《基因突變和基因重組》教學(xué)設(shè)計

唐麗娜 李亞軍

摘要：“基因突變和基因重組”是生物遺傳與進化的重要內(nèi)容之一，它對于學(xué)生理解生物進化和生物的多樣性有重要的意義和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：基因突變；基因重組；探究新知

《基因突變和基因重組》這節(jié)內(nèi)容介紹了基因突變的概念、特點和意義，以及基因重組的概念和意義。這節(jié)課的重點和難點就集中于基因突變這個知識點，要通過多種途徑來加深對基因突變的內(nèi)涵和外延的理解。本節(jié)課內(nèi)容與學(xué)生的生活實際聯(lián)系密切，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且通過比較基因突變和基因重組，培養(yǎng)學(xué)生的認知能力和研究精神。通過分析引起基因突變的外部因素培養(yǎng)學(xué)生正確的生活態(tài)度，珍惜愛護生命，通過對基因突變原因及特點的邏輯論證過程，不但可以使學(xué)生懂得生物界豐富多彩的本質(zhì)，還可以對學(xué)生進行辯證唯物主義的思想教育。

教學(xué)過程：

師：（展示一包香煙）我們都知道吸煙有害健康，那么具體會產(chǎn)生哪些危害呢？現(xiàn)在請同學(xué)們來看一個視頻（基因突變導(dǎo)致腫瘤的成長），然后回答問題：

吸煙會使我們的身體受到什么危害呢？

產(chǎn)生這些危害的根本原因是什么？

（生：基因突變）

師：什么叫基因突變呢？基因突變是如何產(chǎn)生的？有什么特點？帶著這些問題，我們一起進入今天的學(xué)習(xí)——基因突變和基因重組。

【創(chuàng)設(shè)情境，探究新知】

一、 基因突變的概念和實例

師：說到基因突變，有一個關(guān)于基因突變的經(jīng)典實例——鐮刀型細胞貧血癥，同學(xué)們請觀察這幅圖片，正常人的紅細胞呈圓餅狀，患者的紅細胞呈鐮刀型，這種病的致病原因是什么呢？

（生：閱讀教材80-81頁，完成導(dǎo)學(xué)案探究一，找出鐮刀型細胞貧血癥的致病原因）

師：直接原因——氨基酸的替換

根本原因——堿基對的替換

師：通過實例我們知道，堿基對的替換會導(dǎo)致堿基的排列順序發(fā)生改變，進而引起基因結(jié)構(gòu)的改變，最后導(dǎo)致性狀的改變，那么堿基對的其他變化（如增添和缺失）會不會對（基因的結(jié)構(gòu)）DNA的排列順序產(chǎn)生影響呢？（答案是肯定的，教師模型展示）

師：我們就把這種在DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起基因結(jié)構(gòu)的改變，叫作基因突變。

師：關(guān)于基因突變，我們來對概念進行一下解讀，首先，基因突變針對的對象是“堿基對”，“堿基對”發(fā)生的變化有“替換、增添、缺失”三種，三者導(dǎo)致的結(jié)果是一致的，都會引起基因結(jié)構(gòu)的改變。

師：我們知道，基因控制生物的性狀，那么基因結(jié)構(gòu)改變后，性狀也一定會改變嗎？

生：引導(dǎo)學(xué)生回答（密碼子的簡并性、顯性純合子突變?yōu)轱@性雜合子（隱性突變）非編碼區(qū)等）

二、 基因突變的原因和特點

師：我們知道，堿基對的替換會引發(fā)基因結(jié)構(gòu)的改變，那么哪些因素會誘發(fā)堿基對的改變呢？剛才觀看的視頻中是煙草燃燒產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)誘發(fā)的基因突變，在我們生活中誘發(fā)基因突變的因素還有哪些呢？

生：輻射、紫外線、X射線、亞硝酸、病毒等。

師：我們把這些因素歸為三類：物理、化學(xué)、生物因素，因為這些都是由外部環(huán)境變化導(dǎo)致的，所以稱為外因。

外因物理因素：紫外線、X射線及其他輻射

化學(xué)因素：亞硝酸、堿基類似物等

生物因素：某些病毒的遺傳物質(zhì)等

師：有的生物體在沒有外因的干擾下，也發(fā)生了基因突變，這又是什么原因?qū)е碌哪兀?/p>

除外部因素外，還有我們生物體自身在DNA復(fù)制時也會偶爾發(fā)生錯誤導(dǎo)致基因突變，因為是生物體自發(fā)產(chǎn)生的，所以稱為內(nèi)因。

師：為什么是在DNA復(fù)制時容易發(fā)生基因突變呢？

因為在DNA復(fù)制時，穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)會被打開，打開以后的DNA就會處于一個最不穩(wěn)定的階段，因此易發(fā)生突變。所以我們可以說，基因突變發(fā)生的時期主要在DNA復(fù)制時（細胞分裂間期）。

