生物教案：第四章第节基因对性状的控制

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第2节基因对性状的控制eq\o(\s\up7（)，\s\do5（整体设计)）教材分析本节课在课程标准中的要求是“举例说明基因与性状的关系”,属于理解水平。这节课中的“中心法则”的内容，学生要能够在许多资料中提炼相关的知识点，并进行总结，明确遗传信息流向的途径有哪些,并以流程图的形式绘制出来，使结果一目了然。在让学生掌握相关知识的同时,还要让学生体会到科学怎样在发展的过程中逐步接近真理。关于“基因、蛋白质与性状的关系”这部分内容，比较抽象,也比较复杂,所以不能由教师一味地进行讲述,而应该从遗传现象的实例着手，以相关的实例作为研究对象，分析它的本质原因，让学生自己总结基因、蛋白质和性状的关系,这样，学生更容易接受和掌握这部分的内容，达到突破难点的目的.最后，教师仍然以实例，比如说人的身高等来解释基因和性状之间并不都是简单的一一对应的关系,即基因与性状的关系并不都是简单的线性关系,同时还存在着多个基因控制性状的情况。另外，环境在这个过程中也发挥了非常大的作用，它也会对性状产生非常重要的影响。这个知识点，我们也可以用实例来证明，例如水毛茛叶子在不同的生活环境下表现出来的不同性状.三维目标1．能够解释中心法则.2．能利用相关资料对中心法则进行科学的补充。3．理解基因、蛋白质、性状之间的关系。4．举例说明基因与性状的关系。5．知道细胞质基因。6．了解细胞质基因能够引起的一些疾病.内容提要教学重点和难点1．中心法则.2．基因、蛋白质与性状的关系。课时安排1课时.课前准备1．兔的白毛与黑毛，番茄的红果与黄果示意图.2．豌豆的圆粒和皱粒示意图.3．白化病患者示意图。4．正常红细胞和镰刀形红细胞示意图。eq\o（\s\up7()，\s\do5(教学过程)）导入新课1．情境导入有些人会对你说，你长得真像你妈妈，或者你长得真像你爸爸。你和你的父母相像，是因为你遗传了他们的基因，你的基因一半来自父亲,一半来自母亲,这些基因在你的细胞里组合在一起，最后塑造了你。你生命的所有的特征,或称为性状，都是由这些基因控制的,它构成了我们生命的小小说明书.其实在自然界中，生物体的性状也都是由基因来进行控制的，比如说兔子的毛色,番茄的品种等等,如下图所示。兔的白毛与黑毛番茄的红果与黄果2．复习导入前一节课，我们一起学习了基因的表达，基因的表达是以DNA的一条链为模板，在细胞核里转录成mRNA，mRNA通过核孔,与细胞质中的核糖体结合，进行遗传信息的翻译,形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。整个过程包括遗传信息的转录和遗传信息的翻译两个步骤，形成的多肽链经过一系列的步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子,开始承担细胞生命活动的各项职责，表现出生物体的各种性状。今天，我们就一起来研究关于基因和性状的关系.推进新课学习目标一:中心法则的提出及其发展1．中心法则［合作探究]思考：前面，我们学习了DNA的复制和基因的表达，请同学们按照我们学习的知识点，绘制一张流程图,来表示遗传信息的传递方向。学生讨论，得出结论：教师点拨:①DNA→DNA：DNA的复制过程.它是以DNA的两条链为模板，形成两个相同的子代DNA分子的过程.②DNA→RNA:细胞核中的转录过程.它是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程.③RNA→蛋白质:细胞质核糖体的翻译过程。以RNA为模板，利用游离的氨基酸，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。［教师精讲］在1957年的时候，克里克就提出了中心法则，中心法则的内容是遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译,但是,遗传信息不能从蛋白质传递到蛋白质，也不能从蛋白质流向RNA或者DNA.过渡：此后的时间里，科学家确认了克里克提出的中心法则，中心法则因此获得了大家的认可。但是，随着科学的进步和实验数据的积累,人们认识到，传统的中心法则还存在着一些不足。现在，让我们来看几个资料，请同学们在此基础上，以小组为单位,进行研究讨论，试着对中心法则进行一些必要的补充。2．中心法则的发展[方法引导］材料展示：1．1965年，科学家在RNA肿瘤病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制.2．1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶,它能以RNA为模板合成DNA.3．1982年，科学家发现疯牛病是由一种结构异常的蛋白质在脑细胞内大量增殖引起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，可能促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误,从而导致大量的结构异常的蛋白质形成。