Урок биологии в 10 классе по теме "Грегор Мендель и его опыты" с использованием технологии проблемно-диалогического обучения

Выводы Г.Менделя.

Современная терминология.

1) Анализ каждого признака в отдельности.

1. Моногибридное скрещивание.

2) Наследственные задатки.

2. Гены.

3) Неравноценность задатков.

3. Доминирование. Первый закон Менделя.

4) Парность задатков.

4. Аллелизм.

5) Передача по наследству одного задатка из двух.

5. Редукция числа хромосом при образовании гамет в мейозе.

6) Скрытые задатки.

6. Доминантные и рецессивные признаки. Гомозиготные и гетерозиготные организмы.

7) Несмешиваемость задатков.

7. Гипотеза чистоты гамет.

8) Различие задатков у внешне одинаковых организмов.

8. Генотип и фенотип.

9) Случайное комбинирование наследственных задатков.

9. Расщепление. Второй закон Менделя.

Рассуждения

Выводы

Итак, Мендель начинает скрещивать между собой разные чистые линии. При этом в первом поколении он получает единообразие гибридов. Путем самоопыления гибридов первого поколения Мендель получает второе поколение гибридов.

Горох – самоопыляемое растение, которое можно опылять перекрестно.

Во втором поколении вновь всплывают продавленные рецессивные признаки у каждого растения по-разному (на первый взгляд устанавливается невообразимая путаница: цвет семени в «дедушку», окраска цветков – в «бабушку», высота стебля – снова в «дедушку», у всех растений по- разному). Как в этом можно разобраться. Мыслимо ли это? Сам Мендель признавал, что для решения этого вопроса потребовалось известное мужество. Блестящая находка Менделя заключалась в том, что он не стал изучать прихотливые комбинации, сочетания признаков, а рассмотрел каждый признак отдельно. Он решил точно подсчитать, какая часть потомков получит, например, красные цветки, а какая – белые, и установить числовое соотношение по каждому признаку. Это был совершенно новый подход (опередил развитие науки на три десятилетия). Соотношение 3:1 наблюдалось по всем признакам. Причем, красная и белая окраска (один признак) никак не влияет на желтый или зеленый цвет горошин.

Анализ каждого признака в отдельности – моногибридное скрещивание.

При обработке данных Мендель вел строгий математический учет фенотипов всех растений и семян.

Вывод о независимом наследовании признаков.

При скрещивании растений гороха, принадлежащих к двум разным чистым линиям (желтые и зеленые) в первом поколении все горошины оказались похожими на одного из родителей (желтые горошины).

- Какая мысль пришла бы вам в голову на месте Менделя?

- Как мы сейчас называем такое явление?

На доске схема моногибридного скрещивания.

-Куда исчез зеленый цвет?

- Доминирование

Затем он путем самоопыления гибридов первого поколения получает второе поколение, в котором снова появляются зеленые горошины. Из 6022 семян получилось 2001 зеленое.

- Как мы сейчас называем такое явление?

Внешне скрещивание гибридов первого поколения выглядело как внутрисортовое. Почему результат получился другой?

- Расщепление

- Вывод о наследственных задатках, о скрытой наследственности

Мендель поставил вспомогательный опыт, чтобы проверить свою гипотезу. Он провел возвратное скрещивание между гибридом первого поколения и родителем, обладающим только задатком зеленого цвета горошин. Обнаружилось иное расщепление: желтых и зеленых горошин получилось поровну. Значит, использование гибридов желтого цвета вместо чистосортовых семян повышает долю зеленых горошин во втором поколении.

- Внешне скрещивание выглядит, как предыдущее, но результат опять другой. Почему?

На доске схема возвратного скрещивания.

Это подтверждает гипотезу о скрытых наследственных задатках зеленой окраски горошин у гибридов первого поколения, которые получены от родителей и могут передаваться по наследству.

Гибриды первого поколения несут также задатки желтого цвета, которые у них проявляются. Таким образом, цвет семян у каждого растения определяется двумя задатками, которые он получает от разных родителей.

Вывод об аллелизме.

Несмотря на то, что задатков два, признак проявляется только один. Из опытов Менделя следует, что желтый цвет проявляется всегда, когда есть соответствующий задаток. Зеленый цвет проявляется только в тех случаях, когда он не подавляется желтым. Неравенство наследственных задатков альтернативных признаков было названо правилом доминирования.

Вывод о доминировании. Доминантные и рецессивные признаки. Первый закон Менделя. Гомозиготные и гетерозиготные организмы.

Наличие скрытых, не проявляющихся аллелей нашло отражение в понятиях генотип и фенотип.

Понятие генотипа и фенотипа.

(Термины предложены В. Иоганнсеном)

Мендель выдвинул саму простую гипотезу для объяснения количественного соотношения проявлений признаков: задатки у потомков комбинируются независимо. Численное соотношение признаков 3:1 при скрещивании гибридов первого поколения является результатом случайного комбинирования наследственных задатков. Оно получило название закона расщепления.

Второй закон Менделя.

Исчезновение одного из родительских признаков в первом поколении гибридов и появление его вновь во втором поколении подтверждало предположение Менделя, что наследственные факторы – это некие дискретные единицы, которые не «смешиваются», а сохраняются в неизмененном виде из поколения в поколение.

При половом размножении связь между поколениями осуществляется через половые клетки – гаметы. Поэтому Мендель предположил, что каждая гамета должна содержать только один фактор из пары, чтобы при их слиянии восстанавливался двойной набор.

