視頻標(biāo)簽：基因突變,基因重組

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視頻課題：福建省高中生物優(yōu)質(zhì)課比賽《基因突變和基因重組》(黃)

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福建省高中生物優(yōu)質(zhì)課比賽《基因突變和基因重組》(黃巍)

《基因突變和基因重組》的教學(xué)設(shè)計
一、教材和學(xué)情分析
本節(jié)課內(nèi)容包含了兩種可遺傳變異——基因突變和基因重組，而基于前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了自由組合定律和減數(shù)分裂的知識，學(xué)生們對于基因重組已經(jīng)有了一定的了解，在這個知識點(diǎn)處理上應(yīng)注重對學(xué)生實(shí)際理解能力和圖形分析能力的培養(yǎng)，通過實(shí)踐提高學(xué)生的認(rèn)知能力。
這節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)集中于基因突變這個知識點(diǎn)。理性思考與論證作為新課標(biāo)所提倡的核心素養(yǎng)的重要組成部分，教師可以有意識地通過生物學(xué)科知識引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生能夠運(yùn)用模型與建模、歸納與概括、演繹與推理等方法，加深對基因突變的內(nèi)涵和外延的理解。
二、教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)
知識目標(biāo)
1、結(jié)合實(shí)例、模型、游戲等方法從分子水平（堿基對替換、增添、缺失）分析基因突變發(fā)生的時間，內(nèi)因，推導(dǎo)出基因突變概念。
2、分析基因突變發(fā)生在體細(xì)胞和生殖細(xì)胞時對其控制合成的蛋白質(zhì)、對性狀與子代的影響。
3、基因突變的產(chǎn)生外在原因、特點(diǎn)及意義。
4、掌握基因重組的概念、來源、意義，會辨別不同情況下的基因重組。
能力目標(biāo)
1、結(jié)合減數(shù)分裂過程，學(xué)會用圖示形式表示發(fā)生基因重組的原因，培養(yǎng)學(xué)生的作圖和識圖能力。
2、借助示意圖的觀察和對問題的思考，提高學(xué)生判斷和推理等能力。
3、通過游戲、模型演示推出基因突變概念的過程，鍛煉學(xué)生們合作探究的能力。
情感態(tài)度價值觀目標(biāo)
1、通過分析引起基因突變的外部原因培養(yǎng)學(xué)生正確的生活態(tài)度，珍惜愛護(hù)生命。
2、認(rèn)同基因簡并性保持生物性狀穩(wěn)定性的意義，以及基因突變、基因重組對生物多樣性形成的積極意義。
重點(diǎn)
1、基因突變發(fā)生的概念、原因及特點(diǎn)。
2、基因重組的來源以及減數(shù)第一次分裂后期和交叉互換后對應(yīng)的的基因變化圖。
難點(diǎn)
基因突變及基因重組的意義。
三、教學(xué)方法及教具
針對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，選擇的教學(xué)方法為：情境教學(xué)法、問題教學(xué)法、小組討論法、學(xué)生分析歸納法。
教具：多媒體、減數(shù)分裂染色體模型、堿基和氨基酸磁貼
四、課時安排  1課時
五、教學(xué)過程
（一）基因突變
1、基因突變的概念
紅細(xì)胞是血液中數(shù)量最多的一種血細(xì)胞，紅細(xì)胞中富含的血紅蛋白是負(fù)責(zé)運(yùn)載氧的一種蛋白質(zhì)，下面是血紅蛋白基因的一段堿基序列，請將其轉(zhuǎn)錄并翻譯出來，然后請一位同學(xué)用堿基和氨基酸模型在黑板上排列出來。
 DNA模板鏈： -GGG CTT CTT TTT-
 mRNA：
 多肽鏈：
1.1 堿基替換
翻譯“THE DOG BIT THE CAT”（狗打了貓），如果將“CAT”中的“T”改成“R”，那么這句話的意思就變成“狗打了車”。如果基因的核苷酸序列中發(fā)生了堿基替換，會導(dǎo)致怎樣的后果呢？
請在下面正常血紅蛋白基因的一段堿基序列中，任意替換一個堿基，并將其轉(zhuǎn)錄并翻譯出來，然后請一位同學(xué)用堿基和氨基酸模型在黑板上排列出來。
 DNA模板鏈： -GGG CTT CTT TTT-
 mRNA：
 多肽鏈：
通過與正常的血紅蛋白多肽鏈進(jìn)行對比，觀察當(dāng)基因的堿基發(fā)生不同的替換后，是否會對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能造成不同的影響？先寫出你替換后的結(jié)果，再參考其他同學(xué)替換的不同結(jié)果，寫出其他可能。
①堿基替換后導(dǎo)致氨基酸改變，蛋白質(zhì)的功能可能異常，如鐮刀型細(xì)胞貧血癥，患者無法合成正常的血紅蛋白，使得紅細(xì)胞變成異常的鐮刀狀。這種不規(guī)則形狀的紅細(xì)胞會過早死亡，導(dǎo)致貧血。現(xiàn)在世界上發(fā)現(xiàn)的異常血紅蛋白就有500多種。
②堿基替換后氨基酸不變，因為密碼子簡并性，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能沒有發(fā)生改變。
③如果堿基替換后，轉(zhuǎn)錄出沒有決定氨基酸的終止密碼子，則會提前終止翻譯，那么對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響將會很大。
2.2  堿基的缺失和增添
如果去掉英文句子 “THE DOG BIT THE CAT”中的“G”，則句子變?yōu)?ldquo;THE DOB ITT HEC AT”。如果DNA中的堿基發(fā)生了缺失，會導(dǎo)致怎樣的后果呢？ 
請在下面正常血紅蛋白基因的一段堿基序列中，任意缺失或增添一個堿基，并將其轉(zhuǎn)錄并翻譯出來，然后請一位同學(xué)用堿基和氨基酸模型在黑板上排列出來。
 DNA模板鏈： -GGG CTT CTT TTT-
 mRNA：
 多肽鏈：
通過與正常的血紅蛋白多肽鏈進(jìn)行對比，可以看到當(dāng)缺失一個堿基后，氨基酸序列發(fā)生了很大的改變，這對性狀的影響比堿基的替換大得多。
如果缺失的堿基會不止一個，會導(dǎo)致怎樣的后果呢？ 
如果缺失的堿基是3個，那么密碼子會減少一個，氨基酸也會減少一個，但是不會對后面肽鏈中的氨基酸造成影響，因此對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)影響相對較小。
堿基發(fā)生增添的情況和缺失相類似，當(dāng)正常的堿基序列中插入了一個堿基，同樣會引起后面蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的巨大改變。
通過上述模擬實(shí)驗，得出概念。在DNA中發(fā)生堿基的替換，增添或缺失的情況，稱為基因突變。

