и пол. Биологический смысл закона. Решение задач.

10. Миграции

Закономерности миграции аллелей. Миграция аллелей в человеческих популяциях.

11.Изоляция
Первичная изоляция. Вторичная изоляция.

12. Случайные процессы в популяциях. Дрейф генов Популяционные волны и дрейф генов.

13. Естественный отбор Борьба за существование. Виды борьбы за существование. Определение и общая характеристика естественного отбора. Непостоянство вектора естественного отбора. Естественный отбор в лабораторном опыте.

14. Формы естественного отбора Движущая форма отбора. Стабилизирующая форма отбора. Частотно-зависимый отбор. Дизруптивная форма отбора. Количественная оценка отбора

15. Модификационная изменчивость

Качественные и количественные признаки.

Влияние условий среды на качественные и количественные признаки.

Норма реакции. Здоровье как норма реакции на окружающую среду.

Модификационная изменчивость. Статические закономерности модификационной изменчивости. Вариационный ряд и кривая. Практическая работа № 3-4.

Подведение итогов. Материалы для самоконтроля Тестирование за курс.

Методические указания

Недостатком существующих многочисленных методических пособий для учителя и учащегося (рабочие тетради с печатной основой, учебные модули и др.) является их жесткая структурированность и нацеленность только на «знания», «умения», «навыки». И педагог, и ученик (а в условиях модернизации современной школы их смело можно назвать «обучающиеся») не имеют возможности выбрать для себя индии-видуальную траекторию (стиль) деятельности в процессе обучения. В условиях предпрофильной и профильной школы, которая должна максимально учитывать индивидуальные особенности каждого педагога и обучающихся школьников, назрела необходимость в пособиях нового типа. Поэтому нашей целью стало написание пособия, обеспечивающего создание и поддержание условий педагогического и ученического учебного успеха в пространстве развивающей образовательной среды для каждого обучающегося. Это пособие - организатор самостоятельной деятельности ученика при изучении курса под руководством учителя.

Учебный успех каждого учащегося - это не только увеличение объема усвоенной учебной информации, но, прежде всего, постоянный рост учебных и обучающихся возможностей каждого участника образовательного процесса. Данное пособие поможет каждому учителю и ученику выбрать для себя такое содержание занятий по теме, по форме, по приемам и видам деятельности, уровню их освоения, которое и составит «зону ближайшего развития» субъекта обучения.

Кроме того, значки Г.П., О.П., Е.П., означают, что задания могут быть рекомендованы соответственно для: (ГП) - гуманитарного профиля, общеобразовательного (ОП), естественно-научного профиля (ЕП) обучения учащихся.

Тема 1: «Введение. Формы изменчивости» 1-2 часа.

Приложение № 1. Таблица №1 «Закономерности изменчивости»

Приложения № 2. Схема № 1 «Виды изменчивости»

Изменчивость

Тема 2: «Комбинативная изменчивость»

Тема 3: «Мутационная изменчивость»

Приложение № 3. Схема N° 2

«Изменчивость наследственная (генотипическая)»

Практическая работа № 1

К наследственной изменчивости относятся такие изменения организмов, которые определяются генотипом и сохраняются в ряде поколений. Мутации - наследственные изменения генетического материала.

Классификация мутаций.

Приложение № 4

Образцы карточек-заданий

к теме «Митаиионная изменчивость»

Приложение № 5 Мутационная изменчивость

Вопросы и задания по (40)

1.    По материалам § 23, 24 (с.88 - 92 учебника) заполните таблицу. Таблица «Мутации и модификации»

2.    По материалам §24 (с. 92-95 учебника) заполните таблицу. Таблица «Типы мутаций»

3.     Пользуясь данными рис.20 и таблицей генетического кода (табл. 18, с.34), определите, как отразится на составе фрагментов РНК и белков следующие генные мутации: замена пары Ц-Г на пару А-Т (1), вставка пары Т-А (2), потеря блока из шести пар нуклеотидов (3)

4.  У человека средняя частота мутаций каждого гена за поколение -1 • 10⁵, а среднее число генных локусов в гаплоидном наборе хромосом - 10 • 10⁶. Определите, сколько мутаций может быть в гаплоидном наборе одного человека?

5.  Проявление какого закона наследственности можно обнаружить в
следующих явлениях: мутации альбинизма (отсутствие окраски по
кровов) наблюдаются у человека, млекопитающих (кошек, собак,
тигров, мышей и др.), птиц (воробьев, ворон и др.); короткопалость
встречается у человека, овец, собак, птиц; гемофилией болеют че
ловек, мыши, кошки; врожденная глухота бывает у человека, морской
свинки, мыши, собаки и других организмов?

6. Высокая мутагенная активность установлена у копченостей, пережаренного мяса, черного перца, ванилина, жира, многократно используемого для жарения, алкоголя, веществ табачного дыма.

Напротив, ярко выраженным антимутогенным действием обладают витамины, серосодержащие аминокислоты, овощные и фруктовые соки (капустный, яблочный, мятный, ананасовый и другие). Какие выводы можно сделать из этих данных для здорового образа жизни? Мутационная изменчивость и человека

Практическая работа № 2 Тема: «Наблюдение мутационной изменчивости»

Наблюдение мутационной изменчивости.

Рассмотрите: а) листья и цветки чистотела;

б) отдельные цветки, соцветия сирени и василька.

Определение признаков, характерных для данного вида, или измененных.

