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对“基因突变及其他变异”一章中几个问题的辨析

时间:2022-04-01 10:57:02 浏览次数:

在对人教版必修二《遗传与进化》第五章“基因突变及其他变异”一轮复习教学中,发现几个易引起学生误解、误判的教学问题,答题时错误率较高.究其原因,一是学生阅读教材能力偏弱,理解过于片面;二是教材解释较为概括、简洁,学生提取信息能力较差,需要教师及时补充和拓展.

一、DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,能否称作基因突变?

1.基因突变的概念解析

教材P81页用黑色加粗字给出了基因突变的概念:“DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变.”绝大多数学生对此概念的理解聚焦在前半句话,实际上后半句话才是精髓,稍作思考,就会有标题中的疑问.解答这一疑问,需要回顾基因的本质——有遗传效应的DNA片段,即DNA序列中存在无遗传效应的非基因序列,可称作基因间区.若碱基对的替换、增添和缺失发生在此,就不会引起基因结构的改变,自然不能称作基因突变了.

2.基因突变的特殊情况

当笔者按照上述解释了问题1后,接着就有学生提出这样的问题:“一个碱基对的替换、增添和缺失会不会同时引起多个基因的突变?”可见学生的思维多么活跃,培养学生的思维发散意识是多么重要啊!通过查阅资料得知,目前有些病毒如某些噬菌体中发现重叠基因.重叠基因是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列,或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分.若碱基对的替换、增添和缺失发生这段DNA序列中,就可能同时导致这些基因的突变.重叠基因仅在噬菌体和病毒中存在,在真核生物中尚未发现重叠基因.这可能因为前者基因组比较小,但又必须要编码一些维持其生命和繁殖的基因,在选择的压力下,保留了这种重叠基因的形式.

二、如何理解基因工程的原理是基因重组?

1.基因重组概念解析

教材P83页关于基因重组的概念是这样描述的:“在生物体进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的重新组合.”言简意赅的一句话,学生至少需要提炼出三个信息点才能把这一概念的本质理解透彻:①对“有性生殖”的理解:亲本产生的有性生殖细胞,经过两性生殖细胞(例如精子和卵细胞)的结合成为受精卵,再由受精卵发育成为新的个体的生殖方式叫做有性生殖.而单性生殖,如蜜蜂的孤雌生殖也属于有性生殖.在教学中,笔者将有性生殖的概念归纳为:“有减数分裂产生的配子细胞参与的生殖方式”,学生更容易理解记忆;②对“控制不同性状的基因”的理解:这里的“不同性状”是不同种类的性状,学生很容易理解成同一性状的不同形式即相对性状;③对“重新组合”的理解:是指控制不同性状的基因在有性生殖发生之前已在一个细胞中,之后还在一个细胞中,而且“重新组合”是发生在减数分裂而非受精作用过程中.三个信息点同时满足才是基因重组.

2.如何理解基因工程的原理是基因重组?

基于以上对教材中基因重组概念的理解后不难发现,基因工程中不包含上述三个信息点的①和③,又怎么称为基因重组呢?实际上,基因重组可分为广义的和狭义的,三个信息点均满足的是狭义的基因重组,仅满足②的是广义的基因重组,即“控制不同性状的基因的组合”.简单地说,基因工程就是人为地将外源基因接到某生物的基因组中,并使外源基因在此生物中表达的过程.又如,格里菲思肺炎双球菌体内转化实验的第四步中,S型菌经加热死亡后,控制多糖荚膜合成的DNA在R型菌处于感受态时进入R型菌内,促使R型菌转化为S型菌,就属于广义上的基因重组的一个重要例子.

三、染色体结构变异中的片段增加为什么叫重复?

教材P85页图5-5染色体结构变异示意图“果蝇棒状眼的形成”显示的是染色体片段的增加,而增加的是原染色体上已存在的片段,所以染色体片段的增加说成重复更恰当.原因在于,细胞分裂过程中,同源染色体片段可发生不对等交换,出现顺接重复染色体和反接重复染色体(如图1).同时,也不难发现,一条染色体发生片段的重复,另一同源染色体必发生片段的缺失.

四、单倍体都高度不育吗

4.单倍体概念辨析

教材P87页对单倍体的概念是这样描述的,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,叫做单倍体.最后一段有这样一句话:“与正常植株相比,单倍体植物长得弱小,而且高度不育.”因此,多数同学认为单倍体都是高度不育的.这是典型的断章取义的表现,殊不知在这句话的前面还有一句话:“在自然条件下,玉米、高粱、水稻、番茄等高等植物,偶尔也会出现单倍体植株.”实际上,玉米、高粱、水稻、番茄都是二倍体,由二倍体的配子直接发育而来的单倍体只含一个染色体组,因无同源染色体导致减数分裂无法正常发生,所以不育.

单倍体是否可育应由体细胞的染色体组数决定,若是奇数,一般不育,若是偶数,一般可育,尤其以含两个染色体组的单倍体育性为强.当然,也有特例,如蜜蜂家族中的雄蜂是由二倍体蜂后的卵细胞直接发育而来的单倍体,只含一个染色体组.雄蜂却可以通过一种特殊的减数分裂(也称假减数分裂)形成与雄蜂个体基因型完全相同的精子.因此,单倍体的高度不育是有前提的,不能一概而论.

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