УРОК 11. КОМБІНАТИВНА МІНЛИВІСТЬ
Цілі уроку: розглянути особливості комбінативної мінливості та її значення для живих організмів; розвивати логічне мислення й навички порівняльного аналізу; виховувати бережливе ставлення до природи.
Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації, які демонструють особливості комбінативної мінливості, схема мейозу, схеми життєвих циклів тварин і рослин.
Базові поняття й терміни: комбінативна мінливість, гени, хромосоми, статеве розмноження, кросинговер, гамети, рекомбінація, кон’югація, трансформація, трансдукція.
I. Організаційний етап
II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів
Питання для бесіди
- 1. Де розташовані гени живих організмів?
- 2. Як відбувається процес мейозу?
- 3. Яке значення для живих організмів має кросинговер?
- 4. Які переваги має статеве розмноження перед нестатевим?
III. Вивчення нового матеріалу
Розповідь учителя з елементами бесіди
Комбінативна мінливість пов’язана з отриманням нових поєднань генів у генотипі. У багатоклітинних організмів, які розмножуються статевим шляхом, це досягається в результаті трьох процесів:
- незалежного розходження хромосом під час мейозу;
- випадкового поєднання під час запліднення;
- рекомбінації генів завдяки кросинговеру.
Самі спадкові фактори (гени) при цьому не змінюються, але виникають їх нові поєднання, що призводить до появи організмів з іншими генотипом і фенотипом. Проілюструвати це можна на прикладі хромосом людини. Людина має 22 пари аутосомних генів. Половину з цих хромосом вона отримує від батька, а половину — від матері. Навіть якщо не враховувати явище кросинговеру, кількість можливих комбінацій аутосом у гаметах становить 2 22 . Це набагато перевищує кількість усіх особин нашого виду, що жили на планеті з моменту формування виду Homo sapiens. А випадкове поєднання гамети з гаметою іншої статі дає вже 2 44 комбінацій. Якщо ж додати до цього ще й статеві хромосоми і явище кросинговеру, намагання випадково отримати двох людей з абсолютно однаковим генотипом стає практично неможливим.
Комбінативна мінливість дуже поширена в природі. У мікроорганізмів, які розмножуються нестатевим шляхом, виникли своєрідні механізми, які призводять до появи комбінативної мінливості. Це — кон’югація, трансдукція і трансформація. Слід звернути увагу на те, що всі ці процеси не пов’язані з процесом розмноження (під час них не відбувається збільшення числа особин виду), вони дозволяють лише комбінувати генетичний матеріал різних особин.
Кон’югація — це безпосередній контакт між двома бактеріальними клітинами з допомогою спеціальних структур (F-пілі — порожнисті трубочки, які розташовані на поверхні клітини бактерії і можуть узаємодіяти з іншою клітиною), під час якого генетичний матеріал з однієї клітини переноситься в іншу через F-пілі. Таким чином бактерії, наприклад, можуть обмінюватися плазмідами, що містять гени стійкості до антибіотиків.
Трансформація — це перенесення ДНК зі зруйнованих бактеріальних клітин у живі бактеріальні клітини. Зазвичай, під час цього процесу, фрагменти ДНК зі зруйнованої бактеріальної клітини потрапляють у навколишнє середовище й за певних умов поглинаються живою бактеріальною клітиною, яка ці фрагменти може вбудувати у свій геном.
Трансдукція — це перенесення бактеріальних генів з однієї клітини в іншу з допомогою бактеріофага. Під час розмноження фага в бактеріальній клітині до його білкових капсидів інколи можуть потрапляти не лише гени самого бактеріофага, але й гени бактерії. Заражаючи іншу бактерію, такий бактеріофаг може привносити ці гени в геном нового хазяїна.
До комбінативної мінливості примикає явище гетерозису. Гетерозис (гр. heteroisis — видозміни, перетворення), або «гібридна сила», може спостерігатися в першому поколінні під час гібридизації між представниками різних видів або сортів. Виділяють три основні форми гетерозису: репродуктивний (підвищується врожайність), соматичний (збільшуються лінійні розміри організму) і адаптивний (підвищується стійкість до дії факторів середовища).
Гетерозис широко використовують для одержання високопродуктивних ліній культурних рослин (у першу чергу, кукурудзи). Проте, в наступних поколіннях прояви гетерозису зменшуються. Існує кілька можливих пояснень цього явища. Скоріше за все, прояв гетерозису спостерігається внаслідок утворення унікальної комбінації домінантних і рецесивних алелей великої кількості генів.
IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів
Дати відповіді на питання:
1. Як реалізується комбінативна мінливість у мікроорганізмів?
2. Як реалізується комбінативна мінливість у багатоклітинних організмів?
3. Які переваги надає живим організмам комбінативна мінливість?
4. Чи завжди комбінативна мінливість пов’язана зі статевим розмноженням?
V. Домашнє завдання
Урок №11 біологія 11 клас дата 19.10 Тема: Комбінативна мінливість. Мутаційна мінливість.
Цілі уроку : розглянути особливості мутаційної мін ливості та її значення для живих організ мів ; розвивати логічне мислення і нави чки порівняльного аналізу ; виховувати бережливе ставлення до природи .
Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації, які де монструють особливості мутаційної мін ливості, схема мейозу, схеми життєвих циклів тварин і рослин.
Базові поняття й терміни: мутаційна мінливість, гени, хромосоми, мутації, статеве розмноження, нестатеве розмноження, гамети.
