染色體變異教學(xué)設(shè)計

1、染色體變異教學(xué)設(shè)計武進(jìn)高級中學(xué)生物組 陶曉東一、 教學(xué)目標(biāo)：（一）知識技能掌握染色體變異的概念，特點(diǎn)，應(yīng)用。區(qū)分染色體組和同源染色體，并能夠正確理解單倍體。使學(xué)生了解人工誘導(dǎo)多倍體在育種上的應(yīng)用及單倍體在育種上的意義。（二）過程方法 在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合多媒體技術(shù)，合理設(shè)計問題串，充分發(fā)掘?qū)W生的想象力。注重學(xué)生的日常生活中的信息體驗(yàn)。（三）情感態(tài)度價值觀 在教學(xué)過程中對情感態(tài)度價值觀的體現(xiàn)主要有以下幾個方面：其一，通過單倍體和多倍體育種學(xué)習(xí)，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)價值觀教育；其二，可介紹我國科學(xué)家在染色體變異方面取得的成就，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、仔細(xì)觀察、勤于思考、實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)論證的科學(xué)態(tài)度和鉆研精

2、神。其三，鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)，搜集相關(guān)知識，對所學(xué)的內(nèi)容有初步的了解，滿足學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，學(xué)會查找信息，利用信息。 二、教學(xué)內(nèi)容(一)教材分析總的來看，教材編排體系設(shè)置不太合理，一是對染色體變異概念沒有很好的解釋清楚。課本上講的染色體變異是指在自然條件或人為條件的影響下，染色體的結(jié)構(gòu)和數(shù)目都可以發(fā)生變化，從而導(dǎo)致生物的性狀發(fā)生變異。實(shí)際上，課本上只重點(diǎn)講述染色體數(shù)目的變異，而沒有講到染色體結(jié)構(gòu)的變異，因此，學(xué)生學(xué)起來難以理解。在教學(xué)上教師應(yīng)補(bǔ)充這方面的知識。在講解這一內(nèi)容時可與前面講的基因突變概念相比較，加深學(xué)生的記憶。二是課本上把二倍體和多倍體、單倍體這些概念分開講

3、。但無論是對多倍體還是單倍體概念的理解都應(yīng)該建立在對二倍體概念的理解之上，多倍體和單倍體是相對于二倍體來講的，并且這種比較應(yīng)該是同一生物進(jìn)行比較，而不能拿不同種的生物進(jìn)行比較。例如單倍體指體細(xì)胞中含有本物種配子的染色體數(shù)目的個體。普通小麥的體細(xì)胞中含有六個染色體組，條染色體，它的單倍體植株體細(xì)胞含有三個染色體組，條染色體。這里就不能把含有三個染色體組的單倍體普通小麥又稱多倍體。自然界中，幾乎全部動物和過半數(shù)的高等植物都是二倍體。三是人工誘導(dǎo)多倍體在育種上的應(yīng)用。在這里，教材安排上可運(yùn)用列表分析掌握變異原理在育種上的應(yīng)用。比較和復(fù)習(xí)上一節(jié)課內(nèi)容，包括雜交育種、誘變育種、多倍體育種、單倍體育種及它

4、們應(yīng)用的原理、優(yōu)缺點(diǎn)，列舉生活中的實(shí)例，加深對知識的理解和實(shí)際應(yīng)用。(二)教學(xué)任務(wù)分析這部分的教學(xué)任務(wù)主要體現(xiàn)在知識、能力、情感態(tài)度、價值觀等方面。在知識教學(xué)目標(biāo)方面，主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：其一，染色體結(jié)構(gòu)變異的四種類型；其二，染色體組、單倍體、多倍體和二倍體的概念；其三，單倍體和多倍體的特點(diǎn)、形成原因及其在育種上的意義；具體為：1、以貓叫綜合癥產(chǎn)生原因?yàn)槔鋈旧w結(jié)構(gòu)變異的四種類型；以果蠅的染色體為例，引出染色體組的概念，訓(xùn)練學(xué)生由具體到抽象的思維能力；2、通過單倍體、多倍體和二倍體的分類依據(jù)學(xué)習(xí)，對學(xué)生進(jìn)行比較、分類思維能力的訓(xùn)練；3、通過單倍體和多倍體的概念、原理、應(yīng)用的學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生

