Закон гомологических рядов. 9 класс Биология

Класс:9 А,Б,В Наследственная изменчивость. Закон гомологических рядов 11.02.19 Задачи урока 1. Познакомить учащихся с формами наследственной изменчивости, их причинами и  влиянием на организм. Развить у школьников умение классифицировать формы  изменчивости, сравнивать их друг с другом; приводить примеры, иллюстрирующие  проявление каждой из них; Сформировать знания о видах мутаций; Сформулировать закон гомологических рядов и объяснить его значение; Убедить старшеклассников в том, что мутационный процесс очень важен для  2. 3. 4. эволюции органического мира и селекционной работы человека Средства обучения: таблица, иллюстрирующая виды изменчивости, фотографии, гербарные материалы Термины Генотипическая изменчивость, мутация, генные мутации, геномные мутации,  хромосомные мутации:     Задания для учащихся: 1. 2. Сформулировать закон гомологических рядов и привести примеры. Познакомиться с биографией Н.И. Вавилова и знать его основные научные  инверсия; делеция; дупликация; транслокация. 3. открытия. Составить таблицу "Формы изменчивости Организационный момент. Проверка знаний и умений. Фронтальная работа 1. 2. 3. 4. 5. Что изучает генетика? Что означает термин наследственность?­ изменчивость? Какие формы изменчивости вам известны? В чем проявляются закономерности модификационной изменчивости? Как изменение условий сказывается на количественных и качественных признаках?  Приведите примеры Что такое норма реакции? Почему разнообразие качественных признаков в малой  степени зависит от влияния условий среды? Какое практическое значение в сельском хозяйстве имеет значение нормы реакции  6. 7. животных и растений Изучение нового материала 3. В понятие наследственной изменчивости входят генотипическая и цитоплазматическая  изменчивость. Первая делится на мутационную, комбинативную, соотносительную.  Комбинативная изменчивость возникает при кроссинговере, независимом расхождении  хромосом в мейозе и случайном слиянии гамет при половом размножении. В состав  мутационной изменчивости входят геномные, хромосомные и генные мутации. Термин  мутация был введен в науку Г. де Фризом. Его биография и основные научные достижения  располагаются в разделе. Геномные мутации связаны с возникновением полиплоидов и  анэуплоидов. Хромосомные мутации определяются межхромосомными изменениями ­ транслокацией или внутри хромосомными перестройками: делецией, дупликацией,  инверсией. Генные мутации объясняются изменениями в последовательности нуклеотидов:  увеличением или уменьшением их числа (делеция, дупликация), вставкой нового  нуклеотида или поворотом участка внутри гена (инверсия). Цитоплазматическая  изменчивость связана с ДНК, которая находится в пластидах и митохондриях клетки.  Наследственная изменчивость родственных видов и родов подчиняется закону  гомологических рядов Вавилова. Модификационная изменчивость отражает изменения фенотипа, не затрагивая генотипа.  Противоположной ей является другая форма изменчивости ­ генотипическая, или  мутационная (по Дарвину ­ наследственная, неопределенная, индивидуальная), меняющая  генотип. Мутация ­ стойкое наследственное изменение генетического материала. Отдельные изменения генотипа называются мутациями. Понятие о мутациях было введено в науку голландцем де Фризом. Мутации ­ это  наследственные изменения, приводящие к увеличению или уменьшению количества  генетического материала, к изменению нуклеотидов или их последовательности. Классификация мутаций     Мутации по характеру проявления: Доминантные ,рецессивные. Мутаций по месту их возникновения: соматические, генеративные. Мутации по характеру появления: спонтанные, индуцированные. Мутации по адаптивному значению: полезные, вредные, нейтральные. (Летальные,  полулетальные.) Большинство возникающих мутаций рецессивны и неблагоприятны для организма, даже  могут вызвать его гибель. В сочетании с аллельным доминантным геном рецессивные  мутации не проявляются фенотипически. Мутации имеют место в половых и в  соматических клетках. Если мутации происходят