遗传学教案汇编.docx

1、遗传学教案汇编遗传学教案生命科学学院遗传学科教材与参考数目：教材：朱军主编2002年遗传学，面向二十一世纪课程教材参考数目：1.徐晋麟，徐沁，陈淳编著，现代遗传学原理，科学出版社2001年2.刘祖洞主编：遗传学(上，下)，高等教育出版社第二版19913.方宗熙编著：普通遗传学，科学出版社19794.赵寿元，乔守怡主编，现代遗传学，高等教育出版社，20035.王亚馥戴灼华：遗传学，高等教育出版社19996.浙江农业大学主编，遗传学（第二版），中国农业出版社，19867.WilliamS.Klug.MichaelR.Cummings.EssentialsofGenetics.（影印版），高等教育出

2、版社，20028.Winter,G.I.遗传学(影印版)科学出版社，1999年9.D.PeterSnustad.MichaelJ.Simmons.PrinciplesofGenetics.(ThirdEdition).JohnWiley&Sons,Inc.2003遗传学是生命科学中重要的基础学科之一，直接探索生命的起源和生物进化的机理，同时又是一门紧密联系生产实际的基础学科，而且遗传学发展迅速，知识更新较快。现根据以上情况将该课程教案设计如下：第一章 绪论（2学时）本章以遗传的基本概念及遗传与变异的辩证统一关系为重点，论述遗传学的产生与发展，同时说明遗传学与生命科学中其它学科的关系以及在国民经

3、济中的应用。一、目的和意义1.掌握遗传、变异的概念和遗传学的概念。2.熟悉遗传学研究内容和任务。3.了解遗传学发展的主要阶段，以及有哪些重要的科学家做出了重大贡献。4.了解遗传学在国民经济中的地位，从工、农、医、环境保护等方面介绍遗传学的应用。二、重点内容：1、遗传与变异的关系。遗传与变异的辨证关系：遗传和变异是生物界的共同特征，它们之间是辩证统一的。生物如果没有变异，那么生物就不能进化，而遗传只是简单的重复；生物如果没有遗传，就是产生了变异也不能遗传下去，变异不能积累，变异就失去了意义。所以说，遗传与变异是生物进化的内因，但遗传是相对的，保守的，而变异是绝对的，发展的。2、基本概念：遗传学；

4、遗传；变异。遗传学（Genetics）是研究生物遗传与变异规律的一门科学。遗传（heredity）是指生物的繁殖过程中，亲代和子代各个方面的相似现象。变异（variation）是指子代个体发生了改变,在某些方面不同于原来的亲代。现代的观点：遗传学是研究生物体遗传信息的组成、传递和表达规律的一门科学，其主题是研究基因的结构和功能以及两者之间的关系，所以遗传学可称为基因学。3、遗传学研究的内容：随着遗传学的不断发展，遗传学研究的范围越来越广泛，它主要包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传物质的表达三个方面。a、遗传物质的结构：化学本质，它所包含的遗传信息、结构、功能、组织和变化；总体结构基因组的

5、结构分析；遗传物质的改变（突变和畸变）b、遗传物质的传递：遗传物质的复制、在世代间的传递、染色体的行为、遗传规律、基因在群体中的数量变迁。c、遗传物质的表达：基因的原初功能、基因的相互作用、基因和环境的作用、基因表达的调控以及个体发育中的基因的作用机制。4、遗传学与科学和生产的联系。遗传学与农牧业的关系a、提高农畜产品的产量：(1)改进品质：墨西哥小麦品种1970获得诺贝尔奖，印度推广后，5年内从1200万吨增至2100万吨(2)杂种优势的利用：玉米杂交种、水稻、家蚕。乳牛每年平均产奶4000公斤，而印度某些品种只有177公斤。b、动物性别控制：牛、蚕。c、定向控制遗传性状：固氮基因，丝蛋白基

