www.ks5u.com
基因突变和基因重组
福州四中 郑琳
一、教材分析
本节教学重点是基因突变。基因重组的实质，即基因的自由组合定律，已经在孟德尔的豌豆杂交实验中作过详细的介绍，因此在本节教学中不再列为重点内容。为了让学生更好地理解基因突变的概念，教材不是从概念到概念，而是从实例分析入手，再归纳、总结概念。在教学过程中，教师也应遵循这种符合学生认知规律的呈现方式，从现象到概念，从宏观到微观来开展教学活动。
1.关于基因突变，教材选用了镰刀型细胞贫血症的实例，从现象开始，追根溯源，让学生理解基因突变的根本原因是DNA分子的碱基对发生了变化。这种变化可能会导致生物体的性状发生改变。限于篇幅，教材没有过多地介绍镰刀型细胞贫血症的发现过程（具体过程参见教学案例）。
2.旁栏设置的思考题和小资料，也有助于学生加深对基因突变特点的理解。
人工诱变在育种上有重要用途，教材通过介绍我国在诱变育种方面取得的成就，对学生进行爱国主义教育。
3.教材在学生已知的知识基础上，介绍了两种常见的基因重组。以基因的自由组合引起的基因重组为例，阐述了基因重组对于生物进化的重要意义。
教材还把重组DNA技术作为小字内容，安排在基因重组的正文之后，以扩展学生的知识面，使学生能够多了解一些先进的生物技术。
4.本节内容可为第七章《生物的进化》中有关现代生物进化理论的学习打下基础。基因重组的内容需要本章第二节中的自由组合定律与连锁和交换定律的有关内容作基础。。
二、学情分析
高二学生已经学过基因和染色体关系、基因的本质、基因的表达等知识，为基因突变这一新概念的建构奠定了认知基础。为创设问题情景，新旧知识融会贯通，形成完整的认知结构，开展探究性学习提供了可能。让学生观察、动手、思考和讨论，适时引导、适时启发和适时鼓励，由浅入深，建构基因突变基本概念。
三、教学目标
1．知识目标
（1）结合实例从分子水平（碱基对替换.增添.缺失）分析基因突变发生的时间，内因，推导出基因突变概念。
（2）分析基因突变发生在体细胞和生殖细胞时对子代的影响。
（3）基因突变的产生外在原因、特点及意义。
（4 ）掌握基因重组的概念、来源、意义，会辨别不同情况下的基因重组。
2．能力目标
（1）结合减数分裂过程，学会用图示形式表示发生基因重组的原因，培养学生的作图和识图能力。
（2）通过对课本中实例的分析，培养学生分析归纳总结的逻辑推理能力。
3．情感态度价值观目标
（1）通过引导学生对镰刀型细胞贫血症病因的分析，让学生体验基因突变概念的形成过程。
（2）通过对基因突变原因及特点的逻辑论证过程，不但可以使学生懂得生物界丰富多彩的本质，还可以对学生进行辩证唯物主义的思想教育。
（3）通过基因突变与生活的联系，使学生能形成关爱生命，热爱生命的态度。
四、教学重难点
1．重点
（1）基因突变发生的概念、原因及特点。
（2）基因重组的来源以及减数第一次分裂后期和交叉互换后对应的的基因变化图。
2．难点
基因突变及基因重组的意义。
五、教学方法
针对教学内容和教学目标，选择的教学方法为：情境教学法、问题教学法、学生分析归纳法。
教学流程大体为：提出问题──观察现象──分析探索──得出结论。
六、课时安排 1课时
七、教学过程
情景导入：世界地图——地中海——地中海贫血症，简介发现的科学史，症状由什么决定？
资料呈现：1910年，一位美国黑人青年由于发烧和肌肉疼痛到医院看病，医生检查发现，他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血病──镰刀型细胞贫血症。（附正常红细胞和异常红细胞的图片）
