Что входит в статистическую обработку данных модификационной изменчивости кратко

Обновлено: 04.07.2024

Вложение	Размер
modifikacionnaya_izmenchivost.doc	176.5 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Междуреченска Кемеровской области

Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Интегрированный урок (биология-информатика).

Разработали: Колошина Вера Павловна,

Крылова Елена Михайловна,

учитель информатики и ИКТ.

г. Междуреченск, 2007 год

Активное внедрение компьютерной техники в учебный процесс ставит учителя перед выбором - что необходимо: компьютерный урок или компьютерная поддержка урока. Несомненно, это два разных подхода к обучению. Очень важна задача воспитания информационной культуры пользователя ЭВМ, то есть умений добывать, хранить, преобразовывать и целесообразно использовать информацию. Закрепление и развитие умений школьников работать с информацией необходимо в изучении всех других учебных предметов. Поэтому мы рассматриваем компьютер на уроке как современное техническое средство обучения (ТСО), обеспечивающее в руках квалифицированного педагога оптимальное решение образовательных задач.

Использование электронных таблиц является повторением материала, изучаемого в 10-м классе.

Тема урока: «Закономерности изменчивости.

Цель урока: формирование знания о модификационной изменчивости, о причинах ее появления; статистических закономерностях модификационной (ненаследственной) изменчивости.

- установить статистические закономерности модификационной изменчивости;

- научиться строить вариационный ряд и вариационную кривую;

- научиться строить вариационную кривую, применяя информационные технологии;

- повторить основные приёмы работы с Мастером диаграмм MS Excel.

Тип урока: комбинированный.

Методы обучения: словесный, практический.

Оборудование: компьютер, листья лаврового листа, линейка, ручка, резинка, коллекции мичуринских сортов плодовых.

Место проведения : кабинет информатики.

Оформление доски : портрет Ч. Дарвина, портрет И.В. Мичурина, фотография коллекции изменчивости цвета бабочек, величины насекомых, размеры фасоли.

Демонстрация : примеры модификационной изменчивости.

I. Повторение пройденного материала.

II. Изучение нового материала.

1. Примеры модификационной изменчивости.

2.Понятие о взаимоотношении гена, белка и признака.

3.Взаимоотношения генотипа, среды и фенотипа.

5.Использование модификационной изменчивости в практике сельского хозяйства.

III. Закрепление знаний.

Практическая работа №1.
Практическая работа №2.

Домашнее задание.

Когда мы сравниваем между собой … разновидности…

наиболее древних наших домашних животных или

культурных растений,- нас прежде всего поражает то

обстоятельство, что они различаются между собой

более, чем представители одного и того же вида в

1. Повторение пройденного материала.

Учитель биологии. Начнем урок с небольшого повторения.

- Дайте определение генетики как науки . (Предполагаемый ответ: генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Датой рождения генетики считается 1990 г., когда были заново открыты закономерности наследования признаков, уже установленные в 1865 австрийским натуралистом Грегором Менделем (1822-1884)).

- Что такое наследственность ?( Предполагаемый ответ: свойство организмов передавать наследственные признаки из поколение в поколение).

- Что такое фенотип? (Предполагаемый ответ: совокупность признаков и свойств организма, которые формируются в процессе взаимодействия генотипа с окружающей средой).

- Что такое генотип? (Предполагаемый ответ: совокупность всех генов одного организм, каждый организм рождается на свет с готовым, полученным от родителей набором генов).

Учитель биологии. Наряду со свойствами наследственности организм обладает еще и изменчивостью.

- Дайте определение изменчивости. (Предполагаемый ответ: процесс, отражающий взаимосвязь организма с внешней средой. Различают изменчивость генотипическую (наследственную) и модификационную (ненаследственную).

2. Изучение нового материала.

Количество венчиков, яйценоскость, молочность, масса семян.

Окраска цветков, форма подов, масть животных, цвет глаз, половые различия.

Учитель биологии. Вспомните, какие признаки бывают у организмов?

- Как формируются признаки?

С этой целью вспомните определение гена и его влияние на образование признака. А теперь запишем на доске условную схему влияния гена:

ген --------- белок (фермент) -------- признак.

- Какие же факторы среды и как могут изменить признак организма?

Внешняя среда рядом факторов (влажность, освещенность, температура, солевой состав почвы, пища и др.) влияет на организмы, вызывая в них ответную реакцию, которая может проявляться в изменении их внешних и внутренних признаков. Таким образом, организм обладает не только свойством передавать из поколения в поколение определенные признаки (наследственность), но и свойством изменчивости.