Запись результатов в таблицу:

Вывод на основании наблюдений; указать причины возможного появления признаков, нехарактерных для данного вида. Заполните таблицу:

Приложение № 6 Новые документы о Н.И.Вавилове

Николай Иванович Вавилов - выдающийся генетик, растениевод, академик (25 ноября 1887г. - 26 января 1943г.). На основе исследований, проведенных ученым в экспедициях 1922 г., подготовлена к изданию книга «Полевые культуры Юго-Востока». В 1920-е годы по его инициативе Народным комиссариатом земледелия РСФСР была создана сеть опытных селекционных станций, которые являлись своеобразным отделениями -опорными пунктами Государственного института опытной агрономии. Его отделение в Петрограде возглавлял Н.И.Вавилов. Первая такая станция в системе Северо-Кавказского краевого земельного управления (крайзу) открылась в 1924 году в Отраде Кубанской при непосредственном участии Н.И.Вавилова. Позже на Северном Кавказе действовало несколько опытно-селекционных станций. Николай Иванович помогал в организации станций, поэтому ростовские ученью и архивисты давно искали его документы.

Академик Ю.А.Жданов полагал, что пребывание Н.И.Вавилова на юго-востоке России и Северном Кавказе не могло не отразиться в фондах Государственного архива Ростовской области (ГАРО). Обнаруженное в фонде Северо-Кавказского крайзу личное дело профессора Н.И.Вавилова явилась приятной, но прогнозировавшейся находкой.

В деле 12 документов, среди них особый интерес представляют автобиография (жизнеописание - «curriculum vitae») и анкета, присланные им в мае 1922 года из Петрограда в Москву в Государственный солонцово-мелиоративный научно-исследовательский институт (Госсолин). До этого была известна автобиография, составленная Николаем Ивановичем в сентябре 1917 года. Она опубликована в книге «НИВавилов. Научное наследство»

Биография, сохранившаяся в фонде крайзу, короче по изложению, но шире по хронологическому охвату, так как включает сведения до 1922 года. Предисловие, комментарии и подготовка текста к публикации ИМ. Бороховой, по материалам журнала «Отечественные записки», № 1/2003 Автобиография Н.И.Вавилова (20 марта 1922 г.) В Солонцовый институт.

Родился в 1887 году (26 ноября). Окончил в 1990 году Петровскую академию и был оставлен при кафедре частного земледелия профессора Д.Н.Прянишникова для подготовки к профессорскому званию. В 1913 -1914 годах был командирован академией за границу для научной работы. Работал, главным образом, в Англии, в лаборатории Bateson'a Purmet'a и Biffen, во Франции (Vilmorin) и в Германии. В 1915 году выдержалмагистерский экзамен в Петровской академии.

В 1916 году исследовал культурную флору Туркестана, Персии, Бухары и севера Афганистана. В июне 1917 был избран профессором Воронежского сельскохозяйственного института и Саратовских сельскохозяйственных курсов. С 1917 по 1921 год состоял профессором Саратовского университета (агрономический факультет).

В 1920 году был избран членом Сельскохозяйственного ученого комитета и профессором всех сельскохозяйственньгх высших школ Петрограда. С 1920 года избран директором отдела прикладной ботаники и селекции.

В 1921 году был по приглашению Министерства земледелия Соединенных Штатов командирован на международный съезд по болезням хлебов, состоявшийся в Миннесоте и Дакоте, и детально ознакомился с опытными генетическими сельскохозяйственными учреждениями Соединенных Штатов, Канады, Англии, Франции, Германии, Дании, Голландии и Швеции.

Состою действительным членом многих естественно-исторических, географических и сельскохозяйственных ученых обществ Москвы, Петрограда и Саратова, ряда германских, английских и американских обществ, почетным членом Ботанического общества. Член Кружка любителей естествознания.

Состою редактором журнала «Труды по прикладной ботанике и селекции». Главнейшие печатные работы:

1)   «Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям», 250 стр, 1919 год («Известия Петровской академии»).

2.  «Материалы к вопросу об устойчивости хлебных злаков к
грибным заболеваниям», 1913 год. (Труды Московской селекционной
станции, 150 стр.)

3.               «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости». Саратов, 1920.

4.        «О происхождении культурной ржи», 1917.

5.               «О происхождении гладкоостых ячменей», 1919.

6.               «Полевые культуры Юго-Востока», 16-17 печатных листов (приготовлена к печати) и др.

«Иммунитет растений» переведен на немецкий язык. Профессор Н.И.Вавилов

Анкета, заполненная Н.И.Вавиловым при поступлении на работу в Госсолин, 20 марта 1922 года. Вопросы:

1.                Фамилия, имя, отчество.

2.               Образовательный ценз.

3.               Какие учебные заведения окончил?

4.               Специальность

5.               Стаж: а) научный;

б) служебный;

в) политический;

6. Научные работы (перечислить все)

7.   Печатные труды

8.            Занимаемая должность в институте (перечислить все совмещения по работе в институте и точно указать, в каком отделе, п/ от. и т.д. состоит)

9.           Время поступления в Госсолин

10.   Считается ли служба основной?

11.   Перечислить, где и какие должности занимаются в других учреждениях.

12.   Получает ли паек:

а)      в институте (какой);

б)      в других учреждениях (какой).

13.Прежняя служба, где, на каких должностях и какое время.

14.Перечислить аттестаты и документы.

15.Последнее место службы и причины оставления его.

16.По чьей рекомендации поступил в институт (указать имя, отчество и фамилию)?

