2021年高中生物新教材人教版(2019)必修二教案：第5章 第1節(jié) 基因突變和基因重組 (含解析)

1、第五章 基因突變及其他變異第1節(jié) 基因突變和基因重組教案教學(xué)目標(biāo)確定課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是：概述堿基的替換、插入或缺失會引發(fā)基因中堿基序列的改變；闡明基因中堿基序列的改變有可能導(dǎo)致它所編碼的蛋白質(zhì)及相應(yīng)的細(xì)胞功能發(fā)生變化，甚至帶來致命的后果；描述細(xì)胞在某些化學(xué)物質(zhì)、射線以及病毒的作用下，基因突變概率可能提高，而某些基因突變能導(dǎo)致細(xì)胞分裂失控，甚至發(fā)生癌變；闡明進(jìn)行有性生殖的生物在減數(shù)分裂過程中，染色體所發(fā)生的自由組合和交叉互換，會導(dǎo)致控制不同性狀的基因重組，從而使子代出現(xiàn)變異。根據(jù)上述要求和建議，本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)確定如下：1.舉例說明基因突變的特點(diǎn)和原因。2.舉例說出基因重組。3.說出基因突變和基因重

2、組的意義。教學(xué)思路設(shè)計情景引入展示航天育種成果展，引發(fā)學(xué)生討論鐮狀細(xì)胞貧血基因突變的實(shí)例細(xì)胞的癌變外部因素基因突變的原因內(nèi)部因素三大意義基因突變的意義基因重組講述基因重組的概念、類型和意義情境引入給同學(xué)們展示航天育種成果，可以看出與普通果實(shí)對比，航天育種的果實(shí)明顯增大，種植下去，仍然是肥大果實(shí)。討論1.航天育種的生物學(xué)原理是什么?2.如何看待基因突變所造成的結(jié)果?教學(xué)過程1、基因突變的實(shí)例為了讓學(xué)生更好地理解基因突變的概念，教材不是從概念到概念，而是從實(shí)例入手，從現(xiàn)象開始，追溯根源。鼓勵學(xué)生運(yùn)用已有知識積累，大膽聯(lián)想、推理、討論甚至辯論，讓學(xué)生猜測基因突變的類型和結(jié)果。材料1：1910年，一位

3、美國黑人青年由于發(fā)燒和肌肉疼痛到醫(yī)院看病，醫(yī)生檢查發(fā)現(xiàn)，他患的是當(dāng)時人們尚未認(rèn)識的一種特殊的貧血病鐮刀型細(xì)胞貧血癥。我們知道，正常人的紅細(xì)胞是圓餅狀的，而鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者的紅細(xì)胞卻是彎曲鐮刀狀的。這樣的紅細(xì)胞容易破裂，使人患溶血性貧血，嚴(yán)重時會導(dǎo)致死亡。這種病是怎樣形成的呢？教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，觀看圖5-1，也可以用幻燈的形式展示正常紅細(xì)胞和鐮刀型細(xì)胞貧血癥紅細(xì)胞圖片。然后提問：（1）從圖片中我們看到正常紅細(xì)胞是什么形狀？有什么功能？提示：圓餅形狀，運(yùn)輸氧氣功能。（2）鐮刀型細(xì)胞貧血癥的紅細(xì)胞呈鐮刀狀，對功能的完成有沒有影響？提示：有，運(yùn)氧氣能力降低，易破裂溶血造成貧血，嚴(yán)重時會導(dǎo)致死亡

4、。講述：那么又是什么原因使正常紅細(xì)胞變成鐮刀型紅細(xì)胞？分子生物學(xué)研究表明是基因突變的結(jié)果。材料2：1928年，人們發(fā)現(xiàn)鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者能將這種病遺傳給下一代，并且發(fā)現(xiàn)該病是一種常染色體上的隱性遺傳病。1949年，美國化學(xué)家鮑林將正常人和鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者的血紅蛋白，分別放在一定的溶液中電泳，發(fā)現(xiàn)正常人和患者的血紅蛋白的電泳圖譜明顯不同，鮑林推測鐮刀型細(xì)胞貧血癥是一種分子病。1956年，英格拉姆等人用酶將正常的血紅蛋白和鐮刀型細(xì)胞的血紅蛋白在相同條件下切成肽段，通過電泳對二者進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有一個肽段的位置不同。（這段有區(qū)別的肽段的氨基酸順序參見教科書圖52）大家知道，性狀是由蛋白質(zhì)來體現(xiàn)的

5、，我們先來看正常血紅蛋白與鐮刀型血紅蛋白的氨基酸的組成。（1）兩者有什么區(qū)別？（正常的是谷氨酸，異常的是纈氨酸。）（2）氨基酸是由什么決定的？（由信使RNA上的密碼子決定的。）（3）構(gòu)成信使RNA上的密碼子的那些堿基又是由什么決定的呢？（由DNA上的堿基決定的。）（4）大家比較一下正常與異常的DNA，它們的區(qū)別在哪里？（一個堿基對的改變。）（5）DNA上一個堿基對發(fā)生了改變，最終導(dǎo)致了鐮刀型細(xì)胞貧血癥。我們知道性狀是由基因控制的，基因是怎么來決定性狀的？（基因是由脫氧核苷酸組成的，脫氧核苷酸的排列順序代表了遺傳信息，基因控制生物性狀就是要把特定的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯反映到具體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上。

