蓝天枫 / 必修二 / 基因的分离规律

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基因的分离规律

2010-03-31  蓝天枫

                                          基因的分离规律

教学目标

1.使学生了解孟德尔发现基因分离规律的实验过程以及科学研究的一般过程;了解孟德尔对遗传学所做的贡献和孟德尔取得成功的原因;理解与遗传学实验相关的遗传学基本概念;理解对遗传学实验进行分析的基本思路;理解基因分离规律的内容、实质及实践意义;掌握运用基因分离规律分析遗传现象的方法和表述方式。

2.通过介绍孟德尔发现遗传规律的过程,使学生了解科学研究的一般方法,并受到科学方法的训练;通过介绍测交及其意义,使学生理解对假设作出证明在科学研究过程中的意义,并培养学生严谨的科学态度和逻辑思维能力;通过使学生理解基因分离规律的实质和掌握运用基因分离规律分析遗传现象的方法,培养学生分析问题、解决问题的能力。

农村地区的学生通过这一部分内容的学习,还可以初步掌握进行植物遗传学实验的基本方法。为实际操作做好知识上和方法上的准备。同时也可以提高学生学习的兴趣和积极性。

3.通过介绍孟德尔所进行的植物遗传学实验过程和孟德尔取得成功的原因,引导学生努力探索、积极尝试,培养学生的科学精神和科学态度;通过使学生理解表现型与基因型的关系以及基因分离规律的实质,对学生进行内因与外因、现象与本质的辩证关系的观点教育;通过使学生理解基因分离规律的理论、实践意义,对学生进行生命科学价值观的教育和法制教育。

重点、难点分析

1.分离规律是遗传的基本规律。

掌握好分离规律可以为掌握基因的自由组合规律和伴性遗传等知识打下良好的知识基础。通过学习分离规律还可以巩固和加深学生对减数分裂和受精作用的认识。孟德尔发现遗传规律的过程又是对学生进行科学研究方法(这其中包括思想方法和研究方法)和研究过程、科学价值观教育的极好素材。因此,在介绍基因的分离规律时重点有三:

l)孟德尔对一对相对性状的杂交实验结果的分析、提出的假设和对假设的验证过程,以及现代遗传学对性状分离现象的解释。

2)基因分离规律的内容、实质及其与减数分裂的关系。

3)科学研究的一般过程。

2.孟德尔提出的遗传基本规律,是建立在对实验结果进行分析的基础之上的。

这个分析、推论(假设)、求证的过程是对学生进行科学素质教育的极好素材。为要达到对学生进行科学教育的目的,在教学过程中,难点可能会有三:

1)对一对相对性状的杂交实验及其结果的介绍并不难,难在通过介绍这个实验,讲清对实验结果的分析过程。

2)通过介绍一对相对性状的杂交实验结果以及孟德尔对性状分离现象的解释,讲清科学研究过程中的观察、假设、求证的过程,以便对学生进行分析能力的训练和科学素质的培养。

3)基因分离规律的实质及其与染色体在减数分裂过程中的平行关系也可能成为教学中的一个难点。

要突破难点,教师要树立不仅要传授知识,而且要进行科学教育的教学观念,在教学过程中注意引导学生根据现象(试验结果)去分析、去推论、去揭示本质;还要了解所讲授内容的相关背景材料,熟悉科学研究的一般过程,以便在教学过程中及时为学生“点题”,以达到突破难点的目的。

教学过程设计

一、本课题的参考课时为三课时。

二、第一课时:

1.首先简单介绍人类对子代与亲代之间相似现象规律的探究历史以引起学生的注意。子代与亲代之间相似现象的规律是由奥地利神父—孟德尔揭示出来的。

对孟德尔的豌豆杂交实验可以分以下几个方面来介绍:

首先要给学生介绍一下孟德尔和他的豌豆杂交实验有关的背景材料“。其次,要对杂交实验的材料——豌豆用做遗传学实验材料的优点做一简要介绍。然后就可以展开关于豌豆杂交实验方法、过程及结果的介绍。