6、因，抗病基因.遗传学与工业的关系a、发酵工业：氨基酸、核苷酸的生产，如味精。b、医药工业：抗生素的生产，青霉素，放线菌链霉菌。品种改良，产量成千成万倍地提高，青霉素的效价提高百倍。b基因工程.合成人脑激素、胰岛素、干扰素。c、设想：提取贵重属，处理“三废”遗传学与医学a、遗传性疾病：近四千种，血友病、糖尿病、先天愚型21对加1、产前检查、预防、基因工程。b、免疫遗传学遗传学与环境保护螺旋锥蝇、寄生昆虫，寄生在牲畜的伤口中，X射线，雄性不育的雄蝇（具有正常的交配能力，但不能产生正常的精子）拉圾处理，海洋污染。5、遗传学的产生和发展。A、遗传学的产生很早以前，我国人民在从事农业生产和饲养家畜中便注

7、意到了遗传和变异的现象。春秋时代有“桂实生桂，桐实生桐”，战国末期又有“种麦得麦，种稷得稷”的记载。东汉王充曾写道“万物生于土，各似本种”，并进一步指出“嘉禾异种常无本根”，认识到了变异的现象。此后古书中还有“桔逾淮而北为枳”、“牡丹岁取其变者以为新”等，这说明古代人民对遗传和变异有了粗浅的认识，但由于种种原因没能形成一套遗传学理论。但直到19世纪才有人尝试把积累的材料加以归纳、整理和分类，并用理论加以解释，对遗传和变异进行系统研究。代表人：达尔文（Darwin，18091882）：进化论学者，英国的博物学家，为了解释生物的遗传现象，他提出了“泛生论”的假说（hypothesisofpange

8、nesis）。他假设：生物的各种性状，都以微粒“泛因子”状态通过血液循环或导管运送到生殖系统，从而完成性状的遗传。限于当时的科学水平，对复杂的遗传变异现象，他还不能做出科学的回答。虽然如此，达尔文学说的产生促使人们重视对遗传学和育种学的深入研究，为遗传学的诞生起了积极的推动作用。魏斯曼（Weismann，18341914）：种质学说（germplasmtheory）。认为多细胞生物体内由种质和体质两部分组成，体质是由种质产生的，种质在世代中是连绵不断的。环境只能影响体质，而不能影响种质，后天获得性不能遗传。魏斯曼的种质论使人们对遗传和不遗传的变异有了深刻的认识，但是他对种质和体质的划分过于绝对

9、化。孟德尔（Mendel，18221884）：奥地利。根据前人工作和8年豌豆试验，提出了遗传因子分离和重组的假设。认为生物的性状由体内的遗传“因子”（factor）决定，而遗传因子可从上代传给下代。他应用统计方法分析和验证这个假设，对遗传现象的研究从单纯的描述推进到正确的分析，为近代颗粒性遗传理论奠定了科学的基础。文章发表于1866年，但当时未能引起重视。1900年三位科学家（德国的Correns、荷兰的De.Vries和奥地利的Tschermak）分别用不同材料不同地点试验得出跟孟德尔相同的遗传规律，并重新发现了孟德尔被人忽视的重要论文，1906年who首先提出了遗传学。他将三位科学家重新发

10、现孟德尔遗传规律的1900年定为遗传学的诞生年。B、遗传学的发展1866年孟德尔遗传因子学说，揭示了分离和自由组合定律，后被人总结为孟德尔定律；1903年萨顿（Sutton）和博韦里（Boveri）首先发现了染色体的行为与遗传因子的行为很相似，提出了染色体是遗传物质的载体的假设，即染色体学说；1909年约翰逊（Johannsen）称遗传因子为基因（gene），此外他还创立了基因型（genotype）和表现型（phenotype）的概念，把遗传基础和表现性状科学地区别开来；1910年摩尔根（Morgan）和他的学生用果蝇为材料，研究性状的遗传方式，进一步证实了孟德尔定律，并把孟德尔所假设的遗传因

11、子（后称为基因）具体落实在细胞核内的染色体上，从而建立了著名的基因学说（genetheory）。他们还得出连锁互换定律，确定基因直线排列在染色体上。摩尔根所确立的连锁互换定律与孟德尔的分离和自由组合定律共称为遗传学三大基本定律。此后的遗传学就以基因学说为理论基础，进一步深入到各个领域进行研究，建立了众多的分支和完整的体系，并日趋复杂和精密。由于原子能的发现和利用发展了辐射遗传学。1927年，缪勒（Muller）在果蝇中，斯塔德勒（Stadler）在玉米中各自用X射线成功地诱导基因突变，使遗传学的研究从研究遗传的规律转到研究变异的起源，开始了人工诱变的工作，进一步丰富了遗传学的内容，为育种实践提

