《基因突变重组》教学设计

一、教学目标

1．举例说明基因突变的概念、特点和原因。

2．举例说明基因重组。

3．说出基因突变和基因重组的意义。

二、教学重难点

（一）教学重点

1．基因突变的概念和特点。

2．基因重组的原因。

（二）教学难点

基因突变的概念，基因突变和基因重组的意义。

三、教学用具：多媒体辅助教室  导学案

四、教学教法：“问题—探究”法

五、教学过程：

导入：回顾遗传和变异的概念，展示图片（一猪生九仔，连母十个样），这幅图片体现了生物遗传的现象吗？他的后代发生了变异吗？既然通过DNA的复制，遗传物质可以稳定的传递给后代，那后代为什么又会和亲代表现出一定差别呢？在繁殖过程当中，基因本身会不会发生改变？染色体的整体或者局部又会不会增加后减少呢？这些都是我们第五章将要介绍的内容。

（回答：生物的变异有的不能遗传，有的可以遗传。）

讲述：分析表现型与基因型的关系，引出生物的变异有两种类型及如何判定。（可遗传变异和不可遗传变异）。可遗传的变异是生物变异的主要类型。它的来源主要有三方面：基因突变、基因重组和染色体变异。

那么，什么是基因突变？基因突变是怎么产生的？又怎么导致生物变异呢？

    讲述：在问题探讨中给出了一个非常形象的比喻，这也是我们在座的很多同学会犯的错误，有些同学在抄写英文句子时，由于比较粗心，会将某个字母抄错，甚至会漏抄某个单词，这样就会导致整个句子的意思发生改变，当然有的时候对句子的意思改变不大，有的时候改变比较明显。

    现在，请同学们将整个句子想像成一个DNA分子，而每个字母则想象成DNA分子中的碱基对，在DNA分子复制是，也有模板，并按照碱基互补配对的方式进行，但是类似刚才这样的错误会不会发生呢？

    当然也会，我们把由于这种错误引起的变异叫做基因突变。像人类很多的遗传病都是由于基因突变引起的，比如说镰刀型细胞贫血症。

一.基因突变的实例

提问：从片子中我们看到正常红细胞是什么形状？有什么功能？

（回答：圆饼形状，运输氧气功能。）

提问：镰刀型细胞贫血症的红细胞呈镰刀状，对功能的完成有没有影响？

（回答：有，运氧气能力降低，易破裂溶血造成贫血，严重时会导致死亡。）

讲述：那么又是什么原因使正常红细胞变成镰刀型红细胞？分子生物学研究表明是基因突变的结果。让我们来看镰刀型细胞贫血症病因的图解（看幻灯片）。

大家知道，性状是由蛋白质来体现的，我们先来看正常血红蛋白与镰刀型血红蛋白的氨基酸的组成。

提问：两者有什么区别？

（回答：正常的是谷氨酸，异常的是缬氨酸）

提问：氨基酸是由什么决定的？

（回答：由信使RNA上的密码子决定的。）

提问：构成信使RNA上的密码子的那些碱基又是由什么决定的呢？

（回答：由DNA上的碱基决定的。）

提问：大家来比较一下正常与异常的DNA，它们的区别在哪里？

（回答：一个碱基对的改变。）

提问： DNA上一个碱基对发生了改变，最终导致了镰刀型细胞贫血症。我们知道性状是由基因控制的，基因是怎么来决定性状的？

（回答：基因是由脱氧核苷酸组成的，脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息，基因控制生物性状就是要把特定的遗传信息通过转录和翻译反映到具体的蛋自质结构上。）

讲述：我们看控制血红蛋白的DNA上一个碱基对改变，使得该基因脱氧核苷酸的排列顺序——发生了改变（教师引导学生回答），也就是基因结构改变了，最终控制血红蛋白的性状也会发生改变，所以红细胞就由圆饼状变为镰刀状了。基因结构改变除了碱基对的替换，还会不会有其它可能？