“虽然豌豆有七对相对性状,孟德尔在实验中首先把注意力集中在一对相对性状上。他用具有一对相对性状的豌豆——纯种的高茎豌豆和矮茎豌豆做杂交。”为了避免给学生造成一空洞和在时间、空间上距离很远的感觉,对杂交的实验方法教师要做具体而较为详细地介绍。不要用一句“做杂交”一带而过。同时也可以把“用来做杂交的两个植株就称为亲本。”这一点交待给学生。“由哪一个植株提供花粉哪一个植株就是父本,哪一个植株接受花粉哪一个植株就是母本。”“如果以具有某一性状(如:高茎)的个体为父本(在植物实验中取其花粉),给另一具有相对性状(如:矮茎)的植株授粉做杂交叫正交的话,将矮茎为父本、高茎为母本则为反交。杂交实验正交、反交都要做。”这样,关于“亲本、父本、母本”、“杂交、正交、反交”这些基本概念和术语,就可以以副板书的形式出现在黑板的一侧了。

“经过去雄、授粉的花所结的种子就是杂交种子。杂交种子种下去以后所长成的植株就称为杂种F1代。”此时教师要对F1代的性状加以说明。“F1代自交所得到的种子就是F2代。F2代出现了性状分离的情况。”在此过程中,教师要边讲边把豌豆的高茎与矮茎杂交实验过程及结果的图解用板书的形式展示给学生:

P(亲代):     高茎×矮茎

 

F1(子一代)      高茎

 


F2(子二代)   高茎:矮茎

               787277

“对杂交实验的结果——在F2代出现了性状分离应该如何分析呢?”这时教师要引导学生从F2代的现象——性状分离人手去分析。“F2代出现了高茎和矮茎两种豌豆,并且F1代是自花授粉。那么,F2代的矮茎性状是由谁决定的?”学生会说:“当然是F1代决定了F2代出现了矮茎豌豆。”这时教师再问:“F1代决定了F2代出现了矮茎的性状,而F1代表现为高茎(株高近两米),并未表现为中间性状。这说明什么?”学生此时会意识到:“说明F1代体内可能有矮的,但没有显现出来。”这时教师要再问一句:“为什么没有显现出来?”因为前面已经交代过F1代仍然表现为高茎豌豆,并未表现为中间性状。学生会回答说:“可能是高的把矮的盖住了。”在得到学生的答复后,教师要问:“高的把矮的盖住了。那么是高的‘什么因素’把矮的‘什么因素’盖住了呢?”这时学生可能会感到难以表达,教师可告诉学生:“孟德尔当时在对实验结果进行分析时,也木能确定到底是什么决定了茎的高和矮。他提出了‘遗传因子’的假设来表述它。”“根据前面的分析,在杂种F1代植株体内至少有几个与茎的高矮有关的遗传因子呢?”在这种情况下,学生自然会回答:“至少有两个。”“至少有两个什么样的因子?”“至少有一高一矮两个因子”,“这两个因子是从哪里来的?”,“是从两个亲本来的”。“亲本分别来自一直是自花传粉的两个植株。一个是表现出高茎的性状的植株,另一个是表现出矮茎的性状的植株。这样的亲本体内有几个、什么样的因子?”“亲本体内有两个相同的因子。”与此同时,教师可在一问一答的过程中用大小写字母代表相对应的遗传因子,把它们写在相关性状的下面,并告诉学生:“这样的植株在遗传学上称为纯合体。而像上述实验中的瓦代体内有两种因子(一显一隐)的植株就称为杂合体。”

经过了上面的分析过程,学生自然能够理解孟德尔对他的实验结果所做的分析和孟德尔提出的假设。“孟德尔根据对实验结果的分析,推测F1代体内有两个控制茎的高矮的遗传因子,它们互相独立、互不混合。在形成生殖细胞时彼此分离,分别进入生殖细胞。因为它们都与茎的高矮有关,孟德尔认为它们有显性的(如:高茎)、有隐性的(如:矮茎),是决定同一性状的两种遗传因子。F1代的这两个遗传因子显然通过传粉、受精来自于两个亲本。”

2.对假设进行求证:“根据对实验结果的分析孟德尔提出了假设,但是假设如果不能被证明,它将永远是个假设。假设只有被证明是正确的,它才能上升为理论。一种假设不仅要能说明已得到的实验结果,而且还应该能够预期另一些实验的结果。如果你是孟德尔,你将如何证明这个假设呢?”让学生当一回科学家来进行讨论。