6、）講述：基因脫氧核苷酸順序代表了遺傳信息，順序變了，遺傳信息也變了，通過轉(zhuǎn)錄、翻譯形成的蛋白質(zhì)也就發(fā)生了改變，性狀自然會發(fā)生改變?？梢?，基因結(jié)構(gòu)改變會使生物發(fā)生變異?；蛲蛔兊母拍睿篋NA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變，叫基因突變。過渡：基因突變是染色體的某一個位點(diǎn)上基因的改變，基因突變使一個基因變成它的等位基因，并且通常會引起一定的表現(xiàn)型變化。如棉花正常枝短果枝、普通羊短腿羊、正常人白化病、水稻高稈矮稈、果蠅的紅眼白眼等。材料2：閱讀教材p82思考與討論（1）從基因角度看，結(jié)腸癌發(fā)生的原因是什么?（原癌基因和抑癌基因發(fā)生了突變。）（2）健康人的細(xì)胞中存在原癌基因和

7、抑癌基因嗎?（存在。）（3）根據(jù)圖示推測，癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，具有哪些明顯的特點(diǎn)?（無限增殖、形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化等。）原癌基因和抑癌基因是什么基因呢？原癌基因：該基因表達(dá)的蛋白質(zhì)是細(xì)胞正常的生長和增殖所必需的，這類基因一旦突變或過量表達(dá)而導(dǎo)致相應(yīng)蛋白質(zhì)活性過強(qiáng)，就可能引起細(xì)胞癌變。抑癌基因：該基因表達(dá)的蛋白質(zhì)能抑制細(xì)胞的生長和增殖，或者促進(jìn)細(xì)胞凋亡，這類基因一旦突變而導(dǎo)致相應(yīng)蛋白質(zhì)活性減弱或失去活性，也可能引起細(xì)胞癌變。二、基因突變的原因易誘發(fā)生物發(fā)生基因突變的外部因素有三類：（1）物理因素：包括X射線、紫外線、激光等。（2）化學(xué)因素：有亞硝酸、堿基類似物等。（3）生物因素：如病毒和某些細(xì)

8、菌等。內(nèi)部因素導(dǎo)致的突變主要是由于復(fù)制偶發(fā)錯誤造成堿基組成改變。生物的變異不只是由基因突變引起的，我們怎樣去認(rèn)識由于基因突變而引起的變異？下面我們就來了解基因突變的特點(diǎn)。三、基因突變的特點(diǎn)由于自然界誘發(fā)基因突變的因素很多，基因突變還可以自發(fā)產(chǎn)生，因此，基因突變在生物界中是普遍存在的?；蛲蛔兘^大多數(shù)是有害的，但也有少數(shù)有利，為什么呢？因為任何一種生物都是長期進(jìn)化過程的產(chǎn)物，它們與環(huán)境已經(jīng)取得了高度協(xié)調(diào)。如果發(fā)生基因突變就可能破壞這種協(xié)調(diào)關(guān)系。因此基因突變對于生物往往有害，但少數(shù)是有利的。我們能不能只讓它進(jìn)行有利的突變呢？這不行。因為基因突變是不定向的。一個基因可以向不同的方向發(fā)生突變，產(chǎn)生一個

9、以上的等位基因。例如控制小鼠毛色的灰色基因（A）可以突變成黃色基因（AY），也可以突變成黑色基因（a）。但是，每一個基因的突變，都不是沒有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突變能不能突變成毛的長短呢？（答：不能，只限定在色素的范圍內(nèi)，不會超出這個范圍。）基因突變的特點(diǎn)：普遍性 隨機(jī)性 低頻性（突變率低） 多數(shù)有害性 不定向性四、基因突變的意義三大意義：新基因產(chǎn)生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進(jìn)化的原材料。五、基因重組（一）基因重組的概念基因重組( gene recombination )就是指在生物體進(jìn)行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。（二）基因重組的原因基因重組產(chǎn)生的根本

10、原因主要有兩方面，一方面是由于基因的自由組合，即控制兩對或兩對以上相對性狀的等位基因，位于兩對或兩對以上同源染色體上，該生物個體在減數(shù)分裂形成配子時，非同源染色體上的非等位基因間的自由組合。另一方面是由于位于同源染色體上的原來連鎖在一條染色體的非等位基因， 在減數(shù)分裂第一次分裂的前期，復(fù)制后的同源染色體聯(lián)會后，非姐妹染色單體之間由于交叉而交換，基因也隨著交換。上述二種原因，都能形成基因的重組，而新的重組基因類型又導(dǎo)致了不同相對性狀的重組，使后代產(chǎn)生變異。（三）基因重組的意義引導(dǎo)閱讀思考總結(jié)：生物的變異，根據(jù)生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)是否改變，分為可遺傳變異和不可遺傳變異兩類?？蛇z傳變異中的基因突變，是基因分子結(jié)構(gòu)的改變。是在一定的外界條件或者生物內(nèi)部因素的作用下，使得DNA分子中發(fā)生堿基對的增添、缺失或改變，結(jié)果是基因中的脫氧核苷酸的排列順序發(fā)生改變，最終導(dǎo)致原來的基因變?yōu)樗牡任换??；蛲蛔儾煌诨蛑亟M，基因重組是基因的重新組合，產(chǎn)生了新的基因型，基因突變是基因結(jié)構(gòu)的改變，產(chǎn)生了新的基因，產(chǎn)生了新的遺傳物質(zhì)。因而基因突變是生物產(chǎn)生變異的根本原因、為生物進(jìn)化最供了最初的原材料?；蛑亟M是通過有性生殖過程來實(shí)現(xiàn)的，如果兩個親本的雜合性越高、遺傳物質(zhì)差距越大，基因重組的類型就越多，后代產(chǎn)生的變異就越多。因而基因重組為生物的變異提供了極其豐富的來源，是形成生物多樣性的重要原因之一，對生物