Урок по биологии "Мутации"

Открытый урок

по биологии в 9 классе

«Мутации и причины их возникновения»

КГУ «Средняя школа №11 акимата г.Рудного»

Учитель биологии: О.Е.Валебная

Цели урока:

Обучающие: раскрыть сущность мутационной наследственности; познакомить с видами мутаций и факторами, способствующими их возникновению.

Развивающие: Создать условия для развития критического мышления, способствовать развитию у учащихся умений и навыков выдвигать и доказывать гипотезы, выделять главное, ставить цели, алгоритмов работы в группе, содействовать развитию умения интегрировать материал разных наук (биологии, ОБЖ, истории, литературы).

Воспитательные: воспитывать коммуникативные качества, формировать гигиенические навыки и бережное отношение к своему здоровью и здоровью окружающих, создать условия для проявления качеств необходимых для работы в группе: терпимости, распределения обязанностей, умения выслушивать оппонента и отстаивать свою точку зрения, развивать коммуникабельность учащихся.

Задачи:

изучение видов мутаций и причин их возникновения. воспитание осознанной ответственности за свое здоровье и здоровье окружающих на основе знаний о мутагенных факторах

Методы.  Беседа-опрос, работа с  учебником, работа по карточкам, рассказ учителя, элементы  сказки, самостоятельные  выступления  учащихся.

Тип урока: комбинированный

I. Организационный момент.

ОБОРУДОВАНИЕ: таблица, презентация, рабочие листы для учащихся, тексты.

ХОД УРОКА:

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний .

Добрый день, ребята!

Сегодня мы продолжаем изучать основы генетики. Темой прошлого урока было изучение закономерностей наследования различных фенотипических признаков. Для того, чтобы вспомнить термины, которые потребуются нам сегодня для работы, предлагаю поработать по вопросам .

1. Что такое генотип?

2. Что такое наследственность?

3. Что такое изменчивость?

4. Какие виды изменчивости вы знаете?

5. Какая изменчивость называется модификационной?

6. Как она ещё называется?

7. Какая изменчивость называется мутационной?

8. Что такое фенотип?

9. Могут ли происходить изменения фенотипа и генотипа?

Сегодняшний урок мы с вами начнём с известного стихотворения А. Пушкина:

Слайд 1

О сколько нам открытий чудных 1

Готовит просвещенья дух,

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог-изобретатель…

Скажите, пожалуйста: а справедливы ли эти слова для биологии? (открытий много). Есть в биологии парадоксы? На каком уровне их можно заметить? И может ли случай что-то изобрести?

Обратите внимание на рисунки которые имеются на Ваших столах

Ребята, скажите пожалуйста, увидели ли вы здесь какой-то парадокс? Что-то необычное? (возможные ответы: необычный теленок (после Чернобыля), двухголовая змея, совсем обычные: бабочка и растения – парадокс: «нормальные» организмы и «ненормальные»).

Действительно, нечасто в природе встретишь двухголовую змею или восьмипалого человека , или человека с искаженным лицом – это парадокс. А можете ли вы предположить, в чем причина появления этих парадоксальных, необычных организмов? (возможный ответ: наличие изменений в организме)

Все эти организмы- следствие изменений в организме, в генах и хромосомах.

Просмотр фильма ( кунсткамера).

Какие необычные организмы вы увидели? Есть ли в них парадокс?

Как вы думаете, как звучит тема нашего урока «Мутации: парадокс или закономерность?»

Какова цель нашего урока?

Какие задачи нам предстоит решить ?

Послушайте строки из произведения известного русского поэта А.С. Пушкина:

“Родила царица в ночь,
то ли сына, то ли дочь, 
Не мышонка, ни лягушку, 
A неведому зверушку!”

Прочитав эти строчки в детстве и, совершенно не зная основ биологии, можно подумать– разве такое возможно? Сказочное колдовство. Но познакомившись с основами генетики мы понимаем, что такое вполне могло случиться! А объяснением всего описанного в сказке могут быть мутации!!!

Мутации!.. Это слово притягивает и завораживает, вызывая одновременно у нас чувство любопытства, заинтересованности и необъяснимого страха. Каждый из нас хотя бы раз в жизни, но видел своими глазами мутации, сталкивался с ними, иногда даже не подозревая об этом!

У большинства людей образ мутаций связан с образом уродств, аномалий у человека и животных и других непонятных фактов.

