《基因突变》教学设计

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1 教材依据：

北师大版普通高中课程标准试验教科书生物《必修2》第5章第1节.

2.教材分析

2.1 教材分析

基因突变是高中生物学课程内容标准是北师大版必修2“遗传与进化”模块第5章“遗传信息的改变”第1节内容.本节内容介绍了变异的类型、基因突变的概念、特点、意义、基因突变发生的原因及人工诱变在育种上的应用.教材镰刀型细胞贫血症为实例实例引出基因突变现象,既便于学生理解,又从不同的角度分析了基因突变的概念、原因及基因突变的特点.

重点：基因突变的概念、产生原因、结果和基因突变的特点.

难点：归纳总结基因突变的概念和原因；基因突变与性状的关系；变异的不定向性与总是突变为原基因的等位基因的关系.

前后知识的联系：与前面DNA的结构和碱基对的排列顺序代表了遗传信息,基因的概念和表达相联系.与生物进化和育种联系.

2.2 学情分析

学生通过有丝分裂、减数分裂、遗传的物质基础、基因的表达和遗传的基本规律的学习,对生物的遗传有了较深入的理解,对于生物的变异现象在生活中也有一定了解,但是对为什么会发生变化?怎样变化?发生的变化对生物会产生什么影响?,还不知道.因此,根据班级学生的实际情况,在教学过程中需要联系生活经验,前面已有知识基础,适时启发,及时设疑,经分析、归纳总结,力争让学生自己得出结论并理解.

3.设计思想

教学活动围绕着对基因突变的实例展开,理解基因突变的内涵,把握基因突变的外延、特点以及与生物变异和进化的关系；强化核心概念的教学,注重知识与生活、实践应用的联系.

4.教学目标设计

知识目标

4.1 概述基因突变的概念、产生原因和结果；

4.2 举例说明基因突变可以自发产生,也可以诱发产生；

4.3 举例说明基因突变有普遍性、随机性、不定向性、自然突变频率低和多害少利等特点.

能力目标

4.3.1 自我收集资料并探究和讨论,实现自主学习和合作学习的能力.

4.3.2 收集有关人工诱变育种、太空育种等事例,进一步理解基因突变的特点,了解人工诱变在育种上的应用.

情感态度与价值观目标

（1）探讨生物遗传病的发生是诱发基因突变的结果,预防遗传病的发生.

（2）收集我国有关人工诱变的事例,培养学生的探究、创新精神和爱国情怀.

5.学法指导

从实例分析入手,按照认知的规律从现象到概念,从宏观到微观来归纳总结出基因突变的概念和特点；利用绘图、前后联系以及跨学科类比等方法引导学生不断地探究、思考、分析和讨论,帮助学生理解基因突变概念、结果以及与性状的关系.最后通过概念图的形式将所学内容进行整合.

6.教学过程

导入：

设疑：自然界生物多种多样,子代性状与亲代相似的叫遗传,同时又有子代性状与亲代不同的.这种现象在遗传学上称为什么呢?

（学生思考）――变异

提问：在生活中既有父母单眼皮而生了个是双眼皮的女儿,也有武汉一爱美的女性通过手术整形将自己变成了美女,这是否变异?这种性状的改变能否传递给后代呢?

（学生思考）――是,前者能,后者不能

（教师展示图片,联系前面生物表现型与基因型、环境的关系）学生活动：学生观察图片并分析讨论.

教师总结并板书：变异分为不可遗传的变异（仅由环境因素引起的性状改变）和可遗传的变异,包括基因突变、基因重组和染色体变异.

这节课我们来探讨学习可遗传变异中的基因突变.

板书：第5章 遗传信息的改变

第1节 基因突变

教师介绍镰刀型细胞贫血症的发现过程,联系到细胞呼吸探讨贫血的原因,再展示正常红细胞与镰刀型细胞贫血症患者的红细胞图片,证实镰刀型红细胞携带氧气的能力不足,联系血红蛋白的作用进一步推测血红蛋白结构可能不同.

1956年,英格拉姆等人分析,发现正常的血红蛋白和镰刀型细胞的血红蛋白有一个肽段的位置不同.幻灯展示正常和异常血红蛋白分子的部分氨基酸顺序.

正常等缬氨酸―组氨酸―亮氨酸―苏氨酸―脯氨酸―谷氨酸―谷氨酸―赖氨酸―

异常等缬氨酸―组氨酸―亮氨酸―苏氨酸―脯氨酸―缬氨酸―谷氨酸―赖氨酸―

设疑：

1.哪个氨基酸发生了改变?氨基酸的种类和排列顺序由什么来决定?

