ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени А.С. Пушкина
ГЕНЕТИКА С ОСНОВАМИ СЕЛЕКЦИИ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург
УДК 575.1 575.2
Составители:
Рецензенты:
А.А. Сазанов, доктор биологических наук, профессор кафедры естествознания и географии Ленинградского государственного университета имени А.С.Пушкина
М.В. Хайцева, кандидат биологических наук, доцент кафедры естествознания и географии Ленинградского государственного университета имени А.С.Пушкина
А.К. Голубев, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой генетики, разведения и биотехнологии животных Санкт-Петербургского государственного аграрного университета
В.С. Смирнова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры естествознания и географии Ленинградского государственного университета имени А.С.Пушкина
Учебно-методическое пособие Генетика с основами селекции /сост. А.А.Сазанов, М.В.Хайцева – СПб.: ЛГУ им. А. С. Пушкина, 2007. -41 с.
Учебно-методическое пособие по курсу генетика с основами селекции составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Программа предназначена для студентов высших педагогических учебных заведений по специальности 050102.65 (032400) «Биология».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Ленинградского государственного университета имени А. С. Пушкина
ISBN
©
Ленинградский государственный университет (ЛГУ) имени А. С. Пушкина, 2007
СОДЕРЖАНИЕ
1. Государственный образовательный стандарт ………………………………..4
2. Учебная программа курса «Генетика с основами селекции»……………......5
2.1. Введение ……………………………………………………………….…..…5
2.2. Тематические планы……………………………..…………………….…..…8
2.3. Программа курса ………………………………………………………...….10
2.4. Рекомендуемая литература…………………………………………….…...15
2.5. Методические указания по выполнению контрольных работ……….......16
2.6. Задания для контрольных работ ………………………………………...…17
2.7. Задания для самостоятельной работы студентов……………………...….28
2.8. Темы курсовых работ………………………………………………..….......29
2.9. Вопросы к экзамену ……………………………………….........................30
3. Учебная программа летней практики по генетике………………………….32
3.1. Введение……………………………………………………………………..32
3.2. Содержание программы практики……………………….…………..…….34
3.2.1. Основные этапы проведения практики…………………………...……..34
3.2.2. Тематические планы…………………………...........................................35
3.2.3. Методика изучения изменчивости………………………………..……...36
3.2.4. Методика изучения биологии оплодотворения
у растений и животных…………………………………………………………..37
3.2.5 Методика изучения генетических основ
индивидуального развития……………………………………………..…….…37
3.2.6. Методика изучения основ генетики популяций
и эволюционной генетики…………………………………………………..…..38
3.2.7. Методика изучения генетических основ
и основных достижений селекции……………………………………..…….…38
3.2.8. Вопросы к зачету…………………………………………………….....…39
3.2.9. Рекомендуемая литература…………………………………………..…..40
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Квалификация: учитель биологии*
ДПП.Ф.09
Генетика
Предмет и задачи генетики. … *В программе курса положения ГОС выделены курсивом
ВВЕДЕНИЕ
Генетика - одна из основ общебиологического образования. Предметом этой научной дисциплины являются наследственность и изменчивость – наиболее общие свойства живых организмов. Концептуальный характер генетики позволяет считать ее точной наукой наряду с математикой, физикой и химией. Таким образом, связывая биологию с другими естественнонаучными дисциплинами, генетика дает возможность формировать у студентов научное мышление на основе анализа и синтеза. Освоение логики генетического анализа содействует развитию дисциплины научного мышления. Прикладное значение генетики в медицине, биотехнологии и сельском хозяйстве стремительно возрастает, что настоятельно требует качественного повышения уровня генетического образования в средней школе.
Целевое назначение дисциплины «Генетика с основами селекции»заключается в формировании генетического мышления, логики генетического анализа, творческого и критического подхода к самостоятельному восприятию научной и научно-популярной литературы по генетике. Это позволит будущим учителям постоянно совершенствовать свои познания в этой динамично развивающейся области знания.
Задачами курса являются:
- понимание общих закономерностей наследственности и изменчивости;
- освоение наиболее важных принципов и методических подходов генетики;
- знакомство с современным состоянием и перспективами развития этой области знания;
- изучение механизмов реализации наследственной информации у живых организмов;
- формирование комплексного восприятия разделов данного курса с другими общебиологическими дисциплинами: молекулярной биологией, теорией эволюции, экологией, физиологией человека, животных и растений, клеточной биологией, биохимией;
- знакомство с практическим применением достижений генетики в медицине, биотехнологии и сельском хозяйстве.
