资源简介

4.2基因表达与性状的关系的教案
【教材分析】
《基因表达与性状的关系》是人教版必修二第四章第二节的内容，课程标准的要 求是：概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质的 表现，概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。本节内容既是从分 子水平上阐明遗传物质在生物体是如何起作用的，又对于学生理解变异的本质打下基 础，起着承前启后的作用。
【学情分析】
经过前面章节的学习，学生已经知道核酸是由核苷酸连接的长链，也知道核苷酸的基本结构以及磷酸、脱氧核糖、碱基的基本概念，对 DNA 有了基本的了解。同时，在必修二前几章，学生已经学了分离定律和自由组合定律，了解了在有性生殖形成配子时，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，染色体上的基因行为跟染色体行为一致。但是，学生对“染色体上的基因是什么”“DNA 双螺旋结构的巧妙之处在哪里”“基因的本质是什么”“基因与DNA 是什么关系”并不了解。本节课正是详细讲解 DNA 的结构，通过模型的制作，引导学生对 DNA 有更深的理解，为后面“DNA 的复制”“基因的本质”“基因的表达”等生物的遗传和变异理论的学习打好基础。
【教学目标】
1结合资料分析具体实例，阐述基因控制性状的两种方式。（科学思维、科学探究）
2 说明基因表达与细胞分化的关系。（科学思维、科学探究）
3 概述生物体的表观遗传现象。（生命观念、科学思维）
4 举例说明基因、环境与性状的关系。（科学思维、社会责任）
【教学重难点】
1.教学重点
影响基因表达的因素，表观遗传的特点，其他表观遗传的实例，对于疾病的检测、预防、治疗的指导。
2.教学难点
（1）碱基序列不变，部分碱基发生甲基化修饰，抑制基因表达对后代产生的影响。
（2）环境与基因共同对生物体的性状具有调控作用。
【新课导入】
“问题探讨” 导入：水毛茛气生叶与水生叶具有不同的形态。
问题：1、这些叶片基因是否相同，2、引起叶型差异的原因是什么？
1、由于整株植物都是由受精卵有丝分裂发育来的，所以所有细胞的基因型是相同的。
2、叶型的差异，可能是由环境因素造成的，水生叶为了减少水流冲刷叶片呈丝状，气生叶增大叶面积可以提高光和效率。
【新课讲解】
基因表达产物与性状的关系
上节课我们讲到在基因的指导下合成了蛋白质，那基因控制蛋白质的合成到底与基因控制生物的性状特征有什么关系呢？与生物的遗传有什么关系呢？请同学们思考，蛋白质与生物性状特征有什么关系？（蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者）
蛋白质是如何承担生命活动的呢？
有些蛋白质具有运动的功能。例如，肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白，是肌肉收缩系统的必要成分，它们伴随着肌原纤维的收缩而产生运动。有些蛋白质具有运输的功能。例如，脊椎动物红细胞里的血红蛋白，在呼吸过程中都起着输送氧的作用。血液中的脂蛋白有运输脂质的作用。有些蛋白质对生命活动起调节作用。例如，胰岛细胞分泌的胰岛素能参与血糖的代谢调节，降低血液中葡萄糖的含量。有些蛋白质参与机体防御机能，如抗体。在物质进出细胞膜时，主动运输和协助扩散都需要蛋白质作为载体。作为新陈代谢的催化剂——酶绝大多数都是蛋白质。生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的。
因此，可以说蛋白质是生命活动的主要承担者，有不同的蛋白质就会使生物体呈现出不同的生理特征，而基因也正是通过控制合成不同的蛋白质，从而来调控生物的性状特征的。
下面我们再通过几个具体的例子来看看基因、蛋白质与生物性状特征之间的关系：
例如我们前面学过的豌豆有圆粒与皱粒这一对相对性状。在100多年前，孟德尔用遗传因子的假设作出了精彩的解释。如何从基因的角度来解释这一对相对性状呢？大家阅读一下课本P71，看看这两种豌豆在基因方面有什么不同？
皱粒豌豆中的DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因。导致蛋白质合成上有什么不同？（皱粒豌豆中淀粉分支酶不能正常合成）
酶的生理活性如何变化？（因为没有了淀粉分支酶，导致豌豆中游离的蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高）
这与豌豆的圆粒与皱粒又有什么关系呢？（淀粉具有亲水性，能吸水膨胀，而蔗糖却不能，当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆因能有效地保留水分，显得圆鼓鼓的，而淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩）
我们可以简要地用下图来表述：
下面我们再看一个发生在我们人身上的例子：
