_基因表达_的教学思路

杆 抗 病 （ddTT）的 优 良 品 种 ？ 假 若 1 年 内 只 种 植 1
主要参考文献
次，收获 1 次。
1 朱正威,赵占良.高中生物图解与练习 2.人民教育出版社编
引导分析： 1）若采用常规的杂交育种技术，需要几年才
译 , 北 京 : 人 民 教 育 出 版 社 ,2008.
（ E - mail : smxbright@163 . com ）
糖酵解酶基因
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＋
卵清蛋白基因
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β-珠蛋白基因
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胰岛素基因
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注 ：+ 阳 性 结 果 ；- 阴 性 结 果
资料 4： 人肝细胞在胚胎时期合成甲胎蛋白 （AFP），成 年 后 就 很 少 合 成 AFP，但 当 肝 细 胞 转 化 成 肝 癌 细 胞 时 编 码 AFP 的 基 因 又 会 被 激 活 ，合 成 AFP 的 量 会 大 幅 度 提 高 ，因 此 ，AFP 成 为 肝 癌 早 期 诊断的一个重要指标。
实 验 1：1961 年 ，Sol Spiegelman 和 他 的 同 事 证 明：被 T4 噬菌体感染的 E.coli 细胞内合成的不稳定 的 RNA 能 够 与 变 性 的 T4 噬 菌 体 DNA 形 成 双 联 体，却不能与变性的 E.coli DNA 形成双联体。 他们 用 3H-尿嘧啶对 T4 噬菌体感染的细菌进行标记，分 离总 RNA 以判断放射性 RNA 分子的杂交对象。 结 果证明，大部分感染后合成的短期 RNA 与 T4 噬菌 体单链 DNA 互补，与 E.coli DNA 单链不互补［3］。
资 料 2： 铁 蛋 白 是 细 胞 内 储 存 多 余 Fe3+的 蛋 白 ， 铁 蛋 白 合 成 的 调 节 与 游 离 的 Fe3+、 铁 调 节 蛋
资料 3： 分子杂交技术检测鸡细胞中的基因 及其表达。
表2
细 胞 总 DNA
细 胞 总 RNA
输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞 输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞
关键词 基因表达 教学思路 中 国 图 书 分 类 号 ：Q633.91 文 献 标 识 码 ：C
遗传学的主题是研究基因的结构和功能以及 两者之间的关系，从这个意义上说，遗传学是研究 基 因 的 结 构 、 传 递 和 表 达 规 律 的 一 门 科 学 ［1］。 因 此，“基因表达”是普通高中“生物 2：遗传与进化” 模块中的一个重要概念。 1 “基因表达”概念的内涵
与问题解决过程。
6）单倍体育种的一般程序是什么？ 其关键环
问 题 情 境 ：现 有 高 杆 抗 病 （DDTT）和 矮 杆 不 抗 节 （或 核 心 技 术 ）是 什 么 ？ 为 什 么 单 倍 体 育 种 能 够
病 （ddtt）2 个 小 麦 品 种 ，怎 样 在 短 时 间 内 培 育 出 矮 明 显 地 缩 短 育 种 年 限 ？
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2．2．2 单 倍 体 的 特 点 及 人 工 诱 导 由 于 基 因 的 能培育出理想品种？
剂量效应，单倍体植株矮小、瘦弱，而且一般高度
2）若 利 用 单 倍 体 在 育 种 上 的 潜 在 优 势 ， 至 少
白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白 mRNA 起 始 密 码 上 游 的 特 异 性 序 列 ， 能 与 铁 调 节 蛋 白 发 生 特 异 性 结 合 ，阻 遏 铁 蛋 白 的 合 成 。 当 Fe3+ 浓 度 高 时 ， 铁 调 节 蛋 白 由 于 结 合 Fe3+而 丧 失 与 铁 应 答 元 件 的 结 合 能 力 ， 核 糖 体 能 与 铁 蛋 白 mRNA 一 端 结 合 ， 沿 mRNA 移 动 ， 遇 到 起 始 密 码 后 开 始 翻译（如图所示）。
资料 1： 大肠杆菌在含有葡萄糖和乳糖混合 物中培养， 细菌细胞只含极少量 β-半乳糖苷酶。
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生物学通报
2012 年 第 47 卷 第 4 期
培养基中没有葡萄糖而只有乳糖时， 细菌中极快 地出现了 β-半乳糖苷酶，将乳糖分解为葡萄糖和 半乳糖。如果从培养基中除去底物，酶的合成迅速 地停止 ［5］（如图所示 ）。
根据高中生认知水平和学生发展需要， 高中 阶段“基因表达”概念的内涵可表述如表 1。
之所以采取这样的表述方式，一方面是因为这
种表述方式更易于确认需要学生理解和掌握概念 的 内 容 及 其 意 义 ， 也 更 易 于 建 立 概 念 之 间 的 联 系 ［2］。 2 “基因表达”的教学思路
DNA 通 过 半 保 留 复 制 使 得 遗 传 信 息 得 以 传 递 ， 那 么 ，DNA 分 子 是 如 何 控 制 性 状 的 ？ 学 生 在 “生物 1：分子与细胞”模块中已学习了蛋白质的 结构和功能， 认识到性状的形成离不开蛋白质的 作用， 于是推测基因通过控制蛋白质的合成来控 制性状，从而导入新课。
