НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ - ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ И СЕЛЕКЦИИ

Задачи. Сформировать знания о наследственной изменчивости и ее основных типах. Дать характеристику комбинативной и мутационной изменчивости. Рассмотреть причины возникновения и основные типы мутаций. Повторить материал и проконтролировать знания учащихся по теме «Модификационная изменчивость».

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма (приложение 1).

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Как изменение условий сказывается на количественных и качественных признаках?

2. Что такое норма реакции? Какова она у качественных и количественных признаков?

3. В чем проявляются закономерности модификационной изменчивости?

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью таблиц, кодограммы (приложение 2).

Типы наследственной изменчивости. Наследственная, или генотипическая, изменчивость обусловлена изменением генотипа; она бывает: комбинативной — возникающей в результате перекомбинации хромосом в процессе полового размножения и участков хромосом в процессе кроссинговера; мутационной — возникающей в результате внезапного изменения состояния генов.

Наследственные изменения генетического материала называют мутациями. Мутации — внезапные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организмов. Термин «мутация» впервые ввел в науку голландский генетик Г. Де Фриз. Проводя опыты с энотерой (декоративное растение), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие и длинные листья, красные жилки листьев и широкая красная полоса на чашечке цветка и т. д.). Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко сохраняли эти признаки. В результате обобщения своих наблюдений Де Фриз создал мутационную теорию, основные положения которой не утратили своего значения и по сей день:

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, без всяких переходов.

2. Мутации наследственны, т.е. стойко передаются из поколения в поколение.

3. Мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (как при модификационной изменчивости), они являются качественными изменениями.

4. Мутации ненаправленны — мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.

5. Одни и те же мутации могут возникать повторно.

6. Мутации индивидуальны, то есть возникают у отдельных особей.

Процесс возникновения мутаций называют мутагенез, организмы, у которых произошли мутации, — мутантами, а факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенами.

Существует несколько классификаций мутаций. Мутации по месту их возникновения: генеративные — возникшие в половых клетках. Они не влияют на признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении. Соматические — возникающие в соматических клетках. Эти мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении (черное пятно на фоне коричневой окраски шерсти у каракулевых овец). Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного).

Мутации по адаптивному значению: полезные — повышающие жизнеспособность особей, вредные — понижающие, нейтральные — не влияющие на жизнеспособность особей. Эта классификация весьма условна, так как одна и та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других — вредной. —

Мутации по характеру проявления: доминантные и рецессивные (мутации, не проявляющиеся у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняющиеся в популяции и образующие резерв наследственной изменчивости).

Мутации по изменению состояния гена: прямые — переход гена от дикого типа к новому состоянию, обратные — переход гена от мутантного состояния к дикому типу.

Мутации по характеру их появления: спонтанные — мутации, возникшие естественным путем под действием факторов среды обитания, индуцированные — мутации, искусственно вызванные действием мутагенных факторов.

Мутации по характеру изменения генотипа: генные, хромосомные, геномные.

Мутации могут вызывать различные изменения генотипа, затрагивая отдельно взятые гены, целые хромосомы или весь геном.

Геномными называют мутации, в результате которых происходит изменение в клетке числа хромосом. Они возникают в результате нарушений митоза или мейоза, приводящих либо к неравномерному расхождению хромосом к полюсам клетки, либо к удвоению хромосом, но без деления цитоплазмы.

В зависимости от характера изменения числа хромосом, различают:

— полиплоидию — увеличение числа хромосом, кратное геному. Полиплоидия чаще наблюдается у простейших и у растений. В зависимости от числа гаплоидных наборов хромосом, содержащихся в клетках, различают: триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т.д. Они могут быть: автополиплоидами — полиплоидами, возникающими в результате умножения геномов одного вида, аллополиплоидами — полиплоидами, возникающими в результате умножения геномов разных видов (характерно для межвидовых гибридов);

— гетероплоидию (анеуппоидию) — некратное геному увеличение или уменьшение числа хромосом. Чаще всего наблюдается уменьшение или увеличение числа хромосом на одну (реже две и более). Вследствие нерасхож- дения какой-либо пары гомологичных хромосом в мейозе одна из образовавшихся гамет содержит на одну хромосому меньше, а другая — на одну больше. Слияние таких гамет с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим числом хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для данного вида. Среди анеуплоидов встречаются: трисомики — организмы с набором хромосом 2n+1, моносомики — организмы с набором хромосом 2n - 1. Например, болезнь Дауна у человека возникает в результате трисомии по 21-й паре хромосом.

