Podręcznik

zakres podstawowy

BiologiaPo prostu

SZKOŁY PONADGIMNAZJALNE

ęcznik

Biologiaw ćwiczeniachonlineOferta:sklep.wsip.pl

Autorzy: Karolina Archacka, Rafał Archacki, Krzysztof Spalik, Joanna StockaRedakcja 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.

Numer ewidencyjny w wykazie wspólny dla tradycyjnej i elektronicznej formy podręcznika: 532/2012

© Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne sp. z o.o.Warszawa 2013

Wydanie I

ISBN 978-83-02-12753-3

Opracowanie merytoryczne i redakcyjne: Beata Bednarczuk (redaktor koordynator, redaktor merytoryczny), Zofia Szlaszyńska (redaktor merytoryczny)Konsultacje: Mirosława KwiecińskaRedakcja językowa: Agnieszka Czerepowicka, Mirella Hess-Remuszko, Anna WlaźnikRedakcja techniczna: Agnieszka ZiemkiewiczProjekt okładki: Paweł RafaProjekt stron działowych: Anna Lenartowicz, Joanna PlakiewiczProjekt graficzny: Katarzyna TrzeszczkowskaProjekt infografik i wykonanie: Małgorzata Heine, Wojciech Chełchowski, Anna LenartowiczOpracowanie graficzne: Anna LenartowiczOpracowanie 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 sprzętowePodręcznik elektroniczny w formacie PDF otwierany na komputerach PC i MAC wymaga zainstalowania bezpłatnego programu Adobe Reader (http://get.adobe.com/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 odpowiedzialnością00-807 Warszawa, Aleje Jerozolimskie 96Tel.: 22 576 25 00Infolinia: 801 220 555www.wsip.pl

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 www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

S P I S T R E Ś C I 3

Jak korzystać z podręcznika .............................................................................................. 4

1. Biotechnologia i inżynier ia genetyczna

1 Sposób zapisywania i odczytywania informacji genetycznej. Przypomnienie ............. 102 Biotechnologia tradycyjna i jej znaczenie ................................................................... 193 Rola inżynierii genetycznej w rozwoju biotechnologii .................................................... 284 Mikroorganizmy zmodyfi kowane genetycznie – uzyskiwanie i zastosowanie ............ 365 Właściwości roślin transgenicznych ........................................................................... 446 Zwierzęta transgeniczne ............................................................................................. 527 GMO – korzyści i zagrożenia ............................................................................................. 598 Klonowanie ssaków ............................................................................................................. 689 Znaczenie badań DNA w nauce i medycynie ................................................................... 7610 Wykorzystywanie badań DNA w sądownictwie ............................................................... 8311 Poradnictwo genetyczne ..................................................................................................... 8912 Terapia genowa i komórkowa ............................................................................................ 9713 Biotechnologia i inżynieria genetyczna. Powtórzenie ................................................. 104

Rozwiąż zadania po dziale 1. ...................................................................................... 112

2. Różnorodność biologiczna i je j zagrożenia

14 Źródła różnorodności biologicznej. Przypomnienie ........................................................ 11815 Różnorodność genetyczna ................................................................................................... 12516 Różnorodność gatunkowa .................................................................................................. 13317 Różnorodność ekosystemowa ............................................................................................ 14318 Przyczyny spadku różnorodności biologicznej na świecie ............................................... 15119 Wpływ rolnictwa na różnorodność biologiczną ................................................................ 15820 Przyczyny wymierania gatunków roślin ............................................................................ 16821 Przyczyny wymierania gatunków zwierząt ........................................................................ 17622 Metody ochrony zagrożonych gatunków i ekosystemów ................................................. 18423 Formy ochrony przyrody w Polsce ...................................................................................... 19224 Znaczenie międzynarodowej współpracy na rzecz ochrony przyrody ........................... 20125 Znaczenie różnorodności biologicznej dla człowieka ...................................................... 21026 Różnorodność biologiczna i jej zagrożenia. Powtórzenie ................................................ 218

Rozwiąż zadania po dziale 2. .............................................................................................. 225Słowniczek ................................................................................................................................. 229Indeks polsko-angielski ............................................................................................................. 232Literatura dla ucznia .................................................................................................................. 237Źródła ilustracji i fotografii ............................................................................................... 238

4

Jak korzystać z podręcznikaPodręcznik 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 lekcjąTutaj znajdziesz spis najważniejszych pojęć z wcześniejszych etapów edukacyjnych.Pojęcia te są istotne dla zrozumienia zagadnień przedstawianych na danej lekcji.

