第四節(jié) 生物的變異

　　教學(xué)目的

　　1、基因突變的概念、特點(diǎn)和意義（b：識(shí)記）

　　2、人工誘變?cè)谟�種上的應(yīng)用（a：知道）

　　3、基因重組的概念和意義（a：知道）

　　教學(xué)重點(diǎn)

　　1、基因突變的概念和特點(diǎn)

　　2、基因重組的概念

　　教學(xué)難點(diǎn)

　　基因突變的概念

　　教學(xué)用具

　　鐮刀型細(xì)胞貧血癥病因的圖解

　　教學(xué)方法

　　教授法、討論法

　　課時(shí)安排

　　2課時(shí)教學(xué)過程

　　第一課時(shí)前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了生物的遺傳，了解了性狀為什么能夠遺傳以及性狀遺傳時(shí)遵循的規(guī)律。我們知道生物的性狀是由由遺傳物質(zhì)決定的。性狀的表現(xiàn)除了與遺傳物質(zhì)有關(guān)外，還與外界條件有關(guān)。當(dāng)性狀由親代傳遞到子代時(shí)，不會(huì)一成不變，或多或少都會(huì)存在差異。這是因?yàn)樯�物體不僅具有遺傳還具有變異。變異是指親代與子代、子代與子代之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理上表現(xiàn)有差異的現(xiàn)象。那么生物的變異又是如何產(chǎn)生的呢？生物的變異又有什么特點(diǎn)呢？

　　今天我們就來學(xué)習(xí)生物的變異。（一）變異的類型生物的變異有這樣兩種類型，不遺傳的變異和可遺傳的變異。1、不遺傳的變異什么情況下的變異不遺傳，什么情況下的變異可遺傳？生物的表現(xiàn)型與基因型和外界環(huán)境條件有關(guān)。由外界環(huán)境條件的影響而引起的（不涉及遺傳物質(zhì)的改變）這種變異是不遺傳的變異。2、可遺傳的變異由遺傳物質(zhì)的改變而引起的變異就是可遺傳的變異。

　　可遺傳的變異是生物變異的主要類型。它的來源主要有三方面：基因突變、基因重組和染色體變異。（二）基因突變

　　那么，什么是基因突變？基因突變是怎么產(chǎn)生的？又怎么導(dǎo)致生物變異呢？下面我們以正常的紅細(xì)胞基因突變形成鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者的紅細(xì)胞為例來看一下。1、基因突變的概念

　�。�1）實(shí)例——鐮刀型細(xì)胞貧血癥我們知道，正常紅細(xì)胞是圓餅形狀的，具有運(yùn)輸氧氣的功能。而鐮刀型細(xì)胞貧血癥的紅細(xì)胞呈鐮刀狀，對(duì)其功能的完成有沒有影響呢？

　�。ㄓ杏绊�，運(yùn)氧氣能力降低，易破裂溶血造成貧血，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡）

　　那么又是什么原因使正常的紅細(xì)胞變成鐮刀型紅細(xì)胞呢？分子生物學(xué)研究表明，這是基因突變的結(jié)果。讓我們來看課本p43鐮刀型細(xì)胞貧血癥病因的圖解。大家知道，生物的性狀是由蛋白質(zhì)來體現(xiàn)的。我們先來看正常血紅蛋白與鐮刀型血紅蛋白的氨基酸的組成。

　　兩者有什么區(qū)別？（正常的是谷氨酸，異常的是纈氨酸）

　　氨基酸又是由什么決定的呢？（由信使rna上的密碼子決定的）

　　構(gòu)成信使rna上的密碼子的那些堿基又是由什么決定的呢？（由dna上的堿基決定的）

　　現(xiàn)在，我們來比較一下正常的dna與異常的dna，看看它們的區(qū)別在哪里。

　�。ㄒ粋�(gè)堿基對(duì)的改變：ctt cat）

　　就是由于dna上的一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生了改變，最終導(dǎo)致了鐮刀型細(xì)胞貧血癥。我們知道性狀是由基因控制的，現(xiàn)在我們來回憶一下基因是怎么來決定性狀的。

