Ім'я файлу: Грибанов.docx
Розширення: docx
Розмір: 767кб.
Дата: 18.04.2024
скачати

Комунальний заклад освіти

«Дніпровський ліцей інформаційних технологій

при Дніпровському національному університеті

імені Олеся Гончара»


Випускна робота
на тему:

Конструктор типових задач з генетики

Виконавець:

ліцеїст 11-А-1 класу

Грибанов Данил
Керівники роботи:

Лавренюк Ірина Валеріївна

Заєрко Лариса Юріївна

Дніпро

2023

Зміст

Вступ 3

Тема роботи: 3

Актуальність роботи: 3

Мета роботи: 3

Основна частина 5

Теоретична частина з предмету; 5

Основні терміни з теми генетика: 8

Символи, які використовуються у генетиці: 9

Теоретична частина з інформатики: 15

Фрагменти програмного коду: 17

Опис роботи 20

Посібник користувача 21

Структурна схема програми 25

Напрямки, де можна використати роботу 26

Апаратні вимоги 26

Комплектація програми 26

Використані програмні засоби 26

Висновки 27

Список використаних джерел 27



Вступ

Тема роботи:


Конструктор типових задач з генетики

Актуальність роботи:


Актуальність навчального калькулятора "Рішення задач з генетики" полягає в тому, що генетика є важливою галуззю науки, яка вивчає спадковість, мутації та еволюцію живих організмів. Генетика має велике значення в багатьох сферах, таких як медицина, сільське господарство, екологія, промисловість та біотехнології.

Навчання генетики вимагає розуміння складних концепцій та виконання різних обчислень із генетичними даними. Це може бути складно для учнів. Введення навчальної програми з генетики урізноманітнює процес навчання та сприяє кращому засвоєнню матеріалу.

Застосунок навчального калькулятора "Рішення задач з генетики" надає користувачам можливість розрахувати різні генетичні параметри, виконати генетичний аналіз та розв'язати задачі, пов'язані з генетикою.

Мета роботи:


З’єднати абстрактне з конкретним, поєднати теоретичні узагальнення з практичним матеріалом, бо навчальна робота з вирішення задач сприяє глибокому засвоєнню знань, активізує навчальну діяльність учнів. У процесі такої роботи учні засвоюють термінологію, набувають вміння передбачати, аналізувати процеси, встановлювати зв’язки між окремими явищами спадковості. Це сприяє створенню цілісного уявлення про закони генетики, формуванню генетичного мислення.

Тому метою моєї роботи є створення програми, спрямованої допомогти учасникам освітнього процесу вирішувати типові генетичні задачі та вивчати теоретичні поняття генетики. А саме розробка інтерактивного навчального інструмента має надати учням можливість долати труднощі під час розв’язування задач, вивчати та розв'язувати типові генетичні завдання в зацікавлюючий і доступний спосіб, сприяючи формуванню основних генетичних знань та здатностей до самостійного розв'язання генетичних завдань.

Основна частина

Теоретична частина з предмету;

Генетика. Історія генетики.


Генетика — наука, що вивчає закономірності спадковості і мінливості організмів.

Спадковістю називається властивість організмів передавати нащадкам особливості будови, фізіологічні властивості і характер індивідуального розвитку. Мінливістю називається здатність живих організмів змінювати свої ознаки.

У своєму розвитку генетика пройшла ряд етапів.
Спадковістю люди цікавилися дуже давно. З розвитком сільського господарства сформувалася прикладна наука селекція, яка займалася створенням і формуванням нових порід тварин і сортів рослин. Проте, пояснити механізми передачі ознак нащадкам селекціонери не могли.

Перший етап розвитку генетики — вивчення спадковості і мінливості на рівні організму. Цей етап пов'язаний з роботами Грегора Йоганна Менделя. У 1865 році у роботі «Досліди над рослинними гібридами» він описав результати своїх досліджень закономірностей успадкування ознак у гороху. Г. Мендель встановив дискретність (подільність) спадкових факторів і розробив гібридологічний метод вивчення спадковості. Дискретність спадковості полягає в тому, що окремі властивості і ознаки організму розвиваються під контролем спадкових чинників, які при злитті гамет і утворенні зиготи не змішуються, а при формуванні нових гамет успадковуються незалежно один від одного. У 1909 році Вільгельм Людвіг Йогансен назвав ці фактори генами. Значення відкриттів Г. Менделя оцінили лише після того, як його результати були підтверджені у 1900 році трьома біологами незалежно один від одного: Х. де Фрізом у Голландії, К. Корренсом у Німеччині і Е. Чермаком в Австрії. Цей рік вважається роком виникнення науки генетики. Закони спадковості Менделя заклали основу теорії гена, а генетика перетворилася на галузь біології, що швидко розвивається. У 1901 - 1903 роках Хуго де Фріз висунув мутаційну теорію мінливості, яка зіграла велику роль у подальшому розвитку генетики.

