《基因突变》的教学设计(共10页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上基因突变的教学设计张树虎 （北方交通大学附属中学）1 教材分析“基因突变”是人教版高中生物学教材必修2遗传与进化第5章“基因突变及其他变异”第1节“基因突变和基因重组”的内容，是在学习遗传的基本规律、遗传的物质基础、基因的表达等内容之后，对基因与性状关系的进一步认识。基因突变是遗传学的核心概念“变异中可遗传变异”的下位概念，是从基因和染色体变化的角度来认识生物变异的原因，是学习“生物进化”、“从杂交育种到基因工程”与“现代生物进化理论”的重要基础。“生物的遗传”部分是围绕基因结构的稳定性展开的，而“基因突变”是全新的内容，是围绕基因结构的不稳定性阐述生物的变异，是学生

2、认识生物由“不变”到“变”的转折点。教材遵循学生的认知规律，选用单个碱基对的替换引起的基因突变镰刀形贫血症实例，由现象到本质，追本溯源，引导学生理解基因突变的根本原因。其中基因突变的类型，即基因突变后对生物性状的影响情况较为复杂，需要学生通过联想、类比推理以及综合应用以前所学知识的基础上才能有效理解。鉴于此，本节将基因突变的类型、意义确定为难点；基因突变的概念、原因、特点作为教学重点。2 教学设计思路首先用害虫难以杀死的生物学事实，引出上位概念变异，再通过生物学事实引出变异分类：不可遗传的变异、可遗传的变异，由可遗传变异引出下位概念基因突变。创设情境来引入基因突变，让学生列举日常生活中可能引发

3、基因突变的事例，说出引起基因突变的原因。接着从实例入手，通过设计积极思维活动，来引导学生对镰刀型细胞贫血症进行分析，总结得出基因内部单个碱基对替换可导致基因突变。接着通过列举生物学事实：复习皱粒豌豆、囊性纤维病形成的原因，总结归纳出基因中若干碱基序列的增添或缺失也可导致基因突变。再通过EGFR基因（EGFR是一种糖蛋白，属于酪氨酸激酶型受体）的缺失15个碱基对与肺癌这个生活中的实例强化若干个碱基对的变化引起基因突变，再让学生归纳基因突变的概念。然后在教师的引导下，不断地提出新问题让学生讨论、质疑。接着由学生自学教材内容来归纳基因突变的特点，并能利用基因突变的特点解决一些实际问题。最后，通过引导

4、学生以概念图的方式对本节课中的重要概念进行知识构建，使学生对基因突变的概念、时间、原因和遗传效应及突变的特征、意义等有着深入的理解，用课堂练习对本节课的知识进行巩固训练，以检测课堂教学效果，同时给学生提出一个课外继续探究的问题，使学生能在课外有继续拓展提升的空间。3 教学目标3. 1 知识目标 基于生物学事实，概述基因突变的概念；举例说明基因突变的原因、特点及其对生物性状的影响和意义；3. 2 能力目标 基于文本、图片等资料信息，能够用文字描述基因突变的发生机理；借助对问题的思考和示意图的观察分析，应用类比推理法，培养逻辑推理分析的能力；在小组交流讨论中培养合作交流能力。3. 3 情感态度与价

5、值观目标 认同“遗传和变异在物种繁衍过程中的对立统一”的辩证唯物主义观点基因突变的随机性、利害的相对性等情感教育的渗透；认同基因突变对生物多样性形成的积极意义；通过探讨诱发基因突变的因素，养成健康的生活方式。4 教学过程4.1 “基因突变的概念”教学设计 4.1.1 基因突变的上位概念 PPT展示：过去有效的杀虫药，为什么现在就不起作用了呢？引发学生思考。通过列举兔子、鹦鹉亲子代之间的不同引出变异概念：生物亲、子代间或子代各个体间存在性状差异的现象。那么变异是否能够遗传到下一代呢？通过教师提供生物学事实：通过美容手术，纹成弯弯的柳叶眉，这种柳叶眉能遗传吗？普通玉米生活在阳光、水肥充足的地方结出