Наследственные задатки – какими бы они ни были – не могут смешиваться. Они могут проявляться в признаках особи или передаваться скрытно. Но всегда сохраняются «в чистом виде». Гипотеза Менделя о не смешиваемости наследственных задатков приобрела статус закона чистоты гамет.

Закон чистоты гамет: при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один аллель из каждой пары.

Мендель ничего не знал о мейозе. В процессе редукционного деления из каждой пары гомологичных хромосом в каждую гамету попадает только одна. В свете современных знаний представления Менделя легко объясняются присутствием у диплоидных организмов гомологичных хромосом, их расхождения в мейозе и восстановлением двойного набора при оплодотворении.

(Термин «гипотеза чистоты гамет» предложен У.Бэтсоном).

Ничего не зная о молекулярных носителях информации, Мендель предсказал:

- дискретность («чистоту») наследственных задатков;

- парность задатков по каждому признаку;

- редукцию их числа при образовании гамет в мейозе;

- независимое комбинирование задатков при оплодотворении;

- принцип доминантности в проявлении признака.

Скрещивая различные организмы и исследуя изучаемое потомство, Мендель, по сути, разработал основной и специфический метод генетики.

В чем плюсы гороха, как объекта генетических исследований:

- Возможность скрещивания разных сортов, получение от них плодовитого потомства;

- Неприхотливость и высокая плодовитость растения;

- Горох – самоопыляемое растение, которое при необходимости можно опылять перекрестно;

- Наличие нескольких простых качественных альтернативных хорошо различимых признаков, каждый их которых контролировался одним геном (счастливая случайность);

- Почему другим ученым не удалось то, что получилось у Менделя?

Гибридологический метод – это система скрещиваний в ряду поколений, дающая возможность при половом размножении анализировать наследование отдельных свойств и признаков организмов, а также обнаруживать возникновение наследственных изменений.

Скрещивали разные виды между собой, получая неплодовитое потомство. Не вели анализ отдельных признаков, не использовали математический подсчет.

Значение Менделизма для развития эволюционной теории

Развитие генетики повлияло на отношение к эволюционной теории и создание нового ядра в биологическом познании – синтетической теории эволюции. Биографы Менделя отмечают, что он очень серьезно проштудировал книгу Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора», которая была переведена на немецкий язык в 1863 г. Мендель читал книгу несколько раз и подвел итог: «Это еще не все, еще чего-то не хватает». Коллеги были ошарашены такой оценкой «еретического» труда Дарвина, невероятной в устах благочестивого монаха. Мендель тогда скромно умолчал о том, что он уже открыл это «недостающее». Дарвин бы не удивился такой реплике, поскольку это был период разразившегося «кошмара Дженкина». Дженкин утверждал, что изменения не могут накапливаться путем естественного отбора, так как каждое скрещивание ведет к разбавлению измененной наследственности одного родителя неизмененной наследственностью другого.

Мендель прекрасно понимал значение сделанных им открытий. Он был уверен в торжестве своей теории и с удивительной выдержкой его готовил. О своих опытах он молчал целых 8 лет, пока не убедился в достоверности полученных результатов.

Дарвин тогда не знал. Что в трудах Менделя находился аргументированный ответ Дженкину: возникшая у организма измененная наследственность, сейчас называемая рецессивной мутацией, не исчезает, а сохраняется в популяции в гетерозиготном состоянии. Единицей эволюции является не особь, а популяция, которая может накапливать мутации и изменяться.

Какие диалектические положения, закономерности и принципы процесса познания окружающего мира можно выделить на примере науки генетики?

1. Процесс познания идет от простого – к сложному, от более общего – к частному и, наоборот. Например, сначала генетика рассматривала закономерности на организменном уровне, затем – на клеточном и молекулярном.

2. Процесс познания окружающего мира осуществляется по спирали, как и развитие самого органического мира. Например, положения Г.Менделя, затем – новые открытия генетики и современные знания – это все новые витки спирали познания.

3. Соотношение объективного и субъективного в процессе познания проявляется в судьбах ученых-генетиков. Например. Г.Мендель – гениальный ученый-одиночка, успех его работы кроется в личных качествах, правильности выбора объектов, методов эксперимента и приемах статистической обработки результатов. Однако общество не готово было принять его законы в течение 35 лет. Та же объективная реальность поставила под запрет генетику в России в период правления Сталина.

4. Материальное единство всего живого подтверждается универсальностью, всеобщностью генетических законов.

5. Закон единства и борьбы противоположностей: взаимодействие генотипа и фенотипа, проявление доминантности и рецессивности, наследственности и изменчивости.

6. Соотношение познаваемого и непознанного убеждает нас в познаваемости окружающего мира, с одной стороны, и в бесконечности непознанного – с другой. До недавнего времени ген считался неделимой единицей наследственности, но гипотеза Жакоба и Моно доказывает сложную структуру гена.

Дальнейшее развитие генетики (новые витки на спирали познания):

1901 г.: Гуго де Фриз – теория мутаций.

1903 г.: В.Иоганнсен – учение о чистых линиях.

1908 г.: Харди и Вайнберг – вероятность распределения генотипов в свободно скрещивающихся популяциях.

1911 г.: Т.Морган – хромосомная теория наследственности.

1922 г.: Н.Вавилов – закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.

1925 г.: С.Четвериков – учение о генетических процессах в популяциях.

1953 г.: Френсис Крик и Джеймс Уотсон – модель молекулы ДНК.