Практична спрямованість польової практики з генетики на прикладі теми «Множинний алелізм природних популяцій конюшини повзучої»

Постановка проблеми. В умовах пріоритетності природничо-математичної освіти становлення і розвитку сучасного у вищій школі. Ціннісними для особистості інформаційного суспільства в Україні майбутнього фахівця є знання стрижневі, виникає необхідність підвищення якості та необхідні протягом усього життя, що дозволяють Л. Бурчак, М. Мигун, І. Гурець, 2015 впорядкувати, систематизувати поняття, встановити ієрархію зв’язків між поняттями, фактами, законами, подіями.

«Фундаменталізація природничої освіти означає встановлення зв’язків між різними процесами у довкіллі, формування в особистості цілісного образу природи, єдність неживого, живого і мислячого, про спільну еволюцію Людини і природи. У процесі вивчення природничих предметів найважливішим є висвітлення таких основних аспектів: уявлення про метод наукового пізнання (науковий пошук); межі дії природних законів; уявлення про загальні закони природи [2, 2].

У відповідності до вимог Болонського процесу актуальним сьогодні є удосконалення навчального процесу у вищих навчальних закладах. У зв’язку з цим, гостро постає проблема перегляду методології, змісту та програм навчальних дисциплін природничого циклу. Однією з таких дисциплін є «Генетика з основами селекції», яка вивчається студентами напряму підготовки «Біологія» (освітньо-кваліфікаційного рівня — бакалавр).

Генетика належить до лідерів сучасного природознавства як за темпами нагромадження наукової інформації, важливістю та глибиною наукових відкриттів, так і за тим впливом, який має ця наука на життя людства. Підходи та методи генетики все більше проникають в інші біологічні науки. Досягнення генетики мають важливе значення для розвитку медицини, сільського господарства та служать основою сучасної біотехнології. Тому вивчення курсу «Генетика з основами селекції» займає центральне місце в підготовці спеціалістів-біологів.

Використання методів генетичних досліджень дозволяє не тільки глибше вивчити структуру і функціонування генів, які контролюють розвиток будь-якого організму, але й аналізувати спадково обумовлені процеси життєдіяльності, що відбуваються на усіх рівнях організації - від організменого до біосферного.

Серед завдань курсу «Генетика з основами селекції» можна виділити наступні:

• 1. Методичні, що полягають у викладанні теоретичних основ та методологічних особливостей застосування системного підходу до вивчення закономірностей спадковості та мінливості на всіх рівнях організації живої матерії; формуванні логіки планування генетичного експерименту та навичок коректної інтерпретації результатів проведення генетичного аналізу.
• 2. Пізнавальні, що передбачають вивчення основ генетичних знань про функціонування біологічних систем різних рівнів складності.
• 3. Практичні, що дають можливість ознайомити студентів із сучасними методами генетичного аналізу, навчити застосовувати деякі з них на практиці; сприяти формуванню логіки планування генетичного експерименту та навичок коректної інтерпретації результатів генетичного аналізу; навчити розв’язувати генетичні задачі, дати спеціальну підготовку до проведення шкільних занять з розділу «Спадковість і мінливість організмів» тощо.

Одним з важливих напрямів підготовки студентів-біологів у педагогічному закладі є навчально-польова практика з генетики, що дозволяє їм більш повно оволодіти курсом та сприяє їхній успішній подальшій професійній діяльності.

Власний досвід показує, що набуті теоретичні знання студентів з курсу «Генетика з основами селекції» досить складно реалізуються у практичній діяльності. Причинами цього виступає певна складність матеріалу з генетики, недостатня кількість часу, відсутність чіткого спрямування предмету на практичну підготовку саме майбутнього вчителя біології тощо.

Можемо констатувати, що виникає протиріччя між потенційними можливостями курсу «Генетика з основами селекції» та недостатньою спрямованістю їх на практичну підготовку фахівців-біологів у педагогічному закладі.

