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《基因与性状的关系》教学设计
课题
第五节
基因与性状的关系
单元
第一章
学科
生物
年级
高一
学习目标与核心素养
分析基因—蛋白质—性状的关系，形成生命的物质观。概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象，认识生物的复杂性。1.文化基础：细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的状主要通过蛋白质表现。2.自主发展：生物的性状由基因控制，通过蛋白质表现，认识生物的复杂性。3.社会参与：阐述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象，形成生命的物质观。
重点
生物的性状由基因控制，通过蛋白质表现，认识生物的复杂性。
难点
生物的性状由基因控制，通过蛋白质表现，认识生物的复杂性。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
播放视频《北欧雷鸟》"橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何?水土异也。"像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。北极附近生活着一种雷鸟，它们四季换羽，羽色多变，春夏季为灰褐色，秋季为黄栗色，冬季则为雪白色，在不同季节始终与环境保持一致。可见遗传信息对生物性状的控制，存在着复杂的调控机制。
课前查阅资料，观看视频《北欧雷鸟》，提出问题，分析问题。
观看视频《北欧雷鸟》，分析生物性状趣味问题，联系实例，激发学生的学习兴趣。
讲授新课
提出问题为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异?基因、蛋白质、性状三者间究竟有怎样的关系?为什么生物在不同的发育阶段会先后出现不同的性状?一、基因控制性状1.大多数基因通过___________________控制蛋白质的合成，蛋白质是________________的主要体现者，即基因通过控制蛋白质的合成从而控制___________________。2.资料探究：探究基因、蛋白质、性状的关系基因的碱基序列决定蛋白质的____________，基因碱基序列的改变就可能导致所编码的______________改变，进而使_______________改变，最终影响生物性状。【资料
1】
囊性纤维化是美国高加索人中一种常见的遗传病，每
1800
个人中就有一个患者，每
25
个人中就有一个致病基因携带者。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3
个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。分析讨论①囊性纤维化的根本病因是什么?提示：根本原因是基因突变，编码蛋白质的基因碱基序列缺失3个碱基。囊性纤维病形成机制【资料
2】白化病患者体内缺乏黑色素，全身皮肤呈乳白或粉红色，毛发为白或淡黄色。由于缺乏黑色素的保护，患者皮肤对光线高度敏感，日晒后易发生晒斑和各种光感性皮炎，并可发生基底细胞癌或鳞状细胞癌。白化病的患病原因是患者体内的酪氨酸酶缺乏或功能减退，使得黑色素不能正常合成。分析讨论②什么原因导致酪氨酸酶缺乏而患白化病?提示：白化病的病因是控制酪氨酸的基因异常，导致酪氨酸不能转化为黑色素。③举
1—2例说明基因的碱基序列改变对生物性状的影响。提示：镰刀型贫血症，基因碱基对的替换，导致性状发生改变。④生活中总会接触到生理缺陷者，应该如何与之相处?提示：用平常心态平等对待。如有需要尽能力帮助需要的人。蛋白质是生命活动的________________，且都是_________的产物，因此相关基因中_________可能导致蛋白质的结构和功能改变，从而影响生物性状。①基因决定蛋白质结构，直接控制生物性状，如囊性纤维化是由于_______________________，引起该载体蛋白缺少一个_________________，使得转运氯离子异常，患者呼吸道易发生感染，消化道吸收营养功能减退。②基因决定酶的合成，间接控制生物性状如白化病是由于_________________________而不能合成______________，最终使得皮肤等处的细胞缺乏黑色素。③基因与生物性状的关系并不都是一一对应的线性关系，有些性状可能由_____________________。如人的身高和体重④有的基因可能影响多个性状如控制豌豆花青素合成的基因，既控制花的颜色，又控制叶腋斑点和种皮色泽。⑤环境也会影响基因的表达如玉米种子只在有光的条件下才可能发育成绿色幼苗。二、基因选择性表达1.资料：科学家早就发现，将酵母菌培养在含有乳糖的培养基中时，酵母菌细胞内能产生利用乳糖的酶，把它们转移至不含乳糖的培养基后，利用乳糖的酶就会消失。说明：酵母菌控制利用_____________________，只有乳糖存在时才发挥其功能——通过_________合成相应的酶。这样，酵母菌通过对________________的调控，使得细胞在需要的时间和空间产生相应的蛋白质。2.