Роль генотипу і середовища у формуванні фенотипу




Скачати 110,29 Kb.
Дата конвертації25.01.2019
Розмір110,29 Kb.
11 клас

Урок № 19

Тема: Роль генотипу і середовища у формуванні фенотипу

Мета уроку: розглянути роль генотипу й середовища у формуванні фенотипу, виділити фактори середовища, які найсильніше впливають на формування фенотипу; розвивати навички аналітичного мислення; виховувати критичне сприйняття наданої інформації.

Обладнання й матеріали: таблиці і рисунки, які демонструють роль генотипу й середовища у формуванні різних ознак організму.

Базові поняття й терміни: генотип, фенотип, фактори середовища, плейотропна дія генів, пенетрантність, експресивність.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань; урок-лекція.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які методи застосовуються для досліджень із генетики людини?

2. Які типи успадкування ознак трапляються в людини?

3. Які спадкові захворювання є в людини?

4. Як зменшити ризик виникнення спадкових захворювань у людини?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

 І генотип, і середовище існування впливають на розвиток будьякого організму, і саме завдяки дії цих двох факторів формується індивідуальний фенотип особини. Але кожний із цих факторів є сукупністю дії цілого ряду чинників. Спробуємо розглянути деякі приклади їх спільної дії на формування фенотипу.

 Розглядаючи дію генів, їх алелів, необхідно врахувати й модифікуючий вплив середовища, у якому розвивається організм. Якщо рослини примули схрещувати за температури 15–20 °С, то у F1, згідно з менделівською схемою, все покоління матиме рожеві квіти. Але коли таке схрещування проводити за температури 35 °С, то всі гібриди матимуть квіти білого кольору. Якщо ж здійснювати схрещування за температури близько 30 °С, то виникає різне співвідношення (від 3:1 до 100 відсотків) рослин з білими й рожевими квітами.

Таке коливання класів під час розщеплення залежно від умов середовища отримало назву пенетрантність — сила фенотипного прояву. Отже, пенетрантність— це частота прояву гена, явище появи або відсутності ознаки в організмів, однакових за генотипом.

Пенетрантність значно коливається як серед домінантних, так і серед рецесивних генів. Поряд з генами, фенотип яких з’являється тільки за поєднання певних умов і досить рідкісних зовнішніх умов (висока пенетрантність), у людини є гени, фенотипний прояв яких відбувається за будь-яких поєднань зовнішніх умов (низька пенетрантність). Пенетрантність вимірюється відсотком організмів з фенотипною ознакою від загальної кількості обстежених носіїв відповідного алеля.

Якщо ген повністю, незалежно від навколишнього середовища, визначає фенотиповий прояв, то він має пенетрантність 100 відсотків. Проте деякі домінантні гени проявляються менш регулярно. Так, полідактилія має чітке вертикальне успадкування, але бувають пропуски поколінь. Домінантна аномалія — передчасне статеве дозрівання — властиве тільки чоловікам, проте іноді може передатися захворювання від чоловіка, який не страждав цією патологією. Пенетрантність показує, у якому відсотку носіїв гена виявляється відповідний фенотип. Отже, пенетрантність залежить або від генів, або від середовища, або від того й іншого. Таким чином, це не константна властивість гена, а функція генів у певних умовах середовища

 Ще одним проявом тісної взаємодії генотипу й умов середовища у формуванні фенотипу є експресивність. Експресивність (від лат ехрrеssіо — вираз) — це зміна кількісного прояву ознаки в різних особин — носіїв відповідного алеля.

У разі домінантних спадкових захворювань експресивність може коливатися. В одній і тій самій родині можуть проявлятися спадкові хвороби за перебігом від легких і ледь помітних до тяжких: різні форми гіпертонії, шизофренії, цукрового діабету тощо. Рецесивні спадкові захворювання в межах сім’ї проявляються однотипно й мають незначні коливання експресивності.

Цікавим явищем є і плейотропна дія генів. Вона демонструє, що навіть один ген може впливати на різноманітні показники фенотипу особини.

Плейотропна дія генів — це залежність кількох ознак від одного гена, тобто множинна дія одного гена. Так, у дрозофіли ген білого кольору очей одночасно впливає на колір тіла, довжину крил, будову статевого апарату, знижує плодючість, зменшує тривалість життя. У людини відома спадкова хвороба — арахнодактилія («павучі пальці» — дуже тонкі й довгі пальці), або хвороба Марфана. Ген, який відповідає за цю хворобу, викликає порушення розвитку сполучної тканини й одночасно впливає на розвиток кількох ознак: порушення будови кришталика ока, аномалії в серцево-судинній системі.