教师阐述:我们知道，正常人的红细胞是圆饼状的，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲镰刀状的。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。这种病是怎样形成的呢？我们一起来探究。
教师多媒体呈现：血红蛋白分子的部分氨基酸顺序
正常……缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—赖氨酸—
异常……缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—缬氨酸—谷氨酸—赖氨酸—
学习任务：找出镰刀型细胞贫血症患者血红蛋白分子异常的原因。
学生根据密码子表，按中心法则逆推，找出镰刀型细胞贫血症病因
学生对比回答：谷氨酸被缬氨酸替换。
学生借助学案和密码子表分析推测相应的DNA分子的碱基片段发生了什么变化？
学生分析后回答：T//A 被 A//T取代。
教师总结：直接原因：蛋白质中氨基酸被替换
根本原因：碱基对替换
【设计意图】
1、基因突变的概念：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。
2、实质：基因结构的改变
3、发生时期：细胞分裂间期（有丝分裂、减数第一次分裂前的间期）
教师布置课下进一步探究任务：是不是增添或缺失的碱基对越多对性状影响越大呢？
【设计意图】以科学是史为情境导入，生动且能调动已学知识解决问题，通过中心法则，使学生增加基因对性状控制的认识。模型的构建过程，充分发挥了直观教学的作用，学生们在亲身实践中发现了基因突变发生的几种情况，突破了这个抽象的概念，并利用了前面转录和翻译的知识来解决分析了基因突变的几种情况对性状的影响。
思考：基因突变一定可以遗传给后代么？
学生结合有性生殖知识总结出：基因突变若发生在配子中，将会遗传给后代，发生在体细胞中的基因突变，一般是不能够遗传的。（教师补充：发生在植物体细胞中的基因突变，如何能够遗传？---无性繁殖、营养繁殖）
教师引出：突变后一定会引起生物性状的改变么？
学生分析学案中发生以下情况是否还有引起镰刀型细胞贫血症呢？
学生合作:转录写出密码子并查密码子表得出两种密码子决定的都是谷氨酸，不会引起性状改变。
教师点拨：由于一种氨基酸可能有几种密码子，这一现象称做密码子简并，以致DNA分子碱基对的替换不一定会导致生物性状的变化。
【设计意图】通过小组讨论和分析，让学生们发现问题并结合以前的知识来解决现在的问题，提高了学生分析解决问题的能力和自我获取知识的能力。
引入下一知识内容：如果人体某些细胞基因突变，有可能发展为癌细胞。癌症就是原癌基因与抑癌基因的突变逐渐积累的结果。
设置问题情境：在生活中有什么因素容易引发癌症，从而发生基因突变呢？
学生思考、讨论、举例说明：
物理因素：在强日光照射下容易得皮肤癌；在医院放射室工作的医生容易得癌症等
化学因素：咸菜等腌制食品必须检测亚硝酸盐的含量，亚硝酸盐含量过多可能会致癌等)
教师总结诱发基因突变的因素：
4、外因： ①物理因素：紫外线、X射线、激光等
②化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等
③生物因素：某些病毒、细菌的代谢产物等
内因： DNA复制过程中出错。
【设计意图】通过分析引起基因突变的外部原因培养学生正确的生活态度，珍惜爱护生命。
教师提问：基因突变的特点有哪些？
学生阅读学案上资料：
资料1：
自然界中，流感病毒可分为甲、乙、丙三型；肺炎双球菌的种类有有荚膜和无荚膜类型；豌豆种子的圆滑和皱缩；番茄的红果和黄果；小麦的高杆和矮杆；果蝇的白眼和红眼；鸡的玫瑰冠和单冠；兔的白毛和黑毛；正常绵羊和短腿安康羊；正常人和白化病病人等。
