4.2 基因表达与性状的关系 教案（表格版）

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高一 学期 春季
课题 基因表达与性状的关系
教学目标
1.通过分析柳穿鱼花的形态结构与小鼠毛色的遗传现象等的相关问题，概述基因碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。 2.通过展开批判性思维训练，分析阐明基因、环境、性状之间的复杂关系，认同生命的复杂性，摒弃简单机械的线性决定论的思维模式。 3.通过探讨表观遗传与生活习惯、癌症药物研发等资料，认同及时改善吸烟饮酒不良生活习惯的必要性，指导养成健康生活方式，关注癌症药物研发，关爱生命。
教学内容
教学重点： 1. 分析和概述表观遗传现象。
2. 阐明基因、环境、性状之间的复杂关系。
教学难点： 1. DNA甲基化的表观遗传机制。 2. 阐明基因、环境、性状之间的复杂关系。
教学过程
教学环节 主要教学活动 设计意图
引入新课 小鼠毛色多样，白化小鼠与人患白化病机理相似，除白色之外还有黄色、灰色、黑色，图片展示酪氨酸与黑色素合成过程。提出问题：白化小鼠的产生体现了基因表达产物与性状的哪种关系？ 教师简介Avy基因、ASP蛋白与黄色、黑色毛色形成的关系，并创设情境：纯种黑色小鼠（aa）和纯种黄色小（AvyAvy）杂交产生子一代。 学生可依据孟德尔遗传定律预测F1小鼠毛色，同实验结果对比后，提出问题：DNA序列完全相同的小鼠的毛色为何不同？基因一定可以决定性状吗？ 运用已知解释生物学现象，并通过实验结果制造认知冲突激发学生兴趣，进一步探究基因表达与性状的关系。
新知学习 表观遗传现象的分析 资料1：柳穿鱼花的形态结构分析（教材文字资料） （1）柳穿鱼性状不同的原因是什么？（基因型相同吗？） （2）这种作用是否可遗传？（同教材讨论题：植株A、B杂交，F1的花与植株A相似，为什么？F1自交的F2中绝大部分植株的花与植株A相似，少部分植株的花与植株B相似，为什么？） 构建概念模型解释资料中基因表达与性状的关系 资料2：小鼠毛色的遗传（教材文字资料） （1）小鼠毛色不同的原因是什么？（基因型相同吗？） （2）是否可遗传？尝试设计实验进行探究 补充资料：F1小鼠的测交实验 综合资料1、2，提出问题：柳穿鱼花形和小鼠毛色遗传有何共同点？ 建立概念模型，归纳两则资料机理的共性，归纳表观遗传的概念。 表观遗传的机制 展示小鼠毛色中DNA甲基化影响基因的表达示意图，简要补充a序列相当于启动子，可促进A基因表达，但甲基化后与RNA聚合酶的结合能力会下降，理解DNA甲基化在转录水平改变基因表达的机制。并通过动画视频补充其他调控基因表达的分子机制——组蛋白乙酰化、甲基化、RNA干扰等。将表观遗传机制与中心法则结合构建概念图。 表观遗传现象与基因选择性表达的关系 黄色小鼠的心肌细胞并不表现出和体毛一样的颜色，心肌细胞中有A基因吗？其表达情况如何？联系细胞分化的实质是基因选择性表达，而表观遗传标记是A基因在特定时空表达及表达水平高低的调控机制之一。 即通过不同的表观遗传机制激活/抑制不同基因的表达，从而实现细胞分化。并且分化后的细胞经有丝分裂产生的子细胞会继承亲代细胞的表观遗传标记，从分子和细胞水平理解表观遗传机制可遗传的特点。进一步概括出表观遗传现象普遍存在于生物体生长、发育、衰老的整个生命活动过程中。 资料3：Avya小鼠的毛色会因其胎儿期母鼠食用不同成分的食物而发生变化，也会表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型，这又是为什么呢？ 认同环境可以通过影响表观遗传修饰而改变基因的表达，进而影响性状。 资料4：阅读教材P74与社会的联系 资料5：怀孕期间女性吸烟：早产、学习和行为障碍、哮喘等疾病风险增加 资料6：孕鼠过量摄入乙醇会显著降低胚胎的DNA甲基化水平，被认为是导致包括发育迟缓、颅面畸形和中枢神经系统受损等胚胎畸形的重要原因之一。 资料7：让雌性小鼠摄入高脂肪的食物，它们第3代中的雌性会出现体型变大和对胰岛素敏感度下降的现象。 说出由于环境和生活习惯的改变，可能会改变个体的表观遗传修饰，能够引起生物体性状的改变，并且可能遗传给后代，认同良好生活习惯健康生活的重要性。 基因、蛋白质、环境、性状的复杂关系 资料8：小鼠毛色受到A、B、C等多个等位基因的共同调控+身高受多基因共同控制 资料9：水稻Ghd7基因与性状的关系+豌豆控制开紫花的基因也控制种皮呈现灰色 归纳：基因与性状并不是简单的线性关系 拓展应用：回归水毛茛，结合所给资料10提出水毛茛陆生叶和水生叶形成与环境之间的关系（环境因素通过影响植物激素含量的变化，进而导致表观遗传修饰发生改变，基因表达水平改变，性状改变） 以小鼠毛色为例，建构概念图总结基因、蛋白质、环境与性状的关系：基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在错综复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 拓展运用： 资料11：结肠癌与表观遗传（健康生活） 学生尝试从表观遗传角度提出研制治疗癌症药物的思路 资料12：体细胞克隆猴的技术难点（关注科学前沿） 尝试解释表观遗传调节剂在克隆中的作用 提取分析信息，构建概念模型解释动植物表观遗传现象。 从共性出发，建构概念，培养归纳与概括的科学思维。 获取转化信息，构建模型，推测表观遗传机制。 整合细胞分化与表观遗传两个概念，培养学生基于证据进行合理推测的科学探究能力。 通过资料分析，深入理解环境与表观遗传的关系，认识到表观遗传现象的普遍性，引导学生关注生物学知识与健康生活之间的关系，并指导自身选择良好的生活习惯。 通过各种生物基因与性状关系实例的分析，认识到二者关系的复杂性。 运用已学知识解释生活现象，呼应开头的问题探讨，增强学生学以致用的意识和能力。 完成概念图的构建，总结深化基因、基因表达产物、环境、性状的复杂网络。在理解的基础上用以现实情境中实际问题的解决，引导学生关注生命健康，关注理论知识及科学技术在生产实际中的价值。
小结提升 1.基因通过其表达产物——蛋白质来控制生物体的性状。DNA甲基化等因素导致在其碱基序列不变的情况下，表达情况会发生可遗传的变化，这就是表观遗传。 2.在大多数情况下，基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系，基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在错综复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 归纳概念，与第一课时的概念建立联系，深化学生对基因表达与性状关系的系统性知识。