Die Mendel’sche Vererbung

Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie

am Institut für Sekundarstufe II Der pädagogischen Hochschule Bern

Rahel Thommen

12.11.2013

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1. Vorbemerkung zur Lernaufgabe:!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!#!1.1 Rahmenbedingungen!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!#!1.2 Leitidee!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!#!1.3 Dispositionsziele!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!#!1.4 Operationalisierte Lernziele!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!#!1.5 Vorwissen!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!#!1.6 Sozialform!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!$!1.7 Zeitaufwand!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!$!1.8 Material!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!$!1.9 Didaktischer Hintergrund und Ergebnissicherung!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!$!1.10 Literatur!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!$!

2. Arbeitsauftrag und Hinweise:!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!%!2.1 Aufgabenstellung:!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!%!

3 Arbeitsblatt!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!&!3.1 Aufgabe 1: Begriffe definieren anhand vom Film!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!&!3.2 Aufgabe 2: Kreuzungsschemas erstellen!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!&!3.3 Aufgabe 3: Züchtung!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!'!3.4 Zusatzaufgabe: Erstellen eines Karyogramm!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!'!

4. Lösungen:!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!(!4.1 Aufgabe 1: Begriffe definieren anhand vom Film!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!(!3.2 Aufgabe 2: Kreuzungsschemas erstellen!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!)!4.2 Aufgabe 3: Züchtung!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!)!4.3 Zusatzaufgabe Karyogramm erstellen!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!*!

5. Anhang:!""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!+,!

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1. Vorbemerkung zur Lernaufgabe: 1.1 Rahmenbedingungen Die Vererbungslehre nach Mendel wird im kantonalen Lehrplan Bern in der Tertia im Fach der Biologie behandelt. Sie bildet die Grundlage der heutigen Genetik. Die Genetik im klassischen Sinn untersucht die Gesetze der Vererbung und der genetischen Vielfalt. Die Mendel’schen Gesetze sind der Baustein der verschiedenen Vererbungsmustern.

1.2 Leitidee Alle Menschen besitzen Merkmale, die auf natürliche Weise vorkommen. So besitzen manchen Menschen schwarze Haare andere blonde, manche grüne Augen, manche blaue. Es gibt kleine Menschen oder grosse Menschen. Dies sind nur Beispiele etlicher Varianten von Merkmalen, die vererbt werden. Die Mendel’schen Regeln bilden nun die Grundlage für diese Merkmale und ihre Weitergabe von den Eltern an ihre Nachkommen. Die heutige Genetik nahm ihren Ursprung im 19. Jahrhundert durch Gregor Johann Mendel. Der Mönch arbeitet im Klostergarten und machte Kreuzungsexperimente mit Erbsen. Er untersuchte Gesetzmässigkeiten der Vererbung und stellte eine Hypothese für deren Mechanismus auf. Bewundernswert ist, dass Mendel seine Theorie erstellte, noch bevor man Chromosomen in Zellen mikroskopisch nachweisen konnte oder deren Bedeutung kannte. Mit dieser Lernaufgabe wollen wir erklären wie es zur Theorie der Vererbung kam und verschiedene Vererbungsmuster untersuchen.

1.3 Dispositionsziele Die SuS sollen lernen sich selber in ein unbekanntes Themengebiet einzuarbeiten, sich die grundlegenden Informationen eines Themas anzueignen und eine klare Struktur in den Lernprozess zu bringen.

1.4 Operationalisierte Lernziele • Die SuS können die zentralen Begriffe der klassischen Genetik

(homozygot/heterozygot, dominant/rezessiv, P, F1, F2) erklären und anwenden. • Die SuS können die drei Regeln der Vererbung nach Mendel aufschreiben. • können die wichtigsten Merkmale des mono- und dihybriden Erbgangs aufzählen,

sowie auch die Unterschiede benennen. • Sus können ein Kreuzungsschema mit einem und zwei bestimmten Merkmalen nach

Mendel erstellen. • Die SuS sind fähig die Zahl der Genotypen und Phänotypen für 1,2,3...n vererbter

Merkmale zu berechnen. • Die SuS können die wichtigsten Theorien anhand einer Aufgabe anwenden und

verknüpfen.

1.5 Vorwissen Die SuS brauchen eine gewisse Grundlagen, um die Aufgabe selber lösen zu können. Die Abläufe der Zellteilung (Mitose) und der geschlechtlichen Fortpflanzung (Meiose) müssen

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den SuS bekannt sein.

