SZKOŁY PONADGIMNAZJALNE ZGODNY Z WYMAGANIAMI zakres podstawowy. Po prostu. Podrę ny przez POLSK. Biologia TNOŚC I.

Transkrypt

1 od ZGODNY Z WYMAGANIAMI 2015 SZKOŁY PONADGIMNAZJALNE zakres podstawowy Po prostu Biologia Podrę wyróżniocznik ny przez POLSK AKADE Ą UMIEJĘ MIĘ TNOŚC I Podręcznik

2 Autorzy: Karolina Archacka, Rafał Archacki, Krzysztof Spalik, Joanna Stocka Redakcja naukowa: Krzysztof Spalik Podręcznik dopuszczony do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty i wychowania i wpisany do wykazu podręczników przeznaczonych do kształcenia ogólnego do nauczania biologii, na podstawie opinii rzeczoznawców: dr. hab. Andrzeja Rzepki, dr Anny Krystyny Sternickiej, dr hab. Agnieszki Mikołajczuk. Zakres kształcenia: podstawowy. Etap edukacyjny: IV. Typ szkoły: szkoły ponadgimnazjalne. Rok dopuszczenia: 2012/2014. Numer ewidencyjny w wykazie wspólny dla tradycyjnej i elektronicznej formy podręcznika: 532/2012/2014 Podręcznik wpisany do wykazu podręczników MEN dopuszczonych do użytku szkolnego, przeznaczonych do kształcenia ogólnego, dostosowanych do wieloletniego użytku (na podstawie art. 22ao ustawy z dn. 7 września 1991 r. o systemie oświaty) Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne sp. z o.o. Warszawa 2013 Wydanie III zmienione (2015) ISBN Opracowanie merytoryczne i redakcyjne: Beata Bednarczuk (redaktor koordynator, redaktor merytoryczny), Zofia Szlaszyńska (redaktor merytoryczny) Konsultacje: Mirosława Kwiecińska Redakcja językowa: Agnieszka Czerepowicka, Mirella Hess-Remuszko, Anna Wlaźnik Redakcja techniczna: Agnieszka Ziemkiewicz Projekt okładki: Paweł Rafa Projekt stron działowych: Anna Lenartowicz, Joanna Plakiewicz Projekt graficzny: Katarzyna Trzeszczkowska Projekt infografik i wykonanie: Małgorzata Heine, Wojciech Chełchowski, Anna Lenartowicz Opracowanie graficzne: Anna Lenartowicz Opracowanie kartograficzne: Anna Struk, Ludwik Przyłuski, Ewa Bilska Fotoedycja: Pola Rożek, Natalia Marszałek Skład i łamanie: Agnieszka Przystańska, Stanisław Chodorowski, Zbigniew Larwa Zalecane wymagania systemowe i sprzętowe Podręcznik elektroniczny w formacie PDF otwierany na komputerach PC i MAC wymaga zainstalowania bezpłatnego programu Adobe Reader ( otwierany na tabletach i telefonach z systemem Apple ios wymaga zainstalowania bezpłatnego programu ibooks (do pobrania ze sklepu App Store); otwierany na tabletach i telefonach z systemem Android wymaga zainstalowania bezpłatnego programu Adobe Reader (do pobrania z Google Play). Pomoc techniczna: epomoc@wsip.com.pl Materiały, do których masz dostęp, nie mogą być rozpowszechniane publicznie, nie mogą być przedmiotem dalszego obrotu. Rozporządzanie ich opracowaniem wymaga uzyskania zgody. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Warszawa, Aleje Jerozolimskie 96 Tel.: Infolinia: Publikacja, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty. Szanujmy cudzą własność i prawo. Więcej na Polska Izba Książki

3 SPIS TREŚCI 3 Jak korzystać z podręcznika Biotechnologia i inżynieria genetyczna 1 Sposób zapisywania i odczytywania informacji genetycznej. Przypomnienie Biotechnologia tradycyjna i jej znaczenie Rola inżynierii genetycznej w rozwoju biotechnologii Mikroorganizmy zmodyfikowane genetycznie uzyskiwanie i zastosowanie Właściwości roślin transgenicznych Zwierzęta transgeniczne GMO korzyści i zagrożenia Klonowanie ssaków Znaczenie badań DNA w nauce i medycynie Wykorzystywanie badań DNA w sądownictwie Poradnictwo genetyczne Terapia genowa i komórkowa Biotechnologia i inżynieria genetyczna. Powtórzenie Rozwiąż zadania po dziale Różnorodność biologiczna i jej zagrożenia 14 Źródła różnorodności biologicznej. Przypomnienie Różnorodność genetyczna Różnorodność gatunkowa Różnorodność ekosystemowa Przyczyny spadku różnorodności biologicznej na świecie Wpływ rolnictwa na różnorodność biologiczną Przyczyny wymierania gatunków roślin Przyczyny wymierania gatunków zwierząt Metody ochrony zagrożonych gatunków i ekosystemów Formy ochrony przyrody w Polsce Znaczenie międzynarodowej współpracy na rzecz ochrony przyrody Znaczenie różnorodności biologicznej dla człowieka Różnorodność biologiczna i jej zagrożenia. Powtórzenie Rozwiąż zadania po dziale Słowniczek Indeks polsko-angielski Literatura dla ucznia Źródła ilustracji i fotografii

