生物的遗传物质 ——基因的奥秘

1 / 12 生物的遗传物质 基因的奥秘 生物的遗传物质 基因的奥秘 一、教材分析： 本节课为第十三章第二节生物的遗传物质的第一部分 基因的奥秘。学生在对于生物性状的遗传有了一定了解之后，一定想进一步究竟是什么控制着这样神奇的遗传过程。因此顺水推舟地向学生介绍基因的奥秘，解释遗传物质的存在。 二、设计思想： 这部分内容虽然是学生非常感兴趣的，但对于初二的学生，在没有物理、化学知识的基础上，学习和理解这部分内容是十分困难的。因此，在教学设计时为学生提供了大量的感性材料，以基因的发现历史为线索 ，向学生讲授知识。 三、教学目标： 1知识目标： （）能够知道科学家研究基因的大体历程 （）列举基因位于染色体上的资料 （）表述染色体、 DNA 和基因的关系；从基因的遗传功能角度 （）简述基因控制生物性状遗传的大体过程。 2能力目标： （ 1）学生通过解读科学家研究基因的史料和形成基因概念2 / 12 的学习活动，培养信息的处理能力。 （ 2）结合对有关基因功能信息的整理和归纳，培养学生的理解能力和语言表达能力 3情感、态度价值观 （ 1）在解读科学叫研究基因的史料过程中，使学生体会科学家们的 科学态度和严谨治学精神。 （ 2）认识基因的本质、作用和变化，使学生增强唯物和辩证的科学自然观 四、重点难点及解决方法 基因存在的位置；染色体与基因、 DNA 之间的关系 解决方法：提供大量感性材料，以基因的发现历史为线索，讲授知识 五、教学媒体： 1.多媒体课件； 双螺旋模型 六、板书设计 第二节生物的遗传物质 一、基因的奥秘 1、基因存在的场所：细胞内 细胞核内一细胞核内的染色体上 2、染色体的结构特点： 1)成对出现说明： 一对染色体包含： 2 条染色体、 3 / 12 2)一条染色体由一个 DNA分子和蛋白质折叠而成 2个 DNA分子、数万个基囚 3)一个基因相当于 DNA 分子上的一个片断 染色体成对出现，染色体上的基因、 DNA 也成对出现。 基因是含有特定遗传信息的 DNA 分子片断，是控制生物性状的功能单位，染色体是基因的载体 七、教学过程 阶段目标教师活动学生活动媒体 导入 （通过旧知识引出新问题）提问：通过上节课的学习，我们知道了生物的性状是由基因控制的，而亲子代间的相似性是由于亲代将什么物质传给了子代呢 ?是由于亲代将控制性状的基因传给了子代。 讲述：在遗传的过程中，控制生物性状的基因由亲 代传给了子代。 设问：基因在哪里？基因又是什么？ 讲述：共同探索基因的奥秘 基因的奥秘提问：根据已有的知识猜想，基因存在于哪里？细胞核中 讲述：细胞核中存在遗传物质，科学家用了 50 多年的时间，弄清了什么是基因，基因在哪里 细胞核经过酸固定后可以被碱性染料染上颜色，染上颜色的4 / 12 这 些 物 质 呈 线 状 结 构 ， 科 学 家 把 它 们 称 为 染 色 质（ chromatin） 细胞进行分裂的时候，染色质紧密缠绕，形成了非常紧密的结构称为染色体（ chromosome），染色体主要是由蛋白质和脱氧核糖核酸（ deoxyribonucleicacid，简写为 DNA）构成。 1902 年，萨顿研究蝗虫的有性生殖时发现染色体在原始生殖细胞中有 12 对，在精子和卵细胞的形成过程中染色体分开，各有 12 条。猜想 “ 正是染色体携带着遗传因子从亲代传递到子代 ” 。 提问： (1)我们每个人所表现出来的性状有多少种？ (2)那么决定这些性状的基因呢，有多少种？ (3)这么多的基因在细胞核内是随便的存在，犹如一盘散沙吗？ (1)每个人都有很多很多的性状。 (2)决定这些性状的基因也有很多很多种。 (3)基因在细胞核内不是杂乱无章的，它们是按一定的规律存在 的。 讲述：染色体是遗传信息的携带者，决定生物性状的遗传基因（ gene）以线性形式排列在染色体上，所以基因就是染色体上具有控制生物性状的 DNA 片段。 DNA 就是细胞核中的遗传物质，性状就是靠遗传物质来传递的 DNA 的结构呈双螺旋。 1953 年，美国生物科学家沃森（ Watson）和英国物理学家克里克（ crick）发现了 DNA 分5 / 12 子的双螺旋结构，这一发现是 20 世纪最伟大的科学发现之一 讨论：这幅图显示的是 条染色体的结构以及它与 DNA 的关系。请同学们先自己观察，然后再以小组为单位进行讨论，然后请简单的描述一下染 色体的结构 染色体是由一些物质经过螺旋、盘绕和折叠后形成的，而这些物质又是由 DNA 与蛋白质共同组成的，也就是说 DNA 与蛋白质组合起来经过螺旋、盘绕和折叠后就形成了染色体。