Но так ли всё однозначно в понимании мутаций? Конечно же, нет!

Сегодня на уроке мы должны рассмотреть эту проблему и ответить на вопросы:

1) Почему возникают мутации?

2) Нужно ли нам бояться мутаций, и так ли они опасны?

4) Могут ли быть полезны мутации?

5) Нужны ли мутации в природе?

6) Что нам подскажет генетика?

Способности человека тоже объясняет генетика – работа гена (ответы уч-ся)

Например:

Иоган Себастьян Бах – композитор XVIII века, один из большой семьи, где 11 поколений обладали музыкальными способностями.

В Англии в графстве Шрюсбери известны наследственные случаи брахидактилии – короткопалости – 14 поколений подряд.

Династия дома Габсбургов обладали отвислой нижней челюстью – рот оставался открытым – этот признак передавался с 14 века – Император Карл XVI век Альфонс испанский XIX век.

Иногда это наследование нарушается, возникают новые признаки. Это и есть результаты мутаций.

Что же такое мутация? (Примерные ответы уч-ся)

Мутация от латинского «mytatio» - изменение. Это качественные и количественные изменения ДНК организмов, приводящие к изменениям генотипа.

Запись в рабочих листах слайд3

Просмотр фрагмента фильма о мутациях.

Давайте разберемся, какие виды мутаций встречаются в природе?

-Вы увидели последствия мутаций. Всегда ли это болезни и физические уродства?

(возможный ответ: мутации не всегда проявляются фенотипически). Затрагивают ДНК в различной степени: отдельный ген, отдельную хромосому или весь генотип. По уровню возникновения мутации делят на группы по характеру образования.

Работа в группах по изучению мутаций. Использовать текст стр.168 слайд 4

Дать задания по группам.

Ответы уч-ся у доски.

Физкульт.минутка

Теперь давайте подумаем , почему происходят мутации?

Учитель ОБЖ Причинами мутаций являются мутагенные факторы. Мутагены – факторы среды, вызывающие появления мутаций у организмов. Среди мутагенных факторов есть физические, химические и биологические факторы.

Беседа о физических факторах:

1. Какие виды излучений вы знаете?

2. Какое излучение называется инфракрасным? (установим связь между температурой и мутациями)

3. Почему ультрафиолетовое излучение называют химически активным?

4. Что представляет собой ионизирующее излучение?

5. Каково влияние ионизирующего излучения на живые организмы?

Физические мутагены:

- ионизирующее излучение

- ультрафиолетовое излучение

- чрезмерно высокая или низкая температура.

Самостоятельная работа уч-ся с текстами (тексты на парте)

Цель работы: познакомиться с возможными источниками мутагенов в окружающей среде, оценить их влиянии на организм и составить примерные рекомендации по уменьшению влияния мутагенов на организм человека

Основные понятия

Экспериментальные исследования, проведенные в течение последних трех десятилетий, показали, что немалое число химических соединений обладает мутагенной активностью. Мутагены обнаружены среди лекарств, косметических средств, химических веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности; перечень их все время пополняется. Издаются справочники и каталоги мутагенов.

1. Мутагены производственной среды

Химические вещества на производстве составляют наиболее обширную группу антропогенных факторов внешней среды.

Наибольшее число исследований мутагенной активности веществ в клетках человека проведено для синтетических материалов и солей тяжелых металлов(свинца, цинка, кадмия, ртути, хрома, никеля, мышьяка, меди).

Мутагены производственного окружения могут попадать в организм разными путями: через легкие, кожу, пищеварительный тракт. Следовательно, доза получаемого вещества зависит не только от концентрации его в воздухе или на рабочем месте, но и от соблюдения правил личной гигиены.

Наибольшее внимание привлекли синтетические соединения, для которых выявлена способность индуцировать хромосомные аберрации (перестройки) и сестринские хроматидные обмены не только в организме человека. Такие соединения, как

винилхлорид, хлоропрен, эпихлоргидрин, эпоксидные смолы и стирол, несомненно, оказывают мутагенное действие на соматические клетки.

Органические растворители (бензол, ксилол, толуол), соединения, применяемые в производстве резиновых изделий индуцируют цитогенетические изменения, особенно у курящих людей. У женщин, работающих в шинном и резинотехническом производствах, повышена частота хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови. То же относится и к плодам 8-, 12-недельного срока беременности, полученным при медицинских абортах у таких работниц.

