А.В. ПИМЕНОВ

Продолжение. См. No 20/2002

Уроки биологии в 10(11)-м классе

Урок 3. Бесполое и половое размножение

Задачи: изучить особенности, формы и значение бесполого и полового размножения.

Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма. Возможно использование фильма «Размножение многоклеточных организмов».

ХОД УРОКА

Повторение.

• Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Характеристика 1-го деления мейоза.
2. Характеристика 2-го деления мейоза.
3. Отличия мейоза от митоза.

• Работа с карточкой у доски: приложение 2.

• Компьютерное тестирование: приложение 3.

• Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с использованием таблиц.

Формы бесполого размножения. Бесполое размножение широко распространено в природе. Наиболее распространено оно у одноклеточных, но часто встречается и у многоклеточных. Характерны следующие особенности: в размножении принимает участие только одна особь; осуществляется без участия половых клеток; в основе размножения лежит митоз; потомки идентичны и являются точными генетическими копиями материнской особи. Преимущество – быстрое увеличение численности.

1. Бинарное деление – деление, при котором образуются две равноценные дочерние клетки (амеба).

2. Множественное деление, или шизогония. Материнская клетка распадается на большое количество более или менее одинаковых дочерних клеток (малярийный плазмодий).

3. Споруляция. Размножение посредством спор – специализированных клеток грибов и растений. Если споры имеют жгутик и подвижны, то их называют зооспорами (хламидомонада).

4. Почкование. На материнской особи происходит образование выроста – почки, из которой развивается новая особь (дрожжи, гидра).

5. Фрагментация – разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых развивается в новую особь. У растений (спирогира) и у животных (кольчатые черви). В основе фрагментации лежит свойство регенерации.

6. Вегетативное размножение. Характерно для многих групп растений. При вегетативном размножении новая особь развивается либо из части материнской, либо из особых структур (луковица, клубень и т.д.), специально предназначенных для вегетативного размножения.

7. Полиэмбриония. Размножение во время эмбрионального развития, при котором из одной зиготы развивается несколько зародышей – близнецов (однояйцевые близнецы у человека). Потомство всегда одного пола.

8. Клонирование. Искусственный способ бесполого размножения. В естественных условиях не встречается. Клон – генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения.

Половое размножение. Новый организм образуется в результате слияния половых клеток-гамет (n). Образуется зигота (2n) с уникальным набором хромосом. Половое размножение характерно для большинства живых организмов. Преимущества: каждая особь обладает уникальным генотипом, что позволяет в результате естественного отбора приспособиться к различным условиям среды.

Характерны следующие особенности: в размножении обычно принимают участие две особи – мужская и женская; чаще осуществляется с помощью специализированных клеток – гамет; редукция количества хромосом и перекомбинация генетического материала в гаметах происходит в результате мейоза; потомки (за исключением однояйцевых близнецов) генетически отличны друг от друга и от родительских особей.

Как правило, яйцеклетки и сперматозоиды вырабатываются у разных организмов в половых железах (гонадах) – яичниках и семенниках. Такие организмы называют раздельнополыми. Если же один и тот же организм способен продуцировать и женские, и мужские гаметы, то его называют гермафродитом (ленточные черви, сосальщики).

Разновидностью полового размножения является партеногенез – девственное развитие, когда новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (дафнии, тли, трутни, тутовый шелкопряд, скальные ящерицы).

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку 3

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Приложение 3. Компьютерное тестирование

«Мейоз»

Тест 1. Когда при мейозе происходит конъюгация гомологичных хромосом?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

Тест 2. Какой набор хромосом и ДНК в конце 1-го деления мейоза?

1. 1n1c.
2. 1n2c.
3. 1n4c.
4. 2n2c.
5. 2n4c.
6. 4n4c.

Тест 3. Какой набор хромосом и ДНК в конце 2-го деления мейоза?

1. 1n1c.
2. 1n2c.
3. 1n4c.
4. 2n2c.
5. 2n4c.
6. 4n4c.

