3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段 教学设计（表格版）

教学设计
课程基本信息
课题 基因通常是有遗传效应的DNA片段
教学目标
1. 举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。 2. 运用数学方法说明DNA的多样性和特异性。 3.说明基因和DNA的关系
教学内容
教学重点： 1.基因通常是有遗传效应的DNA片段。
2.DNA的多样性和特异性。
教学难点： 1. 基因、DNA与染色体的概念图。
教学过程
本节课主要采用“问题到学法”的教学模式。以问题为载体给学生提供探索的空间，在已有知识的基础上让学生主动参与探究活动，开展自主探索，动手实践，交流合作，从中发现并及时解决问题，使学生体验知识形成的过程。 课前准备：要求同学们自主复习DNA的结构；自主查阅“基因工程”相关资料。 【导入新课入】疫情期间，核酸检测已经成为我们的日常。那么同学们知道为什么通过核酸检测即可排查出病毒携带者吗？有的同学说核酸检测可以查出病毒的DNA，有的同学说可以查出病毒的基因。那种说法合理呢？基因是什么？它与DNA有什么关系？通过本节课的学习，我们试着回答这些问题。 首先，让我们循着科学家的足迹一起来探索基因与DNA的关系。从孟德尔提出遗传因子到约翰逊将遗传因子替换为基因；从萨顿提出假说到摩尔根证实基因在染色体上。 我们可以总结出基因的一些特征。 从艾弗里到赫尔希、蔡斯证明了DNA是遗传物质；从沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型到科学家证实DNA也在染色体上。 我们可以总结出DNA的一些特征。基因和DNA都在染色体上，二者均可在亲子代之间传递。 请同学们利用这种平行关系，运用类比推理的方法，提出一个较为合理的假设。 结合材料1和材料2，判断一下自己的假设是否合理，并完成活动2中基因与DNA的关系示意图。 由以上材料结合自己的假设得出： 一条DNA分子上，有的部分可以称作基因，有的只能叫做非基因片段。同学们看看你标正确了吗？那么关于基因与DNA的关系我们可归纳为：基因是DNA上的一些片段。 我们已经知道基因与DNA的关系了，那么为什么这些片段可以称作基因，它有什么功能呢？ 请看材料3. 有种镰状红细胞贫血患者，他们的红细胞不是正常的双凹圆饼状，而是镰刀状，导致红细胞容易破裂而发生溶血性贫血。发病原因是因为红细胞的主要成分血红蛋白空间构象改变了，该蛋白异常的原因仅仅是因为控制其合成的DNA分子中一个碱基对发生了替换。 我们再来看材料4。荧光水母之所以能发荧光主要是因为体内含有荧光蛋白，我们将水母控制产生荧光蛋白的DNA片段剪切下来，然后导入到小鼠的受精卵中，这样的受精卵发育而来的小鼠，在紫外线照射下，也可以发出荧光。 通过以上两则材料，请同学们归纳基因的功能。 基因可以通过控制蛋白质的合成，从控制生物的性状。那么基因如何控制蛋白质的合成呢，这将是我们第四章学习的主要内容。 我们把这种对性状的影响称为“遗传效应”。 【总结基因的概念】根据以上实例，我们对基因的描述可以修正为：基因是DNA片段，什么样的片段呢？有遗传效应的DNA片段。 有的同学问到，DNA上那么多的非基因片段有什么作用，比如人类的DNA上超过98%的碱基对不属于基因，那么他们能遗传吗？ 这个问题非常好。早期发现DNA上的非基因片段的时候，有的科学家认为这部分没什么作用，称其为“荒漠区”。随着科学技术的发展，这部分的谜题正逐渐被解开。首先，这部分是可以遗传的。另外，目前对于这部分功能的研究成果主要有：1、2、3、4。相信随着研究的深入，这部分的功能将被科学家更多的解读出来。 【2、DNA的多样性和特异性】 DNA分子作为亲子代之间传递信息的物质，蕴含了大量的信息，这种信息本质是什么。 五线谱上的像小逗号一样的音符通过不同的排序组成一首首动人的旋律。二维码上像素点的排序既传递了信息，还保护了我们的个人隐私；26个字母按照约定的序列组成的单词，能够记录历史。那么DNA中储藏的信息会不会也是某种物种的排序呢！？ 上一节，我们学习了DNA的结构。磷酸和五碳糖（脱氧核糖）交替链接排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。这，能成为信息吗？中间是由氢键连接的4种碱基对却有不同的排序，这，又能是信息吗？ 对了，是4种碱基对的排序。 假如某个基因只有1个碱基对的长度，那么就会有4种这个基因；长度为2个碱基对，就会有4乘以4，16种基因。如果某个基因的长度有3个碱基对，那么就会有64种。 3个碱基对长度的基因，有同学写出甲乙这样两个序列，你认为他们是否是一样的基因。乙上下翻转不就是甲吗？ 我们上一节学过DNA是有方向性的，即5撇到3撇是正方向，我们将甲乙DNA分子1链的左端都标记为5撇端，大家就能看出来，甲乙确实是两种序列。 假如一个基因的长度为17个碱基对，那么这个基因可能的排序就有4的17次方种，那就是172亿种。可见碱基排序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。 人的血红蛋白含有四条多肽链组成，其中一条β链对应的基因长度约为1700个碱基对，请同学们思考这些碱基排序是随机的吗？ 基因不是碱基对随机排列构成的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只选择能与其相适应的物质或生物，因此一些随机排列的脱氧核苷酸序列会因不被选择而消失。 所以，血红蛋白的β链的基因序列不是随机排的。在众多排序中，有些特定的排序是猴子特有的血红蛋白序列，有些是人类的，有些是黑猩猩的。这就是DNA分子的特异性在物种水平的体现。 我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。对的，每个个体拥有自己独特的DNA分子，决定着自独特的脸庞。这正是DNA分子特异性在个体水平的体现。 现在同学们可以从分子水平解释生物多样性和特异性的根本原因了 现在我们能回答本节开始时的问题了，因为新冠病毒有着自己独特的基因，所以我们可以通过核酸检测找到这些病毒。后来科学家发现，少数病毒的核酸是RNA比如烟草花叶病毒，HIV，新冠病毒等，所以那位同学说的核酸检测不应该是检测新冠病毒的DNA，而是RNA。 让我们对基因的定义修正为：基因通常是有遗传效用的DNA片段。注意理解通常的内涵。 【总结】我们做一个小结。归纳一下脱氧核苷酸，基因，DNA,染色体概念关系图。 脱氧核苷酸特定的排序构成基因，基因是有遗传效应的DNA片段，DNA与蛋白质构成染色体。基因在染色体上呈线性排列。 【补充】对于真核生物，线粒体基因和叶绿体基因，我们叫质基因，细胞核内的基因称为核基因。 最后我们来思考一个问题： 子女患病的概率为1/2，关键是卵细胞。这里我们可以通过测序确定卵细胞是否含有正常基因，然后决定是否用，但实际情况中，最好不对将要用于体外受精的卵细胞进行操作，那么我们还能测定那个细胞的基因，从而知道卵细胞是否含有正常基因？对了，是极体。就取与卵细胞同时产生的那个极体。具体操作的时候，因为只有一个细胞，核酸量少，就要用到我们的单细胞测序法了。 请同学们阅读教材60页，了解单细胞测序法的其他应用。