《生物基础》电子教案
车辐中等专业学校 吴中敏
【教 材】王社光、刘 强。《生物基础》.高等教育出版社.2005.6.第1 版
【课 题】第4章 《生物的遗传基础》
第一节 遗传的分子基础
【教学目标】：
知识与技能：通过学习了解dna是主要的遗传物质，掌握dna分子的结构特点和复制过程，理解基因对性状的控制。
过程与方法：通过学习和老师的讲解，增进学生对知识的理解和记忆，培养学生的理解和分析问题的能力
情感态度与价值观：通过学习，使学生的科学态度、思想情趣得到陶冶，培养一种严谨的求知态度；通过科学家的不怕苦精神和对自然界的自然现象探究，培养学生一种热爱大自然和追求真理的牺牲精神。
【教学重点、难点】
重点：dna分子的双螺旋型结构和复制
难点：基因对性状的控制
【课时安排】2学时
【主要教学方法】：讲授、模型展示、讨论小结
【教学用具】：挂图、模型
【教学过程】
第4章 《生物的遗传基础》
第一节 遗传的分子基础
一、 dna是主要的遗传物质
1、染色体主要是由蛋白质和dna组成的。
dna是遗传物质,在病毒中,rna是遗传物质。
2、dna主要存在于细胞核内的染色体中,少量的存在于叶绿体和线粒体等细胞器中。
二、 dna分子的结构和半保留复制复制
(一)dna分子的结构
1、dna是由4种脱氧核苷酸组成的一种高分子化合物, dna分子的呈双螺旋型结构(图41)。
2、dna分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸,组成脱氧核糖核苷酸的碱基有4种:腺嘌呤(a)、鸟嘌呤(g)、胞嘧啶(c)和胸腺嘧啶(t), dna分子就是由多个脱氧核糖核苷酸聚合成为脱氧核糖核苷酸链。
3、dna分子的立体结构的主要特点
(1) dna分子是由两条链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2) dna分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。
(3) 、dna分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律: a(腺嘌呤)一定与t(胸腺嘧啶)配对; g(鸟嘌呤)一定与c(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应关系,称碱基互补配对原则。
4、生物多样性
在dna分子的双螺旋结构中,虽然组成它的碱基只有4种,但碱基对的排列顺序却是千变万化的,从而构成了dna分子中碱基对排列方式的多种多样,也使地球上的生物多种多样,千差万别。不同的排列方式包含不同的遗传信息,这就构成了dna分子的多样性。这是生物具有多样性和生物个体间存在差异的根本原因。
(二) dna分子的复制
一个dna分子解旋碱基互补配对延伸2个完全相同的dna分子这种复制方式称半保留复制。(图4 2 dna分子的复制图解)
1、dna分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。
2、通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
3、dna分子通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保持了遗传信息的稳定性和连续性。
三、基因对性状的控制
基因是决定生物性状的基本单位,基因对性状的控制是通过dna
分子控制蛋白质的合成来实现的。
(一)基因——具有遗传效应的dna片段
每一条染色体只含有1个dna分子,每个dna分子上有很多个基因,每个基因中又可以含有成百上千个脱氧核糖核苷酸。由于不同基因的脱氧核糖核苷酸排列顺序不同,所以不同的基因就含有不同的遗传信息。
基因的复制是通过dna分子的复制来完成的。
(二)基因的表达
基因的表达:基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代,还可以使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上,从而使后代表现出与亲代相似的性状,遗传学上把这一过程称之基因的表达。
