Методические рекомендации по использованию приготовленных микропрепаратов политенных хромосом при изучении разделов цитологии и генетики
(на уроках биологии при проведении лабораторных работ) в старших классах профильной школы
Чепурная Ольга Владимировна, учитель биологии МБОУ «Кустовская cредняя общеобразовательная школа Яковлевского района Белгородской области», учитель высшей квалификационной категории, Почётный работник общего образования
Электронная почта: kustowskaj@yandex.ru
Методические рекомендации к практическим занятиям на уроках биологии, элективных курсах, во внеурочной деятельности (подготовка к олимпиадам, конкурсам, научно-практическим конференциям) составлены с учетом примерной программы по биологии среднего (полного) общего образования (профильный уровень).
Условия применения
Данные методические рекомендации предназначены для учителей биологии и учащихся старших классов.
Рекомендуемые разделы программы по применению составленных рекомендаций.
Раздел цитологии и генетики при изучении курса биологии (программа среднего (полного) общего образования по биологии 10-11 класс Профильный уровень.) Профильный уровень (автор В.В.Захаров), а именно:
Раздел 3. Учение о клетке. Тема 3.3. Строение и функции клеток эукариот. Хромосомы. Структура хромосом в различные периоды жизненного цикла клетки; кариотип, понятие о гомологичных хромосомах.
Раздел 6. Основы генетики и селекции. Тема 6.2. Основные закономерности наследственности. Хромосомная теория наследственности. Полное и неполное сцепление генов; расстояние между генами, расположенными в одной хромосоме; генетические карты хромосом.
Материалы разработаны с использованием методики изучения политенных хромосом как объекта изучения политенных хромосом (И.В.Батлуцкая. Практикум по общей, физиологической и экологической генетике: учебно - методическое пособие/И.В.Батлуцкая, Е.Н.Хорольская, В.А.Глотов –Белгород:БелГУ, 2009, 144 стр)
Введение
Современные требования к учебному процессу ориентируют учителя на проверку знаний, умений, навыков через деятельность учащихся. В настоящее время, характеризующее всё большим отходом от информационной модели обучения и переходом к деятельной и личностной моделям, от школы памяти к школе мышления и действия остро стоит вопрос о методических пособиях, помогающих организовать учебный процесс в этом направлении.
Лабораторная работа при изучении биологии это, прежде всего исследовательская деятельность учителя совместно с учащимися, направленная на применение, углубление и развитие теоретических знаний в комплексе с формированием необходимых для этого умений и навыков самостоятельного использования учебника, наглядных пособий, исследовательских приборов и биологических материалов.
Большинство лабораторных работ предполагает проведение наблюдений исследовательского плана. Отдельные лабораторные работы носят характер, сходный с практическими занятиями (например, решение генетических задач).
С целью экономии времени целесообразно при проведении лабораторной работы использовать инструктивные карточки.
Лабораторные работы на биологическом материале развивают как общеучебные умения анализировать, сравнивать, сопоставлять, оценивать, делать умозаключения, высказывать собственное мнение и обосновывать его, так и свертывать информацию, представлять результаты работы в различных формах выводах, тезисах, логических схемах, таблицах, отражающих анализ полученных данных.
В зависимости от цели лабораторной работы формируется и роль преподавателя. Если в процессе тренировочной работы преподаватель занимается с теми учащимися, которые еще слабо усвоили практические навыки и теоретический материал, то итоговые лабораторные работы целесообразно проводить на более высоком уровне самостоятельности. Анализ результата лабораторной работы позволяет определить тех, кто нуждается в дополнительном времени на обучение при овладении необходимым умениям. Непосредственное наблюдение за деятельностью учащихся дает возможность вычленить наиболее трудно усваиваемые ими умения, определить глубину понимания изучаемых теоретических понятий, скорректировать и конкретизировать роль учителя и учащихся по пути достижения единой познавательной цели в процессе обучения.
Общеизвестно, что обучение учащихся биологии включает обязательное выполнение лабораторных работ. Широкое использование лабораторных работ в учебном процессе делает его более интересным, повышает качество обучения, усиливает практическую направленность преподавателя, способствует развитию познавательной активности у обучаемых, их логического мышления и творческой самостоятельности. Кроме того, проведение лабораторных работ при изучении курса биологии способствует формированию у учащихся общеучебных и специальных умений.
В соответствии с Типовым положением об образовательном учреждении к основным видам учебных занятий наряду с другими отнесены лабораторные работы. Направленные на экспериментальное подтверждение теоретических положений и формирование учебных и профессиональных практических умений они составляют важную часть теоретической и профессиональной практической подготовки учащихся.
В процессе лабораторного занятия как вида учебной деятельности обучающиеся выполняют одну или несколько заданий лабораторных работ под руководством преподавателя в соответствии с изучаемым содержанием учебного материала.
Выполнение лабораторных и практических работ по биологии направлено на:
- обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам биологии;
- формирование умений применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;
- развитие интеллектуальных умений: аналитических, проектировочных; конструктивных и исследовательских;
- выработку при решении поставленных задач таких, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.
