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2019-2020年高中生物《基因突變和基因重組》教案9 新人教版必修2 教學目的 1．舉例說明基因突變的概念、特點和原因。 2．舉例說明基因重組。 3．說出基因突變和基因重組的意義。 教學重點 1．基因突變的概念和特點。 2．基因重組的原因。 教學難點 基因突變的概念，基因突變和重組的意義。 教學用具 幻燈片，錄像片。 教學方法 談話法。 教學過程 引言：在前面我們學習了生物的遺傳，了解了性狀為什么遺傳以及性狀遺傳時遵循的規(guī)律特點。那么性狀是由什么決定的呢？（答：由遺傳物質決定的。）性狀表現(xiàn)除與遺傳物質有關外，還與什么有關？（答：與外界條件有關）性狀由親代傳遞到子代時，會不會一成不變呢？當然不會，或多或少都會存在差異，這又為什么呢？（答：這是因為生物體不僅具有遺傳還具有變異。）那么生物的變異又是如何產(chǎn)生的呢？又有什么特點呢？ （今天我們就來學習生物的變異） 講述：讓我們先來看一個圖片（投影片）。上圖是一個普通的玉米種子在萌發(fā)長成植株的過程中，水、肥、光特別充足，所結種子大而飽滿，但這樣的種子種下去，結出的卻是普通種子；下圖是太空椒（普通青椒種子邀游過太空后培育而成）與普通青椒對比，果實明顯增大，種植下去，仍然是肥大果實。 提問：籽粒飽滿的種子與普通種子相比，太空椒與普通青椒相比，形狀有明顯的差異，這是為什么？ （回答：發(fā)生了變異。） 提問：把子粒飽滿的種子種下去，長出的種子是不是粒大飽滿？ （回答：不是。） 提問：把肥大的青椒種下去，長出的是什么？ （回答：肥大青椒。） 提問：這又說明一個什么問題？ （回答：生物的變異有的不能遺傳，有的可以遺傳。） 講述：可見生物的變異有這樣兩種類型。那什么情況下的變異不遺傳，什么情況下的變異可遺傳？我們知道生物的表現(xiàn)型與基因型和外界環(huán)境條件有關。像玉米這樣，子粒飽滿是由于水、肥和光充足引起，也就是外界環(huán)境條件引起的，這種變異是不遺傳的。而太空椒邀游過太空，宇宙輻射改變了遺傳物質，因此這個變異性狀就是可遺傳的。 可遺傳的變異是生物變異的主要類型。它的來源主要有三方面：基因突變、基因重組和染色體變異。 那么，什么是基因突變？基因突變是怎么產(chǎn)生的？又怎么導致生物變異呢？下面一段錄像是關于正常的紅細胞基因突變形成鐮刀型細胞貧血癥的內(nèi)容，我們先來看一下。 一.基因突變的實例 提問：從片子中我們看到正常紅細胞是什么形狀？有什么功能？ （回答：圓餅形狀，運輸氧氣功能。） 提問：鐮刀型細胞貧血癥的紅細胞呈鐮刀狀，對功能的完成有沒有影響？ （回答：有，運氧氣能力降低，易破裂溶血造成貧血，嚴重時會導致死亡。） 講述：那么又是什么原因使正常紅細胞變成鐮刀型紅細胞？分子生物學研究表明是基因突變的結果。讓我們來看鐮刀型細胞貧血癥病因的圖解（看幻燈片）。 大家知道，性狀是由蛋白質來體現(xiàn)的，我們先來看正常血紅蛋白與鐮刀型血紅蛋白的氨基酸的組成。 提問：兩者有什么區(qū)別？ （回答：正常的是谷氨酸，異常的是纈氨酸） 提問：氨基酸是由什么決定的？ （回答：由信使RNA上的密碼子決定的。） 提問：構成信使RNA上的密碼子的那些堿基又是由什么決 定的呢？ （回答：由DNA上的堿基決定的。） 提問：大家來比較一下正常與異常的DNA，它們的區(qū)別在哪里？ （回答：一個堿基對的改變。） 提問： DNA上一個堿基對發(fā)生了改變，最終導致了鐮刀型細胞貧血癥。我們知道性狀是由基因控制的，基因是怎么來決定性狀的？ （回答：基因是由脫氧核苷酸組成的，脫氧核苷酸的排列順序代表了遺傳信息，基因控制生物性狀就是要把特定的遺傳信息通過轉錄和翻譯反映到具體的蛋自質結構上。） 