有两种方法可以用来证明假设。一个是F2代继续自交,将会继续有矮茎豌豆植株出现;另一个是进行测交,将能直接证明F1代产生了什么样的配子。但是学生是第一次接触这一类问题,可能会感到无从下手。也可能会有学生说:“用具有显性性状的F2代的个体再继续自交应该还有矮茎植株出现。”“这种方法虽然能够预期实验结果,但还没有能从F1产生了什么样的配子方面证明假设。”“怎样才能让F1代体内的两种遗传因子显现出来呢?如果能让瓦代体内的两种遗传因子显现出来,就能证明假设是否正确了。”这里的关键是要让F1代体内的隐性遗传因子显现出来,把这一关键给学生点明,学生就会提出:“用隐性纯合体与F1代杂交,后代应该出现两种性状的个体,其比数是11。这样就能证明假设了。”这一求证的过程学生如果能说出来,最好让学生说。如果学生说不出来,则需要教师边分析边讲授边板书图解。

“孟德尔正是进行了这样的实验,实验结果完全证明了他提出的杂种F1代体内有两种因子的假设。因为这种杂交实验能够测定F1代体内的遗传因子情况,因此被称为测交实验。”“孟德尔经过对实验结果的分析,提出了假设,并证明了假设,使之成为遗传学的基本规律。”

3.明确与杂交实验有关的概念。“1909年约翰逊提出把遗传因子改称为基因。那么孟德尔提出的显性遗传因子、隐性遗传因子现在应该叫什么?”学生自然会回答说:“应该称为显性基因、隐性基因。”教师接着再问:“F1代表现出的、由显性基因控制的性状应该叫什么性极”“在F1代中没有表现出来的性状应该叫什么性状?”“显性性状和隐性性状”的答案学生闹以得出来的。“同种生物同一性状的木同表现类型,叫做相对性状。”和“这种在杂种后代中显现不同性状的现象,叫性状分离。”的概念也应同时交代给学生。因为这些概念并不复杂,所以直接在副板书部分给出相应的词语就可以了。

4.最后要用“一个自然规律的揭示,经历了哪些过程?”的问题,组织学生讨论并小结孟德尔揭示遗传规律的过程。在此过程中,学生可能不会马上做出回答。教师则应把学生的注意力引导到对“孟德尔是如何揭示基因分离规律的?他发现遗传规律是从什么活动开始的?”思考上来,从而使学生认识到科学研究的基本过程。

小结:由此可见科学研究的过程一般包括:观察(或实验观察。如:孟德尔的豌豆杂交实验)、分析(或统计分析)并提出问题、假设、求证假设四个阶段。求证的方法包括:理论推导、实验验证和实物查证等三种方法。(注:小结内容中的粗题字可以副板书形式出现。)

三、第二课时:

1.巩固上一节课学习过的基本概念和方法,在原有基础上对有关内容进行总结。

为要巩固上一节课所学的内容并为展开新的教学内容做好准备,教师可先问一下学生:“上一节课讲的遗传学实验方法是否掌握了?”得到肯定的答复以后,就告诉学生今天咱们来进行一次模拟的遗传学实验。在黑板上给出一对相对性状(如:番茄的红果对黄果),问学生怎样才能知道哪一个是显性性状?学生自然会回答:“做杂交”。教师接着再问:“如何做杂交?”借此机会就可以把“去雄”、“套袋”、“正、反交”等杂交的方法复习、巩固一遍。

“做完杂交后,什么时候能够确定显性性状?如何能确定显性性状?”对于“什么时候能够确定显性性状?”教师要引导学生考虑到两点:“如果是植物个体的性状(如番茄果实的颜色),要到第二年才能确定。如果是种子的性状则在当年就可以确定。”对于“如何确定显性性状?”教师要通过问学生:“怎样确定你所种下去的种子是杂交种子呢?”来引导学生考虑到:“做杂交的花朵及其所结的果实必须作标记。有标记的果实中的种子才是杂交种子。”“杂交种子种下去,要确保自交,后代表现出的性状才是显性性状。”

“杂交后的种子种下去,是否肯定会自交?如何确保杂种后代自交?”通过这一问题使学生意识到:不是所有的植物都是严格的自花传粉,对有可能异花传粉的植物,为确保杂种后代自交还要采取“授粉、套袋”等相应的措施确保自交。

“杂种风代表现出来的性状叫什么?没有表现出来的性状叫什么?这一对性状叫什么?”通过这些提问帮助学生巩固有关的概念,也为后面的教学做好准备。

“根据孟德尔的理论,杂交种子种下去,后代将出现什么样的性状分离比?”“后代将出现31的性状分离比。”在上述巩固已有知识的过程中,要将番茄红果对黄果的模拟实验的图解书写完整。

