1、基因对性状的控制教学设计教学目标1.知识与技能（1）说出中心法则的发展历程，明确中心法则中遗传信息的流向。（2）举例说明基因、蛋白质与性状之间的关系。（3）举例说明基因间的相互作用及对生物的性状的精细调控。2.过程与方法（1）从遗传现象的实例入手，分析本质原因。（2）点拨思维，建立新旧知识的联系。3.情感态度与价值观 （1）树立生命的本质观，“中心法则”是生命体系中最核心、最简约、最本质的规律。（2）树立辩证唯物主义的系统观念，生物是一个错综复杂的系统。教学重难点教学重点 1.中心法则的建立与发展。2.基因、蛋白质与性状的关系。3.基因型与表现型之间的关系。教学难点 1.中心法则的建立与发展。
2、2.基因、蛋白质与性状之间的关系。教学工具多媒体教学过程ks5u情境创设课件展示“基因指导蛋白质合成过程”图，与同学们一起回顾复习转录和翻译过程。在上一节课中我们详细地学习了基因指导蛋白质合成过程，现在请你根据这幅图，画出一张流程图，简要地表示出其中的遗传信息传递方向。下面大家可以以小组的形式讨论一下。ks5u师生互动1.中心法则的提出与发展其实生命的本质就是遗传信息的流动，整个生命的核心问题就是如何保证遗传信息能够沿着正确的方向准确无误、顺畅及时地进行流动。刚才大家概括的也是生命中的一条遗传信息流动方向。下面我们来回顾一下历史：1928年，格里菲思（F.Griffith）首次观察到肺炎双球菌
3、的转化现象。1944年，艾弗里（O.Avery）等发现转化因子是DNA。1952年，赫尔希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）进行噬菌体的侵染实验，证明新的噬菌体颗粒是由DNA复制的，从而使人们的注意力从蛋白质转向核酸分子上。一时间，许多不同专业的科学家从不同的角度对DNA进行广泛深入的研究，并且认识到阐明DNA的化学结构在了解基因如何复制上将是主要的一步。后来1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）综合各方面的研究，建构了DNA的双螺旋结构模型。DNA双螺旋结构完美地说明了遗传物质的遗传、结构和生化的主要特征，成为生物科学史上的里程碑，标志着分子生物学的正
4、式诞生，极大地促进了对生物体内遗传信息贮存、传递和转移规律的研究。这一模型本身就隐含着一个明显的特征，揭示了DNA分子何以复制其自身。这种半保留复制机制得到科恩伯格（A.Kornberg）、梅塞尔森（M.Meselson）和泰勒（J.H.Taylor）等人的证实。DNA半保留复制机制阐明了遗传信息世代间的传递方式。然而，遗传信息究竟以什么方式控制遗传呢？许多学者都曾指出，基因是以某种方式通过细胞代谢而起作用的，但缺乏令人信服的证据。1902年，加罗德（A.Carrod）关于先天性代谢缺陷的研究可以看作是这一领域里实验研究的开端，而之后比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）的工作则
5、强有力地证明了基因突变引起了酶的改变，而且每一种基因一定控制着一种特定酶的合成，从而于1941年提出了一个基因一种酶的假说。一个基因一种酶假说暗示了基因的作用是指导蛋白质分子的最后构型，从而决定其特异性。这对人们认识基因控制蛋白质生物合成具有很大的启发作用，促进了对基因和蛋白质线性对应关系的认识，为以后的研究指明了方向。DNA双螺旋结构和一个基因一种酶假说分别从结构上和功能上阐述了遗传物质的基本特征，把“基因是什么”和“基因如何起作用”这两个重要问题联系在一起了。在蛋白质的合成过程还没有搞清楚之前，克里克就预见了这个遗传信息流动的一般规律，他在1957年提出一个中心法则：遗传信息可以从DNA流
