Методические рекомендации для решения задач по генетике с использованием законов Менделя

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 13» с. Крутой Яр Красноармейского муниципального района Приморского края

Методические рекомендации

для решения задач по генетике

с использованием законов Менделя

Составитель:

Сорокина Александра Кирилловна,

учитель биологии

2014 год

с. Крутой Яр

Одной из задач обучения биологии является формирование у учащихся представлений о практическом значении биологических знаний как научной основы современных отраслей производства, здравоохранения, медицины. Широкие возможности в реализации этой задачи у генетики.

Решение задач по генетике способствует лучшему усвоению теории.

Цели занятий:

• изучить общие требования к оформлению условия задачи и её решения;

• рассмотреть различные типы задач и примеры их решения;

• рассмотреть различные способы решения задач при дигибридном скрещивании;

• ознакомиться с приёмами составления различных типов задач.

Методика овладения приёмами решения задач

Общие требования к оформлению записей условия задачи и её решения.

А, В, С и т.д. - гены, определяющие проявление доминантного признака.
а, b, с и т.д. - гены, определяющие проявление рецессивного признака.
А - ген желтой окраски семян гороха;
а - ген зеленой окраски семян гороха.
Запись неверная: А - желтая окраска семян гороха; а - зеленая окраска семян гороха.
Символ («зеркало Венеры») - используют при записи генотипа матери (или женского пола);
Символ («щит и копье Марса») - используют при записи генотипа отца (или мужского пола).
Скрещивание записывают знаком «х».
В схемах скрещивания генотип матери следует писать слева, генотип отца справа.
(Например, в случае моногибридного скрещивания, запись будет иметь вид: АА х аа).
Для обозначения родителей используют букву Р, потомков первого поколения - F₁, второго - F₂ и т.д.
Буквенные обозначения того или иного типа гамет следует писать под обозначениями генотипов, на основе которых они образуются.
Запись фенотипов помещать под формулами соответствующих им генотипов.
Цифровое соотношение результатов расщепления записывать под соответствующими им фенотипами или вместе с генотипами.

Рассмотрим пример записи условия задачи и её решения.

Задача. Голубоглазый юноша женился на кареглазой девушке, у отца которой глаза были голубые. От этого брака родился кареглазый ребёнок. Каков генотип ребёнка? ( Сведения об альтернативных признаках смотрите в таблице № 1).

Дано:

А - ген кареглазости

а - ген голубоглазости

• - аа

• - Аа

F₁ - кареглазый ребёнок.

Определить генотип F_1.

Решение:

Р Аа х аа

G А, а а

F_{1 1Аа : 1 аа}

Ответ: кареглазый ребёнок имеет генотип Аа.

Алгоритм решения этой задачи

1.Сначала кратко запишем условие задачи.

2.Согласно данным таблицы « Альтернативные признаки» карый цвет глаз является доминантным признаком, поэтому ген, определяющий этот признак обозначим как « А», а ген определяющий голубой цвет глаз (рецессивный признак), - как « а».

3.Теперь определим генотипы родителей ребёнка. Отец голубоглазый, следовательно, в его генотипе оба аллельных гена, определяющие цвет глаз, рецессивны, т.е. его генотип аа. Мать ребёнка кареглазая. Проявление этого цвета глаз возможно в следующих случаях.

- при условии, что оба аллельных гена являются доминантными;

- при условии, что один из аллельных генов - доминантный, а другой - рецессивный.

Поскольку отец матери ребёнка был голубоглазый, т.е. его генотип аа, то у неё один аллельный ген рецессивный. Значит, мать ребёнка гетерозиготна по данному признаку, её генотип Аа.

В задаче известен фенотип ребёнка - кареглазый. Требуется узнать его генотип.

1. Запишем генотипы родителей справа от условия задачи.

Р Аа х аа

4. Зная генотипы родителей, можно определить, какие типы гамет у них образуются.У матери образуются гаметы двух типов - А и а, у отца - только одного типа - а.

Р Аа х аа

G А,а а

2. В этом браке возможны дети с двумя генотипами по признаку цвета глаз: Аа - кареглазые и аа - голубоглазые.

F_{1 1Аа : 1 аа}

карые глаза голубые глаза

Фенотип ребёнка известен из условия задачи: ребёнок кареглазый Следовательно, его генотип - Аа.

Возможно другая запись:

F_{1 Аа : аа}

карые глаза голубые глаза

1 : 1

Ответ: кареглазый ребёнок имеет генотип Аа.