2. Химические вещества, применяемые в сельском хозяйстве

Большинство пестицидов являются синтетическими органическими веществами. Практически используется около 600 пестицидов. Они циркулируют в биосфере, мигрируют в естественных трофических цепях, накапливаясь в некоторых биоценозах и сельскохозяйственных продуктах.

Очень важны прогнозирование и предупреждение мутагенной опасности химических средств защиты растений. Причем речь идет о повышении мутационного процесса не только у человека, но и в растительном и животном мире. Человек контактирует с химическими веществами при их производстве, при их применении на сельскохозяйственных работах, получает небольшие их количества с пищевыми продуктами, водой из окружающей среды.

3. Лекарственные препараты

Наиболее выраженным мутагенным действием обладают цитостатики и антиметаболиты, используемые для лечения онкологических заболеваний и как иммунодепрессанты.

Мутагенной активностью обладает и ряд противоопухолевых антибиотиков (актиномицин Д, адриамицин, блеомицин и другие). Поскольку большинство пациентов, применяющих эти препараты, не имеют потомства, как показывают расчеты, генетический риск от этих препаратов для будущих поколений небольшой.

Некоторые лекарственные вещества вызывают в культуре клеток человека хромосомные аберрации в дозах, соответствующих реальным, с которыми контактирует человек. В эту группу можно отнести противосудорожные препараты (барбитураты), психотропные (клозепин), гормональные (эстродиол, прогестерон, оральные контрацептивы), смеси для наркоза (хлоридин, хлорпропанамид). Эти препараты индуцируют (в 2-3 раза выше спонтанного уровня) хромосомные аберрации у людей, регулярно принимающих или контактирующих с ними.

В отличие от цитостатиков, нет уверенности, что препараты указанных групп действуют на зародышевые клетки. Некоторые препараты, например, ацетилсалициловая кислота и амидопирин повышают частоту хромосомных аберраций, но только при больших дозах, применяемых при лечении ревматических болезней.

Существует группа препаратов, обладающих слабым мутагенным эффектом. Механизмы их действия на хромосомы неясны. К таким слабым мутагенам относят метилксантины (кофеин, теобромин, теофиллин, паракзантин, 1-, 3- и 7-метилксантины), психотропные средства (трифгорпромазин, мажептил, галоперидол), хлоралгидрат, антишистосомальные препараты (гикантон флюорат, мирацил О), бактерицидные и дезинфицирующие средства (трипофлавин, гексаметилен-тетрамин, этиленоксид, левамизол, резорцинол, фуросемид). Несмотря на их слабое мутагенное действие, из-за их широкого применения необходимо вести тщательные наблюдения за генетическими эффектами этих соединений. Это касается не только больных, но и медицинского персонала, использующего препараты для дезинфекции, стерилизации, наркоза.

В связи с этим, нельзя принимать без совета с врачом незнакомые лекарственные препараты, особенно антибиотики, нельзя откладывать лечение хронических воспалительных заболеваний, это ослабляет ваш иммунитет и открывает дорогу мутагенам.

4. Компоненты пищи

Мутагенная активность пищи, приготовленной разными способами, различных пищевых продуктов изучалась в опытах на микроорганизмах и в экспериментах на культуре лимфоцитов периферической крови. Слабыми мутагенными свойствами обладают такие пищевые добавки, как сахарин, производное нитрофурана АР-2 (консервант), краситель флоксин и др.

К веществам пищи, обладающих мутагенной активностью, можно отнести нитрозамины, тяжелые металлы, микотоксины, алкалоиды, некоторые пищевые добавки, а также гетероциклические амины и аминоимидазоазарены, образующиеся в процессе кулинарной обработки мясных продуктов. В последнюю группу веществ входят так называемые пиролизатные мутагены, выделенные первоначально из жареных, богатых белками, продуктов.

Содержание нитрозосоединений в продуктах питания довольно сильно варьирует и обусловлено, по-видимому, применением азотсодержащих удобрений, а также особенностями технологии приготовления пищи и использованием нитритов в качестве консервантов.

Наличие в пище нитрозируемых соединений впервые было обнаружено в 1983 г. при изучении мутагенной активности соевого соуса и пасты из соевых бобов. Позже было показано наличие нитрозируемых предшественников в ряде свежих и маринованных овощей.

