遗传学(教案)

遗传学教案生命科学学院遗传学科教材与参考数目：教材：朱军主编2002年遗传学，面向二十一世纪课程教材参考数目：1.徐晋麟，徐沁，陈淳编著，现代遗传学原理，科学出版社2001年2.刘祖洞主编：遗传学(上，下)，高等教育出版社第二版19913.方宗熙编著：普通遗传学，科学出版社19794.赵寿元，乔守怡主编，现代遗传学，高等教育出版社，20035.王亚馥戴灼华：遗传学，高等教育出版社19996.浙江农业大学主编，遗传学（第二版），中国农业出版社，19867.WilliamS.Klug.MichaelR.Cummings.EssentialsofGenetics.（影印版），高等教育出版社，20028.Winter,G.I.《遗传学》(影印版)科学出版社，1999年9.D.PeterSnustad.MichaelJ.Simmons.PrinciplesofGenetics.(ThirdEdition).JohnWiley&Sons,Inc.2003《遗传学》是生命科学中重要的基础学科之一，直接探索生命的起源和生物进化的机理，同时又是一门紧密联系生产实际的基础学科，而且《遗传学》发展迅速，知识更新较快。现根据以上情况将该课程教案设计如下：第一章绪论（2学时）本章以遗传的基本概念及遗传与变异的辩证统一关系为重点，论述遗传学的产生与发展，同时说明遗传学与生命科学中其它学科的关系以及在国民经济中的应用。一、目的和意义1.掌握遗传、变异的概念和遗传学的概念。2.熟悉遗传学研究内容和任务。3.了解遗传学发展的主要阶段，以及有哪些重要的科学家做出了重大贡献。4.了解遗传学在国民经济中的地位，从工、农、医、环境保护等方面介绍遗传学的应用。二、重点内容：1、遗传与变异的关系。遗传与变异的辨证关系：遗传和变异是生物界的共同特征，它们之间是辩证统一的。生物如果没有变异，那么生物就不能进化，而遗传只是简单的重复；生物如果没有遗传，就是产生了变异也不能遗传下去，变异不能积累，变异就失去了意义。所以说，遗传与变异是生物进化的内因，但遗传是相对的，保守的，而变异是绝对的，发展的。2、基本概念：遗传学；遗传；变异。遗传学（Genetics）是研究生物遗传与变异规律的一门科学。遗传（heredity）是指生物的繁殖过程中，亲代和子代各个方面的相似现象。变异（variation）是指子代个体发生了改变,在某些方面不同于原来的亲代。现代的观点：遗传学是研究生物体遗传信息的组成、传递和表达规律的一门科学，其主题是研究基因的结构和功能以及两者之间的关系，所以遗传学可称为基因学。3、遗传学研究的内容：随着遗传学的不断发展，遗传学研究的范围越来越广泛，它主要包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传物质的表达三个方面。a、遗传物质的结构：化学本质，它所包含的遗传信息、结构、功能、组织和变化；总体结构—基因组—的结构分析；遗传物质的改变（突变和畸变）b、遗传物质的传递：遗传物质的复制、在世代间的传递、染色体的行为、遗传规律、基因在群体中的数量变迁。c、遗传物质的表达：基因的原初功能、基因的相互作用、基因和环境的作用、基因表达的调控以及个体发育中的基因的作用机制。4、《遗传学》与科学和生产的联系。遗传学与农牧业的关系a、提高农畜产品的产量：(1)改进品质：墨西哥小麦品种1970获得诺贝尔奖，印度推广后，5年内从1200万吨增至2100万吨(2)杂种优势的利用：玉米杂交种、水稻、家蚕。乳牛每年平均产奶4000公斤，而印度某些品种只有177公斤。b、动物性别控制：牛、蚕。c、定向控制遗传性状：固氮基因，丝蛋白基因，抗病基因.遗传学与工业的关系a、发酵工业：氨基酸、核苷酸的生产，如味精。b、医药工业：抗生素的生产，青霉素，放线菌链霉菌。品种改良，产量成千成万倍地提高，青霉素的效价提高百倍。b基因工程.合成人脑激素、胰岛素、干扰素。c、设想：提取贵重属，处理“三废”遗传学与医学a、遗传性疾病：近四千种，血友病、糖尿病、先天愚型21对加1、产前检查、预防、基因工程。