Задача «Цитоплазматическая наследственность»
Задача «Цитоплазматическая наследственность»
Составитель Абаева Мадина Борисовна, МБОУ СОШ №30 г.Владикавказа
Общая характеристика задачи.
Предмет: Биология
Класс: 10
Цели задачи: закрепить знания о внеядерной наследственности, видах и причинах внеядерной наследственности, формирование у учащихся познавательного интереса к изучению научных проблем, связанных с генетикой.
Действия учащихся: данная задача может использоваться для контроля знаний по теме, что предполагает обобщение и применение ранее полученных знаний. Данная задача может быть использована также в качестве ресурса для самостоятельного получения знаний по теме «Цитоплазматическая наследственность».
Задача ориентирована на развитие навыков умения работать с текстом, умения переводить текст в схему и наоборот, умения ставить вопрос и решать задачу, строить логические цепочки, использования личного опыта и полученных ранее знаний.
Использованные источники:
Биология. Биологические системы и процессы. 10 класс. А.В.Теремов, Р.А.Петросова – М.; Мнемозина 2019
https://obrazovaka.ru/biologiya/citoplazmaticheskaya-nasledstvennost-kratko.html
Текст задачи
Ведущая роль в генетических процессах принадлежит ядру и хромосомам. Вместе с тем носителями наследственной информации являются и некоторые органеллы цитоплазмы (митохондрии и пластиды), в которых содержится собственная ДНК.
Благодаря наличию ДНК не только в ядрах, но и в органеллах цитоплазмы живые организмы получают определенное преимущество в процессе эволюции. Дело в том, что ядро и хромосомы отличаются генетически обусловленной высокой устойчивостью к меняющимся условиям окружающей среды. В то же время хлоропласты и митохондрии развиваются до некоторой степени независимо от клеточного деления, непосредственно реагируя на воздействие окружающей среды. Таким образом, они имеют потенциальную возможность обеспечить быстрые реакции организма на изменение внешних условий.
Митохондрии и пластиды воспроизводят сами себя. Клетка при потере этих органелл не способна восстановить их самостоятельно. При наличии ДНК в ядре клетка продолжает делиться, но митохондрии или пластиды в дочерних клетках отсутствуют.
У эвглены зеленой в клетке находится около 100 хлоропластов, когда она в темноте переходит к гетеротрофному питанию, ее пластиды не размножаются. Эвглена продолжает делиться, но из-за нехватки света через несколько поколений появляются особи, которым не хватило хлоропластов. Это приводит к тому, что у потомков эти органоиды отсутствуют.
Впервые внеядерное наследование обнаружили независимо друг от друга Эрвин Бауэр и Карл Корренс в 1908-1909 годах.
Виды
В соответствии с органеллами, передающими ДНК, выделяют два вида наследования:
пластидное;
митохондриальное.
Внеядерное наследование животных передаётся только по материнской линии, т.к. яйцеклетки содержат большое количество цитоплазмы с митохондриями. От отца достаётся только генетический материал, сосредоточенный в ядре. У сперматозоидов митохондрии находятся в жгутике, который растворяется сразу после оплодотворения. Пластиды в редких случаях могут передаваться от отца или одновременно от обоих родителей.
Пластидное наследование хорошо изучено на примере ночной красавицы. Если участки листа растения содержат повреждённые пластиды или не содержат их вовсе, окраска листа будет пятнистой. При скрещивании зелёного материнского растения с пятнистым всё потомство будет зелёным. Однако если скрестить пятнистые материнские растения с зелёными, то всё потомство будет бесцветным, не содержащим хлорофилла, и быстро погибнет.
В митохондриях человека может содержаться 5-10 кольцевых ДНК. При делении митохондрии копии ДНК спонтанно распределяются между потомками. Повреждение участков ДНК и накопление дефектных митохондрий являются причиной митохондриальных заболеваний (цитопатий), передающихся потомству от матери. Мутации в митохондриальной ДНК наблюдаются гораздо чаще, чем в ядерной.
Часть белков может кодироваться ядерной ДНК, часть – митохондриальной. Поэтому хромосомный и нехромосомный виды наследственности тесно взаимосвязаны. Это приводит к сложным случаям наследования: часть ДНК наследует по законам Менделя, часть – передаётся по материнской линии.
В цитоплазме бактерий есть плазмиды, кольцевые ДНК, которые находятся отдельно от основной ДНК бактериальной клетки
В клетке эукариот, например дрожжей, находится молекула ДНК, которая обеспечивает устойчивость к токсическим веществам
Задание I.
Выберите один правильный ответ
1. Что такое цитоплазматическая наследственность?
А. Передача генов вне ядра
Б. Деление клетки без участия ядра
В. Наследование признаков через цитоплазму
Г. Наследование по законам Менделя
2. Какие органоиды характерны только для растительной клетки?
А. Митохондрии
Б. Ядро
В. Цитоплазма
Г. Пластиды
3. В каком году впервые было обнаружено внеядерное наследование?
А. В 1808-1809
Б. В 1880 -1881
В. В 1908-1909
Г. В 1980 -1981
4. Какие органоиды имеют собственную ДНК?
А. Только митохондрии
Б. Митохондрии и пластиды
В. Цитоплазма и ядро
Г. Только ядро
5. Что происходит с клеткой, если в ней отсутствуют пластиды?
А. Клетка не способна делиться и фотосинтезировать
Б. Клетка способна делиться, но не способна к фотосинтезу
В. Клетка не способна делиться, но способна к фотосинтезу
Г. Клетка способна делиться и фотосинтезировать
6. Как передаётся внеядерное наследование у животных?
