資源簡介

教學設計
課程基本信息
課題 基因通常是有遺傳效應的DNA片段
教學目標
1. 舉例說明基因通常是有遺傳效應的DNA片段。 2. 運用數學方法說明DNA的多樣性和特異性。 3.說明基因和DNA的關系
教學內容
教學重點： 1.基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
2.DNA的多樣性和特異性。
教學難點： 1. 基因、DNA與染色體的概念圖。
教學過程
本節課主要采用“問題到學法”的教學模式。以問題為載體給學生提供探索的空間，在已有知識的基礎上讓學生主動參與探究活動，開展自主探索，動手實踐，交流合作，從中發現并及時解決問題，使學生體驗知識形成的過程。 課前準備：要求同學們自主復習DNA的結構；自主查閱“基因工程”相關資料。 【導入新課入】疫情期間，核酸檢測已經成為我們的日常。那么同學們知道為什么通過核酸檢測即可排查出病毒攜帶者嗎？有的同學說核酸檢測可以查出病毒的DNA，有的同學說可以查出病毒的基因。那種說法合理呢？基因是什么？它與DNA有什么關系？通過本節課的學習，我們試著回答這些問題。 首先，讓我們循著科學家的足跡一起來探索基因與DNA的關系。從孟德爾提出遺傳因子到約翰遜將遺傳因子替換為基因；從薩頓提出假說到摩爾根證實基因在染色體上。 我們可以總結出基因的一些特征。 從艾弗里到赫爾希、蔡斯證明了DNA是遺傳物質；從沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結構模型到科學家證實DNA也在染色體上。 我們可以總結出DNA的一些特征。基因和DNA都在染色體上，二者均可在親子代之間傳遞。 請同學們利用這種平行關系，運用類比推理的方法，提出一個較為合理的假設。 結合材料1和材料2，判斷一下自己的假設是否合理，并完成活動2中基因與DNA的關系示意圖。 由以上材料結合自己的假設得出： 一條DNA分子上，有的部分可以稱作基因，有的只能叫做非基因片段。同學們看看你標正確了嗎？那么關于基因與DNA的關系我們可歸納為：基因是DNA上的一些片段。 我們已經知道基因與DNA的關系了，那么為什么這些片段可以稱作基因，它有什么功能呢？ 請看材料3. 有種鐮狀紅細胞貧血患者，他們的紅細胞不是正常的雙凹圓餅狀，而是鐮刀狀，導致紅細胞容易破裂而發生溶血性貧血。發病原因是因為紅細胞的主要成分血紅蛋白空間構象改變了，該蛋白異常的原因僅僅是因為控制其合成的DNA分子中一個堿基對發生了替換。 我們再來看材料4。熒光水母之所以能發熒光主要是因為體內含有熒光蛋白，我們將水母控制產生熒光蛋白的DNA片段剪切下來，然后導入到小鼠的受精卵中，這樣的受精卵發育而來的小鼠，在紫外線照射下，也可以發出熒光。 通過以上兩則材料，請同學們歸納基因的功能。 基因可以通過控制蛋白質的合成，從控制生物的性狀。那么基因如何控制蛋白質的合成呢，這將是我們第四章學習的主要內容。 我們把這種對性狀的影響稱為“遺傳效應”。 【總結基因的概念】根據以上實例，我們對基因的描述可以修正為：基因是DNA片段，什么樣的片段呢？有遺傳效應的DNA片段。 有的同學問到，DNA上那么多的非基因片段有什么作用，比如人類的DNA上超過98%的堿基對不屬于基因，那么他們能遺傳嗎？ 這個問題非常好。早期發現DNA上的非基因片段的時候，有的科學家認為這部分沒什么作用，稱其為“荒漠區”。隨著科學技術的發展，這部分的謎題正逐漸被解開。首先，這部分是可以遺傳的。另外，目前對于這部分功能的研究成果主要有：1、2、3、4。相信隨著研究的深入，這部分的功能將被科學家更多的解讀出來。 