基因在亲子代间的传递
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●教学目标
知识目标
1．描述染色体、DNA和基因之间的关系。
2．描述生殖过程中染色体的变化。
3．说出基因经生殖细胞在亲子代间的传递。
能力目标
1．培养收集整理资料的能力，以及认真观察、分析思考、综合能力。
2．增强对生物遗传的进一步认识，培养学生对生物的兴趣。
情感目标
1．了解基因在亲子代间的传递，激发深层次地对生命的思考，对生命的珍爱。
2．通过对本节的学习，产生对生物学家的敬佩之情，以及对生物研究的美好憧憬。
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●教学重点
1．描述生殖过程中染色体的变化。
2．说出基因经生殖细胞在亲子代间的传递。
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●教学难点
说出基因经生殖细胞在亲子代间的传递。
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●教学方法
启发式、演示式、举例法、观察法。
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●教具准备
教师准备：关于细胞结构的知识的投影片或图片；关于染色体、DNA、基因三者之间关系示意图等。
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●课时安排
1课时
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●教学过程
［复习旧课，导入新课］
教师：上节课我们通过对转基因超级鼠的产生过程的学习与分析，知道生物的性状是由基因所控制的。接下来大家看幻灯片，一起复习上节课的主要内容。
幻灯片：
1．请描述转基因超级鼠的产生过程。
2．联系转基因超级鼠分析并说明基因控制生物的性状。 参考答案：1．当雌雄小鼠交配后，从雌鼠的输卵管内取出没有融合的受精卵。然后，将事先准备好的大鼠生长激素基因吸入显微注射器中，在显微镜下将大鼠生长激素基因，注入小鼠核尚未融合的受精卵内的卵细胞核或精子核中。注射之后，小鼠受精卵内的精子核与卵细胞核将融合成一个细胞核，其中携带着转入的基因。将已经导入了大鼠生长激素基因的受精卵，注入小鼠的输卵管中，经过小鼠妊娠后，分娩出的两只小鼠经过发育，其中一只小鼠比它同龄的其他小鼠大一倍，这就是转基因超级鼠。
2．在转基因超级鼠的产生过程中，仅是在受精卵未融合的精子核或卵细胞核中注入了大鼠生长激素基因。可见，超级鼠体量增大是大鼠生长激素基因作用的结果。所以说基因控制性状。
（注：教师对作答的同学给予客观的、鼓励性的评价，并对表述不完整的给予补充）
［讲授新课］
教师：在了解学习了基因控制性状的基础上，今天我们来学习基因是如何在亲子代间传递的。
板书：第二节基因在亲子代间的传递
教师：首先大家随我一起回顾一下七年级上册有关细胞及细胞核的知识。观看投影片上的图片并思考下面的几个问题。
（注：投影并让同学们讨论）
投影片：
1．
2．下面是染色体和DNA的关系示意图
①请描述动物细胞的组成。
②请联系上节知识，解释“多莉羊的性状几乎与提供细胞核的B羊一样”的原因。
③细胞核内由哪些物质组成？
④试着描述染色体、DNA和遗传信息之间的关系。
教师：请大家试着回答上述四个问题。
学生1：动物细胞是由细胞膜、细胞核、细胞质组成的。
学生2：多莉羊的性状之所以与B羊相似，说明细胞核里有遗传物质。根据上节课所学的“基因决定性状”，可知基因肯定是在细胞核里，才会导致多利羊的性状与B羊相似。
学生3：细胞核是由许多染色体组成的。
学生4：染色体存在于细胞核中，由DNA和蛋白质组成。DNA分子很长，在它特定的结构中储存有大量的遗传信息。
（注：教师对刚才四位同学的回答给予肯定性的评价，对于有的同学一次回答不完善的可请其他同学补充。）
教师：通过刚才几位同学的回答，我们知道了遗传信息存在于细胞核中，又知基因控制性状。可见，基因就是遗传信息，那么基因在细胞核内怎样存在的？接下来，我们具体来看一下人体内的染色体以及与基因的关系。
