第二章生物的遗传和变异本章提示

第二章生物的遗传和变异本章提示生命在生物圈中的延续和发展，是生物的生殖和发育、遗传和变异，并与环境的变化相互作用的结果。教材在生物的生殖和发育之后，安排生物的遗传和变异内容，是探讨生命的延续和发展的自然深入。在内容的选择上，本章体现了经典内容与最新进展的统一。生物的性状的表现，其内因是由携带遗传信息的基因控制的，生物的遗传就是生物通过生殖过程的基因传递。生物的可遗传变异是基因或生物体基因组成改变的结果。教材从经典遗传学的庞大体系中，提取出基因这一核心概念，以基因为线索，深入浅出地介绍基因与性状的关系、基因在亲子代间的传递，目的是使学生简而明地理解生物遗传的实质。在此基础上，介绍基因的显性和隐性以及禁止近亲结婚的道理。在人的性别决定中，从染色体入手，但最终也将落脚点落在了基因水平上。在生物的变异一节中，特别提示了可以遗传的变异是遗传物质改变的结果。在以基因为线索介绍经典遗传学的过程中，巧妙地融入了现代遗传学的新进展。例如，在基因控制生物的性状中，选取了转基因鼠的实验；在基因和染色体的关系中，选取了反映染色体和DNA之间关系的示意图等。本章教材在内容的组织上，体现了学科内在逻辑与学生认识规律的统一。从本章五节的内容组织上看，第一节《基因控制生物的性状》，解决的是生物个体的性状与基因关系问题，同时也隐含着亲代的性状能够在子代出现，是亲代基因传给了子代的缘故。第二节《基因在亲子代间的传递》，解决的是亲代基因如何传递到子代的过程，也是学生认识遗传的核心问题。第三节《基因的显性和隐性》，重在解决控制相对性状的成对基因之间的关系问题，以及为什么具有相对性状差异的双亲，后代会有复杂的表现。应该说本节是前两节内容的综合，是本章的难点。第四节《人的性别遗传》，主要运用前三节的知识，解释学生关注的人的性别遗传问题，可以说是遗传知识的扩展。第五节是《生物的变异》。遗传和变异是一对矛盾的两个方面，遗传讨论的是基因稳定传递的一面，变异讨论的是基因发生改变或基因组合的改变，这种变化必然导致亲子代之间性状的差异。在本节中，特别提出生物的性状既受基因控制，又受环境的影响，使学生对性状与基因的关系和遗传与变异问题的理解更加全面。由此可见，教材在内容的组织上，是以基因为线索，步步深入和扩展的，体现了学科内在逻辑与学生认识规律的统一。教材在内容的呈现方式上，注意了从学生的生活经验出发，从创设的情境中提出问题，激发学生主动探究，自主获得知识、技能和积极的情感体验。本章各节，都鲜明地体现出这些特点，例如，第一节安排的观察与思考、资料分析，目的是通过学生对比较熟悉的动物、植物和自身性状的具体观察，抽象出什么是性状，接着通过转基因鼠实验的分析讨论，获得基因控制性状的结论。第二节从学生已经学过的染色体入手，通过观察染色体和DNA之间关系的示意图，使学生了解基因在染色体上。接着通过染色体的传递揭示出基因的传递过程。本章教材重视渗透科学史和科学方法。教材在讨论一些问题时，不失时机地介绍了前人的研究过程和结论。例如，在讨论基因在亲子代间传递的内容时，介绍了比利时的胚胎学家比耐登的发现；在基因的显性和隐性的讨论中，介绍了孟德尔的豌豆杂交实验；在讨论男女染色体的差别时，介绍了细胞学家麦克郎和威尔逊等的有关研究结果。这种史论结合，以史带论的编写方式，目的是增加教材的趣味性和可读性，启迪学生深入的思考和探究。本章安排了探究变异现象的学生活动，让学生体验科学过程与科学方法，培养科学探究能力和科学态度与价值观。希望教师给予足够的重视。本章在各个栏目中，注意了科学与社会、科学与生活的紧密联系。希望教师结合教学进程和相关的教学内容，积极指导学生阅读、讨论。这对于提高学生积极的情感态度和形成正确的价值观，将会有积极的意义。第一节基因控制生物的性状一、教学目标1.举例说出生物的性状，以及亲子代间在性状上的延续现象。举例说出不同种性状和相对性状之间的区别。2.举例说出生物的性状是由基因控制的。3.关注转基因技术给人类带来的影响。