2.由教师进行遗传学实验特点的小结。

具体小结的要点如下:

1选定的实验材料要具有较明显的相对性状,以便于观察和分析。如:豌豆和果蝇都是经常使用的遗传学实验材料,豌豆茎的高对矮、圆粒种子对皱缩种子、子叶黄色对绿色等;番茄的红果对黄果,果蝇的红眼对白眼、长翅对残翅等都是非常显著的相对性状。

2杂交实验要正、反交都做。这是因为要确保所研究的遗传现象是由细胞核中的遗传物质决定的。

3杂交实验的类型有:杂交、自交、测交等。杂交指用具有相对性状的纯合体做亲本的交配类型,其后代的性状为显性性状;自交指杂合体之间的交配类型,其后代的性状中显性性状与隐性性状之比为31;测交指隐性纯合体与杂合体之间的交配类型,其后代的性状中显性性状与隐性性状之比为11

4实验要收集足够多的样本。如果实验材料的量较小,则实验数据很难准确。因此,选定的实验材料要容易大量获得,以便收集足够多的样本进行分析。如:豌豆和果蝇都是经常使用的遗传学实验材料。豌豆可以通过栽培种植大量获得,果蝇则可以在实验室通过在培养瓶中培养大量获得。同时果蝇还具有生命周期短(只有两至三周)的优点。(注;小结内容中的粗题字可以板书形式出现。)

5)通过杂交选育新品种时要注意:

①对要选择和保留显性性状的植物杂交实验,要通过反复的自交,淘汰隐性性状的个体,使品种逐渐趋于纯化。

②由于杂种F1代体内含有等位基因,因此不要随意丢弃。

对于农村地区的学校更应给学生指出:农村地区开展种养殖业有条件,同学们可以在生产实践中积极参与。经过精心准备后开展杂交试验,培育优良品种。

利用这个机会教师可以及时对学生进行科学价值观的教育。“从对遗传学实验特点小结的叙述可以看出:能揭示出一项自然规律的人是伟大的。他的伟大不仅在于他所揭示出的自然规律给人类社会的生活带来便利、对人类社会的生产和社会的进步带来推动力,而且在于科学家们为了揭示自然规律所从事的日复一日、年复一年的平凡而细致的工作。在于他们不计名利为探求自然界的规律而不懈努力的精神。这一点从孟德尔的豌豆实验过程就可以清楚地看到。孟德尔的豌豆杂交实验除了种植豌豆所需的耕作之外,还需要一朵花一朵花地去推,一朵花一朵花地授粉,一朵花一朵花地套袋、挂牌做标记。在生长期间,对植株表现出的性状要—一地记录。到了收获的季节,要把豌豆收回来,一棵一棵地进行统计计数,并做好记录。这一切繁琐而平凡的工作孟德尔连续进行了八年。经过对八年的实验记录的分析孟德尔才总结出了遗传的基本规律。这一切的一切,如果没有淡泊名利的心胸,没有为追求真理的坚韧不拔的精神是不可能做到的。从我们对孟德尔豌豆杂交实验的介绍也可以看出,科学工作者所应具备的品质应该是:不计名利、孜孜以求的精神,认真细致的工作作风,扎实的知识基础和清晰敏捷的头脑。”

3.使学生理解孟德尔所说的遗传因子与现代遗传学的染色体、基因的关系,理解基因的分离规律。

通过“孟德尔是如何解释一对相对性状的杂交实验结果的?”这样的提问,引导学生从现象深入到本质,回忆上节课所学的内容—孟德尔认为:“杂种F1代体内有两个控制相对性状的遗传因子,它们互相独立、互不混合。这两个因子按现代遗传学理论应该叫什么?”“显性基因、隐性基因”学生是可以回答的。

