《基因重组》一节的备课思考及教学设计

蔡雯雯

摘 要：本节教学中，以学案导学和设计两个探究活动来讲解基因重组这一核心概念及杂交育种的应用，并同时培养学生的合作探究能力。

关键词：基因重组 杂交育种

一、教材解读

本节课为山东省2018年新版高中生物教材（青岛出版社）《必修2遗传与进化》的第四章“生物的变异”的第二节内容。纵观人教版的必修2模块的第五章第一节“基因突变和基因重组”，人教版以较少的篇幅介绍了“基因重组”的概念、类型以及意义。新版的教材将“基因重组”则作为一整节内容，体现出“基因重组”的重要性。

二、教学策略

本节内容的知识不仅抽象复杂，而且所涉及的领域也比较多，因此教师深入思考本节的核心概念、重点问题、情景设置、热点联系、教学反馈等尤为重要。教师要设计一条清晰的主线，统领所有教学内容，在教学策略上、方法上思考如何设计探究活动，培养学生的合作探究的能力。[1]

本节的核心概念是基因重组，教材中给出的定义是：生物进行有性生殖过程中，非同源染色体的自由组合和同源染色体中的非姐妹染色单体之间的交叉互换都会导致控制不同性状的基因重新组合，我们把这种现象称为基因重组。这段内容与前面的“减数分裂和受精作用”有很大联系，所以可以通过分析减数分裂过程中基因与染色体的变化，来理解基因重组的两种类型，从而加深对概念的理解和认识生物变异的原因。[2]

本节课的另一个重难点是杂交育种，在这节课中教师可以以一个事例为主线，通过问题层层深入，逐步体会杂交育种的操作流程，涉及原理，以及优缺点等知识。[3]

三、教学目标

1.知识目标

（1）理解基因重组的实质及其意义。

（2）简述杂交育种的概念，举例说明优点和不足。

2.能力目标

通过对具体事例的分析和比较，培养合作探究，解决问题的综合思维能力。

3.情感、态度与价值观目标

体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。

四、教学重点

1.基因重组的概念。

2.杂交育种的过程。

五、教学难点

1.基因重组的实质。

2.杂交育种的优点及局限性。

六、教学过程

1.新课导入

展示几张家人的照片，讨论看看两个宝宝像爸爸还是妈妈，为什么两个宝宝之间有所差异？分析亲子代存在差异以及子代之间存在差异的原因？师生回顾孟德尔的自由组合定律。根据自由组合定律分析教材73页资料一（对该资料做了适当改编设计成了探究活动一）

2.探究活动一

鸡冠的形状是受两对常染色体上的等位基因R、r和P、p控制的。若用纯合的豌豆冠鸡（基因型为RRpp）和纯合的玫瑰冠鸡（基因型rrPP）交配，子一代全为胡桃冠鸡。根据以上材料思考两个问题：（小组内讨论，合作完成）

问题1：请你写出遗传图解并判断胡桃冠鸡的基因型。

问题2：尝试判断这两对基因所在常染色体上的位置。

学生：有两种情况，一种是这两对基因位于两对同源染色体上，一种是这两对基因位于一对同源染色体上。如图

老师：那究竟是那种情况呢？

展示问题3：若子一代的胡桃冠鸡（基因型RrPp）相互交配，子二代有豌豆冠鸡、玫瑰冠鸡、胡桃冠鸡和单冠鸡4种不同的表现型，比例接近9：3：3：1。请进一步判断基因的位置，说明原因并用图示表示。（小组内讨论，合作完成。）

学生：这两对等位基因位于两对同源染色体上，在减数第一次分裂的后期，非同源染色体上的非等位基因发生自由组合。产生4种配子，雌雄配子随机结合，导致后代出现4种表现型。

老师：问题4：若这两对基因位于一对同源染色体上，子一代的胡桃冠鸡（基因型RrPp）相互交配，子二代出现什么表现型？

学生：子二代表现型有胡桃冠和单冠鸡。

问题5：子二代会不会出现豌豆冠鸡、玫瑰冠鸡？为什么？

学生：会，少数细胞在减数第一次分裂的前期（四分体时期），同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换。并产生4种配子，雌雄配子随机结合，导致后代也出现4种表现型。