6、向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。概括如图（422）：中心法则在后来蛋白质的合成过程被揭示后获得公认，中心法则实质上蕴涵着核酸和蛋白质这两类生物大分子之间的相互联系和相互作用，而其产生和发展则与人类对核酸结构和功能的认识密切相关。但随着实验数据的积累，人们发现其中心法则也存在一些不足之处。我们看书本P69的三个资料。你如何分析这三个资料？你认为这些资料是否推翻了传统的中心法则？为什么？（学生：没有推翻传统的中心法则，因为从蛋白质的合成过程来看，传统的中心法则中指出的遗传信息流动是没有错的，这里的资料只是指出了新的遗传信息的流动方向）既然是新遗传信息流动方向，中心法则应该全面地
7、反映遗传信息的传递规律，你认为对传统的中心法则应作如何的修改？（学生：遗传信息可以从RNA反过来流向DNA，如致癌RNA病毒）（学生：遗传信息可以从RNA流向RNA，如RNA肿瘤病毒）（学生：遗传信息可以从蛋白质流向蛋白质，如疯牛病病毒）很好，这三个补充，哪个是确信无疑的了呢？哪个还只是可能正确的？（学生：遗传信息可以从RNA反过来流向DNA，如致癌RNA病毒；遗传信息可以从RNA流向RNA，如RNA肿瘤病毒，这两个是已经被科学家确认了的。遗传信息可以从蛋白质流向蛋白质，如疯牛病病毒，这个还没有被完全确认）根据这个讨论结果，请修改课本P68图47的中心法则，结果如图423所示。中心法则是生命体
8、系中最核心、最简约、最本质的规律，掌握中心法则对生命本质的把握有着重要的作用。（1）中心法则是现代生物学的理论基石，中心法则第一次阐明了生物体内信息传递的规律，对以后大量关于基因性质的研究起到了指导作用，导致了现代生物学研究战略的根本转变。中心法则从一个全新的角度信息角度论证了生物界的统一性，不仅揭示了蛋白质合成中遗传信息在不同物种间的统一性，而且也证明了同一物种不同世代间信息转移的统一性。中心法则对生命物质基础和生命主宰物质这两个不同的概念给予了实质性的回答。（2）中心法则为现代生物学理论的大统一奠定了基础，遗传、发育和进化是最基本的三大生命现象。对这三者的研究分别形成了遗传学、胚胎学和进化
9、论。长期以来，这三门学科各自在自己的领域内都取得了长足的进展，但在遗传与发育、发育与进化的相互关系方面却留下了大片空白，始终都没有形成统一的解释理论，追求统一性是科学和哲学的崇高使命。对生物界统一性的探讨贯穿于生命科学发展的始终。生命科学中的每一次重大的理论突破，都从不同方面论证了生物界的统一性，而这种论证既标志着生命科学的综合和发展，又为进一步的研究奠定了基础，同时还会对哲学思想产生影响。如果说，遗传学是生物学的核心，它提供了一个框架，生命的多样性及其过程可在其中被理解为一个理性的统一体，那么，就可以说，中心法则是遗传学的核心，它提供了一个统一解释的规律，使我们能够更深刻地理解这个统一体。2
10、.基因、蛋白质与性状的关系上节课我们只讲到在基因的指导下合成了蛋白质，那基因控制蛋白质的合成到底与基因控制生物的性状特征有什么关系呢？与生物的遗传有什么关系呢？其实我们是能回答出刚才提出的问题的，我们在必修1中已学过相关知识了，大家好好想想，蛋白质与生物性状特征有什么关系？（学生：蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者）很好，蛋白质是如何承担生命活动的呢？（学生：有些蛋白质具有运动的功能。例如，肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白，是肌肉收缩系统的必要成分，它们伴随着肌原纤维的收缩而产生运动）（学生：有些蛋白质具有运输的功能。例如，脊椎动物红细胞里的血红蛋白，在呼吸过程中都起着输送氧的作用。血液中的脂蛋
11、白有运输脂质的作用）（学生：有些蛋白质对生命活动起调节作用。例如，胰岛细胞分泌的胰岛素能参与血糖的代谢调节，降低血液中葡萄糖的含量）（学生：有些蛋白质参与机体防御机能，如抗体）（学生：在物质进出细胞膜时，主动运输和协助扩散都需要蛋白质作为载体）（学生：作为新陈代谢的催化剂酶绝大多数都是蛋白质。生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的）很好，大家思路一打开，可以回想到我们以前所学过的很多生理活动几乎都离不开蛋白质，一方面蛋白质是构成生物体的基本物质，在生物体的基本构造中蛋白质起着非常重要的作用，另一方面蛋白质又作为酶或激素对生命的新陈代谢起重要的调控作用。蛋白质也是细胞与细胞、细胞与
