遗传与基因工程
本章教材是学生在高中生物必修课中学习了有关遗传学基本知识的基础上讲述的。其中“细胞质遗传”是对必修教材中细胞核遗传部分知识的补充，可以使学生全面认识遗传物质是由核内和质内两部分构成，同时也为下面章节讲述细胞质中的遗传物质——质粒埋下了伏笔，“基因的结构”“基因表达的调控”可以使学生对基因及其表达机理在高二基础上取得更深一层的认识和理解。而基因工程简介在本章中占有重要地位。由于基因工程技术是四大生物工程的核心技术，本章又是讲述四大生物工程内容的开篇，所以无论从其内容，还是从其所处的地位来看，本章教学内容对理解下面各章内容都具有重要作用。因此，本章是本册教材的重点。
【教学设计】
教学目标
1．知识方面
（1）理解细胞质遗传的概念和特点以及形成这些特点的原因（识记）。
（2）理解细胞质遗传的物质基础是细胞质中的DNA（识记）。
（3）理解细胞质遗传在育种中的应用（知道）。
2．态度观念方面
（1）通过理解细胞核遗传与细胞质遗传的关系，使学生树立辩证唯物主义思想。
（2）结合我国科学家利用三系配套法培育出了小麦、谷子、水稻等优势杂交种的实例，特别是结合被世界同行誉为“杂交水稻之父”的袁隆平院士首创三系杂交水稻的实例，对学生进行创新精神和爱国主义教育，激发学生的民族自豪感，激励学生学习科学家孜孜不倦的探索精神。
（3）通过对细胞质遗传在育种中的应用的学习，培养学生将科学技术这“第一生产力”转化为直接生产力和现实生产力的STS意识。
3．能力方面
（1）通过对细胞质遗传特点及形成该特点原因的探究，培养学生观察、对比、分析、推理、归纳、综合等抽象思维能力。
（2）提高学生的探究能力和科学素养。
（3）培养学生搜集资料、处理信息的能力。
重点、难点分析
细胞质遗传的特点和形成这些特点的原因以及细胞质遗传在育种中的应用是本节的教学重点。
由于细胞质遗传在育种中的应用这部分内容涉及到了核质互作的遗传原理、杂种优势以及三系配套等一些专业性很强的与育种有关的知识，而这部分知识又是学生过去很少接触的，因此它是本节的教学难点。
设计思路
在教学过程中，不是将知识直接传授给学生，而是采用引导——探究策略，创设情境，着眼于把学生领进探究知识的过程中去，让学生通过自己的观察、思考去探究知识的形成，在探究知识的过程中，启迪、训练学生的思维，帮助学生学会思考，点拨思路，引导方法，培养能力，使学生不仅感受到探索和成功的乐趣，而且受到科学态度、科学精神的熏陶，并增强STS意识。
教学过程
第一课时
一、创设情景，导入新课
提到遗传，人们不会忘记遗传学之父——孟德尔，他以严谨求实的科学态度和正确的研究方法，以及持之以恒的探索精神，发现了基因分离定律和基因自由组合定律，拉开了20世纪人类解开遗传之谜的序幕。尽管他的两大发现被埋没了30余年，但在他去世后的第16年——1900年，由于德国学者科伦斯等人的努力使孟德尔的科学发现重见天日。然而，就在9年之后，还是科伦斯的发现再一次对孟德尔的遗传定律提出了质疑。这到底为什么呢？
二、探究新知
（一）提供感性材料
1．利用投影片演示1909年德国植物学家兼遗传学家——科伦斯的紫茉莉质体遗传试验。
（1）简要介绍实验材料——紫茉莉。
紫茉莉的枝条一般是绿色的，因为它含有叶绿素的正常叶绿体。但这种植物存在着多种变异类型，如花斑植株，它的枝叶呈现出白绿相间的花斑状，有时在它的植株上还会出现三种不同的枝条——绿色的、白色的、花斑状的。为什么？科伦斯通过镜检发现：是由于紫茉莉的叶肉细胞中存在着不同种类的质体。绿色叶的细胞里含有的是有叶绿素的叶绿体；白色叶的细胞里不含叶绿体，而仅含没有色素的白色体，这种白化突变在自然界中可能是由某种因素引起的，如紫外线照射等。而花斑叶中含有三种不同的细胞：只含有叶绿体的细胞、只含有白色体的细胞、同时含有叶绿体和白色体的细胞，三种不同的细胞互相间隔存在，使得枝条呈现了白绿相间的花斑状。
（2）演示紫茉莉枝叶的性状遗传的杂交试验过程（参考教材P43表3-1，紫茉莉花斑植株的杂交结果），学生观察、思考。
2．结果是不是一种偶然？经过科伦斯的多次重复性试验，都得到了相同的试验结果。与此同时，德国科学家鲍尔发现天竺葵的叶色遗传也有相似现象。
3．针对以上两组感性材料，学生展开讨论：为什么上述试验对孟德尔的遗传定律再次提出了挑战？孟德尔的一对相对性状和两对相对性状的豌豆杂交试验结果是怎样的？紫茉莉枝叶遗传的杂交试验与之相比有哪些主要不同？教师适时引导学生回顾已有知识，通过对比使学生认识到，紫茉莉枝叶性状的独遗传特点是：一是F1并不表现出显性性状，而总是表现出母本性状。此时给出“母系遗传”的概念，二是F1的性状不会出现一定的分离比。再次强化学生已有知识与当前知识的矛盾冲突，使学生渴望知识的心理处于激发状态，以引发学生强烈的探索欲望。