“孟德尔还认为这两个基因在形成生殖细胞时彼此分离,分别进入生殖细胞——在生殖细胞中比在体细胞中减少一半。而F1代体细胞中的这两个遗传因子又通过传粉、受精来自于两个亲本——恢复成双。这实际上说的是基因在生物的生殖过程中的行为——变化过程。你认为这两个遗传基因在生物生殖过程中的变化与细胞中什么结构的变化相似?”如果此时学生没有响应,教师要及时指点:“请同学们联系第三章的内容考虑一下:在形成配子的过程中什么彼此分离?又是什么在受精过程完成后恢复成双?”对此学生经过思考是可以完成的。“同源染色体在减数分裂形成配子的过程中彼此分离,因而染色体数目减少一半,又在受精过程完成后恢复成双。”通过这种提问调动学生思维的积极性,启发学生思考,使前后知识连贯起来。“我们发现遗传基因与染色体在减数分裂、受精过程中的变化存在着平行关系。”教师在此时应着重点明孟德尔发现的遗传规律与减数分裂、受精作用的关系。“现代遗传学已经证明:基因位于染色体上。孟德尔提出的‘杂合体中含有控制相对性状的一对遗传因子’,就是在同源染色体上位于同一位点上控制相对性状的基因—等位基因。后人把孟德尔提出的理论归纳为基因的分离规律。”

4.明确表现型、基因型的概念。指导学生展开调查:

“通过观察和分析杂交实验,我们可以发现具有显性性状的个体含有的两个基因不一定相同。生物个体表现出来的性状也称为表现型。与表现型有关的基因组成称为基因型。具有显性性状的个体基因型不一定相同,其中有些是杂合体。我们人有46条、23对染色体。据估计,这上面约有基因十万对以上。这当中会不会有等位基因?换句话说,谁敢说自己的全部基因都是纯合的,不是杂合体呢?!”用这样的问题来引起学生对自身的思考。教师也可以借此机会赞扬我们使用的汉字,相同的词义能够表达木同的含义。“如果说某人是‘杂种’,这里就好像有侮辱人格的意思。但是如果说某人是‘杂合体’,就非常文明地说明了这个人的遗传特点,而绝不会引起误会。”以此增强学生的民族自豪感。

本课结束时,可以提供给学生一些人类的相对性状供学生课下展开调查。调查的相对性状可选课文中“人类几种具有显隐关系的性状”之一(注意最好选择“舌两侧能否上卷”或“游离耳垂对附着耳垂”这两对相对性状。因为“眼皮的单与双”学生不易掌握鉴别标准,因此分析起来比较困难。),也可以另外介绍一些相对性状(其他人类常见的单基因遗传性状详见小资料)。调查的方式可以请学生回家调查父母的性状、自己的性状,并分析三人可能的基因型。也可以将学生分成若干小组,在年级或班级中展开调查。如果在几个平行班开展调查,还可以计算出某种基因型在群体中的基因频率。这种调查活动不受任何设备条件的限制,它可以让学生感到所学的知识在实际生活中有用处,从而调动学生的学习积极性,激发学生进一步探求和掌握知识。(注:另外介绍的相对性状可根据课堂教学的时间来决定多少;学生分组调查以及计算某种基因型在群体中的基因频率,也可以根据课堂教学的时间和学生的能力来灵活安排,或安排在课外小组活动中进行。)

四、第三课时:

1.首先,由教师组织学生汇报上一节课布置的调查活动的结果,学生的汇报活动可以分成两个部分。第一部分:由单个学生汇报自己家庭成员的表现型情况和对基因型的分析情况。第二部分由分组进行调查的学生汇报本组的调查结果(这一步如果在前一课没有布置也可不做)。在汇报开始之前,教师要明确要求,让学生说出:“你所调查的相对性状中显性性状是什么?隐性性状是什么?你是如何进行遗传学分析的?结果或结论是什么?”在汇报过程中,教师一定要引导学生说出分析过程中的因果关系,使第一步为第二步以及后面的教学做好铺垫,并选典型家庭情况写在副板书的位置上。如:父母分别一个是显性性状、一个是隐性性状,子女是隐性性状;父母都是显性性状,子女是隐性性状。在学生单个汇报的过程中,肯定会发现根据家庭成员的性状不能确定某一成员基因型的家庭。如:父母分别一个是显性性状,一个是隐性性状,子女是显性性状。这时便不能确定具有显性性状的父(或母)的基因型。对于这种情况,教师要进一步追问一下“为什么不能确定基因型?”最好能引导学生说出:“因为决定显性性状的基因型有两种可能,而现在子女没有隐性性状,所以木能确定父(或母)是否是杂合体。”

2.由师生共同总结如何解遗传题。这一阶段要完成的任务有两项:第一项,要让学生掌握分析遗传现象的关键点——对遗传现象的分析要从隐性性状入手。第二项,要让学生细分析遗传现象的基本点,同时还要为分析配子、合子的类型做好铺垫。