思考:作为生物学的核心规律之一，中心法则应该全面地反映遗传信息的传递规律.请根据上述资料，对传统的中心法则进行修改。学生讨论,得出结论：教师点拨：①RNA→DNA：个别病毒在肿瘤细胞中的逆转录过程。在进行逆转录过程的时候，需要逆转录酶的参与，来合成DNA。②RNA→RNA：以RNA作为遗传物质的生物的自我复制。以RNA为模板，按照碱基互补配对原则,形成RNA的过程。③蛋白质→蛋白质：朊病毒的复制倍增并不是以核酸为模板，而是朊病毒自身（蛋白质)为模板的。随着数据的积累,科学家对传统的中心法则进行了一系列的补充,增加了遗传信息从RNA流向RNA的途径，即RNA在RNA复制酶的作用下进行的自我复制，还增加了遗传信息从RNA流向DNA的途径,即在逆转录酶的作用下进行的逆转录过程,另外，还有一条不明确的途径,即蛋白质流向蛋白质的过程。我们看到，中心法则在科学家地不断努力探索下更加完善和科学，这也向我们展示了科学的发展是永无止境的，人类的探索也是永无止境的.既然基因通过转录和翻译，最终控制了蛋白质的合成,而蛋白质是生物体生命活动的承担者和体现者，那么，基因又是怎样来控制生物体的性状的呢？让我们带着这个问题来研究关于基因、蛋白质和性状的关系。学习目标二：基因、蛋白质和性状的关系1．基因、DNA、蛋白质和性状的关系思考:请同学们回忆一下我们以前学习过的内容,进行小范围的讨论，解决下列问题。(1)基因与DNA之间有何关系？(2)基因与蛋白质之间有什么关系？（3)蛋白质与性状有什么关系？（4)基因与性状之间是什么关系?学生讨论回答.点拨:(1）基因是有遗传效应的DNA片段。（2)基因控制蛋白质的合成，也就是基因的表达。（3）蛋白质与性状的关系是蛋白质是生物体生命活动的承担者和表现者。（4）基因与性状之间的关系是基因控制性状.基因是有遗传效应的DNA片段，基因控制生物的性状,性状主要是由蛋白质来承担和表现的，蛋白质由基因来控制表达，也就是基因的表达.［教师精讲］早在一百多年前,孟德尔就通过研究豌豆的圆粒与皱粒这对相对性状时，用遗传因子做了一个非常经典的解释，现在，随着科学技术的进步,已经可以对豌豆的圆粒与皱粒这对相对性状的表现做出遗传学上非常科学的解释了。豌豆的圆粒和皱粒原来，圆粒豌豆的DNA中有一个控制编码淀粉分支酶的基因，淀粉分支酶可以控制淀粉的合成，淀粉的吸水性比较强，豌豆会因淀粉吸水而膨胀，表现出圆粒的特征。而皱粒豌豆的DNA比圆粒豌豆的DNA多了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，最终,淀粉分支酶不能形成，导致细胞内淀粉含量也大大降低，而游离的蔗糖含量升高，但蔗糖不能吸水使豌豆膨胀，所以,豌豆就表现出皱缩。继而豌豆会表现出圆粒和皱粒这样的相对性状。基因到底是怎样来控制这些性状的呢？让我们继续深入地研究。2．基因对性状的控制（1)基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。人的白化病是因为控制酪氨酸酶的基因异常引起的.酪氨酸酶可以将酪氨酸转变成黑色素，一般存在于正常人的皮肤、毛发等处。假如说一个人由于基因不正常，而导致不能正常的合成酪氨酸酶，那么，酪氨酸也就不能正常的转变成黑色素，这个人就会表现出白化病的症状.白化病患者的症状通常表现为皮肤、毛发均为白色,虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素，怕光。像白化病这样的,通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状的这种基因对性状的控制，是基因对性状的间接控制。（2）基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。［合作探究］这种基因对性状的控制是直接的。现在，我们来看囊性纤维病这个例子，来理解基因是怎样直接控制性状的.囊性纤维病是北美白种人中比较常见的一种遗传病,患者汗液中的氯离子浓度升高,支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。思考：尝试用自己的语言阐述囊性纤维病是怎样发生的?学生阅读课本相关内容,讨论回答.点拨：大部分患者中,编码一个跨膜蛋白的基因缺失3个碱基，导致跨膜蛋白的第508位缺少一个苯丙氨酸,结果影响了跨膜蛋白的结构，使跨膜蛋白转运氯离子的功能异常,导致患者支气管中的黏液增多，管腔受阻,细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。虽然这种疾病还没有有效的治疗方法，但是，我们理解它的基因水平的致病机理，对于以后研究、治疗这种疾病,有着非常重要的作用.[知识拓展]展示正常的红细胞与镰刀形红细胞比较图片：镰刀型细胞贫血症也是因为基因直接控制蛋白质的结构从而控制相应的性状导致的，镰刀型细胞贫血症是一种遗传病。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀形状，这样的红细胞容易破裂,使人患溶血性贫血，严重时会导致人死亡。