*Тест 4. На каких стадиях мейоза набор хромосом и ДНК 2n4c?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

Тест 5. На какой стадии мейоза набор хромосом и ДНК 2n2c?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

*Тест 6. На каких стадях мейоза набор хромосом и ДНК 1n2c?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

Тест 7. На какой стадии мейоза набор хромосом и ДНК 4n4c?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Такого набора хромосом и ДНК в норме не может быть.

Тест 8. На какой стадии мейоза набор хромосом и ДНК 1n1c?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

*Тест 9. На каких стадиях мейоза происходит перекомбинация генетического материала?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

Тест 10. В какую стадию мейоза происходит кроссинговер?

1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
5. Профаза II.
6. Метафаза II.
7. Анафаза II.
8. Телофаза II.

Урок 4. Гаметогенез. Оплодотворение

Задачи: сформировать знания об особенностях сперматогенеза, овогенеза, о строении половых клеток и оплодотворении у животных.

Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма. Возможно использование фильма «Размножение многоклеточных организмов».

ХОД УРОКА

Повторение.

• Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Принципиальные различия между бесполым и половым размножением.
2. Укажите преимущества бесполого и полового размножения организмов.
3. Характеристика партеногенеза.

• Работа с карточкой у доски: приложение 2.

• Компьютерное тестирование: приложение 3.

• Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с использованием таблиц.

Сперматогенез, оогенез. Гаметогенез – это процесс развития половых клеток – гамет. Предшественники гамет (гаметоциты) диплоидны. Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом, а образование яйцеклеток – оогенезом (овогенезом). В половых железах различают три разных участка, или зоны: зона размножения, зона роста, зона созревания. Сперматогенез и оогенез включают три одинаковые фазы: размножения, роста, созревания (деления). В сперматогенезе имеется еще одна фаза – формирования.

Фаза размножения: диплоидные клетки многократно делятся митозом. Количество клеток в гонадах растет, их называют оогонии и сперматогонии. Набор хромосом 2n. В фазе роста происходит их рост, образовавшиеся клетки называются ооциты 1-го порядка и сперматоциты 1-го порядка. В фазе созревания происходит мейоз, в результате первого мейотического деления образуются гаметоциты 2-го порядка (набор хромосом n2c), которые вступают во второе мейотическое деление, и образуются клетки с гаплоидным набором хромосом (nс). Оогенез на этом этапе практически заканчивается, а сперматогенез включает еще фазу формирования, во время которой формируются сперматозоиды.

В отличие от образования сперматозоидов, которое происходит только после достижения половой зрелости (в частности, у позвоночных животных), процесс образования яйцеклеток начинается еще у зародыша. Период размножения полностью осуществляется на зародышевой стадии развития и заканчивается к моменту рождения (у млекопитающих и человека). В период роста ооциты увеличиваются в размерах за счет накопления питательных веществ (белков, жиров, углеводов) и пигментов – образуется желток. Затем ооциты 1-го порядка вступают в период созревания. В результате первого мейотического деления возникают две дочерние клетки. Одна из них, относительно мелкая, называемая первым полярным тельцем, не является функциональной, а другая, более крупная (ооцит 2-го порядка), подвергается дальнейшим преобразованиям.

Второе деление мейоза осуществляется до стадии метафазы II и продолжится только после того, как ооцит 2-го порядка вступит во взаимодействие со сперматозоидом и произойдет оплодотворение. Таким образом, из яичника выходит, строго говоря, не яйцеклетка, а ооцит 2-го порядка. После оплодотворения он делится, в результате чего возникают яйцеклетка (или яйцо) и второе полярное тельце. Однако традиционно для удобства яйцеклеткой называют ооцит 2-го порядка, готовый к взаимодействию со сперматозоидом. Таким образом, в результате оогенеза образуется одна нормальная яйцеклетка и три полярных тельца.