Изменчивость противоположна наследственности.

Факторы, вызывающие изменчивость организмов.

Колебания температуры, освещенность, влажность, количество и качество пищи.

Сделаем вывод, что фенотип есть результат взаимодействия генотипа и среды, и уточним нашу условную схему:

Ген ---------фермент ------признак (фенотип)

- При каких условиях протекает биосинтез белка? Для этого необходимо наличие ряда ферментов определенной химической среды, температуры и т.д. Чтобы образовавшийся в результате действия гена фермент мог осуществить длинную цепь биохимических реакций, ведущих к формированию признака, также необходимы определенные условия среды (температура, кислотность, наличие ферментов, различные вещества и т.д.). Хочу привести примеры влияния условий среды на проявление признака у различных организмах:

проявление гена веснушчатости возможно только при наличии солнечного света (облучения)
ген образования хлорофилла выявляется лишь на свету;
проявление гена лысости у гетерозигот зависит от количества мужского полового гормона и т.д.

Обратите внимание на взаимоотношения между генотипом, фенотипом и средой.

Учитель информатики : с чем можно сравнить данный процесс?

Учитель биологии. Вот посмотрите, у меня в руках фотопленка и несколько фотографий с одного и того же кадра, но они все имеют разное изображение. Если сравнить генотип с пленкой фотоаппарата, на которой запечатлены наследственные задатки организма, а фенотип – с отпечатанной фотографией, то станет ясно, что четкость её изображения, контрастность, возможность рассмотреть отдельные детали в значительной степени будут зависеть от качества реактивов при проявлении и печатании, длительности освещения и т.д., то есть той среды, в которой протекает весь процесс воспроизведения изображения на фотобумаге.

Запишите в тетради определение модификационной изменчивости.

Модификационная изменчивость - способность организмов изменять фенотип под влиянием условий окружающей среды. Она не связана с изменениями генотипа и в последующих поколениях не передается.

Изменения имеют групповой характер Изменения не наследуются

Изменения соответствуют действиям Пределы изменчивости обуславливаются

определенного фактора среды. изменчивостью генотипа.

Для изучения изменчивости растений и животных выполним лабораторную работу:

Цель работы : познакомить учащихся со статистическими закономерностями модификационной изменчивости, выработать умение строить вариационный ряд и график изменчивости изучаемого признака.

Расположите листья одного растения (лаврового дерева) в порядке нарастания их длины.
Измерьте длину листьев, полученные данные запишите в тетради. Подсчитайте число листьев, имеющих одинаковую длину, внесите данные в таблицу, в которой по горизонтали сначала расположит ряд чисел, отображающих последовательное изменение признака (длина листа лаврового дерева), ниже – частоту встречаемости каждого признака. Определите, какие признаки встречаются часто, какие – редко.

Постройте вариационную кривую, которая представляет собой графическое выражение изменчивости признака;
Определите среднюю величину выраженности признака по формуле

М=, где М – средняя величина, V – варианта, P – частота встречаемости вариант, n – общее число вариант вариационного ряда.

Построение вариационной кривой

5. Сделайте вывод о том, какая закономерность модификационной изменчивости вами обнаружена.

Нормой реакции называются те пределы, в которых возможно изменение признаков у данного генотипа. Во всех случаях наследуется не сам фенотип, а способность к его проявлению.

Учитель информатики : где же можно применить данные знания?

Закрепление знаний. Обработка статистических данных на компьютере в программе MS Excel.

Учитель информатики . Как вы знаете, электронные таблицы позволяют обрабатывать большие массивы числовых данных, например, результаты экспериментов, статистические данные и так далее. Их применение значительно снижает возможность ошибок при выполнении однотипных расчетов и позволяет человеку сосредоточить свое внимание на творческом процессе. Кроме этого электронные таблицы позволяют визуализировать данные в виде диаграммы или графика. Графики и диаграммы наглядно отображают зависимости между данными, что облегчает восприятие и помогает при анализе и сравнении данных.

Рассмотрим следующие биологические задачи.

Учитель биологии. Задание №1. Вычислите среднюю величину (М) и постройте вариационную кривую изменчивости числа краевых (язычковых) цветков в соцветии хризантемы по данным, приведённым в таблице [1] .

Большинство модификаций не наследуется. Однако известны и длительные модификационные изменения, сохраняющиеся и в следующем поколении (иногда даже в нескольких поколениях). Каков может быть их механизм? Как могут сохраняться на протяжении нескольких поколений изменения, которые обусловлены воздействием внешней среды, и не связаны с изменениями генотипа?