（学生练习：要求学生自己写一段。从DNA片段考虑。）

学生分析后答出DNA分子中碱基对数目的改变也会导致基因结构的改变。当DNA中碱基对增加或减少时，对性状的表现有没有影响。要求学生写出此过程。

现在大家来总结基因结构的改变包括哪些变化。（回答：DNA碱基对替换、增添和缺失。）

教师作总结：基因脱氧核苷酸顺序代表了遗传信息，顺序变了，遗传信息也变了，通过转录、翻译形成的蛋白质也就发生了改变，性状自然会发生改变。可见，基因结构改变会使生物发生变异。

现在请大家自己来总结出基因突变的概念。

1、概念：（略）

提问：发生了基因蜕变后的基因与原来的基因相同吗？

2、突变的结果：形成新的基因（等位基因）

提问：引起基因突变的原因是什么呢？请同学们阅读81页最后一自然段，归纳出引起基因突变的内因和外因。

3基因突变的原因：

外因：1.物理因素：包括X射线、紫外线、激光等；

2.化学因素：有亚硝酸、硫酸二乙酯等。

3.生物因素：如病毒等      

内因：DNA复制过程中基因内部脱氧核苷酸的种类、数量或排列顺序发生局部的改变

4、基因突变的特点

先来看几个图片（投影片）：（正常棉花→短果枝；水稻高杆→矮杆；果蝇长翅→残翅；家鸽羽毛白色→灰红色；人正常色觉→色盲；正常人→白化病）

这些图片，有植物，动物，还有人的例子，你们认为突变有什么特点？

（可让学生进行讨论，用具体实例来说出各特点。）

（回答：植物、动物和人都可能发生基因突变。）

讲述：这也说明基因突变在生物界是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等动植物以及人，都可以发生基因突变。这种突变在自然条件下发生的叫自然突变，在人为条件下诱发产生的叫诱发突变。

基因突变是发生在什么时期？哪些细胞能发生基因突变？其实基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。我们以植物个体发育过程为例（打出投影片），个体发育的起点是受精卵，经过分裂形成胚，种子萌发长成一个新个体，其间任何时期任何细胞都可能发生突变，大家特别注意看，叶芽和花芽部位突变以及引起突变性状的表现部位。

提问：基因突变发生的时期与突变性状的表现有什么关系？

（回答：突变发生的时期越早，表现突变的部分越多，突变发生的时期越晚，表现突变的部分越少。）

提问：如果突变发生在体细胞，该性状会不会遗传给后代？

（回答：不会，只有生殖细胞的突变才会遗传给后代）

讲述：既然任何生物发育的任何时期任何细胞都可能发生突变，那是不是突变很容易发生也会很多呢？

（通过一问一答的形式明确）基因突变率很低，高等生物中大约有十万个到一亿个生殖细胞中才会有一个生殖细胞发生基因突变，低等生物，细菌、噬菌体突变频率更低，同一种生物不同的基因突变率也不一样。

基因突变对生物体究竟好不好呢？大家讨论一下。

（回答：有的不好。如白化病、色盲；有的好，如小麦矮杆能抗倒伏，微生物抗药性突变等）

教师总结：基因突变绝大多数是有害的，但也有少数有利，为什么呢？因为任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境已经取得了高度协调。如果发生基因突变就可能破坏这种协调关系。因此基因突变对于生物往往有害，但少数是有利的。

提问：我们能不能只让它进行有利的突变呢？

这不行。因为基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。例如（看投影片），控制小鼠毛色的灰色基因（A＋）可以突变成黄色基因（AY），也可以突变成黑色基因（a)。但是，每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突变能不能突变成毛的长短呢？不能（回答），只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。