17.Год рождения.

18.Год призыва.

19.Части войск и чин.

20 Документы освобождения (представить заверенные копии).

21. Состоит на учете (копия документов).

22.Семейное положение.

23. Есть ли дети (какого возраста и пола)?

24.Кто состоит на иждивении?

25.В каком профсоюзе состоите (№ билета)?

26.Зарегистрированы ли на бирже труда?

27.Уроженец какой губернии, уезда, села или деревни?

28.Адрес (подробный, № телефона)

29.Партийность (с какого времени состоит в партии) Подпись составителя анкеты

Подпись ответственного руководителя.

Ответы:

1.            Вавилов Николай Иванович.

2.           Петровская академия.

3.           -

4.           Агроном-ботаник.

5.           Профессор.

Директор отдела прикладной ботаники Сельскохозяйственного ученого комитета.

6.  На русском языке:

1)          «Иммунитет растений», 1919;

2)     «Материалы к вопросу об устойчивости злаков к грибным заболеваниям», 1913;

3)     «О происхождении ржи», 1917;

4)     «О происхождении гладкоостых ячменей», 1919;

5)  «Закон гомологических рядов», 1921 и др.
На английском:

1)          The law oh homologous series in variation. 1921;

2)     Immunity to hungous diseases. 1913;

3)     Genetics and Plant - Breeding in Russia. 1921;

8.Консультант института.

9.1921.

10.     Да.

11. Член Сельскохозяйственного ученого комитета. Профессор
Высшей сельскохозяйственной школы в Петрограде.

12.Только академический.

13.Профессор Саратовского университета. 14.-

15. Избрание в ученый комитет.

16.-

17. 1887.

19.-

20.Не служил, не было.

21.Да.

22.Женат.

23.Сын 3,5 г.

24.Сын 3,5. Мать-старуха, 60 лет.

25.Земли и леса. 26.-

27.Московской.

28.В Москве. Средняя Пресня, 11. В Петрограде. Морская, 44.

29.     Беспартийный.
Н.И.Вавилов.

Тема 5: «Причины возникновения и искусственное получение мутаций»

Проверьте себя:

По вопросам (51, № 1-5, с.249) - для 10 (11) класса

9 кл. Рабочая тетрадь. - М: Дрофа, 2003 год

Допишите предложение:

Приоритет в  исследовании генетических  процессов, в популяциях

принадлежит выдающемуся русскому ученому...

Наблюдения за природными..

Приложение Ns 7. Решение задач Задача № 1.

В городе с достаточно постоянным составом населения в течение пяти лет среди 25 тысяч новорожденных зарегистрировано 2 больных фенилкетонурией, которая наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Определите количество гетерозигот и гомозигот по фенилкетонурии и частоту рецессивного гена, вызывающего этот недуг.

Решение:

Обозначим нормальный (доминантный) ген через А, а его рецессивный аллель, вызывающий развитие фенилкетонурии, - через а.

Согласно закону Харди- Вайнберга,

Р² • АА + 2pq ■ Аа + q² аа = 1

Где р -частота гена A, q - частота рецессивного гена а, р² - частота генотипа АА, q² - частота генотипа аа, то есть частота гомозигот, у которых проявляется фенилкетонурия.

По условию задачи:

25000

Отсюда:

q = -/—^— =ЫИ = 0,0089

V 25000    158,1

Итак, частота рецессивного гена а равна 0,0089. Так как в каждой гамете может быть только один ген (рецессивный или доминантный), то сумма частот генов А и а всегда равняется 1, то есть р + q = 1, откуда р= 1-0,0089 = 0, 9911

Зная чистоту (р) доминантного гена А, можем определить частоту генотипов АА:

р² = (0,9911)² = 0,9823, или 98,23%;

затем - частоту аа:

q² = (0,0089)² = 0,00008, или 0,01%

Далее определяем частоту гетерозигот (генотипов Аа):

2 pq = 2(0,9911 • 0,0089) = 0,0176, или 1,76%

Зная процентный состав, устанавливаем количество генотипов АА, Аа и аа в популяции: 24558 АА + 440 Аа + 2 аа - 25000

Задача N92.

На экскурсии в поле учащимся было предложено подсчитать число растений тысячелистника с белыми и розовыми цветками. В результате оказалось, что среди встретившихся растений тысячелистника 213 были с белыми цветками, 18 - с розовыми.

Определите частоту (р) доминантных генов, обусловливающих образование белых цветков, частоту (q) рецессивных генов, определяющих в гомозиготном состоянии развитие розовых цветков, количество скрытых носителей рецессивного гена (гетерозигот) в этой популяции.

Задача решается аналогично предыдущей.

Ответ:

q =0, 2793; р = 0,7207; количество гетерозигот равно 92.

Задача № 3.

У кроликов на каждые 1600 нормально окрашенных особей встречается альбинос (альбинизм - рецессивный признак, проявляется у особей с генотипом ее). Определите частоту (q) гена альбинизма, число скрытых носителей этого гена (гетерозигот) в популяции, генотипическую структуру популяции.

Ответ:

q =0, 025; гетерозигот 78; генотический состав популяции: 1521 СС + 78 Сс + 1 ее = 1600.

Задача № 4

Альбинизм у ржи наследуется как аутосомный рецессивный признак (генотип сс). На обследованном участке среди 84 тысяч растений обнаружено 210 альбиносов. Определите частоту (q) гена альбинизма у ржи, генотипическую структуру популяции.