А. Только по материнской линии
Б. Только по отцовской линии
В. Одновременно по отцовской и материнской линии
Г. Иногда по материнской линии, иногда – по отцовской
7. Сколько молекул ДНК может содержать митохондрия человека?
А. 1-2
Б. 2-3
В. 5-10
Г. 10-15
8. Как называются митохондриальные заболевания?
А. Патологии
Б. Генетические заболевания
В. Цитопатии
Г. Цитопатологии
9. Генетический материал какой ДНК передаёт сперматозоид?
Б. Только митохондриальной
В. Ядерной и митохондриальной
Г. Митохондриальной и пластидной
Задание II.
В 1932 г. Т.Морган писал: «С точки зрения генетики цитоплазму клетки можно не принимать во внимание». Справедливо ли это утверждение сейчас? Ответ поясните на конкретных примерах.
Задание III.
Какое потомство будет в первом поколении ночной красавицы, если скрестить пятнистые материнские растения с мужскими зелёными? Ответ поясните.
Задание IV.
Одним из классических примеров цитоплазматического наследования является передача особенностей формы раковины у моллюска прудовика большого. У одних рас моллюсков раковина завивается вправо, а у других влево. Как выяснилось, в первом поколении гибридных скрещиваний направление завитка у потомства задаётся не генотипами улиток, а материнским организмом. Закладка направления завитка происходит во втором митотическом дроблении зиготы под влиянием цитоплазмы.
Схема наследования направления завитка прудовика большого.
Для данной схемы составьте список условных обозначений фенотипов, генотипов. Определите доминантный и рецессивный аллели и их фенотипическое проявление. Объясните фенотипические расщепления в поколениях.
Задание V.
Соотнесите схемы наследования признаков с соответствующими типами. Ответ поясните.
Схема 1.
Схема 2.
Схема 3.
Тип наследования А. Цитоплазматическая наследственность. Атрофия зрительного нерва.
Тип наследования Б. Y-сцепленное наследование. Гипертрихоз.
Тип наследования В. Х-сцепленное рецессивное наследование. Дальтонизм.
Лист ответов.
Задание I.
Деятельность: выявление информации в тексте и сопоставление ее с предложенными вариантами ответов.
Ответы:
1 – А; 2 – Г, 3 – В, 4 – Б, 5 – Б, 6 – А, 7 – В, 8 – В, 9 – А.
Балл – 1.
Задание II.
Деятельность: высказать предположение и обосновать его.
Ответ:
Нет.
Цитоплазма клетки несет в себе систему наследственных элементов – плазмозон, с которыми связана цитоплазматическая наследственность.
У растений пестролистность связана с наследованием ДНК хлоропластов, а у млекопитающих устойчивость клеток к антибиотикам – с передачей генов устойчивости к антибиотикам, локализованных в митохондриях.
Критерии оценивания:
Дан положительный ответ – 0 баллов
Дан отрицательный ответ – 1 балл
Дан отрицательный ответ и приведено обоснование - 2 балла
Дан отрицательный ответ, приведено обоснование и приведены примеры, биологические ошибки отсутствуют – 3 балла.
Задание III.
Деятельность: использование информации в тексте для решения задачи.
Ответ:
Все растения будут бесцветными и быстро погибнут, так как в их клетках не содержится хлорофилл.
Критерии оценивания.
Правильно определен фенотип и жизнеспособность потомства – 1 балл
Правильно определен фенотип и жизнеспособность потомства. Обосновано решение. Биологические ошибки отсутствуют – 2 балла
Задание IV.
Деятельность: анализ схемы, определение символов и перевод их в словесное описание, использование знаний генетических законов.
Ответ:
Фенотипы:
D — правосторонний
S — левосторонний;
аллели:
D — доминантный, определяющий правосторонний завиток
d — рецессивный, определяющий левосторонний завиток
F1, F2, F3 – первое, второе, третье поколение соответственно
Это связано с тем, что второе деление митоза при дроблении, определяющее направление завитка, обусловлено организацией цитоплазмы клетки. В результате в первом поколении независимо от того, какой ген рецессивный, а какой доминантный, потомство будет иметь такой же завиток, что и материнской организм, и только во втором поколении произойдёт расщепление в соответствии со вторым законом Менделя.
Критерии оценивания:
Верно определены фенотипы – 1 балл
Верно определены фенотипы, аллели и поколения гибридов– 2 балла
Верно определены фенотипы, аллели гена и дано объяснение расщеплениям, биологические ошибки отсутствуют – 3 балла
Задание V.
Деятельность: сопоставление предоставленных схем с соответствующими типами наследования, использование полученной информации и имеющихся знаний в практической ситуации
Ответ:
Схема 1 – В
заболевание встречается редко и не во всех поколениях; заболевание встречается преимущественно у мужчин, причем их отцы обычно здоровы, а деды по материнской линии больны; женщины болеют редко и только тогда, когда их отцы больны, мать является носительницей.
Схема 2 – Б
заболевание встречается во всех поколениях и только у мужчин, которое передают признак только своим сыновьям, а те – внукам.
Схема 3 – А
заболевание встречается у всех детей больной матери и не встречается у детей, чьи матери здоровы, даже если отец болен.
Критерии оценивания:
Верно соотнесены все схемы и типы наследования
или
верно определено одно соответствие и дано верное объяснение – 1 балл
Верно соотнесены две схемы и типы наследования или верно определено два соответствия и дано верное объяснение – 2 балл
Верно соотнесены все три схемы и типы наследования, дано верное объяснение – 3 балла
