《基因突變》的教學設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基因突變的教學設(shè)計張樹虎 （北方交通大學附屬中學）1 教材分析“基因突變”是人教版高中生物學教材必修2遺傳與進化第5章“基因突變及其他變異”第1節(jié)“基因突變和基因重組”的內(nèi)容，是在學習遺傳的基本規(guī)律、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)、基因的表達等內(nèi)容之后，對基因與性狀關(guān)系的進一步認識?；蛲蛔兪沁z傳學的核心概念“變異中可遺傳變異”的下位概念，是從基因和染色體變化的角度來認識生物變異的原因，是學習“生物進化”、“從雜交育種到基因工程”與“現(xiàn)代生物進化理論”的重要基礎(chǔ)?！吧锏倪z傳”部分是圍繞基因結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性展開的，而“基因突變”是全新的內(nèi)容，是圍繞基因結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性闡述生物的變異，是學生

2、認識生物由“不變”到“變”的轉(zhuǎn)折點。教材遵循學生的認知規(guī)律，選用單個堿基對的替換引起的基因突變鐮刀形貧血癥實例，由現(xiàn)象到本質(zhì)，追本溯源，引導(dǎo)學生理解基因突變的根本原因。其中基因突變的類型，即基因突變后對生物性狀的影響情況較為復(fù)雜，需要學生通過聯(lián)想、類比推理以及綜合應(yīng)用以前所學知識的基礎(chǔ)上才能有效理解。鑒于此，本節(jié)將基因突變的類型、意義確定為難點；基因突變的概念、原因、特點作為教學重點。2 教學設(shè)計思路首先用害蟲難以殺死的生物學事實，引出上位概念變異，再通過生物學事實引出變異分類：不可遺傳的變異、可遺傳的變異，由可遺傳變異引出下位概念基因突變。創(chuàng)設(shè)情境來引入基因突變，讓學生列舉日常生活中可能引發(fā)

3、基因突變的事例，說出引起基因突變的原因。接著從實例入手，通過設(shè)計積極思維活動，來引導(dǎo)學生對鐮刀型細胞貧血癥進行分析，總結(jié)得出基因內(nèi)部單個堿基對替換可導(dǎo)致基因突變。接著通過列舉生物學事實：復(fù)習皺粒豌豆、囊性纖維病形成的原因，總結(jié)歸納出基因中若干堿基序列的增添或缺失也可導(dǎo)致基因突變。再通過EGFR基因（EGFR是一種糖蛋白，屬于酪氨酸激酶型受體）的缺失15個堿基對與肺癌這個生活中的實例強化若干個堿基對的變化引起基因突變，再讓學生歸納基因突變的概念。然后在教師的引導(dǎo)下，不斷地提出新問題讓學生討論、質(zhì)疑。接著由學生自學教材內(nèi)容來歸納基因突變的特點，并能利用基因突變的特點解決一些實際問題。最后，通過引導(dǎo)

4、學生以概念圖的方式對本節(jié)課中的重要概念進行知識構(gòu)建，使學生對基因突變的概念、時間、原因和遺傳效應(yīng)及突變的特征、意義等有著深入的理解，用課堂練習對本節(jié)課的知識進行鞏固訓練，以檢測課堂教學效果，同時給學生提出一個課外繼續(xù)探究的問題，使學生能在課外有繼續(xù)拓展提升的空間。3 教學目標3. 1 知識目標 基于生物學事實，概述基因突變的概念；舉例說明基因突變的原因、特點及其對生物性狀的影響和意義；3. 2 能力目標 基于文本、圖片等資料信息，能夠用文字描述基因突變的發(fā)生機理；借助對問題的思考和示意圖的觀察分析，應(yīng)用類比推理法，培養(yǎng)邏輯推理分析的能力；在小組交流討論中培養(yǎng)合作交流能力。3. 3 情感態(tài)度與價