　�。ɑ�因是由脫氧核苷酸組成的，脫氧核苷酸的排列順序代表了遺傳信息，基因控制生物性狀就是要把特定的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯反映到具體的蛋自質(zhì)結(jié)構(gòu)上）

　　我們看到，控制血紅蛋白的dna上一個(gè)堿基對(duì)改變，使得該基因脫氧核苷酸的排列順序——發(fā)生了改變，也就是基因結(jié)構(gòu)改變了，最終控制血紅蛋白的性狀也會(huì)發(fā)生改變，所以紅細(xì)胞就由圓餅狀變?yōu)殓牭稜盍�。基因結(jié)構(gòu)改變除了堿基對(duì)的替換，還會(huì)不會(huì)有其它可能呢？

　　dna分子中堿基對(duì)數(shù)目的改變也會(huì)導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變。當(dāng)dna中堿基對(duì)增加或減少時(shí)，對(duì)性狀的表現(xiàn)有沒有影響。

　　現(xiàn)在大家來總結(jié)基因結(jié)構(gòu)的改變包括哪些變化。（dna堿基對(duì)替換、增添和缺失）

　　總結(jié)：基因脫氧核苷酸順序代表了遺傳信息，順序變了，遺傳信息也變了，通過轉(zhuǎn)錄、翻譯形成的蛋白質(zhì)也就發(fā)生了改變，性狀自然會(huì)發(fā)生改變�？梢�，基因結(jié)構(gòu)改變會(huì)使生物發(fā)生變異。

　　現(xiàn)在我們來總結(jié)一下基因突變的概念。（2）基因突變的概念

　　由于dna分子中發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或改變，而引起的基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，就叫基因突變。dna（正�；�因）dna（正�；�因）脫氧核苷酸種類、數(shù)量、排列順序改變

　　堿基對(duì)增添、缺失、改變堿基序列發(fā)生改變

　　遺傳信息改變突變型基因（產(chǎn)生等位基因a a）（3）基因突變的結(jié)果

　　基因突變是染色體的某一個(gè)位點(diǎn)上基因的改變，是指單個(gè)基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的改變。基因突變的結(jié)果是常使一個(gè)基因變成它的等位基因，并且通常會(huì)引起一定的表現(xiàn)型變化。下面讓我們來看幾個(gè)基因突變的圖片。

　　玉米高莖→矮莖、普通羊→短腿羊、正常人→白化病2、引起基因突變的因素（課本p43）（1）物理因素（2）化學(xué)因素（3）生物因素

　　3、基因突變的原理基因是有遺傳效應(yīng)的dna的片段，在通常情況下能夠嚴(yán)格地復(fù)制自己，因而得以保持它在分子結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。但在具體的復(fù)制過程中，可能由于各種原因而發(fā)生差錯(cuò)，從而使堿基的排列順序發(fā)生局部的改變，從而改變了遺傳信息。4、基因突變的意義基因突變往往會(huì)產(chǎn)生一些新的性狀，這對(duì)生物有什么意義呢？

　　由于基因突變產(chǎn)生的新性狀是生物從未有過的性狀，因此它是生物變異的根本來源，也為生物進(jìn)化提供了最初的原材料。但生物的變異不只是由基因突變引起的。我們?cè)鯓尤フJ(rèn)識(shí)由于基因突變而引起的變異呢？下面我們就來了解基因突變的特點(diǎn)。5、基因突變的特點(diǎn)

　　先來看幾個(gè)圖片：正常棉花→短果枝；水稻高桿→矮桿；果蠅長翅→殘翅；家鴿羽毛白色→灰紅色；人正常色覺→色盲；正常人→白化病

　　這些圖片中，有植物，動(dòng)物，還有人的例子�；�因突變有什么特點(diǎn)呢？

　�。�1）基因突變的普遍性植物、動(dòng)物和人都可能發(fā)生基因突變。這也說明基因突變?cè)谏�物界是普遍存在的。無論是低等生物，還是高等動(dòng)植物以及人，都可以發(fā)生基因突變。這種突變?cè)谧匀粭l件下發(fā)生的叫自然突變，在人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的叫誘發(fā)突變。

