北师大版八年级生物上册 6.16.5 遗传与转基因技术 教案

第16章 生物的遗传和变异
第5节 遗传与转基因技术
1.能够深入理解遗传物质的传递规律，明确遗传信息对生物性状的决定作用，进而形成对生命遗传现象的科学认知。
2.通过学习，体会生命在遗传基础上的延续与发展，认识到遗传信息的稳定性和变异性在生物进化和适应环境过程中的重要意义，从分子和细胞水平构建起生命的物质性和信息传递的观念。
3.通过引导学生分析经典的遗传实验、复杂的遗传图谱以及转基因技术相关案例，培养其逻辑推理、归纳总结和批判性思维能力。
【重点】1.系统掌握性状、相对性状、遗传物质（细胞核、染色体、DNA、基因）等基础概念，清晰理解这些概念之间的内在联系。
2.深刻理解基因与性状的紧密关系，明确基因是如何通过控制蛋白质的合成来精确控制生物性状的表达，以及基因在亲子代间遵循的传递规律。
3.全面了解转基因技术的基本原理、具体操作过程，熟悉其在农业、医学、环保等领域的实际应用情况，以及对社会发展和人类生活产生的广泛影响。
【难点】1.透彻理解基因作为具有遗传效应的 DNA 片段的本质内涵，包括基因如何储存、传递和表达遗传信息，以及基因与 DNA、染色体在结构和功能上的复杂关系。
2.深入掌握基因控制生物性状的详细分子机制，尤其是转录和翻译过程中遗传信息从 DNA 到 RNA 再到蛋白质的传递过程，以及碱基序列与氨基酸序列之间的对应关系，这一过程抽象复杂，学生理解难度较大。
3.正确认识转基因技术引发的一系列伦理争议，培养学生辩证看待科学技术发展的思维方式。引导学生从多个角度分析转基因技术的利弊，在充分认识其积极作用的同时，也能关注到可能存在的潜在风险，从而形成客观、理性的态度。
一、新课导入
教师：（展示苹果、葡萄、蒜苗和蒜黄、小猫、小狗的图片）为什么同一种生物的性状会有所不同？哪种因素是决定生物性状不同的关键？我们带着这些问题开始今天的学习。
二、新知讲解
（一）性状表现是基因组成与环境共同作用的结果
教师：基因型相同的个体，如果生活在不同的环境中，其表现型会相同吗？下面让我们来开始下面的活动：环境对生物性状表现的影响。首先我们要先提出问题，谁能告诉我这个问题是什么吗？
学生：（学生观察图片，回答）光照对小麦幼苗叶片颜色和生长状况有影响吗？
教师：很好。叶绿素只有在光照条件下才能形成，没有形成叶绿素时，叶绿体呈白色或淡黄色。叶是植物体进行光合作用的主要器官。针对这些已知知识，你作出的假设是什么呢？
学生：（学生讨论。）光照对小麦幼苗叶片的颜色和生长状况有影响。
教师：接下来我们就可以开始制订计划了，在本次活动中的变量是什么呢？
学生：光照。
教师：对，接下来就可以开始我们的实施计划了。
1.准备工作：选取100粒健康的小麦种子，用清水浸泡6小时。准备两个培养皿，分别标记为A、B。在每个培养皿中铺上湿润的纸巾，将浸泡后的小麦种子均匀摆放在纸巾上。
2.光照处理：将培养皿A放置在光照充足的窗台或人工光源下，确保每天接受12小时光照。将培养皿B放置在不透光的盒子中，完全遮光。
3.管理：每天定时观察并记录各组小麦幼苗的生长情况，包括叶片颜色、株高等。同时保持纸巾湿润，适时补充清水。
4.数据记录：每天记录各组小麦幼苗的叶片颜色变化、株高增长情况。使用放大镜观察叶片细节，记录叶绿素形成情况。实验持续7天。
5.预期结果：A组和B组各有什么现象呢？
学生：A组：光照充足，小麦幼苗叶片呈现绿色，生长健壮，株高增长明显。B组：完全遮光，小麦幼苗叶片呈现白色或淡黄色，生长受阻，株高增长缓慢。
教师：我们根据这些结果可以得出什么结论呢？
学生：光照对小麦幼苗叶片颜色和生长状况有显著影响。光照有利于叶绿素的形成，促进小麦幼苗的健康生长；完全遮光则抑制叶绿素的形成，导致小麦幼苗生长受阻。
教师：生物的性状受基因的控制，一般环境条件的变化不易使基因型发生改变，表现型则容易受到环境条件的影响。许多遗传实验表明，一般环境条件的变化不易使基因型发生改变，表现型则容易受到环境条件的影响。例如，水毛茛是一种水生植物，伸出水面的叶片呈扁平状，而长期浸没水中的叶片深裂成丝状。 喜马拉雅家兔在30℃以上条件下，全身长出白毛；在25℃条件下，四肢、尾巴、耳朵和鼻尖等体温较低的部位长出黑毛，其余部位长出白毛。