5、值觀目標 認同“遺傳和變異在物種繁衍過程中的對立統(tǒng)一”的辯證唯物主義觀點基因突變的隨機性、利害的相對性等情感教育的滲透；認同基因突變對生物多樣性形成的積極意義；通過探討誘發(fā)基因突變的因素，養(yǎng)成健康的生活方式。4 教學過程4.1 “基因突變的概念”教學設(shè)計 4.1.1 基因突變的上位概念 PPT展示：過去有效的殺蟲藥，為什么現(xiàn)在就不起作用了呢？引發(fā)學生思考。通過列舉兔子、鸚鵡親子代之間的不同引出變異概念：生物親、子代間或子代各個體間存在性狀差異的現(xiàn)象。那么變異是否能夠遺傳到下一代呢？通過教師提供生物學事實：通過美容手術(shù)，紋成彎彎的柳葉眉，這種柳葉眉能遺傳嗎？普通玉米生活在陽光、水肥充足的地方結(jié)出

6、籽粒飽滿的種子，這種變異能否遺傳？以此引出不可遺傳的變異的概念。PPT展示資料：1966年，加拿大多倫多的一只家貓產(chǎn)下一只沒有毛的小貓。從此，歐洲和北美愛貓人士開始將加拿大無毛貓同正常貓咪交配進行繁殖，但繁殖成功率較低，所以，無毛貓的數(shù)量較少。想一想：無毛貓這樣的變異能遺傳給子代嗎？為什么？太空椒（經(jīng)過太空遨游，也就是經(jīng)過輻射的）和普通椒相比，太空椒具有明顯的優(yōu)勢，果實肥大，把其種下去后結(jié)出的仍是太空椒。通過資料分析引出可遺傳的變異。為強化不可遺傳的變異與可遺傳的變異概念的區(qū)別，可以讓學生列舉有關(guān)例子進行辨析。接著，教師在學生理解的基礎(chǔ)上用PPT以概念圖的形式進行比較。4.1.2 表象概念建構(gòu)

7、：初識基因突變 PPT呈現(xiàn)問題。（1）復(fù)習：什么是基因？原核基因、真核基因結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別？基因與性狀的關(guān)系?看誰的表達方式科學準確。原核基因、真核基因結(jié)構(gòu)的區(qū)別在學習“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”增加了，復(fù)習的目的是了解原核、真核生物在轉(zhuǎn)錄、翻譯的區(qū)別，同時為后面學習“基因突變的結(jié)果：產(chǎn)生它的等位基因”這一觀點作出正確的判斷。在學生表述的過程中如果有困難，教師PPT展示圖解幫助學生復(fù)習知識。（2）如果DNA分子復(fù)制時發(fā)生錯誤，DNA分子攜帶的遺傳信息將會發(fā)生怎樣的變化？如果DNA分子中含遺傳信息的堿基對發(fā)生變化則意味著基因發(fā)生了改變，我們稱這種變化為基因突變?？赡軐ι矬w產(chǎn)生怎樣的影響？對生物體有的

8、有害，有的有利，有的既無害也無利?；顒迎h(huán)節(jié)捕捉學生對于“遺傳信息”的改變的理解。PPT呈現(xiàn)“某基因片段的平面結(jié)構(gòu)模型”，要求學生分組：嘗試制作某基因片段中堿基對可能發(fā)生的變化。學生在活動中教師巡視，如遇學生操作過程中有疑問，教師盡量不予解釋，目的是充分發(fā)揮小組的積極作用。在學生操作活動后，教師引導(dǎo)學生進行歸類，主要從堿基對數(shù)量上發(fā)生的變化角度分析，不需要給學生講明白。由此可以得出一般概念：由于堿基對的替換、增添或缺失，導(dǎo)致遺傳信息改變，并通過改變蛋白質(zhì)中氨基酸序列實現(xiàn)對性狀的影響。但是證據(jù)不足。過渡語：基因上的單個堿基對或多個堿基對發(fā)生改變引起的遺傳信息的改變對生物的性狀有何影響呢？4.1.3