（以上五点是基因突变的特点，在进行讨论时，教师要适时根据具体情况引导，正确了解基因突变的特点，就能正确地认识基因突变引起的变异）

小结：这节课我们主要掌握的内容有基因突变的概念和基因突变的特点。基因突变是由于DNA分子中发生碱基对的增添，缺失或改变而引起的基因结构改变。基因突变的特点有：

①普遍性、②随机性、③突变率低、④多数有害、⑤不定向性。

基因突变是如何产生的呢？

5、基因突变的意义

提问：基因突变往往产生了一些新性状，这对生物有什么意义？

由于基因突变产生的新性状是生物从未有过的性状，因此它是生物变异的根本来源，也为生物进化提供了最初的原材料。

二、基因重组

大家先观看黄色圆粒与绿色皱粒作亲本杂交实验过程。

P 黄色圆粒X绿色皱粒

↓

F１ 黄色圆粒

↓

F２　黄色圆粒　黄色皱粒　绿色圆粒　绿色皱粒

提问：F2发生了变异吗？原因？

提问：（打出此投影片，分析）F２除了黄色圆粒、绿色皱粒以外还有两种亲本所没有的新性状：黄色皱粒、绿色圆粒，这两种性状与亲本相比是不是变异性状？

（回答：是。）

提问：它们又是如何产生的呢？

（回答：在F１减数分裂形成配子时，控制不同性状的基因自由组合形成的。）

1、概念：在生物进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合。

提问：非等位基因从其在染色体上的位子分布上看有几种类型？

（回答：两种，位于非同源染色体上的非等位基因和同源染色体上的非等位基因

提问：这两种类型的非等位基因分别通过什么方式重组？

（回答：减数分裂后期非同源染色体上的非等位基因自由组合和四分体时期交叉互换。

（打出投影片分析）从图上我们看到这种基因重组是发生在减数分裂四分体时期，由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部互换，而造成控制不同性状的基因重新组合，（教师引导回答。）以上是基因重组的两种类型，我们看到这两种类型的基因重组都是在有性生殖过程中实现的。在有性生殖过程中，由于父本和母本遗传物质基础不同，当两者杂交时，基因重新组合，就使子代产生了变异，这就是基因重组造成的变异。

2、类型；教师归纳（略）

3、特点：

基因重组的变异又有什么特点？

（回答：非常丰富。）

提问：为什么基因重组形成的变异丰富？

（回答：父本和母本遗传物质基础不同，自身杂合性越高，二者遗传物质基础相差越大，基因重组产生的差异可能性也就越大。）（学生回答时可由教师引导完成）

讲述：我们看书上给了一个数据，2１０＝1024种是说具有10对相对性状的亲本进行杂交时，只考虑自由组合引起的基因重组，F２可能出现的表现型。在生物体内尤其是在高等动植物体内控制性状的基因数目是非常巨大的，由同源染色体的非姐妹染色革体之间的局部交换引起的基因重组在自然界中也十分常见，如果把这些因素都考虑在内，那么生物通过有性生殖产生的变异就更多了。请大家举出基因重组的例子。（回答：略）

4、意义：丰富多彩的变异形成了生物多样性的重要原因之一。因此对生物进化具有十分重要的意义。

教师总结：本节要求掌握以下几个问题：

第一，变异的两种类型——不遗传变异和可遗传变异的来源。不遗传变异仅由外界条件引起，没有改变遗传物质，这种变异不能遗传。可遗传变异是遗传物质改变引起，它来源于基因突变、基因重组、染色体变异，是变异的主要类型。生物具有变异才可以进化。

第二，基因突变和基因重组，它们引起的变异有什么区别（可以让学生自己归纳）？

1．基因突变是基因内部结构改变，它能产生新的基因。基因突变的过程发生在DNA复制时，特点是：①普遍性、②随机性、③突变率低、④多数有害、⑤不定向性。

2．基因重组是控制不同性状的基因重新组合，不产生新基因，可形成新的基因型。基因重组的过程发生在有性生殖过程中，特点是：非常丰富。

作业布置：

1、基因突变中的替换、缺失和增添哪种变化对生物的影响最小?

2、基因突变一定会改变生物的性状吗？

3、基因突变的普遍性和低频性是否矛盾？

六、板书设计

一、基因突变：

1、概念：

2、基因突变的结果:产生新的基因（等位基因）

3、基因突变的原因：（1）内因   （2）外因

4、基因突变的特点：

①普遍性      ②随机性     ③低频性（突变率低）

④多害少利性  ⑤不定向性

5、基因突变的意义：基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。

二、基因重组：

1．概念： 

2．类型：（1）减数第一次分裂后期同源染色体分离的同时非同源染色体上的非等位基因自由组合；（2）减数第一次分裂形成四分体时期，同源染色体上的等位基因有时随非姐妹染色单体的交换而发生交换。

3．意义：基因重组是生物变异的来源之一，有利于生物的进化。