資源簡介

第2節 基因對性狀的控制
一、教學指導思想：
以《普通高中生物課程標準（實驗）》中的“提高生物科學素養，面向全體學生，倡導研究性學習，注重與現實生活的聯系。”的課程理念來設計教與學的過程。創設教學情景，激發學生的學習興趣。教學過程中，要充分體現學生的主體地位，發揮教師的主導作用，師生在平等和諧的情景下獲得知識，提升問題探究能力。
根據維果斯基的“最近發展區”理論，著眼于學生的最近發展區，學生在前幾節課學習過程中，對DNA的復制、轉錄、翻譯等過程已經有了比較深入的了解，并且對基因、性狀等概念已經有了深入的認識，這些都是理解本節內容的基礎，在教學中要緊緊依托這些知識。根據學生已有知識，為學生提供可以與之建構的內容，調動學生的積極性，發揮其潛能，超越其最近發展區而達到下一發展階段的水平，在此基礎上進行下一個發展區的發展。
當代建構主義學習理論強調學習的主動性、社會性和情境性。在“中心法則的提出和發展”這部分內容的教學中加入模型建構的思想，充分調動學生學習積極性。而有關“基因、蛋白質與性狀的關系”這部分知識，是學生感興趣，又與生活實際相聯系的內容。因此，教師可從學生感興趣的內容切入，創設問題情境，引起學生的認知沖突，完成該部分內容的教學。
二、教學分析
1、教材分析
本節選自人教版高中生物必修二《遺傳與進化》中第四章第二節，之前教材已經在第二章和第三章就“基因在哪里”和“基因是什么”等問題上作了詳細的闡述和分析，接下來本章研究“基因是如何起作用的”。本節課在本章第1節的《基因指導蛋白質的合成》的基礎上對基因如何控制性狀展開分析，與教材之前的知識內容層層遞進，并為解釋第五章基因突變及其他變異奠定了理論基礎。所以本節在教材體系上起到了結構橋梁的作用。
本節在內容上包括“中心法則的提出及其發展”和“基因、蛋白質與性狀的關系”兩部分內容。其中“中心法則的提出與發展”教材首先介紹了1957年，克里克提出的中心法則的內容，然后安排了一則資料分析，意圖讓學生根據提供的實驗證據，分析最初的中心法則的不足，并作出適當的修改。使學生認識到科學是一個逐步完善的過程，科學發展是永無止境的。而“基因、蛋白質與性狀的關系”這部分內容是對三者關系的總結。教材通過給出兩類遺傳現象的實例來加以說明，通過引導學生對遺傳現象實例的分析，更容易總結出三者的關系。
2、教學目標
（1）知識目標：解釋中心法則
舉例說明基因與性狀的關系
（2）情感態度與價值觀目標：認同科學是一個逐步完善的過程，科學發展是永無止境的
（3）能力目標：嘗試通過閱讀、分析資料從遺傳現象歸納總結出結論，提升解決問題的能力
3、教學重、難點
（1）教學重點：中心法則
基因、蛋白質與性狀的關系
（2）教學難點：基因、蛋白質與性狀的關系
突出重點、突破難點的方法：中心法則是本節課的重點，在這部分內容的教學中，可以先通過動畫展示DNA復制、轉錄以及翻譯等過程，通過動畫讓學生建構遺傳信息的流動模型，并且充分運用教材中的資料分析，讓學生分組討論并對克里克所提的中心法則進行補充，不僅讓學生了解中心法則的本身，而且讓學生感受到科學發展的過程是怎樣一步一步接近真理，由此來突出重點。基因、蛋白質與性狀的關系既是本節課的重點又是本節課的難點。在教學過程中可以從遺傳現象的實例入手，分析其本質原因，讓學生自己來總結三者的關系，由此來突出重點、突破難點。
4、教學策略
新課標注重學生的主動學習，發揮學生的主體作用。因此，本節課在教學設計上將充分發揮學生的主觀能動性，引導學生分組討論資料分析中的內容，理解中心法則的實質，并認識到科學的發展是永無止境的。并且注重知識與實際生活的結合，在處理基因、蛋白質與性狀的關系時，可以從遺傳現象的實例入手，引起學生的學習興趣，引導學生分析其本質原因，讓學生自己來總結三者的關系。
5、教學方法
（1）教法：講述法、討論法、啟發探究法
（2）學法：討論法、歸納法、小組合作法