教师提示：注意观察以上展示的相对性状发生在什么生物上？例子中列举了病毒、细菌、动植物和人的一些相对性状，说明以上的生物体都有可能发生基因突变，基因突变在生物界中是广泛存在的。
师生共同总结：基因突变的第一个特征：普遍性
资料2：
基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上；同一DNA分子的不同部位。
学生阅读材料，总结出基因突变的第二个特征：随机性
资料3：
以基因A为例，它不但可以突变成为a1，而且还可能突变为a2、a3等一系列的等位基因。如:控制小鼠毛色的基因可以突变成黄色基因，也可以突变成黑色基因。
学生分析、讨论，教师总结、拓展：基因的突变方向并不确定，基因与其一系列的等位基因之间的关系，是可以相互转化的。
教师画出黑板图：
师生共同小结基因突变的第二个特点：不定向性
资料4：几种生物不同基因的自然突变率
生物名称
突变类型
突变频率
单 位
大肠杆菌
组氨酸缺陷型
2×10 —6
每个配子的突变频率
玉米
皱缩种子
1×10 —5
每个配子的突变频率
果蝇
白眼
4×10 — 5
每个配子的突变频率
小鼠
粉红色眼
3．5×10 —6
每个配子的突变频率
人
软骨发育不全
5×10 — 5
每个配子的突变频率
教师提示：以上表格中各种生物的突变频率的数量级在什么范围？
学生分析：各种生物的突变频率的数量级别在10—5到10—6，说明频率极低。
师生共同归纳：基因突变的第三个特征：低频性
设置问题情景，引导学生思考、分析：生物发生基因突变以后的性状对生物的生存有何影响？
展示4个幻灯片，引导探究：残翅果蝇 、短腿安康羊、白化病病人、镰刀型细胞贫血症的患者图片。
教师提示：任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境条件之间已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系，所以基因突变一般是对生物的生存是有害的。
师生共同归纳：基因突变多害少利性。
设置问题情景，引导学生思考、分析：生物发生的基因突变一般是利少害多，这是绝对的吗？
学生拓展思维训练，阅读资料，分析问题：
材料5：非洲是疟疾猖獗的地区。疟疾是一种经按蚊传播而引起的寄生虫病，恶性疟疾发病常侵犯内脏，严重者或医治不及时会引起病人的死亡。镰刀型贫血症是一种溶血性贫血症，严重时会导致死亡，在非洲黑人中发病率最高，是一种在20世纪才被人们发现的常染色体隐性遗传病。在非洲具有镰刀型细胞贫血症突变基因的个体（即杂合体）不表现镰刀型贫血症的症状，因为该个体能同时合成正常和异常的血红蛋白，但却对疟疾具有较强的抵抗力。
师生共同总结归纳：基因突变而产生的性状对生物生存的有害或有利是相对而言的，应视环境条件而定。
提出思考题：既然突变一般利少害多，自然条件下基因突变的频率很低，基因突变能否成为生物的进化提供原材料呢？
资料6：在适宜的条件下，生长1～2天的大肠杆菌培养物的浓度约为每毫升10 9个细胞，DNA复制的错误率约为10— 9，也就是每连接10 9 个核苷酸才可能发生一个错误。在含有10 9 个细胞的培养物中，由于DNA的差错就可能发生几百万个突变，可能包含大肠杆菌基因的上千种变异形式。
学生分析：基因突变频率低是针对个体水平而言，但在进化时，并不是考虑生物个体。
教师总结：一个物种在漫长的进化历程中，由许多个体构成物种，在物种这个水平上，生物发生的基因突变是不少的，其中也有不少的有利变异，这对于生物的进化是很有意义的。
教师提问：普遍发生的基因突变有何意义？
引导学生思考、分析：
①基因突变能产生新基因吗?
