Цель: познакомить учащихся с основными закономерностями сцепленного наследования признаков и свойств живых организмов – полным сцеплением генов в группах сцепления.

Задачи:

Образовательная – сформировать представление о группах сцепления и сцепленном наследовании, о локализации генов в хромосомах, о поведении генов и хромосом в ходе мейоза и оплодотворения при независимом и сцепленном наследовании, о записи генотипа в хромосомной форме.

Воспитательная – раскрыть единство органического мира на основе знаний о строении хромосомного аппарата живых организмов (мировоззренческое воспитание), показать применение знаний о генетических закономерностях сцепленного наследования в сельском хозяйстве и медицине – единство теории и практики (политехническое воспитание).

Развивающая – развивать умения работать с биологическими объектами, обрабатывать результаты опытов, с помощью статистических методов; развивать внимание, логическое мышление.

Методы обучения и методические приемы: рассказ с элементами беседы, демонстрация опытов; приемы сравнения, обобщения, создание проблемной ситуации.

Дидактический материал и оборудование: таблицы – « Кариотипы животных и растительных организмов», «Фазы мейоза », «Типы метафазных хромосом », « Строение хромосомы ». Схемы опытов на сцепленное наследование. Карта групп сцепления Drosophila melanogaster. Культуры мухи – дрозофилы ( первое и второе поколения, потомство от анализирующего скрещивания ), инструментарий для работы с дрозофилой, лупы, вычислительная техника.

Ход занятия

Занятие начинается с актуализации знаний учащихся о независимом наследовании пар неаллельных генов при дигибридном скрещивании.

Педагог задает следующие вопросы группе:

• Какое скрещивание называется дигибридным ?
• Сколько пар генов находится в генотипе, вступающих в скрещивание организмов ?
• Каков генотип у дигетерозиготных форм ?
• Какое расщепление ожидается в F₂ от скрещивания дигетерозиготных форм ?
• Как идет наследование отдельных пар признаков ( отдельных аллелей ) при дигибридном скрещивании ?

После окончания беседы с группой по предложенным вопросам педагог делает вывод о том, что в основе дигибридного скрещивания лежат определенные биологические явления, такие как мейоз, свободное комбинирование гамет в процессе оплодотворения, особенности взаимодействия между аллельными и неаллельными генами и др., глубокое понимание которых поможет проанализировать и более сложные генетические процессы.

Педагог отмечает, что на начальном этапе развития генетики знание основных закономерностей дигибридного скрещивания позволило ученым изучить типы взаимодействия между генами, изменение характера расщепления при этих взаимодействиях. Было накоплено большое количество материала, подтверждающего законы Г. Менделя и их всеобщий характер, но в тоже время было замечено, что некоторые признаки не дают независимого распределения в потомстве. Постепенно таких исключений из III закона Г.Менделя накапливалось все больше. Стало ясно, что принцип независимого распределения в потомстве распространяется не на все гены. У любого организма признаков очень много, а число хромосом невелико. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов. Каковы же закономерности наследования генов, локализованных в одной хромосоме, т.е. особенности сцепленного наследования генов ?

Педагог озвучивает тему занятия – «Сцепленное наследование признаков», и знакомит учащихся с вопросами, которые будут рассматриваться на данном уроке:

• Каковы особенности поведения хромосом и генов при независимом и сцепленном наследовании ?
• Каким образом будут различаться результаты расщепления в F₂ при независимом и сцепленном наследовании ?
• Каковы особенности анализирующего скрещивания в рассматриваемых случаях ?
• Что называется сцеплением генов и сцепленным наследованием ?
• Что такое группы сцепления и каково их количество у организмов разных видов ?

Для того, чтобы ответить на данные вопросы необходимо сопоставить поведение генов в данных типах скрещивания с поведением хромосом в мейозе. Для этого преподаватель вводит новый тип записи скрещивания, в котором хромосомы обозначают линией (негомологичные хромосомы различаются по длине данных линий), а гены отмечают точкой на хромосомах. Поскольку важной частью занятия является сравнение поведения хромосом и находящихся в них генов при независимом и сцепленном типах наследования, записи данных видов скрещиваний делаются в рамках единой таблицы, что обеспечивает быстрое и наглядное сопоставление результатов.

Таблица имеет следующий вид.

Используя новый тип генетической символики, преподаватель на доске, а учащиеся в рамках таблицы осуществляют запись дигибридного скрещивания.

F₂: 9 А- В-

3 А- вв

3 аа В-

1 аа вв

Далее преподаватель предлагает учащимся самостоятельно записать схему анализирующего скрещивания при независимом комбинировании и объяснить результаты этого скрещивания.