9、 表象概念修正1：單個堿基對的改變引起的基因突變 PPT展示實例一“鐮刀型細胞貧血癥”4個資料：資料1：1904年，芝加哥的james Herrick醫(yī)生接待了一名患有嚴重貧血的黑人大學生。對病人做血液檢查時發(fā)現(xiàn)，紅細胞在顯微鏡下不是正常的圓餅形，而是又長又彎的鐮刀形，稱鐮刀型細胞貧血癥。這樣的紅細胞容易破裂，使人患溶血性貧血，嚴重時甚至導(dǎo)致死亡。（并提供“圓餅狀的紅細胞”、“鐮刀形的紅細胞”圖）。資料2：1928年，人們發(fā)現(xiàn)鐮刀型細胞貧血癥患者能將這種病遺傳給下一代，并且發(fā)現(xiàn)該病是一種發(fā)生在常染色體上的隱性遺傳病。資料3：1949年，美國化學家鮑林將正常人和鐮刀型細胞貧血癥患者的血紅蛋白，分

10、別放在一定的溶液中電泳，發(fā)現(xiàn)正常人和患者血紅蛋白的電泳圖譜明顯不同，便推測鐮刀型細胞貧血癥是由于血紅蛋白分子的缺陷造成的。經(jīng)過分析，鮑林認為鐮刀型細胞貧血癥是一種分子病。資料4：1956年，英格拉姆(Ingram)等人用酶將正常的血紅蛋白和鐮刀型細胞的血紅蛋白在相同條件下切成肽段，通過電泳對兩者進行分析，發(fā)現(xiàn)有一個肽段的位置不同僅僅是單個氨基酸替換。引導(dǎo)學生通過解答問題，感知概念的形成過程。問題（1）：構(gòu)成血紅蛋白的肽鏈中究竟是哪個氨基酸被替換了？提供教材P81圖5-2正常與異常血紅蛋白分子的第6位氨基酸的變化。問題（2）：正常血紅蛋白特定位置上的谷氨酸被纈氨酸取代。這是為什么呢？引導(dǎo)學生結(jié)合

11、P81中“思考與討論”中的第2問題，完成圖解中的DNA、mRNA中堿基填空。教師PPT分步展示：正常紅細胞和鐮刀型細胞貧血癥紅細胞形成的過程。要求學生觀察圖解過程中學會歸納小結(jié)：請用自己的語言概括鐮刀型細胞貧血癥、輕度貧血癥是一種變異的過程。DNA分子中基因中的單個堿基對發(fā)生變化mRNA分子中的堿基發(fā)生變化相應(yīng)氨基酸的改變相應(yīng)蛋白質(zhì)的改變相應(yīng)性狀的改變。明確基因突變的直接原因是血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，根本原因是編碼血紅蛋白的有關(guān)基因中單個堿基對發(fā)生了改變。得出結(jié)論：基因內(nèi)部單個堿基對替換可導(dǎo)致基因突變。問題（3）：這種變化可否遺傳？如何遺傳？可以遺傳。突變后的DNA分子復(fù)制后通過減數(shù)分裂形成

12、帶有突變基因的生殖細胞，并將突變基因傳給下一代。進一步設(shè)疑：基因突變除堿基對的替換外還有哪些變化會引起基因結(jié)構(gòu)的改變?（過渡語）。PPT展示實例二：地中海貧血癥正?；?、突變基因中堿基對排列順序（圖1）。問題：找出突變基因與正?；虻膲A基差異，分析其導(dǎo)致蛋白質(zhì)中氨基酸發(fā)生了什么變化？（缺失1個堿基對第6號G-C堿基對；氨基酸種類從第3個開始均改變，氨基酸數(shù)量上增加1個。） PPT呈現(xiàn)問題：DNA上的基因中的單個堿基對可能發(fā)生的變化（先呈現(xiàn)“替換”、“缺失”），提問：還有可能什么變化？增添?？偨Y(jié)：基因內(nèi)部單個堿基對替換、增添或缺失可導(dǎo)致基因突變。進一步設(shè)疑：基因中的堿基對是否會發(fā)生2個以上堿基對