不育。 但是认识单倍体的这种特点必须通过学生 需要几年就能培育出理想品种？
的思考，而不是靠教师的机械注入。单倍体本身在
3）自然情况下，单倍体是由未受精卵细胞直
生产上没有任何经济价值， 但是其潜在优势需要 接发育成的， 花药离体培养得到的植株是否为单
人们去挖掘利用，以加快育种进程。当教师讲到这 倍体？ 采用谁的花药进行离体培养？ 为什么？
实 验 2：1955 年 ，Laster Gold 用 3H 标 记 的 尿 嘧 啶核糖核苷酸培养变形虫。 一段时间后，检测到变 形虫的细胞核有较强的放射性，然后把标记的细胞 核移植到未标记的去核的变形虫中，发现细胞核的 放射性越来越弱，而细胞质的放射性却越来越强。
学 生 分 析 实 验 结 果 ，能 够 得 出 以 下 结 论 ：1） 在 DNA 和 蛋 白 质 之 间 充 当 信 使 是 RNA， 且 RNA 是 以 DNA 为 模 板 合 成 来 的 。 2）真 核 细 胞 中 RNA 在 细胞核内合成，随后转移至细胞质中。
里，学生的兴趣已经被激发起来了：单倍体究竟有
4）获得单倍体后，应怎样处理才能获得基因
什 么 潜 在 优 势 ？怎 样 利 用 单 倍 体 加 快 育 种 进 程 ？学 型 为 ddTT 的 理 想 品 种 ？ 由 此 可 见 ，单 倍 体 在 育 种
生问题意识的觉醒是主体参与教学的重要前提， 上有何潜在优势？
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表 1 “基因表达”概念的内涵及关键术语
定的调控机制下， 基因经过激 活、转录、翻译等过程产生具有生物学功能的蛋白 质分子，从而赋予细胞一定的功能或表型的过程 誗mRNA 通 过 转 录 合 成 而 来 ；DNA 中 的 碱 基 序 列 决 定 了 mRNA 中 的 碱 基 序 列 誗mRNA 中 的 碱 基 序 列 编 码 多 肽 中 的 氨 基 酸 序 列 誗营养物质、激素等胞外环境的变化可以打开或关 闭特定基因群的表达，使细胞对外界刺激产生应答 誗在生物体发育的不同阶段，通过调节细胞特定基 因的表达，改变细胞的生化特征，从而决定这个细 胞的结构和功能
DNA 中的遗传信息是怎么传给 mRNA 的 ？ 教 学时可以充分利用教科书中的转录流程图进行讲
解。然后从转录与复制都需要模板、都遵循碱基互 补配对规律等方 面 进 行 比 较 ，概 述 转 录 与 DNA 复 制两者所需条件和具体步骤的共同之处， 从而帮
助学生理解转录也能够保证遗传信息传递的准确
性。 也可以通过构建以下模型， 帮助学生理解 DNA 中 的 碱 基 序 列 决 定 了 mRNA 中 的 碱 基 序 列 。 制作步骤如下 ：①把 构 成 DNA 的 4 种 核 苷 酸 组 成 部分的形状画在硬板纸上， 每种核苷酸用一种颜 色 代 表 ，各 画 10 个 。 ②用 剪 刀 按 照 画 好 的 形 状 把 核苷酸剪下来。③把核苷酸按照任意顺序排列，组 成双链 DNA 分子。 ④用 透 明 胶 带 把 分 子 连 起 来 ， 但是碱基对之间不要用胶带固定 。 ⑤把 RNA 核苷 酸中的 A、G 和 C 按照步骤①画在同样颜色的硬 板纸上。用第 5 种颜色来制作尿嘧啶核苷酸。⑥用 剪刀按照画好的形状把 RNA 的核苷酸剪下来 。 ⑦ 用已经做好的 DNA 分 子 模 型 演 示 转 录 ：先 把 双 链 DNA 分 子 的 碱 基 对 分 开 。 ⑧ 分 开 后 取 其 中 一 条 链 ， 用 互 补 的 RNA 核 苷 酸 与 暴 露 的 DNA 碱 基 配 对 ，形 成 mRNA。 ⑨模 型 制 作 完 成 后 用 胶 带 把 新 合 成 的 mRNA 分 子 固 定 。 然 后 进 行 分 析 与 讨 论 ：① mRNA 模 型 更 像 DNA 分 子 的 哪 一 条 链 ，用 来 进 行 转录的模板链还是其互补链？ 为什么？ ②为什么 RNA 对细胞很重要 ？mRNA 分子如何传递 DNA 中 的信息？ 它从哪里得到这些信息 ［4］？ 2.2 关 于 “mRNA 中 的 核 苷 酸 序 列 编 码 多 肽 中 的 氨 基 酸 序 列 ” 的 教 学 通 过 “mRNA 的 4 种 碱 基 是 怎 样 决 定 多 肽 的 20 种 氨 基 酸 的 呢 ？ ”和 “游 离 的 氨 基酸是怎样被运送到核糖体上的呢？”等问题引导 学生学习。 首先运用科学家从数学推测到最终破 译遗传密码的科学史， 让学生归纳密码子具有连 续 性 、简 并 性 、通 用 性 等 特 点 。 其 次 介 绍 氨 酰 tRNA 合 成 酶 将 氨 基 酸 连 到 tRNA 上 ，在 tRNA 分 子 的 氨 基酸结合部位对侧有一个三核苷酸序列， 能与相 应 的 密 码 子 进 行 碱 基 互 补 配 对 ， 学 习 tRNA 的 作 用。 最后教师可以利用教科书中的蛋白质合成示 意图或多媒体动画，讲解蛋白质合成过程。肽链合 成 以 后 ， 从 mRNA 上 脱 离 ， 再 经 过 一 定 的 折 叠 盘 曲及修饰，最终形成具有一定功能的蛋白质分子， 开始承担细胞生命活动的各项职责。 2.3 关于 “基因表达调控” 的教学 提供以下 4 则资料，组织学生讨论交流。学生通过分析综合理 解基因表达的转录、 翻译等步骤受到调控以及基 因表达调控的生物学意义。