（二）进行理性分析
按照从现象到本质，从感性到理性的认知规律，教师应适时抓住学生心理，引导学生复习和设疑提问，启发学生思维，发现科学本质。
1．性状受何物质控制？
基因是决定生物性状的基本单位。
2．基因分布于细胞的何种结构中？
基因是有遗传效应的DNA片断。DNA主要存在于细胞核，少量存在于细胞质，如线粒体、叶绿体中。此处顺理成章地引出“核基因”和“质基因”的概念，并且分析比较核基因和质基因的主要区别：一是存在位置不同，二是存在方式不同。核基因在染色体上直线排列，而组成质基因的DNA并不与蛋白质结合，而是呈双链环状等形状单独存在。
在复习已有知识的基础上，教师进一步设疑引导，既然细胞核与细胞质内都有可以控制性状的基因，今天遇到的紫茉莉与天竺葵枝叶的遗传与以前学习的豌豆、果蝇等性状的遗传要受谁的控制呢？富有探索性的问题使学生思维极为活跃。经回顾已有知识、讨论分析，学生一致认为孟德尔的遗传定律描述的是细胞核遗传，即细胞核内染色体上的基因控制的遗传。而前面已经分析了紫茉莉枝叶的遗传特点与细胞核遗传特点存在很大差别，那么，是不是不再受核基因的控制，而是受质基因的控制呢？学生大胆提出了假设：它们可能属于细胞质遗传。如果是细胞质遗传的话，细胞质遗传的物质基础应该是细胞质中线粒体、叶绿体等细胞质结构中的DNA，即质基因。那么，这种假设是否正确？引导学生进行以下探究。
3．是什么原因导致核基因和质基因遗传特点的不同呢？
（1）利用投影片出示教材P44图3-2“母系遗传与核遗传正、反交比较”，由学生讨论、交流、归纳：后代的核基因不论正交还是反交，总是父方与母方各提供一半，因此核基因型相同；而质基因在正交和反交时却出现明显的不同，因为受精时精子中只带有很少的细胞质，使得受精卵中的细胞质几乎全部来自于卵细胞，这样受细胞质内的遗传物质控制的性状实际上是由卵细胞传给后代的，因此会表现为母系遗传现象。这也初步证明了学生的假设是成立的，使学生感受到了成功的喜悦，增强了学习探索的信心。
（2）为什么以花斑紫茉莉为母本时，后代会产生三种不同的植株？引导学生分析得出：由于花斑紫茉莉的卵原细胞在减数分裂时，细胞质中的基因并不像核基因那样有规律地分离，而是随机地不均等地分配到子细胞中去，因此会产生三种卵细胞，从而会产生三种不同的植株。这种随机性和不均等性就导致了细胞质遗传的第二个特点：后代不出现一定的分离比。
通过分析使学生再次确认，紫茉莉枝叶性状的遗传是细胞质遗传。从而认识到高二阶段学习的细胞核遗传并不是生物唯一的遗传方式，科伦斯对细胞质遗传现象的发现，是对孟德尔定律的挑战，更是对它的补充。与导言呼应，对导言中提出的质疑做出了解答。
三、归纳升华
教师提供细胞核遗传和细胞质遗传的一些实例资料，并请学生阅读教材P46“线粒体DNA的重要作用”的资料，然后引导学生归纳。
1．生物体中绝大部分性状是受细胞核基因的控制，核基因确实是主要的遗传物质，而有些性状是要受到细胞质基因的控制。
2．细胞核遗传和细胞质遗传各自都有相对的独立性。这是因为，尽管在细胞质中找不到染色体一样的结构，但质基因与核基因一样，可以自我复制，可以控制蛋白质的合成，也就是说，都具有稳定性、连续性、变异性和独立性。
3．细胞核遗传与细胞质遗传相互影响，很多情况是核质互作的结果。虽然细胞核遗传与细胞质遗传都有相对的独立性，但这并不意味着二者没有丝毫关系。因为细胞核和细胞质都是细胞的重要组成部分，共同存在于一个整体中，它们之间必然是相互依存、相互制约，不可分割的。它们控制的遗传现象也必定相互影响，很多情况是核质互作的结果。此处为下一课时埋下伏笔。
四、知识反馈
学生独立完成下面表格，师主共同进行学习结果的评价。
比较细胞核遗传细胞质遗传
物质基础
表现性状
杂交后代性状比例
减数分裂形成的子细胞中遗传物质的分配
通过对比练习，再一次使学生对细胞核遗传和细胞质遗传各自特点进行归纳总结，培养学生概括、归纳知识的能力，使学生在归纳和概括的过程中把所学的知识系统化、条理化。使学生学会归类、对比的学习方法。
五、布置作业
1．全体学生完成书后习题。
2．对于那些对生物学科兴趣浓、学有余力的学生，请他们通过书刊杂志、网络等途径搜集“袁隆平和杂交水稻”的有关资料，这样，不仅可以给学生提供更多的参与机会，而且可以培养学生搜集资料、处理信息的能力，并为下一课时的顺利进行做好铺垫。
第二课时