12、供了更多的依据。此外由于统计学的发展，建立了群体遗传学。20世纪40年代以后，遗传学开始了一个新的转折点，这表现在两方面：一是理化诱变，二是普遍以微生物作为研究对象来代替过去常用的动植物，由细胞遗传学时期进入微生物遗传学时期。1940年以后，比德尔（Beadler）与其同事在红色面包霉上进行了大量工作，系统地研究了生化合成与基因的关系，提出了“一个基因一个酶”的理论，证明基因通过它所控制的酶决定着生物代谢中的生化反应步骤，进而决定着遗传性状。1944年埃弗里（Avery）等人的细菌转化试验有力地证明了遗传物质为去氧核糖核酸（DNA）；1957年法国遗传学家本兹尔（Benzer）以T4噬菌体为材

13、料，在DNA分子结构的水平上，分析研究了基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）学说。顺反子的概念打破了过去经典遗传学关于基因是突变、重组、决定遗传性状差别的“三位一体”的概念，把基因具体化为DNA分子上的一段核苷酸顺序，它负责遗传信息的传递，是决定一条多肽链的完整的功能单位。但它又是可分的，它内部的核苷酸组成或排列，可以独自发生突变或重组，而且基因同基因之间还有相互作用，且排列位置不同，会产生不同的效应。所有这些均是基因概念的重大发展。1953年美国分子生物学家沃森（Watson）和英国分子生物学家克里克（Crick）根据X射线衍射分析提出了著名的DNA右手双螺旋结构模型，更清楚地

14、说明了基因组成成分就是DNA分子，它控制着蛋白质的合成过程。基因的化学本质的确定，标志着遗传学又进入了一个新阶段分子遗传学发展的新时代；1961年法国分子遗传学家雅各布（Jacob）和莫诺（Monod）在研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制中还发现有结构基因和调节基因的差别，发现原核生物“开”和“关”的机制，提出了操纵子（operon）学说从而更深刻地揭露了基因的活动，生物就是通过一整套相互制约的基因，使生物在不同的环境下，表现出不同的遗传特性，适应各种复杂的环境条件；1961年开始美国生化学家尼伦伯格（Nirenberg）和印度血统的美国生化学家科拉纳（Khorana）等人逐步搞清了基因以核苷酸三

15、联体为一组编码氨基酸，并于1967年完成了全部64个遗传密码的破译工作。遗传密码的发现，把生物界统一起来，遗传信息的概念把基因的核酸密码和蛋白质的合成联系起来。从而提出了遗传信息传递的中心法则（centraldogma），揭示了生命活动的基本特征。1968年史密斯、阿伯和内森等人发现并提出能切割DNA分子的限制性内切酶（restrictionenzyme），为基因拼接工作铺平了道路。1970年美国病毒学家特明在劳斯肉瘤病毒体内发现一种能以RNA为模板合成DNA的酶叫“反转录酶”（reversetranscriptase），这一发现不仅对研究人类癌症具有重要意义，而且进一步发展和完善了“中心法则

16、”。1973年美国遗传学家伯格（Berg）第一次把两种不同生物的DNA（SV40和噬菌体的DNA）人工地重组在一起，首次获得了杂种分子，建立了DNA重组技术。以后，美国的科恩又把大肠杆菌的两种不同质粒重组在一起，并把杂种质粒引入到大肠杆菌中去，结果发现在那里能复制出双亲质粒的遗传信息。从此，基因工程的研究便蓬勃发展起来。在理论方面，由于DNA重组、基因克隆、碱基序列的分析以及分子杂交等技术的建立和应用，为研究基因的结构和功能、表达和调控等方面提供了有力的手段，导致了70年代以来分子遗传学获得的一系列重大发现。总之，三联体密码的确定、中心法则的建立以及蛋白质和核酸的人工合成，基因内部精细结构的揭

