對“基因重組”的解讀及教學(xué)策略

曹燕波

1 對“基因重組”內(nèi)容的解讀

“基因重組”是人教版《必修2·遺傳與進化》第5章“基因突變及其他變異”第1節(jié)“基因突變和基因重組”中一段內(nèi)容，教材對于“基因突變”花了大篇幅來介紹。而“基因重組”在課本中介紹的并不多，但在《江蘇省學(xué)業(yè)水平測試考試說明》中“基因重組及其意義”與“基因突變的特征原因”卻是同等重要的。所以教師一定要對這個概念進行深入的解釋，以便于學(xué)生理解。

這段內(nèi)容與前面“減數(shù)分裂和受精作用”有一定的聯(lián)系，并且又為下一節(jié)課“人類遺傳病”打下了基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本段內(nèi)容有助于學(xué)生從基因和染色體變化的角度來認識生物發(fā)生變異的原因;有助于進一步加深對本模塊第6章和第7章內(nèi)容的認識和理解。

對于“基因重組”，教材中給出了這樣的定義：基因重組是指在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。對于教材中給出的“基因重組”的類型包括：① 在生物體通過減數(shù)分裂形成配子時，隨著非同源染色體的自由組合，非等位基因也自由組合。這樣由雌雄配子結(jié)合形成的受精卵，就可能具有與親代不同的基因型，從而使子代產(chǎn)生變異。② 基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂形成四分體時期，位于同源染色體上的等位基因有時會隨著非姐妹染色單體的交換而發(fā)生交換。

這段話對很多學(xué)生是有困惑的，困惑主要有：

困惑一：對于前面提到基因重組的第一種類型：生物體通過減數(shù)分裂形成配子時，隨著非同源染色體的自由組合，非等位基因也自由組合。這樣，由雌雄配子結(jié)合形成的受精卵，就可能具有與親代不同的基因型，從而使子代產(chǎn)生變異。那么，基因重組到底是指形成了多種基因型不同的雌雄配子？還是指產(chǎn)生多種受精卵？如何理解配子多樣性與子代多樣性之間的關(guān)系？

困惑二：如果基因重組只是教材中提到的這兩種類型的話，那么如何解釋肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中S型菌的DNA使R型菌轉(zhuǎn)化時是發(fā)生的基因重組呢？（細菌是原核生物，并不存在染色體）所以基因重組應(yīng)該不會是只有上面提到的兩種類型，上面提到的類型應(yīng)該只適用于進行有性生殖的真核生物。而對于原核生物的基因重組通常只是部分基因組的轉(zhuǎn)移和重組，并且通過轉(zhuǎn)化、接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)等形式進行。

2 教學(xué)策略

對于這段內(nèi)容的處理，一般的教學(xué)過程都是教師引導(dǎo)學(xué)生回顧孟德爾自由組合定律，提出一系列問題串后，以“顧名思義”的方式進行理解學(xué)習(xí)，總結(jié)出基因重組的定義。這種處理方式會使得學(xué)生一知半解。

筆者采取的方式是“師生對話——產(chǎn)生矛盾沖突一——引導(dǎo)、分析——師生共同解答——通過繪圖，回顧舊知識——再次產(chǎn)生矛盾沖突——引導(dǎo)、驗證——師生共同總結(jié)提高”。

為引導(dǎo)學(xué)生更深入的理解基因重組，筆者進行了如下的教學(xué)嘗試。

3 教學(xué)片段

教師和學(xué)生一起回憶孟德爾自由組合定律。

師：大家思考一下，基因重組是指基因的重新組合，哪些基因可以自由組合？

生：非同源染色體上的非等位基因可以自由組合。

師：這些基因自由組合的時期是什么時候？

生：減數(shù)第一次分裂的后期。

師：基因重新組合后有什么作用呢？例如基因型是AaBb的雄性個體（基因獨立遺傳），減數(shù)分裂完成（基因自由組合）后產(chǎn)生了什么？

生：產(chǎn)生了AB、ab、Ab、aB4種配子。

師：很好。那么如果這是一個AaBbCc的雄性個體（基因獨立遺傳），減數(shù)分裂完成（基因自由組合）后產(chǎn)生了幾種配子？

生：產(chǎn)生了ABC、abc、Abc、aBC、ABc、abC、AbC、aBc8種配子。

師：很好。所以基因重新組合后有什么用呢？

生：可以產(chǎn)生多種多樣的配子啊！

師：那么除了這樣非同源染色體上的非等位基因自由組合可以產(chǎn)生多種配子以外，還有沒有別的方法可以增加配子的種類？

學(xué)生可能一下想不起來，這時教師可以引導(dǎo)：

師：在減數(shù)第一次分裂四分體時期可能會出現(xiàn)的交叉互換，大家可以自己畫圖表示，是不是也可以增加配子的種類？

學(xué)生自己動手畫圖（學(xué)生分組討論，教師巡視、觀察問題解決的進度）。

師生一起總結(jié)基因重組的定義以及基因重組的兩種常見類型（都發(fā)生在減數(shù)第一次分裂）。

師：前面說到3對等位基因AaBbCc重組至少可以產(chǎn)生8種配子，那么如果人的體細胞中有23對基因（獨立遺傳），請根據(jù)自由組合定律計算，一位父親可能產(chǎn)生多少種基因組成不同的精子，一位母親可能產(chǎn)生多種基因組成不同的卵細胞？

