視頻標簽：基因突變,基因重組

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視頻課題：福建省高中生物優質課比賽必修2第5章5.1《基因突變和基因重組》

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福建省高中生物優質課比賽人教版高中生物必修2第5章5.1《基因突變和基因重組》

基因突變和基因重組
一、教材分析
本節教學重點是基因突變。基因重組的實質，即基因的自由組合定律，已經在孟德爾的豌豆雜交實驗中作過詳細的介紹，因此在本節教學中不再列為重點內容。為了讓學生更好地理解基因突變的概念，教材不是從概念到概念，而是從實例分析入手，再歸納、總結概念。在教學過程中，教師也應遵循這種符合學生認知規律的呈現方式，從現象到概念，從宏觀到微觀來開展教學活動。
1.關于基因突變，教材選用了鐮刀型細胞貧血癥的實例，從現象開始，追根溯源，讓學生理解基因突變的根本原因是DNA分子的堿基對發生了變化。這種變化可能會導致生物體的性狀發生改變。限于篇幅，教材沒有過多地介紹鐮刀型細胞貧血癥的發現過程（具體過程參見教學案例）。
2.旁欄設置的思考題和小資料，也有助于學生加深對基因突變特點的理解。
人工誘變在育種上有重要用途，教材通過介紹我國在誘變育種方面取得的成就，對學生進行愛國主義教育。
3.教材在學生已知的知識基礎上，介紹了兩種常見的基因重組。以基因的自由組合引起的基因重組為例，闡述了基因重組對于生物進化的重要意義。
教材還把重組DNA技術作為小字內容，安排在基因重組的正文之后，以擴展學生的知識面，使學生能夠多了解一些先進的生物技術。
4.本節內容可為第七章《生物的進化》中有關現代生物進化理論的學習打下基礎�；�因重組的內容需要本章第二節中的自由組合定律與連鎖和交換定律的有關內容作基礎。。
二、學情分析
    高二學生已經學過基因和染色體關系、基因的本質、基因的表達等知識，為基因突變這一新概念的建構奠定了認知基礎。為創設問題情景，新舊知識融會貫通，形成完整的認知結構，開展探究性學習提供了可能。讓學生觀察、動手、思考和討論，適時引導、適時啟發和適時鼓勵，由淺入深，建構基因突變基本概念。
三、教學目標
1．知識目標
（1）結合實例從分子水平（堿基對替換.增添.缺失）分析基因突變發生的時間，內因，推導出基因突變概念。
（2）分析基因突變發生在體細胞和生殖細胞時對子代的影響。
（3）基因突變的產生外在原因、特點及意義。
（4 ）掌握基因重組的概念、來源、意義，會辨別不同情況下的基因重組。
2．能力目標
（1）結合減數分裂過程，學會用圖示形式表示發生基因重組的原因，培養學生的作圖和識圖能力。
（2）通過對課本中實例的分析，培養學生分析歸納總結的邏輯推理能力。
3．情感態度價值觀目標
（1）通過引導學生對鐮刀型細胞貧血癥病因的分析，讓學生體驗基因突變概念的形成過程。
（2）通過對基因突變原因及特點的邏輯論證過程，不但可以使學生懂得生物界豐富多彩的本質，還可以對學生進行辯證唯物主義的思想教育。
（3）通過基因突變與生活的聯系，使學生能形成關愛生命，熱愛生命的態度。
四、教學重難點
1．重點
（1）基因突變發生的概念、原因及特點。
（2）基因重組的來源以及減數第一次分裂后期和交叉互換后對應的的基因變化圖。
2．難點
 基因突變及基因重組的意義。
五、教學方法
針對教學內容和教學目標，選擇的教學方法為：情境教學法、問題教學法、學生分析歸納法。
教學流程大體為：提出問題──觀察現象──分析探索──得出結論。 
六、課時安排     1課時
七、教學過程
       情景導入：世界地圖——地中海——地中海貧血癥，簡介發現的科學史，癥狀由什么決定？
資料呈現：1910年，一位美國黑人青年由于發燒和肌肉疼痛到醫院看病，醫生檢查發現，他患的是當時人們尚未認識的一種特殊的貧血病──鐮刀型細胞貧血癥。（附正常紅細胞和異常紅細胞的圖片）
       教師闡述:我們知道，正常人的紅細胞是圓餅狀的，而鐮刀型細胞貧血癥患者的紅細胞卻是彎曲鐮刀狀的。這樣的紅細胞容易破裂，使人患溶血性貧血，嚴重時會導致死亡。這種病是怎樣形成的呢？我們一起來探究。
       教師多媒體呈現：血紅蛋白分子的部分氨基酸順序
       正常……纈氨酸—組氨酸—亮氨酸—蘇氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—賴氨酸—
       異常……纈氨酸—組氨酸—亮氨酸—蘇氨酸—脯氨酸—纈氨酸—谷氨酸—賴氨酸—
       學習任務：找出鐮刀型細胞貧血癥患者血紅蛋白分子異常的原因。
 學生根據密碼子表，按中心法則逆推，找出鐮刀型細胞貧血癥病因
       學生對比回答：谷氨酸被纈氨酸替換。
       學生借助學案和密碼子表分析推測相應的DNA分子的堿基片段發生了什么變化？
       學生分析后回答：T//A 被 A//T取代。
教師總結：直接原因：蛋白質中氨基酸被替換
                       根本原因：堿基對替換
 