Основная часть программы построена в соответствии с логической структурой предмета и включает следующие разделы: «Введение», «Основы генетического анализа», «Цитологические основы наследственности», «Молекулярные носители наследственности и теория гена», «Генетическая изменчивость», «Генетика популяций и эволюционная генетика», «Генетика и селекция», «Генетика человека и медицинская генетика».
Выпускник университета в области молекулярной биологии должен:
Знать:
- современное состояние, задачи и методы генетики;
- основы генетического анализа;
- цитологические основы наследственности;
- принципы организации молекулярных носителей наследственности;
- теорию гена;
- понятие генетической изменчивости;
- основы генетики популяций и эволюционной генетики;
- генетические подходы в селекции;
- основы генетики человека и медицинской генетики.
Уметь:
-ориентироваться в научной и научно-популярной литературе по генетике
-грамотно использовать генетическую терминологию;
- решать задачи по генетическому анализу при моно-, ди- и полигибридном скрещиваниях с различными типами взаимодействия аллелей;
- читать генетические карты;
- читать и составлять родословные.
Теоретической основой дисциплины «Генетика с основами селекции»являются достижения мировой и отечественной генетической науки, преимущественно, те ее направления, которые актуальны для понимания наиболее общих закономерностей наследственности и изменчивости как наиболее фундаментальных свойств живых организмов.
Преподавание дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами в средней школе (лицее, техникуме).
Тематика дисциплины «Генетика с основами селекции» взаимосвязана с другими специальными и гуманитарными дисциплинами, изучаемыми в университете.
Для изучения и глубокого усвоения всех тем курса предусматриваются такие виды занятий как лекции, практические и семинарские занятия, самостоятельная работа студентов по изучению рекомендованной литературы, решение задач, тестовых заданий и упражнений.
Лекции составляют основу теоретического обучения и проводятся по всем темам курса. В ходе лекций основное внимание студентов концентрируется на наиболее сложных и узловых проблемах.
На практических занятиях студенты выступают с докладами, рефератами и сообщениями, решают задачи, упражнения и тесты.
Самостоятельная работа студентов по изучению рекомендованной литературы проводится на базе библиотеки университета.
Формы текущей аттестации: тестирование, проверка выполнения контрольных работ.
Форма итоговой аттестации: экзамен.
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЛАНЫ
и распределение времени по видам занятий (очная форма обучения)
Номера и название
разделов и тем
Всего часов учеб-ных занятий
…
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
ПРОГРАММА КУРСА
Введение
Генетика – наука о наследственности и изменчивости. Проявление наследственности и изменчивости на разных уровнях организации живого: молекулярном, клеточном, тканевом, организменном, популяционном. Основные методы генетики. Логика генетического анализа в современной биологической науке. Исторический обзор развития генетики. Синтез генетики и биохимии в становлении молекулярной биологии. Практическое значение генетики в современной науке о человеке, в медицине, в практике сельского хозяйства, разработке комплекса мер по охране окружающей среды. Генетика и молекулярная биология в современной биотехнологии.
Основы генетического анализа
Цитологические основы наследственности
Молекулярные носители наследственности и теория гена
Генетическая изменчивость
Цитоплазматические мутации. Особенности организации генома митохондрий и пластид. Примеры митохондриальных и пластидных мутаций. Спонтанный…
Генетика популяций и эволюционная генетика
Генетическая гетерогенность популяций. Равновесное состояние панмиктических популяций. Закон Харди – Вайнберга. Отбор генотипов в популяции. Типы отбора. Роль мутаций в эволюции популяций. Мутационное давление. Наследственный полиморфизм популяций и методы его изучения. Дрейф генов. Генофонд вида и популяций и его значение для селекции и эволюции. Геногеография. Проблема охраны генофонда редких и исчезающих видов.
Генетика и селекция
Генетика человека и медицинская генетика
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Шевченко В.А., Топорнина Н.А., Стволинский Н.С. Генетика человека. М.: Владос, 2002.
2. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. В 3-х т. Пер. с англ. М.: Мир, 1987.
3. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. В 3-х т. Пер. с англ. М.: Мир, 1989.
Дополнительная
1. Лобашев М.Е., Ватти К.В., Тихомирова М.М. Генетика с основами селекции. М.: Просвещение, 1979.
2. Лобашев М.Е. Генетика. Л.: ЛГУ, 1967.
3. Кайданов Л.З. Генетика популяций. Учебн. для биол., мед. и с-х. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1996.
4. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Руководство к практическим занятиям по генетике. М.: Просвещение, 1979.
Для самостоятельной работы студентов
1. Льюин Б. Гены. М.: Мир. 1987.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Контрольная работа по генетике с основами селекции представляет собой… Контрольная работа играет значительную роль в формировании навыков познавательной деятельности, вырабатывает…
ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
(для студентов заочной формы обучения)
Контрольная работа 1
Решите задачу.
2. Сгруппируйте следующие понятия. Укажите принцип группировки.
транзиция, комплиментарность, делеция,эпистаз, галактоземия, теломераза,…
Контрольная работа 2
Решите задачу.
Черную грубошерстную морскую свинку скрестили с грубошерстным альбиносом. В потомстве оказалось:
13 черных грубошерстных,
16 альбиносов грубошерстных,
6 черных гладкошерстных,
5 гладкошерстных альбиносов.
Каковы генотипы родителей?
2. Продолжите фразу:
Генотип - это…
Контрольная работа 3
Решите задачу.
2. Установите соответствие между понятиями, содержащимися в следующих столбцах. Для этого, рядом с цифрой первого столбца поставьте букву…
Контрольная работа 4
Решите задачу.
Гипертрихоз передается через Y- хромосому, а полидактилия – как аутосомный признак. В семье, где отец имел гипертрихоз, а мать – полидактилию, родилась нормальная в отношении обоих признаков дочь. Какова вероятность рождения сына без обеих аномалий?
2. Исключите лишнее понятие в приведенном ряду. Укажите обобщающее слово данного ряда
зиготена, интрон, диакинез, мейоз пахитена, профаза, метафаза.
Контрольная работа 5.
Решите задачу
2. Завершите фразу, выбрав правильное суждение из перечисленных вариантов:
Транскрипция - это…
а) изменение числа хромосом, кратное гаплоидному.
Контрольная работа 6
Решите задачу.
2. Определите правильность следующей фразы:
Интроны – это нетранслируемые участки мРНК, которые вырезаются при ее…
Контрольная работа 7
Решите задачу.
Петух гетерозиготен по сцепленной с полом рецессивной летали. Каково отношение полов в потомстве от скрещивания такого петуха с нормальными курами?
2. Закончите фразу:
Одно из двух или нескольких альтернативных состояний гена называется…
Контрольная работа 8
Решите задачу.
У кур розовидный гребень - признак, доминантный по отношению к простому гребню. Фермер заподозрил, что его куры с розовидным гребнем несут аллель простого гребня. Как проверить опасение?
2. Исключите лишнее понятие в приведенном ряду. Укажите обобщающее слово данного ряда
глицин, аланин, рестриктаза, лизин, аргинин, аминокислота, пролин, триптофан.
Контрольная работа 9
Решите задачу.
2. Установите соответствие между понятиями, содержащимися в следующих столбцах. Для этого, рядом с цифрой первого столбца поставьте букву…
Контрольная работа 10
Решите задачу.
У дрозофилы ген редуцированных крыльев vg рецессивен и расположен в аутосоме; ген желтой окраски тела y также рецeссивен, но сцеплен с полом. Если гомозиготную по этим двум генам самку скрестить с нормальным самцом, то как будет выглядеть потомство в F1 и F2?
2. Продолжите фразу:
Секвенирование – это….
Контрольная работа 11
Решите задачу.
2. Сгруппируйте следующие понятия. Укажите принцип группировки.
гемофилия А, рестрикция, лигирование, цитозин, секвкнирование, синдром Леша –…
Контрольная работа 12
Решите задачу.
Школьник скрестил двух хомячков черного и белого, у которых родилось 12 черных хомячков. При скрещивании других черного и белого хомячков родилось 6 черных и 5 белых детенышей. Каковы генотипы родителей в каждом скрещивании?
2. Завершите фразу, выбрав правильное суждение из перечисленных вариантов:
Явление трансформации впервые обнаружил….
а) Морган
б) Гриффит
в) Мак Клинток
г) Иогансен.
Контрольная работа 13
Решите задачу.
2. Определите правильность следующей фразы:
Каждая хромосома эукариот содержит один репликон.
Контрольная работа 14
Решите задачу.
Заболевание обнаруживается у детей, родители которых являлись двоюродными братом и сестрой и не страдали от этого заболевания. Как наследуется болезнь?
2. Исключите лишнее понятие в приведенном ряду. Укажите обобщающее слово данного ряда
РНК-полимераза, репликация, ДНК-полимераза, фрагменты Оказаки, топоизомераза, рибосома.