老师：强调交叉互换换的是等位基因，但是却是发生了同一条染色体上的非等位基因的重新组合。根据上述题目的分析，可以看出在生物进行有性生殖过程中，非同源染色体的自由组合和同源染色体中的非姐妹染色单体之间的交叉互换都会导致控制不同性状的基因（即非等位基因）重新组合，我们把这种现象称为基因重组。

老师：从概念上分析，发生基因重组的生物范围是什么？

学生：有性生殖的生物。

老师：基因重组从概念上分析有两种类型。分别是1.减数第一次分裂后期的非同源染色体的非等位基因自由组合2.减数第一次分裂前期的同源染色体中的非姐妹染色单体之间的交叉互换。但是从广义上讲，任何造成基因型变化的的基因交流过程，都叫作基因重组。例如：细菌相互接触时，一个细菌的遗传物质就可以进入另一个细菌，使细菌的遗传物质发生了重组。这也就是为什么前面学到的肺炎双球菌转化实验中R型菌转化成S型菌的变异是基因重组。广义上的基因工程也属于基因重组。

问题6：鸡的染色体数目共39对（2n=78），假设每对同源染色体上只有1对等位基因，可能形成多少种不同的配子？杂交后获得的子代可能的基因型有多少种？

学生：239种，339种

老师：基因重组产生了多种多样的配子，再加上受精过程中精子和卵细胞结合的随机性，产生多样化的基因组合的子代。其中可能有一些子代會含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合。所以说基因重组是进行有性生殖的生物发生变异的主要原因，为生物进化提供了丰富的原材料。这就是基因重组的意义。

3.探究活动二

基因重组在生产实践中的一个重要应用就是通过杂交育种来培育新品种。杂交育种是改良农作物品质、提高作物产量的常规方法。我国有许多科学家在农作物杂交育种方面取得了巨大的成就。其中最著名的就是被誉为“杂交水稻之父”的袁隆平。但是前一段时间风靡一时的“超级稻”却陷入信任危机，看一段有关“超级稻”的视频。

“超级稻”出现了如此严重的问题，如何才能从根本上解决这个问题？假如你是要袁隆平的科研团队的成员，请运用所学的遗传和变异的相关知识，尝试从理论上探索如何培育既高产又抗稻瘟病的“超级稻”。（将本小组的解决方案用遗传图解的形式表示出来）。同时提出几个问题：①育种过程采用何种方法？②依据的遗传学原理是什么？③为了实现育种目标，应当如何操作？④若水稻是一年生植物，得到能稳定的纯合子至少需要多少年？（得出杂交育种的缺点是育种年限长）⑤水稻是自花授粉的植物，在杂交育种的操作过程中会有怎样的困难？如何解决这一困难？（需要大量的人工去雄，但水稻的花小不易操作，袁隆平院士如何解决了此问题，学案后面有相关参考资料）⑥杂交育种能否用于培育细菌新品种？为什么？（杂交育种的原理是基因重组，在自然状态下基因重组只适用于有性生殖的生物）。最后，总结出杂交育种的概念、原理、优点、缺点。

七、教学反思

教师备课一定要充分，在这节课中，并没有完全按照课本上的教学内容来进行教学，而是对其进行了合理的再加工。以上教学过程的设计以学生的思维过程为线索，在教师的引导之下，有利于学生解决问题过程中产生矛盾冲突，便于突破教学重点和难点。在这节课中，学生利用已有的知识储备，通过问题串，一步一步的对基因重组有了深刻了解。同时，引导学生探索问题，得出结论，以提高学生的分析现象、推理验证和解决问题的综合思维能力。

参考文献

[1]曹燕波对“基因重组”的解读及教学策略[J]《中学生物学》，2014（6）：39-40

[2]张冉“杂交育种与诱变育种”一节的教学设计[J]《生物学教学》，2016（9）：43-44

[3]王悦如“杂交育种与诱变育种”的探究教学设计[J]《生物学教学》，2016（2）：24-25