《基因重組》一節(jié)的備課思考及教學(xué)設(shè)計(jì)

蔡雯雯

摘 要：本節(jié)教學(xué)中，以學(xué)案導(dǎo)學(xué)和設(shè)計(jì)兩個(gè)探究活動(dòng)來(lái)講解基因重組這一核心概念及雜交育種的應(yīng)用，并同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力。

關(guān)鍵詞：基因重組 雜交育種

一、教材解讀

本節(jié)課為山東省2018年新版高中生物教材（青島出版社）《必修2遺傳與進(jìn)化》的第四章“生物的變異”的第二節(jié)內(nèi)容。縱觀人教版的必修2模塊的第五章第一節(jié)“基因突變和基因重組”，人教版以較少的篇幅介紹了“基因重組”的概念、類型以及意義。新版的教材將“基因重組”則作為一整節(jié)內(nèi)容，體現(xiàn)出“基因重組”的重要性。

二、教學(xué)策略

本節(jié)內(nèi)容的知識(shí)不僅抽象復(fù)雜，而且所涉及的領(lǐng)域也比較多，因此教師深入思考本節(jié)的核心概念、重點(diǎn)問(wèn)題、情景設(shè)置、熱點(diǎn)聯(lián)系、教學(xué)反饋等尤為重要。教師要設(shè)計(jì)一條清晰的主線，統(tǒng)領(lǐng)所有教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)策略上、方法上思考如何設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的合作探究的能力。[1]

本節(jié)的核心概念是基因重組，教材中給出的定義是：生物進(jìn)行有性生殖過(guò)程中，非同源染色體的自由組合和同源染色體中的非姐妹染色單體之間的交叉互換都會(huì)導(dǎo)致控制不同性狀的基因重新組合，我們把這種現(xiàn)象稱為基因重組。這段內(nèi)容與前面的“減數(shù)分裂和受精作用”有很大聯(lián)系，所以可以通過(guò)分析減數(shù)分裂過(guò)程中基因與染色體的變化，來(lái)理解基因重組的兩種類型，從而加深對(duì)概念的理解和認(rèn)識(shí)生物變異的原因。[2]

本節(jié)課的另一個(gè)重難點(diǎn)是雜交育種，在這節(jié)課中教師可以以一個(gè)事例為主線，通過(guò)問(wèn)題層層深入，逐步體會(huì)雜交育種的操作流程，涉及原理，以及優(yōu)缺點(diǎn)等知識(shí)。[3]

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

（1）理解基因重組的實(shí)質(zhì)及其意義。

（2）簡(jiǎn)述雜交育種的概念，舉例說(shuō)明優(yōu)點(diǎn)和不足。

2.能力目標(biāo)

通過(guò)對(duì)具體事例的分析和比較，培養(yǎng)合作探究，解決問(wèn)題的綜合思維能力。

3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

體會(huì)科學(xué)技術(shù)在發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面的巨大作用。

四、教學(xué)重點(diǎn)

1.基因重組的概念。

2.雜交育種的過(guò)程。

五、教學(xué)難點(diǎn)

1.基因重組的實(shí)質(zhì)。

2.雜交育種的優(yōu)點(diǎn)及局限性。

六、教學(xué)過(guò)程

1.新課導(dǎo)入

展示幾張家人的照片，討論看看兩個(gè)寶寶像爸爸還是媽媽，為什么兩個(gè)寶寶之間有所差異？分析親子代存在差異以及子代之間存在差異的原因？師生回顧孟德?tīng)柕淖杂山M合定律。根據(jù)自由組合定律分析教材73頁(yè)資料一（對(duì)該資料做了適當(dāng)改編設(shè)計(jì)成了探究活動(dòng)一）

2.探究活動(dòng)一

雞冠的形狀是受兩對(duì)常染色體上的等位基因R、r和P、p控制的。若用純合的豌豆冠雞（基因型為RRpp）和純合的玫瑰冠雞（基因型rrPP）交配，子一代全為胡桃冠雞。根據(jù)以上材料思考兩個(gè)問(wèn)題：（小組內(nèi)討論，合作完成）

問(wèn)題1：請(qǐng)你寫出遺傳圖解并判斷胡桃冠雞的基因型。

問(wèn)題2：嘗試判斷這兩對(duì)基因所在常染色體上的位置。

學(xué)生：有兩種情況，一種是這兩對(duì)基因位于兩對(duì)同源染色體上，一種是這兩對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上。如圖

老師：那究竟是那種情況呢？

展示問(wèn)題3：若子一代的胡桃冠雞（基因型RrPp）相互交配，子二代有豌豆冠雞、玫瑰冠雞、胡桃冠雞和單冠雞4種不同的表現(xiàn)型，比例接近9：3：3：1。請(qǐng)進(jìn)一步判斷基因的位置，說(shuō)明原因并用圖示表示。（小組內(nèi)討論，合作完成。）

學(xué)生：這兩對(duì)等位基因位于兩對(duì)同源染色體上，在減數(shù)第一次分裂的后期，非同源染色體上的非等位基因發(fā)生自由組合。產(chǎn)生4種配子，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致后代出現(xiàn)4種表現(xiàn)型。

老師：?jiǎn)栴}4：若這兩對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上，子一代的胡桃冠雞（基因型RrPp）相互交配，子二代出現(xiàn)什么表現(xiàn)型？

學(xué)生：子二代表現(xiàn)型有胡桃冠和單冠雞。

問(wèn)題5：子二代會(huì)不會(huì)出現(xiàn)豌豆冠雞、玫瑰冠雞？為什么？

學(xué)生：會(huì)，少數(shù)細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂的前期（四分體時(shí)期），同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生交叉互換。并產(chǎn)生4種配子，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致后代也出現(xiàn)4種表現(xiàn)型。