b、免疫遗传学遗传学与环境保护螺旋锥蝇、寄生昆虫，寄生在牲畜的伤口中，X射线，雄性不育的雄蝇（具有正常的交配能力，但不能产生正常的精子）拉圾处理，海洋污染。5、《遗传学》的产生和发展。A、遗传学的产生很早以前，我国人民在从事农业生产和饲养家畜中便注意到了遗传和变异的现象。春秋时代有“桂实生桂，桐实生桐”，战国末期又有“种麦得麦，种稷得稷”的记载。东汉王充曾写道“万物生于土，各似本种”，并进一步指出“嘉禾异种……常无本根”，认识到了变异的现象。此后古书中还有“桔逾淮而北为枳”、“牡丹岁取其变者以为新”等，这说明古代人民对遗传和变异有了粗浅的认识，但由于种种原因没能形成一套遗传学理论。但直到19世纪才有人尝试把积累的材料加以归纳、整理和分类，并用理论加以解释，对遗传和变异进行系统研究。代表人：达尔文（Darwin，1809～1882）：进化论学者，英国的博物学家，为了解释生物的遗传现象，他提出了“泛生论”的假说（hypothesisofpangenesis）。他假设：生物的各种性状，都以微粒——“泛因子”状态通过血液循环或导管运送到生殖系统，从而完成性状的遗传。限于当时的科学水平，对复杂的遗传变异现象，他还不能做出科学的回答。虽然如此，达尔文学说的产生促使人们重视对遗传学和育种学的深入研究，为遗传学的诞生起了积极的推动作用。魏斯曼（Weismann，1834～1914）：种质学说（germplasmtheory）。认为多细胞生物体内由种质和体质两部分组成，体质是由种质产生的，种质在世代中是连绵不断的。环境只能影响体质，而不能影响种质，后天获得性不能遗传。魏斯曼的种质论使人们对遗传和不遗传的变异有了深刻的认识，但是他对种质和体质的划分过于绝对化。孟德尔（Mendel，1822～1884）：奥地利。根据前人工作和8年豌豆试验，提出了遗传因子分离和重组的假设。认为生物的性状由体内的遗传“因子”（factor）决定，而遗传因子可从上代传给下代。他应用统计方法分析和验证这个假设，对遗传现象的研究从单纯的描述推进到正确的分析，为近代颗粒性遗传理论奠定了科学的基础。文章发表于1866年，但当时未能引起重视。1900年三位科学家（德国的Correns、荷兰的De.Vries和奥地利的Tschermak）分别用不同材料不同地点试验得出跟孟德尔相同的遗传规律，并重新发现了孟德尔被人忽视的重要论文，1906年who首先提出了遗传学。他将三位科学家重新发现孟德尔遗传规律的1900年定为遗传学的诞生年。B、遗传学的发展1866年——孟德尔遗传因子学说，揭示了分离和自由组合定律，后被人总结为孟德尔定律；1903年——萨顿（Sutton）和博韦里（Boveri）首先发现了染色体的行为与遗传因子的行为很相似，提出了染色体是遗传物质的载体的假设，即染色体学说；1909年——约翰逊（Johannsen）称遗传因子为基因（gene），此外他还创立了基因型（genotype）和表现型（phenotype）的概念，把遗传基础和表现性状科学地区别开来；1910年——摩尔根（Morgan）和他的学生用果蝇为材料，研究性状的遗传方式，进一步证实了孟德尔定律，并把孟德尔所假设的遗传因子（后称为基因）具体落实在细胞核内的染色体上，从而建立了著名的基因学说（genetheory）。他们还得出连锁互换定律，确定基因直线排列在染色体上。摩尔根所确立的连锁互换定律与孟德尔的分离和自由组合定律共称为遗传学三大基本定律。此后的遗传学就以基因学说为理论基础，进一步深入到各个领域进行研究，建立了众多的分支和完整的体系，并日趋复杂和精密。由于原子能的发现和利用发展了辐射遗传学。1927年，缪勒（Muller）在果蝇中，斯塔德勒（Stadler）在玉米中各自用X射线成功地诱导基因突变，使遗传学的研究从研究遗传的规律转到研究变异的起源，开始了人工诱变的工作，进一步丰富了遗传学的内容，为育种实践提供了更多的依据。此外由于统计学的发展，建立了群体遗传学。