Рассмотрим один из возможных вариантов механизма такой длительной модификации. Вспомним, что в оперонах бактерий, кроме структурных генов, есть особые участки - промотор и оператор . Оператор - участок ДНК, который находится между промотором и структурными генами. Оператор может быть связан с особым белком - репрессором, который не дает двигаться РНК-полимеразе по цепи ДНК и препятствует синтезу ферментов. Таким образом, гены могут включаться и выключаться в зависимости от наличия в клетке соответствующих белков-репрессоров. Представим себе два таких оперона, у которых один из структурных генов первого оперона кодирует белок-репрессор для второго оперона, а один из структурных генов второго оперона кодирует белок-репрессор для первого оперона ( рис. 123 ). Если включен первый оперон, то заблокирован второй, и наоборот. Такое устройство с двумя состояниями называется триггером . Представим себе, что какие-то воздействия внешней среды переключили триггер из первого состояния во второе. Тогда это состояние может наследоваться. В яйцеклетке будут находиться белки-репрессоры, которые не дают триггеру переключаться. Однако при изменении условий среды, проникновении в клетку каких-то веществ, которые уберут белок-репрессор, триггер переключится из второго состояния в первое.

Такой механизм длительной модификации не является придуманным, он существует, например, у некоторых фагов. Если фаги попадают в клетку, где для них мало питательных веществ, они находятся в одном состоянии - не размножаются, а только передаются при делении клетки в дочерние. Если же в клетке возникнут благоприятные условия, фаги начинают размножаться, разрушают клетку-хозяина и выходят из нее в окружающую среду. Переключение фагов из одного состояния в другое осуществляется с помощью молекулярного триггера.

Различают качественные и количественные признаки организмов. Примеры качественных признаков - цвет глаз, волос, масть животных, окраска семян и т. д. Примеры количественных признаков - рост и масса тела, жирность молока, удойность коров, яйценоскость кур, число колосков в колосе пшеницы или ржи и т. д. Количественные признаки в отличие от качественных можно хорошо измерить и выразить в четко отличаемых величинах – вариантах.

Варианта– отдельное значение изучаемого количественного признака

Для характеристики количественных признаков применяются статистические методы – построение вариационного ряда и вариационной кривой.

Вариационный ряд – ряд изменчивости признака, слагающийся из отдельных вариант, расположенных в порядке от меньших величин к большим – в порядке нарастания.

Вариационная кривая – графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариаций, так и частоты встречаемости отдельных вариант.

Например, такие условна среды, как влажность, температура, освещенность, физические свойства почвы и ее плодородие, глубина заделки семян, взаимодействие и конкуренция растений с другими сообитателями, никогда не бывают тождественными даже на одном поле. Поэтому длина колосьев пшеницы на одном поле может колебаться от 6 до 14 см, а размеры листьев одного дерева иногда варьируют в еще более широких пределах, хотя генотип их одинаков. Если листья или колосья расположить в порядке нарастания или убывания их длины, то получается вариационный ряд изменчивости данного признака, слагающийся из отдельных вариант, то есть числа листьев дерева или колосков в колосе пшеницы, имеющих одинаковые показатели.

Как показывают подсчеты, частота встречаемости отдельных вариант в вариационном ряду неодинакова. Чаще всего встречается среднее значение признака, а к обоим концам вариационного ряда частота встречаемости закономерно снижается. Рассмотрим это на примере изменчивости числа колосков в колосе пшеницы. Возьмем произвольно (не выбирая) 100 колосьев одного сорта и подсчитаем в каждом из них число колосков. Полученные цифры (варианты) расположим в порядке нарастания признака и подсчитаем, сколько раз каждая варианта v встречается в каждом ряду р, затем сгруппируем их, т. е. составим вариационный ряд:

Распределение вариант в этом ряду можно выразить наглядно на графике .Для этого на оси абсцисс откладывают значения вариант v в порядке их увеличения, на оси ординат — частоту встречаемости р каждой варианты.

Графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариаций, так и частоты встречаемости отдельных вариант, называют вариационной кривой. Установлено, что модификационная изменчивость у растений, животных и человека имеет общие черты.

Рисунок.Вариационная кривая числа колосков в колосе пшеницы.

Кривая на графике, как правило, бывает симметричной, особенно когда изучается большое число особей. Это значит, что вариации, как большие, так и меньшие, отличающиеся от среднего арифметического на одну и ту же величину, встречаются одинаково часто. Отсюда следует, что минимальные и максимальные величины должны встречаться очень редко, но с одинаковой частотой.

Дополнительная информация.