12、环境之间进行信号交换的关键分子。所以说蛋白质是生命活动的主要承担者，有不同的蛋白质就会使生物体呈现出不同的生理特征，而基因也正是通过控制合成不同的蛋白质，从而来调控生物的性状特征的。下面我们再通过几个具体的例子来看看基因、蛋白质与生物性状特征之间的关系：例如我们前面刚学的豌豆有圆粒与皱粒这一对相对性状，100多年前，孟德尔用遗传因子的假设作出精彩的解释，如何从基因的角度来解释这一对相对性状呢？大家阅读一下课本P69，看这两种豌豆在基因有什么不同？（学生：皱粒豌豆中的DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因） 导致蛋白质合成上有什么不同？（学生：皱粒豌豆中淀粉分支酶不能正常
13、合成）酶的生理活性如何变化？（学生：因为没有了淀粉分支酶，导致豌豆中游离的蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高）这与豌豆的圆粒与皱粒又有什么关系呢？（学生：淀粉具有亲水性，能吸水膨胀，而蔗糖却不能，当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆因能有效地保留水分，显得圆鼓鼓的。而淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩）下面我们再看一个发生在我们人身上的例子：显示白化病患者的图片，白化病是一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起的疾病。这类病人通常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏黑色素，因此表现为眼睛视网膜无色素，虹膜和瞳孔呈现淡粉色，怕光，看东西时总是眯着眼睛。皮肤、眉毛、头发及其他体毛都呈白色或白里带黄。人体表现出不
14、同的肤色是由于人体皮肤中含有的黑色素多少不一的缘故。黑种人皮肤的黑色素最多，而黄种人皮肤中的黑色素较少，而白种人皮肤中的黑色素最少，因此皮肤的颜色表现出很大的差异。而患白化病的患者则是由于机体中缺少一种酶酪氨酸酶，患者体内的黑色素细胞不能将酪氨酸最终变成黑色素。那为什么会缺少酪氨酸酶呢？原来是白化病患者中控制酪氨酸酶形成的基因异常导致的。从这两个例子来看，大家可以总结出什么共同点？（学生：两个例子都是因基因通过控制酶的合成来控制代谢过程来控制生物体的性状的）很好，下面我们再来看另外两个例子：囊性纤维病是北美白种人中常见的一种遗传病，主要表现为患者汗液中氯离子的浓度升高，支气管被异常的黏液堵塞，
15、常于幼年时死于肺部感染。研究表明，其病因是一个跨膜蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3个碱基引起的： 镰刀型细胞贫血症也是一种遗传病。正常人的红细胞成中央微凹的圆饼状，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞是弯曲的镰刀状（呈现图片）。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。原来发现患者血红蛋白分子的多肽链上与正常的血红蛋白分子只有一个氨基酸不同。这是由于编码血红蛋白的基因中一个碱基发生变化而引起的。大家总结一下，这两个病例有什么共同点？（学生：这两个例子中说明基因是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的）综上所述，我们可以看出基因是通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状的。不同的蛋白