20世纪40年代以后，遗传学开始了一个新的转折点，这表现在两方面：一是理化诱变，二是普遍以微生物作为研究对象来代替过去常用的动植物，由细胞遗传学时期进入微生物遗传学时期。1940年以后，比德尔（Beadler）与其同事在红色面包霉上进行了大量工作，系统地研究了生化合成与基因的关系，提出了“一个基因一个酶”的理论，证明基因通过它所控制的酶决定着生物代谢中的生化反应步骤，进而决定着遗传性状。1944年——埃弗里（Avery）等人的细菌转化试验有力地证明了遗传物质为去氧核糖核酸（DNA）；1957年——法国遗传学家本兹尔（Benzer）以T4噬菌体为材料，在DNA分子结构的水平上，分析研究了基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）学说。顺反子的概念打破了过去经典遗传学关于基因是突变、重组、决定遗传性状差别的“三位一体”的概念，把基因具体化为DNA分子上的一段核苷酸顺序，它负责遗传信息的传递，是决定一条多肽链的完整的功能单位。但它又是可分的，它内部的核苷酸组成或排列，可以独自发生突变或重组，而且基因同基因之间还有相互作用，且排列位置不同，会产生不同的效应。所有这些均是基因概念的重大发展。1953年——美国分子生物学家沃森（Watson）和英国分子生物学家克里克（Crick）根据X射线衍射分析提出了著名的DNA右手双螺旋结构模型，更清楚地说明了基因组成成分就是DNA分子，它控制着蛋白质的合成过程。基因的化学本质的确定，标志着遗传学又进入了一个新阶段——分子遗传学发展的新时代；1961年——法国分子遗传学家雅各布（Jacob）和莫诺（Monod）在研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制中还发现有结构基因和调节基因的差别，发现原核生物“开”和“关”的机制，提出了操纵子（operon）学说从而更深刻地揭露了基因的活动，生物就是通过一整套相互制约的基因，使生物在不同的环境下，表现出不同的遗传特性，适应各种复杂的环境条件；1961年开始美国生化学家尼伦伯格（Nirenberg）和印度血统的美国生化学家科拉纳（Khorana）等人逐步搞清了基因以核苷酸三联体为一组编码氨基酸，并于1967年完成了全部64个遗传密码的破译工作。遗传密码的发现，把生物界统一起来，遗传信息的概念把基因的核酸密码和蛋白质的合成联系起来。从而提出了遗传信息传递的中心法则（centraldogma），揭示了生命活动的基本特征。1968年——史密斯、阿伯和内森等人发现并提出能切割DNA分子的限制性内切酶（restrictionenzyme），为基因拼接工作铺平了道路。1970年——美国病毒学家特明在劳斯肉瘤病毒体内发现一种能以RNA为模板合成DNA的酶叫“反转录酶”（reversetranscriptase），这一发现不仅对研究人类癌症具有重要意义，而且进一步发展和完善了“中心法则”。1973年——美国遗传学家伯格（Berg）第一次把两种不同生物的DNA（SV40和λ噬菌体的DNA）人工地重组在一起，首次获得了杂种分子，建立了DNA重组技术。以后，美国的科恩又把大肠杆菌的两种不同质粒重组在一起，并把杂种质粒引入到大肠杆菌中去，结果发现在那里能复制出双亲质粒的遗传信息。从此，基因工程的研究便蓬勃发展起来。在理论方面，由于DNA重组、基因克隆、碱基序列的分析以及分子杂交等技术的建立和应用，为研究基因的结构和功能、表达和调控等方面提供了有力的手段，导致了70年代以来分子遗传学获得的一系列重大发现。总之，三联体密码的确定、中心法则的建立以及蛋白质和核酸的人工合成，基因内部精细结构的揭示，基因活动的调节和控制原理的发现，突变分子基础的阐明等，使遗传学的发展走在了生物科学的前列。同时，它的影响也渗透到生物学的每一学科中，成为生物科学和分子生物学的中心学科。6、《遗传学》研究的任务就是研究生物的遗传变异现象，深入探讨它们的本质，并利用所得成果，能动地改造生物，更好地为人类服务。三、难点内容：遗传与变异的关系。四