4 4 Jak korzystać z podręcznika Podręcznik zawiera dwa działy, obejmujące główne zagadnienia przewidziane do realizacji w pierwszej klasie szkoły ponadgimnazjalnej biotechnologię z inżynierią genetyczną oraz różnorodność biologiczną. Wyróżnione w nich rozdziały odpowiadają jednostkom lekcyjnym. W każdym rozdziale, oprócz głównego tekstu omawiającego temat lekcji, pojawiają się teksty towarzyszące, służące przypomnieniu, pogłębieniu lub utrwaleniu wiadomości i umiejętności. Funkcje tych tekstów są przedstawione poniżej. Przypomnij sobie przed lekcją Tutaj znajdziesz spis najważniejszych pojęć z wcześniejszych etapów edukacyjnych. Pojęcia te są istotne dla zrozumienia zagadnień przedstawianych na danej lekcji. Definicja Zapozna cię z najważniejszymi pojęciami. Są one także omówione w tekście głównym. Pamiętaj, Biologia. Po prostu jest podręcznikiem wieloletnim, dlatego zakazane jest pisanie po nim wszystkie rozwiązania zapisuj w zeszycie.

5 5 To ciekawe! Tutaj znajdziesz interesujące dodatkowe informacje, związane z tematem lekcji. Raport z badań Prezentuje informacje dotyczące wyników badań naukowych, które ilustrują omawiane na lekcji zagadnienie. Jest to materiał uzupełniający, który ułatwia zrozumienie tematu lekcji. Sprawdź w internecie Tutaj znajdziesz zestaw słów kluczowych, za pomocą którego możesz wyszukać w internecie informacje rozszerzające omawiane w tekście zagadnienia. Twoim zadaniem jest krytyczna analiza tych informacji, a nie automatyczne kopiowanie ze strony internetowej, która znajdzie się na pierwszym miejscu listy wyszukiwarki. Analizując tekst, sprawdź, czy jego autor powołuje się na rzetelne źródła, np. artykuły naukowe.

6 6 Powtórzenie działu Podsumowuje najważniejsze informacje danego działu w ujęciu tabelaryczno-schematycznym oraz zawiera blok Rozwiąż zadania po dziale gromadzący zadania sprawdzające o przekrojowym charakterze. Wszystkie są zamknięte. W dziale 1. w rozdziale 2. znajdziesz instrukcję służącą do wykonania ćwiczenia polegającego na analizie produktów biotechnologicznych dostępnych w sklepach, w dziale 2. w rozdziale 23. instrukcję do wykorzystania podczas wycieczki do parku narodowego, rezerwatu przyrody lub obszaru chronionego, natomiast w rozdziale 24. instrukcję do wykorzystania podczas wycieczki do ogrodu botanicznego lub zoologicznego. Indeks polsko-angielski zawiera terminy i nazwy wymienione w podręczniku. Dodatkowo znajdziesz tu ich angielskie odpowiedniki, które przydadzą ci się podczas wyszukiwania informacji w źródłach anglojęzycznych.