Другий етап розвитку генетики — вивчення закономірностей успадкування ознак на хромосомному рівні. Було встановлено взаємозв'язок між менделевскими законами спадковості й розподілом хромосом у процесі поділу клітин (мітозі) і дозріванні статевих клітин (мейозі).
Вивчення будови клітини привело до уточнення будови, форми та кількості хромосом і допомогло встановити, що гени — це ділянки хромосом. У 1910 - 1911 роках американський генетик Томас Хант Морган та його співробітники провели дослідження закономірностей успадкування на мушках дрозофілах. Вони встановили, що гени розташовані у хромосомах в лінійному порядку і утворюють групи зчеплення. Морган встановив також закономірності успадкування ознак, зчеплених зі статтю. Ці відкриття дозволили сформулювати хромосомну теорію спадковості.

Третій етап розвитку генетики — вивчення спадковості і мінливості на молекулярному рівні. На цьому етапі були вивчені взаємозв'язки між генами і ферментами і сформульована теорія «один ген — один фермент»: кожен ген контролює синтез одного ферменту, а фермент контролює одну біохімічну реакцію. У 1953 році Френсіс Крік і Джеймс Уотсон створили модель молекули ДНК у вигляді подвійної спіралі і пояснили здатність ДНК до самоподвоєння. Став зрозумілим механізм мінливості: будь-які відхилення у структурі гена, один раз виникнувши, надалі відтворюються в дочірніх нитках ДНК. Ці положення були підтверджені експериментами. Було уточнено поняття гена, розшифровано генетичний код і вивчений механізм біосинтезу. Були розроблені методи штучного отримання мутацій та за їх допомогою створені нові цінні сорти рослин і штами мікроорганізмів.

В останні десятиліття сформувалася генна інженерія — система прийомів, що дозволяють синтезувати новий ген або виділити його з одного організму і ввести в генетичний апарат іншого організму. Також були розшифровані геноми багатьох простих організмів. На початку 21 століття (2003 рік) було завершено проект по розшифровці генома людини. На сьогоднішній день існують бази даних геномів багатьох організмів. Наявність такої бази даних людини має велике значення у попередженні та дослідженні багатьох захворювань.

Основні терміни з теми генетика:


Генотип — сукупність генетичної інформації, закодованої у генах клітини або організму.

Каріотип — сукупність якісних і кількісних ознак хромосомного набору організму.

Фенотип — результат взаємодії генотипу з чинниками зовнішнього середовища, сукупність усіх ознак і властивостей організму.

Альтернативні (алельні) ознаки — контрастні, взаємовиключні ознаки (білий — червоний, високий — низький).

Домінантна ознака — переважаюча ознака, що пригнічує розвиток іншої альтернативної ознаки, виявляється як у гомозиготному, так і у гетерозиготному стані.

Рецесивна ознака — пригнічена ознака, яка виявляється лишу у гомозиготному стані.

Домінування — пригнічення однієї ознаки іншою.

Ген — ділянка ДНК, що кодує первинну структуру одного білка. Розташовуються у хромосомах у визначених ділянках — локусах.

Локус — ділянка хромосоми, у якій розташовано ген.

Алельні гени — парні гени, розташовані в гомологічних хромосомах в однакових локусах і відповідають за прояв якоїсь ознаки.

Гомологічні хромосоми — пари хромосом, однакові за розмірами, формою і набором генів. Алельні гени займають у гомологічних хромосомах однакові локуси.

Алелі можуть бути гомозиготними або гетерозиготними, тобто перебувати в однаковому або різному стані.



Символи, які використовуються у генетиці:


P

генотипи батьківських форм

F1,F2…
потомство

A
домінантний ген

a
рецесивний ген

Aa
гетерозиготний стан двох алельних генів

AA
гомозиготний стан домінантних генів

AaBb
дигетерозигота

AaBbCc
тригетерозигота

×
Схрещування

♀
материнській організм

♂
батьківський організм



Перший закон Менделя


Схрещуючи рослини гороху, що відрізнялись за станами однієї ознаки, Мендель спостеріг, що у фенотипі всіх гібридів першого покоління (F1) проявлявся тільки один із двох станів. Наприклад, всі рослини, отримані внаслідок гібридизації між горохом із білими квітами і горохом із фіолетовими квітами, мали фіолетові квіти. Такі результати підтверджували роботи Найта та інших попередників Менделя і заперечували уявлення про «змішування» ознак батьків у потомства.