（二）遗传信息发生改变可以引起生物变异
教师：生物的变异与遗传一样，都是生物界普遍存在的现象，任何生物都具有遗传和变异现象。在日常生活中，我们发现同一窝生的猫大小、颜色不一样；邻地块的同品种小麦，由于水肥不同，长势差异；棕色大熊猫；白化黑叶猴；蒜苗和蒜黄等等，都属于生物的变异。生物的变异分为可遗传的变异和不遗传的变异。谁能告诉我它们的概念呢？
学生：可遗传的变异是指性状的变异能在后代重复出现。可遗传的变异是由于遗传物质的改变产生的。不遗传的变异是指仅仅由环境条件所引起的变异，是不遗传的。不遗传的变异没有涉及遗传物质的改变，仅是外界环境条件直接作用于生物体的新陈代谢过程产生的结果。
（三）杂交育种可培育农作物新品种
教师：生物产生的可遗传的变异在生产上有什么应用价值吗？
学生：人们常常利用对人有益的可遗传变异来改良或培育新品种。如杂交玉米、优良奶牛品种、众多金鱼品种、杂交水稻等。
教师：杂交育种是指通过不同纯系品种杂交，在其后代中选择、纯化优良品种的方法。用半矮秆水稻品种“矮仔占4号”和高秆水稻品种“广场13”杂交，于1959年育成了半矮秆水稻品种“广场矮”。通过杂交技术使水稻的矮秆性状与高产性状重新组合，培育出一批矮秆、高产的水稻品种，解决了水稻倒伏减产的问题。袁隆平，中国工程院院士，“杂交水稻之父”。毕生致力于杂交水稻研究，首创三系法、两系法技术，突破超级稻高产攻关，成功培育耐盐碱水稻，大幅提升粮食产量，为中国及全球粮食安全作出卓越贡献。获“共和国勋章”等荣誉。
（四）转基因技术可以有目的地改变生物性状
教师：什么是转基因技术？科学家第一次取得转基因技术的成功是以细菌为实验材料的。让我们回顾一下科学家利用细菌合成人胰岛素的研究，了解转基因技术的大致过程。人胰岛素是科学家最早利用转基因技术，使细菌产生的一种重要的人体蛋白质。操作步骤如下。
1.从细菌细胞中提取出一种叫作质粒的环状 DNA。
2.先用一种酶把质粒 DNA 切开。
3.将质粒DNA与人胰岛素基因混合在一起，利用另外一种酶，人胰岛素基因会连接到质粒DNA切口的两端，重新形成环状DNA。
4.将携带人胰岛素基因的质粒与细菌混合在一起，有些细菌会把质粒吞入体内。
5.筛选并培养吞入质粒的细菌。
通过上述学习，谁能告诉我转基因技术的操作对象是什么？
学生：（回答）生物的基因。
教师：转基因技术的任务是什么？
学生：转基因技术的主要任务是把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中，从而改变被转入基因的生物的性状。
教师：转基因细菌为什么能够在短时间内生产大量的胰岛素？
学生：由于细菌繁殖速度快，新陈代谢旺盛，所以能在短时间内生产大量人胰岛素。
教师：什么是转基因技术呢？
学生：把一个生物体的特定基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。
教师：是的，转基因技术的应用不仅体现在细菌层面，动植物也有许多关于转基因技术的应用。比如：把大白鼠的生长激素基因转入家鼠受精卵内，培育出二倍于普通家鼠的“超级鼠”；把生长激素基因转入鲤鱼的受精卵内，该鱼卵发育成特大的胖鲤鱼；将苏云金杆菌的杀虫蛋白基因转移到棉花等作物体内，培育出转基因作物新品种；新品种作物能有效抵御害虫，不仅提高了作物产量，而且减少了农药对环境的污染；把某种作物的抗除草剂基因转入其他农作物中，培育出具有抗除草剂能力的农作物新品种；科学家还致力于植物抗寒、抗热、抗旱、抗病、抗碱等基因的研究，以期提高农作物适应不良环境的能力；培育出高蛋白含量的马铃薯和玉米，能产生大豆蛋白的水稻，耐储藏的番茄，多色的牵牛花等；培育乙烯含量低的番茄，有利于长期保存、保鲜和运输；将固氮基因转移到小麦、玉米、水稻等作物体内，使其能够像豆科植物那样，获得固定大气中氮的能力。