師：無論是內(nèi)因自發(fā)還是外因誘導(dǎo)，我們都要避免或者說減少突變的發(fā)生，就要求我們要養(yǎng)成一個健康的生活理念，做到合理健康飲食，生活作息規(guī)律，注重體育鍛煉，再加上定期的進行體檢，就能就會擁有一個健康的體魄去享受生命的神奇與魅力。

師：那么接下來就請同學(xué)們來觀看一組圖片，感受生命的別樣綻放。圖片中展示了小麥的高稈對矮稈，番茄的紅果對黃果，雞的玫瑰冠對單冠，正常綿羊?qū)Χ掏劝部笛?，這些生物的不同性狀都是由基因突變而來，除了以上這些生物會發(fā)生基因突變外，其他生物會不會發(fā)生基因突變呢？

基因突變在生物界中是普遍存在的，這就是基因突變的普遍性，除了普遍性，基因突變還有其他的特點嗎？請同學(xué)們閱讀教材82頁，并完成導(dǎo)學(xué)案的探究二，分析總結(jié)歸納基因突變的特點。

師：基因突變特點

特點普遍性

隨機性

不定向性

低頻性

多害少利性

師：普遍性已經(jīng)說過，我們來看隨機性，隨機性體現(xiàn)在基因突變發(fā)生的部位是隨機的，時間也是隨機的。

不定向性：基因突變的不定向性體現(xiàn)在基因突變的方向是不確定的，如果蠅眼色的突變，可以突變成很多種，也就是突變成了它的等位基因，而等位基因可以有多個，并且等位基因之間還可以相互突變，相互轉(zhuǎn)化。

低頻性：根據(jù)數(shù)據(jù)表格，我們可以直觀的看到，在自然狀態(tài)下，基因突變的頻率是很低的，十萬分之一、百萬分之一。

多害少利性：為什么說是多害的呢？因為基因突變打破了長期以來各種生物與環(huán)境的高度協(xié)調(diào)，所以多是有害的。有利的雖少，但也有，比如我們的太空南瓜，高產(chǎn)的大豆等。（附圖）

師：（過渡）其實，總的來說，利與害是相對的，對于各種生物而言，能適應(yīng)環(huán)境的就是有益的，不能適應(yīng)環(huán)境的就是有害的，適者生存，不適者淘汰，這就是自然選擇，這就是生物的進化，下面我們一起來看基因突變對生物遺傳和進化的意義。

意義：基因突變是新基因產(chǎn)生的途徑，是生物變異的根本來源，為生物進化提供了原始材料。

師：為什么這么說呢，因為基因突變的結(jié)果就是產(chǎn)生新的基因，新的基因控制新的性狀，這些新的性狀中，不能適應(yīng)環(huán)境的，就會被淘汰，但是有些新的性狀，可能剛好適應(yīng)了多變的環(huán)境，從而獲得了新的生存空間，得到了發(fā)展和進化。

因此我們說基因突變是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。

三、 基因重組

師：現(xiàn)在請同學(xué)們運用所學(xué)知識來判斷這幅圖中的例子屬不屬于基因突變？是出現(xiàn)了新的性狀還是新的性狀組合？（附圖）

生：不屬于。

師：像這種控制不同性狀的基因的重新組合的現(xiàn)象叫作基因重組。

基因重組：指在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。

自由組合型：非同源染色體上的非等位基因自由組合。（黃圓豌豆自交后代出現(xiàn)黃皺、綠圓和綠皺）（減Ⅰ的后期）

交叉互換型：同源染色體上的等位基因隨非姐妹染色單體交換而發(fā)生重組。（減Ⅰ的前期）

師：這兩種重組類型都發(fā)生在減數(shù)第一次分裂時期，體現(xiàn)了配子種類的多樣性，配子的種類多樣性就直接體現(xiàn)在子代的多樣性，因此，基因重組是生物變異的重要來源之一，對生物的進化具有重要意義。

師：現(xiàn)在我們一起來總結(jié)基因突變和基因重組的區(qū)別和聯(lián)系。

基因突變

基因重組

實質(zhì)

堿基對的增添、缺失和替換

控制不同性狀的基因的重新組合，不產(chǎn)生新基因

時期

細胞分裂間期

減數(shù)第一次分裂時期

種類

自然突變和人工誘變

自由組合型、交叉互換型

結(jié)果

產(chǎn)生新基因，控制新性狀

產(chǎn)生新基因型，產(chǎn)生新的性狀組合

意義

產(chǎn)生新基因的途徑

生物變異的根本來源、生物進化的原始材料

生物變異的重要來源之一，有利于生物進化

作者簡介：唐麗娜，李亞軍，貴州省銅仁市，銅仁市第八中學(xué)。