в половых клетках, то они  называютсягенеративными и проявляются в том поколении, которое развивается из  половых клеток. Изменения в вегетативных клетках называются соматическими  мутациями. Такие мутации приводят к изменению признака только части организма,  развивающегося из измененных клеток. У животных соматические мутации не передаются  последующим поколениям, поскольку из соматических клеток новый организм не  возникает. Иначе у растений: в гибридных клетках растительных организмов репликация и  митоз могут осуществляться в разных ядрах несколько по­разному. На протяжении ряда  клеточных генераций происходит потеря отдельных хромосом и отбираются определенные  кариотипы, способные сохраняться в течение многих поколений. Различают несколько типов мутаций по уровню возникновения: 1. Геномные мутации­ изменение плоидности, т.е. числа хромосом (численные  хромосомные аберрации), встречающиеся особенно часто у растений; Хромосомные мутации ­ изменения структуры хромосом (структурные  2. хромосомные аберрации); Генные мутации ­ изменения в отдельных генах; 3. Геномные мутации Полиплоидия ­ кратное увеличение числа хромосом.  Анэуплоидия ­ утеря или появление лишних хромосом в результате нарушения мейоза. Возникают вследствие изменения числа или структуры хромосом. Изменения плоидности  наблюдаются при нарушениях расхождения хромосом. Хромосомные болезни   Генеративные мутации ХХУ; ХУУ­ синдром Клайнфельтера. ХО­ синдром Шершевского­Тернера. Синдром Патау (по 13 хромосоме). Синдром Эдвардса (по 18 хромосоме). Синдром Дауна (по 21 хромосоме).  Аутосомные мутации    Синдром Кляйнфельтера. ХХY и XXXY – синдром Кляйнфельтера. Частота встречаемости 1:400 – 1:500. Кариотип  – 47, XXY, 48, XXXY и др. Фенотип мужской. Женский тип телосложения, гинекомастия.  Высокий рост, относительно длинные руки и ноги. Слабо развит волосяной покров.  Интеллект снижен. Синдром Шершевского­Тернера X0 – синдром Шерешевского ­Тернера (моносомия Х). Частота встречаемости 1:2000 –  1:3000. Кариотип 45,Х. Фенотип женский. Соматические признаки: рост 135 – 145 см,  крыловидная кожная складка на шее (от затылка к плечу), низкое расположение ушей,  недоразвитие первичных и вторичных половых признаков. В 25% случаев имеются пороки  сердца и аномалии работы почек. Интеллект страдает редко. Синдром Патау ­ Трисомия по 13­й хромосоме (синдром Патау ) обнаруживается у  новорожденных с частотой около 1:5000 ­ 1:7000 и связана с широким спектром пороков  развития. Для СП характерны множественные врожденные пороки развития головного  мозга и лица. Это группа ранних нарушений формирования головного мозга, глазных  яблок, костей мозговой и лицевой частей черепа. Окружность черепа обычно уменьшена.  Лоб скошенный, низкий; глазные щели узкие, переносье запавшее, ушные раковины низко  расположенные и деформированные. Типичный признак СП ­ это расщелины верхней губы  и неба . Синдром Дауна ­ Болезнь, обусловленная аномалией хромосомного набора (изменением  числа или структуры аутосом), основными проявлениями которой являются умственная  отсталость, своеобразный внешний облик больного и врожденные пороки развития. Одна из наиболее распространенных хромосомных болезней, встречается в среднем с частотой 1 на  700 новорожденных. На ладони часто обнаруживают поперечную складку Хромосомные мутации Хромосомных мутаций, связанных с  структуры хромосом, известно несколько типов:              При делеции и дупликации происходит изменение количества генетического материала.  Фенотипически они проявляются в зависимости от того, насколько велики  соответствующие участки хромосом и содержат ли они важные гены. Дупликации могут  делеция ­ выпадение участка хромосомы в средней части АБВГДЕ ­ АБВДЕ дупликация ­ удвоение участка хромосомы АБВГДЕ ­ АБВВГДЕ инверсия ­ поворот участка хромосомы на 180 градусов АБВГДЕ ­ АВБГДЕ транслокация ­ перенос участка хромосомы на другую хромосому. АБВГДЕ       АБВМНО ИКЛМНО     ИКЛГДЕ Дефишенси­ потеря концевых участков хромосомы; АБВГДЕ­БВГДЕ АБВГДЕ­АБВГД АБВГДЕ­БВГД привести к возникновению новых генов. При инверсиях и транслокациях количество  генетического материала не изменяется, но меняется его расположение. Такие мутации  также играют важную роль, поскольку скрещивание мутантов с исходными формами  затруднено, а их гибриды F1 чаще всего стерильны. Делеции. У человека в результате делеции:   синдром Вольфа­ утрачен участок в большой хромосоме 4 – синдром “кошачьего крика”­ при делеции в хромосоме 5 . Причина: хромосомная  мутация; потеря фрагмента хромосомы в 5­й паре.  