Варианта– отдельное значение изучаемого количественного признака

Рисунок.Вариационная кривая числа колосков в колосе пшеницы.

Содержимое разработки

Трансформированный урок по биологии для 10-11 классов

Тема: "Модификационная изменчивость. Статистические закономерности модификационной изменчивости"

Цель урока:

1) образовательные: формирование знаний у обучающихся о модификационной изменчивости; о причинах ее появления; выявление статистического характера закономерностей модификационной изменчивости;

2) развивающие: развитие умений устанавливать причинно - следственные связи; графических умений (умения строить вариационный ряд и график изменчивости признака); навыков систематизации данных; умений работать в микрогруппе; развитие речи;

3) воспитательные : формирование научного мировоззрения; интереса к дисциплине; воспитание у учащихся уважительного отношения друг к другу при работе в микрогруппах.

Методы обучения: словесный, практический.

Оборудование: Кусты сирени, линейка, ручка, резинка.

1.Проверка знаний

Дайте определение генетики как науки. (Предполагаемый ответ: генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Датой рождения генетики считается 1990 г., когда были заново открыты закономерности наследования признаков, уже установленные в 1865 австрийским натуралистом Грегором Менделем (1822-1884)).

Что такое наследственность? (Предполагаемый ответ: свойство организмов передавать наследственные признаки из поколение в поколение).

Что такое фенотип? (Предполагаемый ответ: совокупность признаков и свойств организма, которые формируются в процессе взаимодействия генотипа с окружающей средой).

Что такое генотип? (Предполагаемый ответ: совокупность всех генов одного организм, каждый организм рождается на свет с готовым, полученным от родителей набором генов).

Дайте определение изменчивости. (Предполагаемый ответ: процесс, отражающий взаимосвязь организма с внешней средой. Различают изменчивость генотипическую (наследственную) и модификационную (ненаследственную).

3.Изучение нового материала.

( Записываем тему урока в тетради)

Задачи урока

Учитель :Что называется изменчивостью?

Какие формы изменчивости вы знаете?

Изменчивостью называют способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства.
Формы изменчивости:

Различают два вида изменчивости: наследственную (генотипическую) и ненаследственную (фенотипическую).
Внешняя среда оказывает влияние на проявление признаков, которыми обладают растения, животные, т.е. на формирование фенотипа.

-Какие факторы среды вы знаете?

К факторам внешней среды относят влажность, освещенность, температуру, солевой состав почвы, пищу и др.

Все признаки организма можно разделить на две группы: качественные и количественные

Признаки, которыми обладают живые организмы, могут быть более или менее пластичными.

Хочу привести примеры влияния условий среды на проявление признака :

Учитель демонстрирует природные объекты у которых проявляется влияние среды на формирование признака.

1. Примером являются сосны, растущие на открытом месте (на большой поляне, на болте). Так как сосна - светолюбивое растение, то у дерева, растущего в лесу, будет высокий ровный ствол, а крона располагается только вверху. Сосна, растущая на склоне, будет меньшей высоты, но с большим количеством боковых побегов. Но форма, размеры, расположение хвоинок на побегах везде будут одинаковые.

2. Пример. Изменение размера одуванчика под влиянием условий среды: 1- выросший на открытом месте; 2 – выросший под пологом дерева.

Жирность молока - менее пластичный признак, а вот масть породы остается одинаковой при любых условиях содержания.

Форма изменчивости, не связанная с изменением генотипа, называется модификационной.

Ч. Дарвин называл такую изменчивость ненаследственной.

Запишите в тетради определение модификационной изменчивости

Вывод, что признаки, приобретенные в течении жизни организмов, не наследуются, сделал крупный немецкий биолог Август Вейсман.

Пределы модификационной изменчивости признака называют его

нормой реакции.

Молочность коров, яйценоскость кур обладают широкой нормой реакции, окраска шерсти, перьевого покрова обладают узкой нормой реакции.

Рассмотрим растение- сирень обыкновенная.

Все ли листья этого растения имеют одинаковые размеры? ( Нет. Есть листья более крупные, есть значительно мельче)

Почему листья у растения разной величины? ( Те листья, что наверху, еще не выросли, поэтому они маленькие. А те, что внизу, оказались закрытыми от солнечных лучей верхними листьями, поэтому они меньше по размеру).

На сегодняшнем уроке мы должны определить статистические закономерности модификационной изменчивости, выработать умение строить вариационный ряд и график изменчивости признака, вычислять среднюю величину изменчивости признака (М)

Ход лабораторной работы:

Цель работы: познакомить учащихся со статистическими закономерностями модификационной изменчивости, выработать умение строить вариационный ряд и график изменчивости изучаемого признака.

