基因在染色体上 教学设计

基因在染色体上　　

胡海丽 泉州七中生物组　　

　　

一、概述　　

· 课题来源：生物必修二 第2章 基因和染色体的关系 第2节 基因在染色体上 （高二）　　

· 所需课时：1课时　　

· 学习内容：　　

1、基因位于染色体上的理论假说和实验证据。能够运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上，能够熟练运用假说-演绎法。　　

2、孟德尔遗传规律的现代解释。　　

· 教材分析：　　

《基因在染色体上》是人教版《普通高中课程标准实验教科书 生物必修②〈遗传与进化〉》第二章第二节的内容，它是沿着遗传学史的发展顺序，在第1章人们是如何发现遗传因子的存在的基础上，引导学生寻找遗传因子，即基因在细胞中的位置。因此，第1章和本章的第1 节是本节学习的基础。该节的内容包括萨顿的假说、基因位于染色体上的实验证据及孟德尔遗传规律的现代解释三部分，新教材中的这些生物知识是为学生的思维能力培养服务的，是重新演绎当年科学家探究过程。本节提出“类比推理”方法，是对“假说演绎法”科学方法的进一步培养，是对提出正确的“假说”的一种具体指导，对培养学生的提出假说很有帮助。摩尔根实验证据是验证“类比推理”假说，同时摩尔根实验本身也是一个完整的“假说演绎法”的科学思维方法。但这在教材中逻辑关系不是很清晰，所以本节课未完全采用教材编排，而是将摩尔根的另外两个果蝇实验给出让学生分析、归纳，从而让学生体会到科学结论得出的严谨性。　　

二、教学目标分析　　

知识目标：1.说出基因位于染色体上的理论假说和实验证据。　　

           2.运用有关基因和染色体的知识阐明孟德尔遗传规律的实质。　　

　　

能力目标：尝试运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上。　　

　　

情感态度价值观目标：认同科学研究需要丰富的想像力，大胆质疑和勤奋实践的精神，以及对科学的热爱。　　

　　

三、学习者特征分析　　

表面上看本节要说明的是“基因在哪里？”的问题，其根本是要解释孟德尔遗传规律的实质。减数分裂与孟德尔遗传规律紧密相连，而减数分裂又是高中生物学的重点和难点，学生在前面已经了解了孟德尔的基因的遗传定律 ，并且掌握了减数分裂的过程与特点。可以说解决了本节的问题是去掉了高中生物学学习道路上的一只 “拦路虎”。 　　

　　

四、教学策略选择与设计　　

“假说演绎法”：利用科学史资料,运用类比推理法提出假设,分析摩尔根实验并设计实验验证。　　

对我们发现的问题首先可以提出假设，然后实验证明，最后得出结论，也即探究的一般思路。这堂课我就准备按这样一个思路来讲授，因为这节内容刚好符合这样一个特点，首先是萨顿发现孟德尔假设的一对遗传因子，它们的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似这样一个现象，于是就提出了假设（萨顿假说），然后是摩尔根的实验……　　

启发式教学法：通过创设问题，不断引导学生分析讨论、猜想、实验并得出结论。比如　　

比较配子的形成过程，即减数分裂过程中染色体和基因的行为变化有什么特点？由此你联想到什么？如果学生能在老师的启发下答出基因在染色体上，甚至说“遗传因子是不是就是染色体”，我们这堂课已经成功了一半。　　

　　

五、教学资源与工具设计　　

教学资源与工具：多媒体设备以及多媒体课件　　

　　

六、教学过程　　

　　

【引入新课】　　

师：通过前面减数分裂的学习，大家思考下，某生物体体细胞含有一对同源染色体，它进行减数分裂，可以产生几种类型的配子？含有两对同源染色体的呢？　　

（2种，4种）　　

师：如果一个基因型为Aa的个体，能产生几种类型的配子？AaBb的个体呢？　　

（2种、4种）　　

师：大家比较一下在配子的形成过程，即减数分裂过程中染色体和基因的行为变化，你们有什么发现？可以提出什么样的假说？　　

（在减数分裂过程中染色体和基因的行为很相似，可以提出基因在染色体上）　　

　　

　　

　　