Плейотропна дія гена може бути первинною і вторинною. У разі первинної плейотропії ген проявляє свій множинний ефект. Наприклад, у разі хвороби Хартнупа мутація гена призводить до порушення всмоктування амінокислоти триптофану в кишках і його реабсорбції в ниркових канальцях. При цьому уражаються одночасно мембрани епітеліальних клітин кишок і ниркових канальцівз розладами травної та видільної систем. У разі вторинної плейотропії є один первинний фенотипний прояв гена, слідом за яким розвивається ступінчастий процес вторинних змін, які призводять до множинних ефектів. Так, у разі серпоподібноклітинної анемії в гомозигот спостерігається кілька патологічних ознак: анемія, збільшена селезінка, ураження шкіри, серця, нирок і мозку. Тому гомозиготи за геном серпоподібноклітинної анемії гинуть, як правило, в дитячому віці. Усі ці фенотипні прояви гена складають ієрархію вторинних проявів. Першопричиною, безпосереднім фенотипним проявом дефектного гена є аномальний гемоглобін і еритроцити серпоподібної форми. Внаслідок цього відбуваються послідовно інші патологічні процеси: злипання і руйнування еритроцитів, анемія, дефекти в нирках, серці, мозку. Ці патологічні ознаки є вторинними. У разі плейотропії ген, впливаючи на якусь одну основну ознаку, може також змінювати, модифікувати прояв інших генів, у зв’язку з чим уведено поняття про гени-модифікатори. Останні підсилюють або послаблюють розвиток ознак, які кодуються «основним» геном

 IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Які ознаки організмів визначаються переважно впливом генотипу?

2. Які ознаки організмів визначаються переважно впливом середовища?

3. Яким чином генотип і середовище взаємодіють під час формування ознак?

V. Домашнє завдання

Вивчити відповідний параграф підручника.



Химерні та трансгенні організми. Генетичні основи селекції організмів

Цілі уроку: ознайомити учнів з особливостями біології та технологіями створення химерних і трансгенних організмів, розглянути генетичні основи селекції; розвивати вміння застосовувати раніше отримані знання; виховувати раціональне ставлення до використання живих організмів людиною.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації зі схемами одержання химерних і трансгенних організмів, фотографії або рисунки химерних і трансгенних організмів, сортів культурних рослин і порід свійських тварин.

Базові поняття й терміни: химерні та трансгенні організми, селекція, відбір, схрещування, сорти, породи, штами.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які ознаки організмів визначаються переважно впливом генотипу?

2. Які ознаки організмів визначаються переважно впливом середовища?

3. Яким чином генотип і середовище взаємодіють під час формування ознак?



III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Химерні організми

Химерами називають організми або їх частини, що складаються з генетично різнорідних тканин. Уперше цей термін застосував німецький ботанік Г. Вінклер (1907) для форм рослин, отриманих у результаті зрощення пасльону й томату. Надалі (1909) Е. Баур, вивчаючи пеларгонію ряболисту, з’ясував природу химер. Розрізняють кілька типів химерних організмів:



  1. химери мозаїчні (гіперхимери) — у них генетично різні тканини утворюють тонку мозаїку;

  1. химери секторіальні — у них різнорідні тканини розташовані великими ділянками;

  1. химери периклінальні — тканини з різними генотипами лежать шарами один над одним;

  1. химери мериклінальні — їх тканини складаються із суміші секторіальних і периклінальних ділянок.

 Химери можуть виникати в результаті щеплень рослин і під впливом мутацій соматичних клітин. Компоненти химер можуть відрізнятися один від одного генами ядра, числом хромосом або генами пластид чи мітохондрій. Химерні організми досить часто використовуються в наукових дослідженнях.

Принцип одержання химер зводиться головним чином до виділення двох чи більшої кількості ранніх зародків та їхнього злиття. У тому випадку, коли в генотипі зародків, використаних для створення химери, є відмінності за рядом характеристик, удається простежити долю клітин обох видів. З допомогою химерних мишей було, наприклад, розв’язане питання про спосіб виникнення в ході розвитку багатоядерних клітин поперечносмугастих м’язів. Вивчення химерних тварин дозволило розв’язати чимало проблем, і в майбутньому завдяки застосуванню цього методу з’явиться можливість розв’язувати складні питання генетики й ембріології.



Трансгенні організми

Трансгенними називають рослини і тварин, що містять у своїх клітинах ген чужого організму, включений у хромосоми. Їх отримують, використовуючи методи генної інженерії. Трансгенні організми можуть мати велике значення для підвищення ефективності сільського господарства та в дослідженнях у галузі молекулярної біології.

Перші генетично модифіковані організми, одержані з допомогою методів молекулярної біології, з’явилися на світ лише у 80-х роках ХХ століття. Вчені зуміли змінити геном рослинних клітин, додаючи в них необхідні гени інших рослин, тварин, риби й навіть людини.

