人教版高中生物必修二《基因突变和基因重组》教学.docx

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人教版高中生物必修二《基因突变和基因重组》教学

基因突变和基因重组

教学目标

一、知识与技能

1．举例说明基因突变的特点和原因。

2．举例说出基因重组的概念。

3．说出基因突变和基因重组的意义。

二、过程与方法

1．通过对课本中实例的分析，培养学生分析归纳总结和逻辑推理能力。

2．通过学生之间相互启发、相互补充、激发灵感，提高学生合作探究的能力。

三、情感、态度与价值观

1．通过学习生物变异的事例，增强学生对生物世界探究的好奇心，培养学生们严谨的科学态度和对科学的兴趣。

2．引领学生进入“自主—合作—探究”的新课程理念氛围，让学生真正成为学习的主人。

教学重点与难点

教学重点：

基因突变的概念、特点及原因。

教学难点：

基因突变和基因重组的意义。

教具准备

实物投影仪、电脑演示教学课件。

课时安排

2课时（参考课时1，这里为留足学生自主—合作的时间，还包括课堂的反馈训练）

教学过程

一、导入新课

1．问题引入

幻灯展示“问题探讨”中的事例，并提出问题。

原句：

THECATSATONTHEMAT

二、新课教学

（一）基因突变的实例

为了让学生更好地理解基因突变的概念，教材不是从概念到概念，而是从实例入手，从现象开始，追溯根源。

鼓励学生运用已有知识积累，大胆联想、推理、讨论甚至辩论，让学生猜测基因突变的类型和结果。

材料1：

1910年，一位美国黑人青年由于发烧和肌肉疼痛到医院看病，医生检查发现，他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血病——镰刀型细胞贫血症。

我们知道，正常人的红细胞是圆饼状的，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲镰刀状的。

这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。

这种病是怎样形成的呢？

教师引导学生阅读教材，观看图5-1，也可以用幻灯的形式展示正常红细胞和镰刀型细胞贫血症红细胞图片。

然后提问：

（1）从图片中我们看到正常红细胞是什么形状？

有什么功能？

提示：

圆饼形状，运输氧气功能。

（2）镰刀型细胞贫血症的红细胞呈镰刀状，对功能的完成有没有影响？

提示：

有，运氧气能力降低，易破裂溶血造成贫血，严重时会导致死亡。

讲述：

那么又是什么原因使正常红细胞变成镰刀型红细胞？

分子生物学研究表明是基因突变的结果。

材料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常染色体上的隐性遗传病。

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，分别放在一定的溶液中电泳，发现正常人和患者的血红蛋白的电泳图谱明显不同，鲍林推测镰刀型细胞贫血症是一种分子病。

1956年，英格拉姆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，通过电泳对二者进行分析，发现有一个肽段的位置不同。

（这段有区别的肽段的氨基酸顺序参见教科书图5―2）

大家知道，性状是由蛋白质来体现的，我们先来看正常血红蛋白与镰刀型血红蛋白的氨基酸的组成。

（1）两者有什么区别？

（正常的是谷氨酸，异常的是缬氨酸。

）

（2）氨基酸是由什么决定的？

（由信使RNA上的密码子决定的。

）

（3）构成信使RNA上的密码子的那些碱基又是由什么决定的呢？

（由DNA上的碱基决定的。

）

（4）大家比较一下正常与异常的DNA，它们的区别在哪里？

（一个碱基对的改变。

）

（5）DNA上一个碱基对发生了改变，最终导致了镰刀型细胞贫血症。

我们知道性状是由基因控制的，基因是怎么来决定性状的？

（基因是由脱氧核苷酸组成的，脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息，基因控制生物性状就是要把特定的遗传信息通过转录和翻译反映到具体的蛋白质结构上。

）

讲述：

基因脱氧核苷酸顺序代表了遗传信息，顺序变了，遗传信息也变了，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，基因结构改变会使生物发生变异。

基因突变的概念：

DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，叫基因突变。

过渡：

基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，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。

