2019-2020年高一生物《基因突变和基因重组》教学设计

2019-2020年高一生物《基因突变和基因重组》教学设计

一、教材解析

本节在引言部分指出生物的变异具有普遍性，变异可以分为可遗传的变异和不遗传的变异，可遗传的变异有三种来源，即基因突变、基因重组和染色体变异。

本小节介绍了基因突变的概念、意义和特点，人工诱变在育种上的应用，以及基因重组的概念和意义，教材从实例引入基因突变的概念，是为了学生便于理解抽象的概念。在介绍基因突变的普遍性、随机性、自然突变率低、有害性和不定向性时，教材也举了具体的实例。设计的旁栏思考题和小资料，也有利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，可通过教材介绍的我国在诱变育种方面所取得的成就，对学生进行爱国主义教育。 本小节内容与其他章节的联系：（1）基因突变与DNA的复制有关；（2）基因重组与《生物的生殖和发育》中的减数有关。 二、目标解析

1、举例说明基因突变的特点和原因 2、举例说出基因重组。

3、说出基因突变和基因重组的意义。 2、过程与方法 三、教学问题诊断

1.从科学发现的过程切入，设置问题情境，引导学生探究。

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。

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）。教学中，教师可以给学生适当补充一些相关材料，并结合“思考与讨论”中的问题，让学生讨论和探究。通过讨论，学生能够认识到基因突变的本质是DNA分子的碱基对发生了改变，并且能够进一步理解“基因对性状的控制是通过控制蛋白质合成来实现的”这一基本的生物学原理。 2.用类比推理的方法引导学生理解基因突变的类型。

怎样全面理解DNA分子碱基对的改变可能导致的结果呢？是不是DNA分子的碱基对发生改变就一定会导致生物性状的变化？为了说明这个问题，教师可以先引导学生阅读 “问题探讨”，讨论英文句子中个别字母发生改变后，对于全句所表达的意思的影响情况。通过分析可以看出，英语句子中一个字母的改变，可能导致句子的意思不变、变化不大和完全改变这三种情况。然后，教师再通过联想和类比的方法，结合不同的密码子可以对应相同的氨基酸的知识，引导学生推测基因突变与生物性状改变之间的关系，从而理解不是所有的基因突变都会导致生物体性状的改变。所以，基因突变对于生物体来说，有的有害，有的有利，有的既无害也无利。 3.通过生活中的具体事例引导学生理解抽象的概念。

在学习基因突变的原因时，教师可以引用癌症的病例，介绍癌症的形成是体细胞发生基因突变的结果，然后让学生列举生活中的事例，归纳哪些因素会导致基因突变。例如，射线（X射线、紫外线、γ射线等)容易引发癌症，在强烈的日光下暴晒，容易导致皮肤癌；据报道，在医院放射室工作的医生容易患癌症；前苏联的切尔诺贝利核电站发生核泄漏时，核电站周围的居民得癌症的几率大大增加。

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4.以设问和讨论的形式引导学生思考基因突变和基因重组的意义。

基因突变和基因重组的意义是教学中的难点。为了理解基因突变是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料，教师可以引导学生思考下列问题。基因突变能产生新的基因吗？这些新的基因产生的新性状对生物的生存有什么意义（有利还是有害）？自然环境会选择哪些个体生存下来？通过这些设问，使学生理解基因突变最重要的特点是产生了新的基因，原来的基因和新的基因所表达的性状为自然环境提供了选择的材料。基因重组尽管不能产生新的基因，但可以产生不同的生物性状组合，产生新的基因型。所以说，基因重组为生物的进化提供了可供选择的材料。 5.以填表的形式引导学生对比和总结。 四、教学过程 教学环节 教师活动 复习 什么是性状？性状是由什么决定的？ 学生活动 学生回答 设计意图 复习巩固 引入 性状表现除与遗传物质有关外，还与什么有关？性学生思考后回问题探究，激状由亲代传递到子代时，会不会一成不变呢？当然答： 发学生积极思不会，或多或少都会存在差异，这又为什么呢？那维和求知欲望 么生物的变异又是如 何产生的呢？又有什么特点呢？ 基因突变和基因重组 进入新课 1．变异的类型 运用多媒体（幻灯片）展示让一个图片。上图是一 个普通的玉米种子在萌发长成植株的过程中，水、学生思考后回 肥、光特别充足，所结种子大而饱满，但这样的种答 以学生身边的子种下去，结出的却是普通种子；下图是太空椒（普 生产实例和熟通青椒种子邀游过太空后培育而成）与普通青椒对 悉的事例，创比，果实明显增大，种植下去， 学生反思 设问题情景，仍然是肥大果实。 引导学生思考 提问：籽粒饱满的种子与普通种子相比，太空椒与 普通青椒相比，形状有明显的差异，这是为什么？ 提问：把子粒饱满的种子种下去，长出的种子是 不是粒大饱满？ 学生对应教材 提问：把肥大的青椒种下去，长出的是不是肥大青作记号 椒？ 提问：这两个问题说明了什么？ 可见生物的变异有这样两种类型。那什么情况下的 变异不遗传，什么情况下的变异可遗传？我们知道 生物的表现型与基因型和外界环境条件有关。像玉 米这样，子粒饱满是由于水、肥和光充足引起，也学生观看 设置悬念 就是外界环境条件引起的，这种变异是不遗传的。 承接下一知识 而太空椒邀游过太空，宇宙辐射改 变了遗传物质，因此这个变异性状就是可遗传的。 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。 设问：那么，什么是基因突变？基因突变是怎么产学生对应教材 创设问题情 新课 2 / 10

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教学环节 教师活动 新课 学生活动 设计意图 生的？又怎么导致生物变异呢？ 景，引导学生2．基因突变 思考 下面一段录像是关于正常的红细胞基因突变形成 镰刀型 细胞贫血症的内容，我们先来看一下 提问：从片子中我们看到正常红细胞是什么形状？学生看作书回 有什么功能？ 答 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？是什么原因使正常红细胞变成镰 落实教材分析 刀型红细胞？ 对照课件做好 讲述：分子生物学研究表明：是基因突变的结果让笔记完善图解 我们来看镰刀型细胞贫血症病因的图解 联系前面所学 知识构建完善 体系 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？ 引导学生观（回答：正常的是谷氨酸，异常的是缬氨酸） 察、分析，培提问：氨基酸是由什么决定的？ 养归纳能力 （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。） 学生练习，要求 提问：大家来比较一下正常与异常的DNA， 学生自己写一 它们的区别在哪里？ 段DNA片段加 （回答：一个碱基对的改变。） 以考虑 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，脱氧核苷酸学生总结 的排列顺序代表了遗传信息，基因控制生物性状就 设置问题，引是要把特定的遗传信息通过转录和翻译反映到具体 导思考 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， 培养学生的动最终控制血红蛋白的性状也会发生改变，所以红细 手能力和归纳3 / 10

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教学环节 教师活动 新课 学生活动 设计意图 胞就由圆饼状变为镰刀状了。 学生观察、思考 总结能力 设问：基因结构改变除了碱基对的替换，还会不会 有其它可能？ 学生分析后答出DNA分子中碱基对数目的改变也会 形成概念 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。学生观看、思考 可见，基因结构改 并讨论 创设问题情景变会使生物发生变异。 引导学生思考 现在请大家自己来总结出基因突变的概念。 讲述：基因突变是染色体的某一个位点上基因的 改变 基因突变使一个基因变成它的等位基因，并且通常 会引起一定的表现型变化。 具体事例归纳下面让我们来看几个基因突变的图片（ppt展示）。 特点 玉米高茎→矮茎、普通羊→短腿羊、正常人→白化 病 学生分析 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，也为生物进化学生分析、比较 提供了最初的原材料。但生物的变异不只是由基因回答 突变引起的，我们怎样去认识由于基因突变而引起 的变异？下面我们就来了解基因突变的特点。 先来看几幅图片（ppt展示）：（正常棉花→短果枝； 引导学生联系水稻高杆→矮杆；果蝇长翅→残翅；家鸽羽毛白色 已学过的知→灰红色；人正常色觉→色盲；正常人→白化病），学生阅读教材 识，分析理解，这些图片，有植物，动物，还有人的例子，你们认 创设问题情景 为突变有什么特点？ 讲述：植物、动物和人都可能发生基因突变。这也 说明基因突变在生物界是普遍存在的。无论是低等学生讨论，思考 生物，还是高等动植物以及人，都可以发生基因突后回答 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。 学生认真观看、 基因突变是发生在什么时期？哪些细胞能发生基因分析 4 / 10

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教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 突变？ 其实基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期学生讨论、正确 和生物体的任何细胞。我们以植物个体发育过程为理解 例（展示ppt），个体发育的起点是受精卵，经过分参阅教材，引裂形成胚，种子萌发长成一个新个体，其间任何时导学生思考 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？ 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 创设情景引导多呢？请大家阅读教材内容。 学生归纳 讲述：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。 设问：基因突变对生物体究竟好不好呢？ 教师总结：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。 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（ppt展示），控制小鼠毛色的灰色基因（A）Y可以突变成黄色基因（A），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） 课堂练习 Ppt展示课堂练习，要求学生当堂完成 结课 学生课堂练习 知识理解运用 师生共同总结：这节课我们主要掌握的内容有基因形成知识网络 知识总结 5 / 10

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教学环节 教师活动 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 布置 作业 学生活动 设计意图 课后完成 教学目标巩固 第二课时教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 提问：上节课我们学习了基因突变的概念和特点。这是几幅基因突变的图片（ppt展示）（棉花短果枝、鸡脚叶、水稻矮杆、糯性，果蝇的白眼、残翅，人的白化病、色盲），为什么说它们的变异性状都是基因突变造成的？ （回答：这些性状是因为正常基因结构改变了，包括DNA碱基对增添、学生回答 缺失或改变，使基因携带的遗传信息发生了改变，因此性状就发生了变异，这就是基因突变引起的变异。） 提问：从这些正常表现到突变表现，谁能回答基因突变具有哪些特点？ 复习 复习巩固 引入 引言：这些基因突变如果是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 问题探究，激发突变（回答）。那诱发突变的人为条件是什么？我学生回答，积极发学生积极思们知道基因突变大多是有害的，为什么要人工诱发思考回答提问 维和求知欲望 突变？这有什么用呢？今天我们接着来学习下面一个内容——人工诱变在育种上的应用。 讲述：什么是人工诱变？其实就是在人工条件下 进入新课 诱导基因发生突变，那人工条件是什么？同学看书 后回答：有两种方法。物理方法包括X射线、紫外学生思考后回 线、激光等；化学方法有亚、硫酸二乙酯等。 答 应用这些方法怎样去处理生物使之发生基因突变 呢？产生的这些突变又有什么用呢？下面让我们看 一段录像片，这是我国科学工作者用人工方法处理] 农作物发生基因突变的一段内容。 提问：看了录像片大家清楚了怎样用各种射线和 化学物质去处理生物，也看到了生物突变的具体性 以学生身边的状的表现了。你们说用这些方法诱导基因突变有什学生对应教材生产实例和熟么好处？ 作记号 悉的事例，创 （教师可作诱导回答：可提高突变率，创造人类 设问题情景，需要的突变类型，从中选育出优良新品种。） 引导学生思考 新课 6 / 10

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教学环节 教师活动 新课 学生活动 设计意图 讲述：通过这种方法培育出的农作物新品种， 刚才大家也看到了，具抗病力强、产量高、品质好 等优点，黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育 成黑农五号大豆品种，含油量比原来的品种提高了 2．5％，大豆产量提高了16％。大家看书第47页 联系实际激发图，太空椒就是利用宇宙空间强烈辐射而发生基因 学生爱科学爱突变培育的新品种。其实人工诱变不仅在农作物育 祖国的热情 种上起作用，在微生物育种上也发挥了重要作用， 如青霉素，最初产量为20单位／mL，后经人们多次 用射线等综合处理，目前产量已是50000～60 000 单位／mL了，可见人工诱变对生物育种起着巨大作 用。因此我们研究基因突变确实有很重要的应用价 值。 过渡，激发学 其实生物变异不只是由基因突变引起的，基因 生继续学习的重组也会造成生物变异。那么基因重组造成的生物 热情 变异又是在什么情况下发生的呢？又有什么特点 呢？接下来我们就来学习基因重组。 3.基因重组 学生动手，思考 什么是基因重组呢？基因重组是控制不同性状的基学生回答 联系实际和前因重新组合。关于基因重组我们在前面学习自由组 面所学的知合定律和连锁交换定律时已经接触过这方面的知 识，形成概念 识。大家先写一下，黄色圆粒与绿色皱粒作亲本杂 创设问题情交，产生后代的过程。 景，引导学生 P 黄色圆粒X绿色皱粒 思考 ↓ F１ 黄色圆粒 ↓ F２ 黄色圆粒 黄色皱粒 绿色圆粒 绿色 皱粒 提问：（ppt展示，分析）F２除了黄色圆粒、 联系所学知识 绿色皱粒以外还有两种亲本所没有的新性状：黄色学生仔细观看落实教材分析皱粒、绿色圆粒，这两种性状与亲本相比是不是变后回答 分析问题 异性状？ 提问：它们又是如何产生的呢？ （回答：在F１减数形成配子时，控制不 同性状的基因自由组合形成的。） 可见，基因重组可以发生在减数形成配子时非 同源染色体上的非等位基因自由组合。即基因重组 可以发生在减数第一次后期 （播放减数过程的部分flash动画） 设问：在减数四分体时期，同源染色体常常会学生阅读教材 7 / 10