【萨顿的假说】　　

    师：有一位美国的遗传学家萨顿，它通过研究蝗虫精子与卵细胞的形成过程，提出了和你们一样的假说：基因位于染色体上。　　

基因和染色体行为除了具有我们刚才所分析相似之处外，还有哪些共同点？　　

萨顿通过研究发现：一种蝗虫的体细胞中有24条染色体，生殖细胞中只有12条染色体。精子和卵细胞结合形成的受精卵，又具有24条染色体。蝗虫子代体细胞中的染色体数目与双亲的体细胞染色体数目一样。子代体细胞中的这24条染色体，按形态结构来分，两两成对，共12对，每对染色体中一条来自父方，一条来自母方。　　

这和孟德尔对分离现象的解释中说的，体细胞中遗传因子是成对存在的，而配子只含有成对遗传因子中的一个是不是相类似？　　

因此，萨顿推论：基因在染色体上，基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的。　　

　　

师：为什么萨顿可以提出这样的假说？他通过实验发现基因与染色体存在怎样的关系？　　

我们刚提到了，基因与染色体在配子的形成过程中，行为非常的相似，也就是说基因与染色体存在着明显的平行关系。我们一起来看下，这些平行关系主要体现在哪些方面。　　

	基因的行为	染色体的行为
杂交过程中	保持完整性和独立性	有相对稳定的形态结构
体细胞中存在形式	成对存在	成对存在
配子中的存在形式	只有成对基因中的一个	只有成对染色体中的一个
体细胞中的来源	成对中的基因，一个来自父方，一个来自母方	同源染色体，一条来自父方，一条来自母方
形成配子时组合方式	非等位基因自由组合	非同源染色体自由组合

　　

　　

师：萨顿在科学探索过程中，利用了类比推理的科学探究方法得出基因位于染色体上。类比推理是根据两个或两类对象有部分的属性相同，从而推论出它们的其他属性也相同的间接推理。　　

呈现两个类比推理题，根据他们逻辑之间的关系，选出最贴切的答案。　　

1、玫瑰：爱情  A　　

A白色：纯洁         B风雪：晴朗        C花朵：蝴蝶      D器官：血液　　

2、努力：成功  B　　

A生根：发芽         B耕耘：收获        C城市：乡村      D原告：被告　　

　　

师：那根据类比推理方法得到的结论一定正确吗？介绍一则小幽默：加拿大外交官朗宁曾在竞选省议员时，由于他幼儿时期吃过中国奶妈的奶水一事，受到政敌的攻击，说他身上一定有中国血统。朗宁反驳说：“你们是喝牛奶长大的，你们身上一定有牛的血统了”。　　

这说明类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性.其正确与否,还需要观察和实验的检验。　　

　　

【基因位于染色体上的实验证据】　　

师：正因为类比推理的非必然性，萨顿的假说遭到同时代的遗传学家摩尔根（T.H.Morgan)的强烈质疑。摩尔根认为“我不相信猛德尔，更难以相信萨顿那家伙毫无事实根据的臆测！我更相信的是实验证据，我要通过确凿的实验找到遗传和染色体的关系！”摩尔根的这种大胆质疑，科学务实的研究精神是值得我们努力学习的。他通过观察，最后选定了果蝇作为实验材料。　　

师：展示果蝇的照片，简单介绍果蝇。果蝇是昆虫纲双翅目的一种小型蝇类，在制醋和水果的地方常常可以见到，它是生物界常用的模式动物之一，我们说实验材料选对了，那么实验就成功了一半，那果蝇具有哪些优点，使得它成为一种非常好的遗传试验材料？　　

（易饲养，繁殖周期短，后代数量多，稳定的相对性状，相对性状明显）　　

师：那摩尔根是如何进行实验的呢？有一天，他偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼雄果蝇，很显然，这只白眼雄果蝇是一只变异个体，它注定要成为科学史上著名的动物。摩尔根为了研究白眼性状是如何遗传的，他做了下面的实验。　　

　　

师：那根据哪一个杂交组合判断出果蝇的显性性状？为什么？　　

（红眼雌果蝇和白眼雄果蝇杂交，产生的后代全为红眼果蝇，说明红眼是显性性状，白眼是隐性性状。）　　

师：在F2代当中，同样出现了显性性状和隐性性状3:1的分离比，但是，与孟德尔实验所不同的是，在摩尔根实验中，子二代果蝇眼色与性别有关,F2代中白眼果蝇全部都是雄性的，假如萨顿的假说是正确的，即基因是在染色体上的，那么你们可以做出怎样的假说来解释这个实验现象？　　

师：在做出假设之前，我们先一起认识下果蝇的染色体组成。20世纪初期，生物学家已经发现果蝇的体细胞中有4对染色体，（展示雌雄果蝇体细胞的染色体图解）雌雄果蝇体细胞中染色体组成有何异同？　　