       【設計意圖】
 1、基因突變的概念：DNA分子中發生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結構的改變。
2、實質：基因結構的改變
3、發生時期：細胞分裂間期（有絲分裂、減數第一次分裂前的間期）
教師布置課下進一步探究任務：是不是增添或缺失的堿基對越多對性狀影響越大呢？
【設計意圖】以科學是史為情境導入，生動且能調動已學知識解決問題，通過中心法則，使學生增加基因對性狀控制的認識。模型的構建過程，充分發揮了直觀教學的作用，學生們在親身實踐中發現了基因突變發生的幾種情況，突破了這個抽象的概念，并利用了前面轉錄和翻譯的知識來解決分析了基因突變的幾種情況對性狀的影響。
 
思考：基因突變一定可以遺傳給后代么？
學生結合有性生殖知識總結出：基因突變若發生在配子中，將會遺傳給后代，發生在體細胞中的基因突變，一般是不能夠遺傳的。（教師補充：發生在植物體細胞中的基因突變，如何能夠遺傳？---無性繁殖、營養繁殖）
教師引出：突變后一定會引起生物性狀的改變么？
學生分析學案中發生以下情況是否還有引起鐮刀型細胞貧血癥呢？ 

 
學生合作:轉錄寫出密碼子并查密碼子表得出兩種密碼子決定的都是谷氨酸，不會引起性狀改變。
教師點撥：由于一種氨基酸可能有幾種密碼子，這一現象稱做密碼子簡并，以致DNA分子堿基對的替換不一定會導致生物性狀的變化。
 【設計意圖】通過小組討論和分析，讓學生們發現問題并結合以前的知識來解決現在的問題，提高了學生分析解決問題的能力和自我獲取知識的能力。
引入下一知識內容：如果人體某些細胞基因突變，有可能發展為癌細胞。癌癥就是原癌基因與抑癌基因的突變逐漸積累的結果。
設置問題情境：在生活中有什么因素容易引發癌癥，從而發生基因突變呢？
學生思考、討論、舉例說明：
物理因素：在強日光照射下容易得皮膚癌；在醫院放射室工作的醫生容易得癌癥等
化學因素：咸菜等腌制食品必須檢測亞硝酸鹽的含量，亞硝酸鹽含量過多可能會致癌等)
教師總結誘發基因突變的因素：
4、外因：   ①物理因素：紫外線、X射線、激光等
                ②化學因素：亞硝酸鹽、堿基類似物等
                ③生物因素：某些病毒、細菌的代謝產物等
內因： DNA復制過程中出錯。
【設計意圖】通過分析引起基因突變的外部原因培養學生正確的生活態度，珍惜愛護生命。
教師提問：基因突變的特點有哪些？
學生閱讀學案上資料：
資料1：
自然界中，流感病毒可分為甲、乙、丙三型；肺炎雙球菌的種類有有莢膜和無莢膜類型；豌豆種子的圓滑和皺縮；番茄的紅果和黃果；小麥的高桿和矮桿；果蠅的白眼和紅眼；雞的玫瑰冠和單冠；兔的白毛和黑毛；正常綿羊和短腿安康羊；正常人和白化病病人等。
教師提示：注意觀察以上展示的相對性狀發生在什么生物上？例子中列舉了病毒、細菌、動植物和人的一些相對性狀，說明以上的生物體都有可能發生基因突變，基因突變在生物界中是廣泛存在的。
師生共同總結：基因突變的第一個特征：普遍性
 
資料2：
基因突變可以發生在生物個體發育的任何時期；可以發生在細胞內不同的DNA分子上；同一DNA分子的不同部位。
 學生閱讀材料，總結出基因突變的第二個特征：隨機性
 