Хромосомные мутации — мутации, вызывающие изменения структуры хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы — внутрихромосомные мутации, так и между негомологичными хромосомами — межхромосомные мутации. Внутрихромосомные мутации:

— делеция — утрата части хромосомы (ABCD → АВ);

— инверсия — поворот участка хромосомы на 180° (ABCD → ACBD);

— дупликация — удвоение одного и того же участка хромосомы; (ABCD → ABCBCD).

Межхромосомные мутации:

— транслокация — обмен участками между негомологичными хромосомами (ABCD → ABCD1234).

Генными мутациями называют изменения структуры

молекулы ДНК на участке определенного гена, кодирующего структуру определенной молекулы белка. Эти мутации влекут за собой изменение строения белков, то есть появляется новая последовательность аминокислот в полипептидной цепи, в результате чего происходит изменение функциональной активности белковой молекулы. Благодаря генным мутациям происходит возникновение серии множественных аллелей одного и того же гена. Чаще всего генные мутации происходят в результате замены одного или нескольких нуклеотидов на другие, вставки нуклеотидов, потери нуклеотидов, изменения порядка чередования нуклеотидов.

В природе постоянно идет спонтанный мутагенез. Однако спонтанные мутации — редкое явление. Например, у дрозофилы мутация белых глаз образуется с частотой 1:100 000 гамет, у человека многие гены мутируют с частотой 1:200 000 гамет.

Закон гомологических рядов. Н. И. Вавилов, изучая наследственную изменчивость у культурных растений и их предков, обнаружил ряд закономерностей, которые позволили сформулировать закон гомологических рядов наследственной изменчивости: «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. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в родах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство».

Этот закон можно проиллюстрировать на примере семейства Мятликовые, к которому относятся пшеница, рожь, ячмень, овес, просо и т. д. Так, черная окраска зерновки обнаружена у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и других растений, удлиненная форма зерновки — у всех изученных видов семейства. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости позволил самому Н. И. Вавилову найти ряд форм ржи, ранее не известных, опираясь на наличие этих признаков у пшеницы. К ним относятся: остистые и безостые колосья, зерновки красной, белой, черной и фиолетовой окраски, мучнистое и стекловидное зерно и т. д.

Закон справедлив не только для растений, но и для животных. Так, альбинизм встречается не только в разных группах млекопитающих, но и у птиц и других животных. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости имеет огромное значение для селекционной практики. Он позволяет предугадать наличие форм, не обнаруженных у данного вида, но характерного для близкородственных видов, то есть закон указывает направление поисков.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Наследственная изменчивость. § 30—31

Типы наследственной изменчивости

Ядерная, генотипическая (есть и цитоплазматическая).

Комбинативная.

В основе — половое размножение: геном + геном = генотип (уникальный).

Рекомбинации: в профазу 1 мейоза, анафазу 1, анафазу 2, при случайном сочетании гамет.

Мутационная.

Мутации: спонтанные и индуцированные; нейтральные, вредные и полезные, чаще рецессивные??? Соматические и генеративные мутации??

Мутационная изменчивость (Гуго Де Фриз)

Геномные: полиплоидия (3n, 4n, 5n....);

анеуполидия (гетероплоидия):

— моносомия(2n — 1)

— трисомия (2n + 1)

— полисомия (2n + k)

Хромосомные: а) внутрихромосомные:

— делеция (ABCD → АВ)

— дупликация(АВСО → ABCDCD)

— инверсия (ABCD → ACBD)

б) межхромосомные:

— транслокация (ABCD → ABCD1234)

Генные (точковые):

— выпадение, вставка, замена одной или нескольких пар нуклеотидов внутри гена. Образуются новые аллели гена. Например, серповидно-клеточная анемия возникает при замене глу на вал в гемоглобине.