演示染色体与 DNA 关系示意图的幻灯片 提问：分子在折叠成染色体的时候有没有中断？是一个 DNA分子经过折叠后形成了一条染色体，还是多个 DNA 分子折叠后形成了一条染色体 ? 2.一条染色体就是由一个 DNA 分子经过螺旋、盘绕和折叠后形成的。那么一条染色体中含有几个 DNA 分子，一对染色体呢 ?分子在折叠的过程中好像没有中断，好像是一个 DNA分子折叠成厂一条染色体 2.一条染色体由一个 DNA 分子形成，那么一对染色体中就含有两个 DNA 分子。 提问：（ 1）现在有一项技术叫做 DNA 亲子鉴定，请大家想一想为什么叫 DNA 亲子鉴定，这说明了什么 ? （ 2）每条染色体包含一个 DNA 分子，而存在数万个基因，6 / 12 那这么多的基因与一个 DNA 分子应该是什么关系 ? （ 1）亲代遗传给子代的是基因，要想鉴别亲子关系，实际上就是要鉴别基因型，而这项技术叫做 DNA 亲子鉴定，说明鉴别 DNA 就是鉴别基因。 （ 2）如果基因就是 DNA，那么一条染色体上有数万个基因，而只含有一个 DNA 分子，说明每个基因应该只是 DNA 分子的一部分。 讲述：确实如此，一个 DNA 分子中包含数万个基因，每个基因就是一个 DNA 分子的片断。就好像一个 DNA 分干可以分成数万段，而每一个片断就是一个基因。 提问：总结一下染色体、 DNA 分子、基因三者的关系基因是含有特定遗传信息的 DNA 分子片断，是控制生物性状的功能单位，染色体是基因的载体 开放式结束讲述：通过学习揭开了基因之谜。基因是含有特定遗传信息的 DNA 分子片断，是控制生物性状的功能单位，染色体是基因的载体演示基因、 DNA、蛋白质的录像 附 录：基因科学大事记 1859 年，英国生物学家达尔文发表物种起源，第一次用大量事实和系统的理论论证 1865 年 瑞士科学家米歇尔发现核酸。 1866 年，奥地利生物学家孟德尔发表论文 “ 植物杂交试验 ” ，提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子7 / 12 学说。 1879 年，德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体。 1903 年，美国细胞学家萨顿发现了遗传因子与染色体的平行关系，提出了遗传的染色体学说。 1915 年，美国生物学家摩尔根创立了现代遗传学的基因学说。 1924 年，德国细胞学家福尔根发现了核糖核酸（ RNA）和脱氧核糖核酸（ DNA）。 1927 年，美国遗传学家缪勒发现 X 射线照射可人工诱使遗传基因发生突变。 1929 年，俄裔美国生物化学家列文发现核酸碱基的主要成份是腺膘呤、鸟膘呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶。 1938 年美国生物学家、遗传学家比德尔与美国生物化学家塔特姆提出遗传基因通过一定的化学反应起作用的理论。 1943 年，德裔美国生物学家、物理学家德尔布吕克，意大利裔美国生物学家卢里亚，美国遗传学家赫尔希合作发现了病毒的复制机制。 1952 年，他们又分别发现在上述复制 机制中起决定性作用的遗传物质是 DNA。 1944 年，美国细菌学家艾弗里首次证明 DNA 是遗传信息的载体。 1946 年，美国生物化学家塔特姆与美国遗传学家莱德伯格合作发现了两种细菌混合培养时发生了 “ 杂交 ” 现象，实现8 / 12 了基因重组。 1948 年，挪威科学家弗伯格提出了 DNA 螺旋结构的结论。 1951 年，美国女遗传学家麦克林托克提出了可移动的遗传基因（即 “ 跳跃基因 ” ）学说。 1952 年，美国遗传学家莱德伯格发现了通过噬菌体的 “ 转导 ” 实现的不同细菌间的基因重组现象。 1953 年，美国生物学家沃森、英国生物物理 学家克里克在英国女生物学家富兰克林和英国生物学家威尔金斯等人研究成果的基础上，首先建立了 DNA 的双螺旋结构模型，并提出了 DNA 的复制机制。 1954 年，俄裔美国物理学家伽莫夫提出蛋白质的遗传密码是由 3 个碱基的排列组合而成的假说。 1955 年，华裔生物学家蒋有兴、瑞典生物学家莱温确认人体的 46 条染色体。 1956 年，美国生物化学家科恩伯格与美国生物化学家奥乔亚用人工合成的方法制得了 DNA 和 RNA。 