6、籽粒饱满的种子，这种变异能否遗传？以此引出不可遗传的变异的概念。PPT展示资料：1966年，加拿大多伦多的一只家猫产下一只没有毛的小猫。从此，欧洲和北美爱猫人士开始将加拿大无毛猫同正常猫咪交配进行繁殖，但繁殖成功率较低，所以，无毛猫的数量较少。想一想：无毛猫这样的变异能遗传给子代吗？为什么？太空椒（经过太空遨游，也就是经过辐射的）和普通椒相比，太空椒具有明显的优势，果实肥大，把其种下去后结出的仍是太空椒。通过资料分析引出可遗传的变异。为强化不可遗传的变异与可遗传的变异概念的区别，可以让学生列举有关例子进行辨析。接着，教师在学生理解的基础上用PPT以概念图的形式进行比较。4.1.2 表象概念建构

7、：初识基因突变 PPT呈现问题。（1）复习：什么是基因？原核基因、真核基因结构有什么区别？基因与性状的关系?看谁的表达方式科学准确。原核基因、真核基因结构的区别在学习“基因指导蛋白质的合成”增加了，复习的目的是了解原核、真核生物在转录、翻译的区别，同时为后面学习“基因突变的结果：产生它的等位基因”这一观点作出正确的判断。在学生表述的过程中如果有困难，教师PPT展示图解帮助学生复习知识。（2）如果DNA分子复制时发生错误，DNA分子携带的遗传信息将会发生怎样的变化？如果DNA分子中含遗传信息的碱基对发生变化则意味着基因发生了改变，我们称这种变化为基因突变。可能对生物体产生怎样的影响？对生物体有的

8、有害，有的有利，有的既无害也无利。活动环节捕捉学生对于“遗传信息”的改变的理解。PPT呈现“某基因片段的平面结构模型”，要求学生分组：尝试制作某基因片段中碱基对可能发生的变化。学生在活动中教师巡视，如遇学生操作过程中有疑问，教师尽量不予解释，目的是充分发挥小组的积极作用。在学生操作活动后，教师引导学生进行归类，主要从碱基对数量上发生的变化角度分析，不需要给学生讲明白。由此可以得出一般概念：由于碱基对的替换、增添或缺失，导致遗传信息改变，并通过改变蛋白质中氨基酸序列实现对性状的影响。但是证据不足。过渡语：基因上的单个碱基对或多个碱基对发生改变引起的遗传信息的改变对生物的性状有何影响呢？4.1.3

9、 表象概念修正1：单个碱基对的改变引起的基因突变 PPT展示实例一“镰刀型细胞贫血症”4个资料：资料1：1904年，芝加哥的james Herrick医生接待了一名患有严重贫血的黑人大学生。对病人做血液检查时发现，红细胞在显微镜下不是正常的圆饼形，而是又长又弯的镰刀形，称镰刀型细胞贫血症。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时甚至导致死亡。（并提供“圆饼状的红细胞”、“镰刀形的红细胞”图）。资料2：1928年，人们发现镰刀型细胞贫血症患者能将这种病遗传给下一代，并且发现该病是一种发生在常染色体上的隐性遗传病。资料3：1949年，美国化学家鲍林将正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白，分

10、别放在一定的溶液中电泳，发现正常人和患者血红蛋白的电泳图谱明显不同，便推测镰刀型细胞贫血症是由于血红蛋白分子的缺陷造成的。经过分析，鲍林认为镰刀型细胞贫血症是一种分子病。资料4：1956年，英格拉姆(Ingram)等人用酶将正常的血红蛋白和镰刀型细胞的血红蛋白在相同条件下切成肽段，通过电泳对两者进行分析，发现有一个肽段的位置不同仅仅是单个氨基酸替换。引导学生通过解答问题，感知概念的形成过程。问题（1）：构成血红蛋白的肽链中究竟是哪个氨基酸被替换了？提供教材P81图5-2正常与异常血红蛋白分子的第6位氨基酸的变化。问题（2）：正常血红蛋白特定位置上的谷氨酸被缬氨酸取代。这是为什么呢？引导学生结合

11、P81中“思考与讨论”中的第2问题，完成图解中的DNA、mRNA中碱基填空。教师PPT分步展示：正常红细胞和镰刀型细胞贫血症红细胞形成的过程。要求学生观察图解过程中学会归纳小结：请用自己的语言概括镰刀型细胞贫血症、轻度贫血症是一种变异的过程。DNA分子中基因中的单个碱基对发生变化mRNA分子中的碱基发生变化相应氨基酸的改变相应蛋白质的改变相应性状的改变。明确基因突变的直接原因是血红蛋白的结构发生了改变，根本原因是编码血红蛋白的有关基因中单个碱基对发生了改变。得出结论：基因内部单个碱基对替换可导致基因突变。问题（3）：这种变化可否遗传？如何遗传？可以遗传。突变后的DNA分子复制后通过减数分裂形成