　�。�2）基因突變是隨機(jī)發(fā)生的基因突變發(fā)生在什么時(shí)期呢？哪些細(xì)胞能發(fā)生基因突變呢？其實(shí)基因突變可以發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期和生物體的任何細(xì)胞。我們以植物個(gè)體發(fā)育過程為例。個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵，經(jīng)過分裂形成胚，種子萌發(fā)長成一個(gè)新個(gè)體，其間任何時(shí)期任何細(xì)胞都可能發(fā)生突變。大家特別注意看，葉芽和花芽部位突變以及引起突變性狀的表現(xiàn)部位。

　　基因突變發(fā)生的時(shí)期與突變性狀的表現(xiàn)有什么關(guān)系？

　�。ㄍ蛔儼l(fā)生的時(shí)期越早，表現(xiàn)突變的部分越多，突變發(fā)生的時(shí)期越晚，表現(xiàn)突變的部分越少）

　　如果突變發(fā)生在體細(xì)胞，該性狀會(huì)不會(huì)遺傳給后代？

　�。ú粫�(huì)，只有生殖細(xì)胞的突變才會(huì)遺傳給后代）

　　既然任何生物發(fā)育的任何時(shí)期任何細(xì)胞都可能發(fā)生突變，那是不是突變很容易發(fā)生、也會(huì)很多突變呢？（3）基因突變的低頻性

　　基因突變率很低，高等生物中大約有十萬個(gè)到一億個(gè)生殖細(xì)胞中才會(huì)有一個(gè)生殖細(xì)胞發(fā)生基因突變，低等生物，細(xì)菌、噬菌體突變頻率更低，同一種生物不同的基因突變率也不一樣。（4）基因突變的多害少利性

　　基囪突變對(duì)生物體究竟好不好呢？

　�。ㄓ械牟缓�。如白化病、色盲；有的好，如小麥矮桿能抗倒伏，微生物抗藥性突變等）

　　基因突變絕大多數(shù)是有害的，但也有少數(shù)有利，為什么呢？因?yàn)槿魏我环N生物都是長期進(jìn)化過程的產(chǎn)物，它們與環(huán)境已經(jīng)取得了高度協(xié)調(diào)。如果發(fā)生基因突變就可能破壞這種協(xié)調(diào)關(guān)系。因此基因突變對(duì)于生物往往有害，但少數(shù)是有利的。

　　我們能不能只讓它進(jìn)行有利的突變呢？（5）基因突變的不定向性

　　基因突變是不定向的。一個(gè)基因可以向不同的方向發(fā)生突變，產(chǎn)生一個(gè)以上的等位基因。例如（看投影片），控制小鼠毛色的灰色基因（a＋）可以突變成黃色基因（ay），也可以突變成黑色基因（a）。但是，每一個(gè)基因的突變，都不是沒有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突變能不能突變成毛的長短呢？不能，只限定在色素的范圍內(nèi)，不會(huì)超出這個(gè)范圍。

　　這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了基因突變的概念和基因突變的特點(diǎn)�；�因突變是由于dna分子中發(fā)生堿基對(duì)的增添，缺失或改變而引起的基因結(jié)構(gòu)改變�；�因突變的特點(diǎn)有：①普遍性、②隨機(jī)性、③突變率低、④多數(shù)有害和⑤不定向性。板書

　　第四節(jié)生物的變異

　　一基因突變和基因重組（一）變異的類型1、不遺傳的變異2、可遺傳的變異來源：基因突變、基因重組、染色體變異（二）基因突變1、基因突變的概念（1）實(shí)例——鐮刀型細(xì)胞貧血癥（2）基因突變的概念dna（正�；�因）dna（正�；�因）脫氧核苷酸種類、數(shù)量、排列順序改變