【2、DNA的多樣性和特異性】 DNA分子作為親子代之間傳遞信息的物質，蘊含了大量的信息，這種信息本質是什么。 五線譜上的像小逗號一樣的音符通過不同的排序組成一首首動人的旋律。二維碼上像素點的排序既傳遞了信息，還保護了我們的個人隱私；26個字母按照約定的序列組成的單詞，能夠記錄歷史。那么DNA中儲藏的信息會不會也是某種物種的排序呢！？ 上一節，我們學習了DNA的結構。磷酸和五碳糖（脫氧核糖）交替鏈接排列在外側，構成DNA分子的基本骨架。這，能成為信息嗎？中間是由氫鍵連接的4種堿基對卻有不同的排序，這，又能是信息嗎？ 對了，是4種堿基對的排序。 假如某個基因只有1個堿基對的長度，那么就會有4種這個基因；長度為2個堿基對，就會有4乘以4，16種基因。如果某個基因的長度有3個堿基對，那么就會有64種。 3個堿基對長度的基因，有同學寫出甲乙這樣兩個序列，你認為他們是否是一樣的基因。乙上下翻轉不就是甲嗎？ 我們上一節學過DNA是有方向性的，即5撇到3撇是正方向，我們將甲乙DNA分子1鏈的左端都標記為5撇端，大家就能看出來，甲乙確實是兩種序列。 假如一個基因的長度為17個堿基對，那么這個基因可能的排序就有4的17次方種，那就是172億種。可見堿基排序的千變萬化，構成了DNA分子的多樣性。 人的血紅蛋白含有四條多肽鏈組成，其中一條β鏈對應的基因長度約為1700個堿基對，請同學們思考這些堿基排序是隨機的嗎？ 基因不是堿基對隨機排列構成的DNA片段。理論上，所有堿基對的隨機排列都能構成基因，但是在生物的進化過程中，由于自然選擇的作用，環境只選擇能與其相適應的物質或生物，因此一些隨機排列的脫氧核苷酸序列會因不被選擇而消失。 所以，血紅蛋白的β鏈的基因序列不是隨機排的。在眾多排序中，有些特定的排序是猴子特有的血紅蛋白序列，有些是人類的，有些是黑猩猩的。這就是DNA分子的特異性在物種水平的體現。 我國一些城市在交通路口啟用了人臉識別技術，針對行人和非機動車闖紅燈等違規行為進行抓拍。這種技術應用的前提是每個人都具有獨一無二的面孔。為什么人群中沒有一模一樣的兩個人呢？請你從生物學的角度評述人臉識別技術的可行性。對的，每個個體擁有自己獨特的DNA分子，決定著自獨特的臉龐。這正是DNA分子特異性在個體水平的體現。 現在同學們可以從分子水平解釋生物多樣性和特異性的根本原因了 現在我們能回答本節開始時的問題了，因為新冠病毒有著自己獨特的基因，所以我們可以通過核酸檢測找到這些病毒。后來科學家發現，少數病毒的核酸是RNA比如煙草花葉病毒，HIV，新冠病毒等，所以那位同學說的核酸檢測不應該是檢測新冠病毒的DNA，而是RNA。 讓我們對基因的定義修正為：基因通常是有遺傳效用的DNA片段。注意理解通常的內涵。 【總結】我們做一個小結。歸納一下脫氧核苷酸，基因，DNA,染色體概念關系圖。 脫氧核苷酸特定的排序構成基因，基因是有遺傳效應的DNA片段，DNA與蛋白質構成染色體。基因在染色體上呈線性排列。 【補充】對于真核生物，線粒體基因和葉綠體基因，我們叫質基因，細胞核內的基因稱為核基因。 最后我們來思考一個問題： 子女患病的概率為1/2，關鍵是卵細胞。這里我們可以通過測序確定卵細胞是否含有正常基因，然后決定是否用，但實際情況中，最好不對將要用于體外受精的卵細胞進行操作，那么我們還能測定那個細胞的基因，從而知道卵細胞是否含有正常基因？對了，是極體。就取與卵細胞同時產生的那個極體。具體操作的時候，因為只有一個細胞，核酸量少，就要用到我們的單細胞測序法了。 請同學們閱讀教材60頁，了解單細胞測序法的其他應用。

展開更多......

收起↑