7 7 Podsumowanie i sprawdzenie Zostało opracowane do każdej lekcji. Jest podzielone na kilka części. Zapamiętaj Tu znajdziesz podsumowanie najważniejszych informacji w danym rozdziale. Po tej lekcji potrafisz Tu znajdziesz listę umiejętności, którymi należy się wykazać po opanowaniu materiału danej lekcji. Właśnie na nie trzeba położyć nacisk, ucząc się do sprawdzianu lub egzaminu. Pamiętaj, że przykłady (zjawisk, procesów, badań naukowych itd.) podane w podręczniku ułatwiają jedynie zrozumienie omawianych zagadnień. Nie trzeba uczyć się ich na pamięć, lecz opanować wyszczególnione w podstawie programowej umiejętności. Znajdź w prasie, książkach lub internecie Po każdej lekcji proponujemy ci ćwiczenie umiejętności wyszukiwania informacji. Podajemy zagadnienie związane z tematem lekcji i zapraszamy do znalezienia odpowiednich książek, artykułów w prasie lub tekstów w internecie. Tym razem samodzielnie musisz dobrać słowa kluczowe, które pozwolą ci odszukać jak najwięcej przydatnych informacji. Wyraź opinię Ważną umiejętnością, którą powinno się nabyć w szkole, jest formułowanie własnych opinii na różne tematy, nie tylko związane z biologią. Do dyskusji wybraliśmy zagadnienia, które są często omawiane w mediach, budzą wiele emocji i prowokują skrajne oceny. Pamiętaj, że twoje stanowisko może się różnić od zdania innych osób ale powinno być racjonalnie uzasadnione i obronione za pomocą dobrze dobranych argumentów. Rozwiąż zadania Ten blok pozwala zastosować zdobytą wiedzę i umiejętności w praktyce przez wykonanie zadań. Mają one formę zarówno zadań otwartych, czyli wymagających sformułowania własnej kilkuzdaniowej wypowiedzi, jak i zadań zamkniętych, czyli wymagających wyboru spośród podanych odpowiedzi.

8 8 1 1 Informacja genetyczna jest zapisana w DNA. Cechy organizmów żyjących na Ziemi są zależne od genów obecnych w ich DNA. 3 Inżynieria genetyczna dostarcza narzędzi, które wykorzystuje się we współczesnej biotechnologii. Fotografia przedstawia jeden z etapów badań przeprowadzanych w pracowni molekularnej. 2 Kapusta kiszona, ogórki kiszone, ciasto drożdżowe, sery pleśniowe powstają dzięki procesom biotechnologicznym. 5 Organizmy transgeniczne są wytwarzane w celu uzyskania pożądanych właściwości, których Genetycznie zmodyfikowane mikroorganizmy wcześniej nie miały przynoszą wiele korzyści człowiekowi. na fotografii Na fotografii przedstawiono robota pobierającego transgeniczna róża, kolonie bakteryjne, które zawierają fragmenty o niespotykanej ludzkiego DNA. w naturze barwie. 4 6 Metody inżynierii genetycznej pozwalają także modyfikować geny u zwierząt. Zdjęcie przedstawia proces wprowadzania nowych genów do komórki zwierzęcej za pomocą urządzenia nazywanego mikromanipulatorem. 78 Dzięki współczesnej biotechnologii można uzyskać gigantyczne pomidory, jednak z jej rozwojem są związane nie tylko korzyści, ale również zagrożenia. Owca Dolly, która urodziła się w 1996 roku, stała się najsłynniejszym sklonowanym ssakiem. Do dzisiaj na całym świecie powstały klony wielu innych gatunków zwierząt. 9 Badania DNA znajdują ogromne zastosowanie we współczesnej medycynie i nauce. Na fotografii widać chromosomy, w których za pomocą specjalnej sondy molekularnej wykryto mutacje.

9 10 Badania DNA są coraz częściej wykorzystywane w kryminalistyce i sądownictwie. Na przykład profile genetyczne zwane genetycznymi odciskami palców umożliwiają jednoznaczną identyfikację danej osoby. 11 Pobranie płynu owodniowego, który otacza rozwijające się w łonie matki dziecko, umożliwia przeprowadzenie specjalistycznych badań diagnostycznych. Ich wyniki mogą być wykorzystane w poradnictwie genetycznym Celem terapii genowej jest naprawianie nieprawidłowości w budowie DNA pacjenta. Biotechnologia i inżynieria genetyczna Cechy wszystkich organizmów zamieszkujących naszą planetę są zapisane w ich genach. Mimo ogromnego zróżnicowania świata żywego informacje dotyczące właściwości tak różnych organizmów, jak bakteria, roślina czy człowiek, są kodowane przez taką samą cząsteczkę DNA. Poznanie jej budowy i właściwości umożliwiło człowiekowi sterowanie pracą genów różnych organizmów, dając początek intensywnemu rozwojowi dziedziny nauki znanej jako biotechnologia współczesna lub molekularna. Dzięki modyfikacjom genetycznym stało się możliwe uzyskiwanie organizmów o cechach wartościowych zarówno dla człowieka, jak i środowiska. Wiedza o sposobie działania genów i ich wpływie na życie organizmów znalazła zastosowanie w takich dziedzinach życia, jak medycyna, rolnictwo, przemysł czy sądownictwo. W tym dziale dowiesz się więcej o tradycyjnej i współczesnej biotechnologii, korzyściach i zagrożeniach związanych z biotechnologią molekularną, a także o znaczeniu biotechnologii w życiu współczesnego człowieka.