二、教学策略遗传和变异是生命得以延续和发展的重要内因。生物的遗传是在生殖过程中完成的，生物的性状都是遗传物质在发育中和环境相互作用的结果。本章的引入，应紧扣本单元的主题，并与第一章的生殖和发育相衔接。人们对遗传与变异的认识，最初是从比较亲子代的各种特征开始的，然后由表及里逐步深入到基因水平。本节的教学也应按着这样的思路设计。先引导学生认识什么是生物的性状，然后探讨性状的控制。观察生物的各种性状，如果完全在课内完成，教师应适当控制时间。由于观察内容的分量并不重，重在对问题的讨论，因此，应安排较充裕的时间讨论教材中提出的6个问题。如果有条件，教师在课前应简要指导学生具体识别性状，安排学生调查自己和父母、父母的父母之间的性状关系，调查身边动物和植物上下代性状的情况，这样可以使讨论更充分些。但无论是哪种方式，通过讨论应使学生认识以下几点。1.性状包括生物体所有特征的总和，如形态结构特征、生理特征和行为方式等。有些性状是可见的，有些性状是难以观察到的。2.能够初步识别不同种类的性状和相对性状。可以让学生举例说明。3.生物的性状受遗传物质的控制，但也会受生活环境的影响。基因控制性状是本节的难点。关于基因的概念在此不必深究，学生只要知道基因是遗传物质的一部分即可。本节难在对转基因过程和转基因超级鼠的性状变化的分析，在此教师可以一步步地引导学生观察、说明和讨论。在这个过程中，教师应注意说明以下几点。1.在雌雄小鼠交配后，要从输卵管中取出核尚未融合的受精卵（精子进入卵细胞后，在精子核与卵细胞核尚未融合前，这种受精卵适宜转入大鼠生长激素基因）。2.将事先备好的大鼠生长激素基因吸入显微注射器中，在显微镜下将大鼠生长激素基因，注入小鼠核尚未融合的受精卵内的卵细胞核或精子核中。注射之后，小鼠受精卵内的精子核和卵细胞核将融合成一个细胞核，其中携带着转入的基因。3.将已经导入了大鼠生长激素基因的受精卵，注入小鼠的输卵管中去。这样小鼠的输卵管中就有了两种受精卵，一种是导入了大鼠生长激素基因的受精卵，另一种是输卵管中原有的未转基因的受精卵。在分析了转基因超级鼠研制过程示意图之后，教师应引导学生认识到，超级鼠体量增大（体量大小是一种性状）是大鼠生长激素基因作用的结果，由此得出基因控制性状的结论。在学生明确了基因与性状的关系后，教师可结合转基因技术，举例介绍几种转基因动物和转基因食品，以及由此引起的社会争议，激发学生发表意见。三、参考答案观察与思考1.凭肉眼的观察或简单的测量，并不能知道自己的所有性状。肉眼仅能观察到某些形态结构、行为特征，而无法观察到生物的生理特征等。2.性状（character）：遗传学中把生物体所表现的形态结构、生理特征和行为方式，统称为性状。5.不是。比如，麦田中水肥充足的地方，麦苗比正常的要粗壮，这一性状差异是由于环境条件的变化引起的变异，并未涉及到遗传物质的改变，是不可遗传的。资料分析1.这项研究中，被研究的性状是鼠的个体大小。控制这个性状的基因是大鼠生长激素基因。2.基因决定生物的性状。3.传递的是控制性状的基因。练习1.（1）（3）不对。相对性状是指同种生物的同一性状的不同表现形式，比如，人的双眼皮与单眼皮、玫瑰花的红色与粉色等等。（2）对。（4）对。受基因控制的性状可遗传。（5）不对。环境条件的不同可使性状发生差异，比如，玉米中有些隐性基因（如其中一对为aa）使叶内不能形成叶绿体，造成白化苗，它的显性基因A控制叶绿体形成。基因为AA的种子，如果在不见光的暗处发芽，长成的幼苗也是白化的；而光照下发芽，长成的幼苗就成绿色。由此可见，基因型相同的个体在不同条件下可发育成不同的表现型。2.原理同第1题的第（5）小题。设计方案略。四、背景资料性状和相对性状性状（character）：遗传学中把生物体所表现的形态结构、生理特征和行为方式等统称为性状。单位性状（unitcharacter）：孟德尔在研究豌豆等植物的性状遗传时，把植株所表现的性状总体区分为各个单位作为研究对象，这样区分开来的性状称为单位性状。