高一生物大单元整体学程基因突变及其他变异

高一生物大单元整体学习学程第十单元基因突变及其他变异班级：__________小组：__________姓名：__________第十单元基因突变及其他变异——探究不同变异的区别和应用一、单元概述生物的变异，有的仅仅是由环境的影响造成的，而不是由亲代传物质的改变的，属于不遗传的变异；有的是由亲代生殖细胞内遗传物质的改变引起的，能够遗传给后代，属于可遗传的变异。基因突变、基因重组和染色体变异是可遗传变异的来源，对生物的进化也具有重要意义。通过本单元的学习能够阐明细胞分裂中染色体的平均分配和DNA复制的精确性都是相对的，偶尔也会发生错误；对个体来说，“错误”带来的后果有时是灾难性的；但从整体和长远来看，“错误”可能让生物形成新的适应性特征。基于这些认识，尝试辩证地分析生命的过程、结果和意义，进而辩证地认识自然和社会。阐明基因检测等现代科技是一把双刃剑，既可以为人类造福，又可能带来某些负面影响，进而认同现代科技的发展和应用要符合社会伦理道徳，密切关注和积极参与相关社会议题的讨论。二、单元要素（一）单元内容标准概念3遗传信息控制生物性状,并代代相传3.3由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的3.3.1概述碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的改变3.3.2阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化，甚至带来致命的后果3.3.3描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变。3.3.4阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中，染色体所发生的自由组合和交叉互换，会导致控制不同性状的基因重组，从而使子代出现变异。3.3.5举例说明染色体结构和数量的变异都可嫩导致生物性状的改变甚至死亡3.3.6举例说明人类遗传病是可以检测和预防的（二）单元学习任务1.概念建构——基因突变、基因重组及染色体变异2.模型建构——建构基因突变、基因重组及染色体变异的物理模型，阐明可遗传变异的实质3.实践应用——人类遗传病的类型、检测和预防措施；三种可遗传变异在在生产生活中的应用（三）单元学习目标1.围绕遗传物质在传递过程中发生变异及人类遗传病等方面，建构单元思维导图，用自己的话阐述变异的种类和区别。2.通过建构可遗传变异的概念模型和物理模型，阐明可遗传变异的实质及影响，举例说明人类遗传病的发病机制，根据变异类型恰当选择检测和预防方法。3.应用变异原理设计水稻培育的方案，从原理、处理方法、优缺点、应用等不同方面总结分析各种育种方案，解释可遗传变异在生产生活中的应用。（四）单元学习计划学时阶段主要学习任务学时安排整体感知研读教材，说出对基因突变、基因重组和染色体变异概念的理解，并能对生产生活中的变异的实例进行分类。1探究建构借助模型构建活动探究基因突变、基因重组和染色体变异三种可遗传变异的实质及应用，对比不同变异类型，分析人类遗传病的原因，从遗传变异视角理性预防和治疗人类遗传病。4应用迁移从原理、处理方法、优缺点、应用等不同方面总结分析各种育种方案，解释可遗传变异在生产生活中的应用。1重构拓展综合分析变异原理应用实例，如人类遗传病、癌症、育种等，重构本单元体系，过关检测提升运用变异原理解决问题的能力。2（五）单元学习资源学习阶段资源类别（课件微课素材习题教案）资源分层（ABCT）整体感知可遗传变异和不可遗传变异材料太空育种视频、金鱼的培育视频TT探究建构1.《癌症的发生》视频资源、《正确看待癌症》视频资源2.《细胞分裂与基因重组》视频资源3.染色体组数目判断方法总结4.