1.6 Sozialform Das Einlesen in das Thema der Mendel’schen Vererbung sowie das Anschauen der Animation wird in Einzelarbeit erledigt. Die weiterführenden Aufgaben dürfen in Einzel- oder in Partnerarbeit gemacht werden. Die Auswertung der Aufgaben geschieht Plenum. Die Zusatzaufgabe soll jeder SuS als Hausaufgabe erledigen. Die Lösungen werden von der Lehrperson zur Verfügung gestellt. Die Lernaufgabe wird nicht benotet, dient aber als optimale Prüfungsvorbereitung.

1.7 Zeitaufwand Die SuS erhalten 1 Lektion für das Lösen der Aufgabe, dies beinhaltet 15 Minuten für den Film zu schauen, 20 Minuten für das Lösen der Aufgaben, 10 Minuten für die Auswertung im Plenum. Die genaue Zeitangabe für jede Aufgabe ist klar definiert auf dem Arbeitsblatt.

1.8 Material Die Lehrperson stellt den SuS das Arbeitsblatt mit dem nötigen Anhang (Texte, Film) zur Verfügung. Zusatzliteratur (Cornelsen, Biologie Heute, Cambel) wird bereitgelegt.

1.9 Didaktischer Hintergrund und Ergebnissicherung Die mendel’schen Regeln sind das zentrale Thema in der klassischen Genetik, welche die notwendige Grundlage für weiterführende Themen bilden. Sie eignen sich gut zum selber Erarbeiten, da man Beispiele einbringen kann, die jeder an sich selber beobachten kann. In dieser Lernaufgabe werden zuerst durch einen Film die Grundlagen vermittelt. Dann werden laufend Aufgaben eingebaut, wobei die Schülerinnen und Schüler das soeben Gehörte direkt anwenden können. Durch diesen schrittweisen Aufbau soll gewährleistet sein, dass die Aufgaben trotz steigender Komplexität verständlich bleiben. Der Film dient als Einstieg ins Thema und bildet den eigentlich informierenden Teil des Auftrages. Es werden die kognitiven Fähigkeiten gefördert, und durch die Kombination von Sehen und hören, die Aufnahme in Gedächtnis erleichtert. Die Aufgaben dienen zur Verarbeitung und Repetition des Gelernten. Die Ergebnissicherung findet während das Auftrages laufend durch die Aufgaben statt.

1.10 Literatur N. Campbell, J. Reece: Biologie,8.Aufl., Pearsonverlag, 2009. S.1288 U. Weber (Hrsg): Biologie Oberstufe, Cornelsenverlag, Berlin, 2005. S.347

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2. Arbeitsauftrag und Hinweise: Um das Thema der Mendel’schen Vererbung zu erarbeiten und zu festigen werden die SuS sich einen Film ansehen. Als Beobachtungsauftrag sollen sie die wichtigsten Prinzipien (Vererbungsregeln) notieren. Die Begriffe sind vorgegeben. Anschliessend lösen die SuS die Aufgaben auf dem Arbeitsblatt. Zum Schluss werden die wichtigsten Fragen im Plenum besprochen. Die restlichen Aufgaben sollen als Hausaufgabe korrigiert werden. Die Lehrperson wird die Lösungen den SuS zur Verfügung stellen. Die Aufgaben sind so konstruiert, dass die SuS diese mit den vorhandenen Materialen lösen können. Für schneller arbeitende SuS gibt es eine Zusatzaufgabe, welche freiwillig im Unterricht gelöst werden kann.

2.1 Aufgabenstellung: Aufgabe 1: Sehen Sie sich den Film 1 (die Mendel’sche Vererbung) an und notieren Sie sich Stichworte zu den aufgelisteten Begriffen (Zeit 15’). Aufgabe 2: Lösen Sie die zwei Aufgaben auf dem Arbeitsblatt zu den Kreuzungsschemas. Die Fachliteratur (Cornelsen, Campbell) kann zur Hilfe genommen werden (Zeit 15’). Zusatzaufgabe: Lesen Sie den Text “Chromosomenanalyse beim Menschen” (Biologie Heute Sek II). Erstellen Sie ein Karyogramm mit den vorhandenen Materialien und beantworten Sie die Fragen auf dem Blatt.