10 10 1 Sposób zapisywania i odczytywania informacji genetycznej Przypomnienie ZAGADNIENIA Budowa DNA i jego rola w przechowywaniu i powielaniu informacji genetycznej Zasada działania kodu genetycznego Zależność między genem a cechą Podstawowe mechanizmy dziedziczenia cech Mutacje i choroby genetyczne PRZYPOMNIJ SOBIE PRZED LEKCJĄ helisa DNA nukleotydy replikacja gen kod genetyczny allel homozygota heterozygota genotyp fenotyp cecha dominująca cecha recesywna mutacja INFORMACJA GENETYCZNA JEST ZAPISANA W CZĄSTECZCE DNA Jaką wspólną cechę mają człowiek, roślina i bakteria? Są one, podobnie jak pozostałe organizmy zamieszkujące Ziemię, wyposażone w instrukcję życia zapisaną i przechowywaną w postaci DNA. Cząsteczka DNA jest nośnikiem informacji genetycznej dotyczącej budowy i funkcjonowania organizmu. W DNA mogą być zawarte informacje o tak różnych cechach, jak: kolor oczu, zapach kwiatu lub chorobotwórczość. Funkcja DNA jako nośnika informacji jest ściśle związana z jego budową. DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, to cząsteczka chemiczna o strukturze, którą określa się jako podwójna helisa (ryc. 1.1). Helisa DNA jest zbudowana z dwóch długich łańcuchów (nici), skręconych śrubowato wokół własnej osi. Każdy z łańcuchów GENOM jest to całość DNA zawartego w komórkach danego organizmu i charakteryzującego się określoną sekwencją nukleotydów. KOMPLEMENTAR- NOŚĆ NUKLEOTYDÓW jest to prawidłowość, zgodnie z którą połączenia między sąsiednimi nićmi DNA są tworzone zawsze przez pary nukleotydów A-T i C-G. DNA składa się z ciągu nukleotydów, stanowiących podstawowe jednostki budulcowe DNA. Istnieją cztery rodzaje nukleotydów wchodzących w skład DNA są one określane skrótowo literami A, T, G oraz C. Nukleotydy należące do poszczególnych nici są ze sobą połączone wiązaniami chemicznymi. Wiązania łączą ze sobą zawsze te same nukleotydy, dlatego naprzeciwko nukleotydu A zawsze znajduje się nukleotyd T, a naprzeciwko nukleotydu C znajduje się nukleotyd G. Ta właściwość, nazywana komplementarnością nukleotydów, jest niezwykle ważna w procesie powielania, czyli replikacji DNA (ryc. 1.2). Każdy organizm jednokomórkowy, a także niemal każda komórka organizmów wielokomórkowych, zawiera pełny zapis genetyczny w postaci DNA. Ten zapis jest powielany w trakcie podziałów komórkowych i przekazywany komórkom potomnym. DZIAŁ 1 LEKCJA 1

11 11 nici DNA pary nukleotydów A-T i C-G tworzą połączenia między nićmi a Ryc Model budowy DNA został zaprezentowany przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka w 1953 r. (a). DNA przyjmuje kształt podwójnej helisy przypominającej skręconą drabinę (b) b Każda cząsteczka potomna DNA składa się ze starej i nowej nici. stara nić nowa nić INFORMACJA ZAPISANA W GENACH DECYDUJE O CECHACH ORGANIZMU Całość DNA zawartego w komórce stanowi jej genom. DNA genomowy może mieć różną wielkość w zależności od organizmu. Genom bakterii tworzy zazwyczaj kilka milionów par nukleotydów, genom człowieka ponad trzy miliardy par nukleotydów. To ich kolejność ułożenia, czyli sekwencja, stanowi informację o budowie i funkcjonowaniu organizmu. Nukleotydy ułożone w ustalonym porządku tworzą geny, czyli odcinki DNA, które pełnią określoną funkcję i są odpowiedzialne za konkretne cechy organizmu. Jakie informacje są zawarte w genach, w jaki sposób są one odczytywane i jak przekłada się to na cechy organizmu? Pytania te Ryc W trakcie replikacji nici DNA zostają rozplecione, a do każdej z nich zostaje dobudowana druga nić zgodnie z zasadą komplementarności. Dzięki temu po procesie replikacji powstają dwie identyczne cząsteczki DNA, a informacja zawarta w sekwencji nukleotydów zostaje zachowana