《低温诱导染色体数目加倍》视频资源TTTT应用迁移1.水稻育种材料2.CRISPR/Cas9基因编辑技术视频TA重构拓展1.癌症的治疗拓展资料T（六）单元学习目标追求三、单元内容（一）整体感知基因突变及其他变异——构建可遗传变异的类型从遗传病中窥探变异遗传造就生命延续的根基，变异激起进化的层层涟漪，研究遗传变异的分子机制，为人类健康增添新的助力。在我们身边有各种特征各异的遗传病，如镰状细胞贫血症、白化病、红绿色盲、多指并指、软骨发育不全、亨廷顿舞蹈症、唐氏综合征、猫叫综合征等，这些人类遗传病是有哪些类型变异引起的？有哪些措施可以防治呢？生物的变异一定是不利的吗？【学习目标】1.研读教材，举例说出可遗传变异和不可遗传变异的区别以及可遗传变异的三种来源。2.对生活中变异的实例进行初步归类，举例说出三种可遗传变异在生产生活中的应用，3.围绕遗传物质在传递过程中发生的变异，初步构建变异的知识体系，尝试说出变异与进化的关系。学习活动1：遗传探索再深入通过前面四个单元的学习，我们分别对基因的遗传规律、基因在在哪里、基因是什么，基因是如何起作用等问题，有了基本的认知。那么基因在代代遗传的过程中，会发生那些变化，这些变化会对生物体产生什么样的影响将是本单元的核心内容。生物的变异分为可遗传变异和不可遗传变异，它们之间的本质区别是什么？可遗传变异除基因突变外，还有哪些变异呢？学习活动2：了解可遗传变异应用研读课本，对下图中可遗传变异的实例初步归类，举例说明研究生物变异有何用途？变异都是有害无益的吗？学习活动3：初步建构本单元思维导图围绕遗传物质在传递过程中发生变异及人类遗传病等方面，初步建构本单元知识体系。你认为变异与进化有关吗？请尝试说出原因。（二）探究建构基因突变及其他变异——深度探究三种可遗传变异的本质可遗传变异与人类遗传病许多人类遗传病都是由可遗传变异引起的，如镰状细胞贫血、白化病、囊性纤维病、猫叫综合征、慢性髓细胞白血病等。这些遗传病的发生机制分别属于哪些类型的可遗传变异？这些变异的本质是什么？不同变异类型对生物的影响有什么区别？变异导致的不同类型的疾病如何进行检测和预防？让我们一起研究可遗传变异的机制，用科学素养守护基因、维护健康。镰状细胞贫血白化病囊性纤维病猫叫综合征【学习目标】1.剖析镰状细胞贫血等遗传病发生的过程，阐明基因突变的实质和影响，辩证的分析基因突变的利与弊。2.借助减数分裂模型探究基因重组的两种类型，说出染色体变异的类型和影响，对比三种可遗传变异在发生范围、发生时期等方面的异同。3.举例说明人类遗传病的类型，调查血友病的发病率和遗传方式，并归纳检测和预防血友病的有效措施。学习活动4：利用模型分析可遗传变异的根本来源——基因突变很多人类遗传病都是由于基因突变引起的，请阅读下列材料，回答问题：材料1镰状细胞贫血是基因突变的典型实例，正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状，而镰状细胞贫血患者的红细胞是弯曲的镰刀状。这样的红细胞容易破裂，让人患溶血性贫血。对患者的红细胞的血红蛋白分子的研究发现，在组成血红蛋白分子的肽链上发生了氨基酸的替换。材料2囊性纤维病患者中，编码CFTR蛋白的基因缺少了3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生变化，使CFTR转运氯离子的功能出现异常，最终导致患者肺功能严重受损。材料3结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，下图是解释结肠癌发生的简化模型。思考：1.材料1和材料2中基因中的碱基发生了哪些变化？基因中的碱基还可能发生什么变化？请据此归纳基因突变的概念。2.利用材料1中的模型，分析基因突变的类型和结果①如果谷氨酸对应的第一个C//G对变为A//T对，影响是什么？②如果谷氨酸对应的第二个C//G多了一对，影响是什么？