1)教师可以根据在前面的汇报中出现的一些家庭的成员不能确定基因型的情况给学生提出“若要在一个家系中确定某一个体的基因型必须具备什么条件?”的问题,使学生经过思考能够得出:“对遗传现象的分析必须具备的条件是:在有亲缘关系的个体中出现了隐性性状”这样的结论。家族中没有隐性性状就不能确定其他具有显性性状个体的基因型。这是因为:

①“性状是由基因决定的,基因是由配子送来的。我们在生活中或习题中见到的大多是性状,而性状又是由见不到的基因决定的。”

②“隐性基因的纯合体才能表现隐性性状,隐性基因是由配子送来的。抓住隐性性状,根据其基因的来源,就可以结合亲本性状去分析亲本基因型。”

2)分析遗传现象的基本方法是:

①反推法:如从子代的隐性性状结合亲代的性状分析亲代的基因型。

②正推法:从亲代的基因型分析配子基因型的种类,进而分析合子的基因型种类以及后代的基因型可能性。

在此基础上,教师就可以带领学生总结对遗传现象进行分析时要把握的基本点了。

在分析遗传现象时首先要把握的第一点是:成体中含有控制同一性状的一对基因,或控制相对性状的等位基因。

第二点是:由于合子中含有成对的基因,配子中就只含有控制某一性状的单个基因。而且不同基因型的两性配子结合机会均等。在此过程中,教师可以把分析合子基因型的棋盘格法介绍给学生。

第三点:由合子发育而成的纯合体的配子只有一种,杂合体的配子有两种。两种基因型的两性配子结合,其后代的基因型将有三种,比例为121;表现型有两种,比例为31

通过讨论、总结这三点达到使学生加深对基因分离规律的认识和理解。

3.至此,教师就可以对配子的性质和作用做一总结了:“从上面的分析和总结可以看出:配子在有性生殖过程中的作用非常重要。它首先是有性生殖方式的生殖细胞,同时既是亲体的产物,又是子体的根源;它把基因从亲体传给子体,是遗传物质传递的媒体,两代之间的桥梁。由于带有不同基因的两性配子随机结合,使得在合子中出现了新的基因组合(杂合体),从而在杂合体的后代中出现了性状分离。”

在解遗传题的过程中,与杂合体的后代中出现性状分离有关的问题有两类:一类是一次繁殖过程中所有合子的总体表现型比例(如豌豆的杂种后代出现性状分离);另一类是一次繁殖过程中单个合子的表现型可能性。实际上后者是从前者计算出来的。后者多见于人类或动物中的遗传现象分析。

4.通过对白化病的遗传实例讨论,让学生练习分析配子类型和合子类型,从而达到巩固教学的目的。“一对肤色正常的夫妇生了一个患白化病的孩子。很显然,白化病对肤色正常是什么性状?”“从这个患白化病的孩子可以推断这对夫妇的基因型是什么?”当“这对夫妇的基因型都是杂合体”的结论得出来以后,“他们再生一个孩子患白化病的可能性是多少?”的问题就不难回答了。这里第一问是先确定隐性性状——从隐性性状入手确定隐性纯合体。第二间是从患儿的基因型(隐性纯合体)分析其亲代的配子基因,同时结合亲代的性状分析亲代的基因型,并得出结论——这对夫妇的基因型都是杂合体。第三间则是要从亲体的基因型分析后代基因型的可能性,得出的答案只能是个比例数。这时教师心中要明确:做练习不是目的,要通过做练习使学生明确:“为什么要这样做”才能真正达到巩固教学的目的。

通过上面的讨论使学生对常染色体上隐性单基因遗传病的患病可能性有了明确的认识。这时教师再问:“在社会人群当中,具有什么样关系的人会带有相同的基因呢?”这个问题学生经过思考是可以回答出来的。如果学生不能做出回答,教师可以通过列举一个白化病基因携带者家族三代以内分系血亲通婚的例子,带领学生讨论:“如果正常的双亲中有一人是白化病基因携带者,子女有多大可能性仍然是白化病基因携带者?”答案当然是二分之一。“那么,如果是白化病基因携带者(表兄妹)之间通婚,其子女患白化病的可能性是多少呢?”“四分之一”这个答案是不难得出的。当“具有亲戚关系的人”这个答案一经得出,教师马上接着问:“法律为什么禁止近亲结婚?”这个问题就成为不言自明的了。