12、带有突变基因的生殖细胞，并将突变基因传给下一代。进一步设疑：基因突变除碱基对的替换外还有哪些变化会引起基因结构的改变?（过渡语）。PPT展示实例二：地中海贫血症正常基因、突变基因中碱基对排列顺序（图1）。问题：找出突变基因与正常基因的碱基差异，分析其导致蛋白质中氨基酸发生了什么变化？（缺失1个碱基对第6号G-C碱基对；氨基酸种类从第3个开始均改变，氨基酸数量上增加1个。） PPT呈现问题：DNA上的基因中的单个碱基对可能发生的变化（先呈现“替换”、“缺失”），提问：还有可能什么变化？增添。总结：基因内部单个碱基对替换、增添或缺失可导致基因突变。进一步设疑：基因中的碱基对是否会发生2个以上碱基对

13、的增添或缺失导致的基因突变。4.1.4 表象概念修正2：若干碱基对改变导致的基因突变 PPT展示问题：回忆一下，在第4章第2节中学习了基因中若干碱基对序列增添或缺失可导致的基因突变的生物学事实，请你举例说明！如果学生忘记了，可PPT展示实例一、二：皱粒豌豆与囊性纤维病。师生共同分析发生机理。皱粒豌豆的形成过程：DNA中插入了一段外来的DNA序列800个碱基对，打乱了编码淀粉分支酶的基因淀粉分支酶不能正常合成蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩。同时注意与圆粒豌豆对比分析。囊性纤维病的形成机理：编码跨膜蛋白（CFTR）的基因缺失了3个碱基对导致CFTR蛋白缺少苯丙氨

14、酸，影响了CFTR蛋白结构 使CFTR转运氯离子的功能异常，患者支气管内黏液增多黏液增多，支气管管腔受阻，细菌大量繁殖，肺部功能严重受损。在师生共同复习的过程中要重点分析根本原因、直接原因。根据教学情况，可采取分步展示复习，得出结论：基因中若干碱基序列的增添或缺失也可导致基因突变。PPT展示实例三：EGFR正常基因与突变基因结构（图2）。问题：找出突变基因与正常基因的碱基差异，分析其导致蛋白质中氨基酸发生了什么变化？是否影响生物的性状？（碱基对少了15个；氨基酸少了5个。影响生物的性状。）。4.1.5 生成基因突变概念 设疑：通过以上生物学事实分析，那么什么是基因突变？“DNA分子中发生碱基对

15、的替换、增添或缺失，而引起基因结构的改变叫做基因突变。”问题（1）：注意概念中的“碱基对”具体是多少？你能理解吗？概念中的碱基对是指基因中发生单个或多个碱基对的替换、增添或缺失。问题（2）：基因突变后基因的数量和位置变化了吗？没有，仅仅是基因结构改变。PPT展示。概念质疑：基因突变一定强调碱基对发生变化吗？建议学生课后阅读2013年1期中学生物学上的有关基因突变的几个理解误区问题文章。从文中寻找答案。问题（3）：发生基因突变的基因与原来基因相同吗？不相同，基因突变的实质是产生新基因。进一步生成一般概念：基因突变是产生新基因的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。4.2 “基因突变对

16、生物性状的影响”的教学设计 基因突变最终结果：可能影响生物性状，也可能没有影响。设疑:上述生物学事实都证实了基因突变会导致性状的改变，是否存在基因突变不一定会导致性状的改变？若性状没有改变，尝试分析原因（图3）。教师PPT展示图3 DNA突变前、可能突变1、可能突变2（均为碱基对替换）。问题：碱基对的替换，是否一定会引起蛋白质中氨基酸的改变？为什么？（查教材65页的密码子表）可能突变1的结果氨基酸种类不变，为什么？一种氨基酸可能有几个密码子（简并性）。可能突变2的结果出现终止密码子。继续提供图4：某正常基因片段的碱基序列。思考：结合密码子表回答单个碱基对的三种突变类型中，哪一种对生物生存影响最

17、小？问题（1）：如果号碱基对由T-A替换成A-T，是否影响生物性状？碱基对替换的位置氨基酸种类改变（由异亮氨酸换成天冬氨酸），影响生物的性状。问题（2）：如果号碱基对由C-G替换成T-A，是否影响生物性状？氨基酸种类未改变，不影响生物的性状。问题（3）：如果号碱基对缺失的结果又会怎样？氨基酸种类从缺失的位点开始改变，影响生物的性状。问题（4）：如果在号、号碱基对之间增加1个A-T碱基对，结果又会怎样？氨基酸种类从增添位点之后改变，影响生物的性状。接着引导学生归纳出结论。结论：总的来说，单个碱基对的替换相对于另两种突变情况，对生物性状的影响是最小的。 进一步设疑：如果在号、号碱基对之间增加2个以