Стан ознаки, який проявлявся в F1, Мендель називав домінантним, а той, який не проявлявся — рецесивним. Для всіх семи пар станів ознак, які аналізував Мендель, один виявився домінантним, інший — рецесивним.

Перший закон Менделя, або закон одноманітності гібридів першого покоління, формулюється так: У першому поколінні від схрещування гомозигот із домінантною та рецесивною ознаками виявляється тільки домінантна ознака

Другий і третій закони Менделя


Після самозапилення особин F1 Мендель зібрав і висадив насіння із кожної рослини, щоб проаналізувати друге покоління. Цього разу серед рослин з'явились такі, що несли рецесивну ознаку (тобто ту, яка зовсім не виникала в F1). Щоб краще зрозуміти, яким чином відбувається успадкування, Мендель порахував всі особини, у яких проявлялась певна ознака. Наприклад, при схрещуванні гороху із білими і фіолетовими квітами, в F2 було всього 929 рослини, із яких 705 мали фіолетові квіти, і 224 — білі. Результати всіх схрещувань наведені у таблиці.


Фенотип батьків
F1
F2
Співвідношення фенотипів у F2

Кругле × зморшкувате насіння
Всі з круглим насінням
5474 круглі; 1850 зморшкуваті
2.96 : 1

Зелене × жовте насіння
Усі із жовтим насінням
6022 жовті; 2001 зелені
3.01 : 1

Фіолетові × білі квіти
Усі із фіолетовими квітами
705 фіолетові; 224 білі
3.15 : 1

Стягнуті × повні боби
Усі з повними бобами
882 повні; 299 стягнуті
2.95 : 1

Зелені × жовті боби
Усі із зеленими бобами
428 зелені; 152 жовті
2.82 : 1

Верхівкове × осьове розташування квітів
Усі із осьовими квітами
651 осьові; 207 верхівкові
3.14 : 1

Високі × низькі стебла
Усі із високими стеблами
787 високі; 277 низькі
2.84 : 1

Таким чином в середньому співвідношення фенотипових класів у другому поколінні становило 3:1, тобто у четвертини особин проявлялась рецесивна ознака.

Другий закон Менделя, або закон розщеплення, говорить: При схрещуванні гібридів першого покоління у нащадків спостерігається розщеплення фенотипових класів у співвідношенні 3:1.

Після цього Мендель взявся за аналіз особин F2, які проявляли домінантну ознаку, і виявив, що насправді вони не є однорідним класом, а відрізняються одне від одного генетично. У цьому випадку він працював із рослинами, що мали різне забарвлення насіння (жовте — домінантна ознака, з елене — рецесивна). Вибір саме цієї ознаки був зручним через те, що колір кожної горошини визначається її власним генотипом, а не генотипом материнської особини. Тому насінину можна трактувати як окрему особину і оцінювати її фенотип без потреби пророщувати, як це необхідно у випадку багатьох інших ознак. Після схрещування чистих ліній із жовтим і зеленим насінням за описаною вище схемою, Мендель відібрав 519 жовтих горошин F2, проростив їх і дозволив самозапилення. Після цього із кожної рослини окремо зібрав насіння. З'ясувалось, що у 166 особин усе насіння було жовтим, а в решти 353 спостерігалось розщеплення 3:1 між класами із жовтим і зеленим насіння.

Провівши аналогічний аналіз особин F2 із зеленими сім'ядолями Мендель пересвідчився, що на відміну від рослин із домінантною ознакою, ці були чистою лінією. Таким чином стало зрозуміло, що за фенотиповим співвідношенням 3:1 криється більш фундаментальне генотипове співвідношення 1:2:1. Це підтвердилось і для інших ознак, які аналізував Мендель. Отже, його модель спадковості пояснювала не розщеплення у другому поколінні 3:1, а саме 1:2:1. Ця модель є прикладом вдалої побудови на основі експериментальних даних наукової гіпотези, що підлягає подальшому дослідному тестуванню.

Третій закон Менделя, або закон незалежного успадкування, говорить: При схрещуванні двох особин, що відрізняються один від одного за двома (і більше) парами альтернативних ознак, гени і відповідні їм ознаки успадковуються незалежно один від одного і комбінуються у всіх можливих поєднаннях (як і при моногібридному схрещуванні).