Defi nicjaZapozna cię z najważniejszymi pojęciami. Są one także omówione w tekście głównym.

om lekcyjnym.wiającego temat lekcji, pojawiają się teksty

ą przypomnieniu, pogłębieniu lub utrwaleniu wiadomościi umiejętności. Funkcje tych tekstów są przedstawione poniżej.j

Przypomnij sobie przed lekcjąTutaj znajdzie

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.

Raport z badańPrezentuje informacje dotyczące wyników badań naukowych, które ilustrują omawiane na lekcji zagadnienie. Jest to materiał uzupełniający, który ułatwia zrozumienie tematu lekcji.

To ciekawe!Tutaj znajdziesz interesujące dodatkowe informacje, związane z tematem lekcji.

5

6

DODATKOWE ZADANIA

Odesłanie do materiałów elektronicznych na wsipnet.pl

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

Znajdź w prasie, książkach lub internecie Po każdej lekcji proponujemy ci ćwiczenie umiejętności wyszukiwania informacji. Podajemy zagadnie-nie 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 opinięWażną 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.

Po tej lekcji potrafi szTu 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.

Podsumowanie i sprawdzenie Zostało opracowane do każdej lekcji. Jest podzielone na kilka części.

ZapamiętajTu znajdziesz podsumowanie najważniejszych informacji w danym rozdziale.

8

Inżynieria genetyczna dostarcza narzędzi,

które wykorzystuje się we współczesnej

biotechnologii. Fotografi a przedstawia

jeden z etapów badań przeprowadzanych

w pracowni molekularnej.

3

1

9Badania DNA znajdują ogromne zastosowaniewe współczesnej medycynie i nauce. Na fotografi i widać chromosomy, w których – za pomocą specjalnej sondy molekularnej – wykryto mutacje.

1 Informacja genetyczna jest zapisana w DNA. Cechy organizmów żyjących na Ziemi są zależne od genów obecnych w ich DNA.

Kapusta kiszona, ogórki kiszone, ciasto drożdżowe, sery pleśniowe powstają dzięki procesom biotechnologicznym.

2

5Organizmy transgeniczne są wytwarzane w celu uzyskania pożądanych właściwości, których wcześniej nie miały – na fotografi i transgeniczna róża, o niespotykanej w naturze barwie.

4 Genetycznie zmodyfi kowane mikroorganizmy przynoszą wiele korzyści człowiekowi. Na fotografi i przedstawiono robota pobierającego kolonie bakteryjne, które zawierają fragmenty ludzkiego DNA.

6 Metody inżynierii genetycznej pozwalają także

modyfi kować geny u zwierząt. Zdjęcie przedstawia proces wprowadzania nowych

genów do komórki zwierzęcej za pomocą urządzenia nazywanego mikromanipulatorem.

w pracowni molekularnej.

Baadania DDNDNDNDNDNDDNDNNDNNAAAAA AA Aznnajdudududuuuujjjąjąjąjją ogogogogrorororooomnmnmnmnmnmnmnmnmm eeeeeee zaastststtoososowowannannniiiieieweee wwspspółółółłczczczesesesnenenejj j mmedydycycyninie i nauce. Na fotografi i widaćchhromosomy,w których – za pomocąsppecjalnej sondy mmolekularnej – wyykryto mutacje.

o niespotykanejw naturze barwie.

kokolonie e babaktere yjyjnene, ktktóró e e eee zawierają ą frfrf aga meentn y ylluluddzdzdzkikikikiegegegegoooo DNDNDNDNAAAA.

netycznej pozwalają także ć geny u zwierząt. Zdjęcie

ces wprowadzania nowych órki zwierzęcej za pomocą ego mikromanipulatorem.

8Owca Dolly, która urodziła się w 1996 roku, stała się najsłynniejszym sklonowanym ssakiem. Do dzisiaj na całym świecie powstały klony wielu innych gatunków zwierząt.

Dzięki współczesnej biotechnologii można uzyskać gigantyczne pomidory, jednak z jej rozwojem są związane nie tylko korzyści, ale również zagrożenia.

7

9

C echy 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 modyfi kacjom 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.

