生物的变异

教学目标

1．了解生物变异的类型，了解人工诱发基因突变和染色体变异在育种中的应用。理解基因突变的概念和基因突变的意义。

2．通过对“遗传信息在传递的过程中可能会出现怎样的错误”、“染色体会发生怎样的变异”的讨论，训练学生的发散思维能力。

3．通过介绍人工绣变的知识和实例，帮助学生建立科学为社会生产、生活服务的意识，以及进行内因与外因辩证统一的观点教育。

重点、难点分析

1．基因突变是本课题的重点，也是难点。因为：①基因突变的实例和原因的分析，都与以前学过的DNA、基因、基因控制蛋白质合成等知识密切相关，学好基因突变可以有效地巩固旧知识；②基因突变的意义重大，是可遗传变异主要的来源，与生物进化、物种起源有密切关系，为学习第六章知识奠定基础；③对基因突变内因与外因的分析，以及对人工诱变育种的学习，是对学生进行辩证唯物主义基本观点和生命科学价值观教育的极好素材。

由于基因突变的内容都是从分子水平来表述的，对于学生来说，虽有知识基础，但仍感抽象，故此成为教学的难点。教学中应该联系旧知识，加强直观，先实例后概念，以便更好地突破难点。

2．多倍体的成因和单倍体的概念是教学的难点。因为：①多倍体的成因必须联系第一章关干细胞有丝分裂的知识，而此知识相隔久远，学生已大部分遗忘，会造成学习上的困难。②单倍体的概念与二倍体、多倍体的概念木同，后者容易理解记忆，而单倍体的概念不仅指含一个染色体组的生物个体，而且还包括了其他类型。因此教学中应该先列举多种情况的单倍体，然后再归纳总结概念，再与二倍体、多倍体相比较，避免混淆，避免将含一个染色体组的生物个体作为单倍体的概念。

3．如何做好课堂讨论的组织工作，把学生的思维积极性真正调动起来，使他们得到能力测练也是一个难点。需要在课前认真考虑设计问题和教学过程。

教学过程设计

一、本课题的参考课时为三课时。

二、第一课时：

1．首先提出问题：“我们前面学习生物遗传的过程中，牵涉到了哪些变异的内容？”至少学生应该回忆起基因自由组合规律中提到的F2代的重组类型，以及白化病、色盲、血友病等。在此基础上，教师可列举一些木遗传变异和染色体变异的实例，然后归纳出下表的内容：

             不遗传的变异

生物的变异                  基因重组

             遗传的变异     基因突变

                            染色体变异

接着可引导学生讨论为什么有的变异不遗传，有的变异遗传？以明确两类变异的本质区别。然后说明基因突变是主要的学习内容。

2．列举基因突变的实例（除教材有的以外，还可补充其他实例），提出基因突变是怎样产生的，引出人类的镰刀型细胞贫血症的实例进行分析。

教师可边讲边板书，按以下顺序讲述和提问：

（1）人的正常红细胞是什么形状？患者的红细胞是什么形状？

（2）红细胞内含有什么物质？此物质的主要生理作用是什么？

（3）血红蛋白的基本组成单位是什么？

（4）讲述正常血红蛋白与患者血红蛋白的差异，仅表现在一条肽链上的一个氨基酸不同。

（5）血红蛋白上的氨基酸的种类是什么物质决定的？讲述二者信使RNA或密码的不同。

（6）信使RNA或密码又是由什么物质决定的？讲述DNA或基因的不同。

（7）小结人类镰刀型细胞贫血症的原因是DNA或基因的碱基序列发生了改变。

从上例的分析可以看出，其原因仅仅是内因，还应该说明外因包括“一定的外界环境条件”或“生物内部因素”的作用。

3．在分析了人类镰刀型细胞贫血症后，即可以归纳基因突变的概念了。

4.由于学生有过去学习复制、转录、翻译等知识基础，可以让学生讨论“基因突变发生的时期”、“基因突变的特点”、“基因突变的意义”、“基因突变的类型”等内容。

5．在学生充分发表看法的基础上，教师可小结如下内容：

（1）基因突变一般发生在复制、转录、翻译的过程中。

（2）基因突变的特点是：

①基因突变不仅仅发生在人类身上。在其它生物中都可以见到突变产生的性状。这是基因突变的一个特点——广泛性。

②据统计，高等动植物的十万到一亿个配子中，仅有一个发生基因突变。这是基因突变的第三个特点——突变频率很低——稀有性。（这里教师也可以另举生活中的其他例子，说明基因突变的频率很低。）

③研究结果表明：基因突变的结果可能不只是产生了一个等位的隐性基因。而有可能在不同的碱基处分别发生突变，产生了若干个等位基因。这是基因突变的又一特点——多方向性。如：已发现的血红蛋白突变型有一百种以上（详见小资料）。