大家将29页的“观察与思考”完成。
（注：一边让学生观察思考并讨论，一边板书。）
板书：一、基因与染色体
〔注：板书完后，打开多媒体课件（关于29页的两幅图片及讨论题）。〕
教师：接下来请大家试着回答讨论题。
学生5：人体细胞内的染色体有23对，因为染色体在人体内是成对出现的。
学生6：染色体由DNA和蛋白质组成，基因位于染色体上。
学生7：各种颜色的区段表示的是控制不同性状的基因。因为成对的染色体不但形态大小相似，在相对位置上所染的颜色也相似，表明内部成分相似。不断把长绳螺旋缩短变粗，就能把长绳处理成棒状的染色体样子。
（注：对几位同学的作答，肯定他们认真观察、积极思考、勇于探索的精神，给予鼓励性的评价。）
教师：对于染色体、基因和DNA的关系，尤其是基因位于染色体的何种成分上，请大家思考并回顾染色体与DNA的关系示意图。
学生8：基因可能位于组成染色体的蛋白质上，因为蛋白质是构建人体的最主要成分。
学生9：我认为应该位于DNA上。因为DNA是遗传信息的载体，所以，基因所代表的每一种遗传信息都应在DNA这种载体上。另外，讨论题第3题也说明基因位于DNA上。
教师：哪位同学的回答是正确的呢？
学生10：9同学。
教师：哪位同学能用一句话总结染色体、DNA与基因之间的关系？
学生11：基因是染色体上具有控制生物性状的DNA片段。
教师：太棒了，简洁概括。
板书：基因是染色体上具有控制生物性状的DNA片段。
教师：哪位同学试着总结这部分的内容？
学生12：①在生物的体细胞中（除了生殖细胞），染色体是成对出现的，且人体内有23对染色体。②基因也是成对出现的，分别位于成对的染色体上。
教师：总结的比前一次有进步，大家一起看投影片。
投影：
一、基因与染色体
①基因是染色体上具有控制生物性状的DNA片段。
②基因有规律地集中在染色体上，且是随染色体一起成对出现的。
③人体内有23对染色体，含有46个DNA分子，含有数万对基因，决定着人体可遗传的性状。 教师：了解了基因与染色体之间的关系，接下来咱们思考一下，基因是如何传递的？先看投影片，大家讨论。
（注：打开投影片，并进行板书）
投影：
1．回顾前面所学的人的生殖，口述人的生殖过程。
2．受精时，精子与卵细胞的结合意味着什么（结合基因与染色体的关系作答）？ 板书：二、基因经精子或卵细胞传递
（注：学生作答。）
学生13：父亲产生精子、母亲产生卵细胞，精子与卵细胞结合之后形成受精卵，受精卵在子宫内着床分裂、分化形成胚胎，经过约40周时间分娩，婴儿产出。
学生14：精子与卵细胞的结合意味着分别携带着父母双方的控制性状的基因的结合。主要通过细胞核的融合来实现，也意味着融合的受精卵核中染色体成倍增加，基因也成倍增加。
教师：但是我们知道人体内的染色体都只有23对，基因的数目也不变，这是为什么呢？父母应该把多少基因传给子代呢？请大家认真阅读书上的资料，并在纸上完成生殖过程中染色体的变化图。
（注：学生阅读，教师板书。）
板书：1．发现过程：
①1883年，比利时胚胎学家比耐登对马蛔虫的研究。
②1890年，德国细胞学家鲍维里与1891年德国动物学家亨金，证实染色体是减半传递的。
（注：阅读完后，板书。）
教师：现在你能解释为什么形成受精卵后仍然是23对染色体吗？
学生15：在形成精子或卵细胞分裂过程中，染色体都要减少一半，而且不是任意的一半，是每对染色体中各有一条进入精子或卵细胞，所以形成受精卵后仍然只含有23对染色体。
教师：那么，父母应该把多少基因传给子代呢？为什么？
学生16：约一半的基因，因为基因在体内是成对出现的，且位于成对的染色体上，所以染色体减少一半进入精子或卵细胞，则基因也应是一半传递的。
教师：大家联系染色体、DNA、基因、性状的关系，想想这对遗传有什么意义？
学生17：只有保证体内染色体数目不变，才会使体内含有的控制人体性状的基因数目大致保持不变。才会使后代个体在性状上与亲代保持基本上一致，维持种族的正常繁衍。
（注：教师对此作出客观的、合理性的评价，并收回同学们的填图，并以小组竞赛的形式，看哪个组填正确的同学最多。同时打开多媒体课件，让同学们观察并思考。）