1. Як реалізується комбінативна мінливість у мікроорганізмів?
2. Як реалізується комбінативна мінливість у багатоклітинних організмів?
3. Які переваги надає живим організмам комбінативна мінли вість?
4. Чи завжди комбінативна мінливість пов’язана зі статевим роз множенням?
III . Вивчення нового матеріалу
Розповідь учителя з елементами бесіди
Комбінативна мінливість – це форма спадкової мінливості, яка зумовлена виникненням різних поєднань алельних генів ( рекомбінацій ). Причиною виникнення є комбінації генів при статевому розмноженні та рекомбінації при кросинговері. Зміни генотипу особин відбуваються при схрещуванні у разі статевого розмноження (комбінативну мінливість спостерігають і в організмів, які розмножуються нестатевим або вегетативним способом (наприклад, у бактерій є трансдукція, кон’югація і трансформація ). Зміни генофонду популяцій здійснюються внаслідок зміни частоти зустрічальності алелей і генотипів. За комбінативної мінливості успадковуються нові поєднання генів, а самі гени при цій мінливості не змінюються.
Джерелами комбінативної мінливості є:
1) рекомбінація генів завдяки кросинговеру;
2) незалежне розходження гомологічних хромосом при мейозі;
3) випадкове злиття гамет при заплідненні.
Значення комбінативної мінливості:
■ для організму може бути: а) адаптивною, забезпечує пристосування до умов середовища; б) нейтральною, не впливає на пристосованість; в) шкідливою через виникнення несприятливих комбінацій генів;
■ для еволюції– відіграє важливу роль у створенні нових форм як у природі, так і в господарстві людини (як чинник, що обумовлює урізноманітнення спадкового матеріалу для природного і штучного добору).
Мутаційна мінливість та її властивості
Мутаційна мінливість – це форма спадкової мінливості, яка пов’язана зі змінами генотипу внаслідок мутацій. Причиною виникнення цієї форми спадкової мінливості є дія мутагенних чинників. Зміни генотипу особин відбуваються на рівні генів, хромосом та кількості хромосом. Зміни генофонду популяцій здійснюються, зазвичай, при змінах генотипів особин, а за тривалої дії певних чинників середовища може відбутися суттєва і незворотня зміна генофонду на тривалий проміжок часу, тобто елементарне еволюційне явище. Мутаційні зміни успадковуються, оскільки відбувається перебудова генетичного апарату особин.
Загальними властивостями мутаційної мінливості є:
1 ) універсальність (відомі у всіх класів тварин, рослин, грибів, бактерій і вірусів);
2 ) неспрямованість (один і той самий мутагенний чинник може спричиняти різні мутації);
3 ) невизначеність (у неспоріднених організмів можуть виникати подібні мутації, і навпаки);
4 ) індивідуальність (певний мутаген може зумовлювати появу різних мутацій в організмів);
5 ) незалежність (ступінь вираження мутацій у фенотипі не залежить від інтенсивності та тривалості дії мутагенного чинника);
6 ) постійність (мутації не зникають протягом життя особини);
7 ) на ранніх етапах онтогенезу організмів їхня чутливість до мутагенних чинників вища , ніж у дорослих;
8 ) не мають пристосувального характеру (можуть бути шкідливими, нейтральними, корисними).
Значення мутаційної мінливості:
• для організму може бути: а) адаптивною, забезпечує пристосування до умов середовища; б) нейтральною, не впливає на пристосованість, але за певних змін середовища існування можуть виявитися корисними для організмів;
в) шкідливою (більшість мутацій), оскільки знижують пристосованість до умов середовища;
• для еволюції – є елементарним чинниквом еволюції, основним джерелом спадкової мінливості, підвищує генетичне різноманіття всередині популяції чи виду завдяки виникненню нових генів чи алелей.
Мутацією (лат. mutatio — зміна) називають зміну, яка зумовле на реорганізацією структур відтворення, перебудовою генетичного апарату. Цим мутації різко відрізняються від модифікацій, які не торкаються генотипу особини. Мутації виникають раптово, що іно ді різко відрізняє організм від вихідної форми.
Ученим такі зміни були відомі давно. Мутаційній мінливос ті присвятили свої роботи С. І. Коржинський (1899) і Г. де Фриз (1901). Останньому належить термін «мутація». Крім того він сформулював основні положення теорії мутацій (1901-1903):
1. Мутації виникають раптово, як дискретні зміни ознак.
3. На відміну від неспадкової мінливості мутації не утворюють безперервних рядів і не зосереджуються навколо якогось серед нього типу. Вони є якісними змінами.
4. Мутації проявляються по-різному. Вони можуть бути і шкідли вими, і корисними.
5. Вірогідність виявлення мутацій залежить від числа дослідже них особин.
6. Одні й ті самі мутації можуть виникати повторно.
Тепер відомі мутації в усіх класів тварин, рослин і вірусів. Іс нує багато мутацій і в людини. Саме мутаціями зумовлений полі морфізм людських популяцій: різна пігментація шкіри, волосся, колір очей, форма носа, вух, підборіддя тощо. У результаті мута цій з’являються й успадковуються аномалії в будові тіла, спадкові хвороби людини. З мутаційною мінливістю пов’язана еволюція — процес утворення нових видів, сортів і порід.
Заповнення таблиці разом з учнями
Нормальні й мутантні форми живих організмів