13、的增添或缺失導(dǎo)致的基因突變。4.1.4 表象概念修正2：若干堿基對改變導(dǎo)致的基因突變 PPT展示問題：回憶一下，在第4章第2節(jié)中學習了基因中若干堿基對序列增添或缺失可導(dǎo)致的基因突變的生物學事實，請你舉例說明！如果學生忘記了，可PPT展示實例一、二：皺粒豌豆與囊性纖維病。師生共同分析發(fā)生機理。皺粒豌豆的形成過程：DNA中插入了一段外來的DNA序列800個堿基對，打亂了編碼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為淀粉，蔗糖含量升高淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮。同時注意與圓粒豌豆對比分析。囊性纖維病的形成機理：編碼跨膜蛋白（CFTR）的基因缺失了3個堿基對導(dǎo)致CFTR蛋白缺少苯丙氨

14、酸，影響了CFTR蛋白結(jié)構(gòu) 使CFTR轉(zhuǎn)運氯離子的功能異常，患者支氣管內(nèi)黏液增多黏液增多，支氣管管腔受阻，細菌大量繁殖，肺部功能嚴重受損。在師生共同復(fù)習的過程中要重點分析根本原因、直接原因。根據(jù)教學情況，可采取分步展示復(fù)習，得出結(jié)論：基因中若干堿基序列的增添或缺失也可導(dǎo)致基因突變。PPT展示實例三：EGFR正?；蚺c突變基因結(jié)構(gòu)（圖2）。問題：找出突變基因與正?；虻膲A基差異，分析其導(dǎo)致蛋白質(zhì)中氨基酸發(fā)生了什么變化？是否影響生物的性狀？（堿基對少了15個；氨基酸少了5個。影響生物的性狀。）。4.1.5 生成基因突變概念 設(shè)疑：通過以上生物學事實分析，那么什么是基因突變？“DNA分子中發(fā)生堿基對

15、的替換、增添或缺失，而引起基因結(jié)構(gòu)的改變叫做基因突變?！眴栴}（1）：注意概念中的“堿基對”具體是多少？你能理解嗎？概念中的堿基對是指基因中發(fā)生單個或多個堿基對的替換、增添或缺失。問題（2）：基因突變后基因的數(shù)量和位置變化了嗎？沒有，僅僅是基因結(jié)構(gòu)改變。PPT展示。概念質(zhì)疑：基因突變一定強調(diào)堿基對發(fā)生變化嗎？建議學生課后閱讀2013年1期中學生物學上的有關(guān)基因突變的幾個理解誤區(qū)問題文章。從文中尋找答案。問題（3）：發(fā)生基因突變的基因與原來基因相同嗎？不相同，基因突變的實質(zhì)是產(chǎn)生新基因。進一步生成一般概念：基因突變是產(chǎn)生新基因的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。4.2 “基因突變對

16、生物性狀的影響”的教學設(shè)計 基因突變最終結(jié)果：可能影響生物性狀，也可能沒有影響。設(shè)疑:上述生物學事實都證實了基因突變會導(dǎo)致性狀的改變，是否存在基因突變不一定會導(dǎo)致性狀的改變？若性狀沒有改變，嘗試分析原因（圖3）。教師PPT展示圖3 DNA突變前、可能突變1、可能突變2（均為堿基對替換）。問題：堿基對的替換，是否一定會引起蛋白質(zhì)中氨基酸的改變？為什么？（查教材65頁的密碼子表）可能突變1的結(jié)果氨基酸種類不變，為什么？一種氨基酸可能有幾個密碼子（簡并性）。可能突變2的結(jié)果出現(xiàn)終止密碼子。繼續(xù)提供圖4：某正?；蚱蔚膲A基序列。思考：結(jié)合密碼子表回答單個堿基對的三種突變類型中，哪一種對生物生存影響最