Актуальность данных методических разработок заключается в формировании у учащихся активной учебно-познавательной деятельности, умений исследования и анализа биологических объектов, прогнозирования последствий значимых биологических исследований, овладении ими научной терминологией, ключевыми понятиями и методами, специфичными для предметной области «Естествознания».
Исходя из актуальности целью методических разработок явилось: Использование приготовленных микропрепаратов политенных хромосом при изучении разделов цитологии и генетики (на уроках биологии при проведении лабораторных работ) в старших классах профильной школы
Задачи:
1. Познакомить учащихся с биологическими особенностями D.melanogaster как удобного объекта для проведения лабораторных работ.
2. Сформировать у учащихся понятием «политения» и «гигантские хромосомы».
3. Продолжить формирование умений работать с микроскопом при наблюдении натуральных микрообъектов на примере приготовленных политенных хромосом;
Характеристика объекта исследования
Drosophila melanogaster L (дрозофила) - классический объект генетики. В настоящее время, в связи с совершенствованием техники лабораторных исследований, с одной стороны, и с всё более возрастающим пониманием важности генетической изученности объекта при проведении любых биологических различные линии дрозофилы применяются в генетическом анализе.
Биология Drosophilamelanogaster L (дрозофила) характеризуется четырьмя наиболее важными особенностями позволяющими использовать ее в качестве удобного генетического лабораторного объекта:
очень маленький срок развития от яйца до взрослой мухи(10 суток при t = 24 гр. от момента откладки яйца до вылета имаго);
высокая плодовитость ( до 249 потомков от одной пары мух);
богатство наследственных рас или мутаций, обнаруженных в ее культуре, разводимых в лабораторных условиях
малое число хромосом (2n=8) в кариотипе.
Перечисленные особенности делают Drosophila melanogaster незаменимым объектом не только для изучения специальных вопросов генетики, но и для учебных целей в средней школе при прохождении курсов генетики и цитологии.
Drosophila melanogaster (в переводе с латинского - любящая росу, влагу; меланогастер - с черным брюшком), иначе плодовая, или уксусная муха, принадлежит к семейству Drosophilidae из отряда Diptera. Это очень маленькая мушка, величиной около 3 мм, в природе эта мушка с красными глазами и серым телом.
В ходе выполнения работы могут быть использованы следующие линии D. Melanogaster:
Линия vestigial – зачаточные крылья), которая относится к многочисленному классу мутантов, уменьшающих крыло в той или иной степени. Как и в случае редукции числа глазных фасеток, эти изменения в наиболее слабо выраженном виде представлены одной-двумя слегка заметными вырезками на заднем конце крыла. Через серию постепенных переходов редукция приводит к почти полному исчезновению крыла у представителей данной линии, жизнеспособность данных особей понижена по сравнению с нормальными.
Линия (black) -чёрное тело, ножки, жилки очень тёмные, мутанты по аутосомным генам по 2 паре хромосом.
Линия Normal, Canton S - дикий тип, серое тело, красные глаза.
Для исследования политенных хромосом были использованы личинки II и III возраста.
Личинка II возраста имеет следующие особенности: переднее дыхальце уже явно обозначено, на переднем конце трахеального ствола появляется утолщение, и конец приобретает форму булавочной головки, к концу 2 возраста на переднем конце трахеального ствола видна пластинка из плотно прижатых папилл,различной формы сосочков из соединительной ткани на поверхности дермального слоя кожи, расположенных в два ряда в зоне соединения эпидермиса и дермы и образующие линейные возвышения.
Личинка III возраста имеет несколько раздвинутые папиллы, в конце трахеальных стволов они приобретают форму кисточки с 7-9 папиллами, концы которых открыты.
Хромосомы большинства личиночных органов политенны.
Политенные хромосомы.
Наличие политенных хромосом является одной из обстоятельств популярности дрозофилы как объекта исследования в генетическом анализе. Политенные хромосомы были в первый раз обнаружены в клетках слюнных желёз дрозофилы в 1934 г. Личинка во время роста имеет неизменное количество клеток, но в то же время ей нужно накапливать генетический материал для дальнейшего развития. В итоге клетки растут в размерах, и любая хромосома реплицируется сотни раз, при этом все цепочки ДНК остаются прикреплёнными одна к другой до тех пор, пока их не наберётся несколько тысяч, лежащих бок о бок. Таким образом, появляется толстая, бросающаяся в глаза своею величиной и просто различимая в микроскоп политенная хромосома. Более того, после окрашивания эти хромосомы имеют чередующиеся тёмные и светлые полосы, личные по строению для каждой части хромосомы, так что можно найти, какая часть хромосомы попала в объектив микроскопа.
Политенные хромосомы изучают на давленных препаратах, которые готовят по общепринятой методике
Они были обнаружены в 1881 году Бальбиани, а их хромосомная природа была доказана Гейтцеми Бауэром (1933).