（五）转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面的应用
教师：转基因技术在制药、遗传病诊治和环境保护方面有哪些具体应用呢？
学生：（学生总结）
教师：不错！
利用基因工程生产药物：利用基因工程使大肠杆菌成为生产胰岛素的“工厂”，利用类似方法生产生长激素、干扰素、凝血因子、溶菌酶等。
利用动物乳腺生产药用蛋白：把控制药用蛋白合成的基因转移到动物体内，用动物乳腺来生产药用蛋白。如利用动物生产重组人血蛋白；培育出转入人溶菌酶基因的奶牛，其乳汁中可以高效表达人溶菌酶。
很多遗传病能够进行基因诊断，如苯丙酮尿症。如果基因诊断的结果确实发现了某人有基因缺陷等问题，可通过转换患者细胞中损坏了的基因或引入正常的基因，使其遗传病得到根治。
目前，在基因水平上治疗遗传病已应用于临床治疗。
转抗虫基因农作物的培育成功，可以极大地减少农药的使用；
把单细胞藻类的氢化酶基因导入大肠杆菌，可以生产清洁氢能源。
科学家创造出多种“超级菌”，有的能分解污染陆地和海洋的石油，有的能吸附污染土壤中的汞、镉等重金属离子。
三、课堂小结
四、课堂训练
1.下列关于基因型与表现型关系的叙述中，错误的是（ B ）
A. 表现型相同，基因型不一定相同
B. 基因型相同，表现型一定相同
C. 在相同生活环境中，基因型相同，表现型一定相同
D. 相同生活环境中，表现型相同，基因型不一定相同
2.下列关于生物变异的叙述中，正确的是（ B ）
A.凡是变异都可遗传
B.生物的变异是普遍存在的
C.变异对生物的生存都是有利的
D.变异都是由于遗传物质的改变
3.水毛茛是一种水生植物，伸出水面的叶片呈扁平状，而长期浸没在水里的叶片深裂呈丝状，水毛叶片的这种性状表现 ( D )
A.只是由基因组成决定的
B.只是由环境决定的
C.与基因组成和环境都无关
D.是基因组成与环境共同作用的结果
4.下列哪种变异不能遗传给后代 ( D )
A.人类的白化病
B.人类的红绿色盲
C.安康羊的短腿性状
D.同一品种小麦，生长在阳光充足处的秆粗穗大
5.“鲁研951”是一种小麦新品种。这种小麦品种源自“鲁原502”和“济麦22”，继承了这两个品种的一些优良特性，产量高、品质好、适应性广和抗病虫害能力强。“鲁研951”于2010年育成，并于2022年通过国家审定。这种育种方法属于（ A ）
A．杂交育种 B．人工选择育种
C．诱变育种 D．基因工程育种
6.中国杂交水稻技术领先世界，为解决全球粮食问题作出了巨大贡献。一生致力于杂交水稻研究，被誉为“杂交水稻之父”的中国科学家是 （　C　）
A．李振声 B．屠呦呦
C．袁隆平 D．杨振宁
7.科学家成功地把人的抗病毒干扰素基因连接到烟草细胞的DNA分子上，使烟草获得了抗病毒能力。这项技术称为（ D ）
A.克隆技术 B.嫁接技术
C.组织培养 D.转基因技术
8.转基因技术在农业上的应用不包括（ D ）
A.培育抗虫农作物
B.增强农作物的抗病性
C.提高农作物适应不良环境的能力
D.增加农药的用量
9.科研工作人员将携带人面蜘蛛的基因注入蚕卵中，此卵孵化的蚕吐出的丝中约含有10%的蜘蛛丝成分，这种生丝更韧更软，在纤维产业有广阔的应用前景。下列各项与该项研究成果原理相同的是（ A ）
A．利用大肠杆菌生产胰岛素
B．克隆猴“中中”“华华”的诞生
C．蝙蝠蛾幼虫被真菌感染后长成冬虫夏草
D．利用野生水稻与普通水稻杂交培育出超级水稻
10.下列药品中不是转基因产品的是（ D ）
A.胰岛素 B.干扰素
C.凝血因子 D.青霉素
五、布置作业
本次教学通过小麦光照实验与生活案例结合，成功验证了表现型受基因与环境共同影响的原理。学生能准确区分可遗传变异与不遗传变异，对杂交育种和转基因技术的应用表现出浓厚兴趣。但存在以下改进空间：实验环节可增加学生自主设计变量环节；转基因技术案例可补充伦理讨论；需加强遗传病诊治等前沿内容的可视化呈现。后续将增设角色辩论活动，深化对生物技术社会影响的理解。