染色體變異教學(xué)設(shè)計(jì)

1、染色體變異教學(xué)設(shè)計(jì)武進(jìn)高級(jí)中學(xué)生物組 陶曉東一、 教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)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(guò)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(jì)問(wèn)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(jià)值觀 在教學(xué)過(guò)程中對(duì)情感態(tài)度價(jià)值觀的體現(xiàn)主要有以下幾個(gè)方面：其一，通過(guò)單倍體和多倍體育種學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)價(jià)值觀教育；其二，可介紹我國(guó)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(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)，搜集相關(guān)知識(shí)，對(duì)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(huì)查找信息，利用信息。 二、教學(xué)內(nèi)容(一)教材分析總的來(lái)看，教材編排體系設(shè)置不太合理，一是對(duì)染色體變異概念沒(méi)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(méi)有講到染色體結(jié)構(gòu)的變異，因此，學(xué)生學(xué)起來(lái)難以理解。在教學(xué)上教師應(yīng)補(bǔ)充這方面的知識(shí)。在講解這一內(nèi)容時(shí)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(kāi)講

3、。但無(wú)論是對(duì)多倍體還是單倍體概念的理解都應(yīng)該建立在對(duì)二倍體概念的理解之上，多倍體和單倍體是相對(duì)于二倍體來(lái)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(gè)體。普通小麥的體細(xì)胞中含有六個(gè)染色體組，條染色體，它的單倍體植株體細(xì)胞含有三個(gè)染色體組，條染色體。這里就不能把含有三個(gè)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(dòng)物和過(guò)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(duì)知識(shí)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(shí)、能力、情感態(tài)度、價(jià)值觀等方面。在知識(shí)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(lèi)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?，引出染色體結(jié)構(gòu)變異的四種類(lèi)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(guò)單倍體、多倍體和二倍體的分類(lèi)依據(jù)學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行比較、分類(lèi)思維能力的訓(xùn)練；3、通過(guò)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(shí)，并能夠的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行拓展。學(xué)生對(duì)教學(xué)過(guò)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(duì)重難點(diǎn)作逐個(gè)分析。其一，染色體組數(shù)目的判斷。一般來(lái)說(shuō)，在細(xì)胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含幾個(gè)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(gè)染色體組。在教學(xué)過(guò)程中可將已學(xué)習(xí)過(guò)的同源染色體的概念和染色體組的概念作對(duì)比。其二，三倍體無(wú)籽西瓜的培育。三倍體植株在減數(shù)分裂過(guò)程中，染色體的聯(lián)會(huì)發(fā)生紊亂

6、，因而不能形成正常的生物細(xì)胞。這時(shí)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(wú)籽西瓜。教學(xué)過(guò)程中可依托多媒體技術(shù)使學(xué)生對(duì)該方法的過(guò)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(shí)的預(yù)習(xí)：圖書(shū)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(dòng)的多媒體形式（二）組織形式：集體教學(xué)。相關(guān)問(wèn)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(wèn)題的探討 合作學(xué)習(xí)：鼓勵(lì)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(shū)館

7、(二)、軟件資源：POWERPOINT、FLASH、PHOTOSHOP等相關(guān)軟件(三)、信息資源：從圖書(shū)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(píng)價(jià)：（百分評(píng)價(jià)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(shí)技能的評(píng)價(jià)，占40分學(xué)生能熟練掌握相關(guān)的知識(shí)，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(píng)價(jià)（二）、過(guò)程方法的評(píng)價(jià)，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(wèn)題和假設(shè)的思路，問(wèn)題的解決策略和合作的技能，學(xué)習(xí)過(guò)程中有無(wú)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(píng)價(jià)（三）、情感、態(tài)度、價(jià)值觀的評(píng)價(jià)，占20分學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的態(tài)度，價(jià)值觀（是否對(duì)所學(xué)知識(shí)感興趣），對(duì)信息技術(shù)的態(tài)度，對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的態(tài)度、動(dòng)機(jī)，學(xué)習(xí)過(guò)程的自信心如何，教師通過(guò)課堂觀察和課后觀察學(xué)生的自我反思給予相應(yīng)的評(píng)價(jià)。六、教學(xué)過(guò)程：環(huán)節(jié)名稱教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖1、 復(fù)習(xí)2、新課導(dǎo)入3、染色體變異的類(lèi)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(wèn)題：生物可遺傳的變異有哪三個(gè)主要來(lái)源？問(wèn)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(lèi)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(hào)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(zhǎng)發(fā)育遲緩，而且存在嚴(yán)重的智力障礙。問(wèn)題:回答染色體變異的類(lèi)型及其后果。一般來(lái)說(shuō)，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(huì)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生可遺