基因的表达是通过dna控制蛋白质的合成来实现的。遗传信息表达的关键是控制蛋白质的合成,因为生物所有的性状都是由蛋白质决定的。
dna主要存在于细胞核中,而蛋白质的合成是在细胞质中进行的。rna作为媒介。在细胞核中先把dna的遗传信息传递给rna,然后,rna进入细胞质,在蛋白质合成中起模板作用。因此,基因控制蛋白质合成的过程包括两个阶段———“转录”和“翻译”。
1、转录
转录:是在细胞核内进行的。它是指以dna的1条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成rna。rna只有1条链,它的碱基组成与dna的不同。 rna中的碱基也有4种: a、 g、 c、 u(尿嘧啶),没有碱基t(胸腺嘧啶)。因此,在以dna为模板合成rna时,需要以u代替t与a配对
(图4 3 )。这样,dna分子就把遗传信息传递到rna上,这种rna称为信使rna(简写为mrna)。图4 3 转录过程示意图
2、翻译
翻译:是在细胞质中进行的。它是指以信使rna为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
信使rna(mrna)在细胞核中合成以后,从核孔进入到细胞质中,与核糖体结合起来(图4 4 )。核糖体是细胞内利用氨基酸合成蛋白质的场所。
转运rna(简写为trna)：转运rna的种类很多,但是,每种转运rna只能识别并转运1种氨基酸。这是因为在转运rna的一端是携带氨基酸的部位,另一端有3个碱基,每个转运rna的这3个碱基,都只能专一地与信使rna上特定的3个碱基(密码子)配对。当转运rna运载着1个氨基酸进入到核糖体以后,就以信使rna为模板,按照碱基互补配对原则,把转运来的氨基酸放在相应的位置上。转运完毕以后,转运rna离开核糖体,又去转运下一个氨基酸。当核糖体接受两个氨基酸以后,第二个氨基酸就会被移至第一个氨基酸的位置上,并通过肽键与第一个氨基酸连接起来,与此同时,核糖体在信使rna上也移动3个碱基的位置,为接受新运载来的氨基酸做好准备。上述过程如此往复地进行,肽链也就不断地延伸,直到信使rna上出现终止密码子为止。肽链合成以后,从信使rna上脱离,再经过一定的盘曲折叠,最终合成1个具有一定氨基酸顺序、有一定功能的蛋白质分子。
小结: dna分子的脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定了信使rna中核糖核苷酸的排列顺序,信使rna中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序,氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性,从而使生物体表现出各种遗传性状。
3、“中心法则”
dna自我复制通过转录形成rna然后通过转译形成形成蛋白质，称为“中心法则”。
“中心法则”可以看出,遗传信息的流动方向有3种：
一是:遗传信息可以从dna流向dna,即完成dna的自我复制过程, 二是遗传信息可以从dna流向rna,进而流向蛋白质,即完成遗传信息的转录和翻译过程。
三是在某些病毒中,rna也可以自我复制,并且还发现,在一些病毒蛋白质的合成过程中,rna可以在逆转录酶的作用下合成dna。因此,在某些病毒中,遗传信息可以沿图中的虚线方向流动,上述逆转录过程以及rna自我复制过程的发现,补充和发展了“中心法则”。
(三)基因对性状的控制
基因通过控制蛋白质的合成来完成对性状的控制。基因的基本功能包括两个方面:
一是自我复制,通过dna的半保留复制把遗传信息从亲代传给子代。
二是基因能够通过控制蛋白质的合成来决定生物的性状。
例如,正常人的皮肤、毛发等处的细胞中有一种酶,即酪氨酸酶,它能够将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶,那么这个人就不能合成黑色素,而表现出白化症状,即“白化症”。
◆习题与答案：
1、举例说明dna是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。
2、什么是碱基互补配对原则?它对dna分子的复制有何意义?