16、质使生物表现出不同的性状，而如果蛋白质不能正常合成则可能使生物出现异常的性状。 3.基因型与表现型的关系刚才讲到，由什么样的基因决定合成什么样的蛋白质，从而使生物表现出一定的性状。我们来看下面一下例子：（呈现水毛茛图）同一株的水毛茛，为什么祼露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态呢？先请问，两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？也就是说其基因型一样吗？（学生：一样）那为什么基因一样，却呈现出不同的性状呢？（学生：环境不同）我们再看到P71的技能训练，长翅果蝇的幼虫在不同的温度下孵化，为什么会出现不同表现型的果蝇出来呢？（学生：环境也影响生物性状）很好，那你能不能结合果蝇的这个例子
17、，具体地解释环境是如何影响生物的性状的呢？（提示：从酶的角度来想）（学生：果蝇的翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成后，酶活性的发挥会受到环境中诸如温度和pH的影响，在不同的温度下酶活性不同，就导致果蝇的翅的发育状态不同，出现两种性状）很好，从这里我们可以看出，基因虽然控制生物体的性状，一般来说，有什么样的基因就会出现什么性状，即基因型决定表现型。但在基因的表达过程中或表达后的蛋白质也可能受到环境因素的影响，即并不是有什么基因型一定会出现这种表现型，还与环境因素有关。4.生物体性状的多基因因素前面所讲的都是单个基因对生物体性状的控制，但事实上，基因与性状的关系并不都是这种简单的
18、线性关系。例如，人的身高、胖瘦就可能是由多个基因决定的，其中每一个基因对身高、胖瘦都有一定作用。同时，身高、胖瘦也不完全是由基因决定的，后天的营养和体育锻炼等也有着重要的作用。多基因遗传是指生物和人类的许多表型性状由不同座位的较多基因协同决定，而非单一基因的作用。多基因遗传时，每对基因的性状效应是微小的，但不同基因可以通过累加作用而形成一个明显的表型性状。此外，多基因遗传性状还受环境因素的影响。如人的身高、血压、智力、长相都是多基因遗传控制和环境共同作用的结果，甚至还有语言障碍、惊恐症、阅读不能症、记忆力等，还有人类一些非先天性的正常行为，如性格、自尊、对社会的态度等都受多基因遗传控制和后天环
19、境的影响。所以，我们对生物体应用系统的观点来看待。生物是一个系统的相互关联的整体，基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素存在复杂的相互作用，共同地精细地调控生物的性状。5.细胞质基因存在于细胞质结构中的遗传物质，叫做细胞质基因，与核基因一样具有稳定性、连续性和变异性。1962年，科学家用电子显微镜观察衣藻、玉米，在电子密度较低的部分有20.5 nm左右的细纤维存在，用DNA酶处理，这种纤维就消失。说明了叶绿体中存在DNA。Ris（9162）、Nass（1963）用电子显微镜观察鸡胚线粒体，小细丝能被DNA专一性的染料染色，被专一的DNA酶消化，不能被蛋白质酶或RNA酶消化。后来科学
20、家也用电子显微镜照出游离的mtDNA链照片。说明线粒体中也有DNA。线粒体和叶绿体中的DNA中的基因都称为细胞质基因。对人的线粒体DNA的研究表明，线粒体DNA的缺陷与数十种人类的遗传病有关，这些疾病多与脑部和肌肉有关，例如：LHOH病：母系遗传或非遗传性，表现为视神经坏死引起的双侧中央视力丧失，伴有心脏节律失常、神经、血管、骨骼肌系统异常，往往成年发病，但无骨骼病或严重的线粒体结构异常。NAPP病：母系遗传，表现为色素视网膜炎、共济失调、癫痫、痴呆、近端神经肌肉衰弱、感觉神经疾病及发育迟缓。一般会致死。Leigh综合症：母系遗传或非遗传性，幼年发病。线粒体脑肌病：乳酸中毒，中风样发作综合症（
21、MELAS），母系遗传病。表现为身材矮小、多毛、头痛、肌无力、运动诱发呕吐、癫痫发作、再发性脑损伤，并引起偏瘫、偏语。肌阵挛性癫痫和破损性红肌纤维病：母系遗传，临床表现为肌阵挛性癫痫、全身性抽搐、小脑共济失调和破损性红肌纤维病等。线粒体肌病、肥厚性心肌病（MMC）：母系遗传或非遗传性，表现为骨骼肌异常及心肌病变。从这些疾病可以看出，这些遗传病有什么特点？（学生：这些遗传病都是通过母系遗传给后代的）那为什么细胞质遗传主要通过母系遗传呢？ （学生：受精过程中，受精卵的细胞质主要是接受来自母亲的卵细胞）ks5u教师精讲“中心法则”及其完善发展的过程是本节的重要内容之一，中心法则是生命体系中最核心、最