Проявление: неправильное развитие гортани, крики, подобные кошачьим, I раннем  детском возрасте, отставание в физическом и умственном развитии Инверсии  Это изменение структуры хромосомы, вызванное поворотом на 180° одного из  внутренних её участков.  Подобная хромосомная перестройка — следствие двух одновременных разрывов в  одной хромосоме. Транслокации  В ходе транслокации происходит обмен участками негомологичных хромосом, но  общее число генов не изменяется. Замена оснований 1. фенилкетонурия. Проявление: нарушение расщепления фенилаланина; этим  обусловлено слабоумие, вызываемое гиперфенилаланинемией. При своевременно  назначенной и соблюдаемой диете (питание, обедни фенилаланином) и применении  определенных медикаментов, клинические проявления этого заболевания практически  отсутствуют серповидно­ клеточная анемия. синдром Морфана. 2. 3. Генные (точечные) мутации связаны с изменениями в последовательности нуклеотидов.  Нормальный ген (свойственен дикому типу) и возникшие из него мутантные гены  называются аллелями. При генных мутациях происходят следующие структурные изменения: Генная мутация Например, серповидноклеточная анемия представляет собой результат замены одного  основания в b­цепи глобина крови (аденин заменяется тимином). При делеции и  дупликации сдвигается последовательность триплетов и возникают мутанты со “сдвигом  рамки”, т.е. смещениями границ между кодонами ­ с места мутации изменяются все  последующие аминокислоты. Первичная структура гемоглобина здоровых (1) и больных серповидно­клеточной анемией  (2). 1. 2. Мутация в гене бета­гемоглобина Синдром Морфана Высокий выброс адреналина , характерный для заболевания, способствует не только  развитию сердечно­сосудистых осложнений, но и появлению у некоторых лиц особой силы  духа и умственной одаренности. Способы лечения неизвестны. Считают, что ею болели  Паганини, Андерсен, Чуковский ­ вал­ гис­лей­тре – про­глут. к­та­ глу­лиз ­ вал­ гис­лей­тре – валин­ глу­лиз Гемофилия Мутагены­ факторы, вызывающие мутации: биологические, химические физические. Экспериментально частоту мутаций можно увеличить. В природных условиях мутации  происходят при резких изменениях температуры, под влиянием ультрафиолетового  излучения и по другим причинам. Однако в большинстве случаев истинные причины  мутаций остаются неизвестными. В настоящее время разработаны методы, позволяющие  увеличить число мутаций искусственными средствами. Впервые резкое повышение числа  возникающих наследственных изменений было получено под влиянием лучей Рентгена.  Физические факторы (различные виды ионизирующей радиации, ультрафиолетовое  излучение, лучи Рентгена)   Химические факторы (инсектициды, гербициды, свинец, наркотики, алкоголь,  некоторые лекарственные препараты и др.вещества) Биологические факторы (вирусы оспы, ветряной оспы, эпидемического паротита,  гриппа, кори, гепатита и др.) Евгеника. Евгеника – наука об улучшении породы человечества. Евгеника в переводе с греческого – рождение лучших. Эта скандальная наука ищет пути  улучшения наследственных качеств человека, используя генетические принципы. Ей всегда было трудно оставаться чистой наукой: за ее развитием пристально следила политика,  распоряжавшаяся ее плодами по­своему. В древней Спарте селекцию людей проводили более кардинально, уничтожая младенцев, не обладающих физическими качествами, необходимыми для будущего воина. Отцом же  евгеники, поставившей ее на научную основу, стал Френсис Гальтон в 1869 году.  