Необходимые для решения задач умения и навыки.

1 . Прежде чем приступить к решению задач, учащимся необходимо прочно овладеть навыками использования буквенных символов для обозначения доминантных и рецессивных генов, гомо - гетерозиготных состояний аллелей, генотипов родителей и потомства.

Для более прочного овладения этими понятиями я предлагаю тренировочные упражнения, которые нетрудно составить, используя данные таблицы 1-3. А можно использовать текст готовой задачи, в этом случае учащимся предлагаю проанализировать и записать условие задачи.

Таблица № 1. Сведения об альтернативных признаках

Доминантный признак

Рецессивный признак

Человек

Курчавые волосы у (гетерозиготы волнистые)

1

Прямые волосы

Раннее облысение

2

Норма

Не рыжие волосы

3

Рыжие волосы

Карый цвет глаз

4

Голубой или серый цвет глаз

Веснушки

5

Отсутствие веснушек

Карликовость

6

Нормальный рост

Полидактилия( лишние пальцы)

7

Нормальное число пальцев

Тёмные волосы

8

Светлые волосы

Резус - положительный фактор крови)

9

Резус - отрицательный фактор крови

Праворукость

1

Леворукость

Горох

1

Жёлтая окраска семян

1

Зелёная окраска семян

2

Гладкая поверхность семян

2

Морщинистая поверхность семян

3

Красная окраска венчика

3

Белая окраска венчика

4

Пазушное положение цветков

4

Верхушечное положение цветков

5

Вздутая форма бобов

5

Плоская форма бобов

6

Зелёная окраска бобов

6

Жёлтая окраска бобов

7

Высокорослость

7

Низкорослость

Томаты

1

Круглые плоды

1

Грушевидные плоды

2

Красная окраска плодов

2

Жёлтая окраска плодов

3

Высокорослость

3

Низкорослость

4

Позднеспелость

4

Раннеспелость

5

Окраска венчика жёлтая

5

Окраска венчика белая

Куры

1

Гороховидный гребень

1

Простой гребень

2

Оперённые ноги

2

Неоперённые ноги

3

Длинный хвост

3

Короткий хвост

4

Окраска цветная

4

Окраска белая

Дрозофила

1

Серая окраска тела

1.

Чёрная окраска тела

2

Нормальные крылья

2

Зачаточные крылья

Рогатый скот

1

Комолость ( безрогость)

1

Наличие рогов

2

Черный цвет шерсти

2

Красный цвет шерсти

Таблица № 2. Примеры моногибридного наследования аутосомных признаков

Объект

Признак

Доминант-ный

Рецессив-ный

Тыква

форма плода

дисковидная

шаровидная

Томаты

форма плода

округлая

грушевидная

Арбуз

окраска плода

полосатая

однотонная

Лук

окраска чешуи

красная

жёлтая

Тутовый шелкопряд

окраска гусениц

полосатая

однотонная

Попугайчики

окраска оперения

зелёная

голубая

Норка

окраска шерсти

коричневая

голубая

Человек

строение скелета

карликовость

норма

слух

норма

глухота

зрение

норма

слепота

Таблица № 3. Примеры моногибридного наследования аутосомных признаков с неполным доминированием

Объект

Признак

Гомозиготы ( АА)

Гомозиготы( аа)

Гетерозиготы( Аа)

Редис

форма корнеплода

длинная

круглая

овальная

Львиный зев

окраска венчика

красная

белая

розовая

Куры

Окраска оперения

чёрная

белая

пёстрая

Крупный

рогатый скот

масть

красная

белая

чалая

Упражнение № 1 ( по таблице № 1). У крупного рогатого скота ген комолости (т.е. безрогости ) доминирует над геном рогатости, а чёрный цвет шерсти над красным, причём гены обоих признаков находятся в разных хромосомах.

Какие генотипы у коров:

а) чёрных комолых;

б) чёрных рогатых;

в) красных рогатых;

г) красных комолых.

Дано:

А - ген комолости

а - ген рогатости

В - ген чёрной окраски шерсти

в - ген красной окраски шерсти.

Ответ:

а) А_В_ ( т.е. ААВВ, АаВВ, ААВв, АаВв).

б) ааВ_ ( т.е. ааВВ, ааВв).

в) аавв.

г) А_вв ( т.е. ААвв, Аавв).