Ответ:

q =0,05; генотипический состав: 75800 GC + 8980 Сс + 210 сс = 84000.

Задача N9 5.

Определите вероятное количество гетерозигот в стаде кроликов породы «Советская шиншилла», насчитывающем 800 особей, среди которых 6% альбиносов.

Ответ: 291.

Задача № 6.

В популяции человека кареглазые индивидуумы составляют 51%, голубоглазые - 49%. Известно, что карие глаза (ген А) - доминантный признак, голубые глаза (ген а) - рецессивный признак.

Определите, сколько процентов в популяции составляют гетерозиготы.

Ответ: 9%.

Приложение № 8

1. Понятие микро - и макроэволюции. Эволюция, идущая на уровне ниже вида (подвиды, популяции) и завершающаяся видообразованием, называется микроэволюцией (эволюция популяций под действием естественного отбора). Микроэволюционные явления и процессы нередко совершаются в относительно небольшие сроки и поэтому доступны для непосредственного наблюдения.

Эволюция на уровне систематических единиц выше вида, протекающая миллионы лет и недоступная непосредственному изучению, называется макроэволюцией.

Процессов макроэволюции мы непосредственно не видим, но можем наблюдать их результаты: современные организмы и ископаемые остатки живших ранее существ.

Термины «микроэволюция» и «макроэволюция» ввел в биологию русский генетик Ю.А. Филипченко в 1927 году.

Эти два процесса едины, макроэволюция является продолжением микроэволюции.

Исследуя движущие силы микроэволюции, можно объяснить и

макроэволюцию.

На уроках мы занимаемся изучением микроэволюционных процессов.

2. Введение в популяционную генетику.

На стыке классического дарвинизма и генетики родилось целое направление - популяционная генетика, занимающаяся изучением эволюционных процессов в популяциях.

Дело в том, что в 20-е гг. XX века между генетиками и эволюционной теорией Дарвина возникло разногласие. Высказывались мнения о том, что генетика отменили якобы устаревший дарвинизм. Наши отечественные ученые первыми поняли значение сравнительно мелких объединений особей, на которые распадается население любого вида, - популяций.

В 1926 году С.С. Четвериков (1880-1959) написал свою главную работу «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики». Четвериков доказал, что расширение знаний о природе наследственности, наоборот, укрепило и развило дарвинизм. Выход в свет его работы дал начало синтетической теории эволюции, объединившей генетику и учение Дарвина, - эволюционной генетике. Популяционная генетика, в первую очередь, занимается выяснением механизмов микроэволюции.

3. Популяции и генофонд.

Главное начало, объединяющее особей в одну популяцию, - имеющаяся у них возможность свободно скрещиваться между собой - панмиксия (от греч. «пан» - все и «миксис» - смешивание). Возможность скрещивания, доступность партнера внутри популяции при этом обязательно должна быть выше, чем возможность встретиться двум особям противоположного пола из разных популяций.

Панмиксия обеспечивает возможность постоянного обмена наследственным материалом. В результате формируется единый генофонд популяции.

Генофонд (от греч. «генос» - рождение и лат. «фонд» - основание, запас) -совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции (термин введен в биологию в 1928 году А.С.Серебровским).

4. Частота (концентрация) генов и генотипов.
Важнейшая особенность единого генофонда - его внутренняя

неоднородность. Генофонд популяции может быть описан либо частотами генов, либо частотами генотипов.

Предположим, что нас интересует какой-либо ген, локализованный в аутосоме, например, ген А, имеющий два аллеля - А и а.

Предположим, что в популяции имеется N особей, различающихся по

этой паре аллелей. В популяции встречаются три возможных генотипа -

АА; Аа; аа. Введем следующие обозначения:

Д - число гомозигот по доминантному аллелю (АА);

Р - число гомозигот по рецессивному аллелю (аа);

Г - число гетерозигот (Аа).

Общее число аллелей А можно записать, как 2Д + Г, тогда частота

встречаемости доминантного аллеля А (обозначается латинской буквой

«р») будет равна:

р = (2Д + Г)Ш,

где N - число особей.

Частота встречаемости рецессивного аллеля обозначается буквой «g».

Ее можно определить, исходя из того, что сумма частот встречаемости

аллелей равна единице. Отсюда частота рецессивного аллеля:

g=l-p

Таким образом, мы познакомились с формулами, по которым можно

вычислить частоты встречаемости аллелей в генофонде популяции. А

каковы частоты встречаемости трех возможных генопитов? На этот

вопрос отвечает закон Харди-Вайнберга.

5. Закон Харди-Вайнберга о равновесном состоянии популяций.

Закон о частотах встречаемости генотипов в генофонде популяции был

сформулирован независимо друг от друга английским математиком

Дж.Харди и немецким генетиком Г.Вайнбергом.

Предположим, что самцы и самки в популяции скрещиваются случайно.

Образование особей с генотипами АА обусловлено вероятностью получения

аллеля А от матери и аллеля А от отца, т.е.:

Р • Р = Р²

Аналогично возникновение генотипа аа, частота встречаемости которого - gf.

Генотип Аа может возникнуть двумя путями:  организм  получает

аллель А от матери, аллель а - от отца или, наоборот, вероятность того

и другого события равна р • g, а суммарная вероятность возникновения

генотипа Аа равна 2 pg.

