В.И. ТИТОВА,
школа № 2,
г. Анадырь, Чукотский автономный округ

Решение задач по генетике с использованием законов Г.Менделя

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

• выбор оптимальной системы скрещивания в селекционной работе и наиболее эффективного метода отбора;

• управление развитием наследственных признаков;

• использование мутагенеза в селекции.

В медицине использование генетических знаний способствует разработке мероприятий по защите наследственности человека от мутагенного действия факторов окружающей среды.

Решение задач по генетике способствует лучшему усвоению теории. Из-за ограничения во времени на занятии рассматриваем только решение задач по генетике с использованием законов Г.Менделя

Цели занятия:

• ознакомиться с общими требованиями к оформлению записи условия задачи и ее решения;

• рассмотреть различные типы задач и примеры их решения;

• рассмотреть различные способы решения задач при дигибридном скрещивании;

• ознакомиться с приемами составления различных типов задач.

Основная задача данной статьи – оказать помощь начинающим педагогам в решении задач и составлении различных типов задач с использованием законов Г.Менделя.

ХОД ЗАНЯТИЯ

Методика овладения приемами решения задач

Общие требования к оформлению записей условия задачи и ее 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 ее решения.

Задача 1. Голубоглазый юноша женился на кареглазой девушке, у отца которой глаза были голубые. От этого брака родился кареглазый ребенок. Каков генотип ребенка? (Сведения об альтернативных признаках см. в табл. 1.)

Дано:

А – ген кареглазости
а – ген голубоглазости
– аа
– Аа
F₁ – кареглазый.

Определить генотип F₁

Решение.

Ответ: кареглазый ребенок имеет генотип Аа.

Объяснение этой задачи должно быть таким.
Сначала запишем кратко условие задачи. Согласно данным таблицы «Альтернативные признаки» карий цвет глаз является доминантным признаком, поэтому ген, определяющий этот признак обозначим как «А», а ген, определяющий голубой цвет глаз (рецессивный признак), – как «а».

Дано:

А – ген кареглазости;
а — ген голубоглазости.

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

1. При условии, что оба аллельных гена являются доминантными.
2. При условии, что один из аллельных генов – доминантный, а другой – рецессивный. Поскольку отец матери ребенка был голубоглазый, т.е. его генотип аа, то у нее один аллельный ген рецессивный. Значит, мать ребенка гетерозиготна по данному признаку, ее генотип Аа.

В задаче известен фенотип ребенка – кареглазый. Требуется узнать его генотип.

F₁ – кареглазый
Генотип F₁ – ?

Решение.

Запишем генотипы родителей справа от условия задачи.

Р: Aa х аа

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:     Aa х аа
гаметы: А а   а

В этом браке возможны дети с двумя генотипами по признаку цвета глаз:

Aa — кареглазые и аа – голубоглазые.

Фенотип ребенка известен из условия задачи: ребенок кареглазый. Следовательно, его генотип – Аа.

Ответ: кареглазый ребенок имеет генотип Аа.

Примечание. В F₁ возможна другая запись:

Необходимые для решения задач умения и навыки

I. Прежде, чем приступить к решению задач, учащимся необходимо прочно овладеть навыками использования буквенных символов для обозначения доминантных и рецессивных генов, гомо- и гетерозиготных состояний аллелей, генотипов родителей и потомства.
Для более прочного овладения этими понятиями можно предложить тренировочные упражнения, которые нетрудно составить, используя данные табл. 1–3. А можно использовать текст готовой задачи, в этом случае учащимся предлагается проанализировать и записать условие задачи.

Таблица 2. Примеры моногенного наследования аутосомных признаков

Таблица 3. Примеры моногенного наследования аутосомных полудоминантных признаков

Упражнение 1 (по таблице). У крупного рогатого скота ген комолости (т.е. безрогости) доминирует над геном рогатости, а черный цвет шерсти – над красным, причем гены обоих признаков находятся в разных хромосомах.

Какие генотипы у коров:

а) черных комолых;
б) черных рогатых;
в) красных рогатых;
г) красных комолых?

Дано:

А — ген комолости;
а — ген рогатости;
В — ген черной окраски шерсти;
b – ген красной окраски шерсти.

Ответ:

а) А _ В _ (т.е. ААBB, АаBB, ААВb, АаВb)
б) аа В _ (т.е. ааBB, ааBb)
в) аа bb
г) А _ bb (т.е. ААbb, Ааbb)

Упражнение 2 (из текста 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.

Ответ:

A⁺ – ген красноплодности;
А – ген белоплодности;
АА – белоплодная земляника;
A⁺ A⁺ — красноплодная земляника;
A⁺ А – земляника с розовыми ягодами.
A⁺A⁺ х АА; A⁺A х A⁺A;
A⁺A⁺ х A⁺A

II. Другое важное умение, которое необходимо отработать – умение определять фенотип по генотипу.

Упражнение 3. Какова окраска семян гороха при следующих генотипах: АА, аа, Аа? (См. табл. 1.)

Ответ: желтая; зеленая; желтая.

Упражнение 4. Какова форма корнеплода у редиса при следующих генотипах: АА, Аа, аа? (См. табл. 3.)

Ответ: длинная; овальная; круглая.

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

Например:

АА BB CC DD, n = 0; 2ⁿ = 2⁰ = 1 (1 сорт гамет) ABCD.

Аа BB CC DD, n = 1; 2ⁿ = 2¹ = 2 (2 сорта гамет) гаметы: ABCD, aBCD.

Аа Bb CС DD, n = 2; 2ⁿ = 4.

Аа Bb Cc DD, n = 3; 2ⁿ = 8.

Аа Bb Cc Dd, n = 4; 2ⁿ = 16.

Для последнего случая рассмотрим запись гамет. Всего их должно быть 16.

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что пары генов Аа, Bb, Cc, Dd находятся в разных хромосомах. При образовании гамет в процессе мейоза происходит расхождение гомологичных хромосом, и в каждой половой клетке оказывается гаплоидный набор хромосом, то есть в каждой гамете должны присутствовать хромосомы с генами А (или а), В (b), С (с), D (d). Недопустима запись гамет: Аа, Bb, Cc, Dd или A, a, B, b, C, c, D, d.

Так как каждая пара признаков наследуется независимо от других, то по каждой паре альтернативных признаков будет происходить распределение генов по гаметам в соотношении:

Т.е. в записи 16 гамет каждый ген должен повториться 8 раз.

1) Записываем № по порядку:

2) Записываем пару генов А и а:

Далее последовательно записываем остальные гены:

3) ген В

4) ген b

5) ген С

6) ген с

7) ген D

8) ген d

Такая последовательность позволяет быстро записать все возможные комбинации распределения генов по гаметам.

Упражнение 5. Какие типы гамет образуются у растений, имеющих генотипы:

1) AABbccDd,
2) AaBbCCDd?

Ответ:

1) AA Bb cc Dd, n = 2; 2ⁿ = 4
(4 сорта гамет).

1. ABcD. 2. ABcd. 3. AbcD. 4. Abсd.

2) Aa Bb CC Dd, n = 3; 2ⁿ = 8
(8 сортов гамет).

1. ABCD. 2. ABCd. 3. AbСD.
4. AbCd. 5. aBCD. 6. aBCd.
7. abCD. 8. abCd.

Мы рассмотрели наиболее сложные примеры записи гамет. На первых этапах обучения задания должны быть простыми. Например, записать гаметы для генотипов АА, Аа, аа.

Продолжение следует