（有一对是不一样的，其余三对是一样的）　　

师：我们将这3对一样的称作常染色体，1对不同的称作性染色体。雌果蝇具有同型性染色体XX，雄果蝇具有异型性染色体XY。（要求记忆果蝇的染色体组成）生物体的性别主要由性染色体决定。　　

要注意，这个常染色体和性染色体是针对有性别的生物而言，有些生物是雌雄不分的，如草履虫，就不存在常染色体与性染色体。　　

像果蝇这样，性染色体组成为XX、XY的，我们将他的性别决定方式称作XY型性别决定，其中同型的，也就是XX，为雌性，异性的XY为雄性。例如哺乳动物、某些种类的两栖类、鱼类和昆虫等，一些雌雄异株的植物也是XY型性别决定方式。有些生物的性染色体组成为ZW型，那么这种性别决定方式就称作ZW型性别决定，其中，同型的（ZZ）为雄性，异型的（ZW）为雌性，例如鸟类、蚕、蛾。这个和XY型性别决定是不一样的，大家要记清楚，不要弄混了。　　

　　

那你们觉得控制果蝇眼色的基因是位于常染色体上还是性染色体上？　　

如果控制果蝇眼色的基因位于常染色体上，那么在F2代当中，白眼果蝇就不可能只是雄性的，应该是雌雄都有。所以我们可以做出假设：控制果蝇眼色的基因应该在性染色体上。　　

　　

我们首先来看下，X染色体和Y染色体在结构上有什么区别：X、Y染色体在形态和内容上都不相同，果蝇的Y染色体比X染色体长，而人类的Y染色体却比X染色体短，不论谁长谁短，X、Y染色体上都存在着同源部分和非同源部分。　　

　　

师：如果控制颜色的基因位于性染色体上，那又有哪些可能呢？　　

（①控制白眼的基因是在Y染色体上，而X染色体上没有它的等位基因；②控制白眼的基因在X、Y染色体上；③控制白眼的基因在X染色体上，而Y上不含有它的等位基因。）　　

　　

师：我们可以试着用遗传图解来做出解释，首先要明确常染色体和性染色体上基因表示的区别，位于常染色体上的基因，我们直接写出其基因型即可，如果是位于性染色体上，则应该先写出性染色体，再将相对应的基因型写在性染色体的右上角位置。假设W、w表示控制果蝇红眼和白眼的一对等位基因（前面已经判定了白眼为隐性性状，学生要是忘记了就再重复一遍）。若w在X染色体上，则表示为Xw；若在Y染色体上，则表示为Yw。在性染色体上的W基因同样如此标记。　　

　　

我们一起看下第一种情况①控制白眼的基因是在Y染色体上，而X染色体上没有它的等位基因。　　

　　

这和我们的实验现象并不符合，可以排除这种情况。　　

　　

第二种情况②控制白眼的基因在X、Y染色体上；　　

　　

这种假设可以解释这个实验现象，但是摩尔根不仅仅只做了上面介绍的这个实验，他还做了大量的关于果蝇眼色遗传的实验。如果选用白眼雌果蝇（XwXw）与红眼雄果蝇（XWYW）进行交配，其实验结果应该为　　

　　

但是摩尔根所做的实验结果却不是这样的，与实验结果不符合，所以这种假设也排除。　　

　　

摩尔根通过大量的实验，提出假说“控制白眼的基因在X染色体上，而Y上不含有它的等位基因。”也就是我们所说的第③种情况，我们来看下这个假说是否可以解释这个果蝇眼色遗传的杂交试验。　　

　　

这个假说可以使得上述实验现象得到合理的解释。　　

　　

我们说假说要想成为真理，必须要有实验加以验证，不仅仅要能解释已有的实验现象，还要能够对其他实验进行正确预测。那我们可以怎样进行验证呢？你可以设计出几种实验方案？　　

首先雌果蝇的基因型可能情况为：红眼（ＸＷＸＷ）、红眼（ＸＷＸw）、白眼（ＸWＸW）　　

雄果蝇的基因型可能情况为：红眼（ＸＷＹ）、白眼（ＸwＹ）　　

　　