Коли схрещувалися гомозиготні рослини, що відрізняються за кількома ознаками, такими як білі і фіолетові квіти і жовте або зелене насіння, успадкування кожної з ознак відповідало першим двом законам і в потомстві вони комбінувалися таким чином, ніби їхнє успадкування відбувалося незалежно одне від одного. Перше покоління після схрещування мало домінантний фенотип за всіма ознаками. У другому поколінні спостерігалося р озщеплення фенотипів за формулою 9: 3: 3: 1, тобто 9:16 були з фіолетовими квітами і жовтим насінням, 3:16 з білими квітами і жовтим насінням, 3:16 з фіолетовими квітами і зеленим насінням, 1 : 16 з білими квітами і зеленим насінням.

Менделю трапилися ознаки, гени яких знаходилися в різних парах гомологічних хромосом (нуклеопротеїдних структур в ядрі еукаріотичної клітини, в яких зосереджена велика частина спадкової інформації і які призначені для її зберігання, реалізації і передачі) гороху. При мейозі гомологічні хромосоми різних пар комбінуються в гаметах випадковим чином. Якщо в гамету потрапила батьківська хромосома першої пари, то з однаковою ймовірністю в цю гамету може потрапити як батьківська, так і материнська хромосома другої пари. Тому ознаки, гени яких знаходяться в різних парах гомологічних хромосом, комбінуються незалежно одна від одної. (Згодом з'ясувалося, що з досліджених Менделем семи пар ознак у гороху, у якого диплоїдне число хромосом 2n = 14, гени, що відповідають за одну з пар ознак, перебували в одній і тій же хромосомі. Однак Мендель не виявив порушення закону незалежного успадкування, оскільки зчеплення між цими генами не спостерігалося через велику відстань між ними).

Алгоритм розв’язування генетичних задач:


  1. Записати символи, що використовуються для позначення кожного гена.

  2. Встановити генотипи батьків, використовуючи таблицю домінування, фенотипи нащадків тощо.

  3. Записати усі символи гамет, що утворюються у кожного з батьків у результаті мейозу.

  4. Враховуючи всі можливі варіанти запліднення, встановити генотипи нащадків. При цьому доцільно використовувати решітку Пеннета.

  5. Визначити співвідношення у потомстві різних генотипів і фенотипів


Теоретична частина з інформатики:


Для написання програми використовувалась середа розробки Microsoft Visual Studio 2022. Мова програмування – C# (версія 11.0). Для створення і підключення бази даних SQL були використані SQL server 2022, SQL server Management 2019.

Були використані такі об’єкти Windows Forms:

  • Label – використовується для відображення текстової інформації на формі.

  • Button - використовується для сприяння взаємодії користувача з програмою. Кнопка є елементом інтерфейсу, який призначений для виклику певних подій або виконання конкретних функцій при натисканні користувачем. У моїй програмі кнопки використовуються для переходу між формами та виклику методів.

  • TextBox - використовується для отримання введених користувачем текстових даних або для відображення текстової інформації. У моїй роботі TextBox використовується для отримання інформації про генотипи батьків.

  • PictureBox - використовується для відображення зображень на формі. У моїй роботі я використовую PictureBox для відображення символіки генетичних задач.

  • DataGridView - використовується для відображення та редагування даних у табличному вигляді на формі Windows Forms. У моїй роботі я використовую DataGridView для відображення таблиці Пенетта.

  • ToolTip – для створення підказок на об’єктах.

Для відобреження решітки Пенетта у своїй роботі я використовую DataTable.

DataTable в C# - це об'єкт, який представляє собою таблицю в пам'яті, подібну до таблиць у базах даних. DataTable містить колекцію рядків та стовпців, де кожен стовпець має свій тип даних. Цей клас дозволяє вам працювати з даними в пам'яті, проводити операції додавання, видалення та зміни даних, а також виконувати різноманітні операції фільтрації і сортування.

У моїй роботі я саме використовував заповнення DataTable за допомогою data.Columns.Add(), а також створював рядки за допомогою DataRow після чого додавав їх DataTable.

Також у моїй роботі використовуються масиви List. List представляє строго типізований список об'єктів, доступних за індексом. Підтримує методи пошуку за списком, виконання сортування та інших операцій зі списками. У моїй роботі я використовую List для знаходження гамет кожного з батьків.

Dictionary в c# є структурою даних, яка дозволяє зберігати дані у вигляді пари "ключ-значення". У своїй роботі я використовую Dictionary, для знаходження генотипів і фенотипів.