三、學情分析
高中學生具備了一定的觀察和認知能力，思維的目的性、連續性和邏輯性也已初步建立，從知識儲備上看，學生已經了解DNA結構、復制等知識，并對基因、性狀等概念有了基本的認識，并已經掌握蛋白質結構功能特征及合成過程，這些都是學生理解本節內容的基礎。但關于基因、蛋白質和性狀的關系的內容，比較復雜，也比較抽象，若由教師直接講述，學生難以理解。如果從遺傳現象的實例入手，引導學生進行分析總結三者的關系，則學生更容易理解本部分的內容。
四、課前準備：PPT
五、課時安排：1課時
六、教學過程
教學內容 教師活動 學生活動 設計意圖
導入 中心法則的提出及發展 基因、蛋白質、性狀之間的關系 細胞質遺傳 總結 上課，之前我們已經學習了基因通過復制把遺傳信息從親代傳遞到子代，即完成遺傳信息的傳遞，并且基因可以通過轉錄和翻譯使遺傳信息以一定的方式反映到蛋白質分子上，從而使后代表現出與親代相似的性狀，也就是基因的表達。那么基因是如何具體控制性狀的呢？下面我們就進入到今天第4章第2節的學習，基因對性狀的控制。 課前我們已經說了基因能夠進行復制和表達，你能不能根據DNA復制和基因的表達來繪制一個流程圖，表示遺傳信息的傳遞方向呢？（此過程學生不易答出，因此緊接著引導學生在DNA復制過程中遺傳信息是由什么分子流向了什么分子，在基因表達的過程中遺傳信息又是由什么分子流向什么分子。由此學生畫出遺傳信息的流程圖）對，我們說遺傳信息是指核酸堿基的排列順序，遺傳信息首先是存在于DNA上，通過轉錄到RNA堿基排列順序當中，最后通過翻譯傳遞到蛋白質當中。并且遺傳信息還能通過復制從DNA流向DNA。其實早在這個過程弄清楚之前，科學家克里克就已經預見了在這一過程中遺傳信息的傳遞規律。并將這個規律命名為中心法則。所以中心法則的內容就是遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的自我復制；也可以從DNA流向RNA進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。那我們來看中心法則事實上表示的就是遺傳信息的傳遞規律或者說是流動方向。那么這一中心法則是否還有什么不足之處？或者說生物界中是否還存在其他遺傳信息的流動途徑呢？下面請同學們來看一下以下幾則資料。在1965年，也就是在克里克提出中心法則后的8年，科學家在某種RNA病毒中發現了一種RNA復制酶，這種酶能像DNA復制酶能對DNA進行復制一樣，RNA復制酶也能對RNA進行復制，得到RNA。那么從這則資料中你能看出遺傳信息的流動方向是怎樣的呢？（由RNA到RNA）這則資料是一個事實，也就是說明在生物界中確實存在遺傳信息從RNA向RNA流動的這種現象。那么遺傳信息從RNA流向RNA是否廣泛存在于所有生物當中呢？（不是）對，題干上說它只存在于某種RNA病毒當中，并且這一過程是需要RNA復制酶的催化，也需要ATP提供能量。那么同學們思考一下，在這一過程當中原料應該是什么？（4種核糖核苷酸）模板應該是什么？（應該是RNA）沒錯，并且RNA復制過程也應該是遵循堿基互補配對原則的。下面我們來看資料二，1970年科學家在致癌的RNA病毒當中發現了逆轉錄酶，它能以RNA為模板合成DNA。這則資料又說明了什么？（遺傳信息能從RNA流向DNA）對，生物界存在著另一種遺傳信息的流動方向，從單鏈的RNA流向雙鏈的DNA，由于這一過程跟轉錄過程相反，因此我們把這一過程叫做逆轉錄或反轉錄。并且這一過程也不是普遍存在于生物界中的，它是存在于逆轉錄病毒當中，這一過程需要的酶是逆轉錄酶，并且這一過程同樣也需要ATP提供能量。該過程的模板就應該是？（RNA）原料是？（4種游離的脫氧核糖核苷酸）這一過程也是遵循堿基互補配對原則的。資料三：1982年，科學家發現瘋牛病是由一種結構異常的蛋白質在腦細胞內大量“增殖”引起的。