多细胞生物的个体发育过程是通过细胞的分裂和分化实现的。同一个受精卵有丝分裂产生的子细胞，它们的基因组成相同，为什么会在结构与功能方面出现差异?原因：（1）在个体发育过程中，不同细胞中____________情况是不同的，不同细胞表达合成各自___________，导致细胞______________出现差异，即细胞分化。如胰岛B细胞内合成___________，组成人体眼睛的晶状体细胞合成________________，对于维持细胞基本结构与功能的_______________在绝大多数细胞中均会合成。人体不同细胞具有相同的___________，但在不同的细胞中，各基因是否表达是__________________。（2）在胰岛B细胞、晶状体细胞和神经细胞这3种细胞中，编码_______均有活性，________只在胰岛B细胞中有活性，_______________只在晶状体细胞中有活性。(3)而_____________在这3种细胞中都没有活性，相关基因只在将要形成____________的细胞中才有活性。3.不同类型的细胞或不同发育阶段的细胞都含有__________________，即相同的基因组成，但并非___________________都表达。4.某类型的细胞在发育过程中的某个阶段表达一组________________，其产物不仅决定细胞的_____________，而且决定细胞的____________。5.在细胞中的全部基因只是为生物体提供了生命活动的蓝图，不同细胞在特定时空发生着基因的______________________。6.细胞分化的本质是_______________________的结果，而这种选择性表达的__________________极为复杂，其中涉及对__________________等表观遗传调控。三、表观遗传现象资料1：同卵双胞胎来源于同一个受精卵，具有完全_________，从经典遗传学角度来说，两者应具有完全一样的表型，如体貌特征、生理特征及疾病易感性等。但事实并非如此，随着发育的进行，同卵双胞胎个体之间的____________，___________正是造成这种差异的重要原因之一。[资料2]
各种环境因素可以通过不同的表观遗传机制影响基因的表达。研究人员选取遗传背景完全相同的大鼠幼患，随机分为2组，分别由“负责任”母鼠（善于舔甜和清洁幼患）和“不负责任”母鼠（不善于舔甜和清洁幼患）抚养，结果幼鼠成年后对轻微社交刺激的反应明显不同(如图)。进一步研究得知，幼鼠应激反应的形成与皮质醇受体基因的表达有关，而2组鼠的基因序列是相同的，即DNA碱基序列没有发生变化，但由于母鼠关爱程度的差异造成基因表达模式改变，最终使得幼鼠成年后对外界刺激表现出不同的生理反应。这种________，而基因表达发生____________的现象，称为表观遗传。1.表观遗传生物体基因的____________保持不变，但_______________和表型发生可遗传变化的现象，叫做表观遗传（epigenetic
inheritance）。2.表观遗传形成的原因①经典遗传学将遗传物质的改变置于核心地位，认为生物的变异均是由于____________导致的。而表观遗传学主要研究基因_______________但表型改变的现象。②这种表型改变可能通过多种机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码
RNA
调控等，调控________________。这种调控方式往往可通过___________________，若发生在生殖细胞中，则影响下一代的性状。③中心法则阐述的是遗传信息在____________，而表观遗传学研究的是基因中_________________的调控机制，即遗传信息在体内何时、何处表达，是对________________的补充，是遗传学的重要内容，并且在肿瘤等许多疾病的防治中具有十分重要的意义。④基因与基因之间、基因与基因产物之间，构成了一个相当复杂但又非常精确的相互作用网络，在这个网络系统中还需要考虑_____________的作用。⑤生物体能有序地生长、发育和繁殖，是_________调控的结果。性状是________________相互作用的产物。四、学业检测与巩固练习1.果蝇的眼睛具有红色眼色素时，表现为红眼，而红色眼色素的形成须经一系列生化反应，每一个反应涉及的酶都受相应基因控制。（1）从基因与性状的关系来讲，果蝇的眼色是__________________控制生物性状的实例。（2）现有一只白眼果蝇，出现白眼果蝇的原因可能有哪些?提示：现有一只白眼果蝇，出现白眼果蝇的原因可能有：a、红色眼色素的形成须经一系列生化反应，反应过程中的控制酶合成的基因发生了基因突变；b、控制色素形成的基因发生了基因突变；C、控制色素合成的染色体数量和结构缺d、环境因素影响2.检测某正常人4种细胞中的部分物质，结果如下表。据表回答下列问题∶（1）4种细胞基因种类是否相同?提示：4种细胞都是由同一个受精卵发育而来的，所以基因种类相同。（2）能体现基因通过控制蛋白质结构直接控制生物性状的是_____________（3）由此可见，细胞分化的本质是______________（4）4
种细胞中，tRNA
种类是否相同?提示：(1)4种细胞都是由同一个受精卵发育而来的，所以基因种类相同。