这种病是因为红细胞中DNA的碱基发生了替换，导致基因发生改变，从而引起基因所编码的蛋白质发生改变，最终改变了红细胞的形状，发生镰刀型细胞贫血症.我们以上讲述的基因控制性状，都是单个基因对生物性状的控制.事实上，基因与性状的关系并不都是简单的一一对应的关系，或者说都是简单的线性关系。比如说人的身高、血压、智力、长相、记忆力、性格、自尊、对社会的态度等，可能是由多个基因来决定的.另外，性状的表达，除了受基因的控制以外，还要受到环境的影响.比如说，同一株水毛茛，裸露在空气中的叶片和浸在水中的叶片，表现出两种不同的形态，在空气中的叶片比较大，水中的叶片要狭小细长些。同一株水毛茛,它的遗传物质应该是一样的，但是，正是由于叶片生活的环境不同，所以表现出不同的形状。因此，生物体的性状是基因(内因)和外界环境（外因）等因素相互作用的结果。基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂又繁而有序的网络，精细地调控着生物体的性状。3．细胞质基因我们在学习前面的内容时已经明确，DNA主要存在于细胞核中，染色体是DNA的主要载体,少量存在于细胞质中,比如说线粒体和叶绿体。我们将线粒体和叶绿体中的基因称为细胞质基因。线粒体DNA的缺陷与数十种人类的遗传病有关,这些疾病多与脑部和肌肉有关，如：乳酸中毒，中风样发作综合征,这些都是属于母系遗传的疾病.患者表现为身材矮小、多毛、头痛、肌无力、运动诱发呕吐、癫痫发作、再发性脑损伤,并引起偏瘫、偏语等症状。思考：(1）这些疾病有什么特点？为什么？（2）细胞质遗传符不符合孟德尔的遗传规律？学生讨论回答。点拨：(1）都表现出母系遗传的特征.因为在受精过程中，受精卵的细胞质几乎全部来自母亲,所以,当母亲的卵细胞的细胞质基因出现问题,后代不管是男孩还是女孩，都会表现出和母亲一样的疾病.（2)细胞质遗传不符合孟德尔的遗传规律，后代只表现出母亲的性状。4．技能训练引导学生按照“提出假说，得出结论”的步骤，理解果蝇翅的发育是经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。这个实验也说明了，基因控制生物的性状，而性状还受到环境的影响.课堂小结遗传信息可以从DNA流向DNA，这是DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA，这是细胞核中的转录过程;也有RNA流向DNA的，这是个别病毒在肿瘤细胞中的逆转录过程；从RNA流向RNA,是以RNA作为遗传物质的生物的自我复制;从RNA流向蛋白质，这是细胞质核糖体的翻译过程；从蛋白质到蛋白质，这个遗传信息的流动方向目前还不确定。基因与性状的关系并非都是简单的线性关系,可以是多个基因决定一个性状,也可以是一个基因与多个性状有关。性状除了受基因控制，也受环境影响，如教材中的水毛茛的叶型与是否浸于水中有关.所以生物的性状是由基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间相互作用，精确控制的。eq\o(\s\up7()，\s\do5(板书设计）)第2节基因对性状的控制一、中心法则二、基因、蛋白质和性状的关系1．基因、DNA、蛋白质和性状的关系2．基因对性状的控制(1)基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状。（2)基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。3．细胞质基因教学反思本课内容从理解的角度来说，还是比较简单的，因此,在学习的过程中不会有很大的障碍。通过本课内容的学习,还可以让学生认识到,生物科学的发展是永无止境的，对生物科学的探究也是永无止境的，需要我们坚持不懈地努力。另外，我们在理解基因、蛋白质和性状的时候，并不是简单地去理解字面的意思，还要对所表述的内容进行实例举证，达到真正意义上的理解.课后延伸1．生活中的生物学通常总是从分析性状来研究遗传规律的，任何生物不同个体之间的许多性状--包括形态、构造、特征和生理生化特性等等,都是相对不同的，称为相对性状。例如，同是一种细菌,有的有毒性能致病，有的没有毒性不能致病。同是家蚕,有的结黄茧，有的结白茧。同是水稻，有的是粳性，有的是糯性。同是玉米，有的有花青素，茎秆表现紫色,有的没有花青素，茎秆表现绿色。同是人，有的是A型血,有的是B型血.通过观察试验或统计分析，比较前后代之间和后代个体之间相对性状的相同和相异，就可了解遗传和变异现象,考查遗传和变异的规律。通常我们说生物的某一性状是遗传的，例如细菌的致病性、蚕的茧色、水稻的米质、玉米的茎色、人的血型是遗传的，就是说上一代的这种性状能够在下一代得到表现.实际上,上一代性状在下一代得到表现要通过遗传传递和性状发育的复杂代谢过程，性状的本身是不能直接传递的。很显然,在原核生物以及许多单细胞生物中，它们大多是通过细胞分裂而增殖的，在细胞内部必然具有全部性状发育的遗传物质基础，通过准确复制而传递。进行有性生殖的多细胞动植物,它们的生殖细胞是前后代之间惟一的物质联系，我们在生殖细胞里找不到蚕的白茧、玉米的紫茎等性状，但是也必然具有保证全部性状发育的遗传物质基础，才能保证一切遗传可