评比结束后，对优胜组进行鼓励性、赞赏性的评价。同时让学生们完成书上的图，并提示同学们注意颜色上的差异。
填图完毕。
教师：请大家总结基因如何通过精子或卵细胞进行传递的？联系生殖过程中染色体的变化图作答。
学生18：在形成精子或卵细胞分裂过程中，染色体都要减少一半，而且不是任意的一半，是每对染色体中各有一条进入精子或卵细胞。
学生19：父亲体内有能形成精子的细胞产生只有一半染色体的精子；母亲体内有能形成卵细胞的细胞产生只有一半染色体的卵细胞；然后受精后，各带有一半染色体的精子与卵细胞结合形成受精卵。父母身上控制性状的基因就附在染色体上随着生殖过程传递到子代中。
……
教师：大家比较一下前几位同学的回答，哪位同学的作答最为全面。
学生20：19同学。
教师：通过本节的学习大家思考“为什么一对夫妻所生的几个孩子长相会有差异？”
（注：学生讨论，教师板书。）
板书：2．在形成精子或卵细胞的细胞分裂过程中，染色体都要减少一半。即每对染色体中各有一条进入精子或卵细胞。
（注：如果时间充裕，可请同学们回答；如果时间紧张，可作为课下思考题。）
［课后小结，作业练习，结束新课］
教师进行简短的小结，突出重点、难点。巩固练习并布置作业，结束本节的全部教学内容。
［巩固练习］
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一、看谁选得对
1．如果用一根长蝇来代表DNA分子，在长绳上用红黄绿蓝等颜色涂在不同的区段上。则不同颜色的区段表示的是（）
A．DNA分子B．基因C．染色体D．染色质
答案：B
2．人类受精后形成的受精卵中含有________________染色体
A．23对 B．46对C．22对D．23条
答案：A
3．基因是通过亲子间的“小桥”传递的，小桥指的是（）
A．精子B．卵细胞C．精子或卵细胞D．受精卵
答案：C
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二、思考题
4．描述基因、染色体与DNA之间的关系。
答案：基因是染色体上具有控制生物性状的DNA片段。
5．为什么正常人的体细胞中只有23对染色体？
答案：在形成精子或卵细胞的细胞分裂过程中，染色体都要减少一半，而且不是任意的一半，是每对染色体中各有一条进入精子或卵细胞。
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●板书设计
第二节基因在亲子代间的传递
一、基因与染色体
基因是染色体上具有控制生物性状的DNA片段。
二、基因经精子或卵细胞的传递
1．发现过程
①1883年，比利时胚胎学家比耐登对马蛔虫的研究。
②1890年，德国细胞学家鲍维里与1891年德国动物学家亨金，证实染色体是减半传递的。
2．在形成精子或卵细胞的细胞分裂过程中，染色体都要减少一半，即每对染色体中各有一条进入精子或卵细胞。
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●备课资料
1．染色体、染色体组型及分析
染色体（chromosome）细胞有丝分裂时出现的大小不等、形状各异的由染色质纤维盘叠、凝集而成的棒状小体，为遗传物质的主要载体。与染色质具有同样的化学成分，即由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成，两者仅是在细胞周期不同阶段表现出在形态和构型上之不同。通常用四级结构模型或袢环模型（100pmodel）解释染色体的包装过程：核小体（nucleo-some）为染色质的基本结构单位，由核小体盘旋缠绕为二级结构的螺旋管，由螺旋管进一步螺旋盘绕为三级结构的超螺旋管或袢环，最后再螺旋化成为四级结构的染色单体。细胞分裂中期染色体具有典型的染色体结构。有着丝粒（centromere）、着丝点（kinetochore）、随体（satellite）、端粒（telomere）、次缢痕（secondaryconstriction）等区域。中期染色体由两条染色单体组成，两者在着丝粒部位结合，此处内缢叫主缢痕（primaryconstriction）。着丝粒将染色体分成两臂，由于着丝粒位置不同故各染色体两臂之长度不同。