10、傳的變異，這類(lèi)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(lèi)：一類(lèi)是細(xì)胞內(nèi)的個(gè)別染色體增加或減少，例如21三體綜合征就屬于這一類(lèi)。（21三體綜合征簡(jiǎn)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(hào)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(guó)人口中21三體綜合征的患者估計(jì)不少于100萬(wàn)。）學(xué)生看書(shū)，并要求能敘述自己對(duì)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(duì)的。例如，果蠅有4對(duì)共8條染色體(看課件上的圖片)，這4對(duì)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(lái)說(shuō)，其中的一組包括X、，另一組包括Y、。在精子形成的

11、過(guò)程中，經(jīng)過(guò)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(wèn)題：同源染色體和染色體組有何差異？幾乎全部的動(dòng)物和過(guò)半數(shù)的高等植物都是二倍體。體細(xì)胞中含有三個(gè)染色體組的個(gè)體，叫做三倍體，比如香蕉。體細(xì)胞中含有四個(gè)染色體組的個(gè)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(dòng)物中比較少見(jiàn)。（自然界中，幾乎全部動(dòng)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(jiàn)，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(dòng)物非常罕見(jiàn)。）問(wèn)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(guò)程中，這樣就會(huì)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(huì)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(lèi)和蛋白質(zhì)等營(yíng)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(lái)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(lái)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(shí)應(yīng)特別注意。）問(wèn)題：為什么不能用秋水仙素處理成熟的植株？三倍體無(wú)籽西瓜問(wèn)題：1、為什么染色體組數(shù)為奇數(shù)的生物個(gè)體是高度不育的？2、無(wú)子西瓜和無(wú)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(wú)子西瓜嗎？對(duì)“單倍體”的理解，首先必須對(duì)“體”字理解，即個(gè)體。其次，根據(jù)概念來(lái)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(gè)體”，換言之，即“由某物種的配子發(fā)育而來(lái)的個(gè)體，就是該物種的單倍體”。這就是說(shuō)，單倍體這個(gè)詞語(yǔ)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(gè)染色體組、也有可能是兩個(gè)或更多個(gè)染色體組。問(wèn)題：1、能不能認(rèn)為人類(lèi)的精子和卵細(xì)胞是單倍體？為什么？2、能不能說(shuō)體細(xì)胞中含有一個(gè)染色體組的個(gè)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(huì)出現(xiàn)單倍體植株。與正常的植株相比，單倍體植株長(zhǎng)得弱小，而且是高度不育的。但是，它們?cè)谟N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(lái)獲得單倍體植株，然后經(jīng)過(guò)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(duì)染色體上的成對(duì)的基因都是純合的，自交產(chǎn)生的后代不會(huì)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(shí)間，就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的純系品種。問(wèn)題：除單倍體育種外，還有沒(méi)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(shì)？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(gè)位點(diǎn)上基因的改變，這種改變?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡下是看不見(jiàn)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(huì)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(duì)生物體是不利的，有的甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。另一類(lèi)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(gè)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(zhǎng)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(gè)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(gè)染色體組的個(gè)體叫做二倍體，如人、果蠅和玉米等。體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)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(gè)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(guò)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(gè)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(gè)體。多倍體在產(chǎn)量上有優(yōu)勢(shì)目前最常用而且最有效的方法，是用秋水仙素來(lái)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(shí)，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(lái)就可以發(fā)育成多倍體植株。目前世界各國(guó)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(wú)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(wú)子西瓜的培育比較具有代表性。我國(guó)科技工作者經(jīng)過(guò)多年探索，培育出不少三倍體無(wú)子西瓜的優(yōu)良品種。下面以三倍體無(wú)子西瓜為例，介紹多倍體的培育過(guò)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(gè)染色體組的種子。把這些種子種下去，就會(huì)長(zhǎng)出三倍體植株。由于三倍體植株在減數(shù)分裂的過(guò)程中，染色體的聯(lián)會(huì)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(kāi)花時(shí)，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(wú)子西瓜。（減數(shù)分裂形成配子過(guò)程中聯(lián)會(huì)紊亂）(無(wú)子番茄的培育和生長(zhǎng)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(wú)子西瓜。但西瓜的可食用部分來(lái)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