22、简约、最本质的规律，掌握中心法则对生命本质的把握有着重要的作用。中心法则蕴涵着核酸和蛋白质这两类生物大分子之间的相互联系和相互作用，从一个全新的角度信息角度论证了生物界的统一性，不仅揭示了蛋白质合成中遗传信息在不同物种间的统一性，而且也证明了同一物种不同世代间信息传递的统一性。中心法则对生命物质基础（蛋白质）和生命主宰物质（核酸）这两个不同的概念给予了实质性的回答。中心法则也为现代生物学“遗传”“发育”和“进化”的理论找到统一的理论基础，它提供了一个统一解释的规律，使我们能够更深刻地理解这个统一体。基因、蛋白质与性状的关系是本节的第二个重要内容。生物的性状主要是由蛋白质的功能决定的，一种蛋白质
23、执行什么样的功能是由它的空间结构决定的，蛋白质的空间结构则取决于组成蛋白质的氨基酸的数目和种类，以及氨基酸的排列顺序。而蛋白质的氨基酸的数目、种类及排列顺序则由基因中的碱基的排列顺序来编码的。蛋白质在什么时间合成，合成的数量，合成后在什么部位发挥作用等等相关的调控信息也是由基因编码的。基因型与表现型之间的关系，说明即使基因型完全相同，但其表达过程可能受到环境因素的影响而呈现出不同的表现性状出来。本节还指出在生物体中基因与性状并不是简单的线性关系，而是基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素共同地精细地调控生物的性状的，再一次强调了生物是一个错综复杂的系统，学习生物一定要建立系统观。课
24、后小结本节内容在新课标中的描述是“举例说明基因与性状的关系”，属于理解的层次。教材主要介绍了“中心法则”及其完善发展的过程，说明了基因、蛋白质与性状的关系，并通过具体事例来阐明基因是如何通过影响蛋白质的合成从而影响生物的性状的。教材用小字部分简要地介绍了细胞质遗传，指出细胞质中线粒体和叶绿体中也有少量的DNA，其中的遗传基因只能通过母亲传给下一代。本节中教材还通过开始的“问题探讨”和结尾的“技能训练”引出基因型与表现型之间的关系，说明即使基因型完全相同，但其表达过程可能受到环境因素的影响而呈现出不同的表现性状出来。最后指出在生物体中基因与性状并不是简单的线性关系，而是基因与基因、基因与基因产物
25、、基因与环境之间多种因素共同精细地调控生物的性状，再一次强调了生物是一个错综复杂的开放的系统，学习生物一定要建立系统观。 课后习题1.揭示生物体内遗传信息传递一般规律的是A.基因的遗传规律 B.碱基互补配对原则C.中心法则 D.自然选择学说解析：此题考查中心法则的含义，中心法则反映的是遗传信息的一般规律。答案：C2.甜豌豆的紫花对白花是一对相对性状，由非同源染色体上的两个相对基因共同控制，只有当同时存在两个显性基因（A和B）时，花中的紫色素才能合成，下列说法正确的是A.一种性状只能由一种基因控制B.基因在控制生物体的性状上是互不干扰的C.每种性状都是由两个基因控制的D.基因之间存在着相互作用解
26、析：同时存在两个显性基因（A和B）时花中的紫色素才能合成，说明这两个基因共同控制花色这个性状。答案：D3.观赏植物藏报春，在2025的条件下，红色（A）对白色（a）为显性，基因型为AA或Aa的藏报春开红花，基因型为aa的藏报春开白花。但是，如果把开红花的藏报春移到30 条件下，虽然基因型仍为AA或Aa，但新开的花全是白花，这说明了什么？解析：此题考查了基因型与表现型之间的关系。答案：基因的表达过程以有表达产生的酶的活性都可能受到环境的影响，说明基因对性状的控制受到环境因素的影响。板书第2节 基因对性状的控制1.中心法则的提出与发展 2.基因、蛋白质与性状的关系3.基因型与表现型的关系：基因的表达过程中或表达后的蛋白质也可能受到环境因素的影响。4.生物体性状的多基因因素：基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素存在复杂的相互作用，共同地精细地调控生物的性状。5.细胞质基因：线粒体和叶绿体中的DNA中的基因都称为细胞质基因。母系遗传。