Аналіз останніх досліджень. Ген як функціональну одиницю спадкового матеріалу в різні часи вивчали С. Бензер, Г. Бердишев, М. Вавілов, С. Гершензон, В. Йоганес, Г Мендель, Т. Морган, О. Серебровський та ін.

Алельність гена у своїх працях розглядали В. Бетсон, В. Йогансен, Т. Морган та ін. Множинний алелізм став об'єктом дослідження В. Бреннера, А. Кичигіної, Ф. Кріка, К. Куракіної, Г Меллера, С. Чеботарь та ін.

Попри значну кількість досягнень у вивченні гену, генних мутацій, множинного алелізму, можна констатувати, що дана проблема є актуальною, оскільки сучасність вимагає розроблення методів управління спадковістю та мінливістю з метою отримання необхідних людству форм організмів з певними ознаками, вивчення природи генетичних хвороб, розв’язання проблем стійкості природних і штучних популяцій видів.

Мета статті. Обґрунтувати практичну спрямованість польової практики з курсу «Генетика з основами селекції» на прикладі теми «Множинний алелізм природних популяцій конюшини повзучої (Trifolium repens)».

Результати дослідження. Уявлення про ген, за даними класичної генетики (школа Т. Моргана) дозволили стверджувати, що:

• 1) ген змінюється як ціле, тобто є одиницею мутації;
• 2) кросинговер відбувається між генами, а не всередині гена, тобто ген — одиниця рекомбінації;
• 3) усі мутації одного гена порушують одну і ту саму генетичну функцію, тобто ген — одиниця функції.

О. Серебровський зі своїми співробітниками з’ясував, що ген має складну структуру і показав, що функціональною одиницею може бути не весь ген, а окремі його частини [5, 94].

Особливий внесок у вирішення цих питань зробив український генетик Г. Бердишев, який визначив генотип як динамічну систему зв’язку генів та їхніх алелів. Ген, як вважав вчений, здійснює свої функції як система, що складається з нуклеотидів, а також як система, що належить до генної регуляційної системи [5, 101 — 102].

Виходячи з уявлення про ген як одиницю мутації, рекомбінації і функції, запропоновано основні критерії алелізму — рекомбінаційний і функціональний, за допомогою яких мутаційні зміни можна віднести до одного і того ж, або до різних генів.

У кожного організму є лише по два алельних гени. Дуже часто в популяції певний ген розповсюджується у вигляді численних структурних різновидностей. Це так звані множинні алелі даного гена, а наявність їх у природі відома як множинний алелізм.

Алелі виникають внаслідок мутації гена. Мутації одного і того ж нормального гена можуть виникати багаторазово. Виникаючі в гені зміни при цьому можуть бути різними і не однаково впливати на ознаку. В результаті в популяції утворюється серія алелів і, відповідно, серія алелеморфних ознак. Всі алелі однієї серії визначають одну і ту ж ознаку; відмінність між ними полягає у ступені розвитку певної ознаки або в особливостях її прояву. Вивчення мутацій у межах серій множинних алелів показало, що будь — який алель серії може виникати мутаційно від алеля дикого типу або від будь-якого іншого алеля цієї серії. Успадкування членів серії множинних алелів чітко підпорядковується законам Г. Менделя. При цьому в диплоїдів серія алелів у генотипі зиготи може бути представлена будь-якими двома її членами, тобто в локусі хромосоми із серії множинних алелів у нормі може локалізуватись лише один алель [6, 441 — 443; 6, 114 — 115].

Розкриваючи студентам сучасне уявлення про ген, явище множинного алелізму, мутаційні процеси, взаємодію генів, важливо спиратися на наявні докази прояву генів. Таким об'єктом може слугувати конюшина повзуча (Trifolium repens). Характерною особливістю природних популяцій конюшини повзучої є поліморфізм за формою сивого малюнку (плямки) на листовій пластинці. Спадковий поліморфізм, що призводить до фенотипової спадкової мінливості, це нормальний, звичайний стан природних популяцій, який характеризується наявністю в популяціях різних алелів і їх рекомбінацій. Таку мінливість відносять до генетичного поліморфізму [3, 48 — 51].