Таким образом, частоту трех возможных генотипов можно выразить

уравнением:

(p + g)² = p² + 2pg + g² = l,

в котором р - частота встречаемости аллеля A; g - частота встречаемости

аллеля a; g² - частота встречаемости генотипа аа; р² - частота встречаемости

генотипа АА; pg - частота встречаемости генотипа Аа.

Таким образом, если скрещивание случайно, то частоты генотипов

связаны с частотами аллелей простым уравнением квадрата суммы.

Приведенная выше формула получила название уравнения Харди-

Вайнберга.

Предположим, что в популяции

р = 0,7A, g=0,3a; тогда частоты встречаемости генотипов будут равны:

(0,7 + 0,3)² = 0,49 + 0,42 + 0,09 =1

Интересно, что в следующем поколении гаметы с аллелем А будут вновь возникать с частотой 0,7 (0,49 от АА + 0,21 от Аа), а с аллелем а - с частотой 0,3 (0,09 от аа + 0,21 отАа), т.е. частоты генов и генотипов остаются неизменными из поколения в поколение - это и есть закон Харди-Вайнберга.

6. Условия выполнения закона Харди-Вайнберга.

В полной мере закон Харди-Вайнберга применим к «идеальной популяции», которая характеризуется следующими признаками:

-    бесконечно большие размеры;

-    неограниченная панмиксия;

-    отсутствие мутаций;

-    отсутствие иммиграции особей из соседних популяций;

-    отсутствие естественного отбора.

В природных популяциях ни одно из этих условий не соблюдается, поэтому и закон Харди-Вайнберга носит условный характер. Тем не менее, он реально отражает тенденции в характере распределения частот тех или иных аллелей и генотипов.

Закрепление знаний - решение задач с использованием закона Харди- Вайнберга. Задача 1. Рассчитать состав идеальной популяции, если генотипом аа в ней обладает 1 особь из 400. Решение: 1) g²=l/400 (частота гомозиготного генотипа по рецессивному аллелю);

2)  - частота рецессивного аллеля а будет равна: g = ^g² = 1/400

= 1/ 20, то есть 1 часть (один аллель) из 20;

3)        - частота доминантного аллеля будет равна: 20 - 1= 19

4)        - состав популяции: (р + g )² == р² + 2pg + g². (19+1)² = 19² АА + 2 • 19 Аа + 1²аа = 361 АА +38 Аа + 1аа.

Ответ: 361 АА : 38 Аа : 1аа

Задача 2.

В популяции беспородных собак города Владивостока было найдено 245 коротконогих животных и 24 с ногами нормальной длины.

Коротконогость у собак - доминантный признак (А), нормальная длина ног - рецессивный (а). Определите частоту аллелей А и а и генотипов АА, Аа и аа в данной популяции. Решение:

1) Общее количество собак - 245 + 24 = 269.

Генотип собак с ногами нормальной длины - аа, частоту ал-леля а (в долях единицы) обозначаем буквой «g». Тогда чистота генотипа аа = g².

g²= 24/ 269 = 0,09

- Частота рецессивного аллеля:

_g= V7= 4Ш =о,з

2)      Определяем частоту доминантного аллеля А, т.е. р:

p=l-g=l-0,3=0,7

3)      Определяем частоту генотипа АА, т.е. р²:

р² = 0,72 = 0,49

4) Определяем частоту гетерозигот, то есть 2pg:

2pg - 2 • 0,7 • 0,3 = 0,42

5) Рассчитаем количество собак разных генотипов.
Определяем сумму частот доминантных гомозигот и гетерозигот:
0,49 АА + 0,42 Аа = 0,91;

- определяем количество собак с генотипом АА:
245 особей - 0,91

х особей - 0,49, х = 132 особи;

- определяем количество собак с генотипом Аа:
245 особей-0,91

х особей - 0,42, х = 113 особей. Ответ: 132 АА : 113 Аа: 24 аа.

Задача 3. В популяциях Европы из 20000 человек один - альбинос. Определите генотипическую структуру популяции. Решение:

1)  Находим частоту рецессивных гомозигот (g²) в долях единицы:
g² = 1/ 20000 = 0,00005, тогда частота рецессивного аллеля а
составит:

g= т/g²" = 0,00005 = 0,007

2)  Определяем частоту доминантного аллеля А:
р= 1-0,007 = 0,993

3)Определяем частоту генотипа АА, то есть р²: р² = 0,993² = 0, 986

4)Определяем частоту генотипа Аа, то есть: 2pg = 2 • 0,993 • 0,007= 0,014

5)Расписываем генотипическую структуру популяции европейцев: 0,986 АА : 0,014 Аа : 0,00005 аа, или в расчете на 20000 человек: 19720 АА: 280 Аа: 1аа

Ответ: 0,986АА: 0,014 Аа: 0,00005 аа, или 19720 АА: 280 Аа: 1аа.

Устная проверка по вопросам:

• 1)   Популяция и генофонд;

2)     Частота встречаемости генов в генофонде популяции;

3)          Связь между частотами генов и генотипов в генофонде популяции. Закон Харди-Вайнберга.