Упражнение № 2 ( текст задачи). Растения красноплодной земляники при скрещивании между собой всегда дают потомство с красными ягодами, а растения белоплодной земляники - с белыми ягодами. В результате скрещивания обоих сортов друг с другом получаются розовые ягоды. Какое потомство возникает при скрещивании между собой гибридных растений земляники с розовыми ягодами? Какое потомство получится, если опылить красноплодную землянику пыльцой гибридной земляники с розовыми ягодами? Запишите условие задачи и скрещивания, упомянутые в задаче.

11. Другое важное умение, которое необходимо отработать - умение определять фенотип по генотипу.

Упражнение № 3. Какова окраска семян гороха при следующих генотипах: АА, аа,Аа?

( смотрите таблицу № 1).

Ответ: жёлтая, зелёная, жёлтая.

Упражнение № 4. Какова форма корнеплода у редиса при следующих генотипах: АА, Аа, аа? ( смотрите таблицу № 3).

Ответ: длинная, овальная, круглая.

111. Очень важно научить записывать гаметы. Для вычисления количества различных сортов гамет используется формула 2ⁿ, где n - число пар гетерозиготных состояний аллелей.

Например:

ААВВССДД, n = 0, 2ⁿ=2⁰=1 ( 1 сорт гамет - АВСД ).

АаВВССДД, n = 1, 2ⁿ = 2¹ = 2 ( 2 сорта гамет- АВСД, аВСД).

АаВвССДД, n = 2, 2ⁿ = 2² = 4 ( 4 сорта гамет - ( АВСД, авСД, аВСД, АвСД).

АаВвСсДД, n = 3, 2ⁿ = 2³ = 8 ( 8 сортов гамет - ( АВСД, АВСд, АвсД, АвСд, аВСД, аВСд, авСД, авСд) и. т . далее.

Упражнение № 5. Какие типы гамет образуются у растений, имеющих генотипы:

1) ААВвссДд

2) АаВвССДд

Ответ: 1) ААВвссДд, n = 2, 2ⁿ = 2² = 4, (4 сорта гамет).

2) АаВвССДд, n = 3, 2ⁿ = 2³ = 8, ( 8 сортов гамет).

На первых этапах обучения задания должны быть простыми. Например, записать гаметы для генотипов АА, Аа, аа.

Ответ: 1) АА, n = 0; 2⁰ = 1 ( один сорт гамет А).

2) Аа, n = 1; 2¹ = 2 ( два сорта гамет А, а) и так далее.

1V. И ещё одно умение, без которого невозможно решить задачу , - определить, к какому разделу относится: моно - , ди - или полигибридное скрещивание, наследование сцепленное с полом, или наследование признаков при взаимодействии генов и т. д. Это позволяет учащимся выбрать необходимые для решения задачи законы, закономерности, правила, соотношения. С этой целью можно дать текст какой - либо задачи и предложить определить, к какому разделу она относится. Учащиеся должны помнить, что наследуются гены, а не признаки.

Упражнение № 6. Одна из пород кур отличается укороченными ногами ( такие куры не разрывают огородов). Этот признак , доминирующий им ген, вызывает одновременно и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводящего только коротконогих кур получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих?

Упражнение № 7. В медицине имеет большое значение различие между четырьмя группами человеческой крови. Группа крови является наследственным признаком, зависящим от одного гена. Ген этот имеет не две, а три аллели, обозначаемые символами А,В,О. Лица с генотипом ОО имеют первую группу крови, с генотипами АА или АО - вторую, ВВ или ВО - третью, АВ - четвёртую ( и можем сказать, что аллели А и В доминируют над аллелью О, тогда как друг друга они не подавляют). Какие группы крови возможны у детей, если у их матери - вторая группа крови, а у отца - первая?

Ответ: обе задачи на моногибридное скрещивание, так как речь идёт об одном гене. (Ключевые слова выделены в тексте задач).

Все генетические задачи, какой бы темы они не касались (моно - или полигибридное скрещивание, аутосомное или сцепленное с полом наследование), сводятся к трём типам:

1) расчётные;

2) на определение генотипа;

3) на определение характера наследуемого признака.

Дигибридное скрещивание

При решении задач на дигибридное скрещивание мне хотелось бы обратить внимание на два момента: а) использование буквенной символики; б) способах анализа F₂ поколения.

Задача. Какое потомство получится при скрещивании чистопородного комолого (безрогого) чёрного быка с красными рогатыми коровами? Каким окажется следующее поколение, полученное от скрещивания этих гибридов между собой, если известно, что комолость доминирует над рогатостью, чёрная масть над красной, причём гены обоих признаков находятся в разных парах хромосом?