Фрагменти програмного коду:


  1. Підготовка змінних:




  1. Запис батьківського генотипу та виклик метода GenerateGametes та виведення гамет батьків на форму в TextBox:




  1. Метод визначення гамет батьків:



  1. Підготовка до роботи з рядками і колонками DataTable, а також заповнення гамет батька:



  1. Створення і заповнення рядка генотипами потомків:




Опис роботи


Ця робота повністю створена за допомогою Visual Studio 2022. При запуску програми відкривається титульна сторінка, після якої ми переходимо до головного меню. На сторінці головного меню Ви можете здійснювати переходи в інші розділи або повернутися на титульну сторінку.

В головному меню Ви побачите, що програма поділяється на такі розділи:

  • Теорія

  • Відео

  • Тести

  • Практика

При переході на сторінку “Теорія” користувач може ознайомитися з поняттям генетика та її історією. Також користувач отримує інформацію про закони Менделя і алгоритм рішення генетичних задач і їхню символіку.

При переході на сторінку “Тести” користувач може пройти тест на знання символіки генетичних задач, а побачити свої помилки, якщо вони є.

При переході на сторінку “Відео”, користувач може подивитися відео, підібрані саме для цієї теми, також є функція збільшення на весь екран для кращого перегляду.

При переході на сторінку “Практика” користувач може ввести генотипи батьків і отримати гамети кожного з батьків, побудувати таблицю Пеннета і отримати генотип і фенотип від даної пари організмів.


Посібник користувача


В даному розділі ви можете ознайомитись з принципом роботи програми.

Відкривши програму, ми бачимо титульну сторінку.



Тут можна побачити інформацію про навчальний заклад учня, назва тема, ім’я учня, який виконав роботу і керівників. Також є кнопка «Перейти до роботи», яка перекине на наступну форму-меню.


На цій формі написана назва теми і три кнопки «Теорія», «Тести» і «Практика».

Натиснувши на кнопку «Теорія», ви переходите на форму де Ви можете побачити теоретичні матеріали про Генетику, а також матеріали які допоможуть вам краще зрозуміти генетичні задачі.



Натиснувши на кнопку «Тести», ви переходите на форму де можете побачити кнопку “Почати тест” Після її натискання перед вами з’являється начальний тест, після проходження кожного питання ви отримуєте результат, і якщо він не правильний ви можете побачити відповідь. Проходячи питання багато разів ви запам’ятовуєте теоретичні питання з цієї теми.



Натиснувши на кнопку “Практика”, ви переходите на форму де можна розрахувати гамети батьків, побудувати решітку Пеннета і отримати вірогідність по кожній групі нащадків і підрахувати їх відношення.

На кожній сторінці присутні кнопки повернення на попередню форму.

Структурна схема програми




Напрямки, де можна використати роботу


Програма розрахована переважно на використання під час навчання. Тема є достатньо обширною і може охопити декілька тем уроків у декількох класах. Також можна використати її для перевірки себе при виконанні домашньої роботи або опанування нової теми, а також для повторення матеріалу.

Апаратні вимоги


  1. Система:

Windows 11/Windows 10

  1. Програмна платформа:

Microsoft .NET Framework 4.7.2

  1. Частота процесора:

2 ГГц і вище

  1. Оперативна пам'ять:

1 ГБ і вище

  1. Місце на жорсткому диску:

500 МБ

Комплектація програми


  • Exe-файл - vipuskna_robota_gribanov.exe

  • Папки: - Info, Images, Video

Використані програмні засоби


  • Microsoft Visual Studio 2022

  • SQL server

  • SQL server Management Studio 2019

  • Microsoft Word 2021

Висновки


Під час виконання випускної роботи було підібрано теоретичні матеріали і відео з теми генетика, а також були зроблені тести до цього матеріалу.

По закінченню даної роботи була створена навчальна програма «Рішення типових задач з генетики». Ця програма надає можливість користувачеві набути, систематизувати та поглибити свої знання в цій темі. Дану програму можна використовувати в середніх і старших класах навчальних закладів, оскільки теорія, що викладається в даній роботі, вивчається саме в них.

Список використаних джерел


  • https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B8_%D0%9C%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8F

  • https://www.miyklas.com.ua/p/biologiya/9-klas/zakonomirnosti-uspadkuvannia-oznak-355880/klasichni-metodi-genetichnikh-doslidzhen-353850/re-f62f0e3c-eccb-48a8-84ba-2b791bdc1fd9

  • https://www.youtube.com/watch?v=6gIzGrFged8&ab_channel=FoxLearn

  • https://www.youtube.com/watch?v=1BIfpDZadmM&t=305s&ab_channel=TVRao

  • https://www.youtube.com/watch?v=vQzREQUhGSA&ab_channel=BroCode

скачати

© Усі права захищені
написати до нас