Для образования мутагенных соединений в желудке из поступающих вместе с овощами и другими продуктами необходимо наличие нитрозирующего компонента, в качестве которого выступают нитриты и нитраты. Основной источник нитратов и нитритов – это пищевые продукты.

Считают, что около 80% нитратов, поступающих в организм, – растительного происхождения. Из них около 70% содержится в овощах и картофеле, а 19% – в мясных продуктах.  Немаловажным источником нитрита являются консервированные продукты.

В организм человека постоянно вместе с пищей поступают предшественники мутагенных и канцерогенных нитрозосоединений.

Можно порекомендовать употреблять больше натуральных продуктов, избегать мясных консервов, копченостей, сладостей, соков и газированной воды с синтетическими красителями. Есть больше капусты, зелени, круп, хлеба с отрубями. Если есть признаки дисбактериоза - принимать бифидумбактерин, лактобактерин и другие препараты с "полезными" бактериями. Они обеспечат вам надежную защиту от мутагенов. Если не в порядке печень - регулярно пить желчегонные сборы.

5. Компоненты табачного дыма

Результаты эпидемиологических исследований показали, что в этиологии рака легкого наибольшее значение имеет курение. Было сделано заключение о том, что 70-95% случаев возникновения рака легкого связано с табачным дымом, который является канцерогеном. Относительный риск возникновения рака легкого зависит от количества выкуриваемых сигарет, однако продолжительность курения является более существенным фактором, чем количество ежедневно выкуриваемых сигарет.

В настоящее время большое внимание уделяется изучению мутагенной активности табачного дыма и его компонентов, это связано с необходимостью реальной оценки генетической опасности табачного дыма.

Сигаретный дым в газовой фазе вызывал в лимфоцитах человека in vitro, митотические рекомбинации и мутации дыхательной недостаточности в дрожжах. Сигаретный дым и его конденсаты индуцировали рецессивные, сцепленные с полом, летальные мутации у дрозофилы.

Таким образом, в исследованиях генетической активности табачного дыма были получены многочисленные данные о том, что табачный дым содержит генотоксичные соединения, способные индуцировать мутации в соматических клетках, что может привести к развитию опухолей, а также в половых клетках, что может быть причиной наследуемых дефектов.

6. Аэрозоли воздуха

Изучение мутагенности загрязнителей, содержащихся в задымленном (городском) и незадымленном (сельском) воздухе на лимфоцитах человека in vitro показало, что 1 м³ задымленного воздуха содержит больше мутагенных соединений, чем незадымленного. Кроме того, в задымленном воздухе обнаружены вещества, мутагенная активность которых зависит от метаболической активации.

Мутагенная активность компонентов аэрозолей воздуха зависит от его химического состава. Основными источниками загрязнений воздуха являются автотранспорт и теплоэлектростанции, выбросы металлургических и нефтеперерабатывающих заводов.

Экстракты загрязнителей воздуха вызывают хромосомные аберрации в культурах клеток человека и млекопитающих.

Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что аэрозоли воздуха, особенно в задымленных районах, представляют собой источники мутагенов, поступающих в организм человека через органы дыхания.

7. Мутагены в быту

Большое внимание уделяют проверке на мутагенность красителей для волос. Многие компоненты красок вызывают мутации у микроорганизмов, а некоторые - в культуре лимфоцитов.

Мутагенные вещества в продуктах питания, в средствах бытовой химии выявлять трудно из-за незначительных концентраций, с которыми контактирует человек в реальных условиях. Однако если они индуцируют мутации в зародышевых клетках, то это приведет со временем к заметным популяционным эффектам, поскольку каждый человек получает какую-то дозу пищевых и бытовых мутагенов. Было бы неправильно думать, что эта группа мутагенов появилась только сейчас. Очевидно, что мутагенные свойства пищи (например, афлатоксины) и бытовой среды (например, дым) были и на ранних стадиях развития современного человека. Однако в настоящее время в наш быт вводится много новых синтетических веществ, именно эти химические соединения должны быть безопасны.

Человеческие популяции уже отягощены значительным грузом вредных мутаций. Поэтому было бы ошибкой устанавливать для генетических изменений какой-либо допустимый уровень, тем более что еще не ясен вопрос о последствиях популяционных изменений в результате повышения мутационного процесса. Для большинства химических мутагенов (если не для всех) отсутствует порог действия, можно полагать, что предельно допустимой «генетически-повреждающей» концентрации для химических мутагенов, как и дозы физических факторов, существовать не должно.