(2)能体现基因通过控制蛋白质结构直接控制生物性状的是镰刀型细胞贫血症，镰刀型细胞贫血症产生的根本原因是基因突变，直接原因是血红蛋白结构异常，说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。
(3)细胞分化的本质是基因选择性表达。
(4)4种细胞中，tRNA种类相同。
【学习活动一】学生阅读课本，带着问题，阅读课文，回答问题。小组讨论，分析相关资料，概括基因控制性状相关概念，回答相关问题分析、概括、小结【学习活动二】学生阅读，分组讨论基因选择性表达资料，回答相关问题。【学习活动三】学生阅读，分析表观遗传现象资料，讨论相关问题，概括相关概念。根据所学，完成相关练习
带着问题，通过阅读，了解基因控制性状，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。分组辩论，引导学生实际案例为证据，通过合乎逻辑的推理判断，分析基因控制性状相关知识。概括基因控制生物性状，提升学生概括能力。通过资料阅读讨论，培养学生获取信息的能力，锻炼学生的语言表达能力，提高学生分析问题，解决问题的能力。通过资料讨论，使学生对表观遗传现象更加直观、深入了解，树立科学意识，提高学生分析能力。回顾旧知，巩固和应用所学知识。
课堂小结
1.大多数基因通过转录、翻译控制蛋白质的合成，蛋白质是生物性状的主要体现者。2.基因的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列，基因碱基序列的改变就可能导致所编码的蛋白质氨基酸序列改变，进而使蛋白质结构与功能改变，最终影响生物性状。3.细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，而这种选择性表达的调控机制极为复杂，其中涉及对染色体的修饰等表观遗传调控。4.遗传信息在体内何时、何处表达，是对中心法则的补充，是遗传学的重要内容，并且在肿瘤等许多疾病的防治中具有十分重要的意义。5.生物体能有序地生长、发育和繁殖，是基因表达调控的结果。性状是基因和环境相互作用的产物。
板书
基因与性状的关系基因控制性状基因、蛋白质、性状二
、基因选择性表达表观遗传现象
DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码
RNA
调控
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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第五节
基因与性状的关系
沪科版
高中生物
学习目标
分析基因—蛋白质—性状的关系，形成生命的物质观。
概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。
概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象，认识生物的复杂性。
1.文化基础：细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的状主要通过蛋白质表现。
2.自主发展：生物的性状由基因控制，通过蛋白质表现，认识生物的复杂性。
3.社会参与：阐述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象，形成生命的物质观。
北欧雷鸟
提出问题
"橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何?水土异也。"像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。北极附近生活着一种雷鸟，它们四季换羽，羽色多变，春夏季为灰褐色，秋季为黄栗色，冬季则为雪白色，在不同季节始终与环境保持一致。可见遗传信息对生物性状的控制，存在着复杂的调控机制。
为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异?
基因、蛋白质、性状三者间究竟有怎样的关系?
为什么生物在不同的发育阶段会先后出现不同的性状?
一、基因控制性状
1.大多数基因通过___________________控制蛋白质的合成，蛋白质是________________的主要体现者，即基因通过控制蛋白质的合成从而控制___________________。
转录、翻译
生物性状
生物的性状
2.资料探究：探究基因、蛋白质、性状的关系
基因的碱基序列决定蛋白质的_____________________，基因碱基序列的改变就可能导致所编码的_________________________改变，进而使_____________________________改变，最终影响生物性状。
氨基酸序列
蛋白质氨基酸序列
蛋白质结构与功能
【资料
1】
囊性纤维化是美国高加索人中一种常见的遗传病，每
1800
个人中就有一个患者，每
25
个人中就有一个致病基因携带者。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3
个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。
①囊性纤维化的根本病因是什么?