18、上（非3倍数）A-T碱基对，结果又会怎样？如果缺失2个碱基对（如号、号碱基对缺失）或非3倍数缺失结果又会怎样？请同学们结合密码子表推出结果。最终都影响生物性状。追问（1）：缺失或增加1个碱基对或2个碱基对（非3倍数）与碱基对3倍数增加或缺失相比，哪种情况影响生物性状比较大？碱基对非3倍数增加或缺失影响大。若插入或缺失的是12个碱基对，则会使插入或缺失位点之后的密码错位，导致多肽链中氨基酸序列的大幅度改变。若基因中插入或缺失的碱基对数是3的整数倍，则所表达的多肽链就插入或丢失了某一个或几个氨基酸。追问（2）：如果同时发生插入和缺失的双重突变，且插入和缺失的碱基数目相等，则遗传效应如何？二者可以相

19、互抑制突变产生的遗传效应，即第二次移码突变能校正第一次移码突变打乱的密码顺序。4.3 “基因突变的原因和时间”的教学设计 问题（1）：DNA的结构具有一定的稳定性，为什么会发生突变？ 引导学生分析DNA具稳定性的原因之一是其独特的双螺旋结构。当DNA双螺旋解开时其结构变的不够稳定，容易受到一些诱变因子（联系细胞癌变的机理及诱因）的影响而发生结构上的改变。问题（2）：哪些细胞容易发生基因突变？分裂间期的细胞：在DNA分子复制过程中，碱基配对在诱因作用下容易出现差错，导致基因突变率较高而已。而解旋多发生在DNA复制过程细胞分裂的间期，故突变多发生于细胞分裂的间期，即有丝分裂间期或减数第一次分裂间期

20、。问题（3）：上述时期发生的基因突变一定能遗传给后代吗？如果基因突变发生在生殖细胞，可以通过受精作用直接传给后代；如果基因突变发生在体细胞，一般通过有性生殖不能传给后代；若通过无性生殖，如营养生殖则能传递给后代。问题（4）：基因突变的范围：多少碱基对发生变化，只会影响一个基因，而不会影响其他基因？基因突变一般只涉及单个基因内部结构的变化，是DNA分子水平上的点突变，与碱基对的多少无关。问题（5）：基因突变后可以观察到的变化是什么?借助显微镜，你能看到基因发生突变吗？相同条件下，生物单一性状的改变一般由基因突变引起。但是看不到显微镜下的变化，显微可见的细胞水平上的染色体结构变化则不属于基因突变范

21、畴。资料：科学研究表明，DNA分子上具有遗传效应的片段称为基因，DNA分子上同时还具有一些不具有遗传效应的片段。问题：DNA上任何片段发生了碱基对的替换、增添和缺失，都属于基因突变吗？教师PPT展示以下生物学事实。资料1：1927年 H.J.马勒用X射线等在动物（果蝇）中最先诱发了突变。资料2：1928年 L.J.斯塔德勒用X射线在植物（玉米）中最先诱发了突变。资料3：1942年C.奥尔巴克首次使用了化学诱变剂，用氮芥诱发了果蝇的突变。资料4：1943年卢里亚等最早在大肠杆菌中证明对噬菌体抗性的出现是基因突变的结果。问题（6）：生物为什么会发生基因突变？第1，内因：基因结构的可变性碱基对序列可

22、变。自发突变：在自然情况下发生的突变。DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因。第2，外因（表1）：诱变剂导致DNA的改变。人们有意识地利用物理、化学诱变因素引起的突变 。由生物学事实总结出一般概念：基因的可变性是基因突变的内因，物理、化学、生物等诱变因素是基因突变的外因。表1 引起基因突变的外因因素类例诱因物理因素各种射线、温度剧变破坏DNA结构化学因素亚硝酸、碱基类似物改变核酸的碱基生物因素病毒的毒素或代谢产物插入宿主细胞基因组4.4 “基因突变的特点”教学设计 根据PPT提供以下资料，思考问题（也可以依据资料要求学生自行设计问题。）采取分步进行：PPT呈现一个典型资料后