17、示，基因活动的调节和控制原理的发现，突变分子基础的阐明等，使遗传学的发展走在了生物科学的前列。同时，它的影响也渗透到生物学的每一学科中，成为生物科学和分子生物学的中心学科。6、遗传学研究的任务就是研究生物的遗传变异现象，深入探讨它们的本质，并利用所得成果，能动地改造生物，更好地为人类服务。三、难点内容：遗传与变异的关系。四、参考文献：刘祖洞，1994，遗传学，第二版，北京，高等教育出版社王亚馥，于先觉，1989，普通遗传学，武汉，武汉大学出版社王亚馥，戴灼华，1999，遗传学，北京，高等教育出版社GriffithA.J.F.etal.1999,AIntroductiontoGeneticAan

18、lysis.7thed.NewYork:W.H.FreemanandCompany第二章遗传的细胞学基础（4学时）掌握生命的基本单位，染色体的结构、类型、数目，同源染体，细胞周期，减数分裂的概念、遗传学意义，有丝分裂与减数分裂的比较。了解细胞的类别、大小与形态，质膜、细胞器、细胞核的结构和功能，多级螺旋模型，性染色体与常染色体，核型，有丝分裂的过程，减数分裂的过程，精卵细胞的生成，染色体周期性变化。一、目的和意义通过对细胞的基本结构和功能的讲解为基础，使学生能了解原核细胞和真核细胞的基本结构及区别，同时掌握有丝分裂和减数分裂的过程及其在遗传学中的意义。二、重点内容1、减数分裂的过程、特点及意义

19、。过程：减数分裂I前期I细线期：核内出现了染色体，染色体细、长，呈丝状，在核内缠绕在一起，镜检呈看不出染色体的个体形态。偶线期：染色体变短变粗，同源染色体相互吸引，相互靠拢，这个过程叫配对，也叫联会（先从两端开始，很快配对完成）。镜检仍呈丝状结构，看不出染色体的个体形态。互相配对的同源染色体叫二价体。二价体中有四条染色单体，又称四分体。同源染色体中不同着丝点连的染色单体之间互称非姊妹染色单体。粗线期：陪对的染色体进一步变短变粗，非姊妹染色单体之间相应的部位发生断裂，错接，这个过程叫交换或互换或重组。发生染色体片段的交换和互换，必然导致基因的互换和交换，只是个别细胞的个别染色体发生这样的变化。双

20、线期：染色体继续变短变粗，同源染色体之间相互排斥，使同源染色体分开，但因有的同源染色体发生交叉，则出现交叉缠绕，向两极移动，称为交叉端化。可看到四个染色单体。终变期：染色体最短最粗，均匀地分布在细胞核里面。有的呈圆圈，有的呈8字型。中期I：标志为核仁解体，核膜消失。变化为染色体移动到赤道面上，实际上是着丝粒排列在赤道面的两侧。同源染色体之间在赤道面的上下排列是随机的。后期I：染色体在纺锤丝的牵引下，同源染色体分开，以着丝点为先导，分别移向两极（此时有丝分裂的着丝粒分裂，原来的染色单体变为染色体。而减数分裂着丝粒不分裂，使到达两极的染色体数目减半。没有着丝粒的复制，同源染色体分开，分别进入不同的

21、极，非同源染色体在两极自由组合，实际到达两极的组合就非常多）。末期I：染色体到达两极后，核膜出现，出现两个子细胞（称为二分孢子）。间期：没有DNA的复制，时间长短不同。减数II分裂就是一种有丝分裂，分前期II、中期II，后期II，末期II四个时期。减数分裂的特点和意义：减数分裂是形成性细胞时所进行的一种细胞分裂，染色体经过一次复制，细胞连续两次分裂，结果形成的子细胞的染色体数为母细胞的一半，由2n变为n。通过配子结合，染色体又恢复到2n。这样保证了有性生殖时染色体的恒定性，从而保证了生物上下代之间遗传物质的稳定性和连续性，也保证了物种的稳定性和连续性。另一方面，由于同源染色体分开，移向两极是随