5、演繹思維能力。（三）學(xué)生經(jīng)驗(yàn)分析 學(xué)生在日常生活中具有一定的信息技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)，部分學(xué)生可以熟練的利用網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)知識，并能夠的相關(guān)知識進(jìn)行拓展。學(xué)生對教學(xué)過程中的多媒體技術(shù)相當(dāng)適應(yīng)，效果良好。（四）重難點(diǎn)分析這一節(jié)內(nèi)容大多是屬于理解和應(yīng)用的層次，教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)較集中，可以已列提綱的方式對重難點(diǎn)作逐個分析。其一，染色體組數(shù)目的判斷。一般來說，在細(xì)胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含幾個染色體組，在細(xì)胞或生物體的基因型中，同一種基因出現(xiàn)幾次，則有幾個染色體組。在教學(xué)過程中可將已學(xué)習(xí)過的同源染色體的概念和染色體組的概念作對比。其二，三倍體無籽西瓜的培育。三倍體植株在減數(shù)分裂過程中，染色體的聯(lián)會發(fā)生紊亂

6、，因而不能形成正常的生物細(xì)胞。這時需要授給普通西瓜二倍體成熟的花粉，刺激子房發(fā)育而成為果實(shí)。因?yàn)榕咧椴⒉荒馨l(fā)育成為種子，所以這種西瓜叫做無籽西瓜。教學(xué)過程中可依托多媒體技術(shù)使學(xué)生對該方法的過程一目了然，較深刻的理解。三、教學(xué)策略：（一） 教學(xué)支架相關(guān)知識的預(yù)習(xí)：圖書館的紙質(zhì)媒體資源和網(wǎng)絡(luò)的電子媒體資源課堂教學(xué)：形象生動的多媒體形式（二）組織形式：集體教學(xué)。相關(guān)問題可四人一組討論（三）教學(xué)模式：接受教學(xué)：基本概念和原理 探究教學(xué)：相關(guān)疑難問題的探討 合作學(xué)習(xí)：鼓勵學(xué)生事先收集必要的信息并相互間進(jìn)行交流以探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)為主。四、教學(xué)資源：(一)、硬件資源：電腦，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，投影儀，打印機(jī)，圖書館

7、(二)、軟件資源：POWERPOINT、FLASH、PHOTOSHOP等相關(guān)軟件(三)、信息資源：從圖書館可獲取的紙質(zhì)媒體信息，從網(wǎng)絡(luò)可獲取的電子媒體信息資源，包括文字，圖片等(四)、人力資源：其他教師，學(xué)生父母等泛在資源五、教學(xué)評價：（百分評價體系）80分以上：優(yōu)秀 6080分：合格 4080分：較差 40分以下：不能完成學(xué)習(xí)任務(wù)(一)、知識技能的評價，占40分學(xué)生能熟練掌握相關(guān)的知識，并反映在課后的作業(yè)中。在技能方面，考察學(xué)生掌握信息技術(shù)的能力。依完成情況分別給予0分（未完成）、10分（較差）、20分（合格）、30分（良好）、40分（優(yōu)秀）的評價（二）、過程方法的評價，占40分是否能利用信

8、息技術(shù)完成一定的任務(wù)，提出問題和假設(shè)的思路，問題的解決策略和合作的技能，學(xué)習(xí)過程中有無較好的遷移能力。依實(shí)際情況分別給予10分（較差）、20分（合格）、30分（良好）、40分（優(yōu)秀）的評價（三）、情感、態(tài)度、價值觀的評價，占20分學(xué)生對知識學(xué)習(xí)的態(tài)度，價值觀（是否對所學(xué)知識感興趣），對信息技術(shù)的態(tài)度，對學(xué)習(xí)過程的態(tài)度、動機(jī)，學(xué)習(xí)過程的自信心如何，教師通過課堂觀察和課后觀察學(xué)生的自我反思給予相應(yīng)的評價。六、教學(xué)過程：環(huán)節(jié)名稱教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖1、 復(fù)習(xí)2、新課導(dǎo)入3、染色體變異的類型（此處應(yīng)用多媒體）（小資料）4、染色體組（此處應(yīng)用多媒體）5、二倍體和多倍體（小資料）（此處應(yīng)用多媒體）6、

9、人工誘導(dǎo)多倍體在育種上的應(yīng)用（此處應(yīng)用多媒體）（小資料）（此處應(yīng)用多媒體）7、單倍體（此處應(yīng)用多媒體）8、單倍體在育種中的應(yīng)用9、歸納總結(jié)問題：生物可遺傳的變異有哪三個主要來源？問題：在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上回答基因突變和染色體變異的異同人類的許多遺傳病是由染色體結(jié)構(gòu)改變引起的。例如，貓叫綜合癥是人的第5號染色體部分缺失引起的遺傳病，因?yàn)榛疾和蘼曒p，音調(diào)高，很像貓叫而得名。貓叫綜合癥患者的兩眼距離較遠(yuǎn)，耳位低下，生長發(fā)育遲緩，而且存在嚴(yán)重的智力障礙。問題:回答染色體變異的類型及其后果。一般來說，每一種生物的染色體數(shù)目都是穩(wěn)定的，但是，在某些特定的環(huán)境條件下，生物體的染色體數(shù)目會發(fā)生改變，從而產(chǎn)生可遺