最后,教师可以用“如果某种遗传病是由显性基因控制的,那么它在患者后代中的发病率又将如何呢?”“后代的患病率在百分之五十以上”的结论学生是可以得出来的。

六、本课题教学中应注意的问题:

1.本课题采取了把知识还原到科学发现的历史过程中去的教学思路,意在给学生提供一个关于科学知识的、新的切入点,加强对学生的科学素质的培养。在教学过程中,教师要特别注意,不要在讲授科学发展史的过程中顾此失彼,忽略科学知识的教学——忽略了遗传学的基本原理和概念的教学。为要避免出现这一问题,在三个课时的内容当中都有意识地安排了方法和概念的重复:在前一课时的内容中介绍了方法和概念,在后一课时中就安排了学生复习方法和运用概念的活动,以帮助学生熟悉方法和掌握概念。因此,教师在教学过程中要特别注意:在复习方法、巩固概念时要尽量让学生来说、来表达。不要由教师急着把方法、概念讲一遍又讲一遍。

2.这样安排教学过程是要通过介绍孟德尔的豌豆杂交实验,一方面要对学生进行科学方法、科学价值观的教育,另一方面要使学生获得关于遗传学实验的比较完整的整体概念,还要使学生在了解事情的来龙去脉的过程中掌握有关知识和原理。这是教师在教学过程中要始终注意把握的。

3.在学生掌握了基因的分离规律之后,教师要通过安排的活动及时把学生的目光引向实际生活中去,尽量不要让课本知识与实际生活脱节。要让学生切实感到所学的知识有用、所学的知识能用。

4.在学生汇报自己家庭成员的表现型和基因型的情况时,由于教师事前并不知道学生要汇报的内容,可能会有个别粗心的学生报告他自己的双亲为隐性性状,而自己是显性性状。教师在此时一定要注意,不要让学生把注意力集中在这上面。而要轻描淡写地告诉学生:“有可能你的父母并没有认真考虑就回答了你关于性状的调查,这样的调查有可能不准确,你可以回家再仔细调查一下。”接着马上转入下一个学生的汇报。即使真有学生经过调查发现自己可能是领养的,教师也要在课下有针对性的做好工作。

小资料

一、19世纪前人类对遗传现象的一些看法:

直到19世纪以前人们对子代与亲代之间相似现象的原因还存在着许多错误的认识。如:古希腊的希波克拉底认为亲代双方通过血液贡献出他们的胚芽,然后通过有性繁殖传给后代。亚里士多德则认为,雄性为胚胎提供了“蓝图”,母体为胚胎提供了物质。柏拉图认为,有关孩子生下来更像父亲还是更像母亲,取决于受孕时父亲的感情更浓烈些,还是母亲的感情更浓烈些。

二、美于孟德尔的家庭背景、知识背景和时代背景:

孟德尔出身于一个农民家庭。他经过艰苦的求学过程后,在布尔诺城修道院当了一名修士。后来经修道院院长的推荐,他进入维也纳大学受教于当时著名的物理学家多普勒、数学家艾丁豪逊和植物学家翁格尔等人。为他日后的科学研究打下了坚实的基础。回到布尔诺以后,他一方面在国立高级中学教授自然科学课程,一方面在修道院的植物园中进行了许多杂交实验。经过对许多种植物的反复比较,孟德尔发现,豌豆正是他想寻找的理想实验材料。他从商人那里买回34种豌豆品种,经过几代自花授粉,筛选出22个性状稳定的纯系,并注意到豌豆的7对明显的相对性状。

在十九世纪,人们开始利用植物杂交实验研究遗传现象。例如:德国的植物学家科尔罗伊德曾进行了500个以上的杂交实验,并发现了杂交种第一代性质比较均一,第二代、第三代性状开始分离。科尔罗伊德的朋友格纳特则用700多种植物进行了10000多项杂交实验,产生了250多个杂交种,他甚至也统计出了玉米杂种第二代接31的比例分离。法国植物学家诺丁也注意到了这种现象。但是他们或是不解其意,或是被大量纷繁复杂的遗传现象所迷惑,都未能发现遗传的规律。格纳特本人就说过,产生杂种的方法是没有法则的,如果有,那也是非常复杂的。