講述：我們看控制血紅蛋白的DNA上一個堿基對改變，使得該基因脫氧核苷酸的排列順序——發(fā)生了改變（教師引導學生回答），也就是基因結構改變了，最終控制血紅蛋白的性狀也會發(fā)生改變，所以紅細胞就由圓餅狀變?yōu)殓牭稜盍恕；蚪Y構改變除了堿基對的替換，還會不會有其它可能？ （學生練習：要求學生自己寫一段。從DNA片段考慮。） 學生分析后答出DNA分子中堿基對數(shù)目的改變也會導致基因結構的改變。當DNA中堿基對增加或減少時，對性狀的表現(xiàn)有沒有影響。要求學生寫出此過程。 現(xiàn)在大家來總結基因結構的改變包括哪些變化。（回答：DNA堿基對替換、增添和缺失。） 教師作總結：基因脫氧核苷酸順序代表了遺傳信息，順序變了，遺傳信息也變了，通過轉錄、翻譯形成的蛋白質也就發(fā)生了改變，性狀自然會發(fā)生改變。可見，基因結構改變會使生物發(fā)生變異。 現(xiàn)在請大家自己來總結出基因突變的概念。 （回答：略。） 講述：基因突變是染色體的某一個位點上基因的改變，基因突變使一個基因變成它的等位基因，并且通常會引起一定的表現(xiàn)型變化。下面讓我們來看幾個基因突變的圖片（投影片）。 玉米高莖→矮莖、普通羊→短腿羊、正常人→白化病 基因突變往往產(chǎn)生了一些新性狀，這對生物有什么意義？ 由于基因突變產(chǎn)生的新性狀是生物從未有過的性狀，因此它是生物變異的根本來源，也為生物進化提供了最初的原材料。但生物的變異不只是由基因突變引起的，我們怎樣去認識由于基因突變而引起的變異？下面我們就來了解基因突變的特點。 二.基因突變的特點 先來看幾個圖片（投影片）：（正常棉花→短果枝；水稻高桿→矮桿；果蠅長翅→殘翅；家鴿羽毛白色→灰紅色；人正常色覺→色盲；正常人→白化?。? 這些圖片，有植物，動物，還有人的例子，你們認為突變有什么特點？ （可讓學生進行討論，用具體實例來說出各特點。） （回答：植物、動物和人都可能發(fā)生基因突變。） 講述：這也說明基因突變在生物界是普遍存在的。無論是低等生物，還是高等動植物以及人，都可以發(fā)生基因突變。這種突變在自然條件下發(fā)生的叫自然突變，在人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的叫誘發(fā)突變。 基因突變是發(fā)生在什么時期？哪些細胞能發(fā)生基因突變？其實基因突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期和生物體的任何細胞。我們以植物個體發(fā)育過程為例（打出投影片），個體發(fā)育的起點是受精卵，經(jīng)過分裂形成胚，種子萌發(fā)長成一個新個體，其間任何時期任何細胞都可能發(fā)生突變，大家特別注意看，葉芽和花芽部位突變以及引起突變性狀的表現(xiàn)部位。 提問：基因突變發(fā)生的時期與突變性狀的表現(xiàn)有什么關系？ （回答：突變發(fā)生的時期越早，表現(xiàn)突變的部分越多，突變發(fā)生的時期越晚，表現(xiàn)突變的部分越少。） 提問：如果突變發(fā)生在體細胞，該性狀會不會遺傳給后代？ （回答：不會，只有生殖細胞的突變才會遺傳給后代） 講述：既然任何生物發(fā)育的任何時期任何細胞都可能發(fā)生突變，那是不是突變很容易發(fā)生也會很多呢？請大家閱讀書第49頁下段的內(nèi)容。 （通過一問一答的形式明確）基因突變率很低，高等生物中大約有十萬個到一億個生殖細胞中才會有一個生殖細胞發(fā)生基因突變，低等生物，細菌、噬菌體突變頻率更低，同一種生物不同的基因突變率也不一樣。 基囪突變對生物體究竟好不好呢？大家討論一下。 （回答：有的不好。