第五章第一節(jié)《基因突變和基因重組》的教學設計
教學基本流程
一、創(chuàng)設情景，導入新課
1910年，一位美國黑人青年由于發(fā)燒和肌肉疼痛到醫(yī)院看病，醫(yī)生檢查發(fā)現(xiàn)，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。
圖5--1正常紅細胞和異常紅細胞的圖片
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。
二、基因突變探究
提出學習任務一：找出鐮刀型細胞貧血癥患者血紅蛋白分子異常的真正原因。
思考與討論：1-3
1、以下是血紅蛋白分子的部分氨基酸順序，請找出發(fā)生了變化的氨基酸：
氨基酸順序：1號 — 2號 — 3號 — 4號 — 5 號 — 6號 — 7號 — 8號
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—
2、氨基酸是由DNA分子決定的，由此可推測相應的DNA分子的堿基片段發(fā)生了什么變化？完成下面鐮刀型細胞貧血癥病因的圖解。
蛋白質 正常 異常
氨基酸 谷氨酸 纈氨酸
mRNA G A G A
C T T C T
DNA
G A A G A
3、從分子水平上討論和說明鐮刀型細胞貧血癥的真正病因
直接原因：氨基酸被替換
根本原因：堿基對替換
4、設置問題情景：一個堿基對的變化就可導致生物性狀變化嗎？（教師引導學生回顧密碼子的兼并性的現(xiàn)象，培養(yǎng)發(fā)散思維）
結合鐮刀型細胞貧血癥的實例，嘗試總結基因突變的概念。
三、基因突變
1、 概念：DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結構的改變。
2、方式：堿基對的替換、增添和缺失。
3、實質：基因結構的改變
4、發(fā)生時期：細胞分裂間期（有絲分裂、減數(shù)第一次分裂前的間期）
5、對后代影響：基因突變?nèi)舭l(fā)生在配子中，將會遺傳給后代，發(fā)生在體細胞中的基因突變，一般是不能夠遺傳的。（但發(fā)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(yǎng)繁殖）比如皮膚癌、肺癌、肝癌不遺傳。
設置情景，癌細胞是體細胞發(fā)生基因突變的結果，在生活中有什么因素容易引發(fā)癌癥，從而發(fā)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(yī)院放射室工作的醫(yī)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(fā)基因突變的因素：
四、突變的原因
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(chǎn)物等
內(nèi)因： 堿基變化。(DNA)
教師分析：在前面的學習中，我們知道了相對性狀是由等位基因控制，而等位基因的產(chǎn)生與基因突變密切相關，下面我們以一些生物的相對性狀為例，學習基因突變的特征。
提出學習任務二：學生閱讀材料，總結歸納基因突變的特點
P82閱讀
四．特點
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。
用幻燈片展示10幅各種生物相對性狀的圖片
教師提示：注意觀察以上展示的相對性狀發(fā)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(fā)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(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期；可以發(fā)生在細胞內(nèi)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?yōu)閍2、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：
A a 1
A 2 a 3
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(fā)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(shù)量級在什么范圍？
學生分析：各種生物的突變頻率的數(shù)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(fā)生基因突變以后的性狀對生物的生存有何影響？
展示4長幻燈片，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(chǎn)物，它們與環(huán)境條件之間已經(jīng)取得了高度的協(xié)調。如果發(fā)生基因突變，就有可能破壞這種協(xié)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：基因突變利少害多。
設置問題情景，引導學生思考、分析：生物發(fā)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：
提供材料5：非洲是瘧疾猖獗的地區(qū)。瘧疾是一種經(jīng)按蚊傳播而引起的寄生蟲病，惡性瘧疾發(fā)病常侵犯內(nèi)臟，嚴重者或醫(yī)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(fā)病率最高，是一種在20世紀才被人們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)生的性狀對生物生存的有害或有利是相對而言的，應視環(huán)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？
提供資料6：在適宜的條件下，生長1～2天的大腸桿菌培養(yǎng)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(fā)生一個錯誤。在含有10 9 個細胞的培養(yǎng)物中，由于DNA的差錯就可能發(fā)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(fā)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。
五、基因突變的意義
提出思考題，引導學生思考、分析：
1、基因突變能產(chǎn)生新基因嗎?
2、新基因的產(chǎn)生對生物生存有意義嗎？
3、自然環(huán)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：
基因突變的意義：基因突變是新基因產(chǎn)生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。
展示狗由于基因重組而產(chǎn)生的毛色變異的圖片，導入下一個學習內(nèi)容：基因重組。
六、基因重組
學生分析圖片資料，師生共同歸納基因重組的概念
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
重溫基因的自由組合定律
提出學習任務三：重溫基因自由組合定律，理解基因重組的本質。
下圖所示是某雄性動物正在進行分裂的細胞圖，請據(jù)圖回答：
A a B b
1 2 3 4
1、在細胞分裂中一定要分離的染色體是 ， 在細胞分裂中一定要自由組合的染色體是 ，發(fā)生染色體分離和自由組合的時期是 分裂
時期。
2、圖中可以重組的基因有 ，它們的關系是 基因，它們發(fā)生重組的原因是 。
3、在四分體時期， 有時會發(fā)生交叉互換，導致 基因伴隨染色單體的交換而交換。
提供復習的材料：非姐妹染色單體的交叉互換（等位基因的互換）的圖片，引導學生在解決基因重組產(chǎn)生原因的問題時，實現(xiàn)減數(shù)分裂過程中染色體和基因之間關系的知識遷移。
師生共同歸納產(chǎn)生基因重組原因：
（1）減數(shù)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(shù)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？
提出學習任務四：通過計算，理解基因重組對子代多樣性產(chǎn)生的意義
人的體細胞中有23對染色體，請你根據(jù)自由組合定律計算，一位父親可能產(chǎn)生多少種染色體組成不同的精子，一位母親可能產(chǎn)生多少子種染色體組成不同的卵細胞？
教師、學生計算分析：都是2 23 鐘。
指導學生通過計算總結：基因重組可以產(chǎn)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(huán)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。
七、基因重組的意義
設置問題情景：
1、基因重組能產(chǎn)生新基因嗎?
2、新基因型的產(chǎn)生對生物生存有意義嗎？
3、自然環(huán)境會選擇哪個個體留存下來？
4、基因重組對生物進化有何意義？
師生共同總結：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。
提出學習任務五：基因突變和基因重組的比較
基因突變和基因重組的比較
比較項目
基因突變
基因重組
本質
發(fā)生時期
發(fā)生原因
意義
八、板書設計
第 1 節(jié)
基因突變和基因重組
一、基因突變的實例
二、基因突變的概念
DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添、缺失，而引起的基因結構的改變，叫做基因突變
三、基因突變的原因
正?；?div style="height:15px;">