Контрольная работа 15
Решите задачу.
2. Установите соответствие между понятиями, содержащимися в следующих столбцах. Для этого, рядом с цифрой первого столбца поставьте букву…
Контрольная работа 16
Решите задачу.
2. Продолжите фразу:
В состав ДНК входят следующие нуклеотиды….
Контрольная работа 17
Решите задачу.
2. Сгруппируйте следующие понятия. Укажите принцип группировки.
инициация, рибосома, тРНК,метацентрик, пептидильный сайт, субметацентрик,…
Контрольная работа 18
Решите задачу.
Какие группы крови возможны у ребенка, если его родители имеют группы крови А и В, и оба являются: а) гетерозиготами, б)один из родителей гетерозиготен.
2. Определите правильность следующей фразы:
В процессе мейоза образуются клетки, содержащие гаплоидное число хромосом.
Контрольная работа 19
Решите задачу.
При скрещивании пестрых петуха и курицы было получено 38 цыплят: 9 – белых, 11 – черных, 18 – пестрых. У каких по окраске птиц будут только пестрые цыплята?
2. Завершите фразу, выбрав правильное суждение из перечисленных вариантов:
Кариотип человека в норме состоит из…
а) 48 хромосом
б) 38 хромосом
в) 78 хромосом
г) 46 хромосом
Контрольная работа 20
Решите задачу.
При скрещивании бесхвостых мышей между собой всегда появляются только такие же, но плодовитость очень низкая. Чем можно объяснить полученные результаты?
2. Определите правильность следующей фразы:
В клетках эукариот ДНК содержится только в ядрах.
Контрольная работа 21
Решите задачу.
При скрещивании серых овец с серыми баранами получили 22 серых и 12 черных ягнят. Чем объяснить результаты данного скрещивания?
Сгруппируйте следующие понятия. Укажите принцип группировки.
репликация, нуклеосома, гистоны, мРНК, октамер, интрон, хроматин, экзон, сплайсинг, трансляция, гистоны, транскрипция.
Контрольная работа 22
Решите задачу.
Самка бежевая х самец серый
F1 коричневые
F2 14 серых: 46 коричневых: 5 кремовых: 16 бежевых
Контрольная работа 23
Решите задачу.
P самки черные х самцы рыжие самки рыжие х самцы черные
F1 самки черепаховые самки черепаховые
самцы черные самцы рыжие
Контрольная работа 24
Решите задачу.
P самки белоглазые х самцы красноглазые
F1 самки красноглазые, самцы белоглазые
F2 самцы и самки красноглазые и белоглазые (всех поровну).
Контрольная работа 25
Решите задачу.
P куры золотистые х петухи серебристые
F1 петухи и куры серебристые
куры золотистые х петухи (F1) серебристые
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
2. Значение работ школы Т. Моргана в изучении сцепленного наследования признаков.
3. Генетический анализ у прокариот.
4. Онтогенетическая изменчивость хромосом.
ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ
2. Генетические последствия действия мутагенов среды.
3. Генетика пола.
4. Наследственные болезни человека.
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ
2. Основные этапы развития генетики.
3. Методы генетических исследований.
4. Материальные основы наследственности.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ЛЕТНЕЙ ПРАКТИКИ ПО ГЕНЕТИКЕ
Введение
Учебно-полевая практика по общей биологии имеет целью углубить и расширить получаемые студентами теоретические знания в области генетики и теории эволюции, познакомить студентов с практическим применением генетических закономерностей в селекции растений и животных, привить студентам навыки проведения генетического эксперимента на живом ботаническом и зоологическом материале, недоступном на лабораторных занятиях, привить студентам профессиональные навыки для проведения практических занятий по разделу «Генетика с основами селекции» школьного курса общей биологии, продемонстрировать студентам значение генетики и эволюции в разработке проблем охраны окружающей среды.
Цель практики состоит в приобретении умений и навыков генетических исследований на живом ботаническом и зоологическом материале.
Основные задачи практики:
1. Применение студентами знаний, полученных в ходе изучения теоретического курса генетики с основами селекции, на практике.
2. Знакомство с различными проявлениями адаптивной изменчивости в природе.
3. Знакомство с линейным, сортовым и породным разнообразием у различных видов растений и животных.
4. Изучение полового диморфизма у растений и животных.
5. Наблюдение за формированием различных наследственных признаков в онтогенезе растений и животных.
6. Анализ генетической структуры популяций.
7. Знакомство с достижения селекции животных и растений.