3、从dna分子的结构可以看出,它本身既能保持相对的稳定,相互间又千差万别。谈谈你对这个问题的认识。
4、dna分子是如何进行复制的？其结构有何特点？
◆答案
1、答：1944年,科学家艾弗里和他的同事们从s型的活细菌中提取出了dna、蛋白质和多糖等物质,发现dna在其中起关键决定作用,这个发现证明dna是遗传物质而蛋白质不是遗传物质。
2、答：dna分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律: a(腺嘌呤)一定与t(胸腺嘧啶)配对; g(鸟嘌呤)一定与c(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应关系,称碱基互补配对原则。
意义：标志着分子生物学的诞生
3、答：保证了生物的遗传性和多样性。
4、答：复制：一个dna分子解旋碱基互补配对延伸2个完全相同的dna分子这种复制方式称半保留复制。
(1)、dna分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。
(2)、通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(3)、dna分子通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保持了遗传信息的稳定性和连续性。
结构特点：(1) 、dna分子是由两条链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2) 、dna分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。
(3)、碱基互补配对原则。
◆板书设计：
第一节 遗传的分子基础
一、 dna是主要的遗传物质
二、 dna分子的结构和半保留复制复制
(一) 、dna分子的结构
(二)、 dna分子的复制
三、基因对性状的控制
(一)基因——具有遗传效应的dna片段
(二)基因的表达
1、转录
2、翻译
3、“中心法则”
(三)基因对性状的控制
课后评价与思考：了解dna是主要的遗传物质，dna分子复制和基因对性状的控制
是本节的重点，应该说本节内容比较抽象，名词也比较多，学生的学习有一定的难度，通过挂图和模型，比较好的解决了这一问题，同时通过练习达到巩固的目的。
《生物基础》电子教案
车辐中等专业学校 吴中敏
【教 材】王社光、刘 强。《生物基础》.高等教育出版社.2005.6.第1 版
【课 题】第4章 《生物的遗传基础》
第二节 遗传的基本规律
【教学目标】：
知识与技能：通过学习，掌握遗传三大定律，基因分离定律、基因自由组合定律基因、连锁和交换定律，并能能运用这些定律分析问题
过程与方法：通过实例分析和讲解，加深学生对知识的理解，并运用一些练习，增强学生对知识的理解。
情感态度与价值观：通过学习，让学生明白任何事情都有其自身规律，只有树立正确的人生观、世界观和价值观，人活着才有意义。
【教学重点、难点】
重点：遗传三大定律
难点：运用遗传三大定律分析问题和解决问题
【课时安排】：3学时
【主要教学方法】：讲授、例子分析、讨论
【教学用具】：挂图
【教学过程】
第4章 《生物的遗传基础》
第二节 遗传的基本规律
奥地利人孟德尔,进行了著名的豌豆杂交试验,最先揭示出了遗
传的两个基本规律——基因分离定律和基因自由组合定律。在孟德尔之后,美国的遗传学家摩尔根及其合作者,以果蝇为材料,进行杂交试
验,揭示出了遗传的第三个基本规律———基因连锁和交换定律。这3个定律就是人们通常所说的遗传三大定律。
(一)、孟德尔的实验材料和方法
孟德尔( 1822 — 1884 )是奥地利布隆(现在是捷克的布尔诺)的神父。1856年,他选用34个豌豆品种在教堂的园地里种植,经过8年的杂交试验后,于1865年发表了《植物杂交试验》论文,首次提出了分离定律和自由组合定律。后来,人们把这两大定律称为孟德尔遗传定律。
1、孟德尔的实验材料