染色体上其他缢痕称为次缢痕，核仁染色体之末端次缢痕是核仁组织区所在部位。根据着丝粒在染色体上的位置将染色体分为端部着丝粒染色体（telocentricchromosome）、亚端部着丝粒染色体（acrocentricchromosome）、亚中部着丝粒染色体（submetacentricchromosome）和中部着丝粒染色体（metacentricchromosome）四种类型。各种生物的染色体有一定的数目、形状和大小。通常体细胞中有两组相同的染色体称为同源染色体，为二倍体，以2n表示；性细胞中（精子和卵子）只有一组染色体，为单倍体，以n表示。染色体又分为性染色体和常染色体两类。人体细胞中有23对（46条）染色体，其中22对（44条）是常染色体，1对（2条）是性染色体，男性为XY染色体，女性为XX染色体。不同种类动植物染色体数目之恒定对维持种的稳定具有重要意义。
染色体组（genome）二倍体生物中来自一个配子的一套染色体及其上的一套基因，通常用符号n来表示。例如，水稻体细胞核中有24个染色体，根据其大小、形态与功能的不同，可排成两套12对，表示有两个染色体组，即2n＝24。减数分裂后，性细胞核中只含有每对同源染色体中的一个，共一套12个，表示有一个染色体组，即n＝12。同一个染色体组中各个染色体的形态、结构与功能彼此虽不同，但它们却构成一个完整而协调的体系，缺少其中任何一个都会威胁到生物的生存。这是染色体组的最基本的特征。值得注意的是，许多植物的染色体组包含着若干个祖先种（基本种）的染色体组。基本种的染色体组称为基本染色体组，常用符号x来表示，它所包含的染色体数称为染色体基数。因此，符号n和x的含义是有区别的，一般n指配子中的染色体数，x则指基本种的染色体基数，即同一属中各物种共同的染色体基数。n可以等于x，也可能是x的倍数。例如，据进化遗传学的研究，水稻配子中的染色体数是n＝12，其染色体基数也是x＝12；但在普通小麦则不同，它的配子染色体数是n＝21，而染色体基数则是x＝7，即n＝3x。各种生物的n与x是否相等，必须对该物种的染色体组作进化分析方能确定。
染色体组型分析（karyotypeanalysis）又叫核型分析。对生物某一个体或某一分类单位（亚种、种等）的体细胞的染色体按一定特征排列起来的图像（染色体组型）的分析。一般有四种方法。（1）常规的形态分析。选用分裂旺盛细胞的有丝分裂中期的染色体制成染色体组型图，以测定各染色体的长度（微米）或相对长度（%），着丝粒位置及染色体两臂长的比例（臂比），鉴别随体及副缢痕的有无作为分析的依据。（2）带型分析。显带技术是通过特殊的染色方法使染色体的不同区域着色，使染色体在光镜下呈现出明暗相间的带纹。每个染色体都有特定的带纹，甚至每个染色体的长臂和短臂都有特异性。根据染色体的不同带型，可以更细致而可靠地识别染色体的个性。（3）着色区段分析。染色体经低温、KCl和酶解，HCl或HCl与醋酸混合液体等处理后制片，能使染色体出现异固缩反应，使异染色质区段着色可见。在同源染色体之间着色区段基本相同，而在非同源染色体之间则有差别。因此用着色区段可以帮助识别染色体，作为分析染色体组型的一种方法。（4）定量细胞化学方法。即根据细胞核、染色体组或每一个染色体的DNA含量以及其他化学特性去鉴别染色体。如DNA含量的差别，一般能反映染色体大小的差异，因此可作为组型分析的内容。染色体组型分析有助于探明染色体组的演化和生物种属间的亲缘关系，对于遗传研究与人类染色体疾病的临床诊断也非常重要。
2．脱氧核糖核酸（DNA）
脱氧核苷酸的高聚物，是染色体的主要成分，遗传信息的绝大部分贮存在DNA分子中。
分布与功能：原核细胞的染色体是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体，每个染色体也只含一个DNA分子。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种的所有蛋白质和RNA结构的全部遗传信息；策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间；确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。除染色体DNA外，有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA。