2.子的碱基排列顺序又由什么决定?

3.镰刀型细胞贫血症的直接原因是?根本原因是?

教师总结：镰刀型细胞贫血症直接原因是血红蛋白的一个氨基酸发生了替换,根本原因是基因中一个碱基对的替换导致基因结构的改变.

设疑： 联系DNA的结构思考除了碱基对的替换外,还有哪些变化会引起基因结构的改变?基因结构改变一定会导致性状改变吗?

（学生思考讨论并回答）――碱基对的增添或缺失

类比理解：遗传物质DNA一样不同的碱基（A G C T）排列顺序代表不同的信息.与英文句子由一个个字母组成,如有这样一个英文句子“The cat sat on the mat”.随机叫一小组的同学抄下来,每位同学可随意的替换或增添或减少字母,最后让学生看变后的意思是否改变,又是否一样,体会基因突变的方式和根本原因.

练习：就下面已经给出正常的DNA分子的碱基序列,分析当碱基分别发生如下变化时,翻译成的氨基酸序列将如何变化? （1）第1个位点上的碱基A被碱基G或碱基C所替代；（2）第5个位点上的T发生了缺失；第5、6两个碱基发生缺失；第4、5、6三个碱基都发生缺失；（3）第5个位点和第6个位点之间插入一个碱基A；插入两个碱基A、C；插入三个碱基A、C、G. 问题：从中你能得出哪些结论?

（1）DNA分子中发生碱基对的替换、增添或缺失,都能引起基因结构的改变.

（2）碱基对的替换不一定会引起氨基酸排列顺序的改变.

（3）缺失或增加1个碱基或2个碱基比缺失3个碱基的影响大.

1.概念

由于DNA分子中碱基对的增添、缺失或改变都会引起基因结构改变.因此,基因突变的实质就是基因结构的改变.

引入下一知识内容：DNA的结构具有稳定性,复制会解旋为单链,那么什么时候容易发生基因突变呢?

2.时期：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期

癌症就是原癌基因与抑癌基因的发生突变逐渐的结果,在生活中有什么因素容易引发发生基因突变呢?

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：

3.引起基因突变的因素

1.外因：

（1）物理因素：紫外线、X射线、中子流、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.

2.内因： DNA复制过程中出错.

4.基因突变的结果：

（1）产生新基因,是变异的根本来源.

（2）总是突变为原基因的等位基因（在染色体上的位置和控制对象没变）.

（3）基因突变生物性状不一定改变（子的简并性）.

5.基因突变的特点：

自然界中,肝炎病毒会突变；动物、植物、真核、原核等都能突变.说明基因突变在生物界中是广泛存在的.

（1）：普遍性

资料：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 ―6 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

学生分析：各种生物的突变频率的数量级别在10―5到10―6,说明突变频率极低.

（2）基因突变的低频性――DNA具有稳定性

展示4个幻灯片,引导探究：残翅果蝇、短腿安康羊、玉米白化苗、图片.

（3）：基因突变的随机性

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.

（4）：基因突变的不定向性和可逆性.

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：控制果蝇野生型红眼的基因（w+）可以突变成白眼（w）,也可以突变成杏色眼（wa）、浅黄色眼（wb）、樱红色眼（wc）.

（5）基因突变多害少利性――可能破坏与环境协调

引导学生思考分析：生物发生的基因突变一般是利少害多不是绝对的,取决于环境.

教师说明：一个物种在漫长的进化历程中,由许多个体构成物种,生物发生的基因突变是不少的,其中也有不少的有利变异,所以可以促进生物的进化是很有意义的.

6.基因突变的意义和应用

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.

应用一：在培育农作物新品种方面的应用.

举例：我国培育的太空椒、“黑农五号”大豆等.

学生思考：（1）为什么选择萌发的种子或幼苗（分裂旺盛）

（2）太空遨游后的种子是否都发生了突变?是否都变得更好了?是否按人们希望的方向在变?已变好的又是否会变回去呢?

归纳总结：应用二：在为生物育种方面的应用.

（播放青霉素高产菌株的培育过程与现代医药工业发展的资料及图片,并对学生进行爱科学的思想教育）

课堂小结：本节课学习了遗传信息的改变中的基因突变,明确了基因突变的概念、原因、结果、特点、意义及在实践中的应用.