8. Рассмотрение значений и возможностей генетических исследований со школьниками в полевых условиях.
При правильной организации полевой практики и ответственном отношении к ней студентов данная форма работы обеспечивает будущего учителя необходимыми знаниями и умениями по изучению наследственности и изменчивости на природном материале, которые ему будут необходимы в работе со школьниками.
В результате студенты должны знать:
- типы изменчивости в природе;
- биологические основы размножения;
- основы постановки генетического эксперимента;
В результате студенты должны уметь:
-подбирать материал для генетического эксперимента исходя из биологических особенностей вида;
- производить анализ научной и справочной литературы биологическим особенностям объектов исследования;
- проводить исследования на различных популяциях животных и растений;
- проводить статистическую обработку результатов исследования;
- формулировать выводы из полученных данных.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ПРАКТИКИ
Основные этапы проведения практики
Предполевой этап
Одновременно студенты знакомятся с литературными источниками по биологическим особенностям животных и растений в данной местности и данного времени… Просматриваются материалы теоретического курса, проделываются упражнения по…
Полевой этап практики (бригадные полевые исследования)
а) измерения параметров изменчивости по количественным признакам (объекты: поповник, земляника, злаки, насекомые и др.).
б) расчет соотношения по полу в природных популяциях (объекты: дрема, конопля,… в) наблюдение за формированием различных наследственных признаков в онтогенезе растений и животных.
Экскурсии
Занятия по разделу «Генетические основы и основные достижения селекции» следует проводить в экскурсионном порядке. Необходимо посетить селекционную станцию, семеноводческое хозяйство, селекционную животноводческую станцию, звероводческую ферму или иное близко расположенное учреждение, где студенты смогут познакомиться как с методами, так и с направлениями селекции.
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЛАНЫ
(дневное отделение)
6 ДНЕЙ ПО 6 ЧАСОВ
№ п/п
Наименование тем и разделов
Дни практики
Количество часов
…
Методика изучения изменчивости
Изменчивость по количественным и качественным признакам.
Оценка параметров изменчивости по количественным признакам (объекты: поповник,… Выявление роли генотипа в определении пластичности организма.
Методика изучения биологии оплодотворения у растений и животных
Изучение полового диморфизма у растений и животных.
Генетическое определение пола.
Соотношение по полу как показатель структуры популяций (объекты: дрема, конопля, кошачья лапка, кузнечики и др. насекомые).
Однодомность и двудомность у растений.
Приспособления к перекрестному опылению — гетеростилия, самонесовместимость.
Анализ строения пыльцевых зерен у различных видов растений.
Методы определения жизнеспособности пыльцы.
Методика изучения генетических основ индивидуального развития
Онтогенез признаков пола у однодомных раздельнополых растений (огурцы, конопля, кукуруза и т.д.).
Особенности онтогенеза вегетативных частей растения у генотипически… Знакомство с особенностями формирования признаков подвоя и привоя при проведении прививки у растений.
Методика изучения основ генетики популяций и эволюционной генетики
Выявление существующих в популяции аллелей гена.
Оценка генных частот в популяциях на основании закона Харди-Вайнберга.
Панмиксия и ее ограничения в естественных популяциях.
Методика изучения генетических основ и основных достижений селекции
Инбридинг.
Гибридизация.
Демонстрация явления гетерозиса и его значения в растениеводстве и животноводстве.
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
2. Понятие нормы реакции генотипа.
3. Генетические основы коррелятивной изменчивости.
4. Генетическая коллекция как основа генетического анализа.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Шварцман П.Я. Полевая практика по генетике с основами селекции. М.: Просвещение, 1986.
2. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Руководство к практическим занятиям по генетике. М.: Просвещение, 1972.
3. Шевченко В.А., Топорнина Н.А., Стволинский Н.С. Генетика человека. М.: Владос, 2002.
Дополнительная
1. Брюбейкер Дж.Л. Сельскохозяйственная генетика. М.: Колос, 1966.
2. Дегтярева Н.И. Лабораторный и полевой практикум по генетике. К.: Вища школа, 1973.
3. Медведев Н.Н. Беседы о биологии пола. М.: Наука, 1973.
4. Паушева З.В. Практикум по цитологии растений. М.: Просвещение, 1974.
5. Ю.Петров Д.Ф. Генетика и сельское хозяйство. Применение законов наследственности и изменчивости в семеноводстве и селекции растений. М.: Колос, 1967.
6. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск: Высшая школа, 1967.
7. Хатт Ф. Генетика животных. М.: Колос, 1969.