豌豆的花色、种子形状、子叶颜色、豆荚形状、豆荚（未成熟的）颜色、花序着生部位和株高等性状，就是7个不同的单位性状。相对性状（contrastingcharacter）：不同个体在单位性状上常有着各种不同的表现，例如，豌豆花色有红色和白色，种子形状有圆和皱。遗传学中把同一单位性状的相对差异，称为相对性状。孟德尔在研究单位性状的遗传时，就是用具有明显差异的相对性状来进行杂交试验的，只有这样，后代才能进行对比分析研究，从而找出差异，并发现遗传规律。基因控制性状的机理基因内含有的控制生物性状的遗传信息，存在于染色体的DNA分子上。基因控制生物性状的过程称为基因表达。在基因表达中，生物遗传信息的传递途径是：DNA—→RNA—→蛋白质（表现性状）1转录：从DNA—→RNA遗传信息从DNA传递给RNA的过程称为转录（transcription）。转录时，在RNA聚合酶作用下，以DNA为模板，按碱基配对原则，合成RNA分子。转录形成的RNA，其类型有：tRNA、rRNA、mRNA。tRNA即转运RNA，作用是在蛋白质合成中运送氨基酸；rRNA即核糖体RNA，参与组装核糖体；而mRNA即信使RNA，它携带有编码蛋白质氨基酸序列的遗传信息。2翻译：从RNA—→蛋白质将mRNA分子上的遗传信息翻译成由特定氨基酸排列顺序的多肽链，这一过程称为翻译（translation）。将mRNA上的碱基排列顺序（其中每三个碱基为一个遗传密码，决定一种氨基酸）依次转换为氨基酸的排列顺序。已知所有生物都使用相同的遗传密码，这也表明了生物界的统一性。肽链的氨基酸序列，由mRNA链上的U、C、A、G四种碱基顺序，按三联体密码确定。如：AUGUUCAGCCCUUGCAAAUGUGCA……UGAmRNA起始Met—Phe—Ser—Pro—Cys—Lys—Cys—Ala……终止多肽链翻译过程在细胞质内进行。合成的多肽链形成蛋白质亚基，最后形成蛋白质。3.遗传的中心法则1958年克里克提出了中心法则，他认为遗传信息的自我复制是从DNA到DNA；遗传信息的传递是DNA到RNA，最终决定蛋白质的分子结构和功能。后来人们发现，有些病毒的RNA能自我复制。另外还发现，有些RNA病毒侵染细胞后能产生逆转录酶，逆转录酶以RNA为模板合成双链DNA分子。这个双链DNA分子能整合到寄主细胞的DNA中，可随寄主细胞的DNA复制而复制，同时也可以转录出更多的病毒RNA。考虑以上因素以及某些蛋白质能够调节DNA的复制、转录和翻译，中心法则可以完善为如图4所示。基因调控生物体内的每个细胞都有全套的基因，但细胞中的基因并不是同时表达的。因细胞的类型和执行的功能不同，细胞中有的基因开启，有的基因关闭。如血红蛋白基因只在红细胞中表达，消化酶只在消化腺细胞中表达。这其中存在着复杂的基因调控。基因表达的调控可以在不同的层次、不同的水平上进行，大致可分为以下五个方面。1.转录调控细胞可以通过控制基因转录mRNA的拷贝数来调控基因的产物。例如，红细胞中组成血红蛋白的α和β多肽的基因快速、大量地转录，产生大量的mRNA分子，形成大量的血红蛋白分子。其他任何一个细胞都有这些基因，但不转录。2.转录后调控有些mRNA在从细胞核内输送到细胞质中翻译之前，必须要经过化学修饰。没有经过修饰的mRNA与核糖体不能结合，因而就不能被翻译成为蛋白质。3.翻译调控细胞可以通过限制核糖体与mRNA的结合，或限制多肽链的生长，来调节mRNA的翻译速率。4.翻译后调控对于一些具有特殊功能的蛋白质，还要有翻译后的修饰。多肽链上的一些氨基酸要去掉，或者加上其他一些化学基团，如糖类、磷酸基团等。例如，胰腺最初产生的消化酶──糜蛋白酶原是没有活性的。糜蛋白酶原离开胰腺进入小肠后，被其他的酶裂解，去掉一部分氨基酸，就成为能分解蛋白质的有活性的糜蛋白酶。这种机制有效地限制了糜蛋白酶对自身内脏的分解活性，防止糜蛋白酶对自身的消化。5.蛋白质调控环境因子影响酶的功效。例如，生物合成途径中的最终产物，通过与途