Coordonator ştiinţific:Conf.Univ. Dr. Alexandra Simon-Gruiţa Autor: prof. Carmen Silvia Mitrea Colegiul pentru Agricultură şi Industrie Alimentară „Ţara Bârsei”, Prejmer, Braşov

LUCRARE METODICO-ŞTIINŢIFICĂpentru ACORDAREA GRADULUI DIDACTIC I

STUDII GENETICE ASUPRA UNOR SPECII CU ÎNTREBUINŢĂRI MULTIPLE:

Cornus mas (CORN) ŞI Rosa canina (MĂCEŞ). APLICAŢII DIDACTICE

UNIVERSITATEA din BUCUREŞTIFACULTATEA de BIOLOGIE

PREZENTAREA GENERALĂ A LUCRĂRII

I. Istoric II. Cornus mas (corn) şi Rosa canina (măceş) – specii

din categoria plante de viitor III. Elemente de genetică a populaţiilor IV. Scopul şi obiectivele investigaţiilor V. Material şi metode VI. Rezultate personale VII. Aplicarea rezultatelor cercetării în procesul

instructiv-educativ

MOTIVAREA ALEGERII TEMEI

Prin problematizare, elevul este implicat în activitatea de căutare a adevărului ştiinţific, de cercetare, fiind determinat să formuleze ipoteze, să le verifice, să caute soluţii pentru rezolvarea unei game largi de probleme din toate domeniile, inclusiv din cel al protectiei si conservarii mediului.

SCOPUL LUCRĂRII

Cunoaşterea diversităţii plantelor cu întrebuinţări multiple din zona Prejmer judeţul Braşov prin metode de genetică moleculară şi transferul acestor cunoştinţe către procesul instructiv-educativ.

OBIECTIVELE INVESTIGAŢIILOR

Identificarea în teren a unor populaţii ale speciilor corn (Cornus mas) şi măceş (Rosa canina)

Descrierea şi caracterizarea arealelor respective Recoltarea materialului biologic necesar analizelor la

nivel molecular fără afectarea diversităţii genetice a populaţiei

Testarea unor tehnici moleculare utile pentru cuantificarea diversităţii genetice la corn şi măceş;

Elaborarea unui proiect de măsuri privind conservarea şi valorificarea eficientă şi raţională a speciilor de plante Cornus mas (corn) şi Rosa canina(măceş).

Obiective ştiinţifice:

OBIECTIVELE INVESTIGAŢIILOR

dezvoltarea capacităţilor de explorare/investigare exersarea deprinderilor de observare a unor sisteme

biologice interpretarea de către elevi a datelor obţinute în urma

activităţilor experimentale dezvoltarea deprinderilor specifice muncii intelectuale

prin utilizarea proiectului şi a excursiei tematice stimularea elevilor pentru utilizarea deprinderilor

practice

Obiective instructiv- educative:

Cornul (Cornus mas)

Încadrare sistematică:Regnul PlantaeSubregnul CormophytaÎncrengătura SpermatophytaSubîncrengătura AngiospermaeClasa DicotiledonaeSubclasa RosidaeOrdinul CornalesFamilia Cornaceae

Răspândire:Centrul şi sud-estul Europei, vestul Asiei şi Orientul Mijlociu, poate fi întâlnit în America.

Întrebuinţări:-industria alimentară: sucuri, compoturi, gemuri, lichioruri -planta ornamentală-industria vopselurilor-zonă de protecţie la marginea pădurilor

Măceşul (Rosa canina )

Răspândire:Europa, nord-vestul Africii şi vestul Asiei

Încadrare sistematică:Regnul PlantaeSubregnul CormophytaÎncrengătura SpermatophytaSubîncrengătura AngiospermaeClasa DicotiledonaeSubclasa RosidaeOrdinul RosalesFamilia Rosaceae

Întrebuinţări:-industria alimentară: băuturi răcoritoare, tincturi, vin, lichior, supă, sirop, jeleu, peltea, marmeladă, dulceaţă -planta medicinală: avitaminoze, boli de ficat, etc. şi energizant general -rol antieroziune-plantă ornamentală

MATERIAL ŞI METODE

Materialul vegetal: frunze tinere de la mai mulţi indivizi din speciile Rosa canina şi Cornus mas.

Indivizii aparţin unor populaţii din judeţul Braşov şi din Grădina Botanică din Bucureşti.