老師：強(qiáng)調(diào)交叉互換換的是等位基因，但是卻是發(fā)生了同一條染色體上的非等位基因的重新組合。根據(jù)上述題目的分析，可以看出在生物進(jìn)行有性生殖過(guò)程中，非同源染色體的自由組合和同源染色體中的非姐妹染色單體之間的交叉互換都會(huì)導(dǎo)致控制不同性狀的基因（即非等位基因）重新組合，我們把這種現(xiàn)象稱為基因重組。

老師：從概念上分析，發(fā)生基因重組的生物范圍是什么？

學(xué)生：有性生殖的生物。

老師：基因重組從概念上分析有兩種類型。分別是1.減數(shù)第一次分裂后期的非同源染色體的非等位基因自由組合2.減數(shù)第一次分裂前期的同源染色體中的非姐妹染色單體之間的交叉互換。但是從廣義上講，任何造成基因型變化的的基因交流過(guò)程，都叫作基因重組。例如：細(xì)菌相互接觸時(shí)，一個(gè)細(xì)菌的遺傳物質(zhì)就可以進(jìn)入另一個(gè)細(xì)菌，使細(xì)菌的遺傳物質(zhì)發(fā)生了重組。這也就是為什么前面學(xué)到的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌的變異是基因重組。廣義上的基因工程也屬于基因重組。

問(wèn)題6：雞的染色體數(shù)目共39對(duì)（2n=78），假設(shè)每對(duì)同源染色體上只有1對(duì)等位基因，可能形成多少種不同的配子？雜交后獲得的子代可能的基因型有多少種？

學(xué)生：239種，339種

老師：基因重組產(chǎn)生了多種多樣的配子，再加上受精過(guò)程中精子和卵細(xì)胞結(jié)合的隨機(jī)性，產(chǎn)生多樣化的基因組合的子代。其中可能有一些子代會(huì)含有適應(yīng)某種變化的、生存所必需的基因組合。所以說(shuō)基因重組是進(jìn)行有性生殖的生物發(fā)生變異的主要原因，為生物進(jìn)化提供了豐富的原材料。這就是基因重組的意義。

3.探究活動(dòng)二

基因重組在生產(chǎn)實(shí)踐中的一個(gè)重要應(yīng)用就是通過(guò)雜交育種來(lái)培育新品種。雜交育種是改良農(nóng)作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量的常規(guī)方法。我國(guó)有許多科學(xué)家在農(nóng)作物雜交育種方面取得了巨大的成就。其中最著名的就是被譽(yù)為“雜交水稻之父”的袁隆平。但是前一段時(shí)間風(fēng)靡一時(shí)的“超級(jí)稻”卻陷入信任危機(jī)，看一段有關(guān)“超級(jí)稻”的視頻。

“超級(jí)稻”出現(xiàn)了如此嚴(yán)重的問(wèn)題，如何才能從根本上解決這個(gè)問(wèn)題？假如你是要袁隆平的科研團(tuán)隊(duì)的成員，請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)的遺傳和變異的相關(guān)知識(shí)，嘗試從理論上探索如何培育既高產(chǎn)又抗稻瘟病的“超級(jí)稻”。（將本小組的解決方案用遺傳圖解的形式表示出來(lái)）。同時(shí)提出幾個(gè)問(wèn)題：①育種過(guò)程采用何種方法？②依據(jù)的遺傳學(xué)原理是什么？③為了實(shí)現(xiàn)育種目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)如何操作？④若水稻是一年生植物，得到能穩(wěn)定的純合子至少需要多少年？（得出雜交育種的缺點(diǎn)是育種年限長(zhǎng)）⑤水稻是自花授粉的植物，在雜交育種的操作過(guò)程中會(huì)有怎樣的困難？如何解決這一困難？（需要大量的人工去雄，但水稻的花小不易操作，袁隆平院士如何解決了此問(wèn)題，學(xué)案后面有相關(guān)參考資料）⑥雜交育種能否用于培育細(xì)菌新品種？為什么？（雜交育種的原理是基因重組，在自然狀態(tài)下基因重組只適用于有性生殖的生物）。最后，總結(jié)出雜交育種的概念、原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)。

七、教學(xué)反思

教師備課一定要充分，在這節(jié)課中，并沒(méi)有完全按照課本上的教學(xué)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行教學(xué)，而是對(duì)其進(jìn)行了合理的再加工。以上教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)以學(xué)生的思維過(guò)程為線索，在教師的引導(dǎo)之下，有利于學(xué)生解決問(wèn)題過(guò)程中產(chǎn)生矛盾沖突，便于突破教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。在這節(jié)課中，學(xué)生利用已有的知識(shí)儲(chǔ)備，通過(guò)問(wèn)題串，一步一步的對(duì)基因重組有了深刻了解。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生探索問(wèn)題，得出結(jié)論，以提高學(xué)生的分析現(xiàn)象、推理驗(yàn)證和解決問(wèn)題的綜合思維能力。

參考文獻(xiàn)

[1]曹燕波對(duì)“基因重組”的解讀及教學(xué)策略[J]《中學(xué)生物學(xué)》，2014（6）：39-40

[2]張冉“雜交育種與誘變育種”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J]《生物學(xué)教學(xué)》，2016（9）：43-44

[3]王悅?cè)纭半s交育種與誘變育種”的探究教學(xué)設(shè)計(jì)[J]《生物學(xué)教學(xué)》，2016（2）：24-25