Данный этап занятия заканчивается беседой, в ходе которой учащиеся формулируют выводы, о том какие же условия обеспечивают такой характер расщепления при дигибридном скрещивании. По итогам беседы учащиеся в таблице должны отметить следующее:

1. Гены, контролирующие альтернативные признаки, располагаются в негомологичных хромосомах. У организмов – по 4 хромосомы.
2. В одной хромосоме локализован только один ген.
3. Расхождение каждого из аллелей в разные гаметы базируется на процессах расхождения гомологичных хромосом в мейозе. В результате у дигетерозиготы образуется 4 типа гамет.
4. Равновероятное сочетание разных типов гамет при свободном их комбинировании во время оплодотворения. В результате образуется 16 потомков.
5. Взаимодействие аллельныхгенов по типу полного доминирования.
6. Наследование по каждой паре признаков ( паре аллелей ) происходит независимо от других пар признаков (других аллелей) – III закон наследования. Расщепление в F₂ = 9:3:3:1.

Затем преподаватель демонстрирует результаты опытов по анализирующему скрещиванию мух дрозофил, в котором принимал участие дигетерозиготный самец с серым телом и нормальными крыльями и самка, имеющая черное тело и зачаточные крылья. Учащиеся подсчитывают потомство различных фенотипических классов и в результате делают вывод, что произошло расщепление в соотношении 1:1. Одна половина мух имеют серое тело и нормальные крылья, а другая половина – черное тело и зачаточные крылья. Преподаватель просит объяснить полученные результаты.

Соотношение фенотипов соответствует 1:1, а не 1:1:1:1, как до сих пор было при анализирующем скрещивании дигибридных форм. Учащиеся сталкиваются с противоречием между ранее полученными знаниями и новыми экспериментальными данными. Поэтому сразу не могут ответить на вопрос, поставленный учителем.

Для разрешения возникшего противоречия преподаватель предлагает проанализировать следующую таблицу - «Кариотипы растительных и животных организмов». Учащиеся определяют, каково диплоидное число хромосом и число генов у человека, дрозофилы, гороха и др. Сопоставляя эти величины, они делают вывод, что число генов у любого эукариотического организма превышает число хромосом, поэтому некоторые комбинации генов могут наследоваться совместно или сцеплено. Учитель вводит понятие о сцепленном наследовании и группах сцепления.

Сцепленным называется наследование, при котором от родителей потомкам переходят 2-3 и большее число признаков в относительно неизменной комбинации. Сцепленное наследование называют полным, когда эта комбинация не нарушается, и неполным – в том случае, если она нарушается при кроссинговере.

Все гены, локализованные в одной хромосоме, передаются по наследству совместно и составляют группу сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному числу хромосом.

Учитель предлагает определить число групп сцепления у различных организмов по таблице, после чего вновь задает вопрос: «Как можно объяснить результаты анализирующего скрещивания в рассматриваемом опыте? » Ответы учащихся сопровождаются графическим изображением схемы опыта.

Буквенные обозначения генов:

А – серое тело; ( в⁺ - доминантный ген black )

а – черное тело; ( в - рецессивный ген black )

В – нормальные крылья; ( vg⁺ - доминантный ген vestigial )

в – зачаточные крылья; ( vg - рецессивный ген vestigial )

После решения задачи учащиеся, в ходе беседы, делают выводы, о том какие условия обеспечивают данный характер расщепления при полном сцеплении генов:

1. Гены, контролирующие альтернативные признаки локализованы в одной паре гомологичных хромосом. В кариотипе организмов по 2 хромосомы.
2. Образование гамет подчинено тем же закономерностям, что и при независимом наследовании, однако нахождение полностью сцепленных генов в одной паре гомологичных хромосом ограничивает число типов гамет. В результате у дигетерозиготы образуется 2 типа гамет.
3. Свободное комбинирование гамет при оплодотворении ограничивается небольшим их числом. В результате образуется 4 потомка.
4. Взаимодействие аллельных генов протекает по типу полного доминирования.
5. Гены, локализованные в одной группе сцепления ( в одной хромосоме ), наследуются сцеплено ( совместно ), не обнаруживая независимого комбинирования признаков – закон сцепленного наследования ( закон Моргана).

Эти выводы учащиеся заносят в таблицу, и чтобы закрепить пройденный материал сравнивают между собой табличные данные, относящиеся к независимому и сцепленному типам наследования, выявляя их сходства и различия.