进化论的奠基人达尔文也曾想建立一个把遗传、变异、进化都包括在内的理论。他提出,亲代的遗传“胚芽”或单位,在生殖器官中被武装起来,进入到精子和卵细胞中,受精时,从双亲带来的遗传胚芽互相结合起来,从而使新个体与父母双方都相似。达尔文还提出,遗传胚芽有的优先遗传,有的潜伏下来,相当于现在所说的显性遗传与隐性遗传。达尔文的这一“暂时泛生论假说”很不完善,远不如他的进化论那样受到人们的重视,但有一点值得注意,他提出了遗传是通过某种小颗粒来完成的。

1865228日,孟德尔所在城市的自然科学研究会召开例会,身穿黑色修士长袍的孟德尔走上讲坛,报告了他发现的遗传规律。虽然与会的四十多位科学工作者对他所做的长达八年的实验研究和他所统计的多达两万一千多件样本的实验结果表示钦佩,但对孟德尔的报告中那些繁杂而枯燥的数字没有理解。所以,孟德尔只赢得了有礼貌的掌声,既没有人大声喝彩,也没有人反对。看来,他的理论超出了当时人们能够接受的水平。

三、孟德尔定律的再发现:

1900年,在欧洲三个不同国家的科学家:荷兰植物学家德·弗里斯、德国植物学家科伦斯、奥地利植物学家切尔马克,在总结了他们各自的实验后,几乎是同时发现了植物遗传的规律。而当他们准备发表论文,去查阅文献时,又不约而同地发现,早在35年前孟德尔就发现这样的规律了。他们三个人在发表论文时,都提到了孟德尔的文章,称自己的工作是证实了孟德尔的定律。这就是生物学史上的有名的“孟德尔定律的再发现”。

四、孟德尔成功的原因:

1)成功于对前人工作的分析。孟德尔认为前人的杂交实验有三个缺点:①对杂种子代中不同类型的植株没有分别进行计数;②对杂种后代没有明确地按各代分别统计;③也没有明确肯定每一代中不同类型植株数之间的统计关系。在此基础上,孟德尔进行了他的豌豆杂交实验,并对实验结果进行了统计和分析。从而提出了对遗传规律的假设,把对遗传现象的单纯描述推进到正确的分析。

2)孟德尔成功于他与其他实验者不同的思想方法:孟德尔主张“从最简单的事物中去认识真理”。他在最初进行杂交时,所选用的两个亲本都只有一对相对性状。或者更确切些说,不论其它性状的差异怎样,他都只把注意力集中在一个清楚的性状差异,或者说一对相对性状上,去进行观察和分析。

3)孟德尔成功于他的一整套实验方法:孟德尔对花粉混杂问题特别注意。他指出,如果忽略了这个问题,有外来花粉混杂,而实验者却不知道,那就会得出错误的结论。不仅如此,他还对杂交亲本做了明确的区分和界定,建立了一整套杂交实验的方法,如:自交、测交。

孟德尔在他的《植物杂交实验》中谈到两个极端的例子:在杂交实验的F2253棵植株中有一棵植株上收获的种子是43个圆粒对2个皱粒、在另一棵植株上收获的种子是14个圆粒对15个皱粒。因此,他指出选定的实验材料要容易大量获得,以便收集足够多的样本进行分析。

五、果蝇是遗传学研究较理想的实验材料:

果蝇具有以下几个特点:一个是它的体型小,饲养容易。另一个是它繁殖快、生命周期短(果蝇从孵化到孵化出生命的周期只有两至三周。果蝇的胚胎发生只需1天;幼虫在第4天化蛹,5天后羽化为成虫,成年果蝇存活约9天)。这样人们在较短的时间里就可以观察到它许多代的遗传情况。第三个特点是它的生活力强,每只雌蝇能产生几百个后代。第四个特点是果蝇只有四对染色体,这样少的染色作为观察提供了便利条件。

六、人类常见的单基因遗传性状:

双眼皮对单眼皮为显性;游离耳垂对附着耳垂为显性;舌两侧能上卷对不能上卷为显性;虹膜的颜色褐色对黑色为显性;前额发际有美人尖对无美人尖为显性;能后弯拇指对不能后弯拇指为显性。除此之外,还有直发对卷发为显性;惯用右手对惯用左手为显性;干耳垢对湿耳垢为显性。这当中直发对卷发宜做家庭或班级调查;干耳垢对湿耳垢有涉及隐私之嫌在学生中恐不宜调查;惯用右手对惯用左手除受遗传控制外,还与后天的训练有关,也难于调查确定。

 

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