《基因重組》一節的備課思考及教學設計

蔡雯雯

摘 要：本節教學中，以學案導學和設計兩個探究活動來講解基因重組這一核心概念及雜交育種的應用，并同時培養學生的合作探究能力。

關鍵詞：基因重組 雜交育種

一、教材解讀

本節課為山東省2018年新版高中生物教材（青島出版社）《必修2遺傳與進化》的第四章“生物的變異”的第二節內容。縱觀人教版的必修2模塊的第五章第一節“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”則作為一整節內容，體現出“基因重組”的重要性。

二、教學策略

本節內容的知識不僅抽象復雜，而且所涉及的領域也比較多，因此教師深入思考本節的核心概念、重點問題、情景設置、熱點聯系、教學反饋等尤為重要。教師要設計一條清晰的主線，統領所有教學內容，在教學策略上、方法上思考如何設計探究活動，培養學生的合作探究的能力。[1]

本節的核心概念是基因重組，教材中給出的定義是：生物進行有性生殖過程中，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導致控制不同性狀的基因重新組合，我們把這種現象稱為基因重組。這段內容與前面的“減數分裂和受精作用”有很大聯系，所以可以通過分析減數分裂過程中基因與染色體的變化，來理解基因重組的兩種類型，從而加深對概念的理解和認識生物變異的原因。[2]

本節課的另一個重難點是雜交育種，在這節課中教師可以以一個事例為主線，通過問題層層深入，逐步體會雜交育種的操作流程，涉及原理，以及優缺點等知識。[3]

三、教學目標

1.知識目標

（1）理解基因重組的實質及其意義。

（2）簡述雜交育種的概念，舉例說明優點和不足。

2.能力目標

通過對具體事例的分析和比較，培養合作探究，解決問題的綜合思維能力。

3.情感、態度與價值觀目標

體會科學技術在發展社會生產力、推動社會進步等方面的巨大作用。

四、教學重點

1.基因重組的概念。

2.雜交育種的過程。

五、教學難點

1.基因重組的實質。

2.雜交育種的優點及局限性。

六、教學過程

1.新課導入

展示幾張家人的照片，討論看看兩個寶寶像爸爸還是媽媽，為什么兩個寶寶之間有所差異？分析親子代存在差異以及子代之間存在差異的原因？師生回顧孟德爾的自由組合定律。根據自由組合定律分析教材73頁資料一（對該資料做了適當改編設計成了探究活動一）

2.探究活動一

雞冠的形狀是受兩對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。根據以上材料思考兩個問題：（小組內討論，合作完成）

問題1：請你寫出遺傳圖解并判斷胡桃冠雞的基因型。

問題2：嘗試判斷這兩對基因所在常染色體上的位置。

學生：有兩種情況，一種是這兩對基因位于兩對同源染色體上，一種是這兩對基因位于一對同源染色體上。如圖

老師：那究竟是那種情況呢？

展示問題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種不同的表現型，比例接近9：3：3：1。請進一步判斷基因的位置，說明原因并用圖示表示。（小組內討論，合作完成。）

學生：這兩對等位基因位于兩對同源染色體上，在減數第一次分裂的后期，非同源染色體上的非等位基因發生自由組合。產生4種配子，雌雄配子隨機結合，導致后代出現4種表現型。

老師：問題4：若這兩對基因位于一對同源染色體上，子一代的胡桃冠雞（基因型RrPp）相互交配，子二代出現什么表現型？

學生：子二代表現型有胡桃冠和單冠雞。

問題5：子二代會不會出現豌豆冠雞、玫瑰冠雞？為什么？

學生：會，少數細胞在減數第一次分裂的前期（四分體時期），同源染色體上的非姐妹染色單體之間發生交叉互換。并產生4種配子，雌雄配子隨機結合，導致后代也出現4種表現型。

老師：強調交叉互換換的是等位基因，但是卻是發生了同一條染色體上的非等位基因的重新組合。根據上述題目的分析，可以看出在生物進行有性生殖過程中，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導致控制不同性狀的基因（即非等位基因）重新組合，我們把這種現象稱為基因重組。

老師：從概念上分析，發生基因重組的生物范圍是什么？

學生：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程，都叫作基因重組。例如：細菌相互接觸時，一個細菌的遺傳物質就可以進入另一個細菌，使細菌的遺傳物質發生了重組。這也就是為什么前面學到的肺炎雙球菌轉化實驗中R型菌轉化成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。

問題6：雞的染色體數目共39對（2n=78），假設每對同源染色體上只有1對等位基因，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？

學生：239種，339種

老師：基因重組產生了多種多樣的配子，再加上受精過程中精子和卵細胞結合的隨機性，產生多樣化的基因組合的子代。其中可能有一些子代會含有適應某種變化的、生存所必需的基因組合。所以說基因重組是進行有性生殖的生物發生變異的主要原因，為生物進化提供了豐富的原材料。這就是基因重組的意義。

3.探究活動二

基因重組在生產實踐中的一個重要應用就是通過雜交育種來培育新品種。雜交育種是改良農作物品質、提高作物產量的常規方法。我國有許多科學家在農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為“雜交水稻之父”的袁隆平。但是前一段時間風靡一時的“超級稻”卻陷入信任危機，看一段有關“超級稻”的視頻。

“超級稻”出現了如此嚴重的問題，如何才能從根本上解決這個問題？假如你是要袁隆平的科研團隊的成員，請運用所學的遺傳和變異的相關知識，嘗試從理論上探索如何培育既高產又抗稻瘟病的“超級稻”。（將本小組的解決方案用遺傳圖解的形式表示出來）。同時提出幾個問題：①育種過程采用何種方法？②依據的遺傳學原理是什么？③為了實現育種目標，應當如何操作？④若水稻是一年生植物，得到能穩定的純合子至少需要多少年？（得出雜交育種的缺點是育種年限長）⑤水稻是自花授粉的植物，在雜交育種的操作過程中會有怎樣的困難？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題，學案后面有相關參考資料）⑥雜交育種能否用于培育細菌新品種？為什么？（雜交育種的原理是基因重組，在自然狀態下基因重組只適用于有性生殖的生物）。最后，總結出雜交育種的概念、原理、優點、缺點。

七、教學反思

教師備課一定要充分，在這節課中，并沒有完全按照課本上的教學內容來進行教學，而是對其進行了合理的再加工。以上教學過程的設計以學生的思維過程為線索，在教師的引導之下，有利于學生解決問題過程中產生矛盾沖突，便于突破教學重點和難點。在這節課中，學生利用已有的知識儲備，通過問題串，一步一步的對基因重組有了深刻了解。同時，引導學生探索問題，得出結論，以提高學生的分析現象、推理驗證和解決問題的綜合思維能力。

參考文獻

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

[2]張冉“雜交育種與誘變育種”一節的教學設計[J]《生物學教學》，2016（9）：43-44

[3]王悅如“雜交育種與誘變育種”的探究教學設計[J]《生物學教學》，2016（2）：24-25