В целом, нужно стараться меньше употреблять бытовой химии, с моющими средствами работать в перчатках.

При оценке опасности мутагенеза, возникающего под влиянием факторов внешней среды, необходимо учитывать существование естественных антимутагенов (например, в пище). В эту группу входят метаболиты растений и микроорганизмов – алкалоиды, микотоксины, антибиотики, флавоноиды.

Задания:

1. Составьте таблицу «Источники мутагенов в окружающей среде и их влияние на организм человека»

2. Используя текст, сделайте вывод о том насколько серьезно ваш организм подвергается воздействию мутагенов в окружающей среде и составьте рекомендации по уменьшению возможного влияния мутагенов на свой организм.

1. С какой группой мутагенов мы встречаемся чаще всего?

2. В повседневной жизни мы сталкиваемся с продуктами питания, производители которых используют ГМО. Порой, балуем себя шоколадками, варим супы быстрого приготовления, заходим перекусить в рестораны быстрого питания и никогда не задумываемся, к каким последствиям это может привести в дальнейшем.

3. Что такое ГМО?

4. Расшифровывается ГМО — генно-модифицированные организмы, это живые организмы, созданные при помощи генной инженерии. Данные технологии очень широко применяются в сельском хозяйстве, потому что растения, выращенные при помощи генной инженерии, устойчивы к вредителям и имеют повышенную урожайность.

5. Генетически модифицированные организмы - это организмы в генетический код которых при помощи генной инженерии внедрены чужеродные гены. Например, в ген картофеля добавляют ген скорпиона - его не едят никакие насекомые! Или в помидоры внедрили ген полярной камбалы - они перестали бояться морозов.

6. Проблемы биобезопасности сейчас стоят перед человечеством на первом месте. Об этом в своем докладе говорит В.В. Путин.

“Население Казахстана необходимо шире информировать о вреде генетически модифицированных (ГМ) продуктов. Чем больше вы будете говорить об этой проблеме, тем лучше для граждан и сельхозпроизводителей”, – считает президент "Надо использовать европейский опыт, где работа в этом направлении сводится к тому, чтобы как можно больше улучшить информирование населения о вреде таких продуктов", – подчеркнул Н.Назарбаев.

Вопросы использования и контроля за ГМО затрагивают права граждан на получение своевременной, полной и достоверной информации о состоянии окружающей среды, рисках и угрозах для здоровья, а широкомасштабное неконтролируемое распространение на пищевом рынке Казахстана ГМ продуктов питания может негативно отразиться на здоровье населения и будущем нации.

Закрепление

На основе полученных знаний давайте составим кластер.

ЛОГИКО-СМЫСЛОВАЯ МОДЕЛЬ «МУТАЦИИ»

Сделайте практический вывод:

Исключить из своего рациона продукты питания, которые содержат вещества, являющиеся химическими мутагенами.

Не подвергать свой организм излишнему инфракрасному и ультрафиолетовому излучению – сократить время пребывания в летний период на солнце до минимума, защищать свое тело от него, ограничить посещения солярия

Повышать свой иммунитет, снизить заболеваемость вирусными инфекциями

Итог урока. Оценки.

1. За проверку домашнего задания

2. За устную работу на уроке

3. За ответы на вопросы по новой теме в группе

Рефлексия

Учащимся дается индивидуальная карточка, в которой нужно подчеркнуть фразы, характеризующие работу ученика на уроке по трем направлениям.

Интересно

Скучно

Безразлично

Работал

Отдыхал

Помогал другим

Мне это пригодится в жизни

Узнал больше, чем знал

На уроке было, над чем подумать

Дом.задание: 

Какие виды мутаций и мутагенов существуют в природе?

По желанию уч-ся подготовить доклад о биологических и химических мутагенах.

Рекомендации по профилактике возникновения вредных мутаций у человека. (Слайд 34) Запись их в тетради.

Вывод учителя: Таким образом, рассмотрев причины возникновения мутаций в природе и у человека, мы можем сделать вывод, что человек может избежать многих мутаций, обезопасив себя тем самым от неизлечимых болезней и от патологий у будущих поколений.