這種因錯誤折疊而形成的結構異常的蛋白質，可能促進與其具有相同氨基酸序列的蛋白質發生同樣的折疊錯誤，從而導致大量結構異常的蛋白質的形成。那么從這則資料當中我們還能不能得出遺傳信息可以從蛋白質流向蛋白質這個結論？（不能）題干中說可能促使具有相同氨基酸序列的蛋白質發生同樣的折疊，就說明事實是否是這樣還沒有得到全部的證實。并且根據資料可知它改變的應該是多肽鏈的折疊方式。那多肽鏈的折疊方式是不是一種遺傳信息呢，科學界也一直未能達成共識。通過我們剛才對資料的分析，我們在傳統中心法則的基礎上增加了由RNA到RNA和由RNA到DNA的這兩條途徑，我們把這部分內容叫做中心法則的發展，中心法則的發展過程也告訴我們科學的發展是永無止境的。下面我們將中心法則拆開，具體來看一下每種生物的遺傳信息的傳遞途徑是怎樣的。首先真核生物和原核生物的遺傳信息的傳遞途徑應該是遺傳信息可以通過復制從DNA流向DNA，然后通過轉錄流向RNA，最后通過翻譯流向蛋白質。原核生物和真核生物都是有細胞結構的生物，那么沒有細胞結構的生物的遺傳信息傳遞途徑又是怎樣的呢？沒有細胞結構的生物是病毒，其中DNA病毒的遺傳信息的傳遞途徑應該和有細胞結構的生物是一樣的。即也是DNA可以通過復制流向DNA，通過轉錄流向RNA進而流向蛋白質。除此之外，還有RNA病毒，RNA病毒又根據需要的酶的不同而種類不同，有的RNA病毒需要RNA復制酶，有的RNA病毒需要逆轉錄酶。需要RNA復制酶的RNA病毒的遺傳信息的傳遞途徑怎樣的呢？（是通過RNA的復制流向RNA ，再通過翻譯流向蛋白質）而逆轉錄病毒的遺傳信息的傳遞途徑是RNA通過逆轉錄流向DNA，也可以通過轉錄和翻譯流向蛋白質。那么同學們思考這樣一個問題，DNA病毒和RNA病毒它遺傳信息的傳遞途徑是發生在細胞中的嗎？（是，因為病毒就是寄生在細胞中）以上就是不同生物體遺傳信息的傳遞途徑。 通過以往的學習，你能嘗試描述一下基因、蛋白質和性狀他們兩兩之間的相互關系嗎？（基因指導蛋白質合成，基因能控制生物體性狀）那蛋白質和性狀有什么關系呢？（蛋白質可以表現性狀）事實上性狀就是通過蛋白質表現出來的，在上一冊我們已經學習蛋白質是生命活動的主要承擔者和體現者，那么基因、蛋白質和性狀三者之間的相互關系又是怎樣的呢？下面我們再通過幾個具體的例子來一同探究一下。請同學們閱讀教材第69頁第2段的課文，并且建構一個流程圖來解釋豌豆圓粒和皺粒的形成。首先圓粒豌豆的形成是由于淀粉分支酶基因正常，所以淀粉分支酶能夠正常合成，就能促使蔗糖合成淀粉，因此淀粉含量高，而淀粉能吸水膨脹，蔗糖卻不能。所以豌豆成熟時淀粉含量高的豌豆能夠有效地保留水分，表現為圓粒。所以建構出的流程圖就是這樣的。（編碼淀粉分支酶的基因正常→淀粉分支酶能夠合成→蔗糖能合成淀粉，淀粉含量高→淀粉吸水、豌豆表現為圓粒）那么根據這個流程圖誰能來建構一下皺粒豌豆的流程圖？（編碼淀粉分支酶的基因異常→淀粉分支酶不能合成→蔗糖不能合成淀粉，淀粉含量低→吸收的水分少、豌豆皺縮）對，皺粒豌豆的DNA中插入了一段外來DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因，導致淀粉分支酶不能合成，而淀粉分支酶缺乏導致細胞內淀粉含量降低，游離蔗糖含量升高，淀粉能吸水膨脹，蔗糖不能，所以豌豆出現皺縮的現象。但是皺縮的豌豆應該比圓粒豌豆更甜一些，對吧。以上就是豌豆的圓粒和皺粒這對相對性狀的基因控制方式。下面我們再來看一下人的白化病。圖片中展示的就是白化病患者，白化病是一種較常見的皮膚及其附屬器官黑色素缺乏所引起的疾病。我們來看這類病人通常是全身皮膚、毛發、眼睛缺乏黑色素，表現出怕光等行為。白化病的產生是由于酪氨酸酶基因異常引起的，也就是說正常人應該是編碼酪氨酸酶的基因正常，酪氨酸酶就能正常合成，酪氨酸酶能將酪氨酸轉變為黑色素，所以表現型正常。