Biotechnologia i inżynieria genetyczna

10Badania DNA są coraz częściej wykorzystywane w kryminalistyce i sądownictwie. Na przykład profi le genetyczne – zwane „genetycznymi odciskami palców” – umożliwiają jednoznaczną identyfi kację danej osoby.

12Celem terapii genowej jest naprawianie nieprawidłowości w budowie DNA pacjenta.

Pobranie płynu owodniowego, któryotacza rozwijające się w łonie matki dziecko, umożliwia przeprowadzenie specjalistycznych badań diagnostycznych. Ich wyniki mogą być wykorzystane w poradnictwie genetycznym.

11

10

DZIAŁ 1 | LEKCJA 1

DNA składa się z  ciągu nukleotydów, sta-nowiących podstawowe jednostki budulco-we DNA. Istnieją cztery rodzaje nukleotydów wchodzących w skład DNA – są one okre-ślane skrótowo literami A, T, G oraz C. Nu-kleotydy należące do poszczególnych nici są ze sobą połączone wiązaniami chemiczny-mi. Wiązania łączą ze sobą zawsze te same nukleotydy, dlatego naprzeciwko nukleoty-du A zawsze znajduje się nukleotyd T, a na-przeciwko nukleotydu C znajduje się nukle-

otyd G. Ta właściwość, nazy-wana komplementarnością nukleotydów, jest niezwykle ważna w procesie powielania, czyli replikacji DNA (ryc. 1.2).

Każdy organizm jednoko-mórkowy, a także niemal każ-da komórka organizmów wie-lokomórkowych, zawiera peł-ny zapis genetyczny w postaci DNA. Ten zapis jest powielany w trakcie podziałów komórko-wych i przekazywany komór-kom potomnym.

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

DZIAŁ 1 | LEKCJA 1

INFORMACJA GENETYCZNAJEST ZAPISANA W CZĄSTECZCE DNAJaką wspólną cechę mają człowiek, rośli-na i bakteria? Są one, podobnie jak pozo-stałe organizmy zamieszkujące Ziemię, wyposażone w  „instrukcję życia” zapisa-ną i przechowywaną w postaci DNA. Czą-steczka DNA jest nośnikiem informacji genetycznej dotyczącej budowy i  funkcjo-nowania organizmu. W DNA mogą być za-warte informacje o tak różnych cechach, jak: kolor oczu, zapach kwia-tu lub chorobotwórczość. Funkcja DNA jako nośnika informacji jest ściśle zwią-zana z jego budową.

DNA, czyli kwas deoksyry-bonukleinowy, to cząsteczka chemiczna o strukturze, któ-rą określa się jako podwójna helisa (ryc. 1.1). Helisa DNA jest zbudowana z dwóch dłu-gich łańcuchów (nici), skrę-conych śrubowato wokół wła-snej osi. Każdy z łańcuchów

1Sposób zapisywaniai odczytywaniainformacji genetycznej Przypomnienie

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 połącze-nia między sąsiednimi nićmi DNA są tworzone zawsze przez pary nukleotydów A-T i C-G.

11

stara nić

nowa nić

Każda cząsteczka potomna DNA składa

się ze starej i nowej nici.

▲Ryc. 1.1. Model budowy DNA został zaprezentowany przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka w 1953 r. (a). DNA przyjmuje kształt podwójnej helisy przypominającej skręconą drabinę (b)

◀Ryc. 1.2. 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

INFORMACJA ZAPISANA W GENACH DECYDUJE O CECHACH ORGANIZMU Całość DNA zawartego w  komórce stanowi jej genom. DNA genomowy może mieć róż-ną wielkość w  zależności od organizmu. Genom bakterii tworzy zazwyczaj kilka mi-lionów par nukleotydów, genom człowieka – ponad trzy miliardy par nukleotydów. To ich kolejność ułożenia, czyli sekwencja, stanowi informację o budowie i funkcjonowaniu or-ganizmu. Nukleotydy ułożone w ustalonym porządku tworzą geny, czyli odcinki DNA, które pełnią określoną funkcję i są odpowie-dzialne za konkretne cechy organizmu.

Jakie informacje są zawarte w  genach, w jaki sposób są one odczytywane i jak prze-kłada się to na cechy organizmu? Pytania te

nici DNA

pary nukleotydów A-T i C-G tworzą połączenia między nićmi

a

b