分析讨论
提示：根本原因是基因突变，编码蛋白质的基因碱基序列缺失3个碱基。
囊性纤维病形成机制
正常的形成机制
患者的形成机制
编码CFTR蛋白的基因正常
CFTR蛋白正常
CFTR转运氯离子的功能正常
表现正常
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
CFTR蛋白异常，缺少苯丙氨酸
CFTR转运氯离子的功能异常
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染。
基因
蛋白质结构
功能
性状
白化病患者体内缺乏黑色素，全身皮肤呈乳白或粉红色，毛发为白或淡黄色。由于缺乏黑色素的保护，患者皮肤对光线高度敏感，日晒后易发生晒斑和各种光感性皮炎，并可发生基底细胞癌或鳞状细胞癌。白化病的患病原因是患者体内的酪氨酸酶缺乏或功能减退，使得黑色素不能正常合成。
【资料
2】
④生活中总会接触到生理缺陷者，应该如何与之相处?
分析讨论
②什么原因导致酪氨酸酶缺乏而患白化病?
③举
1—2例说明基因的碱基序列改变对生物性状的影响。
提示：白化病的病因是控制酪氨酸的基因异常，导致酪氨酸不能转化为黑色素。
提示：镰刀型贫血症，基因碱基对的替换，导致性状发生改变。
提示：用平常心态平等对待。如有需要尽能力帮助需要的人。
3.蛋白质是生命活动的________________，且都是________________的产物，因此相关基因中_____________________可能导致蛋白质的结构和功能改变，从而影响生物性状。
主要承担者
基因表达
碱基序列的变化
①基因决定蛋白质结构，直接控制生物性状，
如囊性纤维化是由于_______________________，引起该载体蛋白缺少一个_________________，使得转运氯离子异常，患者呼吸道易发生感染，消化道吸收营养功能减退。
基因碱基序列改变
氨基酸
如白化病是由于_________________________而不能合成______________，最终使得皮肤等处的细胞缺乏黑色素。
②基因决定酶的合成，间接控制生物性状
基因碱基序列改变
酪氨酸酶
③基因与生物性状的关系并不都是一一对应的线性关系，有些性状可能由_____________________。
如人的身高和体重
多对基因控制
如玉米种子只在有光的条件下才可能发育成绿色幼苗。
④有的基因可能影响多个性状
如控制豌豆花青素合成的基因，既控制花的颜色，又控制叶腋斑点和种皮色泽。
⑤环境也会影响基因的表达
二、基因选择性表达
1.资料：科学家早就发现，将酵母菌培养在含有乳糖的培养基中时，酵母菌细胞内能产生利用乳糖的酶，把它们转移至不含乳糖的培养基后，利用乳糖的酶就会消失。
酵母菌控制利用_____________________，只有乳糖存在时才发挥其功能——通过_________________合成相应的酶。这样，酵母菌通过对________________的调控，使得细胞在需要的时间和空间产生相应的蛋白质。
说明：
乳糖的酶的基因
转录与翻译
基因表达
2.多细胞生物的个体发育过程是通过细胞的分裂和分化实现的。同一个受精卵有丝分裂产生的子细胞，它们的基因组成相同，为什么会在结构与功能方面出现差异?
（1）在个体发育过程中，不同细胞中____________________情况是不同的，不同细胞表达合成各自____________________________，导致细胞_____________________________出现差异，即细胞分化。
原因：
基因的表达
特定的一组蛋白质
形态、结构与功能
如胰岛B细胞内合成___________，组成人体眼睛的晶状体细胞合成________________，对于维持细胞基本结构与功能的_______________在绝大多数细胞中均会合成。人体不同细胞具有相同的___________，但在不同的细胞中，各基因是否表达是__________________。
胰岛素
晶状体蛋白
核糖体蛋白
基因组成
有选择性的
（2）在胰岛B细胞、晶状体细胞和神经细胞这3种细胞中，编码________________________均有活性，________________只在胰岛B细胞中有活性，______________________只在晶状体细胞中有活性。
(3)而_____________________在这3种细胞中都没有活性，相关基因只在将要形成____________的细胞中才有活性。
核糖体蛋白的基因
胰岛素基因
晶状体蛋白基因
血红蛋白基因
红细胞
3.不同类型的细胞或不同发育阶段的细胞都含有__________________，即相同的基因组成，但并非___________________都表达。
相同的
DNA
所有的基因
4.某类型的细胞在发育过程中的某个阶段表达一组________________，其产物不仅决定细胞的_____________，而且决定细胞的____________。