17、小？問題（1）：如果號堿基對由T-A替換成A-T，是否影響生物性狀？堿基對替換的位置氨基酸種類改變（由異亮氨酸換成天冬氨酸），影響生物的性狀。問題（2）：如果號堿基對由C-G替換成T-A，是否影響生物性狀？氨基酸種類未改變，不影響生物的性狀。問題（3）：如果號堿基對缺失的結(jié)果又會怎樣？氨基酸種類從缺失的位點開始改變，影響生物的性狀。問題（4）：如果在號、號堿基對之間增加1個A-T堿基對，結(jié)果又會怎樣？氨基酸種類從增添位點之后改變，影響生物的性狀。接著引導(dǎo)學生歸納出結(jié)論。結(jié)論：總的來說，單個堿基對的替換相對于另兩種突變情況，對生物性狀的影響是最小的。 進一步設(shè)疑：如果在號、號堿基對之間增加2個以

18、上（非3倍數(shù)）A-T堿基對，結(jié)果又會怎樣？如果缺失2個堿基對（如號、號堿基對缺失）或非3倍數(shù)缺失結(jié)果又會怎樣？請同學們結(jié)合密碼子表推出結(jié)果。最終都影響生物性狀。追問（1）：缺失或增加1個堿基對或2個堿基對（非3倍數(shù)）與堿基對3倍數(shù)增加或缺失相比，哪種情況影響生物性狀比較大？堿基對非3倍數(shù)增加或缺失影響大。若插入或缺失的是12個堿基對，則會使插入或缺失位點之后的密碼錯位，導(dǎo)致多肽鏈中氨基酸序列的大幅度改變。若基因中插入或缺失的堿基對數(shù)是3的整數(shù)倍，則所表達的多肽鏈就插入或丟失了某一個或幾個氨基酸。追問（2）：如果同時發(fā)生插入和缺失的雙重突變，且插入和缺失的堿基數(shù)目相等，則遺傳效應(yīng)如何？二者可以相

19、互抑制突變產(chǎn)生的遺傳效應(yīng)，即第二次移碼突變能校正第一次移碼突變打亂的密碼順序。4.3 “基因突變的原因和時間”的教學設(shè)計 問題（1）：DNA的結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，為什么會發(fā)生突變？ 引導(dǎo)學生分析DNA具穩(wěn)定性的原因之一是其獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)。當DNA雙螺旋解開時其結(jié)構(gòu)變的不夠穩(wěn)定，容易受到一些誘變因子（聯(lián)系細胞癌變的機理及誘因）的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變。問題（2）：哪些細胞容易發(fā)生基因突變？分裂間期的細胞：在DNA分子復(fù)制過程中，堿基配對在誘因作用下容易出現(xiàn)差錯，導(dǎo)致基因突變率較高而已。而解旋多發(fā)生在DNA復(fù)制過程細胞分裂的間期，故突變多發(fā)生于細胞分裂的間期，即有絲分裂間期或減數(shù)第一次分裂間期

20、。問題（3）：上述時期發(fā)生的基因突變一定能遺傳給后代嗎？如果基因突變發(fā)生在生殖細胞，可以通過受精作用直接傳給后代；如果基因突變發(fā)生在體細胞，一般通過有性生殖不能傳給后代；若通過無性生殖，如營養(yǎng)生殖則能傳遞給后代。問題（4）：基因突變的范圍：多少堿基對發(fā)生變化，只會影響一個基因，而不會影響其他基因？基因突變一般只涉及單個基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，是DNA分子水平上的點突變，與堿基對的多少無關(guān)。問題（5）：基因突變后可以觀察到的變化是什么?借助顯微鏡，你能看到基因發(fā)生突變嗎？相同條件下，生物單一性狀的改變一般由基因突變引起。但是看不到顯微鏡下的變化，顯微可見的細胞水平上的染色體結(jié)構(gòu)變化則不屬于基因突變范

21、疇。資料：科學研究表明，DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的片段稱為基因，DNA分子上同時還具有一些不具有遺傳效應(yīng)的片段。問題：DNA上任何片段發(fā)生了堿基對的替換、增添和缺失，都屬于基因突變嗎？教師PPT展示以下生物學事實。資料1：1927年 H.J.馬勒用X射線等在動物（果蠅）中最先誘發(fā)了突變。資料2：1928年 L.J.斯塔德勒用X射線在植物（玉米）中最先誘發(fā)了突變。資料3：1942年C.奧爾巴克首次使用了化學誘變劑，用氮芥誘發(fā)了果蠅的突變。資料4：1943年盧里亞等最早在大腸桿菌中證明對噬菌體抗性的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果。問題（6）：生物為什么會發(fā)生基因突變？第1，內(nèi)因：基因結(jié)構(gòu)的可變性堿基對序列可