10、傳的變異，這類變異屬于染色體數(shù)目的增減。染色體數(shù)目的變異可以分為兩類：一類是細(xì)胞內(nèi)的個別染色體增加或減少，例如21三體綜合征就屬于這一類。（21三體綜合征簡介：21三體綜合征又叫先天愚型，患者比正常人多了一條21號染色體，智力低下，身體發(fā)育緩慢，50%的患者有先天性心臟病。我國人口中21三體綜合征的患者估計不少于100萬。）學(xué)生看書，并要求能敘述自己對染色體組的理解染色體組：在大多數(shù)生物的體細(xì)胞中，染色體都是兩兩成對的。例如，果蠅有4對共8條染色體(看課件上的圖片)，這4對染色體可以分成兩組，每一組中包括3條常染色體和1條性染色體。就雄果蠅來說，其中的一組包括X、，另一組包括Y、。在精子形成的

11、過程中，經(jīng)過減數(shù)分裂，染色體的數(shù)目減半，所以雄果蠅的精子中只含有一組染色體(X、或Y、)，這一組染色體中的4條染色體，形狀和大小各不相同。問題：同源染色體和染色體組有何差異？幾乎全部的動物和過半數(shù)的高等植物都是二倍體。體細(xì)胞中含有三個染色體組的個體，叫做三倍體，比如香蕉。體細(xì)胞中含有四個染色體組的個體，叫做四倍體，比如馬鈴薯。多倍體在植物中廣泛地存在著，在動物中比較少見。（自然界中，幾乎全部動物和大多數(shù)高等植物都是二倍體。多倍體植物在自然界中很常見，例如，天然狀態(tài)下的香蕉就是三倍體，馬鈴薯是四倍體，普通小麥?zhǔn)橇扼w。多倍體的動物非常罕見。）問題：21三體綜合征的患者是不是多倍體，為什么？多倍體

12、產(chǎn)生的主要原因染色體數(shù)目加倍也可以發(fā)生在配子形成的減數(shù)分裂過程中，這樣就會產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的配子(如二倍體生物產(chǎn)生二倍體配子)，染色體數(shù)目加倍的配子在受精以后也會發(fā)育成多倍體。與二倍體植株相比，多倍體植株的莖稈粗壯，葉片、果實(shí)和種子都比較大，糖類和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的含量都有所增高。例如，四倍體葡萄的果實(shí)比二倍體品種的大得多，四倍體番茄的維生素C的含量比二倍體品種的幾乎增加了一倍（看課件上的圖）。因此，人們常常采用人工誘導(dǎo)多倍體的方法來獲得多倍體，培育新品種。人工誘導(dǎo)多倍體的方法（秋水仙素是一種從百合科植物秋水仙的種子和球莖中提取出來的一種植物堿。呈白色或淡黃色的粉末或針狀結(jié)晶，易溶于冷水，酒

13、精，一般多使用它的水溶液。有劇毒，使用時應(yīng)特別注意。）問題：為什么不能用秋水仙素處理成熟的植株？三倍體無籽西瓜問題：1、為什么染色體組數(shù)為奇數(shù)的生物個體是高度不育的？2、無子西瓜和無子番茄的培育方法有什么區(qū)別？3、為什么要用四倍體西瓜作為母本，二倍體西瓜做父本？用西瓜的四倍體植株作父本，二倍體植株作母本，可以得到無子西瓜嗎？對“單倍體”的理解，首先必須對“體”字理解，即個體。其次，根據(jù)概念來理解單倍體，即“體細(xì)胞中含有原物種配子染色體數(shù)目的個體”，換言之，即“由某物種的配子發(fā)育而來的個體，就是該物種的單倍體”。這就是說，單倍體這個詞語中的“單”，有可能是、或、或等等，單倍體的體細(xì)胞中有可能是一

14、個染色體組、也有可能是兩個或更多個染色體組。問題：1、能不能認(rèn)為人類的精子和卵細(xì)胞是單倍體？為什么？2、能不能說體細(xì)胞中含有一個染色體組的個體就是單倍體？如果不能，試舉一反例。在自然條件下，玉米、高梁、水稻、番茄等高等植物，偶爾也會出現(xiàn)單倍體植株。與正常的植株相比，單倍體植株長得弱小，而且是高度不育的。但是，它們在育種上有特殊的意義。育種工作者常常采用花藥離體培養(yǎng)的方法來獲得單倍體植株，然后經(jīng)過人工誘導(dǎo)使染色體數(shù)目加倍，重新恢復(fù)到正常植株的染色體數(shù)目。用人工誘導(dǎo)方法得到的單倍體植株，不僅能夠正常生殖，而且每對染色體上的成對的基因都是純合的，自交產(chǎn)生的后代不會發(fā)生性狀分離。因此，利用單倍體植株培