2. 基因突變的特點(diǎn)

從剛才做的基因突變的模擬實(shí)驗中可以發(fā)現(xiàn)，基因突變可以發(fā)生在基因中的不同部位，而當(dāng)基因突變發(fā)生在特定位置時，還可以出現(xiàn)不同的改變，例如，可能會出現(xiàn)增添、缺失或者替換，而替換還可能會出現(xiàn)不同堿基的改變，因此，基因突變具有隨機(jī)性和不定向性。
此外，雖然基因突變的頻率很低，但是由于堿基的數(shù)量非常龐大，因此，基因突變又具有普遍性。

3. 基因突變的意義

雖然一些基因突變，由于密碼子的簡并性等原因不會產(chǎn)生新的性狀，但是大
多數(shù)的基因突變會表達(dá)出新的性狀。
①在這些新的性狀里，有些會破壞生物體與現(xiàn)有環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系，而對生物有害，如白化病和鐮刀型細(xì)胞貧血癥；
②也有極少數(shù)基因突變會使生物更加適應(yīng)環(huán)境，增強(qiáng)生存能力，而對生物有利，如基因突變可以讓老虎的牙齒更加鋒利，讓獵豹跑的更快。
③還有很多基因突變是中性的，對生物的生存沒有太大的影響，如有無耳垂、單眼皮和雙眼皮等等。
通過基因突變產(chǎn)生了大量的新基因，極大的豐富了生物的多樣性，是生物變異的根本來源，為生物的有性生殖過程提供了大量可以重組的基因。
【設(shè)計意圖】通過堿基模型的引入和英語句子中單詞拼寫錯誤的類比推理，充分發(fā)揮了直觀教學(xué)的作用，將抽象的基因突變具體化。通過模型構(gòu)建，學(xué)生可以更深刻的理解基因的特點(diǎn)和意義。
（二）基因重組
1  自由組合
請學(xué)生用染色體模型，模擬減數(shù)分裂的過程，觀察當(dāng)考慮2對同源染色體上的基因時，能夠產(chǎn)生幾種不同類型的配子？
通過模型構(gòu)建，得出會產(chǎn)生4種不同類型的配子。
隨著物種的染色體數(shù)增加，后代可能的基因組合方式會有多少種呢？人類的染色體有23對，一位父親可能產(chǎn)生多少種染色體組成不同的精子，一位母親可能產(chǎn)生多少子種染色體組成不同的卵細(xì)胞？都是2²³ 種，也就是8388608種。
一對夫婦通過有性生殖形成受精卵的基因型是2²³*2²³種。也就是70368744177664種！