1957年，英国生物物理学家克里克提出了蛋白质合成的 “ 中心法则 ” 。 1958 年，巴基斯坦裔美国生物化学 家霍拉纳开始已用化学的方法合成 64 种可能的遗传密码，并测试它们的活性。法国医学家勒热内发现先天愚型痴呆症的病因是第 21 号染色体畸型，这是人类第一次发现染色体异常导致的疾病。 9 / 12 1961 年，法国生物化学家、分子生物学家雅各布与法国生物学家莫诺合作提出了 “ 信使核糖核酸 ” （ mRNA）和 “ 操纵子 ” 概念，阐明了 RNA 在遗传过程中的信息传递作用和乳糖操纵子在蛋白质生物合成中的调节控制机制。 美国生物化学家尼伦伯格发现了第一个遗传密码 -苯丙氨酸的密码是 RNA 上的尿密腚（ UUU）。 1967 年，美国生物化学家霍利确定 了丙氨酰转移核糖核酸（ tRNA）的 76 个核苷酸的顺序及在蛋白质合成中的作用。 1963 年，巴基斯坦裔美国生物化学家霍拉纳、美国生物化学家尼伦伯格、美国生物化学家奥乔亚等人测出了 20 种氨基酸的遗传密码 1965 年，美国生物化学家霍利首次分析出丙氨酸 tRNA 所含的全部 76 个核苷酸的排列顺序。 瑞士微生物遗传学家阿尔伯首次从理论上提出了生物体内存在着一种具有切割基因功能的限制性内切酶。并于 1968年成功分离出 I 型限制性内切酶。 1967 年，法国免疫学家、医学家 j多塞发现并阐明控制免疫反应的细 胞表面遗传决定结构。 1970 年，美国分子生物学家、遗传学家史密斯分离出了 II型限制性内切酶。 1971 年，美国微生物遗传学家内森斯使用II 型限制性内切酶首次完成了对基因的切割。 美国病毒学家特明、美国病毒学家巴尔的摩发现了 “ 逆转录10 / 12 酶 ” ，揭示了生物遗传中存在着由 RNA 形成 DNA 的过程，发展和完善了 “ 中心法则 ” 。 1971 年，英国生物学家布伦纳、美国生物学家霍维茨、英国生物学家苏尔斯顿发现关于器官发育和程序性细胞死亡过程的基因调节现象。 1972 年，美国生物化学家伯格首次将剪切后的不同 DNA 分子连接组成 新的 DNA 分子，首创基因重组技术。 巴基斯坦裔美国生物化学家霍拉纳合成了含有 77 个核苷酸的 DNA 长链， 1976 年又合成了第一个具有生物活性的基因 -共有 206 个核苷酸的 DNA 长链。 1973 年，美国分子生物学家科恩、美国生物化学家博耶合作完成了将两种不同基因拼接的复合基因引入细菌的实验，并申报了第一个基因重组技术专利。 1975 年，英国生物化学家桑格发明了确定 RNA 和 DNA 分子中碱基排列顺序的技术。 美国分子生物学家吉尔伯特发明了 DNA 碱基的快速分析方法。 德国免疫学家克勒、英国生物化学家米尔斯坦 合作开发出了单克隆抗体技术。 1977 年，美国生物化学家夏普、英国生物化学家罗伯茨发现断裂基因。 1981 年，美国应用单克隆抗体技术首次检测出世界上第一11 / 12 例艾滋病人。 1977 年，美国生物化学家博耶利用 DNA 重组技术产生出人丘脑分泌的生长激素释放因子。 1978 年，美国哈佛大学的科学家利用 DNA 重组技术生产出胰岛素。 1978 年，美国分子生物学家奥尔特曼和美国化学家切赫分别发现了 RNA 具有酶的生物催化功能。 1979 年，加拿大生物化学家史密斯发明能够重新编组 DNA的定点突变技术 “ 寡聚核苷酸定点 突变法 ” 。 1980 年，瑞士和美国科学家利用 DNA 重组技术使细菌生产出干扰素。 1981 年，中科院上海生物化学所王德宝等人人工合成了酵母丙氨酸 tRNA。 1982 年，美国神经学家普鲁西纳发现比病毒还小、没有核酸、但具有遗传物性的病原微生物 朊毒体（意为 “ 类蛋白质感染因子 ” ）。 1983 年，美国生物化学家穆利斯发明利用 “ 聚合酶链反应法 ” （ PcR）。该技术可从极其微量的样品中大量生产 DNA 分子，使基因工程又获得了一个新的工具。 第一株转基因植物在美国诞生。 1985 年，意大利裔美国病毒学家杜尔贝科 提出 “ 人类基因组计划 ” 。 12 / 12 1986 年，第一只胚胎细胞克隆动物（绵羊）在英国诞生。 1990 年， “ 人类基因组计划 ” 正式启动。 1996 年，第一只体细胞克隆动物（绵羊） “ 多莉 ” 在英国诞生。 1998 年，中、日、美、英、韩五国代表制定 “ 国际水稻基因组测序计划 ” 。 1999 年，国际