Условия задачи можно записать двумя способами.

Первый способ:

Дано:

А - ген комолости

а - ген рогатости

В - ген чёрной масти

в - ген красной масти

• аавв - рогатые красные

• ААВВ - комолый чёрный

Найти F₁ - ?; F₂ - ?;

Второй способ:

Дано:

К - ген комолости

к - ген рогатости

Ч - ген чёрной масти

ч - ген красной масти

• ккчч - рогатые красные

• ККЧЧ - комолый чёрный

Найти F₁ - ?; F₂ - ? ;

На уроках я показываю оба способа использования буквенной символики при записи условия задачи. Они выбирают тот способ, который для них более приемлем.

Второй момент, на который хотелось бы обратить внимание, - способы анализа потомков в F₂, знакомлю с тремя способами и право выбора способа решения оставляю за ними.

Первый способ.

Составление решётки Пеннета. Этот приём хорошо знаком всем учителям, поэтому я не останавливаюсь на нём. Для нашей задачи таблица Пеннета будет выглядеть следующим образом (воспользуемся буквенной символикой второго способа записи условия).

КЧ

Кч

кЧ

кч

КЧ

ККЧЧ

ККЧч

КкЧЧ

КкЧч

Кч

ККЧч

ККчч

КкЧч

Ккчч

кЧ

КкЧЧ

КкЧч

ккЧЧ

ккЧч

кч

КкЧч

Ккчч

ккЧч

ккчч

Так как каждый признак контролируется одной парой аллелей, локализованных в разных парах хромосом, анализ каждого признака при решении задачи должен проводиться отдельно. Это правило является основой второго и третьего способов анализа потомства в F₂ .

Второй способ.

Позволяет наглядно представить, какие фенотипы будут в потомстве F₂ при условии, что анализировать генотипы не следует. Потомство F₂ условно изображают в виде квадрата. Так как комолость доминирует над рогатостью, мы сразу можем сказать ( в соответствии с менделеевским законом расщепления), что только одна четвёртая всего потомства будет рогатой, а остальные три четверти комолыми.

9//16

3/16

комолые

3/16

1/16

рогатые

Чёрные Красные

Изобразим это наглядно, отсекая нижнюю часть квадрата горизонтальной линией ( тогда меньший нижний прямоугольник будет символизировать рогатую часть потомства) . Независимо от этого, по признаку масти всё потомство тоже должно распадаться на две неровные части: одна четверть - красные, а остальные три четверти - чёрные( чёрный цвет доминирует).

Так как площадь квадрата принимается за единицу, площади его частей символизируют долю потомства с соответствующими признаками. Как видим, 9/16 всего потомства( ¾ х ¾) - комолые чёрные). 3/16 ( ¾ х ¼) - рогатые чёрные, ещё 3/16 - комолые красные и, наконец 1/16 потомства( ¼ х ¼) рогатые красные.

Третий способ.

Согласно закону независимого наследования (третий закон Менделя) в потомстве F₂ по каждой паре признаков происходит расщепление по фенотипу 3:1 и расщепление по генотипу 1:2:1. То есть по признаку наличия рогов можно записать (воспользуемся буквенной символикой первого способа записи условия).

Расщепление по фенотипу: Расщепление по генотипу:

3 А_ : 1 аа 1 АА : 2 Аа : 1 аа

комолые рогатые

Аналогично, по признаку масти, можно записать.

Расщепление по фенотипу: Расщепление по генотипу:

3 В_ : 1вв 1ВВ : 2Вв : 1вв

чёрные красные

Объединив оба признака, запишем выражение:

( 3 А _ + 1 аа ) х ( 3 В _ + 1вв ) = 9 А_В_ + 3 А _ вв + 3 ааВ _ + 1аавв

комол. рогат. чёрн. красн. комол. комол. рогатые рогатые

чёрные красн. чёрные красные

В результате получили четыре фенотипические группы. Этот способ позволяет быстро написать не только фенотипы потомства F₂ , но также генотипы F₂ поколения.

( 1АА + 2Аа + 1аа) х ( 1 ВВ + 2Вв + 1вв) = 1ААВВ + 2ААВв + 1ААвв + 2АаВВ + 4АаВв + 2Аавв + 1ааВВ + 2ааВв + 1аавв.

13