如白化病、色盲；有的好，如小麥矮桿能抗倒伏，微生物抗藥性突變等） 教師總結：基因突變絕大多數(shù)是有害的，但也有少數(shù)有利，為什么呢？因為任何一種生物都是長期進化過程的產(chǎn)物，它們與環(huán)境已經(jīng)取得了高度協(xié)調。如果發(fā)生基因突變就可能破壞這種協(xié)調關系。因此基因突變對于生物往往有害，但少數(shù)是有利的。 我們能不能只讓它進行有利的突變呢？ 這不行。因為基因突變是不定向的。一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變，產(chǎn)生一個以上的等位基因。例如（看投影片），控制小鼠毛色的灰色基因（A＋）可以突變成黃色基因（AY），也可以突變成黑色基因（a)。但是，每一個基因的突變，都不是沒有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突變能不能突變成毛的長短呢？不能（回答），只限定在色素的范圍內(nèi)，不會超出這個范圍。 （以上五點是基因突變的特點，在進行討論時，教師要適時根據(jù)具體情況引導，正確了解基因突變的特點，就能正確地認識基因突變引起的變異） 小結：這節(jié)課我們主要掌握的內(nèi)容有基因突變的概念和基因突變的特點?；蛲蛔兪怯捎贒NA分子中發(fā)生堿基對的增添，缺失或改變而引起的基因結構改變。基因突變的特點有： ①普遍性、②隨機性、③突變率低、④多數(shù)有害、⑤不定向性。 基因突變是如何產(chǎn)生的呢？ 三.基因突變的原因 引言：這些基因突變?nèi)绻窃谧匀粭l件下發(fā)生的叫——自然突變（回答），在人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的叫——誘發(fā)突變（回答）。那誘發(fā)突變的人為條件是什么？ 易誘發(fā)生物發(fā)生基因突變并提高基因突變頻率的因素有三類： 1.物理因素：包括X射線、紫外線、激光等； 2.化學因素：有亞硝酸、硫酸二乙酯等。 3.生物因素：如病毒等 下面讓我們看一段錄像片，這是我國科學工作者用人工方法處理農(nóng)作物發(fā)生基因突變的一段內(nèi)容。 提問：看了錄像片大家清楚了怎樣用各種射線和化學物質去處理生物，也看到了生物突變的具體性狀的表現(xiàn)了。你們說用這些方法誘導基因突變有什么好處？ （教師可作誘導回答：可提高突變率，創(chuàng)造人類需要的突變類型，從中選育出優(yōu)良新品種。） 講述：通過這種方法培育出的農(nóng)作物新品種，剛才大家也看到了，具抗病力強、產(chǎn)量高、品質好等優(yōu)點，黑龍江農(nóng)科院用輻射方法處理大豆，培育成黑農(nóng)五號大豆品種，含油量比原來的品種提高了2．5％，大豆產(chǎn)量提高了16％。大家看書第52頁圖，太空椒就是利用宇宙空間強烈輻射而發(fā)生基因突變培育的新品種。其實人工誘變不僅在農(nóng)作物育種上起作用，在微生物育種上也發(fā)揮了重要作用，如青霉素，最初產(chǎn)量為20單位／mL，后經(jīng)人們多次用射線等綜合處理，目前產(chǎn)量已是50 000～60 000單位／mL了，可見人工誘變對生物育種起著巨大作用。因此我們研究基因突變確實有很重要的應用價值。 其實生物變異不只是由基因突變引起的，基因重組也會造成生物變異。那么基因重組造成的生物變異又是在什么情況下發(fā)生的呢？又有什么特點呢？接下來我們就來學習基因重組。 四.基因重組 什么是基因重組呢？基因重組是控制不同性狀的基因重新組合。關于基因重組我們在前面學習自由組合定律和連鎖交換定律時已經(jīng)接觸過這方面的知識。大家先寫一下，黃色圓粒與綠色皺粒作親本雜交，產(chǎn)生后代的過程。 