資料3：       
以基因A為例，它不但可以突變成為a₁，而且還可能突變為a₂、a₃等一系列的等位基因。如:控制小鼠毛色的基因可以突變成黃色基因，也可以突變成黑色基因。
學生分析、討論，教師總結、拓展：基因的突變方向并不確定，基因與其一系列的等位基因之間的關系，是可以相互轉化的。
 
教師畫出黑板圖：

師生共同小結基因突變的第二個特點：不定向性
資料4：幾種生物不同基因的自然突變率

生物名稱	突變類型	突變頻率	單 位
大腸桿菌	組氨酸缺陷型	2×10 —6	每個配子的突變頻率
玉米	皺縮種子	1×10 —5	每個配子的突變頻率
果蠅	白眼	4×10 — 5	每個配子的突變頻率
小鼠	粉紅色眼	3．5×10 —6	每個配子的突變頻率
人	軟骨發育不全	5×10 — 5	每個配子的突變頻率

 
教師提示：以上表格中各種生物的突變頻率的數量級在什么范圍？
學生分析：各種生物的突變頻率的數量級別在10^—5到10^—6，說明頻率極低。
師生共同歸納：基因突變的第三個特征：低頻性
設置問題情景，引導學生思考、分析：生物發生基因突變以后的性狀對生物的生存有何影響？
展示4個幻燈片，引導探究：殘翅果蠅 、短腿安康羊、白化病病人、鐮刀型細胞貧血癥的患者圖片。
教師提示：任何一種生物都是長期進化過程的產物，它們與環境條件之間已經取得了高度的協調。如果發生基因突變，就有可能破壞這種協調關系，所以基因突變一般是對生物的生存是有害的。
師生共同歸納：基因突變多害少利性。
設置問題情景，引導學生思考、分析：生物發生的基因突變一般是利少害多，這是絕對的嗎？
學生拓展思維訓練，閱讀資料，分析問題：
 
材料5：非洲是瘧疾猖獗的地區。瘧疾是一種經按蚊傳播而引起的寄生蟲病，惡性瘧疾發病常侵犯內臟，嚴重者或醫治不及時會引起病人的死亡。鐮刀型貧血癥是一種溶血性貧血癥，嚴重時會導致死亡，在非洲黑人中發病率最高，是一種在20世紀才被人們發現的常染色體隱性遺傳病。在非洲具有鐮刀型細胞貧血癥突變基因的個體（即雜合體）不表現鐮刀型貧血癥的癥狀，因為該個體能同時合成正常和異常的血紅蛋白，但卻對瘧疾具有較強的抵抗力。
師生共同總結歸納：基因突變而產生的性狀對生物生存的有害或有利是相對而言的，應視環境條件而定。
提出思考題：既然突變一般利少害多，自然條件下基因突變的頻率很低，基因突變能否成為生物的進化提供原材料呢？
 
資料6：在適宜的條件下，生長1～2天的大腸桿菌培養物的濃度約為每毫升10 ⁹個細胞，DNA復制的錯誤率約為10^{— 9}，也就是每連接10 ⁹ 個核苷酸才可能發生一個錯誤。在含有10 ⁹ 個細胞的培養物中，由于DNA的差錯就可能發生幾百萬個突變，可能包含大腸桿菌基因的上千種變異形式。
 
學生分析：基因突變頻率低是針對個體水平而言，但在進化時，并不是考慮生物個體。
教師總結：一個物種在漫長的進化歷程中，由許多個體構成物種，在物種這個水平上，生物發生的基因突變是不少的，其中也有不少的有利變異，這對于生物的進化是很有意義的。
教師提問：普遍發生的基因突變有何意義？
引導學生思考、分析：
①基因突變能產生新基因嗎?
②新基因的產生對生物生存有意義嗎？
③自然環境會選擇哪個個體留存下來？
④基因突變對生物進化有何意義？
學生思考回答：
6、基因突變的意義：基因突變是新基因產生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。
教師點撥：基因突變是新基因產生的途徑這個意義。
 【設計意圖】通過閱讀資料獲取有用的信息，創設問題情境引導學生通過自主學習和小組合作來總結歸納出基因突變的特點和意義。
 