Проанализировав родословные сотни талантливых людей, он пришел к выводу: гениальные  способности наследуются. Сегодня евгеника направлена на искоренение в человеческом роде наследственных  заболеваний. Любой биологический вид будет находится на грани уничтожения, если его  существование вступает в противоречие с природой. Почти половина новорожденных из  тысячи рождается с какой­либо наследственной патологией. В мире в год появляется на  свет 2 миллиона таких детей. Среди них ­ 150 тысяч с синдромом Дауна. Давно всем  известно, что легче предупредить рождение ребенка, чем бороться с недугами. Но такие  возможности появились только в наше время. Дородовая диагностика и генетическое  консультирование помогает решить проблему о целесообразности родов. Современные возможности медико­генетического консультирования позволяют определить во время планирования беременности риск наследственных заболеваний. Николай Иванович Вавилов Николай Иванович Вавилов (1887–1943) – русский ботаник, генетик, растениевод, географ. Сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Создал учение о центрах происхождения культурных растений. Русским ученым Н. И. Вавиловым была установлена важная закономерность, известная  под названием закона гомологических рядов в наследственной изменчивости: виды и рода,  генетически близкие (связанные друг с другом единством происхождения),  характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. На основе этого  закона можно предвидеть нахождение сходных изменений у родственных видов и родов.  Им составлена таблица гомологических рядов в семействе злаков. У животных также проявляется эта закономерность: например, у грызунов  существуют гомологические ряды по окраске шерсти. Закон гомологических рядов Изучая наследственную изменчивость культурных растений и их предков Н.И. Вавилов  сформулировал закон гомологических рядов: “Виды и роды, генетически близкие,  характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью,  что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных  форм у других видов и родов.” На примере семейства злаковых, Вавилов показал, что сходные мутации обнаруживаются у  целого ряда видов этого семейства. Так, черная окраска семян встречается у ржи,  пшеницы, ячменя, кукурузы и других, за исключением овса, пырея, проса. Удлиненная  форма зерна – у всех изученных видов. У животных также встречаются сходные мутации:  альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, короткопалость у крупного рогатого  скота, овец, собак, птиц. Причина появления сходных мутаций – общность происхождения  генотипов. Таким образом, обнаружение мутаций у одного вида дает основание для поисков сходных  мутаций у родственных видов растений и животных. Закон гомологических рядов 1. 2. 3. Домашнее задание.Параграф 24 1. Какие мутантные формы должны возникнуть у близкородственных видов? Кто является основателем закона гомологических рядов? Как гласит закон? Найти примеры мутаций в природе. 1 вариант. 1 .Мутации, приводящие к изменению числа хромосом: а) хромосомные;        б) геномные; в) генные. 2.Удвоение участка хромосомы называется: а) дупликация; б) делеция; в) инверсия. 3.Некратное изменение числа хромосом: а) полиплоидия; б) анэуплоидия; в) аллополиплоидия. 4. Возникновение хромосомных мутаций связано: а) с нарушением митоза или мейоза; б) с разрывом хромосом и воссоединением в новых сочетаниях; в) с изменением последовательности нуклеотидов ДНК. 5. Причиной заболевания хореи Гантингтона является мутация: а) генная; б) хромосомная; в) геномная.  2 вариант. 1. Мутации, связанные с изменением последовательности нуклеотидов ДНК: а) хромосомные; б) геномные; в) генные. 2. Кратное число хромосом: а) полиплоидия;        б) анэуплоидия (гетероплоидия); в) автополиплоидия. 3. Нехватка участка хромосомы: а) инверсия; б) дупликация; в) делеция. 4. Синдром Дауна является проявлением мутации:        а) геномной; б) хромосомной; в) генной. 5.Возникновение геномных мутаций связано: а) с нарушением митоза или мейоза;  б) с изменением последовательности нуклеотидов в ДНК;   в) с разрывом хромосом и воссоединением в новых сочетаниях