　　堿基對(duì)增添、缺失、改變堿基序列發(fā)生改變

　　遺傳信息改變突變型基因（產(chǎn)生等位基因a a）（3）基因突變的結(jié)果

　　2、引起基因突變的因素（1）物理因素（2）化學(xué)因素（3）生物因素

　　3、基因突變的原理基因是有遺傳效應(yīng)的dna的片段，在通常情況下能夠嚴(yán)格地復(fù)制自己，因而得以保持它在分子結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。但在具體的復(fù)制過程中，可能由于各種原因而發(fā)生差錯(cuò)，從而使堿基的排列順序發(fā)生局部的改變，從而改變了遺傳信息。4、基因突變的意義5、基因突變的特點(diǎn)（1）普遍性自然突變、誘發(fā)突變（2）隨機(jī)性（3）突變率低（4）多數(shù)有害（5）不定向性

　　第二課時(shí)在自然條件下發(fā)生的基因突變叫自然突變，在人為條件下誘發(fā)產(chǎn)生的叫誘發(fā)突變。我們知道基因突變大多是有害的，為什么要人工誘發(fā)突變？這有什么用呢？那誘發(fā)突變的人為條件是什么呢？今天我們接著來學(xué)習(xí)人工誘變?cè)谟�種上的應(yīng)用。6、人工誘變?cè)谟�種上的應(yīng)用

　�。�1）人工誘變的概念人工誘變是指利用物理因素或化學(xué)因素來處理生物，使生物發(fā)生基因突變。物理方法包括x射線、紫外線、激光等（輻射育種）；化學(xué)方法有秋水仙素、亞硝酸、硫酸二乙酯等（化學(xué)誘變育種）。（2）人工誘變育種的優(yōu)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　可提高突變率，使后代變異性狀較快地穩(wěn)定，加速育種的進(jìn)程，創(chuàng)造人類需要的突變新類型，從中選育出優(yōu)良新品種。也可以大幅度地改良某些性狀。

　　通過這種方法培育出的農(nóng)作物新品種，具抗病力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。如黑龍江農(nóng)科院用輻射方法處理大豆，培育成黑農(nóng)五號(hào)大豆品種，含油量比原來的品種提高了2．5％，大豆產(chǎn)量提高了16％。另外，太空椒就是利用宇宙空間強(qiáng)烈輻射而發(fā)生基因突變培育的新品種。人工誘變不僅在農(nóng)作物育種上起作用，在微生物育種上也發(fā)揮了重要作用，如青霉素，最初產(chǎn)量為20單位／ml，后經(jīng)人們多次用射線等綜合處理，目前產(chǎn)量已是50000～60 000單位／ml了，可見人工誘變對(duì)生物育種起著巨大作用。因此我們研究基因突變確實(shí)有很重要的應(yīng)用價(jià)值。缺點(diǎn)：誘發(fā)產(chǎn)生的突變，有害的多，有利的極少。要選育出有價(jià)值的變異后代，就要做大量的工作，處理大量的供試材料。

　　其實(shí)生物變異不只是由基因突變引起的，基因重組也會(huì)造成生物變異。那么基因重組造成的生物變異又是在什么情況下發(fā)生的呢？又有什么特點(diǎn)呢？接下來我們就來學(xué)習(xí)基因重組。（三）基因重組

　　1、基因重組的概念基因重組是指在有性生殖的過程中，控制不同性狀的非等位基因之間的重新組合。2、基因重組的原理（1）基因自由組合關(guān)于基因重組我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)自由組合定律和連鎖交換定律時(shí)已經(jīng)接觸過這方面的知識(shí)。大家先寫一下，黃色圓粒與綠色皺粒作親本雜交，產(chǎn)生后代的過程。

　　p黃色圓粒x綠色皺粒

　　↓

　　f１黃色圓粒

　　↓

　　f２黃色圓粒黃色皺粒綠色圓粒綠色皺粒

　　f２除了黃色圓粒、綠色皺粒以外還有兩種親本所沒有的新性狀：黃色皺粒、綠色圓粒，這兩種性狀與親本相比是不是變異性狀？

　　它們又是如何產(chǎn)生的呢？

　　在f１減數(shù)分裂形成配子時(shí)，控制不同性狀的基因自由組合形成的。

　　請(qǐng)大家把這個(gè)過程的染色體圖畫出來�？梢�，基因重組可以發(fā)生在什么情況下？

　�。�減數(shù)分裂形成配子時(shí)非同源染色體上的非等位基因自由組合）（2）基因交換

　　接下來我們?cè)賮韺懸粋�(gè)遺傳圖，親本是灰身長翅和黑身殘翅，其子一代雌性個(gè)體測交，寫出測交后代的表現(xiàn)型（提示大家這兩對(duì)等位基因位于一對(duì)同源染色體上）。

