第四节 生物的变异 一 基因突变和基因重组

教学建议

本节引入部分的几个知识点

　　1、生物变异的绝对性

　　遗传和变异是生物体的基本特征之一。遗传是生物性状与亲代相似的现象。变异是指亲代与子代、子代个体之间性状的差异现象。正如民间所说的“种瓜得瓜，种豆得豆”，“一猪生九仔，连母十个样”。但生物的遗传是相对的，而变异则是绝对的。生物界绝对找不出绝对相同的个体，即使是一卵双生也或多或少存在着差异。因为生物具有遗传的特性，才使自然界的物种保持相对的稳定；又因为生物具有变异的特性，才使生物能够不断地进化发展，适应环境。遗传和变异是矛盾的两个方面，两者是既相互对立，又相互依存的关系。只遗传不变异，只变异不遗传的生物是不存在的。

　　2、不可遗传的变异和可遗传的变异

　　生物的变异可分为可遗传变异和不可遗传变异两种类型。可遗传变异形成的原因是遗传物质发生了改变，有基因重组、基因突变和染色体变异三种来源。变异类型在后代中有一定的数量表现，并且与原来类型在同一种环境中仍然表现出性状差异，其变异性状在后代中可以反复出现；不可遗传变异形成的原因是环境的影响，而遗传物质本身没有发生改变，变异类型的子代与亲代生活在同一种环境条件下，不表现性状上的差异，变异性状仅限于当代表现。可遗传变异对生物有重要的意义，因为变异的性状能够遗传给后代，有利于生物的进化发展。

　　3、可遗传变异的三种来源

　　可遗传变异有三种来源，即基因重组、基因突变和染色体变异。基因重组发生在减数分裂的前、中期，通过杂交，控制不同性状的非等位基因由于非同源染色体的自由组合而组合，或由于非姐妹染色单体的交叉互换而重新组合，因此可产生新的基因型，但不产生新的基因，它是生物变异的主要来源，如果通过选择加以保留则可产生新类型的生物。基因突变发生在细胞分裂间期，自然发生或人工诱变使基因的结构发生改变，从而产生新的基因，因此基因突变是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原材料。染色体变异可能发生在细胞分裂或胚胎发育的时期，在人为或自然条件下，染色体的结构或数目发生改变，但并不产生新的基因，是生物产生变异的原因之一，也是产生或培育植物新类型的方法之一。

　　4、基因突变的本质

　　基因突变是基因内部发生了改变，指组成基因的脱氧核苷酸的种类、数量、排列顺序发生了改变，由于基因发生了改变，所以性状也就产生了变异。

重难点分析

　　基因突变和基因重组是可遗传变异的重要来源，是物种形成的三个基本环节之一，对生物的进化有重要意义。并且，减数分裂、DNA结构、中心法则、基因连锁互换规律等是学生学习本知识点必备的知识基础。由此可见，基因突变和基因重组的有关知识在前后知识体系中处于重要的枢纽地位。同时，它在生产实践中也有重要的指导意义，如：诱变育种和杂交育种的理论基础便分别是基因突变和基因重组。所以，使学生透彻理解基因突变和基因重的概念特点显得尤为重要。

　　在基因突变的概念和特点的学习过程中，需要繁复的前期知识储备，而且，其分子生物学基础看不见、摸不着，微观、抽象，学生理解起来有一定难度，所以此知识点是本节的教学难点。

关于“镰刀型细胞贫血症”的教材分析

　　1、“镰刀型细胞贫血症”是说明基因突变概念的经典实例，对“镰刀型细胞贫血症”病因的分析，既有助于帮助学生理解基因突变的概念和基因突变是生物变异的根本来源，又有助于培养学生分析、比较和归纳总结的综合思维能力。

　　2、“镰刀型细胞贫血症”是直接说明基因突变的本质的典型实例，由于基因内部的脱氧核苷酸的种类、数目和排列顺序发生了改变，影响到基因控制合成的蛋白质中氨基酸的种类，从而影响蛋白质的活性，导致性状的改变，因此分析“镰刀型细胞贫血症”的病因在教学有一定的难度。

　　3、在教学过程中要尽量发挥学生的主体作用，启发和引导学生分析思考问题，使学生从红细胞功能的变化联想到结构的变化，从血红蛋白结构的改变联想到DNA的改变，以达到使学生理解和掌握知识的目的，并培养学生分析问题的能力

针对普通学校的教法建议

　　教师启发讲解为主的教学程序

第一课时

　　1、教师采用提问的方式，一边激活学生原有的知识，一边阐述生物变异的种类及其来源。

　　首先，教师启发学生分析表现型和基因型的关系，即表现型是基因型和环境条件相互作用的结果，不论是基因型还是环境条件的改变，都可能引起表现型的改变，这就是生物的变异。（可选用本素材库中的课件“基因型、表现型与环境的关系”或相应的动画素材，如“基因型与表现型的关系”、“环境对表现型的影响”等）