5.在细胞中的全部基因只是为生物体提供了生命活动的蓝图，不同细胞在特定时空发生着基因的______________________。
特定的基因
形态结构
生理功能
选择性表达
6.细胞分化的本质是_______________________的结果，而这种选择性表达的__________________极为复杂，其中涉及对__________________等表观遗传调控。
基因选择性表达
调控机制
染色体的修饰
三、表观遗传现象
来源于同一个受精卵，具有完全__________________，从经典遗传学角度来说，两者应具有完全一样的表型，如体貌特征、生理特征及疾病易感性等。但事实并非如此，随着发育的进行，同卵双胞胎个体之间的______________________，___________________正是造成这种差异的重要原因之一。
资料1：同卵双胞胎
相同的
DNA
差异会逐渐增大
"表观遗传"
[资料2]
各种环境因素可以通过不同的表观遗传机制影响基因的表达。研究人员选取遗传背景完全相同的大鼠幼患，随机分为2组，
分别由“负责任”母鼠（善于舔甜和清洁幼
患）和“不负责任”母鼠（不善于舔甜和清
洁幼患）抚养，结果幼鼠成年后对轻微社交刺
激的反应明显不同(如图)。进一步研究得知，
幼鼠应激反应的形成与皮质醇受体基因的表达
有关，而2组鼠的基因序列是相同的，即DNA
碱基序列没有发生变化，但由于母鼠关爱程度
的差异造成基因表达模式改变，最终使得幼鼠成年后对外界刺激表现出不同的生理反应。
小鼠性状改变的原因是什么？
这种____________________，而基因表达发生______________________的现象，称为表观遗传。
DNA序列不变
可遗传的变化
生物体基因的____________保持不变，但_______________和表型发生可遗传变化的现象，叫做表观遗传（epigenetic
inheritance）。
2.表观遗传形成的原因
环境
DNA甲基化
诱发
1.表观遗传
碱基序列
基因表达
②这种表型改变可能通过多种机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码
RNA
调控等，调控________________。这种调控方式往往可通过___________________，若发生在生殖细胞中，则影响下一代的性状。
①经典遗传学将遗传物质的改变置于核心地位，认为生物的变异均是由于__________________________导致的。而表观遗传学主要研究基因_____________________但表型改变的现象。
DNA碱基序列改变
碱基序列不变
基因的表达
有丝分裂延续
④基因与基因之间、基因与基因产物之间，构成了一个相当复杂但又非常精确的相互作用网络，在这个网络系统中还需要考虑_____________的作用。
③中心法则阐述的是遗传信息在__________________，而表观遗传学研究的是基因中______________________________的调控机制，即遗传信息在体内何时、何处表达，是对________________的补充，是遗传学的重要内容，并且在肿瘤等许多疾病的防治中具有十分重要的意义。
⑤生物体能有序地生长、发育和繁殖，是______________调控的结果。性状是________________相互作用的产物。
细胞内的传递
碱基序列不变而表型改变
中心法则
环境因子
基因表达
基因和环境
四、学业检测与巩固练习
1.果蝇的眼睛具有红色眼色素时，表现为红眼，而红色眼色素的形成须经一系列生化反应，每一个反应涉及的酶都受相应基因控制。
（1）从基因与性状的关系来讲，果蝇的眼色是
___________________________________________控制生物性状的实例。
（2）现有一只白眼果蝇，出现白眼果蝇的原因可能有哪些?
基因通过控制酶的合成从而控制生物性状
提示：现有一只白眼果蝇，出现白眼果蝇的原因可能有：a、红色眼色素的形成须经一系列生化反应，反应过程中的控制酶合成的基因发生了基因突变；b、控制色素形成的基因发生了基因突变；C、控制色素合成的染色体数量和结构缺d、环境因素影响
2.检测某正常人4种细胞中的部分物质，结果如下表。
据表回答下列问题∶
（1）4种细胞基因种类是否相同?
提示：4种细胞都是由同一个受精卵发育而来的，所以基因种类相同。
（2）能体现基因通过控制蛋白质结构直接控制生物性状的是
__________________________
（3）由此可见，细胞分化的本质是____________________________________
（4）4
种细胞中，tRNA
种类是否相同?
镰刀型细胞贫血症
细胞分化的本质是基因选择性表达
提示：4种细胞中，tRNA种类相同。
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