Инструктивная карточка:

Расположите листья одного растения (сирени) в порядке нарастания их длины.

Измерьте длину листьев, полученные данные запишите в тетради. Подсчитайте число листьев, имеющих одинаковую длину, внесите данные в таблицу, в которой по горизонтали сначала расположит ряд чисел, отображающих последовательное изменение признака (длина листа), ниже – частоту встречаемости каждого признака. Определите, какие признаки встречаются часто, какие – редко.

Модификации. Модификациями называют изменения фенотипа, вызванные влиянием окружающей среды и не связанные с изменениями генотипа. При этом возникшее конкретное модифицированное изменение признака не наследуется, но диапазон такой изменчивости, или норма реакции, генетически детерминирована и наследуется. Модификации сохраняются лишь на протяжении жизни данного организма.

Модификационной изменчивости подвержены как количественные, так и качественные признаки. Возникновение модификаций связано с тем, что такие важнейшие факторы среды, как свет, тепло, влага, химический состав и структура почвы, воздух, воздействуют на активность ферментов и в известной мере изменяют ход биохимических реакций, протекающих в развивающемся организме. Этим, в частности, объясняется появление различной окраски цветков у примулы и шерсти у гималайских кроликов, о чем говорилось выше.

Примерами модификационной изменчивости у человека могут служить усиление пигментации кожи (загар) под влиянием ультрафиолетовых лучей, мощное развитие костно-мышечной системы в результате физических нагрузок и т. д. К модификационной изменчивости следует отнести также и явление физиологического гомеостаза — способности организмов противостоять колеблющимся условиям среды путем приспособительного реагирования. Так, у человека при пребывании на разных высотах над уровнем моря вырабатывается неодинаковое количество эритроцитов: в 1 mm j крови у людей, живущих в местностях на уровне моря, их в два раза меньше, чем у людей, живущих высоко в горах.

Число эритроцитов растет пропорционально подъему над уровнем моря. Это явление можно легко объяснить, если вспомнить, что главная функция эритроцитов — перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким. Увеличение высоты над уровнем моря сопровождается снижением концентрации кислорода в атмосфере, что приводит к недостатку его в тканях. Поэтому насущная потребность в кислороде заставляет человека и животных адаптивно реагировать путем изменения числа эритроцитов на разных высотах.

Эта реакция обратима: переезд в места, расположенные на уровне моря, приводит к снижению числа эритроцитов в крови.

Статистический анализ модификационной изменчивости. Такие условна среды, как влажность, температура, освещенность, физические свойства почвы и ее плодородие, глубина заделки семян, взаимодействие и конкуренция растений с другими сообита-телями, никогда не бывают тождественными даже на одном поле. Поэтому длина колосьев пшеницы на одном поле может колебаться от 6 до 14 см, а размеры листьев одного дерева иногда варьируют в еще более широких пределах, хотя генотип их одинаков. Если листья или колосья расположить в порядке нарастания или убывания их длины, то получается вариационный ряд изменчивости данного признака, слагающийся из отдельных вариант, то есть числа листьев дерева или колосков в колосе пшеницы, имеющих одинаковые показатели.

Распределение вариант в этом ряду можно выразить наглядно на графике (рис. 3.12). Для этого на оси абсцисс откладывают значения вариант v в порядке их увеличения, на оси ординат — частоту встречаемости р каждой варианты.

Графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариаций, так и частоты встречаемости отдельных вариант, называют вариационной кривой. Установлено, что мо-дификационная изменчивость у растений, животных и человека имеет общие черты.

Рис. 3.12. Вариационная кривая числа колосков в колосе пшеницы.

Значение модификаций.Модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительный характер и в этом смысле имеет важное значение в эволюции. Обусловленные нормой реакции адаптивные модификации дают возможность организму выжить и оставить потомство в изменившихся условиях среды.

Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет также большое практическое значение, так как позволяет предвидеть и заранее планировать максимальное использование возможностей каждого сорта растений и породы животных. В частности, создание заведомо известных оптимальных условий для реализации генотипа обеспечивает их высокую продуктивность.

Такой подход в равной мере относится и к человеку. Каждый ребенок обладает определенными способностями, иногда даже в нескольких областях. Задача психологов и педагогов состоит в том, чтобы как можно раньше найти эту область и обеспечить максимальное развитие ребенка в этом направлении (наряду с общим образованием), т. е. в пределах нормы реакции достичь максимального уровня реализации его генотипа.

Читайте также: