人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第1节 基因突变和基因重组教学设计及反思

第五章  基因突变与其他变异

第一节  基因突变与基因重组

一、知识结构

二、教材分析

1.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变异和不遗传变异，可遗传的变异有三种来源。

2.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，是为了便于学生理解抽象的概念。

在介绍基因突变的普遍性、随机性、自然突变率低、有害性和不定向性等特点时，教材也举了具体的实例。

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。

三、教学目标

1.知识目标：(1)人工诱变在育种上的应用(A: 知道)；(2)基因突变的概念、特点和意义(B:识记)；(3)基因重组的概念和意义(B:识记)。

2.能力目标： 通过对课本中实例的分析，培养学生归纳总结的逻辑推理能力。

四、重点·实施方案

1.重点：(1)基因突变的概念和特点；(2)基因重组的概念。

2.实施方案：(1)通过实例加深学生对概念的理解；(2)让学生在课前搜集有关在诱变育种上取得的成就，进一步突出重点内容。

五、难点·突破策略

1.难点： 基因突变的概念。

2.突破策略： 通过举例放映有关的投影和录像的方法，让学生对抽象的概念有一个具体的理解。

六、教具准备： 投影片、录像片、投影仪、录像机、多媒体设备。

七、学法指导： 本小节内容为抽象，在教学过程中应采用师生互动，通过实例举证来理解抽象概念和特点。

八、课时安排：2课时

第一课时

[一] 教学程序

导言

在前面我们学习了生物的遗传问题:

了解了性状为什么会遗传以及性状在向后代遗传时所要遵循的规律特点。

知道了性状是由遗传物质决定的。性状的表现除了与遗传物质有关外，还与外界条件有关。而且性状由亲代传递给子代时，或多或少都会存在差异，这就是生物的变异。

那么生物的变异又是如何产生的呢?又有什么特点呢?今天我们就来学习《生物的变异》的有关教学内容。

[二] 教学目标达成过程

1.播映投影片:

上图是一个普通的玉米种子在萌发长成植株的过程中，水、肥、光特别充足，所结种子大而饱满，但这样的种子种下去，结出的是普通种子。

下图是太空椒(普通青椒种子遨游过太空后培育而成)与普通青椒对比，果实明显增大，种植下去，仍然是肥大果实。

2.质疑:

(1)籽粒饱满的种子与普通种子相比，太空椒与普通青椒相比，性状有明显的差异，原因何在?(回答:发生了变异)

(2)把子粒大而饱满的种子种下去长不出同样好的种子，而是普通种子；把肥大的太空青椒籽种下去可以结出肥大的青椒。这些现象说明什么问题?(回答:生物的变异有的不能遗传，有的可以遗传。)

3.从上述可以看出，生物的变异有这样两种类型:可遗传的变异和不遗传的变异。

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，子粒大而饱满是由于水、肥和光充足引起的(也即由外界环境条件引起)，这种变异是不可遗传的。而太空椒遨游过太空，宇宙辐射改变了其遗传物质，因而改变了其性状，这个变异性状是可遗传的。

可遗传的变异是生物变异的主要类型。它的来源主要由三个方面:基因突变、基因重组和染色体变异。

4.组织学生观看关于正常红细胞的基因突变形成镰刀型细胞贫血征的录像。了解基因突变的概念、产生过程及导致生物变异的过程。

观看录像的同时指导学生思考以下问题:

(1)正常红细胞是什么形状?有什么功能?

答:圆饼状，运输氧的功能。

(2)镰刀型细胞贫血症(HbS)的红细胞呈镰刀状，对功能的完成有没有影响?

答:有。运氧能力降低，易破裂溶血造成贫血，严重时会导致死亡。

5.投影镰刀型细胞贫血症(HbS)病因的图解，师生共同探求正常红细胞变成镰刀型红细胞的原因。

控制血红蛋白质的DNA，上一个碱基对发生改变，导致该基因脱氧核苷酸的排列顺序发生了改变，导致基因结构改变。因为基因控制生物的性状，因此基因结构改变最终导致控制血红蛋白的性状发生改变，红细胞也就由圆饼状变为镰刀状。

6.组织学生讨论，引起基因结构改变的原因除碱基对的替换外，还有哪些原因?(从DNA片断考虑)

指导学生写一DNA片断,分析说明当DNA中碱基对增加或减少时，也会导致基因结构的改变，进而影响到性状的表现。也就是说，DNA碱基对的替换、增添和缺失均会引起基因结构的改变，即基因中脱氧核苷酸顺序发生了改变，因而遗传信息也随之改变，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，基因结构的改变会使生物发生变异。也即基因突变造成生物的变异。

7.教师指导学生总结基因突变的概念。指出基因突变是染色的某一位点上基因的改变。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。因而会产生一些新性状。这些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。这就是基因突变的意义所在。

8.放映“基因突变”的投影片(一):

玉米高茎→矮茎、普通羊→短腿羊、正常人→白化病、果蝇长翅→残翅、家鸽羽毛白色→灰红色、正常棉花→短果枝。

放映“植物个体发育过程”的投影片(二)；

放映“小鼠毛色变化与基因突变关系”的投影片(三)。

组织学生边看投影片边讨论总结基因突变的特点。

投影片(一)说明植物、动物、人都可能发生基因突变，也即基因突变是普遍存在的。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。

投影片(二)说明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。而且突变发生越早，表现部位越多；反之则相反。再有一条是只有生殖细胞的突变才会遗传给后代。

然后教师引导学生阅读P49的内容，得以结论:

(1)基因突变率很低，且不同生物的基因突变率、同一种生物不同的基因突变率均不同。

(2)基因突变绝大多数是有害的，但也有少数有利。这些涉及到生物与环境相适应的问题。在此给学生可留一伏笔，为《生物与环境》一章打基础。

投影片(三)说明基因突变是不定向的，一个基因可以向不同方向发生突变，产生一个以上的等位基因。但是，每一个基因的突变都只能限定在其相对性状的范围内，不会超出限制。

以上内容总结起来就是基因突变的特点。

[三] 教学目标巩固

1.生物的变异有两种:       和           。前者指                       。后者指                                                     。

答案:可遗传的变异  不遗传的变异  变异现象是由于生殖细胞内的遗传物质的改变而引起的，能够遗传给后代  变异现象是由于环境因素的影响造成的，并没有引起生物体内遗传物质的变化，因而不能够遗传下去

2.可遗传的变异有三种来源:    、    、    。

答案:基因突变  基因重组  染色体变异

3.基因突变是指                 ，通过基因突变使一个基因变成它的      ，并且通常会引起—定的                 。

答案:染色体的某一位点上基因的改变  等位基因  表现型变化

4.基因突变的意义是                                       。

答案:生物变异的根本和主要来源，为生物进化提供了最初的原材料

5.基因突变有以下特点：(1)    ；(2)    ；(3)    ；(4)    ；(5)    。

答案:普遍性  随机性  低频性  多害少利性  不定向性

[四] 布置作业

* P46复习题一，二、1、3，三、1。

[五] 总结

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:普遍性、随机性、突变率低、多害少利、不定向性。

[六]板书设计

第二课时

[一] 教学程序

导言

上节课我们学习了“基因突变的概念、意义和特点”。明确“性状变异是由于基因突变”。请大家回答基因突变具体有哪些特点?(回答略)

放映投影片:如棉花短果枝、鸡脚叶，水稻矮杆、糯叶，果蝇的白眼、残翅，人的白化病、色盲。

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---诱发突变。

那诱发突变的人为条件是什么? 我们知道基因突变大多是有害的，为什么要人工诱发突变? 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”。

[二] 教学目标达成过程

1.阅读书P44，划出“人工诱变的概念”:人工诱变就是在人工条件下诱导基因发生突变。

人工条件有两种:物理方法包括X射线、紫外线、激光等；化学方法有亚硝酸、硫酸二乙酯等。

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。

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状的表现了。

让学生说明这些方法诱导基因突变有什么好处?

回答:可提高突变率，创造人类需要的突变类型，从中选育出优良新品种。

2.通过人工诱导方法培育出的农作物新品种，具抗病力强、产量高、品质好等优点。

例如，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P52图，太空椒就是利用宇宙空间强烈辐射而发生基因突变培育的新品种。

人工诱变不仅在农作物育种上起作用，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50000～60000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。

3.生物变异不只是由基因突变引起的，基因重组也会造成生物变异。

基因重组造成的生物变异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。

什么是基因重组呢?

基因重组是控制不同性状的基因重新组合。关于基因重组我们在前面学习自由组合定律和连锁定律时已经接触过这方面的知识。请同学们回忆一下，黄色圆粒与绿色皱粒作亲本杂交，产生后代的过程。

放映投影片:

让学生看投影并分析:F2中除黄色圆粒、绿色皱粒外，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?(是)它们又是如何产生的呢?(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。)

让学生画出以上过程的染色体图，总结出:基因重组可以发生在减数分裂形成配子非同源染色体上的非等位基因的自由组合。

接着回忆果蝇的灰身长翅和黑身残翅杂交，其子一代雌性个体测交后代的表现型的遗传过程。

放映投影片:

分析说明:测交后代有两种类型是亲本所没有的：灰身残翅和黑身长翅。这两种变异的性状是由于控制不同性状的基因进行交换、重新组合的结果。这种情况也属于基因重组，它发生在减数分裂的四分体时期，是由于同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了局部互换而造成控制不同性状的基因重新组合。

4.以上是基因重组的两种类型，我们可以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。

5.阅读课本P45，指导学生讨论分析:由基因重组引起的变异有什么特点?(非常丰富)为什么?(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。)

课本上介绍:具有10对相对性状的亲本进行杂交时，如只考虑自由组合引起的基因重组，F2就可能出现210=1024种表现型。而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单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。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。

[三] 教学目标巩固

1.人工诱变是指                   。

答案:在人工条件下诱导基因发生突变

2.人工诱变的条件有哪些?                    。

答案:有两种。物理方法包括X射线、紫外线、激光等；化学方法有亚硝酸、硫酸二乙酯等。

3.基因重组是指                        ，它是通过           过程实现的，主要有    和                     两种类型。

答案:控制不同性状的基因重组合  有性生殖  自由组合  交叉互换

4.举出几个基因重组引起生物变异的例子。

答案:略。

5.玉米的非糯性、糯性分别由基因W、w控制，基因型为WW的玉米经辐射处理后，变成为Ww基因型的玉米，这种变异属于                     ，这种培育新品种的方法称为                     ，其优点是                       。

答案:基因突变  诱变育种  提高突变率，创造新类型，培育新品种

6.下列变异中，属于基因突变的是(    )

①人类的色盲  ②无籽西瓜  ③果蝇的白眼  ④小黑麦  ⑤无籽番茄  ⑥棉花中的短果枝   A.①②④    B.①③⑥    C.②④⑤    D.②④⑥

答案:B

[四] 布置作业

P46复习题:二、2、4    三、2。

[五] 总结

我们用两课时学习了可遗传变异的来源中的两种:基因突变和基因重组。知道了变异的两种类型及其来源。请大家一起归纳总结一下:

基因突变和基因重组引起的变异有什么区别?

(1)基因突变是基因内部结构的改变，它能产生新的基因,是生物变异的根本来源。其过程发生于:DNA复制时；特点是:普遍性、随机性、低频性、多害少利性、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,是生物变异的主要来源。其过程发生在有性生殖过程中，特点是非常丰富。

还应该注意把理论知识应用于实践中，特别要注意了解人工诱变在育种上的应用。

课本P46最后一段以小字方式简要介绍了“重组DNA技术”，同学们也应稍加了解。

[六] 板书设计