②新基因的产生对生物生存有意义吗？
③自然环境会选择哪个个体留存下来？
④基因突变对生物进化有何意义？
学生思考回答：
6、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。
教师点拨：基因突变是新基因产生的途径这个意义。
【设计意图】通过阅读资料获取有用的信息，创设问题情境引导学生通过自主学习和小组合作来总结归纳出基因突变的特点和意义。
导入：（呈现水毛茛图片），为什么在水中和空气中，叶片的形状差距这么大呢？这种变异可以遗传么？如果是遗传物质改变，会不会遗传给后代呢？
学生活动：学生观察分析，说出环境引起的是不可以遗传的变异，而遗传物质的改变一般可以遗传的变异。
教师点拨总结：变异分为不可遗传的变异和可遗传的变异，（教师点拨）：可遗传的变异包括基因重组、基因突变和染色体变异。这节课我们来探讨基因突变和基因重组这两种变异。
（二）基因重组
教师活动：多媒体呈现多幅图片
图片1：“一母生九子，连母十个样”
1、基因重组：是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。
教师问：那么，基因重组是如何实现的呢？（出示减数分裂的图片和学案上设计的交叉互换图）
学生任务：重温基因的自由组合定律及减数分裂的知识，完成学案上交叉互换后的基因重新组合情况，归纳产生基因重组原因。
2、基因重组的来源
（1）减数第一次分裂时非同源染色体上的非等位基因的自由组合
（2）减数第一次分裂时非姐妹染色单体上等位基因的交叉互换
设置问题情景：如何理解人群中个体性状是多种多样的？（多媒体出示拥挤的人群）
人的体细胞中有23对染色体，请你根据自由组合定律计算，一位父亲可能产生多少种染色体组成不同的精子，一位母亲可能产生多少子种染色体组成不同的卵细胞？
学生任务：计算、分析后得到都是2 23 种。
指导学生通过计算总结：
3、基因重组的意义：可以产生多种多样的基因组合的子代，其中有一些子代有含有适应某种环境变化的基因组合。因此，基因重组是形成生物多样性的来源之一，对生物进化具有重要意义。
【设计意图】通过生动的图片和身边的人（我和本班同学的照片）的真实照片来导入新课的学习，学生们非常感兴趣。并且我做了大胆地内容调整，把同学们已经有一定知识基础的可遗传变异基因重组放到基因突变这个知识点之前进行学习，学生们由自由组合定律和减数分裂的熟悉的知识入手，可以迅速地理解掌握基因重组这个知识，然后就可以集中花大部分时间在基因突变这个知识的学习上了。
课堂总结：我们学习了两种可遗传变异，它们有何异同呢？列表对比：
基因突变和基因重组的比较
项目
基因突变
基因重组
本质
发生时期
发生原因
意义
八、板书设计
5．1基因突变和基因重组
一、基因突变
1、基因突变的概念
2、实质：基因结构的改变
3、发生时期：细胞分裂间期（有丝分裂、减数第一次分裂前的间期）
4、基因突变的原因
诱变因素的种类
① 理因素：紫外线、X射线、激光等
① 化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等
③生物因素：某些病毒、细菌的代谢产物等
5、基因突变的特点
普遍性、随机性、不定向性、自然状态下基因突变的频率很低、多害少利性
6、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。
一、基因重组
1、概念：在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合
2、产生的原因
（1）减数第一次分裂时非同源染色体上的非等位基因的自由组合
（2）减数第一次分裂时非姐妹染色单体上等位基因的交叉互换
3、基因重组的意义
基因重组是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要的意义。
九、教学反思
建构主义学习理论认为：在学习的过程中，获得知识的多少取决于学习者根据经验去建构有关知识的能力，而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。对知识的真正理解只能是学习者自身基于自身的经验背景建构起来的。要想让学生获得更多、更牢固的知识，必须调动学生的积极性，让其主动探索、体验，仅仅依靠语言的传递是不够的。生物学科属于自然科学学科，在学习的过程中，根据新课标要求，要积极倡导探究式学习，从而提高学生的学习能力，培养研究精神。本节知识非常抽象，在学习时一定注意从现象开始，追根溯源，联系所学过的有关知识去理解基因突变这个概念。
（1）在学习基因突变时，重点是带领学生学习基因突变的基本概念，研究内涵即基因结构的改变，外延是碱基对的增添、缺失和替换。结合基因的结构和基因对性状控制的相关知识，教师以多种多样的教学方式让学生自己研究基因突变是否一定会带来性状的改变。 在学习基因突变的本质时，要联系DNA复制和基因表达的有关知识。在DNA复制过程中，DNA分子的解旋使碱基对暴露，因而使碱基对易发生替换、增添或缺失引起基因突变。突变后的基因成为一个新的基因，即原基因的等位基因。该基因在表达时，由于引起mRNA上密码子的改变使组成蛋白质的氨基酸种类和数目都可能发生变化，生物体的性状也可能发生改变。但由于一种氨基酸有多种密码子，所以基因发生突变后，所编码的氨基酸也可能不发生改变。
（2）在学习基因重组的概念时，应联系减数分裂的染色体变化。同时注意与基因突变进行比较，可采用列表方式，使两种变异之间的区别与联系更加清晰。
微信/支付宝扫码支付