Metode: Izolare de ADN genomic total:

- tehnica CTAB- kit comercial Wizard Genomic DNA Purification Kit

Verificarea calităţii extractului ADN:- electroforeză în gel de agaroză - spectrofotometrie

PCR – Polimerase Chain Reaction (reacţia de polimerizare în lanţ) permite amplificarea in vitro a unei secvenţe de ADN, obţinându-se un număr foarte mare de cópii.

MATERIAL ŞI METODE

Metode:Aplicarea tehnicii RAPD-PCR

Verificarea prin electroforeză în gel de agaroză a markerilor RAPD obţinuţi în urma amplificării

Tehnica RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) - constă în amplificarea enzimatică prin PCR a unor secvenţe ADN aleatoare, folosind primeri decamerici, în prezenta unei ADN polimeraze termostabile. - este utilă în amprentarea ADN şi pentru detectarea variaţiilor genetice la nivelul populaţiilor naturale de plante, precum şi pentru analiza diferenţierii genetice dintre populaţii naturale sau cultivate, care ocupă diferite habitate.

Secvenţa primerilor decamerici

Primer Sequence (5’-3’) Primer Sequence (5’-3’)

OPA-2 TGC CGA GCT G OPD-05 TGA GCG GAC A

Izolarea de ADN genomic totalREZULTATE

Electroforeză în gel de agaroză a ADN-ului izolat din ţesut foliar de Rosa canina. Godeuri: 1-2-3 R. canina – Bucureşti, 4-5-6 R. canina – Braşov

ADN izolat cu kitul comercial

Electroforeză în gel de agaroză a ADN-ului izolat din ţesut foliar de Cornus mas. Godeuri: 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8. Cornus mas L. (Brasov).

• Izolarea de ADN din material vegetal dezintegrat prin tehnica cu Kitul Wizard Genomic DNA Purification a condus la obţinerea unui extract de ADN de calitate corespunzătoare pentru majoritatea probelor analizate.

• ADN-ul obţinut este în concentraţie mare, dar este contaminat cu polizaharide şi proteine şi uşor fragmentat.

ADN izolat prin tehnica CTAB

Izolarea de ADN genomic totalREZULTATE

Electroforeză în gel de agaroză a ADN-ului izolat din ţesut foliar de Rosa canina. Godeuri: 1-2-3-4 R. canina – Bucureşti

Electroforeză în gel de agaroză a ADN-ului izolat din ţesut foliar de Cornus mas. Godeuri: 1, 2, 3 Cornus mas L. (Brasov).

• Tehnica de izolare pe bază de CTAB este tehnica frecvent recomandată în literatura de specialitate pentru materialul biologic de natură vegetală sau bacteriană.

• Izolarea ADN-ului prin tehnica CTAB, a permis obținerea de extracte de ADN la un număr redus dintre probele analizate, la care a persistat contaminarea cu proteine şi ARN. Concentraţia ADN-ului, precum şi integritatea acestuia au fost necorespunzătoare prelucrării ulterioare.

Gradul de impurificare al extractului de ADN depinde în primul rând de structura biochimică a frunzei, de particularităţile fiecărei specii și se datorează incapacității protocolului de lucru de a îndeparta substanțele care co-izolează cu ADN-ul.

Dintre cele două tehnici testate, cele mai bune rezultate s-au obţinut cu kitul comercial.

Tehnica care utilizează kitul comercial prezintă, în plus, avantajul timpului mai redus de lucru, ceea ce este esenţial pentru studii care impun prelucrarea unui număr foarte ridicat de probe.

REZULTATE

Izolarea de ADN genomic total

REZULTATETehnica RAPD

Electroforeza în gel de agaroză a produşilor RAPD pentru primerul decameric OPA-2: M- Marker de greutate; Godeuri: 1. Rosa canina (Brasov); 2. Rosa canina (Brasov); 3. Rosa canina (Bucuresti); 4. Cornus mas (Brasov); 5. Cornus mas (Bucuresti)

Electroforeza în gel de agaroză a produşilor RAPD pentru primerul decameric OPD-5. M- Marker de greutate; Godeuri: 1. Rosa canina (Braşov); 2. Rosa canina (Braşov); 3. Rosa canina (Bucureşti); 4. Cornus mas (Braşov); 5. Cornus mas (Bucureşti)

•Cei 2 primeri RAPD utilizaţi au generat patternuri de benzi distincte pentru toate speciile si populatiile analizate.