Проверка решения задачи, заданной на дом Решение:

1)          Определяем частоту встречаемости генотипа гг: g² = 210/84000 = 0,0025

2)    Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля:

g = V⁰'^{0025 =} °'⁰⁵

3) Определяем частоту встречаемости доминантного аллеля:
р = 1 - g = 1 - 0,05 = 0,95

4)   Определяем частоту встречаемости гетерозигот:

2pg = 2 • 0,05 ■ 0,95 = 0,095 Ответ: р (R) = 0,95; g (r) = 0,05; частота встречаемости гетерозигот 0,095 (гомозигот RR: (0,95)² = 0, 9025; гомозигот п - 0,0025)

Самостоятельная работа (решение задач на закон

Харди-Вайнберга)

1-й вариант

1. Определить вероятное количество гетерозигот в группе кроликов,
насчитывающей 500 животных, если в ней выщепляется около 4%
альбиносов (альбинизм наследуется как рецессивный аутосомный
признак)

Решение:

1) Определяем частоту встречаемости гомозигот по рецессивному
аллелю:

g² = 4/100 = 0, 04

2) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля:

g = Vb7)4 = 0, 2

3)    Определяем частоту доминантного аллеля:

р = 1 - 0,2= 0,8

4)    Определяем частоту встречаемости гетерозиготного генотипа:
2pg = 2 • 0,2 • 0,8 = 0,32 или 32%

5.Определяем вероятное количество гетерозигот:

500 особей-100%

х особей - 32%

х= 160 особей;

Ответ: 160 особей - с гетерозиготным генотипом.

2. Вычислите частоту аллелей М и m в соответствующей выборке
из популяции: 180 М и 20 mm.

Решение:

1)        Определяем частоту встречаемости аллеля М: р = (2Д + Г) / N = (180 + 0) / 200 = 0,9

2)   Определяем частоту встречаемости аллеля т: g= 1-р=1-0, 9 = 0,1

Ответ: р (М) = 0,9; g(m) = 0,1

2-й вариант

1) В популяции садового гороха наблюдается появление растений,
дающих желтые и зеленые бобы. Желтая окраска доминантна. Доля
растений, дающих зеленые бобы, составляет 81%. Какова частота
гомо- и гетерозиготных растений в этой популяции?

Решение:

2) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля. Из условия
задачи вытекает, что g²=0,81, тогда:

g = Vo^T = 0,9

3)Определяем частоту встречаемости доминантного аллеля: р= 1 -g= 1-0,9 = 0,1

4)Определяем генотипическую структуру популяции растений гороха:

(0,1+0,9)² = 0,01 АА + 0,18 Аа + 0,81 аа Ответ: 1% АА: 18% Аа: 81% аа. 2. Вычислить частоту аллелей А и а в популяции с соотношением генотипов: 64АА:32Аа:4аа. Решение: 1)Из условия задачи можно сделать вывод о генотипической

структуре популяции: 0,64АА: 0,32Аа:0,04аа; определяем частоту встречаемости доминантного аллеля:

р² = 0,64, тогда р = 7^64 = 0,8

2) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля:

g² =0,04, тогда g= J6fi4 = 0,2

Ответ: р = 0,8; g = 0,2

___________ Тема:  «миграции»__________

1 .Закономерности миграции  (51, №56,стр.252)

аллелей.                       Приведите примеры известных вам

миграций животных и растений. Какова роль человека в процессах миграции живых организмов? Ответьте на вопрос: Какова роль миграции в генетически

__________________ преобразованных популяциях? 

2. Миграция аллелей в  Приведите примеры миграции

человеческих популяциях.      аллелей в человеческих популяциях,

используя: (51,стр.253) Какое генетическое значение имеет миграция организмов?

_________________ I Решите задачу №3, стр.25 3 [51]

Тема 12: «Случайные процессы в популяциях

______________ Дрейф генов»___________ .__

Случайные процессы в    Изучите теорию по:

популяциях. Дрейф генов. (51, 58,с.258 - 262) или по

1.   Случайные колебания частот      Приложению № 9 аллелей в популяциях ограниченного размера

2.Дрейф генов.  Выучите термин по (51, с.262); (14а, с.276) Приведите примеры (54)

    3. Популяционные волны и дрейф    Изучите теорию по (51, с.283)
генов.                                   Проверьте знание термина: (14а,

с.283)

Ответьте на вопросы по:

(51, с. 262)

Выполните тест по:
      Тема. 11: «Изоляция»

Изоляция.      Изучите теорию по: (51, 57, с.254

или по Приложению №9).
Выпишите определение «изоляция».
Проверьте себя: ответьте на вопросы  (51,с.257)
Первичная изоляция:     Дайте характеристику видам

изоляции.

A)  Географическая;      Приведите примеры видов изоляции

в природе.
Б)  Экологическая;         Как может влиять изоляция на

генетические процессы,

B) Временная;               происходящие в популяции?

Какова роль вторичной изоляции в поддержании стабильности генетической структуры вида? Почему изоляция - обязательное условие всякого достаточно длительного этапа эволюционного процесса?

Охарактеризуйте механизмы вторичной изоляции.
Выполните тест по:

Приложение Ns 9 1.

Волны жизни и их роль в эволюции

Периодическое чередование подъемов и спадов численности популяций называется популяционными волнами, или волнами жизни (термин был введен в 1905 году С.С.Четвериковым).

Нашествия полевок, мышей, саранчи известны человеку с древних времен. Периодической колебание численности особенно хорошо заметно у грызунов и других видов с коротким жизненным циклом и быстрой сменой поколений. Но само явление характерно для всех популяций растений и животных.