2. 交叉互換

此外，在四分體時期，幾乎同源染色體間的任何位置，都可能會隨機(jī)發(fā)生交叉互換。交叉互換后的染色體從形狀大小上看并沒發(fā)生改變，那么交叉互換的意義是什么呢？
先考慮2對同源染色體的情況，當(dāng)發(fā)生圖中交叉互換的情況時，寫出配子基因型。
在考慮交叉互換的情況下，配子的種類有8種。
通過隨機(jī)發(fā)生的各種交叉互換，在配子中就可能出現(xiàn)遠(yuǎn)超2²³種的基因型。非同源染色體上非等位基因的自由組合已經(jīng)讓一對夫婦的受精卵基因型產(chǎn)生了70萬億多種的可能。通過交叉互換將使受精卵的基因型種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于70萬億種。
一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變，產(chǎn)生許多的復(fù)等位基因。想象一下，一個數(shù)量龐大的種群通過有性生殖產(chǎn)生的后代將有多少種可能性？

3. 基因重組的意義

基因突變?yōu)橛行陨�殖過程中進(jìn)行的基因重組提供了豐富的原材料，通過有性生殖過程中的基因重組，讓后代擁有了更多的變異，增加了適應(yīng)自然選擇的能力，為生物的進(jìn)化提供了更豐富的原材料，大大加快了生物進(jìn)化的速度。
【設(shè)計意圖】通過染色體模型模擬減數(shù)分裂的過程，可以讓學(xué)生直觀的看到基因重組的兩種情況：自由組合和交叉互換。先從2對同源染色體的自由組合，到人的23對同源染色體的自由組合，再從交叉互換情況下2對同源染色體的自由組合，到交叉互換情況下23對同源染色體的自由組合，讓學(xué)生深刻理解基因重組為有性生殖的后代帶來更豐富的變異。
六、板書設(shè)計
5．1  基因突變和基因重組
一、基因重組
1.概念
①堿基替換；②堿基缺失和增添
2.特點(diǎn)
隨機(jī)性、不定向性、低頻性和普遍性
3.意義
基因重組是生物變異的來源之一，對生物的進(jìn)化具有重要的意義。
二、基因突變
1.自由組合
2.交叉互換
七、教學(xué)反思
理性思考與論證作為生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，其內(nèi)涵是讓學(xué)生能夠運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題，使學(xué)生通過高中生物課程的學(xué)習(xí)能夠具備以下能力：①從生物學(xué)事實(shí)中歸納概括出基本的生物學(xué)規(guī)律；②正確運(yùn)用文字、圖示、模型等方式表征并闡明相關(guān)生命活動的原理；③運(yùn)用生物學(xué)規(guī)律，預(yù)測或探討相關(guān)生命現(xiàn)象的機(jī)制；④基于生物學(xué)原理和限定條件等對某一生物學(xué)問題或觀點(diǎn)提出質(zhì)疑或論證。
本節(jié)課的知識非常抽象，在學(xué)習(xí)時通過基因突變模型的建構(gòu)，能夠幫助學(xué)生更好的理解基因突變這個概念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思考與論證能力。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：在學(xué)習(xí)的過程中，獲得知識的多少取決于學(xué)習(xí)者根據(jù)經(jīng)驗去建構(gòu)有關(guān)知識的能力，而不取決于學(xué)習(xí)者記憶和背誦教師講授內(nèi)容的能力。對知識的真正理解只能是學(xué)習(xí)者基于自身的經(jīng)驗背景建構(gòu)起來的。要想讓學(xué)生獲得更多、更牢固的知識，必須調(diào)動學(xué)生的積極性，讓其主動進(jìn)行理性思考與論證，僅僅依靠語言的傳遞是不夠的。
（1）在學(xué)習(xí)基因突變時，重點(diǎn)是帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)基因突變的基本概念，研究內(nèi)涵即基因結(jié)構(gòu)的改變，外延是堿基對的增添、缺失和替換。結(jié)合基因的結(jié)構(gòu)和基因?qū)π誀羁刂频南嚓P(guān)知識，教師以模型建構(gòu)的方式，讓學(xué)生自主研究基因突變是否一定會帶來性狀的改變。突變后的基因成為一個新的基因，即原基因的等位基因。該基因在表達(dá)時，由于引起mRNA上密碼子的改變使組成蛋白質(zhì)的氨基酸種類和數(shù)目都可能發(fā)生變化，生物體的性狀也可能發(fā)生改變。但由于一種氨基酸有多種密碼子，所以基因發(fā)生突變后，所編碼的氨基酸也可能不發(fā)生改變。強(qiáng)調(diào)基因突變產(chǎn)生了新的基因，為生物多樣性創(chuàng)造了重要條件。
（2）在學(xué)習(xí)基因重組的概念時，應(yīng)聯(lián)系減數(shù)分裂的染色體變化。同時注意基因重組兩種方式產(chǎn)生配子情況的比較，從而突出有性生殖的意義。

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