學(xué)生很容易推出會得到223種精子或卵細胞！

師：即使不考慮基因突變和基因重組的交叉互換如果你父母要再生一個孩子，所有基因與你完全相同的可能性有多少？

生：父親產(chǎn)生相同精子可能性是1/223，母親產(chǎn)生卵細胞也是1/223，所以再一個“我”可能性是1/246。

師：可見這樣的概率太小了，我們大家每一個人都是世界上獨一無二的！你是唯一的！

師：請大家判斷一下：孟德爾的兩對相對性狀的遺傳實驗中，黃色圓粒和綠色皺粒雜交通過基因重組使子二代出現(xiàn)了4種表現(xiàn)型，這種說法準確嗎？

生：好像是對的啊！

師：（提示學(xué)生）通過基因重組是直接產(chǎn)生了多種多樣的配子，還是直接產(chǎn)生了多種多樣的子代？

生：是配子。

師：所以剛才問的黃色圓粒和綠色皺粒雜交通過基因重組使子二代出現(xiàn)了4種表現(xiàn)型，這種說準確嗎？

生：不對！

師：那么子二代是通過什么過程產(chǎn)生4種表現(xiàn)型的？

學(xué)生一下子答不上來了。

師：（引導(dǎo)）請大家把書翻到25頁，看看受精作用中是如何闡述的吧：基因重組產(chǎn)生了多種多樣的配子，再加上受精過程中卵細胞和精子結(jié)合的隨機性，同一雙親的后代必然呈現(xiàn)多樣性。

生：恍然大悟。原來是基因重組和受精作用使得子二代出現(xiàn)了4種表現(xiàn)型啊！

師：這些后代中總會有一些是含有能適應(yīng)某種變化的、生存所必需的基因組合。所以，基因重組是生物變異的豐富來源，是形成生物多樣性的重要原因，對生物進化具有重要意義。

學(xué)生對于基因重組的理解有了質(zhì)的飛躍！

師：大家對于基因重組應(yīng)該有了大概的了解，那么有沒有同學(xué)能解釋一下，前面學(xué)到的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中S型菌的DNA使R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌的變異為什么也是基因重組呢？

生：肺炎雙球菌沒有進行有性生殖，也不進行減數(shù)分裂，想不通。

師：可遺傳變異的來源有三咱：基因突變;基因重組;染色體變異。肺炎雙球菌無染色體，所以不可能發(fā)生染色體變異，S型菌的DNA使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，不是R型菌的基因上某個堿基對改變的問題，所以也不會是基因突變，那么只可能是基因重組！所以基因重組不只是教材上提到的兩種情況，應(yīng)該還會有其他情況。那就是原核生物的基因重組，它通常只是部分基因組的轉(zhuǎn)移和重組，并且通過轉(zhuǎn)化，接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)等形式進行。大家做個了解即可。

4 教學(xué)反思

首先教師備課一定要充分。在這個教學(xué)片段中，筆者沒有完全按照課本上的教學(xué)內(nèi)容來進行教學(xué)，而是對其進行了合理的再加工。只有教師對相關(guān)知識了然于胸，把教材、學(xué)生鉆研透徹，才能應(yīng)對課堂上出現(xiàn)的各類問題。以上教學(xué)過程的設(shè)計以學(xué)生的思維過程為線索，在教師的引導(dǎo)下，有利于引起學(xué)生在解決問題過程中產(chǎn)生矛盾沖突，便于突破教學(xué)重點和難點。在這節(jié)課中，學(xué)生在已有的知識經(jīng)驗基礎(chǔ)上，以為自己很理解定義后回答問題受挫，再推翻，再重新認識定義。當解決這些矛盾后，學(xué)生對正確的結(jié)論會有更深刻的認識，在自己的腦海中也會留下深刻的印象。同時通過引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)，探索問題，得出結(jié)論可以逐步提高學(xué)生分析現(xiàn)象、推理驗證和解決問題的綜合思維能力。

其次教師引導(dǎo)學(xué)生適當回顧前面學(xué)習(xí)的知識，溫故而知新。只有前后貫通，學(xué)生才能更好理解和接受相關(guān)知識，達到教學(xué)的目的。