③如果是苏氨酸对应的G//C对缺失，还会形成正常血红蛋白吗？④基因突变一定会引起生物性状的改变吗？请分析原因。3.请结合材料3，说明结肠癌的发生机制是？思考哪些因素可能导致基因突变的发生？这对于我们预防癌症有什么启示？4.基因突变能产生新基因吗？基因突变都是有害的吗？请从生物个体和群体层面，辩证的分析基因突变的利与弊。学习活动5：构建模型探究基因重组的类型基因重组也是可遗传变异的一种，有性生殖过程中的基因重组可以使产生的配子种类多样化，进而产生基因组合多样化的子代。思考：1.白化病是常见的隐性遗传病，一对正常的父母，生了一个患白化病的孩子，该过程中发生了基因重组么？2.软骨发育不全是一种显性遗传病，白化病是一种隐性遗传病，控制这两种病的基因位于常染色体的非同源染色体上。一对夫妻都患软骨发育不全但不患白化病，他们的孩子患白化病和软骨发育不全，该过程中发生了基因重组么？发生了哪一种类型的基因重组？简要描述该类基因重组的具体过程。3.如果控制两种疾病的两对非等位基因（A、a与B、b），位于一对同源染色体上，该个体形成配子时还能发生基因重组么？请画图解释。4.基因重组有何意义？学习活动6：分析染色体变异的类型在自然界中有许多染色体变异的实例。野生马铃薯是二倍体，而目前栽培马铃薯是四倍体，但当人体发生染色体变异时却往往导致疾病甚至是死亡，染色体变异有哪些类型？对生物有什么影响？1.右图是人类正常男性的染色体组成图，请据图分析人的体细胞中存在几对同源染色体？在男性的配子中存在几条染色体？这些染色体的形态和功能之间有什么特点？归纳概括染色体组的概念。2.蜜蜂中的雄蜂是单倍体，工蜂和蜂后是二倍体，单倍体的雄蜂是如何产生的？发生了哪种类型的变异？3.野生马铃薯是二倍体，而目前栽培马铃薯是四倍体，四倍体的马铃薯是如何产生的？4.如何区分单倍体、二倍体、多倍体？5.根据资料分析染色体结构变异的类型。资料1猫叫综合征是一种常见的染色体病，因为婴儿哭声轻，音调高，很像猫叫而得名。患者的生长发育迟缓，而且存在严重的智力障碍。如图是患者的染色体所发生的变化。资料2普通果蝇的3号染色体上有3个基因，它们通常按照猩红眼桃色眼三角翅脉的顺序排列（StPDl），同是这3个基因，在另一种果蝇中的顺序是（StDlP），这也是两个物种之间差别的主要根源。资料3人的慢性髓细胞白血病，是由22号染色体上的一部分易位到9号染色体上造成的。资料4果蝇由正常的卵圆形眼变为棒状眼，是X染色体上某一区段重复的结果。①请归纳染色体结构变异的类型有哪些？②染色体结构变异对生物的基因的数目、排列顺序和性状有什么影响？总结：对比分析基因突变、基因重组和染色体变异在发生范围、时期、类型、结果、特点等方面的异同。学习活动7：人类遗传病的检测与预防我国大约有20%~25%的人患有各种遗传病。遗传病不仅给患者个人带来痛苦，而且给家庭和社会带来负担。遗传病治疗的难度很大，但是随着科技的发展以及人类对遗传病认识的深入，我们对遗传病可以进行适当的检测和预防。1.请结合实例说出常见的人类遗传病有哪些类型？2.血友病是一种因为缺乏某种凝血因子，导致凝血障碍而引起出血及不易止血的一种疾病。这种病常在幼年即发病，表现为自发或者轻度外伤后即出血不止，甚至剧烈运动也导致出血。长期的关节和肌肉出血，可导致关节畸形或者肌肉萎缩，有致残性和致死性。若要调查血友病的发病率和遗传方式，我们分别该如何去做？3.如何对血友病进行检测和预防？（三）应用迁移基因突变及其他变异——探究可遗传变异在育种方面的应用可遗传变异与水稻育种可遗传变异引发人类遗传病的同时，也可以造福人类，比如基因改造，作物育种，产量提高等等方面。可遗传变异在新品种培育方面提供了多方面依据，例如水稻的培育。中国水稻育种经历了多次改进，从水稻矮化育种一直到绿色超级稻培育。中国水稻产量不断提高，品质不断提升。