У дрозофилы в результате 11 последовательных делений образуется до 1000 нитей хроматид, у комара-мотыля (Chironomus) степень политении еще выше, она превышает 30 000.
Гигантские хромосомы используют для изучения функции генов в онтогенезе, а также для анализа мутационной изменчивости, происходящей в результате хромосомных перестроек под влиянием различных мутагенных факторов.
Лабораторная работа №1
Тема. Общая характеристика Drosophila melanogaster как генетического объекта. Правила наркотизации мух. Половой диморфизм изучаемых видов.
Цель занятия: познакомить учащихся с внешним строением дрозофилы, овладеть навыками работы с дрозофилой, выявить признаки полового диморфизма у дрозофил.
Материалы и оборудование:
1. Пробирки с мухами дрозофилами (Drosophila melanogaster .).
2. Набор для работы с дрозофилой: капельница с эфиром, морилки (пробирки с ватными пробками), доска для работы с мухами, голубиное маховое перо, бинокулярные лупы.
Ход работы
1.Наркотизировать мух, используя при этом эфир. Для того, чтобы правильно наркотизировать мух, нужно взять немного эфира, нанести его на вату в морилке, которая состоит из стеклянного стаканчика, закрытого корковой пробкой. В пробку вставлена воронка со стеклянной капсулой на конце, причём капсула имеет отверстие для проникновение эфира. Затем нужно постучать по стенке пробирки с мухами и последних стряхнуть в пробирку.
2. После того, как мухи перестанут двигаться, вытряхнуть их на лист белой бумаги и просмотреть.
3. Разделить мух по половому признаку, используя знания о половом диморфизме мух Drosophila melanogaster. При этом используйте инструктивную карточку (см. приложение к лабораторной работке).
4. Рассмотреть самку и самца под бинокулярной лупой и описать морфологические признаки.
Вопросы.
1. Какие правила нужно соблюдать при наркотизации мух Drosophila melanogaster.
2.Какие особенности дрозофилы позволяют использовать её при проведения генетических исследований ?
3. Как проявляется половой диморфизм у дрозофил?
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
Инструктивная карточка .
Самки и самцы дрозофилы несколько отличаются по величине и по ряду других морфологических признаков. Самки несколько крупнее самцов (рис. 1).
[pic] [pic]
1 – самка 2 - самец
Рис.1. Дрозофила Drosophila melanogaster L.
Брюшко у самки более округлое с заострённым концом; у самца оно более цилиндрическое с притуплённым концом и сильно пигментированными (чёрными) несколькими последними тергитами. Тергитами у насекомых называют скелетные хитиновые пластинки брюшка со спинной стороны. У самки имеется 8 хорошо развитых тергитов, у самца - 6, причём шестой и седьмой тергиты слиты, а восьмой вошел в состав полового аппарата. Тергитами называют такие же хитиновые пластинки с брюшной стороны. У самки их 4, у самца - 3.
К числу вторичнополовых признаков относятся половые гребешки самца, представляющие собой ряд крепких хитиновых щетинок на правом членике лапки передних ног. У самки половые гребешки отсутствуют.
Лабораторная работа № 2
Тема: Изучение строения препаратов политенных хромосом личинок Drosophila melanogaster L. (дрозофила) под микроскопом
Цель работы: познакомиться со строением гигантских хромосом, раскрыть сущность явления политении.
Оборудование: микроскопы, готовые препараты политенных хромосом
Изучаемые объекты: политенные хромосомы слюнных желез различных личиночных стадий Drosophila melanogaster L. (дрозофила)
Ход работы:
Задание 1. Изучить готовые препараты политенных хромосом и выполнить
задания №2,№3, №4
Задание 2. Данные занести в таблицу:
Описание препарата политенных хромосом
рисунок
1.
2.
3.
Задание 3. Письменно ответить на вопросы
1.Какие клеточные структуры вы рассматривали?
2.Что такое репликация ДНК?
3. Что такое митотический цикл? Назовите фазы митоза.
4. Что такое полиплоидия?
5. Что такое политения?
6.Почему хромосомы, образованные в результате политении называются гигантские?
Задание 4. Сделать выводы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
1. Абрамова З.В. Карлинский О.А. Практикум по генетике. 2-е издание переработанное и дополненное - Л.: Колос, 1974. - 208 с.
ISBN 5-7695-0303-3
2. Асланян М.М., Глотов Н.В. и др. Большой практикум по генетике животных и растений. - М: МГУ, 1977. - 136 с.
ISBN 5-7896 -0404-4
3. Батлуцкая И.В. Практикум по общей, физиологической и экологической генетике: учеб.- метод.пособие /И.В.Батлуцкая, Е.Н.Хорольская, В.А.Глотов – Белгород: БелГУ, 2009 - 144с.
ISBN 978 -5-9571-0391-6
4. Захаров В.Б. Программы для общеобразовательных учреждений. Природоведение. 5 класс. Биология. 6-11 классы. – 3 –е изд., стереотип. – М.:, Дрофа, 2007. -138,[6] c.
ISBN 978 -5-358-03070-1