22、机的，加上同源染色体的交换，大大增加了配子的种类，从而增加了生物的变异性，提高了生物的适应性，为生物的发展进化提供了物质基础。2、基本概念联会减数分裂过程中同源染色体的配对。二价体联会的一对同源染色体。性染色体随性别不同而有差别的染色体。常染色体除性染色体以外的染色体均为常染色体。同源染色体二倍体生物的体细胞核中的染色体在形态、大小、结构相同的一对染色体称为同源染色体。其中一条来自父本，一条来自母本。单倍体一种生物的染色体基数，即性细胞的染色体数。3、细胞的结构和功能：细胞膜的组成、特点；细胞质（线粒体植物细胞特有、叶绿体、核糖体-合成蛋白质场所、细胞核-核膜、核仁、核液、染色质、染色体-形态

23、、数目；细胞膜细胞最外面一层膜状结构，也叫质膜。厚度75100埃，是由类脂分子和蛋白质组成。主要功能有：使细胞和外界分开，具保护细胞的功能。使细胞保持一定的形态功能。和细胞的吸收、分泌、内外物质的交流、细胞的识别等有密切关系。植物细胞在膜的外面还有一层细胞壁。细胞质细胞质是细胞膜内包含的胶体状物质，在真核生物细胞内有细胞核与细胞质的分化，而细胞质中又包含一些功能不同、形态各异、具有各自独特的化学组分，有的还能进行自我复制的结构，即细胞器。主要有：线粒体除细菌和蓝绿藻外，普遍存在于动植物细胞中，呈球型或杆状。由外膜（无基粒）、内膜（基粒）和基质组成。含有丰富的氧化酶系，在细胞呼吸和能量转化上有非

24、常重要的作用。线粒体含有自身的DNA，在GC含量上与核DNA成分不同，而且不与组蛋白结合，呈环状DNA。不同生物线粒体DNA长度不同，动物细胞中约5m，原生动物或植物细胞中较长。线粒体内还有核糖体，能合成蛋白质，并有自身复制的能力。因此，线粒体在遗传上有一定的自主性。叶绿体植物细胞内特有的细胞器，为双层膜结构。由内囊体，基粒，基粒片层，基质片层构成，含有色素、水溶性酶类，无机离子，淀粉粒，核糖体等，是光合作用的场所。叶绿体也有自身的DNA，能进行分裂增殖，在遗传上也具有一定的自主性。内质网除原核细胞如细菌等及人体成熟红细胞外，内质网广泛分布在各种细胞中。为双层膜结构，有的平行排列成片层状，有的

25、部分具分支连通成网状、细管等，接近细胞核处可以和核膜通连，靠近细胞外膜部分可以和细胞膜相接。可分为平滑内质网和颗粒内质网。在核糖体上合成蛋白质所需的原料和产物，都由内质网来输送。高尔基体单层膜包被的扁平囊泡或小盘，有分泌，聚集，贮存和转运细胞内物质的作用。核糖体普遍存在于活细胞内，由大小不等的两个亚基组成，在细胞中数量很大。真核生物中为80S（S为沉降单位，S值可反映出颗粒的大小、形状和质量等），原核细胞和线粒体、质体中则为70S。核糖体可以游离在细胞质或核内，也可以附在内质网上，或者有规律地沿mRNA排列成一串念珠状的多聚核糖体。核糖体是细胞内合成蛋白质的场所。中心粒动物及低等植物细胞内，位

26、于核的附近，它包括一对互相垂直的短筒状中心粒及其外围一个称为中心质的明亮区域所组成。中心粒与细胞分裂时纺锤体的排列方向和染色体的去向有关。细胞核不是所有细胞都有细胞核。含有细胞核的细胞称为真核细胞，没有细胞核的细胞称为原核细胞。原核细胞虽然没有细胞核结构，但一般含有和真核细胞细胞核一样的物质，所以叫拟核。植物筛管和动物红细胞成熟后核消失。真核细胞一般只有一个核，但某生物的某些细胞或某时期含有两个或两个以上的细胞核。如草履虫有3个核（1大，负责营养；2小，负责生殖），在进行有性生殖时，分裂产生8个核。小麦花粉的雄配子体有3个核，8核的胚囊叫雌配子体。细胞核一般为圆形或椭圆形，大小一般占细胞的10