P 黃色圓粒X綠色皺粒 　↓ F１ 黃色圓粒 　↓ F２　黃色圓?！↑S色皺?！【G色圓?！【G色皺粒 提問：（打出此投影片，分析）F２除了黃色圓粒、綠色皺粒以外還有兩種親本所沒有的新性狀：黃色皺粒、綠色圓粒，這兩種性狀與親本相比是不是變異性狀？ （回答：是。） 提問：它們又是如何產(chǎn)生的呢？ （回答：在F１減數(shù)分裂形成配子時，控制不同性狀的基因自由組合形成的。） 要求把這個過程的染色體圖畫出來。 配子 提問：可見，基因重組可以發(fā)生在什么情況下？ （回答：減數(shù)分裂形成配子時非同源染色體上的非等位基因自由組合） 接下來我們再來寫一個遺傳圖，親本是灰身長翅和黑身殘翅，其子一代雌性個體測交，寫出測交后代的表現(xiàn)型（提示大家這兩對等位基因位于一對同源染色體上）。 P 灰身長翅X黑身殘翅 測交F１灰身長翅X黑身殘翅 測交 后代：灰身長翅　黑身殘翅　灰身殘翅　黑身長翅 提問：（打出此投影片，分析）在測交后代我們看到了有兩種類型是親本沒有的，灰身殘翅和黑身長翅。這兩種變異的性狀又是如何產(chǎn)生的呢？ （回答：控制不同性狀的基因重新組合。） 提問：是不是基因的自由組合？ （回答：不是，是基因交換的結果。） 要求學生把基因互換過程的染色體圖寫出來 （打出投影片分析）從圖上我們看到這種基因重組是發(fā)生在減數(shù)分裂四分體時期，由于同源染色體的非姐妹染色單體之間常常發(fā)生局部互換，而造成控制不同性狀的基因重新組合，（教師引導回答。） 以上是基因重組的兩種類型，我們看到這兩種類型的基因重組都是在有性生殖過程中實現(xiàn)的。在有性生殖過程中，由于父本和母本遺傳物質基礎不同，當兩者雜交時，基因重新組合，就使子代產(chǎn)生了變異，這就是基因重組造成的變異?；蛑亟M的變異又有什么特點？下面請大家閱讀書上第50頁下段的內(nèi)容。 （回答：非常豐富。） 提問：為什么基因重組形成的變異豐富？ （回答：父本和母本遺傳物質基礎不同，自身雜合性越高，二者遺傳物質基礎相差越大，基因重組產(chǎn)生的差異可能性也就越大。）（學生回答時可由教師引導完成） 講述：我們看書上給了一個數(shù)據(jù)，2１０＝1024種是說具有10對相對性狀的親本進行雜交時，只考慮自由組合引起的基因重組，F(xiàn)２可能出現(xiàn)的表現(xiàn)型。在生物體內(nèi)尤其是在高等動植物體內(nèi)控制性狀的基因數(shù)目是非常巨大的，由同源染色體的非姐妹染色革體之間的局部交換引起的基因重組在自然界中也十分常見，如果把這些因素都考慮在內(nèi)，那么生物通過有性生殖產(chǎn)生的變異就更多了。請大家舉出基因重組的例子。（回答：略） 大家舉出的例子有好多，要強調的是這些基因重組的變異必須通過有性生殖過程實現(xiàn)。豐富多彩的變異形成了生物多樣性的重要原因之一。因此對生物進化具有十分重要的意義。 教師總結：本節(jié)內(nèi)容我們用了二課時學習，要求掌握以下幾個問題： 第一，變異的兩種類型——不遺傳變異和可遺傳變異的來源。不遺傳變異僅由外界條件引起，沒有改變遺傳物質，這種變異不能遺傳。可遺傳變異是遺傳物質改變引起，它來源于基因突變、基因重組、染色體變異，是變異的主要類型。生物具有變異才可以進化。 第二，基因突變和基因重組，它們引起的變異有什么區(qū)別（可以讓學生自己歸納）？ 1．基因突變是基因內(nèi)部結構改變，它能產(chǎn)生新的基因?；蛲蛔兊倪^程發(fā)生在DNA復制時，特點是：①普遍性、②隨機性、③突變率低、④多數(shù)有害、⑤不定向性。 2．基因重組是控制不同性狀的基因重新組合，不產(chǎn)生新基因，可形成新的基因型?；蛑亟M的過程發(fā)生在有性生殖過程中，特點是：非常豐富。