15、育新品種，只需要兩年時間，就可以得到一個穩(wěn)定的純系品種。問題：除單倍體育種外，還有沒有其他獲得純種植株的方法？單倍體育種有什么樣的優(yōu)勢？基因重組、基因突變、染色體變異基因突變是染色體的某一個位點(diǎn)上基因的改變，這種改變在光學(xué)顯微鏡下是看不見的。而染色體變異是可以用顯微鏡直接觀察到的比較明顯的染色體變化，如染色體結(jié)構(gòu)的改變、染色體數(shù)目的增減等。在自然條件或人為因素的影響下，染色體發(fā)生的結(jié)構(gòu)變異主要有四種：1染色體中某一片段的缺失；2染色體中增加了某一片段；3染色體某一片段的位置顛倒了180°；4染色體的某一片段移接到另一條非同源染色體上。上述染色體結(jié)構(gòu)的改變，都會使排列在染色體上的基因的

16、數(shù)目和排列順序發(fā)生改變，從而導(dǎo)致性狀的變異。大多數(shù)染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體是不利的，有的甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。另一類是細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目以染色體組的形式成倍地增加或減少。  像雄果蠅精子中的4條染色體這樣，一個生殖細(xì)胞內(nèi)的全部染色體，在形態(tài)和功能上各不相同，但是包含了控制生物體生長發(fā)育、遺傳和變異的全部信息，這樣的一組完整的非同源染色體，叫做一個染色體組。在染色體組中不存在同源染色體，染色體組是由非同源染色體構(gòu)成的。二倍體和多倍體：體細(xì)胞中含有兩個染色體組的個體叫做二倍體，如人、果蠅和玉米等。體細(xì)胞中含有三個或三個以上染色體組的個體叫做多倍體。不是，21三體綜合征患者只是體細(xì)胞內(nèi)個別染

17、色體數(shù)目發(fā)生了改變體細(xì)胞在有絲分裂的過程中，染色體完成了復(fù)制，但是細(xì)胞受到外界環(huán)境條件(如溫度驟變)或生物內(nèi)部因素的干擾，紡錘體的形成受到破壞，以致染色體不能被拉向兩極，細(xì)胞也不能分裂成兩個子細(xì)胞，于是就形成染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞。如果這樣的細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行正常的有絲分裂，就可以發(fā)育成染色體數(shù)目加倍的組織或個體。多倍體在產(chǎn)量上有優(yōu)勢目前最常用而且最有效的方法，是用秋水仙素來處理萌發(fā)的種子或幼苗。當(dāng)秋水仙素作用于正在分裂的細(xì)胞時，能夠抑制紡錘體形成，導(dǎo)致染色體不分離，從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行正常的有絲分裂，將來就可以發(fā)育成多倍體植株。目前世界各國利用人工誘導(dǎo)多倍體的方

18、法已經(jīng)培育出不少新品種，如含糖量高的三倍體無子西瓜和甜菜等。（1、成熟植株正處于分裂期的細(xì)胞少。2、成熟植株細(xì)胞多，用秋水仙素處理不可能使大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)加倍。） 在多倍體育種中，三倍體無子西瓜的培育比較具有代表性。我國科技工作者經(jīng)過多年探索，培育出不少三倍體無子西瓜的優(yōu)良品種。下面以三倍體無子西瓜為例，介紹多倍體的培育過程(看課件上的示意圖)。人們平常食用的西瓜是二倍體。在二倍體西瓜的幼苗期，用秋水仙素處理，可以得到四倍體植株。然后，用四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，進(jìn)行雜交，得到含有三個染色體組的種子。把這些種子種下去，就會長出三倍體植株。由于三倍體植株在減數(shù)分裂的過程中，染色體的聯(lián)會發(fā)生紊亂，因而不能形成正常的生殖細(xì)胞。當(dāng)三倍體植株開花時，需要授給普通西瓜(二倍體)成熟的花粉，刺激子房發(fā)育而成為果實(shí)(西瓜)。因?yàn)榕咧椴⒉话l(fā)育成為種子，所以這種西瓜叫做無子西瓜。（減數(shù)分裂形成配子過程中聯(lián)會紊亂）(無子番茄的培育和生長素的作用有關(guān))（用西瓜的四倍體植株作父本，二倍體植株作母本，可以得到無子西瓜。但西瓜的可食用部分來自母本，若希望可食用部分比較發(fā)達(dá)，則需用四倍體西瓜作母本。）單倍體：在生物的體細(xì)胞中，染色體的數(shù)目不僅可以成倍地增加，還可以成倍地減少。例如，蜜蜂的蜂王和工蜂的體細(xì)胞中有32條染色體，而雄蜂的體細(xì)胞中