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3 Arbeitsblatt

3.1 Aufgabe 1: Begriffe definieren anhand vom Film

1. Mendel’sche Regel =

2. Mendel’sche Regel =

3. Mendel’sche Regel =

Kombinationsquadrat: Phänotyp: Genotyp: Dominant: Rezessiv: Monohybrid: Dihybrid: Intermediärer Erbgang:

3.2 Aufgabe 2: Kreuzungsschemas erstellen Erstellen Sie für eines /zwei der Merkmale der Gartenerbse das Kreuzungsschema: a) eines monohybriden Erbgangs b) eines dihybriden Erbgangs

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3.3 Aufgabe 3: Züchtung Angenommen Sie hätten solch eine schwarze Katze mit ungewöhnlich runden, nach hinten gebogenen Ohren und wollen eine reinerbige Rasse etablieren. Wie würde sie bestimmen, ob das Allel für die gebogenen Ohrenform dominant oder rezessiv ist? Wie würden Sie ein solch eine reinerbige Katze selektieren? Woher wüssten Sie, dass sie reinerbig ist?

3.4 Zusatzaufgabe: Erstellen eines Karyogramm Schneiden Sie die Chromosomen aus und kleben Sie sie an die richtige Stelle im Karyogramm.

a) Nenne Sie die Ordnungskriterien für die Erstellung eines Karyogramms b) Beschreiben Sie den menschlichen Karyotyp ihres Bildes

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4. Lösungen: 4.1 Aufgabe 1: Begriffe definieren anhand vom Film

1. Mendel’sche Regel = Die Uniformitätsregel, die Individuen der F1-Generation unterscheiden sich nicht bezüglich des beobachteten Merkmals.

2. Mendel’sche Regel = Die Spaltungsregel. In einem Individuum mit diploidem

Genom können die homologen Genorte von verschiedenen Allelen oder von gleichen Allelen besetzt sein. Die Chromosomen werden getrennt, jede Ei- und Spermien- Zelle trägt eine Kopie des betreffenden Genortes. Dies erklärt die Aufspaltung der Phänotypen in der F2-Generation im Verhältnis 3:1.

3. Mendel’sche Regel = Die Unabhängigkeitsregel, die Allele eines Gens werden bei der Gametenbildung unabhängig von anderen Allelen an anderen Genorten verteilt, sofern sie auf verschiedenen Chromosomen liegen. Bei einer Zweifaktorenkreuzung von Individuen, die bezüglich zweier Gene heterozygot sind, ergibt sich daraus ein Verhältnis der Phänotypen von 9:3:3:1.

Phänotyp: Das Erscheiunngsbild eines Organismus als Ausdruck des zugrundeliegenden Genotyps. Die Summe aller morphologischen, physiologischen und molekularen Merkmale eines Individuums. Genotyp: Die Gesamtheit der Erbanlagen, unabhängig vom Aussehen. Die vererblichen Merkmale eines Organismus, unabhängig vom Phänotyp. Dominant: Ein dominantes Allel ist ein im heterozygoten Zustand phänotypisch vollständig zur Expression kommendes Allel. Rezessiv: Ein rezessives Allel kommt nur im homozygoten Zustand zur Expression. Das Allele ist phänotypisch unterdrückt. Monohybrid: Ein Organismus, der bezüglich eines einzelnen betrachtenden Gens, heterozygot ist. Dihybrid: Ein Organismus, der bezüglich zweier bestimmter Genorte heterozygot ist. Intermediärer Erbgang: Bei intermediärer Vererbung kommt es zu einer gemischten Merkmalsausprägung, die von beiden Allelen beeinflusst wird.

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3.2 Aufgabe 2: Kreuzungsschemas erstellen Erstellen Sie für eines /zwei der Merkmale der Gartenerbse das Kreuzungsschema: a) eines monohybriden Erbgangs b) eines dihybriden Erbgangs Monohybrider Erbgang (Merkmal Farbe)

Dihybrider Erbgang (Zwei Merkmale Farbe und Form)

4.2 Aufgabe 3: Züchtung Eine Paarung der ursprünglichen Katze mit der Mutation mit einer reinerbigen normalen Katze wird in der F1-Generation sowohl normale Katzen als auch Katzen mit gebogenen Ohren ergeben, falls das Mutationsallel dominant ist. Ist es rezessiv, erhaltet man nur Nachkommen mit normalen Ohren. Man könnte reinerbige Nachfahren, die homozygot für das Mutationsallel sind, erhalten, indem man F1- Tiere untereinander kreuzt. Man weiss, dass die Katzen reinerbig sind, wenn eine Kreuzung von Mutanten X Mutanten nur Mutantennachkommen erzeugt.

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4.3 Zusatzaufgabe Karyogramm erstellen

a) Nenne Sie die Ordnungskriterien für die Erstellung eines Karyogramms. Geordnet wird nach morphologischen punkten wie grösse, Centromerlage oder Bandenmuster. b) Beschreiben Sie den menschlichen Karyotyp ihres Bildes

Männlich (XY)

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5. Anhang: Text Karyogramm (Biologie Heute, Sek II)