導入：（呈現水毛茛圖片），為什么在水中和空氣中，葉片的形狀差距這么大呢？這種變異可以遺傳么？如果是遺傳物質改變，會不會遺傳給后代呢？
 學生活動：學生觀察分析，說出環境引起的是不可以遺傳的變異，而遺傳物質的改變一般可以遺傳的變異。
教師點撥總結：變異分為不可遺傳的變異和可遺傳的變異，（教師點撥）：可遺傳的變異包括基因重組、基因突變和染色體變異。這節課我們來探討基因突變和基因重組這兩種變異。
（二）基因重組
教師活動：多媒體呈現多幅圖片
圖片1：“一母生九子，連母十個樣”
1、基因重組：是指在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。
教師問：那么，基因重組是如何實現的呢？（出示減數分裂的圖片和學案上設計的交叉互換圖）
學生任務：重溫基因的自由組合定律及減數分裂的知識，完成學案上交叉互換后的基因重新組合情況，歸納產生基因重組原因。
2、基因重組的來源
（1）減數第一次分裂時非同源染色體上的非等位基因的自由組合
（2）減數第一次分裂時非姐妹染色單體上等位基因的交叉互換
 設置問題情景：如何理解人群中個體性狀是多種多樣的？（多媒體出示擁擠的人群）
人的體細胞中有23對染色體，請你根據自由組合定律計算，一位父親可能產生多少種染色體組成不同的精子，一位母親可能產生多少子種染色體組成不同的卵細胞？
 學生任務：計算、分析后得到都是2 ²³ 種。
 指導學生通過計算總結：
3、基因重組的意義：可以產生多種多樣的基因組合的子代，其中有一些子代有含有適應某種環境變化的基因組合。因此，基因重組是形成生物多樣性的來源之一，對生物進化具有重要意義。
 【設計意圖】通過生動的圖片和身邊的人（我和本班同學的照片）的真實照片來導入新課的學習，學生們非常感興趣。并且我做了大膽地內容調整，把同學們已經有一定知識基礎的可遺傳變異基因重組放到基因突變這個知識點之前進行學習，學生們由自由組合定律和減數分裂的熟悉的知識入手，可以迅速地理解掌握基因重組這個知識，然后就可以集中花大部分時間在基因突變這個知識的學習上了。
 
課堂總結：我們學習了兩種可遺傳變異，它們有何異同呢？列表對比：
基因突變和基因重組的比較

項目	基因突變	基因重組
本質
發生時期
發生原因
意義

     
 
八、板書設計
5．1基因突變和基因重組
一、基因突變
1、基因突變的概念
2、實質：基因結構的改變
3、發生時期：細胞分裂間期（有絲分裂、減數第一次分裂前的間期）
4、基因突變的原因 
 誘變因素的種類

• 理因素：紫外線、X射線、激光等
• 化學因素：亞硝酸鹽、堿基類似物等

  ③生物因素：某些病毒、細菌的代謝產物等
 5、基因突變的特點
普遍性、隨機性、不定向性、自然狀態下基因突變的頻率很低、多害少利性
6、基因突變的意義
基因突變是新基因產生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。
 
一、基因重組
1、概念：在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合
2、產生的原因
（1）減數第一次分裂時非同源染色體上的非等位基因的自由組合
（2）減數第一次分裂時非姐妹染色單體上等位基因的交叉互換
3、基因重組的意義
 基因重組是生物變異的來源之一，對生物的進化具有重要的意義。
九、教學反思
 建構主義學習理論認為：在學習的過程中，獲得知識的多少取決于學習者根據經驗去建構有關知識的能力，而不取決于學習者記憶和背誦教師講授內容的能力。對知識的真正理解只能是學習者自身基于自身的經驗背景建構起來的。要想讓學生獲得更多、更牢固的知識，必須調動學生的積極性，讓其主動探索、體驗，僅僅依靠語言的傳遞是不夠的。生物學科屬于自然科學學科，在學習的過程中，根據新課標要求，要積極倡導探究式學習，從而提高學生的學習能力，培養研究精神。本節知識非常抽象，在學習時一定注意從現象開始，追根溯源，聯系所學過的有關知識去理解基因突變這個概念。
 （1）在學習基因突變時，重點是帶領學生學習基因突變的基本概念，研究內涵即基因結構的改變，外延是堿基對的增添、缺失和替換。結合基因的結構和基因對性狀控制的相關知識，教師以多種多樣的教學方式讓學生自己研究基因突變是否一定會帶來性狀的改變。 在學習基因突變的本質時，要聯系DNA復制和基因表達的有關知識。在DNA復制過程中，DNA分子的解旋使堿基對暴露，因而使堿基對易發生替換、增添或缺失引起基因突變。突變后的基因成為一個新的基因，即原基因的等位基因。該基因在表達時，由于引起mRNA上密碼子的改變使組成蛋白質的氨基酸種類和數目都可能發生變化，生物體的性狀也可能發生改變。但由于一種氨基酸有多種密碼子，所以基因發生突變后，所編碼的氨基酸也可能不發生改變。
（2）在學習基因重組的概念時，應聯系減數分裂的染色體變化。同時注意與基因突變進行比較，可采用列表方式，使兩種變異之間的區別與聯系更加清晰。
 
 

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