22、變。自發(fā)突變：在自然情況下發(fā)生的突變。DNA分子復(fù)制偶爾發(fā)生錯誤、DNA的堿基組成發(fā)生改變等原因。第2，外因（表1）：誘變劑導(dǎo)致DNA的改變。人們有意識地利用物理、化學誘變因素引起的突變 。由生物學事實總結(jié)出一般概念：基因的可變性是基因突變的內(nèi)因，物理、化學、生物等誘變因素是基因突變的外因。表1 引起基因突變的外因因素類例誘因物理因素各種射線、溫度劇變破壞DNA結(jié)構(gòu)化學因素亞硝酸、堿基類似物改變核酸的堿基生物因素病毒的毒素或代謝產(chǎn)物插入宿主細胞基因組4.4 “基因突變的特點”教學設(shè)計 根據(jù)PPT提供以下資料，思考問題（也可以依據(jù)資料要求學生自行設(shè)計問題。）采取分步進行：PPT呈現(xiàn)一個典型資料后

23、提供問題。 資料一：動植物的個體發(fā)育圖解。問題：基因突變發(fā)生在生物個體發(fā)育的什么時期？基因突變可發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期。基因突變可以發(fā)生在細胞內(nèi)的不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上，即基因突變具有隨機性（在生物體內(nèi)隨機發(fā)生）特點。資料二：不同生物中的某基因突變率（表2）。表2 不同生物的基因突變率基因突變率大腸桿菌組氨酸缺陷型基因2106果蠅的白眼基因4105果蠅的褐眼基因3105玉米的皺縮基因1106小鼠的白化基因1105人類色盲基因3105 問題（1）：依據(jù)表2，你能總結(jié)出基因突變具有哪些特點？ 第1，低頻性：自然狀態(tài)下，突變頻率很低；第2，普遍性： 自然界的物種中廣泛存

24、在。問題（2）：采取人為因素提高突變頻率，一般選擇什么樣的生物材料？在人工誘變育種中盡量對具有分裂能力的幼嫩器官或組織進行處理。資料三：根據(jù)PPT提供的圖片（白化苗、安康羊、白化苗、抗旱玉米等）進行分析基因突變的特點，大多數(shù)突變是有害的。追問：基因突變是否一定有害？請根據(jù)資料分析。絕大多數(shù)的人類遺傳病，都是由基因突變造成的，這些病對人類健康構(gòu)成了嚴重威脅。鐮刀型細胞貧血癥就是一種這樣的遺傳病，患者(aa)不到成年就會死亡?？梢娺@種突變基因在自然選擇的壓力下容易被淘汰。可是在非洲瘧疾流行的地區(qū)，發(fā)現(xiàn)鐮刀型細胞雜合基因型(Aa)對瘧疾的感染率，比正常人(AA)低得多。因此，在瘧疾流行的地區(qū)，不利的鐮刀型細胞基因突變可轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣诜乐汞懠驳牧餍?。學生討論后得出結(jié)論：基因突變的有害性是相對的，突變性狀的有害性和有利性取決于是否適應(yīng)環(huán)境，但害多利少。追問：思考：根據(jù)基因突變多數(shù)是有害的，少數(shù)是有利的，那么在誘變育種中有何應(yīng)用？在人工誘變育種中要大量的處理供試材料，才可能從中獲得人們所需要的突變。深度思考：基因突變具有“少利性”的特點，難道是有害突變多嗎？如何理解教材P82最后一段中：“有些基因突變既無害也無益”？這個問題有一定難度，可結(jié)合學生學習情況選擇使用。分析如下：在自然界中多數(shù)突變并不引起生物性