•Protocolul de amplificare utilizat este corespunzător şi nu necesită modificări, putând fi aplicat şi pentru alte specii ale genului Cornus şi Rosa.

•Pentru fiecare probă in parte patternul de benzi este specific, iar numărul de fragmente per primer este de 11 pentru OPA-2 și 10 pentru OPD-5. Predomină benzile polimorfice în dauna celor monomorfice.

•Experimentele efectuate pe corn şi măceş, specii din categoria plante de viitor arată că tehnica RAPD poate fi folosită pentru amprentarea genetică, pentru cuantificarea diversității genetice şi pentru stabilirea relaţiilor genetice între populaţiile naturale şi cultivate din România.

REZULTATETehnica RAPD

CONCLUZII

• Rezultatele obținute în acest studiu sunt un pas premergător extinderii în țara noastră a analizelor de tip RAPD la specii de plante puţin sau deloc studiate precum măceşul şi cornul.

• O asemenea abordare este relativ uşoară și la îndemâna geneticienilor, cu condiția optimizării protocoalelor de lucru, a armonizării tuturor parametrilor pentru facilitarea obținerii unor rezultate reproductibile.

APLICAREA REZULTATELOR ÎN PROCESUL INSTRUCTIV-EDUCATIV

Cercetarea este susţinută şi orientată de studiul următoarelor variabile:

a. Analiza curriculară: gradul de reprezentativitate al aplicaţiilor de genetică în practică la nivel liceal

b. Motivaţia elevilor pentru învăţarea geneticii în clasele a-IX-a comparativ cu clasele a-XII-a

c. Strategii de predare –învăţare a geneticii la clasele a-IX-a şi clasele a-XII-a

d. Strategii de evaluare a rezultatelor învăţării geneticii în liceu

e. Performanţele elevilor în învăţarea noţiunilor de genetică

ACTIVITĂŢI CU ELEVII

Cercetarea a cuprins 3 etape:

A. Etapa iniţială cu un caracter constatativ, reflectă volumul şi calitatea cunoştiinţelor, deprinderilor şi priceperilor în activitatea experimentală a elevilor, constituind un punct de pornire în demersul formativ.

B. Etapa intervenţiei ameliorative cu valoare formativă în stimularea proceselor psihice şi a personalităţii elevilor.

C. Etapa evaluării finale cu un caracter comparativ al rezultatelor obţinute în urma demersului experimental formativ.

Analiza comparativă a matricelor de evaluare iniţială şi finală clasa a-IX-a

matricea comparativa clasa IX

4 4 4

0

221

46

89

2

0

2

4

6

8

10

achizitiainformatiei

intelegere aplicare analiza sinteza evaluare

matricea test initial

matricea test final

Analiza comparativă a matricelor de evaluare iniţială şi finală clasa a-XII-a

matrice comparativa clasa XII

56

57

3

1 002

108 8

02468

1012

achizitiainformatiei

intelegere aplicare analiza sinteza evaluare

matricea test initial

matricea test final

CONCLUZII

Prezenta lucrare pune în evidenţă modul integrator de abordare a metodelor activante de predare – învăţare pentru disciplina biologie, fapt ce permite aplicarea acestor metode în procesul de motivare a învăţării.

Tema aleasă cu privire la diversitatea genetică a speciilor de plante de viitor este studiată ȋn prezent de mulți cercetători, deoarece poate stabili originea şi evoluţia unei specii în timp, fiind în egală măsură utilă şi pentru conservarea şi ameliorarea speciilor de interes economic

Experimentele efectuate pe două specii diferite de plante arată în mod clar faptul că tehnica RAPD poate fi folosită pentru amprentarea genetică a acestora, pentru cuantificarea diversității genetice în scopul prezervării acelor caracteristici utile.

CONCLUZII

Aplicarea metodelor participativ active poate contribui la realizarea transferului de cunoştinţe, practică ce trebuie să devină o coordonată a elaborării strategiei didactice, pentru orice profesor.

Considerăm că soluţiile pe care le-am propus contribuie la alternativele moderne pentru dezvoltarea calităţii predării disciplinei biologie, iar abordarea transdisciplinară a acestei teme se poate continua prin numeroase proiecte educaționale, menite să stârnească interesul elevilor față de perfecționarea propriei personalități.