（同樣用PPT展示流程圖）而白化病患者由于編碼酪氨酸酶基因異常所以酪氨酸酶不能合成，沒有酪氨酸酶酪氨酸就不能轉變為黑色素，表現為白化。那么通過這兩個例子同學們反思一下基因是怎樣控制性狀的？我們來看基因首先控制酶的合成，酶又能催化化學反應，也就是說酶能影響代謝，代謝過程最終影響生物的性狀。所以我們總結一下就應該是基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物的性狀。我們常說的苯丙酮尿癥也是通過這種方式控制性狀的。 下面我們再來看一個實例，囊性纖維病，囊性纖維病是北美白種人中常見的一種遺傳病，患者汗液中氯離子的濃度升高，支氣管被異常的黏液堵塞，所以常于幼年時死于肺部感染。研究表明在大約百分之七十的患者中，編碼一個跨膜蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3個堿基，所以經過轉錄翻譯發現CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，這樣就會導致CFTR蛋白的結構發生異常，結構異常就會導致功能的異常，也就是使CFTR轉運氯離子的功能異常，導致支氣管中粘液增多，管腔受阻，所以細菌在肺內大量繁殖，導致肺部感染。通過這種方式控制性狀的還有人類的鐮刀型細胞貧血癥。正常人的紅細胞呈圓餅狀，而鐮刀型細胞貧血癥的人紅細胞呈鐮刀狀。正常人類編碼血紅蛋白的基因是正常的，血紅蛋白的結構是正常的，所以表現型正常，細胞成圓餅狀。而鐮刀型細胞貧血癥的人，編碼的基因中一個堿基對發生了變化，所以血紅血紅蛋白蛋白結構發生了變化，使細胞呈鐮刀狀。這樣的細胞容易破裂，易患溶血性貧血。那么同學們來回顧一下囊性纖維病和鐮刀型細胞貧血癥，它們還是通過基因控制酶的合成來控制性狀的嗎 (不是)那他是怎樣控制性狀的呢？（基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物的性狀）沒錯，基因還能通過控制蛋白質的結構直接控制生物的性狀。與這一控制方式相比，基因通過控制酶的合成控制代謝進而控制生物體的性狀其實是一個間接的過程。我們來看無論是基因直接控制性狀還是基因間接控制性狀，其實都是基因通過控制蛋白質的合成來控制性狀的，這里我們說的酶主要是指蛋白質。 同學們思考一下，一對基因可不可以控制一種生物性狀，（可以）一對基因可不可以控制多對生物性狀？（可以）你能舉一個例子嗎？（剛才我們講了淀粉分支酶基因可以控制豌豆的圓粒和皺粒，還可以控制豌豆的甜和非甜）所以，一對基因是可以控制多對生物性狀的。那么存不存在多個基因控制同一性狀的情況呢？（存在，以前做題做過，基因1控制一種酶，基因2控制一種酶，在酶1和酶2都存在的情況下才能表現出最后的性狀）沒錯，確實存在這樣的情況。其實人的身高就是由多個基因控制的，所以說生物的性狀和基因之間并不是簡單的線性關系。既可以是一對基因控制一種生物性狀，也可以是一對基因控制多種生物性狀，還可以多對基因控制一種生物性狀。圖片中的姚明長得高是單單受基因控制的嗎？如果總是不給他吃飯他還能長這么高嗎？（不能）所以我們說生物的表現型是基因與環境共同作用的結果。由此可以看出基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成一個錯綜復雜的網絡，精細地調控著生物的性狀。 我們所說的基因除了細胞核基因還包括細胞質基因，下面請同學們閱讀書中70頁第四段來從細胞質基因的位置和遺傳特點方面了解一下什么是細胞質基因？（細胞質基因是葉綠體和線粒體中的基因，所以它存在的位置是線粒體和葉綠體）那么它的遺傳特點又是什么呢？（能進行半自主復制，并通過轉錄和翻譯控制某些蛋白質的合成）那么什么是半自主復制呢？線粒體和葉綠體都是半自主細胞器，它們中的DNA能進行自我復制，但是在一定程度上需要細胞核基因的支配，所以我們把它叫做半自主復制。