孟德尔选用的实验材料是豌豆,这是因为:
( 1 )豌豆是自花授粉植物,而且为闭花授粉。
( 2 )豌豆具有稳定的可以区分的性状。
如有些品种的植物开红花,有些开白花;有些结黄色种子,有些结
绿色种子。
( 3 )豌豆花器各部分结构较大,便于操作,易于控制。
( 4 )豌豆豆荚成熟后籽粒都留在豆荚中,不会脱落,对籽粒都能准确计数。
2、孟德尔的实验方法
孟德尔的实验方法十分科学,他从单因子试验到多因子试验,即从1对相对性状的研究到两对相对性状的研究。同时,采用“定量”研究的方法:即对杂种每一个世代中的每一种类型的植株进行逐一统计,分析各类型植株数之间的统计关系。通过分析,提出了一套完整的理论,
并对理论进行实验验证。这一套完整的实验方法是他成功的保证。
(二)、一对相对性状的遗传试验
孟德尔用纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆做亲本(用p表示)进行杂交,不论用高茎豌豆做母本(正交),还是做父本(反交),杂交后产生的第一代(简称子一代,用f1表示)总是高茎的。子一代高茎植株自交,看到在第二代(简称子二代,用f2表示)植株中,除了有高茎的外,还有矮茎的(图4 5 )。他认为矮茎性状在子一代中并没有消失,只是隐而未现。于是,孟德尔把在杂种子一代中显现出来的性状,称做显性性状,如高茎;把未显现出来的性状,称做隐性性状,如矮茎。他发现,在所得到的1064株子二代植株的豌豆中,表现出来的现象为:787株是高
茎,277株是矮茎,高茎与矮茎的数量比接近于3 ∶ 1 。这种在杂种后代中,同时出现显性性状和隐性性状的现象,在遗传学上称做性状分离。接着,孟德尔又做了其他6对相对性状的杂交试验,观察了数千株豌豆的杂交情况,并且对每一对相对性状的试验结果都进行了统计学
分析,最后都得到了与上述试验相同的结果:子一代只表现出显性性状;子二代出现了性状分离现象,并且显性性状与隐性性状的数量比接近于3 ∶ 1(表4 2 )。
(三)、对分离现象的解释
问题：在上述豌豆的杂交试验中,为什么子一代只出现显性性状,子二代却出现了性状分离现象,分离比接近于3 ∶ 1呢?
孟德尔认为,生物体的性状都是由遗传因子(后来改称为基因)控
制的。控制显性性状(如高茎)的基因是显性基因,用大写英文斜体字母(如d)来表示;控制隐性性状(如矮茎)的基因是隐性基因,用小写英文字母(如d)来表示(图4 6 )。在生物的体细胞中,控制性状的基因都是成对存在的。如纯种高茎豌豆的体细胞中含有成对的基因dd,纯种矮茎豌豆的体细胞中含有成对的基因dd。生物体在形成生殖细胞———配子时,成对的基因彼此分离,分别进入相应的配子中。因此,纯种高茎豌豆的配子只含有一个显性基因d,纯种矮茎豌豆的配子只含有一个隐性基因d。当受精时,雌雄配子结合,合子中的基因又恢复成对,如基因d与基因d在f1体细胞中又结合成dd。由于基因d对基因d的显性作用,所以只表现为高茎。在f1 ( dd)自交产生配子时,同样,基因d和基因d又会分离,这样f1产生的雄配子和雌配子就各有两种:一种含有基因d,一种含有基因d,并且这两种配子的数目相等。当受精时,雌雄配子随机结合,f2便出现3种基因组合: dd、 dd和dd,并且它们之间的数量比接近于1 ∶ 2 ∶ 1 。由于基因d对基因d的显性作用,f2在性状表现上只有两种类型:高茎和矮茎,并且这两种性状之间的数量比接近3∶1 (图4 7)。
在豌豆高茎和矮茎这一对相对性状的杂交试验中,f2中共出现了3种基因组合的植株dd、dd和dd,其中基因组合为dd和dd的植株,是由相同基因的配子结合成的合子发育成的个体,称纯合子(体),而基因组合为dd的植株,是由不同基因的配子结合成的合子发育成的个体,称杂合子(体)。纯合子能够稳定地遗传,它的自交后代不会再发生性状
分离;杂合子不能稳定地遗传,它的自交后代还会发生性状分离。
(四)对性状分离现象的分析
孟德尔为了分析他对前述性状分离现象的解释是否正确,又设计