Волны жизни могут быть сезонными (периодическими) и несезонными (непериодическими). Сезонные изменения численности популяций часто обусловлены генетически. Несезонные волны жизни обусловлены непосредственным воздействием на популяцию различных абиотических и биотических факторов среды (температура, влажность, влияние хищников, обилие пищи, засуха, пожар, наводнение и т.д.) В итоге численность популяции определяется сразу многими факторами. В сообществах часто наблюдаются периодические колебания численности популяций, связанные с взаимоотношениями типа «хищник-жертва». Усиленное размножение объектов охоты хищников вследствие увеличения кормовых ресурсов приводит, в свою очередь, к усиленному размножению хищников. За этим следует массовое уничтожение их жертв. Недостаток кормовых ресурсов обусловливает сокращение численности хищников и восстановление размеров популяции жертв.

Волны жизни - один из элементарных эволюционных факторов. С возрастанием численности популяции увеличивается и число мутантов. После спада численности сохранившаяся часть популяции по генетическому составу будет значительно отличаться от ранее многочисленной популяции, так как часть мутаций совершенно случайно исчезнет вместе с несущими особями, а некоторые мутации также случайно, резко повысят свою концентрацию.

Таким образом, сами по себе популяционные волны не вызывают наследственную изменчивость, а только способствуют случайному изменению частот аллелей и генотипов, то есть волны жизни - это своеобразный фактор-поставщик эволюционного материала, выводящий совершенно случайно и ненаправленно ряд генотипов на эволюционную арену. После стабилизации условий среды в популяции будет идти отбор особей с оптимальными генотипами.

Следует помнить, что волны жизни ставят под угрозу выживание малочисленных популяций.

2.    Изоляция и ее значение для насыщения популяций мутациями Изоляцией в теории эволюции называют исключение или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида, ведущее к обособлению внутривидовых групп и новых видов.

Выделяют различные формы изоляции: географическую, временную, экологическую, сезонную, и другие. Все эти формы могут способствовать изоляции репродуктивной. Например, географическая изоляция препятствует скрещиванию из-за разделения популяций какими-либо географическими барьерами (реки, горы, пустыни и т.д.).

Тем самым она нарушает обмен генетической информацией между популяциями одного вида.

Таким образом, изоляция - один из важнейших факторов эволюции, способствующий насыщению данной популяции мутациями. Она закрепляет межпопуляционные различия в частотах встречаемости различных генотипов и способствует созданию группировок с независимыми генофондами, которые могут стать самостоятельными видами.

3. Генный поток и его роль в эволюции Если изоляция между соседними популяциями неполная, то между ними возникает обмен генами в результате свободного скрещивания их особей. Этот процесс получил название генного потока. Генный поток является важным источником изменчивости. Часть особей-мигрантов одной популяции проникает в другую, и их гены включаются в генофонд этой популяции. При скрещивании особей разных популяций генотипы потомства будут отличаться от генотипов обоих родителей. В данном случае происходит перекомбинация генов на межпопуляционном уровне, то есть генный поток также является поставщиком материала для естественного отбора. Поток генов имеет важнейшее биологическое следствие - объединение всех популяций в единую видовую систему.

4.    Дрейф генов как фактор эволюции Случайное, ненаправленное изменение частоты генов в популяции получило название дрейфа генов. Он наблюдается в малых популяциях, где вероятность случайности велика.

Допустим, что в популяции некий ген представлен двумя аллелями -аллелем «+» и аллелем «-», причем 50% особей несут аллель «+», а 50% - аллель «-». В каждый сезон участие в размножении принимает только 25% членов данной популяции. По чистой случайности в некий конкретный год среди них оказалась лишь одна особь, несущая ген «+». В результате в следующем поколении этот ген будет встречаться гораздо реже, то есть частота встречаемости этого гена резко упадет -по совершенно случайным, не связанным с особенностями этого гена, причинам.

Интересным случаем генетического дрейфа является эффект основателя. Когда несколько особей покидают большую популяцию и занимают новую область, то весьма велика вероятность, что какие-то гены будут здесь представлены в совершенно ином соотношении, чем в исходной популяции. Это обстоятельство может сильно повлиять на эволюцию таких вновь возникающих изолированных популяций.

Примером являются дарвиновы вьюрки, потомки нескольких вьюрков из Южной Америки, унесенных в море во время бури и основавших новую популяцию.

Таким образом, все рассмотренные нами факторы эволюции носят ненаправленный характер.

Они сами по себе не могут вызвать целенаправленное изменение генофонда популяции, то есть не могут вызвать целенаправленного изменения концентрации определенных генов и не могут привести к элементарному эволюционному явлению.

Единственным фактором, имеющим направленный характер, является естественный отбор. Все рассмотренное ранее факторы могут лишь повышать или понижать его эффективность.

Закрепление знаний.

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

Домашнее задание.

Изучить параграф учебника «Роль в эволюции волн жизни, изоляции, генного потока, дрейфа генов».

Тема 23; «Естественный отбор как основной фактор

эволюции»

Тема 14: «Формы естественного отбора»

Приложение №10 Формы естественного отбора (10-11 класс)

Приложение №11 Формы естественного отбора (9 класс)

Виды естественного отбора.

Тема 25; «Модификационная изменчивость»

Приложение Ns 12 Модификационная изменчивость

Приложение №14 Закономерности изменчивости

Наследственный аппарат организма определяет возможность развития всех свойств и признаков, реализации этой возможности способствуют или препятствуют условия внешней среды:

Онтагенез      Генотип—►Фенотип

Условия внешней среды

Очевидно, что в разных условиях среды один и тот же генотип может иметь различные фенотипы, то есть будет проявляться ненаследственная, модификационная изменчивость. Изменения самого генотипа - причина наследственной, мутационной изменчивости.