④基因突变一般对生物都是有害的。但某些对生物不利的变异可以被人类所利用。如：安康羊的短腿是突变性状。这个性状并不利于羊的奔跑，但有利于牧人对羊群的管理。这就为人类选育生物新品种提供了可能。也有一些突变的性状可能对发生突变的生物本身没有明显的利害关系。这些性状可能会被人类选择而保存下来。如：观赏花卉的花色变异，对花本身的繁殖并无影响，却可能被人类选择而保存下来。

（3）由于基因突变能产生出前所未有的新的基因，所以具有重要的意义，成为生物变异的主要来源，也是生物进化的重要因素之一。在此可适当加以解释，为后面学习达尔文的进化学说做好铺垫。

（4）根据基因突变的外因不同，分为自然突变和人工诱发突变两种类型。并以此引出人工诱变育种。

6.由于自然发生的基因突变频率很低，为了选育生物新品种，科学家们采用人工的方法诱导基因突变。具体方法有物理诱变：用紫外线、中子照射微生物或植物的种子，如青霉素高产菌株的选育成功。化学诱变采用化学药剂（如秋水仙素）诱导发生突变。人工绣变提高了基因突变的频率，但由于突变是不定向的，所以要获得人类所需要的生物品种也需要做大量的工作。

三、第二课时：

1．复习基因突变的概念、原因、特点、意义等内容后，提出“基因与DNA、染色体的关系是怎样的？”由此问题的复习，引出染色体变异。让学生讨论染色体变异有哪些可能性。讨论后由教师归纳小结成下表：

            染色体结构的变化

染色体变异                     个别染色体的增减

            染色体数目的变化

                               染色体成倍的增减

接着指出重点学习染色体成倍的增减，提出“染色体以什么样的基数成倍地增减呢？”引出染色体组的概念。

2．关于染色体组的概念，应该先列举出多种正常生物的体细胞和生殖细胞内的染色体数，并以果蝇和人的染色体图来分析，归纳出染色体组的概念。同时强调指出，一个染色体组内是没有同源染色体的。

3．染色体组的概念清楚后，指出多数生物的体细胞内含有两个染色体组，称为H倍体。然后提出“多倍体”的概念，可列举多种实例来说明。然后提出“多倍体的体细胞中染色体组多了，遗传物质也比正常多，会有什么变化？”的问题，让学生思考、回答，由教师小结多倍体的特点，指出这些特点是可以被人类利用的。

4.此时学生就有可能提出多倍体成因的问题，如果学生不提出，教师也应提出这样的问题，以引出下面的教学内容。此时可引导学生回忆细胞有丝分裂过程中有没有染色体加倍的情况后，教师来讲解多倍体的成因。可按自然多倍体和人工诱导多倍体两种类型来分别讲解。

5．自然多倍体强调外界条件剧烈的变化而影响到细胞有丝分裂，使细胞有丝分裂受阻于后期，因而使染色体加倍。

人工诱导多倍体强调常用的方法是用秋水仙素或杂交。可列举三倍体无籽西瓜和八倍体小黑麦的培育来讲解。其中要让学生分析三倍体无籽西瓜为什么没有籽，三倍体无籽西瓜与无籽番茄的培育原理有什么不同等问题，以复习巩固减数分裂中“联会”、“四分体”和生长素生理作用的知识。此外，在这部分内容的教学中，要强调秋水仙素的作用，以再次复习细胞有丝分裂的过程。

四、第三课时：

1．复习染色体组、二倍体、多倍体的概念，以及人工诱导多倍体的原理后，提出如果染色体减少会有什么样的变异？引出一些实例，如：

（1）在自然状态下，有些植物（玉米、水稻、小麦等）的卵细胞没有受精，就发育成新的植株。板书如下内容；

玉米（2n=20）→卵细胞（n=10）→单倍体新植株初（n=10）

水稻（4n=48）→卵细胞（2n=24）→单倍体新植株（2n=24）

小麦（6n=42）→卵细胞（3n=21）→单倍体新植株（3n=21）

（2）在人工条件下，用花药离体培养的方法，也可以使一个花粉粒（属雄性配子）发育成新的植株。板书如下内容：

玉米（2n=10）→花粉（n=10）→单倍体新植株（n=10）

水稻（4n=48）→花粉（2n=24）→单倍体新植株（2n=24）

小麦（6n=42）→花粉（3n=21）→单倍体新植株（3n=21）

强调指出，由生殖细胞形成的新植株体细胞内的染色体组数都减少了，会表现出什么样的变异特点呢？引导学生思考、讨论。和多倍体的特点相比，学生可以提出植株弱小的特点，但高度不孕的特点很难小结出来。此时教师可引导学生回忆减数分裂的过程，指出“联会紊乱”，致使植株不孕。

2．在了解了上述内容的基础上，由学生归纳单倍体的概念。让学生从单倍体植株体细胞的染色体组数与何种细胞的染色体组数一样的方面来进行归纳。当单倍体概念形成后，可以追问学生：能否以“体细胞中含有一个染色体组的个体”作为单倍体的概念？答案是否定的，一定要让学生明确，这一句话不能涵盖所有单倍体的情况，所以不能成为单倍体的概念。