Перший трансгенний організм (миша) був одержаний Дж. Гордоном зі співробітниками 1980 р. На початку 90-х років у Китаї було проведено перше комерційне випробування генетично модифікованих сортів тютюну й томатів, стійких до вірусів. А 1994 р. в США вперше надійшли в торговельну мережу продуктів харчування плоди генетично змінених томатів зі скороченим строком дозрівання.

Широкомасштабне вивільнення в довкілля трансгенних організмів розпочалося 1996 р. Серед трансгенних організмів, що були створені, 98 % складали генетично модифіковані сільськогосподарські рослини. Серед трансгенних сільськогосподарських культур найбільші площі були під посівами сортів рослин, стійких до гербіцидів (71 %), хвороб і шкідників (22 %), гербіцидів і хвороб разом (7 %). 1999 р. у світовому масштабі посіви трансгенних сортів9 %, картоплі — 0,01 % від загальної площі під трансгенними рослинами. Крім зазначених культур на незначних площах вирощувалися генетично модифіковані сорти помідорів, гарбуза, тютюну, папайі, буряку, цикорію, льону. Вже створені й проходять випробування та процедуру реєстрації трансгенні сорти рису і пшениці.

Генетична модифікація надає живим організмам нових властивостей. Але, хоча такими продуктами нині харчується багато людей, минуло замало часу, аби наука повністю встановила їх вплив на наш організм. В Європі модифіковані рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів дозволено з 1997 р., а харчові ферменти, добавки, одержані в результаті генної інженерії, використовують понад двадцять років. У багатьох європейських країнах до законодавчих актів з харчових продуктів включені вимоги щодо безпечності генетично модифікованих продуктів.

В Україні, незважаючи на заборони, вже вирощують трансгенну сою, трансгенну картоплю, трансгенний ріпак, кукурудзу, почали вирощувати генетично модифіковані буряки. У Росії інтенсивно розробляють генетично модифіковані рослини, створено нові сорти картоплі з модифікованими генами, а також нові трансгенні буряки з метою видалення небажаних вторинних продуктів типу рафінози, інвертного цукру та декстрину. В Україні 30–40 % вирощуваної сої є генетично модифікованою. Близько 300 мільйонів жителів США і понад 1 мільярд жителів Китаю вживають ГМО без явних шкідливих наслідків для організму. У США методами генної інженерії одержано покращені сорти сої, пшениці, томатів. Нові сорти сої вирізняються підвищеним умістом сахарози, яка позбавляє продукт неприємного «бобового» присмаку. Одержано оливкову олію з підвищеним умістом олеїнової кислоти.

ГМО слід упроваджувати з великою обережністю, особливо якщо країна розташована в центрі походження і поширення рослини. Так, соя в дикому стані росте на Далекому Сході, і там може статися перезапилення. Але для України перенесення генів у природних умовах узагалі не актуальне. Тут майже немає диких родичів культурних рослин, адже ми харчуємося лише неаборигенними культурами. Для нас принциповим є розв’язання іншої проблеми: чи стануть дикорослі рослини бур’яном, стійким до гербіцидів? Вважають, що в нас актуальним може бути лише питання з цукровим буряком, адже в нього ефективне перенесення пилку вітром досягає шести кілометрів. У Криму є дикорослі родичі цукрового буряку, правда, ці гібриди непродуктивні. Така ж ситуація з пшеницею. Але проблема є, її потрібно вивчати.

 Питання про перспективу використання генної інженерії під час вирощування сільськогосподарської сировини продовжує викликати серйозні суперечки серед дослідників і широких верств споживачів. Серед позитивних аргументів — підвищена врожайність, екологічні переваги, захист від шкідників. З іншого боку — невпевненість у безпечності нових технологій.

Негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми можливий завдяки наявності в організмі згаданих рослин біологічно активних речовин (інсектициди, фунгіциди та ін.). Вплив цих речовин може бути прямої або опосередкованої дії через трофічні ланцюги. У кожному агроценозі необхідно визначити весь спектр фауністичного різноманіття і вплив конкретних біологічно активних речовин на нього. До сьогодні за 13 років польових випробувань достовірних експериментальних даних про негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми не отримано.

Широкомасштабне вивільнення в довкілля генетично модифікованих сортів рослин різних таксономічних груп з різними генетичними конструкціями, що надають їм нових властивостей, поставило ряд питань, на які необхідно звернути увагу під час розбудови системи біобезпеки довкілля. Головними питаннями біобезпеки при цьому є можлива передача генів, убудованих у трансгенний організм, організмам навколишнього природного середовища, вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми та порушення трофічних ланцюгів.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Які організми називають химерними і як учені їх одержують?

2. Які організми називають трансгенними і як учені їх одержують?

3. Які генетичні методи широко використовують у селекції?

4. Чому потрібно постійно проводити подальшу селекцію давно одомашнених організмів?



V. Домашнє завдання

Вивчити відповідний параграф підручника.




База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка