教学设计方案二
“问题――情境式”教学模式。
染色体结构变异、雌雄果蝇减数分裂形成有性生殖细胞过程的教学课件、三倍体无籽西瓜培育过程的教学软件或图解、八倍体小黑麦培育过程的课件，教师创设问题情境，学生小组讨论。
本小节参考课时为2课时。第一课时学习染色体结构的变异和染色体组的概念；第二课时学习二倍体、多倍体、单倍体的概念及其在育种上的应用。
本节课的学习目标是染色体变异引起生物性状的改变，为了激发学生的学习兴趣，上课之初通过与本节课有关的图片、实例、实物等来激发学生的求知欲，进而成为学习本节内容的内驱力。
染色体组的概念是理解二倍体、多倍体、单倍体的基础，为了加深学生的理解，教师可以制作果蝇减数分裂过程的课件，通过动态的过程优化学生的理解过程。
学生对本节内容相对陌生，教师应多举一些实例，体现理论联系实际，对一些不易理解的知识可以组织学生讨论，通过科学的计算推理来得出结论，例如为什么说单倍体是高度不育的？
为了更好地理解本节内容，教师应该引导学生激活原有的知识系统，包括有丝分裂、减数分裂、染色体是遗传物质的载体、植物杂交、生长素在农业上的应用等知识，创设问题情境，新旧知识融会贯通，形成完整的认知结构。
对单倍体、多倍体育种不但应了解原理，更应强化学生体会到科学技术对促进社会进步的重要性，介绍我国科学家取得的成就，激发爱国主义情感。
教师引入新课：近日报载，在上海第五人民医院降生一猫叫综合症男婴，婴儿面容特殊：小头小脸、眼距宽、塌鼻梁、皮纹改变，生长发育迟缓，智力低下，因哭声像猫而得名，发病率只有十万分之一，解放后全国有记载的仅20例。研究证明，这是因为人的第5号染色体部分缺失而引起的遗传病。为什么染色体部分缺失就会引起这么严重的后果呢？
学生：染色体是遗传物质的载体，染色体的改变会引起基因的改变。
教师：我们上一节课学习的基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，这种改变发生在分子水平上，在光学显微镜下是看不见的。但是如果生物体染色体数目发生了增减或者在结构上发生某些变化，在显微镜下就可以直接观察到，我们把染色体的这些变化称为染色体变异。既然基因位于染色体上，染色体的变化必然在遗传性状上会有所反映，所以染色体变异是生物可遗传变异的一个重要来源，也正是我们这节课所要研究的内容。
板书：二、染色体变异
教师利用大屏幕提供如下资料：
（1）人的第5号染色体短臂缺失，患猫叫综合症。
（2）果蝇X染色体上某一区段的重复，可使正常的卵圆形眼变为棒状眼。
（3）近日由杭州市中医院妇科专家对一位来自浙江的妇女检查发现，她的第9号染色体臂内倒位是导致她多年习惯性流产的病因。
（4）如果人的第22号染色体和第14号染色体发生易位，会使人患惯性粒细胞白血病。
（5）在黑腹果蝇中，X染色体和Y染色体多一个或少一个会影响生育力，第2染色体
第3染色体多一个或少一个都是致死的。对玉米和番茄来说细胞内少一条染色体就不能成活。
（6）人的第21号染色体如果多一条，就会患21-三体综合症（示照片）记作47，XX或XY，+21。第13号染色体多一条，患综合症，记作47，XX或XY，+13，患者兔唇、腭裂、先天性心脏病、严重智力迟钝，常在出生后3个月内死亡，也有少数活到5岁，发生率为1／5000。如果人的第18号染色体多一条，患Edwards综合症，记作47，XX或XY，+18，患者头面长、大脑门、鼻梁窄而长、小嘴、腭狭窄、耳位低、短颈，几乎所有器官系统畸形，平均寿命6个月，发病率为1/10000。如果男性多一条Y染色体，记作47，XYY，有人称这样的个体为超雄性，据说这种人有反社会行为，智能稍差，但也有智能高于一般人的。
（7）如果女性少一条X染色体，记作45，X，患综合症，并患有先天性心脏病，伴有蹼颈和肘外翻。
（8）如果使萝卜的染色体增加一倍则主根粗大产量高；如果使番茄的染色体增加一倍则所含的维生素C大约多了一倍。
请学生根据上述材料，分析染色体的变异包括哪些类型？染色体变异有什么特点？为什么？
学生：染色体变异可以分为结构的变异和数目的变异。染色体变异对生物的影响大多数是有害的，因为遗传物质的稳定性是生物长期进化的结果，也是生物正常生命活动的基础。
（一）染色体结构的变异
教师：在某些自然或人为因素的作用下，染色体可能发生断裂，断裂端具有愈合和重接的能力。当染色体在不同区段发生断裂后，在同一条染色体内或不同染色体之间以不同的方式重接时就会导致各种结构变异的出现。
计算机演示：染色体结构变异的四种类型，由学生用语言来描述。
1．缺失
教师：缺失是指染色体上某一区段及其带有的基因一起丢失从而引起变异的现象。请思考，发生缺失的染色体在什么时期容易看到？为什么？在显微镜下有什么特殊的形态？
学生讨论，教师引导：在减数分裂过程中，同源染色体联会时，因为发生缺失的染色体不能和它的正常同源染色体完全相应地配对，所以此时可以看到正常的一条染色体多出了一段或者形成一个拱形结构，还要看缺失的区段发生在染色体的一端还是两臂的内部。
在屏幕上显示：染色体结构变异中的中间缺失所形成的拱形结构示意图。
教师：缺失影响个体的生活力，所引起的遗传效应随着缺失片段大小和细胞所处发育时期的不同而不同。在个体发育中，缺失发生得越早，影响越大；缺失的片段越大，对个体的影响也越严重，重则引起个体死亡，轻则引起个体生活能力下降，如猫叫综合症患者。那么缺失纯合体和缺失杂合体相比，哪个的生活力更低呢？为什么？
学生：应该是缺失纯合体，因为在缺失纯合体中，缺失基因所担负的重要机能都不能进行了。
教师：在缺失杂合体中，例如一个杂合体Aa中，缺失带有显性基因A的一个染色体片段和缺失带有隐性基因a的一个染色体片段引起的表型效应有什么不同？对遗传工作者有什么启示？
学生：一个显性基因的缺失，会使原来不应显现出来的一个隐性基因的效应显现出来，而隐性基因的缺失就没有这种效应。
教师：对遗传工作者来说，出现了缺失是对基因进行定位的最好机会，只要看一看缺失后出现了什么新的表型或不正常的病态，就可以知道缺失的染色体区段上存在着与新的表型或病态有关的基因了。
2．重复
教师：染色体上增加了相同的某个区段而引起变异的现象，叫做重复。在重复杂合体中，当同源染色体联会时，也会形成一个拱形结构或多出一段，这与缺失有什么不同？
学生：拱出来或长出来的一段是重复的片段。
教师：重复的遗传学效应比缺失来得缓和，并且具有累加作用，例如前述第二个实例中，果蝇的显性基因B是使复眼中的小眼数目减少，所以使复眼呈棒状，而不是正常的卵圆形，当检查果蝇X染色体上至少有四个明显的横纹，显示该基因重复了四次时，其复眼极度细小，叫做重棒眼，表明该段染色体重复次数越多，复眼中的小眼数越减少。重复对生物进化有重要作用。这是因为多余的基因可能向多个方向突变，而不至于损害细胞和个体的正常机能。突变的最终结果，有可能使“多余”的基因成为一个能执行新功能的新基因，从而为生物适应新环境提供了机会，因此在遗传学上往往把重复看做是新基因的一个重要来源。
3．倒位
教师：染色体在两个点发生断裂后，产生3个区段，中间的区段发生180°的倒转，与另外两个区段重新接合而引起的变异的现象称为倒位。请你推测一下倒位杂合体在联会时会出现什么特征？
学生讨论分析，教师引导推理：一个倒位杂合体在减数分裂时为了完成同源染色体的配对，可能形成一个倒位环。
教师可出示此示意图：
教师提供资料：
（1）倒位杂合体形成的配子大多是异常的，从而影响个体的育性，如前述人类的不孕症。
（2）普通果蝇的第3号染色体上有三个基因，按猩红眼一桃红眼一三角翅脉的顺序排列。
（St－P－D1），它的倒位纯合体的这三个基因的顺序是St－D1－P，虽可以正常生活，但不能与普通果蝇进行有性生殖。请分析上述二个实例说明什么问题？
学生分析：倒位杂合体往往形成不平衡的配子，后代的生活力下降；倒位纯合体由于形成生殖隔离便形成了新的物种，为新物种的进化提供了有利条件。
4．易位
教师：什么是染色体的交叉互换？发生在什么时期？
学生：在减数分裂四分体时期，一对同源染色体的非姐妹染色单体之间常常会发生交叉并且相互交换一部分染色体，这是基因重组的一种形式。
教师：当初学习那部分内容时就有些同学问，这种交换会不会发生在两条非同源染色体之间，现在大家应该知道，这种情形应该称为相互易位，是易位中比较常见的一种。易位是指一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，从而引起变异的现象。相互易位的遗传效应主要是产生部分异常的配子，使配子的育性降低或产生有遗传病的后代，例如人类的慢性粒细胞白血病。
学生提问：染色体发生断裂后，有没有可能在原处愈合？
教师解疑：完全有可能，这样染色体就回复到原来的结构，不会产生变异。
教师提供资料：
（l）用X射线、射线和其他射线，或某些化学药品处理，可以增加染色体断裂和结构改变的频率。
（2）有人把洋葱磨碎，提取出液体，用来处理洋葱的细胞，可以引起染色体断裂。
（3）在白细胞培养中，添加诱变剂（如二甲基苯蒽）可以增加染色体断裂的频率，但同时添加抗氧化剂（如维生素C、维生素E、亚硒酸钠等）时，可降低染色体断裂的频率。
（4）有实验证明，染色体断裂与致癌作用和衰老有关。
教师：上述实验能说明什么？给我们什么启示？
学生：某些物理和化学因素以及生物体内的代谢产物可能引起染色体断裂，而抗氧化剂有保护染色体不断裂的作用。服用抗氧化剂可能有助于癌症的预防和衰老的延缓。
教师：上述染色体结构变异最早是在果蝇中发现的，因为果蝇唾腺巨大染色体是观察染色体形态、研究染色体结构变异的好材料，你觉得作为研究染色体结构变异的好材料，应具备哪些特点呢？
学生讨论分析：比较粗大，染色体上有些明显的标志，在形态上容易相互区别……
教师：玉米的染色体就是研究染色体结构变异的好材料。玉米的10条染色体在形态上可以相互区别，特别是在减数分裂的粗线期，细丝状的同源染色体紧密地配合在一起，上面又有各种标记，如着丝粒的位置、两臂的相对长短、球节的存在与否和染色体上着色较浓的染色粒的分布等。对每一条染色体来讲，这些标记都是以一定的形式直线地排列着，所以如果这些标记不见了或重复出现，或者它们的原有排列顺序改变了，就是染色体结构变异的明确证据。
果蝇唾腺细胞内的染色体一般认为是处于间期或前期状态，由于染色体连续复制，复制后形成的染色丝并不相互分开，而是纵向地密集在一起成为多线染色体，而且其上有明显的横纹，横纹的相对大小和空间排列是恒定的，可以作为识别唾腺染色体的标志。因为同源的唾腺染色体总是紧密地结合在一起，像在减数分裂的粗线期一样，所以两条同源染色体间有差别时，很容易看出来。由于这些原因，唾腺染色体也是研究染色体结构变异的好材料。
教师：染色体除了可以发生结构上的变异以外，在特定的环境条件下，生物体染色体的数目也会发生改变，一类是细胞内个别染色体的增加或减少，如前述实例中的（5）、（6）、（7），会引起生物性状的改变，甚至导致生物体死亡；另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。那么，什么叫染色体组呢？
计算机课讲演示：雌雄果蝇减数分裂形成精子和卵细胞的过程。
教师：果蝇的精子和卵细胞中只含有一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。
（二）染色体数目的变异
1．染色体组的概念
教师：为什么染色体组又称为基因组呢？
学生分析讨论：因为染色体组是指某种生物的一套完整的非同源染色体，由于一个染色体组携带着本物种的一套遗传基因，所以又叫做基因组。
反馈巩固练习：
（1）果蝇的体细胞中有几个染色体组？如何表示？
（2）水稻有24条染色体配成12对，它的一个染色体组包含多少条染色体？
（3）你认为人类基因组计划应该完成多少条染色体的基因组作图和分析？为什么？（提示：因为人的一个染色体组包括了23条非同源染色体，而人属于XY型性别决定，Y染色体的基因与X上的不尽相同，所以还应该加上Y染色体。）
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