结构DNA是由许多脱氧核苷酸残基按一定顺序彼此用3′，5′-磷酸二酯键相连构成的长链。大多数DNA含有两条这样的长链，也有的DNA为单链，如大肠杆菌噬菌体φX174、G4、M13等。有的DNA为环形，有的DNA为线形。主要含有腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶4种碱基。在某些类型的DNA中，5-甲基胞嘧啶可在一定限度内取代胞嘧啶，其中小麦胚DNA的5-甲基胞嘧啶特别丰富，可达摩尔%。在某些噬菌体中，5-羟甲基胞嘧啶取代了胞嘧啶。40年代后期，查加夫（E．Chargaff）发现不同物种DNA的碱基组成不同，但其中的腺嘌呤数等于其胸腺嘧啶数（A＝T），鸟嘌呤数等于胞嘧啶数（G＝C），因而嘌呤数之和等于嘧啶数之和。一般用几个层次描绘DNA的结构。
一级结构DNA的一级结构即是其碱基序列。基因就是DNA的一个片段，基因的遗传信息贮存在其碱基序列中。1975年美国的吉尔伯特（W．Gilbert）和英国的桑格（F．Sanger）分别创立了DNA一级结构的快速测定方法，他们为此共获1980年度诺贝尔化学奖。自那时以后，测定方法又不断得到改进，已有不少DNA的一级结构已确立。如人线粒体环DNA含有16569个碱基对，入噬菌体DNA含有48502个碱基对，水稻叶绿体基因组合13452个碱基对，烟草叶绿体基因组含155844个碱基对等。现在美国已计划在10至15年内将人类DNA分子中全部约30亿个核苷酸的序列测定出来。
二级结构1953年，沃森（Watson）和克里克（Crick）提出DNA纤维的基本结构是双螺旋结构，后来这个模型得到科学家们的公认，并用以解释复制、转录等重要的生命过程。经深入研究，发现因湿度和碱基序列等条件不同，DNA双螺旋可有多种类型，主要分成A、B和Z三大类，其主要参数差别如下表。
类型 A-DNA B-DNA Z-DNA 旋转方向 右[] 右 左 螺旋直径（纳米） 2.3 2.0 1.8 螺距（纳米） 2.8 3.4 4.5 每转碱基对数目 11 10 12 碱基对间垂直距离 0.255 0.34 0.37 碱基对与水平面倾角 20° 6° 7° 每残基转动角度 33° 36° -60°/二聚体 糖苷键 反式 反式 嘧啶反式嘌呤顺式 大沟 窄而深 宽而深 平 小沟 宽而浅 窄而深 窄而深 一般认为，B构型最接近细胞中的DNA构象，它与双螺旋模型非常相似。A-DNA与RNA分子中的双螺旋区以及转录时形成的DNA-RNA杂交分子构象接近。Z-DNA以核苷酸二聚体为单元左向缠绕，其主链呈锯齿（Z）形，故名。这种构型适合多核苷链中的嘌呤嘧啶交替区。1989年，美国科学家用扫描隧道电镜法直接观察到双螺旋DNA。
三级结构DNA分子很长，在细胞中扭曲折叠成双螺旋DNA的类型。
复杂的三级结构。超螺旋是三级结构最常见的形式。双螺旋环DNA总是扭曲成这种形式。如在其双链分子的一条链上打开一个缺口（开环DNA），任其自由旋转以释放多余的张力，便可变成松弛态（松环DNA）。如两端固定，线形DNA也可形成超螺旋结构，如核小体中的DNA。
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性质DNA最主要的性质就是在一些物理化学的因素影响下发生变性。DNA的变性因素有高温、酸、碱及某些变性剂（如尿素）等。变性时，有规律的双螺旋结构松散变成无规律的单链线团，同时发生粘度下降，紫外吸收值上升，生物活性丧失等变化。可利用这些变化来判断DNA是否变性。DNA水溶液加热变性后，如缓慢冷却（叫做退火），所产生的单链相遇时可再恢复成双螺旋结构。这个变性的逆过程称做复性。具有互补序列的异源DNA，甚至DNA和RNA也可形成双链杂交分子，而且互补序列越多，越易生成杂交分子。分子杂交技术就是根据这个原理创立的。D-2-脱氧核糖与酸和二苯胺一同加热产生蓝紫色，可利用这个颜色反应测定DNA。
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