　　p灰身長翅x黑身殘翅

　　測交f１灰身長翅x黑身殘翅

　　測交

　　后代：灰身長翅黑身殘翅灰身殘翅黑身長翅

　　在測交后代我們看到了有兩種類型是親本沒有的，灰身殘翅和黑身長翅。這兩種變異的性狀又是如何產(chǎn)生的呢？

　　（控制不同性狀的基因重新組合）

　　是不是基因的自由組合？

　�。ú皇�，是基因交換的結(jié)果）

　　請(qǐng)大家把基因互換過程的染色體圖寫出來。從圖上我們看到這種基因重組是發(fā)生在減數(shù)分裂四分體時(shí)期，由于同源染色體的非姐妹染色單體之間常常發(fā)生局部互換，而造成控制不同性狀的基因重新組合。

　　以上是基因重組的兩種類型，我們看到這兩種類型的基因重組都是在有性生殖過程中實(shí)現(xiàn)的。在有性生殖過程中，由于父本和母本遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)不同，當(dāng)兩者雜交時(shí)，基因重新組合，就使子代產(chǎn)生了變異，這就是基因重組造成的變異�；�因重組的變異又有什么特點(diǎn)？請(qǐng)大家閱讀課本p45下段的內(nèi)容。

　　3、基因重組的特點(diǎn)基因重組的特點(diǎn)是變異非常豐富。為什么基因重組形成的變異豐富？

　　父本和母本遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)不同，自身雜合性越高，二者遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)相差越大，基因重組產(chǎn)生的差異可能性也就越大。

　　我們看書上給了一個(gè)數(shù)據(jù)，2１０＝1024種是說具有10對(duì)相對(duì)性狀的親本進(jìn)行雜交時(shí)，只考慮自由組合引起的基因重組，f２可能出現(xiàn)的表現(xiàn)型。在生物體內(nèi)尤其是在高等動(dòng)植物體內(nèi)控制性狀的基因數(shù)目是非常巨大的，由同源染色體的非姐妹染色革體之間的局部交換引起的基因重組在自然界中也十分常見，如果把這些因素都考慮在內(nèi)，那么生物通過有性生殖產(chǎn)生的變異就更多了。

　　需要強(qiáng)調(diào)的是這些基因重組的變異必須通過有性生殖過程實(shí)現(xiàn)。豐富多彩的變異是形成生物多樣性的重要原因之一。因此對(duì)生物進(jìn)化具有十分重要的意義。

　　總結(jié)：

　　第一，變異的兩種類型——不遺傳變異和可遺傳變異的來源。不遺傳變異僅由外界條件引起，沒有改變遺傳物質(zhì)，這種變異不能遺傳�？蛇z傳變異是遺傳物質(zhì)改變引起，它來源于基因突變、基因重組、染色體變異，是變異的主要類型。生物具有變異才可以進(jìn)化。

　　第二，基因突變和基因重組，它們引起的變異的區(qū)別（本教案p49）

　　1、基因突變是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，它能產(chǎn)生新的基因。基因突變的過程發(fā)生在dna復(fù)制時(shí)，特點(diǎn)是①普遍性、②隨機(jī)性、③突變率低、④多數(shù)有害、⑤不定向性。

　　2、基因重組是控制不同性狀的基因重新組合，不產(chǎn)生新基因，可形成新的基因型�；�因重組的過程發(fā)生在有性生殖過程中，特點(diǎn)是非常豐富。

　　第三，了解人工誘變?cè)谟�種上的應(yīng)用。（本教案p50）板書

　　第四節(jié)生物的變異6、人工誘變?cè)谟�種上的應(yīng)用

　�。�1）人工誘變的概念（2）人工誘變育種的優(yōu)、缺點(diǎn)

　�。ㄈ�）基因重組

　　1、基因重組的概念2、基因重組的原理（1）基因自由組合（2）基因交換3、基因重組的特點(diǎn)

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