对孟德尔的分离现象和自由组合现象的解释，我们采用的是测交的方法进行验证。在这里，摩尔根同样是用测交的方法来进行验证，看F1中所产生的雌果蝇的基因型是否为XWXw，他选用了白眼的雄果蝇来进行测交。也就是第②个组合来进行实验。同学们可以回去将第⑥个组合，也就是白眼雌果蝇与红眼雄果蝇的杂交方式用遗传图解表示下，看看他们杂交的实验结果应当如何，在这我们就不说了。现在我们来对第②个组合的实验结果进行预测，看下结果应该如何。　　

　　

我们在一起看下摩尔根的实验结果究竟如何。　　

　　

与理论推测一致，完全符合假说，假说完全正确！摩尔根的工作使得一个特定的基因和一条特定的染色体——X染色体联系起来，从而用实验证明了基因在染色体上，他从对孟德尔定律的怀疑者变成了孟德尔理论的坚定支持者，也就是我们现在说的“铁杆粉丝”。　　

萨顿是通过类比推理的方法得出“基因位于染色体上”，那摩尔根是通过什么方法得出实验结论的呢？　　

（假说-演绎法：观察，提出问题——作出假设——进行验证——得出结论）　　

　　

【基因在染色体上的新进展】　　

师：那么基因是否就是染色体呢？　　

展示资料：果蝇有4对染色体，携带的基因大约有1.5万个。 人有23对染色体，携带的基因大约有3.5万个。　　

师：基因与染色体在数量上还存在什么关系？　　

（一条染色体上含有多个基因）　　

师：展示课本第30页图2—11果蝇某一条染色体上的几个基因和现代分子生物技术将基因定位在染色体上的荧光显示图，　　

摩尔根和他的学生发明了测定基因位于染色体上相对位置的方法，并且绘出了第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置的图。现代分子生物学技术利用荧光标记的方法将基因定位在染色体上，那根据这两幅图，你们有什么发现？　　

（一条染色体上有许多个基因；基因在染色体上一个接一个地排列，呈线性排列。）　　

　　

补充等位基因实质上是一对同源染色体上相同位置控制一对相对性状的基因（A与a，B与b，C与c）；非等位基因实质上是同源染色体或非同源染色体上控制不同性状的基因。　　

         　　

　　

　　

【孟德尔遗传规律的现代解释】　　

师：我们现在已经确定了基因是位于染色体上的，大家翻开课本P28，完成思考与讨论。　　

从刚完成的思考与讨论中，大家有没有发现控制高茎和矮茎的基因随着同源染色体的分离而分开。因此，孟德尔遗传规律的现代解释中，基因的分离定律的实质是：在杂合体的细胞中，位于一对同源染色体的等位基因，具有一定的独立性；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立的随配子遗传给后代。　　

　　

两对相对性状（独立遗传）的生物体的配子如何产生的呢？以AaBb为例，画出细胞的减数分裂图。　　

　　

　　

大家发现没有A与a、B与b分别随着同源染色体的分离而分开，但是它们之间随着非同源染色体的自由组合也进行了自由组合，所以基因的自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。　　

　　

师：为什么要强调“非同源染色体上的非等位基因”，这样表述，其用意何在？　　

再次展示图2—11果蝇某一条染色体上的几个基因，在图2—11中，虽然朱红眼和深红眼都是控制果蝇的颜色这一性状，但是它们是非等位基因，因为它们是处在同一条染色体上的。位于同一条染色体上的基因在遗传的时候是绑定在一起的，在减数分裂过程中并不会进行自由组合，也就是所谓的连锁遗传。所以孟德尔当时能够取得成功，运气也是非常重要的，他所研究的性状恰好都是由一对等位基因所控制，而且分别处在不同对的同源染色体中。　　

　　

【技能训练】　　

学生阅读技能训练，尝试运用类比推理的方法推断基因与DNA长链的关系。　　

　　

教学过程流程图：　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

 　　

七、教学评价设计　　

自我评价表　　

项目	掌握程度
1、基因与染色体的平行关系（10%）
2、萨顿的假说（10%）
3、类比推理法（10%）
4、对摩尔根的果蝇实验结果提出假说并进行演绎（40%）
5、基因在染色体上的新进展（10%）
6、孟德尔遗传规律的现代解释（20%）
自我评价

　　

八、帮助和总结　　

本节内容给出了摩尔根的另外两个果蝇实验，从而让学生分析摩尔根三个果蝇遗传实验，思维严密、层层递进，激发学生思维，体现学生的主体地位，让学生“亲身”体会科学结论得出的过程。但由于本节涉及到的知识点较多，一节课完成需要周密的安排和正确的引导。