Частота: 1 мутация на 105— 106 гамет по каждому гену!

Закон гомологических рядов

Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.

Проиллюстрирован Н. И. Вавиловым на многих родах семейства злаков.

Общий закон для всех организмов. Ссылки у Ч. Дарвина, Нодэна, закон Уолша.

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Как называется изменчивость, не связанная с изменением генотипа?

2. Можно ли управлять доминированием признаков?

3. Можно ли использовать модификационную изменчивость для создания новых пород животных?

4. Какое значение модификационнаи изменчивость имеет для эволюции?

5. Приведите примеры количественных и качественных признаков,

6. Какие закономерности характерны для модификационной изменчивости?

7. Что произойдет, если сбрить шерсть на ухе горностаевого кролика и содержать его при температуре 30 °С?

8. Корень одуванчика разрезали пополам, одну половинку выращивали на лугу, другую высоко в горах. У выросших растений (крупного на лугу и маленького в горах) взяли семена и посеяли вместе, на лугу. Какой ожидается результат?

9. Породистых телят содержали в плохих условиях, коровы выросли низкорослыми и вместо ожидаемых 5000 кг молока давали 1000 кг в год. Сколько молока будет давать их потомство, если попадет в хорошие условия?

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 25. «Модификационная изменчивость»

**Тест 1. Как называется изменчивость, не связанная с изменением генотипа?

1. Определенная.

2. Неопределенная.

3. Фенотипическая.

4. Модификационная.

Тест 2. Можно ли управлять доминированием признаков?

1. Да, воздействуя факторами среды.

2. Нет, доминирование заложено в генотипе организма.

Тест 3. Можно ли использовать модификационную изменчивость для создания новых пород животных?

1. Да.

2. Нет.

Тест 4. Какое значение моциФлкационная изменчивость имеет для эволюции?

1. Не имеет значения.

2. Позволяет приспособиться к различным условиям среды в пределах нормы реакции признаков.

3. Приводит к изменению генотипа, выживут наиболее приспособленные организмы.

**Тест 5. Укажите количественные признаки:

1. Молочность коров.

2. Яйценоскость кур.

3. Окраска цветов.

4. Масть животных.

Тест 6. Какое суждение верно?

1. Модификационная изменчивость приводит к изменению генотипа.

2. Изменения, появившиеся в результате модификационной изменчивости, наследуются.

3. Модификационная изменчивость используется для создания новых сортов растений.

4. У каждого признака своя норма реакции.

**Тест 7. Какие закономерности характерны для модификационной изменчивости?

1. Является неопределенной изменчивостью.

2. Средние значения признаков встречаются чаще, чем крайние.

3. Крайние значения признаков встречаются чаще, чем средние.

4. Один и тот же генотип в разных условиях среды формирует различные фенотипы.

Тест 8. Что произойдет, если сбрить шерсть на ухе горностаевого кролика и содержать его при температуре 30 °С?

1. На ухе вырастет шерсть такого же цвета, как и была.

2. Вырастет белая шерсть.

3. Вырастет серая шерсть.

4. Шерсть не вырастет.

Тест 9. Корень одуванчика разрезали пополам, одну половинку выращивали на лугу, другую высоко в горах. У выросших растений (крупного на лугу и маленького в горах) взяли семена и посеяли вместе, на лугу. Какой ожидается результат?

1. Потомство будет неразличимо.

2. Потомство от выросшего в горах одуванчика будет мельче.

3. Потомство от выросшего в горах одуванчика будет крупнее.

Тест 10. Породистых телят содержали в плохих условиях, коровы выросли низкорослыми и вместо ожидаемых 5000 кг молока давали 1000 кг в год. Сколько молока будет давать их потомство, если попадет в хорошие условия?

1. Будет давать до 5000 кг молока в год.

2. Будет давать 1000 кг молока в год.