如棉花正常枝→短果枝、普通羊→短腿羊、正常人→白化病、水稻高秆→矮秆、果蝇的红眼→白眼等。

那么基因突变是如何产生的呢？

（二）基因突变的原因和特点

1．基因突变的原因

易诱发生物发生基因突变并提高基因突变频率的因素有三类：

（1）物理因素：

包括X射线、紫外线、激光等。

（2）化学因素：

有亚硝酸、碱基类似物等。

（3）生物因素：

如病毒和某些细菌等。

生物的变异不只是由基因突变引起的，我们怎样去认识由于基因突变而引起的变异？

下面我们就来了解基因突变的特点。

2．基因突变的特点

由于自然界诱发基因突变的因素很多，基因突变还可以自发产生，因此，基因突变在生物界中是普遍存在的。

基因突变绝大多数是有害的，但也有少数有利，为什么呢？

因为任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境已经取得了高度协调。

如果发生基因突变就可能破坏这种协调关系。

因此基因突变对于生物往往有害，但少数是有利的。

我们能不能只让它进行有利的突变呢？

这不行。

因为基因突变是不定向的。

一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。

例如控制小鼠毛色的灰色基因（A＋）可以突变成黄色基因（AY），也可以突变成黑色基因（a）。

但是，每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。

例如，小鼠毛色基因的突变能不能突变成毛的长短呢？

（答：

不能，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。

）

基因突变的特点：

①普遍性②随机性③低频性（突变率低）④多数有害性⑤不定向性

其实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。

那么基因重组造成的生物变异又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。

（三）基因重组

温故知新：

基因的自由组合定律引入。

问题情境：

P83课本中的“思考与讨论”。

（贴近生活的感性实例：

大千世界、芸芸众生，却难以找到两个一模一样的人，即使同卵双生的双胞胎也不完全一样。

）

带领学生梳理知识直接找出基因重组的概念、类型（板书）

师生讨论：

在生物体内，尤其是高等动植物体内，控制性状的基因数目是非常巨大的，因此，通过有性生殖产生的杂交后代的表现型的种类是很多的。

如果把同源染色体的非姐妹染色单体交换引起的基因重组也考虑在内，那么，生物通过有性生殖产生的变异就更多了。

在人的23对染色体上大约有3万对基因，若将两种基因重组都考虑在内，那么通过有性生殖产生的后代变异类型将无以计数。

（使学生深刻体会到：

基因重组可以为变异提供极其丰富的来源，是生物多样性的原因之一，对生物进化有重要意义。

）

三、基因突变和基因重组的差异

基因突变

基因重组

本质

基因的分子结构发生改变，产生了新基因，出现了新的性状。

不同基因的重新组合，不产生新基因，而是产生新的基因型，使不同性状重新组合。

发生时间及原因

细胞分裂间期DNA分子复制时，由于外界理化因素引起的碱基对的替换、增添或缺失。

减数第一次分裂后期中，随着同源染色体的分开，位于非同源染色体上的非等位基因进行了自由组合。

减数第一次分裂四分体时期发生的交换导致基因重组。

条件

外界环境条件的变化和内部因素的相互作用。

有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞。

意义

生物变异的根本来源，是生物进化的原材料。

生物变异的来源之一，是形成生物多样性的重要原因。

发生可能

突变频率低，但普遍存在。

有性生殖中非常普遍。

四、典型例题

例1．现在人们已经实现了分子水平上遗传物质的人工重组，下列实例中属于分子水平上人工重组基因的是（）

A．利用杂交技术培育出新的高品质水稻品种

B．科学工作者将猪的胰岛素转变成人的胰岛素

C．能产生抗体的小鼠B淋巴细胞和骨髓细胞的融合

D．将人的

-抗胰蛋白酶基因导入到羊的DNA分子中

解析：

分子水平上人工重组是指基因工程中目的基因与受体细胞中的DNA分子重组。

答案：

D

例2．镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变，检测这种碱基序列的改变必须使用的酶是………（）

A．解旋酶B．DNA连接酶C．限制性内切酶D．RNA聚合酶

解析：

该题的考查点是基因的诊断，所用的技术是DNA探针，原理是DNA分子杂交技术。

在进行基因诊断时，首先要用限制性内切酶切割DNA片段，获得正常人的血红蛋白基因，用同位素标记做成探针，然后用同一种限制性内切酶切割镰刀型细胞贫血症病人的DNA获得血红蛋白基因，然后放在同一容器中高温加热，使DNA变性，氢键断裂，再降温，DNA复性时两种DNA分子进行杂交，从而检测出血红蛋白基因碱基序列发生改变的部位。

