高二生物基因对性状的控制

第四章基因的表达

第2节基因对性状的控制

一、教学目标：

1.解释中心法则。

2.举例说明基因与性状的关系

二、教学重难点：

1.教学重点

（1）中心法则

（2）基因、蛋白质与性状的关系

2.教学难点

基因、蛋白质与性状的关系

三、专家建议：

“基因对性状的控制”一节是人教版《必修2?遗传与进化》第四章第二节，之前教材已在第二章和第三章就“基因在哪里”和“基因是什么”的问题上作了详细阐述和分析，接下来研究“基因是如何起作用的”，即第四章对基因的表达问题进行研究。本章第一节着重探讨了“基因指导蛋白质的合成”问题，紧接着第二节就基因如何控制生物体性状展开分析，与教材之前知识内容层层推进，从微观到宏观，解释了生物体多样性的内在原因，而教材第一、二两章又恰恰是从宏观现象到微观分析了遗传现象到控制因素的过程，本节与之相呼应；并为解释第五章“基因突变及其他变异”奠定了理论基础，故可见本节内容不仅在教材体系上起到了“结构桥梁”的作用，并体现了人类认知事物的一般规律和研究方法。

四、教学方法

举例、讲解法。

五、课时安排：

1课时

六、教学用具

教学课件

七、教学过程

【新课导入】

[课程导入]在上一节课中我们详细学习了基因指导蛋白质的合成过程，你能否根据基因指导蛋白质合成的全过程，试画一个流程图，简要地表示出其中遗传信息的传递方向？

一、中心法则的提出及其发展

1、中心法则的提出

1957年，克里克的一个猜想：中心法则

遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。

中心法则在后来的蛋白质的合成过程被揭示后获得公认，中心法则实质上蕴涵着核酸和蛋白质这两类生物大分子之间的相互联系和相互作用，而其产生和发展则与人类对核酸结构和功能的认识密切相关。

其实生命的本质就是遗传信息的流动，整个生命的核心问题就是如何保证遗传信息能够沿着正确的方向准确无误、顺畅及时地进行流动。随着大量实验数据的积累，人们发现中心法则也存在一些不足。

2、中心法则的发展

[资料分析]大家认为克里克的中心法则应该做什么修改？

资料1：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。

资料2：1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。

资料3：1982年，科学家发现疯牛病（朊病毒）是由一种结构异常的蛋白质在脑细胞内大量增殖引起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，可能促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误，从而导致大量结构异常的蛋白质形成。

这些修改都被证实了吗？

[讨论]你认为这些资料是否推翻了传统的中心法则？你能不能试着画修改后的中心法则

3、中心法则的地位

中心法则是生命体系中最核心、最简约、最本质的规律，掌握这个规律对生命本质的把握有着重要的作用。

（1）中心法则在信息角度论证了生物界的统一性。

（2）中心法则为现代生物学理论的大统一奠定了基础，遗传、发育和进化是最基本的三大生命现象。

二、基因、蛋白质与性状的关系

基因控制蛋白质的合成与基因控制生物的性状有何关系？与生物遗传又有什么关系？实际上我们早已能够回答，请大家回忆必修一的相关知识，蛋白质与生物性状有什么关系？蛋白质如何承担生命活动？有不同的蛋白质就会使生物体呈现出不同的生理特性，而基因也是通过控制合成不同的蛋白质，从而来调控生物的性状。

[实例分析]

a.、豌豆的圆粒和皱粒：

DNA中插入了一段外来的DNA序列编码淀粉分支酶的DNA序列正常

打乱了编码淀粉分支酶的DNA序列

淀粉分支酶不能正常合成淀粉分支酶正常合成

蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高蔗糖合成淀粉，淀粉含量升高

淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓

（性状：皱缩）（性状：圆滑）

b、白化病：白化病是一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起的疾病。这类病人通常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏黑色素，表现出怕光等行为。人类的肤色就是由黑色素的含量多少决定的。

酪氨酸酶基因

酪氨酸酶

酪氨酸黑色素

由这两个实例大家可以总结出什么共同点？

结论：基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状。

c、囊性纤维病：该病是北美白种人中常见的一种遗传病，主要表现为汗液中氯离子的浓度升高，支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年死于肺部感染。研究表明：其病因是一个跨膜蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3个碱基。

d、镰刀型细胞贫血症：正常人的红细胞呈中央微凹的圆饼状，而镰刀型细胞贫血症的患者的红细胞是弯曲的镰刀状。（P80）这样红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。

控制血红蛋白形成的基因中有一个碱基变化

血红蛋白的结构发生变化

红细胞呈镰刀状

容易破裂，患溶血性贫血

大家再总结一下，这两个病例有什么共同点？

结论：基因通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状。

1、基因对性状的控制

（1）间接作用：基因酶或激素细胞代谢性状

（2）直接作用：基因结构蛋白细胞结构性状

总之，生物的形态、结构和生理等方面的性状主要是由蛋白质体现的，蛋白质的合成又受基因的控制。所以生物的性状是由基因控制的。

2、控制生物性状的因素

生物体的有些性状是受到单基因控制的，而有些性状不仅由一个基因控制，可能由多个基因来决定（如人的身高、血压、智力、长相等）；基因对性状的控制是通过控制酶的合成、控制蛋白质的结构来实现的；同一生物在不同环境中有不同的表现型，基因型是生物发育的内因；而环境条件是外因，表现型是生物发育的结果，是基因型和环境条件共同作用的结果。

三、细胞质基因

1、叶绿体、线粒体中的DNA也能进行半自主性自我复制，并通过转录和翻译控制着某些蛋白质的合成。我们习惯上把存在于细胞质中的遗传物质，叫做细胞质基因。

2、由于人和高等动物的受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，受细胞质内遗传物质（线粒体DNA）控制的性状由母亲传给后代，这一特点称为母系遗传。母系遗传不是指性状由母亲传给女儿，而是传给所有子女。

四、生物体性状的多基因因素

前面所讲的都是单个基因对生物体性状的控制，但事实上，基因与性状的关系并不都是这种简单的线性关系。例如，人的身高、胖瘦就可能是由多个基因决定的，其中每一个基因对身高、胖瘦都有一定作用。同时，身高、胖瘦也不完全是由基因决定的，后天的营养和体育锻炼等也有着重要的作用。

多基因遗传是指生物和人类的许多表型性状由不同座位的较多基因协同决定，而非单一基因的作用。多基因遗传时，每对基因的性状效应是微小的，但不同基因可以通过累加作用而形成一个明显的表型性状。此外，多基因遗传性状还受环境因素的影响。如人的身高、血压、智力、长相都是多基因遗传控制和环境共同作用的结果，甚至还有语言障碍、惊恐症、阅读不能症、记忆力等，还有人类一些非先天性的正常行为，如性格、自尊、对社会的态度等都受多基因遗传控制和后天环境的影响。

所以，我们对生物体应用系统的观点来看待。生物是一个系统的相互关联的整体，基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素存在复杂的相互作用，共同地精细地调控生物的性状。

八、课堂总结

基因、蛋白质与性状的关系是本节的第二个重要内容。生物的性状主要是由蛋白质的功能决定的，一种蛋白质执行什么样的功能是由它的空间结构决定的，蛋白质的空间结构则取决于组成蛋白质的氨基酸的数目和种类，以及氨基酸的排列顺序。而蛋白质的氨基酸的数目、种类及排列顺序则由基因中的碱基的排列顺序来编码的。蛋白质在什么时间合成，合成的数量，合成后在什么部位发挥作用等等相关的调控信息也是由基因编码的。

基因型与表现型之间的关系，说明即使基因型完全相同，但其表达过程可能受到环境因素的影响而呈现出不同的表现性状出来。本节还指出在生物体中基因与性状并不是简单的线性关系，而是基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间多种因素共同地精细地调控生物的性状的，再一次强调了生物是一个错综复杂的系统，学习生物一定要建立系统观。

九、板书设计

第2节基因对性状的控制

一、中心法则

1．讨论并分别写出细胞生物、DNA病毒、RNA复制病毒、逆转录病毒遗传信息的传递方向。

①细胞生物、DNA病毒：

②RNA复制病毒：

③逆转录病毒；

（1）DNA→DNA：DNA的自我复制（产物、原料、酶）；

（2）DNA→RNA：转录（产物、原料、酶）；

（3）RNA→蛋白质：翻译（产物、原料、酶）；

（4）RNA→RNA：RNA的自我复制（产物、原料、酶）；

（5）RNA→DNA：逆转录。

2．尝试总结适合自然界中所有生物的中心法则。板书，演示图

二、基因、蛋白质与性状的关系

1、间接作用：基因酶或激素细胞代谢性状

2、直接作用：基因结构蛋白细胞结构性状

三、细胞质基因

四、生物体性状的多基因因素

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