Практическая работа N9 3: «Закономерности модификационной изменчивости»

При изучении закономерностей наследственности рассматриваются, как правило, качественные признаки, которые могут быть описаны словесно (цвет глаз, форма листьев), и степень их выраженности трудно поддается измерению. Проявление этих признаков обусловлено, в основном, действием отдельных генов. Количественные признаки (рост, масса, объем и другие) допускают точное измерение, причем числа, характеризующие степень их выраженности, можно расположить в один ряд: от самой маленькой величины до самой большой.

Развитие количественных признаков определяется одновременным действием сразу многих генов в широком диапазоне влияния внешних условий. Знание закономерностей распределения количественных признаков исключительно важно как для теоретической биологии, так и для практики сельского хозяйства, медицины, многих отраслей промышленности.

Цель работы:

- выявить статистические закономерности изменчивости количественных признаков. Оборудование:

линейки, весы, мерные цилиндры и другие приборы для измерений, наборы (не менее 100 экз.) желудей, колосьев, листьев, семян и других объектов, микрокалькуляторы.

Задание для предварительного сбора ряда статистических данных (для групп учащихся из 2-3 человек)

1. Опросите не менее 100 учащихся одного пола и примерно одного возраста об их массе, росте, размере обуви и головных уборов, спортивных достижениях, поддающихся количественному выражению, в одних и тех же видах спорта. Полученные данные сведите в таблицу:

1. Количественные признаки учащихся

2. Посетите ближайшие магазин или фабрику и соберите сведения о составе 2-3 партий(не менее 100 изделий) какого-либо товара (обуви, одежды, головных уборов), предназначенного для лиц одного пола и возраста. Полученные данные сведите в таблицу.

Ход работы:

Учащиеся делятся на группы по 10 человек. Одна группа обсчитывает собранные заранее статистические данные. Другие группы получают по 100-150 экземпляров какого-либо объекта, чтобы каждый учащийся измерял 10-15 из них, и можно было бы суммировать результаты работы всей группы.

Задание:

1. Измерьте какой-либо количественный признак (объем с помощью
мерного цилиндра с водой, массу, длину, число каких-либо деталей строения
и т.п.) у 115 экземпляров каждого объекта. Полученные данные сведите в
таблицу.
_______ 2. Количественные признаки организмов__

2. Совместно с другими участниками группы выявите минимальное и максимальное значения измеряемого признака, определите размах его изменчивости (из максимального значения вычитают минимальное), разделите полученную величину на 10, чтобы получить классы величин для разноски по ним собранных данных.

Прибавляя к минимальной величине последовательно десять определенных вами «шагов» ее изменений, определите границы 10 классов. Составьте вариационный ряд - двойной ряд чисел, отражающий распределение вариантов (величин измеряемых признаков) по классам - с помощью таблицы.

______         3. Данные для вариационного ряда____

3.Изобразите полученный вариационный ряд в виде диаграммы или кривой. На оси ординат откладывают границы классов, на оси абсцисс - частоты; из найденных точек каждой оси опускают перпендикуляры, места их пересечения соединяют ломаной линией (или строят «столбики», высота которых соответствует частотам классов).

4. Просуммировав полученные всей группой значения всех величин
признака (вариантов) и разделив сумму на число вариантов,
получите среднюю арифметическую изучаемого признака (вычисления

|У(х-х)²

проводите с помощью микрокалькулятора): <т = ±  —    , где

у      п-1

О - среднее квадратичное отклонение;

X - среднее арифметическое;

п - число измерений;

х - варианта (значение каждого отдельного измерения).

5. С помощью микрокалькулятора определите среднее квадратичное
отклонение - показатель разнообразия признака - по формуле.

Для облегчения вычислений используйте вспомогательную таблицу: 4. Этапы вычисления среднего квадратичного отклонения

6. Для сравнения разнообразия признаков в различных вариационных

В рядах пользуются коэффициентом вариации, который вычисляют по

формуле: с=Х(%)

х Определите коэффициент вариации для составленного вашей группой вариационного ряда.

7. Составьте вариационные ряды и вариационные кривые по материалам, полученным при изучении состава партий товаров. Сравните их с данными опроса той группы учащихся, которые могут быть потенциальными покупателями.

Приложение №15 Практическая работа № 4 Выявление изменчивости организмов Материал для работы:

Живые растения или гербарные материалы (растения одного вида): фиалка узамбарская, пастушья сумка, флоксы, космеи, васильки, астры, герань, виолы, львиный зев, календула, сирень, чистотел и другие - по нескольким признакам; пшеница, рожь, ячмень и другие - по признаку количества колосков в сложном колосе; ель, сосна и другие - по признаку внешнего строения шишек у хвойных растений; дуб, клен, рябина, вяз, тополь, и другие - по признаку внешнего строения листьев. Наблюдение определенной изменчивости.

а) Анализ растений пастушьей сумки по ряду признаков, представленных в таблице. ОЛоомите записи.

б) Определение на облиственных побегах растений (ясеня, рябины и др.) черт сходства и различия в строении листьев по признакам, указанным в таблице.

Составьте вариационные кривые изменчивости длины листьев и числа листовых пластинок рассматриваемого вида растения.

По результатам наблюдений определите варьирующие признаки и постоянные.

в) Запись результатов наблюдений в таблицу.
_____________ Подведение итогов:___________

Приложение №16

Материалы для самоконтроля

Тест 1: «Роль изменчивости в эволюционном процессе»