　　然后，教师引导学生分析变异的种类及其原因。环境条件改变，但并没有引起遗传物质的改变从而使生物的表现型改变的变异是不可遗传的变异；遗传物质改变，包括基因突变、基因重组和染色体变异引起的变异是可遗传的变异。

　　最后，教师和学生一起总结变异的种类和来源。

　　

　　2、教师引导，并和学生一起分析“镰刀型细胞贫血症”的病因。

　　首先，教师介绍一些有关“镰刀型细胞贫血症”的背景资料，如“镰刀型细胞贫血症”的发现、病理症状以及正常红细胞和镰刀形红细胞的图片等。（上述资料本素材库提供）

　　然后提出问题，采用小组讨论的方式分析“镰刀型细胞贫血症”的病因是什么？启发学生结合临床表现推测病因，与学生达成一致，并用科学史料肯定学生的推测，即血红蛋白结构的改变，是引起病症的原因。

　　进一步设问，启发学生分析血红蛋白结构改变的本质原因，从而得出生物蛋白的合成是由遗传物质控制的，因此遗传物质的改变是“镰刀型细胞贫血症”的真正病因。

　　3、教师引导，并和学生一起分析并总结基因突变的概念。

　　教师在碱基替换是引起镰刀型细胞贫血症的原因的基础上补充碱基的增添和缺失也是导致血红蛋白病产生的原因，引导学生认识到基因结构的改变有碱基的替换、增添和缺失，并最终和学生一起得出基因突变的概念，使学生认识到基因突变是生物变异的根本来源，为生物的进化提供丰富的原材料。

　　4、教师给出大量有关基因突变实例的资料，由同学自学、分组讨论。请学生根据资料分析讨论基因突变的特点。

　　5、教师引导，和学生一起分析总结基因突变的特点。

第二课时

　　1、教师采用提问的方式，从基因突变的意义引入新课——人工诱变在育种上的应用。

　　首先，重点指出基因突变是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了丰富的原材料，因此可以从中选出和培育优良的生物品种，同时也指出由于自然突变的频率很低，因此为了提高突变率，采用人工诱变的方法。

　　其次，教师提供大量人工诱变在育种中应用的实例，请学生分组讨论人工诱变在育种中的优点。

　　最后，在同学自学、小组讨论的基础上，由各组代表发言，对人工诱变在育种上的优点进行表述和分析，教师在发言过程中穿插引导，使学生对生物学知识在生产实践中的应用有较为深刻的认识。

　　2、教师采用过渡的方式，由对基因突变的学习转到对基因重组这一可遗传变异的来源的学习。

　　首先，教师在给出基因重组的概念的基础上，启发引导学生利用知识迁移的方法，分析有性生殖过程中基因重组发生的时期。

　　然后，教师在引导学生复习相关的旧知识的基础上，和学生一起概括出有性生殖过程中实现的随机重组和交换重组。

　　进一步，教师采用提问的方式，请学生分析当具有10对相对性状（控制这10对性状的等位基因分别在10对同源染色体上）的亲本进行杂交时，如果只考虑基因的自由组合所引起的基因重组，则F₂可能出现的表现型有多少种？如果再把同源染色体中的非姐妹染色单体的交叉互换引起的基因重组考虑进去，则F₂可能出现的表现型有多少种？

　　最后，教师采用自问自答的方式，指出生物体内控制性状的基因的数目是十分巨大的，那么生物通过有性生殖产生的变异就更多了，从而和学生一起总结出基因重组是生物变异的主要来源这一重要意义。

针对条件较好学校的教法建议

　　学生自主学习为主的教学程序

　　1、教师首先采用提问的方式，请同学回忆表现型和基因型的关系。重点指出表现型是基因型和环境条件相互作用的结果，不论是基因型还是环境条件的改变，都可能引起表现型的改变。环境条件改变，但并没有引起遗传物质的改变，从而使生物的表现型改变的变异是不可遗传的变异；遗传物质改变，包括基因突变、基因重组和染色体变异引起的变异是可遗传的变异。

　　2、针对“镰刀型细胞贫血症”的实例，提出导致镰刀型细胞贫血症的病因是什么？教师提供学生自主学习的材料，由同学自学、分组讨论。

　　提供的自学材料可以是文本和图片的材料，如教材上的内容；也可以适当地补充“镰刀型细胞贫血症”病因的研究过程（本素材库提供）；还可以是一些录像资料；或者将几种资料编辑成为网页同时提供，由学生自主选择。但不管是什么形式的材料，都应包含以下五个方面的内容：

　　“镰刀型细胞贫血症”的发现；

　　正常红细胞与“镰刀型细胞贫血症”红细胞的形态比较的图片；

　　“镰刀型细胞贫血症”的临床表现；

　　“镰刀型细胞贫血症”病因的探究过程；

　　碱基对的增减引起的血红蛋白异常的HbW和HbG实例；

　　有关“基因突变的特点”的大量实例。

　　3、在同学自学、小组讨论的基础上，由各组代表发言，对导致“镰刀型细胞贫血症”的病因和特点进行表述和分析，教师在发言过程中穿插引导，使学生对基因突变的概念、意义和特点有较为深入的认识。