随着对基因研究的深入，科学家设想，如果能对基因进行定点“修改”，以改变目的基因的序列和功能，就可以进行物种改良。一般来说，基因编辑的过程可概括为三个步骤：定位、切除、修补。近年来，CRISPR/Cas9基因编辑技术在水稻抗病性、品质、育性、非生物胁迫等方面有大的突破。目前我国对水稻育种的研究居世界领先地位。【学习目标】1.通过调查和搜集资料与水稻育种相关的资料，说出各育种方案的原理。2.结合实际情况选择合适的育种方案，从处理方法、优缺点、应用等不同方面总结分析各种育种方案。3.分析CRISPR/Cas9基因编辑技术的组分及其作用机理，展望基因组编辑的应用前景。学习活动8：水稻育种方案的多种选择材料1黄耀祥团队将一种抗倒伏但产量不高的品种“矮仔占”与高秆高产品种“广场13”进行杂交，经过多年培育，成功培育出既抗倒伏又高产的新品种“广场矮”，使水稻亩产大大提高。材料2蔡得田团队利用染色体加倍技术将二倍体水稻的整个基因组加倍，培育形成四倍体水稻。该品种植株发育高大粗壮，穗大粒大，比二倍体水稻重3/5以上，结实率达到了80%，创下亩产800kg的佳绩。材料3受袁老邀请，夏新界团队运用导入优质基因等技术成功培育出“巨型稻”，巨型稻茎杆粗壮、抗倒伏、抗病虫害，还耐淹涝，创建新型稻田生态种养模式，稻下养青蛙、鱼、虾、鸭等都可以，经济效益得到明显提升。材料4我国航天事业取得长足发展，太空育种取得显著成绩！利用航天诱变育种技术研制出特优航1号、宜优673等十几个高产优质超级稻和再生稻品种。在袁老指导下，富顺县推广“中稻+再生稻”种植模式，再生稻获得了国家地理标志农产品认证。1.阅读以上材料，思考对水稻的培育分别运用了哪种育种方案？其原理是什么？2.材料1中水稻经过了多年培育成功，假如你是育种专家，结合所学，选择其他育种方案缩短水稻的育种年限？简要阐述你的思路。3.通过对水稻育种的研究，从不同方面总结分析上述各种育种方案（比如处理方法、原理、优缺点、应用等等）？学习活动9：分析CRISPR/Cas9基因编辑技术近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因组编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。该技术由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割。广东农科院团队对CRISPR/Cas9技术的发展和未来在水稻育种中的应用进行了展望，为未来CRISPR/Cas9基因编辑技术在作物定向改良中的进一步利用提供参考。1.CRISPR/Cas9基因组编辑技术应用的原理是什么？2.为实现基因定点编辑，向导RNA和核酸内切酶Cas9的作用机理分别是什么？3.技术的创新都有两面性。我们在赞叹它神奇魔力时，还要注意防范风险？思考讨论在基因组编辑技术应用方面需要注意什么？（四）重构拓展基因突变及其他变异——重构遗传变异与人类的关系遗传变异的应用进展遗传和变异是对立的统一体，遗传使物种得以延续，变异则使物种不断进化。人类可以通过人工诱变的方法创造利用更多的生物资源，并从中选出有益的变异类型进行定向选育。近年来，随着生物化学、分子生物学、免疫学以及电子显微镜、同位素标记等新技术飞速发展，病毒遗传变异机理的研究有显著进展，为优质疫苗的创制提供新思路。【学习目标】1.依据三种可遗传变异的实质、意义及应用重构单元体系，归纳变异与生命健康、生产生活的逻辑关系。2.选择恰当的方法检测变异类型，应用变异原理解释癌症等发病机理。3.通过单元过关，完善“遗传信息控制生物性状，并代代相传”大概念体系，从生物个体、种群两个角度分析遗传、变异的辨证统一。【单元检测】1.单元重构围绕三种可遗传变异的原理、类型区分、对生物的影响及人类的合理应用等角度，重构单元体系。2.单元拓展（设计实验判断生物变异类型）几种性染色体异常果蝇的