了另一个分析试验———测交试验(图4 8 )。测交就是让f1代与隐性纯合子杂交,这个方法可以用来测定f1的基因是怎样组合的。对测交试验的解释是:子一代f1 ( d d)在与隐性纯合子( dd)杂交时,f1应该可以产生含有基因d和基因d的两种配子,并且d与d的数目相等;而隐性纯合子( dd)只能产生一种含有基因d的配子。孟德尔预言,测交试验产生的后代,应该一半数目是高茎( d d),另一半数目是矮茎( dd),即这两种性状后代的数量比应该接近1 ∶ 1 (高茎∶矮茎)。他用子一代高茎豌豆( dd)与亲本矮茎豌豆( dd)进行杂交。结果,在得到的64株后代中,30株是高茎,34株是矮茎,即这个杂交试验结果符合孟德尔预言的这两种性状的分离比:接近1 ∶ 1 ,从而证明了f1是杂合子( dd),并且证明了f1在形成配子时,成对的基因发生了分离,分离后的基因分别进入到不同的配子中。
(五)、基因分离定律的实质
基因位于染色体上,并且成对的基因正好位于一对同源染色体上。因此,生物体在进行减数分裂时,成对的染色体上的基因会随着同源染色体的分开而分离。在遗传学上,把位于一对同源染色体的相同位置上,控制着相对应性状的一对基因,称做等位基因。例如,d和d就是等位基因。上述基因与染色体之间关系的阐明,从本质上解释了性状分离现
象(图4 9 )。
基因分离定律的实质是：在杂合子的细胞中,位于一对同源染色体上的等位基因,具有一定的独立性。生物体在进行减数分裂形成配子时,等位基因会随着同源染色体的分开而分离,分别进入到两个配子中,独立地随配子遗传给后代。
(六)、基因型和表型
在遗传学上,把生物个体表现出来的性状称做表型,如豌豆的高茎和矮茎;把与表型有关的基因组成称做基因型,如高茎豌豆的基因型是dd或d d,矮茎豌豆的基因型是dd。通过豌豆的杂交试验我们知道,生物个体的基因型在很大程度上决定了生物个体的表型。例如,含有显性基因d(基因型dd、 dd)的豌豆,表现为高茎;只含隐性基因d(基因型dd)的豌豆,表现为矮茎。可见,基因型是性状表现的内在因素,而表型则是基因型的表现形式。生物体在整个发育过程中,不仅要受到内在因素基因的控制,还要受到外部环境条件的影响。例如,同一株植物幼苗,在光照下叶子呈绿色,在不见光的条件下为黄色。这种现象表明,在不同的环境条件下,同一种基因型的个体,可以有不同的表型。因此,表型是基因型与环境相互作用的结果。
显性的相对性：具有一对相对性状的两个纯合亲本杂交,f1的全部个体都表现出显性性状,并且在表现程度上和显性亲本完全一样,这种显性表现称完全显性。
在生物性状的遗传中,如果f1的性状表现介于显性和隐性的亲本
之间,这种显性表现称做不完全显性。例如,在紫茉莉的花色遗传中,纯合的红色花( rr)亲本与纯合的白色花( rr)亲本杂交,f1的表型既不是红色花,也不是白色花,而是粉色花( rr)。 f1自交后,在f2中出现了3种表型:红色花、粉色花和白色花,并且它们之间的分离比是
一、名词解释：染色体变异、基因突变
二、简答题
1、染色体结构和染色体数目的变化的变化有些？
2、基因突变对生物进化有何意义？
一、答：染色体变异：是指染色体结构的改变和数目的变化基因突变：是指在染色体结构中,基因某一位点上遗传物质的改变。
二、答：1、染色体结构的改变常见的有缺失、重复、倒位、易位4种。
缺失：相对于亲本来说,子代染色体少了某一片段,称缺失。
重复：染色体增加了某一片段而,称为重复。
倒位,：同一染色体某一片段发生了位置的颠倒,称倒位,
易位：非同源染色体之间片段的交换,称易位。
染色体数目的变化是增减一条或几条染色体,或者是减少一组或增加一至若干组的染色体。
2、基因突变对生物进化有意义有：
(1)、形成新品种；
(2)、提高植物产量；
(3)、提高植物抗病性；
(4)、改善作物的品质。
◆板书设计：
第三节 生物的变异
一、染色体变异
(一)、染色体结构的改变
(二)、染色体数目的变化
(三)、类染色体核型
二、基因突变
1、基因突变在生物界中是普遍存在的
2、基因突变是随机发生的
3、在自然条件下,一切生物的基因都可以发生自然突变
4、大多数基因突变对生物体是有害的
5、基因突变是不定向的
◆ 课后评价与思考：