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教学环节 教师活动 新课 学生活动 设计意图 引导学生联系已学过的知识，分析理解，创设问题情景 发生什么现象？ 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。） 学生总结 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。基因重组引起的 变异又有什么特点？下面请大家阅读书上第45页学生讨论 下段的内容。 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。 大家举出的例子有好多，要强调的是这些基因重组的变异必须通过有性生殖过程实现。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。 课堂练习 Ppt展示课堂练习，要求学生当堂完成 学生课堂练习 知识理解运用 结课 教师总结：本节内容我们用了二课时学习，要求掌形成知识网络 知识总结 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，它们引起的变异学生自己归纳 有什么区别？ 1．基因突变是基因内部结构改变，它能产生新8 / 10

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教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 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低频性、④多害少利性、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。 第三，了解人工诱变在育种上的应用 布置 作业 课后完成 教学目标巩固 五、配餐作业

1.变异的类型有两 和 。 2.基因突变的概念 。 3.镰刀细胞贫血症的根本原因是： ； 直接原因是： 。

4.基因突变的结果是：一个基因变成了它的 ,通常会引起一定的 型的改变。

5.基因突变意义：是生物变异的 来源，为生物进化提供了 材料。

6.基因突变有五大特点：（1） 性。（2） 性。（3）低频性指 。 （4）少利多有害性指 。 （5）多方向性指 。 7.人工诱变在育种中的应用：

（1）原理：利用 或 来处理生物，使生物发生 。

（2）方法：物理方法： 、 ； 化学方法：用 、 等处理

（3）实例：农作物育种——黑农五号、太空椒；微生物育种——青霉素的高产菌株。 8.基因重组：

1）.概念：指生物体进行的 过程中，控制不同性状的基因的 。

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2）.类型：（1）第一类：随着非同源染色体的自由组合，导致的 自由组合。 （2）第二类：随着同源染色体上的非姐妹染色单体的交叉互换使 染色体上 的 基因重新组合，也是导致 的重要原因之一。 3）.意义：为生物变异提供了极其丰富的来源，是形成生物 的重要原因之一。 例题：

1.下列与基因突变有关的叙述，不正确的是(注意看图6-37中的突变就是指基因突变) A．突变发生于DNA→DNA的过程中

B．突变之所以能引起变异是因为它改变了基因的遗传信息 C．突变可使某种性状的常态基因转变成病态基因

D．突变在自然界物种中普遍存在，所以对某物种而言，突变的频率较高 2.关于基因突变说法不正确的是（ ）

A．基因突变定期发生在减数过程 B．基因突变的频率很低 C．有些基因突变对生物体是有益的 D．基因突变是不定向 3.下列各项中不属于诱变剂的是（ ）

A．生长素 B．亚 C．X射线 D．紫外线 4．基因突变常发生在细胞周期的（ ）

A．间期 B．前期 C．后期 D．在期的各个时期都有可能 5．人类能遗传的基因突变，常发生在（ ）

A．减数第一次 B．四分体时期 C．减数的间期 D．有丝间期

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6.果蝇约有10对基因，假定每个基因的突变率都是10，一个大约有10个个体的果蝇种群，每一

9 8 7 8

代出现的基因突变数量是A.2x10B.2x10C.2x10D.10

7.1928年英国微生物学家弗来明发现了青霉素，直到1943年青霉素产量只有20单位/毫升。后业科学家用X射线照射青霉菌，大部菌株死亡了，其中有的菌株不但生存下来，而且产时提高了几十倍，请解释：

（1）用射线照能杀死微生物但也能得到 ，这是由于射线使微生物发生了 。

（2）射线照射使青霉菌的 分子中的 改变，从而产生了新的性状。

（3）虽然诱变可以提高变异的频率，加速育种的进程，大幅度改良某些性状，但也存在突出的缺点是 。（4）用射线照射，培育出生物新性状的育种方式叫做 。

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