所以DNA分子杂交技术用到的酶是限制性内切酶。

答案：

C

例3．在欧洲人中有一种罕见的遗传病，在人群中的发病率约为25万分之一，患者无生育能力。

现有一对表现型正常的夫妇，生了一个患病的女儿和一个正常的儿子。

后因丈夫车祸死亡，该妇女又与一个与自己没有任何亲缘关系的男子婚配，则这位妇女再婚后再生一个患病孩子的概率是

A．1/4B．1/250000C．1/1000D．1/50000

解析：

据题意知，该病为常染色体上的隐性遗传病，故原夫妇的基因型为Aa×Aa（设致病基因为a）。

由人群中的发病率（aa）约为25万分之一，可知人群中a配子出现的几率为1/500。

该妇女基因型为Aａ，则该妇女产生ａ配子的几率为1/2，与人群中没有亲缘关系的男子婚配，则生出病孩的几率为l/2×1/500＝1/l000。

答案：

C

五、内容总结

根据生物体内的遗传物质是否改变，生物的变异分为可遗传变异和不可遗传变异两类。

可遗传变异是遗传物质改变引起，它来源于基因突变、基因重组、染色体变异，是变异的主要类型。

可遗传变异中的基因突变，是基因分子结构的改变，是在一定的外界条件或者生物内部因素的作用下，使得DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，结果是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序发生改变，最终导致原来的基因变为它的等位基因。

基因突变不同于基因重组，基因重组是基因的重新组合，产生了新的基因型，基因突变是基因结构的改变，产生了新的基因，产生了新的遗传物质。

基因突变的过程发生在DNA复制时，特点是：

①普遍性，②随机性，③低频性突变率低，④多害少利性，

六、课堂检测

1．将纯种小麦播种于生产田，发现边际和灌水沟两侧的植株总体上比中间的长得好。

产生这种现象的原因是（）

A．基因重组引起性状分离B．环境引起性状变异

C．隐性基因突变成为显性基因D．染色体结构和数目发生了变化

2．Cc（红色）的大丽花植株上盛开红花，仅有一朵花半边红色半边白色，这可能是由于哪个部位的C基因突变为c造成的（）

A、生殖细胞B、早期的叶芽细胞C、幼苗的众多体细胞D、花芽分化时

3．赖氨酸的密码子有如下几种：

UUA、UUG、CUU、CUA、CUG，当某基因片段中的GAC突变为AAC时，这种突变的结果对该生物的影响是（）

A．一定是有害的B．一定是有利的

C．有害的概率大于有利的概率D．既无利也无害

4．下面有关基因重组的说法不正确的是（）

A．基因重组发生在减数分裂过程中B．基因重组产生原来没有的新基因

C．基因重组是生物变异的重要来源D．基因重组能产生原来没有的新性状

5．自然界中，一种生物某一基因及突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下：

正常基因精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸

突变基因1精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸

突变基因2精氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸

突变基因3精氨酸苯丙氨酸苏氨酸酪氨酸丙氨酸

根据上述氨基酸序列确定这3种突变基因DNA分子的改变可能是（）

A．突变基因1和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添

B．突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添

C．突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添

D．突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添

6．若某基因原有303对碱基，现经过突变，成为300个碱基对，它合成的蛋白质分子与原来基因控制合成的蛋白质分子相比较，差异可能为（）

A．只相差一个氨基酸，其他顺序不变

B．长度相差一个氨基酸外，其他顺序也改变

C．长度不变，但顺序改变

D．A、B都有可能

7．人患镰刀型细胞贫血症的根本原因是（）

A．变形的红细胞阻塞血管B．血红蛋白中某个氨基酸发生了改变

C．变了形的红细胞裂解D．血红蛋白的某个基因发生了改变

8．如果基因中4种脱氧核苷酸的排列顺序发生改变，这一变化一定会导致（）

A．遗传信息改变B．遗传性状改变

C．遗传密码改变D．遗传规律改变

9．一对夫妇所生子女中，也有很大差异，这种差异主要来自（）

A．基因突变B．基因重组C．环境影响D．染色体变异

10．由于基因突变，细胞中有一种蛋白质在赖氨酸残基（位置）上发生了变化，已知赖氨酸的密码子为AAA或AAG；天门冬氨酸的密码子为GAU或GAC；甲硫氨酸的密码子为AUG。

根据已知条件，你认为基因模板链上突变后的脱氧核苷酸和替代赖氨酸的氨基酸分别是（）

A．腺嘌呤脱氧核苷酸；天门冬氨酸B．胸腺嘧啶脱氧核苷酸；天门冬氨酸

C．胸腺嘧啶脱氧核苷酸；甲硫氨酸D．腺嘌呤脱氧核苷酸；甲硫氨酸

11．长期接触X线的人群，后代遗传病的发病率明显增高，原因是（）

A．生殖细胞发生了基因突变B．生殖细胞发生了基因重组

C．体细胞发生了基因突变D．生殖细胞发生了基因交换