3.4基因通常是有遗传效应的DNA片段 教学设计 2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

基因通常是有遗传效应的DNA片段 教学设计 教学目标 （1）生命观念：理解基因是有遗传效应的DNA片段，掌握DNA分子的多样性和特异性，并能够阐述基因、DNA、染色体三者之间的关系。 （2）科学思维：通过分析科学实例，培养逻辑推理能力，学会归纳总结基因的本质及其与遗传信息的关系。 （3）探究实践：运用数学知识计算脱氧核苷酸序列的排列组合，理解DNA分子储存遗传信息的机制。 （4）态度责任：通过了解基因技术的应用，树立正确的科学价值观，认识基因研究对社会发展的意义。 教学重难点 （1）理解基因的本质及其与DNA、染色体的关系，能够通过科学实例分析基因的遗传效应和功能。 （2）掌握DNA分子的多样性和特异性，理解碱基排列顺序如何决定遗传信息的多样性及其在生物性状中的体现。 教学准备 （1）多媒体投影仪和电脑，用于展示转基因鲤鱼图片、海蛰和转基因鼠的图片以及相关的DNA结构图解。 （2）《基因与遗传》科普读物，供学生课后阅读，加深对基因概念的理解。 （3）互动式白板和相应的软件，用于课堂上的实时数据分析和展示，特别是在计算脱氧核苷酸排列顺序时。 教学过程 一、导入 导入情境 展示一张转基因鲤鱼的图片，引发学生对转基因技术的兴趣。老师介绍转基因鲤鱼的由来，并提出相关问题。 为什么转基因鲤鱼生长得更快？ 导入的外源基因是一个完整的DNA分子，还是仅是其中的一部分？ 基因和DNA是否完全相同？ （老师展示转基因鲤鱼的图片并提问） 转基因鲤鱼为什么会生长得更快？（生：可能是因为导入了某种特定的基因。） 外源基因是整个DNA分子，还是DNA的一部分？（生：导入的是一个特定的DNA片段。） 基因和DNA有什么关系？（生：基因是DNA的一部分。） 二、新课讲授 （1）大肠杆菌细胞中DNA与基因的关系 资料1 大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4,700,000个碱基对，在DNA分子上分布着4,400个基因，每个基因的平均长度约为1,000个碱基对。 提出问题：生物体内的DNA分子数目和基因数目相等吗？（生：不是，DNA分子包含多个基因。） 推理：基因实际上是DNA的一个片段。 （老师讲解） 大肠杆菌有一个很大的DNA分子，但这个分子上分布着许多基因。（生：所以，一个DNA分子可以包含很多基因。） 通过这个例子，我们了解到基因并不是独立的，而是依附于DNA分子上的特定片段。这有助于我们理解DNA和基因之间的关系。 （2）海蛰绿色荧光蛋白基因 资料2 生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，这是因为海蛰的DNA分子上有一段长度为5,170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像海蛰一样发光。 说明基因是特定的DNA片段，可拼接到其他生物的DNA上去，有遗传效应，可独立起作用。 所以基因是遗传物质的结构单位。 （老师讲解） 海蛰DNA中有一段特定的序列，负责发出绿色荧光。这段序列被转移到小鼠中后，小鼠也能发出同样的荧光。（生：这说明基因是可以转移的，并且具有特异性和遗传效应。） 通过这个例子，我们可以进一步理解基因不仅存在于原宿主中，还可以通过转移改变其他生物的性状。这种特性对于现代生物科学研究有着重要的意义。 （3）人类基因组计划 资料3 人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。 并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。 （老师讲解） 人类基因组计划测定了大量的DNA序列，但只有很小一部分是真正的基因。（生：基因只是DNA中的一小部分，而不是所有的DNA。） 通过这个研究，我们认识到基因数量远远少于总的碱基对数量。这意味着DNA的大部分区域并不直接参与编码基因，它们可能有其他未知的功能或调节作用。 （4）基因与生物性状 资料4 不少人认为，人和动物的胖瘦是由基因决定的。近来的科学研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常。 没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。说明基因能控制生物的性状(功能单位)。 （老师讲解） HMGIC基因的缺陷影响了小鼠的肥胖程度，说明基因能够控制生物的性状。（生：基因不仅决定了遗传特征，还直接影响了生物的表现。） 通过这个案例，我们可以看到基因在个体性状上的具体作用。基因的不同可以导致不同的生理表现，这对于医学和生物研究非常重要。 （5）DNA的多样性和特异性 DNA分子由脱氧核苷酸组成，脱氧核苷酸序列的排列顺序千变万化，可以出现非常庞大的数量组合。 例如，2000个脱氧核苷酸组成的DNA分子，最多可以有多少种排列顺序？（2000个核苷酸组成的DNA分子长度是1000，可以形成的排列顺序有4^1000种。） （老师讲解并引导计算） 通过排列组合公式，我们看到即使是少量的核苷酸也能形成极其复杂的组合。（生：这种复杂性保证了生物多样性的基础。） 举例说明：假设每个碱基都可以是A、T、C、G中的任意一种，那么2000个核苷酸组成的DNA分子理论上可以形成4^2000种不同的排列顺序。这种复杂性确保了生物的多样性和独特性。 （6）DNA的功能 研究表明，DNA能够储存足够量的遗传信息；遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性；DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础，DNA上分布着许多个基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段。 （老师讲解） DNA通过其碱基排列方式存储遗传信息，这种排列方式既多样又特异，确保了每一个个体的独特性。（生：每个DNA分子都有独特的碱基序列，这就是为什么每个人都是独一无二的。） 通过这个讲解，我们明确了DNA不仅是遗传信息的载体，而且它的多样性和特异性也是生物多样性的基础。这种特性使得每个个体都具备独特性，同时也是自然选择的基础。 （7）RNA病毒的基因 因为某些病毒遗传物质是RNA，它们的基因是有遗传效应的RNA片段。 （老师讲解） 有些病毒使用RNA作为遗传物质，这些病毒的基因是RNA片段。（生：原来基因不仅仅存在于DNA中，有些病毒的基因是RNA。） 通过这个讲解，我们了解到了不同的生物或病原体可能有不同的遗传物质形式，这种多样性为我们提供了更广阔的生物学视野。 三、课堂检测 随堂检测 科学研究发现：未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分，因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是（ ） A. 农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制 B. 农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列 C. 农杆菌和番薯的基因都是有遗传效应的DNA片段 D. 农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了番薯细胞 （学生讨论并回答） 选项B是错误的，因为农杆菌和番薯的基因并不是随机排列的，而是特异性排列的。（生：所以正确答案是B。） 通过这个问题，学生可以检验自己对基因和DNA的理解，同时巩固本节课的主要知识点。 小结 总结本节课的主要内容：基因是DNA的一个片段，具有遗传效应；DNA分子具有多样性和特异性；基因、DNA和染色体的关系；基因控制生物性状等。 引导学生回顾今天学习的关键点和收获。 （老师总结） 我们今天了解了基因的概念，知道基因是DNA的一个片段，具有遗传效应；DNA分子的多样性和特异性是如何形成的；以及基因如何控制生物性状。（生：明白了基因的重要性和它在生物体中的作用。） 通过总结，帮助学生系统地回顾本节课的知识点，加深理解和记忆。 课后作业 （1）分析资料4中HMGIC基因与肥胖的关系，并撰写一篇300字以内的短文，阐述基因如何控制生物性状。 （2）计算并说明如果DNA分子由3000个脱氧核苷酸组成，最多可以有多少种排列顺序，并讨论这种多样性与生物体多样性的关系。 学科网（北京）股份有限公司 $$