Під час проведення польової практики, для закріплення теоретичних знань з цих питань, студентам пропонуємо проаналізувати популяції конюшини повзучої за ознакою сивого малюнку на листовій пластинці. Малюнок на листку може розрізнятися розташуванням, забарвленням, інтенсивністю прояву, розміром. Різноманітність рослин за цією ознакою визначається серією множинних алелів гена V. Наявність сивої плями на листі - ознака домінантна (V), його відсутність — рецесивна (v). Всі алелі гена V порушують нормальний розвиток хлорофілу в полісадних клітинах світлової зони листка, скорочують у них кількість хлоропластів аж до їх повної відсутності [1, 112 — 115]. Щодо розвитку сивих плям на листках конюшини повзучої відома серія, яка має 11 алелей в одному локусі. Вісім з них добре вивчені і найбільш розповсюджені у популяціях конюшини. Аналіз популяції конюшини повзучої у м. Глухові показує, що в середньому у популяціях нараховується від 5 до 7 фенотипів алелей. Переважають фенотипи алелей O, C, A, B^h, рідко — E і D (табл. 1).

Для всіх популяцій відмічається домінування фенотипу О без плями (генотип vv) — рис. 1 А; фенотипу С з плямою в центрі (генотип V^P V^P) — рис. 1 Б; фенотипу, А з суцільною плямою в центрі (генотип VV) — рис. 1 В; фенотипу В з плямою з розривом (генотип V^B V^B) — рис. 1 Г; фенотип B^Bh з високою плямою з розривом (генотип V^Bh V^Bh) — рис. 1 Д.

Наведена таблиця та рисунки дають можливість студентам за фенотипом, наявністю плям на листках конюшини повзучої наочно спостерігати явище множинного алелізму. Плямистість листків конюшини, різноманітність її форм та розміщення на листі визначається серією множинних алелей одного гена.

Висновки. Таким чином, практичний аспект польової практики з курсу «Генетика з основами селекції» спрямовує студентів на продуктивну діяльність, сприяє більш повному розумінню окремих складних тем дисципліни, підвищує інтерес до природничих наук і забезпечує ефективну підготовку вчителя біології у вищій школі. Таблиця 1.

навчальний генетика селекція фенотип Частота зустрічей різних феонотипів (%) за ознакою сивої плями у популяціях Trifolium repens м. Глухова.

Література

• 1. Камчатова И. Е. Внутрипопуляционный генетический полиморфизм у клевера / И. Е. Камчатова. - М.: Материалы IV Всесоюзного Совещания. -1990. -429 с.
• 2. Липова Л. А. Основні напрями фундаменталізації змісту природничих предметів в умовах профільного навчання / режим доступу www.ippo.org.ua/files/ новини/…2012/…/2.doc.
• 3. Соколова Г. Г. Морфогенетический полиморфизм листьев клевера ползучего / Г. Г. Соколова, Г. Т. Камалтдинова. - Известия Алтайского государственного университета. - 2013. - № 1 (67). - С. 48 - 51.
• 4. Стрельчук С.І. Генетика з основами селекції / С.І. Стрельчук, С.В. Демідов, Г. Д. Бердишев. - К.: Фітосоціоцентр, 2000. - 292 с.
• 5. Ткачук З. Ю. Основи загальної генетики: навчальний посібник / З. Ю. Ткачук, М. М. Морозов, О. Я. Пилипчук. - К.: Вища школа, 1995. - 178 с.
• 6. Тоцький В. М. Генетика. 2-е видання /В.М. Тоцький. - Одеса: Астропринт, 2002. - 549 с.