3．明确了单倍体的概念后，让学生讨论单倍体的植株弱小、高度不孕的特点在生产实践中有何意义？如何使单倍体植株变得可孕、可育？如果学生能联想到用秋水仙素使染色体加倍的话，则可引出单倍体育种的内容。

4．关于单倍体育种的教学中，应让学生明确以下几个问题：

（1）单倍体育种的基本方法步骤是：①用花药离体培养，形成单倍体植株；②用秋水仙亲人工诱导单倍体植株的染色体加倍。

（2）为什么经过染色体加倍的植株一定是纯合体？强调染色体加倍后，其上的基因是纯合的。

（3）单倍体育种的优点是什么？要与杂交育种相比较，说明其明显缩短育种年限的优点。为了说明这一点，可举前面学习过的杂交育种的一个实例，即用高秆抗锈病纯种小麦与矮秆易染锈病纯种小麦杂交，培育矮秆抗锈病的优良品种。杂交F2代中矮秆抗锈病的类型，需经多代自交，才能逐渐成为稳定遗传的品种，耗时较长。如果用单倍体育种的方法，则可以利用F1代（DdTt）产生的四种类型花粉粒（DT、Dt、dT、dt）进行离体培养，形成四种类型的单倍体植株（DT、Dt、dT、dt），将其中的dT的植株用秋水仙素诱导，使染色体加倍，其基因型便成为ddTT，是纯合体，它的自交后代不会发生性状分离，矮秆抗锈病的性状能够稳定遗传。而其他类型的单倍体即可淘汰掉。这样的实例既可复习前面的知识，又可加深理解单倍体育种的优点。

五、本课题教学中应注意的问题：

1．本课题是第五章的最后内容，如有时间应对本章的内容做一总结。在总结中可由教师带领学生将重点知识联系起来，例如，按照下列思路进行总结：①一条主线：基因一DNA一染色体；②两项功能：DNA的两项基本功能；③四个特点：遗传物质必须具备的四个特点，其中包括了有关DNA的一系列知识；④两个规律：孟德尔发现的两个遗传基本规律，其中包括伴性遗传的问题；⑤三种变异：遗传的变异有三种来源等。

2．本课题教学中还要注意联系第一、二、三章的相关知识，并为第六章的学习奠定基础。

3．本课题教学中的概念教学，要注意先列举实例，再归纳概念，让学生参与到概念的形成过程之中，以有效地培养学生的思维能力。此外，联系实际是本课题教学中要特别突出的问题，通过了解生产、生活等实际问题的解决，注意对学生进行生命科学价值观的教育。

小资料

一、复等位基因实例三则：

（l）目前对于人的血红蛋白分子结构改变所导致的贫血病是研究得很充分的。已发现的血红蛋白突变型有一百种以上，其中属于B链的有六十多种。

（2）人的血型是由红细胞表面的抗原物质决定的。ABO血型是由人群中的三个复等位基因决定的。A型血的人具有I^A基因。这种基因控制乙酸半乳糖胺转移酶的生成。乙酰半乳糖胺转移酶参与A型红细胞表面抗原物质的形成，使人表现为A型血。B型血的人具有I^B基因。这种基因控制半乳精转移酶的生成。半乳糖转移酶参与B型红细胞表面抗原物质的形成，使人表现为B型血。杂合体的基因型为I^AI^B。两个基因能同时分别产生上述两种不同的酶而形成两种不同的抗原，因此表现为AB血型。O型血的人具有i基因。这个基因是一个突变形成的隐性等位基因。隐性纯合体ii的红细胞表面没有抗原，表现为O血型。杂合体I^Ai、I^Bi的血型自然由能产生抗原物质的基因决定。

（3）最早曾在烟草中发现有S₁S₂S₃S₄……S₁₅等一系列复等位基因。这些复等位基因的显隐性关系可表示为民S₁=S₂=S₃=S₄……S₁₅。

二、染色体的缺失与重复：

染色体缺失的实例：在人的第5号染色体对中的一条染色体的短臂缺失，到婴儿期会出现一系列的症状，如眼距较远、耳位低下、智力迟钝、生活能力差等，患儿多数在生命的早期便死亡了。患儿最明显的特征是哭声轻、音调高，很像猫叫，故又称为猫叫综合症。

染色体结构重复的遗传效应，不如缺失的遗传效应那样明显。例如：野生型雌果蝇的复眼是卵圆形的，由779个小眼组成。其突变型的复眼呈棒状，称为棒眼，由68个小眼组成。

三、单倍体育种技术简介：

从花药培养单倍体植株需要经过三个步骤：（1）诱导花粉产生愈伤组织；（2）诱导愈伤组织分化，长出根、茎、叶；（3）使幼苗生长健壮。每个步骤需要更换不同的培养基，直至长成单倍体幼苗。

据报道，单倍体植株一般在培养过程中往往能自然加倍。如不能自然加倍，就应用0.1％～0．2％的秋水仙素水溶液处理植株分蘖，进行人工加倍，从而获得染色体加倍的纯合体植株。