除此之外，細胞質基因在遺傳時還有什么特點？（只能由母親傳遞給后代）那它為什么會有這樣的特點呢？（因為在受精作用過程中，精子的細胞質留在細胞外，沒有進入卵細胞。）沒錯，也就是說受精卵的細胞質幾乎全部來自卵細胞，所以這種遺傳病只能由母親傳遞給后代。那么細胞質遺傳遵循孟德爾遺傳定律嗎？（不遵循）為什么呢？（因為孟德爾遺傳定律只適用于細胞核基因）同學們再思考一下細胞質中的基因，是否還遵循中心法則呢？（遵循，因為中心法則表示的就是遺傳信息的傳遞途徑。） 以上就是本節課的內容，下面我們一同來回顧一下，首先我們學習了克里克的中心法則，遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的自我復制；也可以從DNA流向RNA進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。之后隨著科學的發現，增加了遺傳信息從RNA到RNA和從RNA到DNA的過程。然后我門學習了基因控制性狀的兩條途徑，即基因通過控制酶的合成，來控制代謝過程，進而控制生物性狀。這是基因控制性狀的間接途徑。基因也可以通過控制蛋白質的結構直接控制生物性狀。除此之外，我們還學習了細胞質基因和細胞質遺傳的特點。細胞質基因是指線粒體和葉綠體中的基因，而細胞質遺傳的特點細胞質基因能進行半自主復制，并能通過轉錄、翻譯控制某些蛋白質的合成。并且只能通過母親傳遞給后代。不遵循孟德爾遺傳定律。下面做練習。 思考教師的問題，對本節的學習產生興趣。 學生動手畫遺傳信息的流程圖 分析資料分析中的例子，思考遺傳信息的其他傳遞途徑。 分析不能得出遺傳信息從蛋白質到蛋白質的原因。 嘗試描述基因、蛋白質和性狀之間的關系。 建構皺粒豌豆形成的流程圖。 通過以上兩個實例分析基因控制性狀的方式。 通過對囊性纖維病和鐮刀型細胞貧血癥的分析得出基因控制性狀的另一種方式。 分析生物的性狀和基因之間并不是簡單的線性關系的原因。 閱讀書中有關細胞質基因的內容，分析細胞質遺傳的特點。 回顧本節課內容。 回顧之前學習的內容由此導入新課 增強學生分析問題的能力 增強學生分析問題的能力。 提高學生精細閱讀材料的能力。 學生根據提供的材料，分析最初的中心法則的不足，并作出適當的修改。使學生認識到科學是一個逐步完善的過程，科學發展是永無止境的。 將以往學習的內容書里整合，加強學生知識網略意識。 通過具體實例分析，引導學生歸納總結出基因控制性狀的方式。提高學生自學教材，總結歸納形成答案的能力。 引入基因控制性狀的另一種方式。提高學生自學和總結歸納問題的能力。 使學生對所學知識有所提升和拓展。而且更能全面地理解基因、蛋白質與生物性狀間的關系。以及性狀與環境之間的關系。 開動學生的腦筋，活躍學生的思維，鍛煉學生的表達能力。 回顧本節課內容使學生建立知識網略。
七、板書設計
八、教學反思
本節課以教材為授課的基礎進行授課，并且通過分析資料以及實例證明來突出重點，突破難點。在教學的過程中也存在著諸多問題。首先，課堂的總體進程較快，對時間的掌握不夠精準，應該根據講課進程合理的增加與學生的互動過程。其次，在授課的過程中更加注重自己知識的講授，缺乏對學生積極的關注，應該關注全體學生，增加跟學生的互動過程，盡量調動學生學習的積極性。在教學的過程中缺乏教學機智，對學生回答的問題應該加以合理引導，使其自己總結出問題的答案，不應該在學生還沒有探索總結出問題答案時，急于給出問題的答案。除此之外，應該提前了解學生的知識儲備情況，根據學生的實際情況設計問題，注意問題串的使用，逐步在學生頭腦中形成知識網絡。在處理習題時應該關注學生的關注點，從學生不懂的點出發來解決問題。并且在習題的選擇時應該進行篩選，選出有代表性的習題在課堂上進行講解。

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