Гаметы. Это половые клетки, при слиянии которых образуется зигота, дающая начало новому организму. Они представляют собой высокоспециализированные клетки, участвующие в осуществлении процессов, связанных с половым размножением. Гаметы имеют ряд особенностей, отличающих их от соматических клеток: хромосомный набор соматических клеток – диплоидный (2n2с), а гамет – гаплоидный (nс); гаметы не делятся; гаметы, особенно яйцеклетки, более крупные, чем соматические клетки; яйцеклетка содержит много питательных веществ, сперматозоид – мало (практически отсутствуют); гаметы имеют измененное ядерно-цитоплазматическое соотношение по сравнению с соматическими клетками (в яйцеклетке ядро занимает значительно больший объем, чем цитоплазма, в сперматозоиде – наоборот, причем ядро имеет такие же размеры, что и в яйцеклетке). Активная роль в оплодотворении принадлежит сперматозоиду. Поэтому он имеет малые размеры и подвижен (у животных). Яйцеклетка не только приносит в зиготу свой набор хромосом, но и обеспечивает развитие зародыша на ранних стадиях. Поэтому она имеет крупные размеры и, как правило, содержит большой запас питательных веществ.

Организация яйцеклеток животных. Размер яйцеклеток колеблется в широких пределах – от нескольких десятков микрометров до нескольких сантиметров (яйцеклетка человека – около 100 мкм, яйцо страуса, имеющее длину со скорлупой порядка 155 мм, – тоже яйцеклетка). Яйцеклетка имеет ряд оболочек, располагающихся поверх плазматической мембраны, и запасные питательные вещества. У млекопитающих яйцеклетки имеют блестящую оболочку, поверх которой располагается лучистый венец – слой фолликулярных клеток.

Количество питательных веществ, накапливаемых в яйцеклетке, зависит от условий, в которых происходит развитие зародыша. Так, если развитие яйцеклетки происходит вне организма матери и приводит к формированию крупных животных, то желток может составлять более 95% объема яйцеклетки. Яйцеклетка млекопитающих содержит менее 5% желтка. В связи с накоплением питательных веществ у яйцеклеток появляется полярность. Противоположные полюсы называются вегетативным и анимальным. Поляризация проявляется в том, что происходит изменение местоположения ядра в клетке (оно смещается в сторону анимального полюса), а также в особенностях распределения цитоплазматических включений (во многих яйцах количество желтка возрастает от анимального к вегетативному полюсу).

Организация сперматозоидов. Длина сперматозоида человека – 50–60 мкм. Функции сперматозоида определяют и его строение. Головка – самая крупная часть сперматозоида, образованная ядром, которое окружено тонким слоем цитоплазмы. На переднем конце головки расположена акросома – часть цитоплазмы с видоизмененным аппаратом Гольджи. Она вырабатывает фермент, который способствует растворению оболочек яйцеклетки. В месте перехода головки в среднюю часть образуется перехват – шейка сперматозоида, в которой расположены две центриоли. За шейкой располагается средняя часть сперматозоида, содержащая митохондрии, и хвост, который имеет типичное для всех жгутиков эукариот строение и является органоидом движения сперматозоида. Энергию для движения поставляет гидролиз АТФ, происходящий в митохондриях средней части сперматозоида.

Оплодотворение. Совокупность процессов, приводящих к слиянию мужских и женских гамет, объединению их ядер и образованию зиготы, которая дает начало новому организму, называется оплодотворением.

Различают наружное оплодотворение, при котором встреча сперматозоидов и яйцеклеток происходит во внешней среде, и внутреннее оплодотворение, при котором встреча сперматозоидов и яйцеклеток происходит в половых путях самки.

Чаще всего сперматозоид полностью втягивается в яйцо, иногда жгутик остается снаружи и отбрасывается. С момента проникновения сперматозоида в яйцо гаметы перестают существовать, так как образуют единую клетку – зиготу. В зависимости от количества сперматозоидов, проникающих в яйцеклетку при оплодотворении, различают: моноспермию – оплодотворение, при котором в яйцо проникает только один сперматозоид (наиболее обычное оплодотворение), и полиспермию – оплодотворение, при котором в яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов. Но даже в этом случае с ядром яйцеклетки сливается ядро только одного из сперматозоидов, а остальные ядра разрушаются.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку 4

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Продолжение следует