教师展示白化病患者的图片并介绍：白化病是一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起的疾病。这类病人通常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏黑色素，因此表现为眼睛视网膜无色素，虹膜和瞳孔呈现淡粉色，怕光，看东西时总是眯着眼睛。皮肤、眉毛、头发及其他体毛都呈白色或白里带黄。人体表现出不同的肤色是由于人体皮肤中含有的黑色素多少不一的缘故。黑种人皮肤的黑色素最多，而黄种人皮肤中的黑色素较少，而白种人皮肤中的黑色素最少，因此皮肤的颜色表现出很大的差异。而患白化病的患者则是由于机体中缺少一种酶——酪氨酸酶，患者体内的黑色素细胞不能将酪氨酸最终变成黑色素。那为什么会缺少酪氨酸酶呢？原来是白化病患者中控制酪氨酸酶形成的基因异常导致的。我们简要表达如下：
从这两个例子来看，大家可以总结出什么共同点？（两个例子都是因基因通过控制酶的合成来控制代谢过程来控制生物体的性状的）
下面我们再来看另外两个例子：
囊性纤维病是北美白种人中常见的一种遗传病，主要表现为患者汗液中氯离子的浓度升高，支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。研究表明，其病因是一个跨膜蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3个碱基引起的：
镰刀型细胞贫血症也是一种遗传病。正常人的红细胞成中央微凹的圆饼状，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞是弯曲的镰刀状（展示图片）。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。原来发现患者血红蛋白分子的多肽链上与正常的血红蛋白分子只有一个氨基酸不同。这是由于编码血红蛋白的基因中一个碱基发生变化而引起的。
大家总结一下，这两个病例有什么共同点？
（这两个例子中说明基因是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的）
综上所述，我们可以看出基因是通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状的。不同的蛋白质使生物表现出不同的性状，而如果蛋白质不能正常合成则可能使生物出现异常的性状。
基因的选择性表达与细胞分化
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
1．这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
3种细胞中合成的蛋白质都是该细胞中的特异性蛋白质。
2．3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？
在特定的细胞中，基因的表达选择性，进而产生特异性的表达产物。
细胞分化的本质就是基因的选择性表达。
表观遗传
资料1：
资料2：某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。研究表明，Avy基因的表达受甲基化的抑制，甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制就越明显，小鼠体毛的颜色就越深。
1．上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
基因的表达受到抑制
2．资料1中，F1的花为什么与植株A的相似？在F2中为什么有些植株的花与植株B的相似？
F1的碱基序列并没有变化，但DNA的甲基化修饰可以遗传给后代
3．资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。
【板书】
第2节 基因表达与性状的关系
一、细胞中的基因表达
细胞分化：基因的选择性表达
二、生物体中基因表达对性状的控制
（一）基因的碱基序列改变
1、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。
2、基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
（二）基因的碱基序列不变：表观遗传
被甲基化修饰，抑制基因的表达。
三、基因与性状的关系
（一）基因决定性状：不是一一对应的
1、一个性状可以受多个基因影响
2、一个基因也可以影响多个性状
（二）环境对性状有重要影响
【课后反思】
本节课利用学生在搭建模型中可能发生的错误，引出冲突，并结合资料和立体结构模型， 解决学生错误的同时，生成了新的知识。将课堂环环相扣，紧密联系，让学生像闯关一样体会科学发现的过程，沉浸在科学探究的过程中。本节课同时给予学生平面和立体两种脱氧核苷酸模型，顺利解释了 DNA 两条链反向以及双螺旋形成的原因。

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