23、提供问题。 资料一：动植物的个体发育图解。问题：基因突变发生在生物个体发育的什么时期？基因突变可发生在生物个体发育的任何时期。基因突变可以发生在细胞内的不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上，即基因突变具有随机性（在生物体内随机发生）特点。资料二：不同生物中的某基因突变率（表2）。表2 不同生物的基因突变率基因突变率大肠杆菌组氨酸缺陷型基因2106果蝇的白眼基因4105果蝇的褐眼基因3105玉米的皱缩基因1106小鼠的白化基因1105人类色盲基因3105 问题（1）：依据表2，你能总结出基因突变具有哪些特点？ 第1，低频性：自然状态下，突变频率很低；第2，普遍性： 自然界的物种中广泛存

24、在。问题（2）：采取人为因素提高突变频率，一般选择什么样的生物材料？在人工诱变育种中尽量对具有分裂能力的幼嫩器官或组织进行处理。资料三：根据PPT提供的图片（白化苗、安康羊、白化苗、抗旱玉米等）进行分析基因突变的特点，大多数突变是有害的。追问：基因突变是否一定有害？请根据资料分析。绝大多数的人类遗传病，都是由基因突变造成的，这些病对人类健康构成了严重威胁。镰刀型细胞贫血症就是一种这样的遗传病，患者(aa)不到成年就会死亡。可见这种突变基因在自然选择的压力下容易被淘汰。可是在非洲疟疾流行的地区，发现镰刀型细胞杂合基因型(Aa)对疟疾的感染率，比正常人(AA)低得多。因此，在疟疾流行的地区，不利的

25、镰刀型细胞基因突变可转变为有利于防止疟疾的流行。学生讨论后得出结论：基因突变的有害性是相对的，突变性状的有害性和有利性取决于是否适应环境，但害多利少。追问：思考：根据基因突变多数是有害的，少数是有利的，那么在诱变育种中有何应用？在人工诱变育种中要大量的处理供试材料，才可能从中获得人们所需要的突变。深度思考：基因突变具有“少利性”的特点，难道是有害突变多吗？如何理解教材P82最后一段中：“有些基因突变既无害也无益”？这个问题有一定难度，可结合学生学习情况选择使用。分析如下：在自然界中多数突变并不引起生物性状的改变中性突变。其原因如下:(1)若突变发生于真核生物基因结构的内含子内，此基因转录的mR

26、NA仍未改变(但前体RNA改变)，因而合成的蛋白质也不发生改变；(2)由于多种密码子决定同一种氨基酸，因此某些基因突变也可能不引起生物性状的改变；(3)基因在细胞中是有选择性表达的；(4)某些突变虽然改变了蛋白质中个别氨基酸的个别位置的种类但并不影响该蛋白质的功能；(5)隐性基因的功能突变在杂合子也不会引起性状改变，等等。资料四：PPT展示图片。野生色（俗称三线）突变为布丁色、奶茶色、银狐等。问题（1）：能说明基因突变有何特点？不定向性。接着PPT提供果蝇红颜（W+基因）突变为白眼（W基因）、血红眼（Wb1基因）、象牙眼（Wi基因）等11种。问题（2）：如何理解基因突变的方向？一个基因突变后产

27、生的是它的等位基因，方向不定，即产生了新基因：原基因的等位基因，基因突变是等位基因产生的根本来源。判断：基因突变产生新基因，但基因突变不一定会变为原基因的等位基因。为什么？因为只有基因突变发生在真核生物染色体上的，新的基因才是它的等位基因。如果基因突变发生在病毒、原核生物以及某些细胞器的DNA，只能说基因突变改变了基因内部结构，产生了新基因。因为病毒、原核生物以及质基因不存在等位基因。 由以上生物学事实归纳出一般概念：基因突变具有普遍性、随机性、低频性、不定向性、有害性、致死性等特点。4.5 “基因突变的意义”教学设计 PPT展示资料：英国曼彻斯特地区生活着一种桦尺蟆，19世纪中期，由于树干上长满地衣，桦尺蟆多数是浅色的( AA , Aa)，极少数是深色的(aa)。到了20世纪中期，由于工厂排出的煤烟杀死了地衣，并将树干熏成黑褐色，黑色的性状由于不易被天敌捕获而得以保留，深色桦尺蟆成了常见种，浅色桦尺蟆成了少数。依据生物学事实总结出基因突变的意义一般概念：产生了新基因；是生物变异的根本来源；提供进化的最初原材料，为进化教学打下了基础。专心-专注-专业