27、20%。细胞核由核膜、核仁、核液和染色质组成。染色质间期（两次细胞分裂之间的时期）细胞核里能被碱性染料染色的网状结构（分裂期为染色体）。组分：DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白，比例为1：0.05：1：0.51.5。显微镜下观察染色不均匀，这种染色质着色深浅不同的现象叫异固缩。着色浅部位的染色质叫常染色质，着色深的叫异染色质。4、有丝分裂和减数分裂的比较有丝分裂减数分裂体细胞的分裂方式性细胞的分裂方式母细胞染色体一次复制，一次分裂母细胞染色体一次复制，二次分裂每周期产生2个子细胞每周期产生4个子细胞子细胞染色体数目与母细胞相同子细胞染色体数目是母细胞的一半没有联会、交叉和互换有联会、交叉和互换子

28、细胞的遗传成分与母细胞相同子细胞的遗传成分与母细胞不同三、难点内容减数分裂的过程四、课程的时间分配第一节细胞的构造1、细胞膜，2、细胞质，3、细胞核第二节染色质和染色体1、染色质，2、染色体：数目、大小、形态特征，3、染色体组第三节细胞分裂1、细胞周期，2、有丝分裂，3、减数分裂，4、减数分裂的特点及意义。第四节生物的生殖1、植物有性生殖，2、动物有性生殖五、参考文献张建民编著，2005，现代遗传学，北京，化学工业出版社美S.L.埃尔罗德W.斯坦斯菲尔德，2004，北京，科学出版社英P.C.温特G.I.希基H.L.弗莱彻，2003，北京，科学出版社第三章遗传物质的分子基础（5学时）本章以遗传物

29、质为主线，讲解了遗传物质的组成、复制与传递规律。主要内容包括：核酸是遗传物质的证据及其复制规律；染色体的分子结构。一、目的和意义通过对本章的讲解使学生知道为什么说核酸是遗传物质；同时清楚的明白核酸的复制、转录、逆转录的过程及联系和特点。同时掌握真核细胞染色体和原核细胞染色体的区别。二、重点内容1、DNA作为遗传物质的证据：间接证据：a.DNA含量恒定性。配子DNA=1/2体细胞，蛋白质含量是不恒定的。b.DNA代谢稳定性。c.DNA是所有生物染色体所共有的。d.UV激发最有效波长是2600Ao，与DNA所吸收的UV光谱是一致的。直接证据a.细菌的转化b.噬菌体侵染与繁殖2、核酸的化学结构：化学

30、结构；DNA分子结构；DNA的双螺旋结构及特点；DNA的不同构型。(1)两种核酸及其分布核酸：一种高分子化合物，核苷酸的多聚体。有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。核苷酸的构成：五碳糖；磷酸；环状含氮碱基(2)DNA的双螺旋结构及特点ADNA分子是由两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行于同一轴上，很像一个扭曲的梯子。BDNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接（手拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。c两扶手的走向为反向平行。d梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过氢结合，并以互补配对原则配对，A-T，C-G，(3)DNA的不同构型a、B-DNA：为DNA在生理

31、状态下的构型，右手双螺旋构型（沃森和克里克模型），每螺旋为10个核苷酸对。b、A-DNA：为DNA的脱水构型，右手螺旋，每螺旋为11个核苷酸对。c、Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含12个核苷酸对。3、DNA的复制过程和特点（1）DNA双螺旋的解旋DNA在复制时，其双链首先解开，形成复制叉，而复制叉的形成则是由多种蛋白质及酶参与的较复杂的复制过程a单链DNA结合蛋白（singlestrandedDNAbindingprotein,ssbDNA蛋白）ssbDNA蛋白是较牢固的结合在单链DNA上的蛋白质。原核生物ssbDNA蛋白与DNA结合时表现出协同效应：若第1个ssbDNA蛋白结合到DNA上去能力为1，第2个的结合能力可高达103；真核生物细胞中的ssbDNA蛋白与单链DNA结合时则不表现上述效应。ssbDNA蛋白的作用是保证解旋酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体的形式存在于复制叉处，待单链复制后才脱下来，重新循环。所以，ssbDNA蛋白只保持单链的存在，不起解旋作用。bDNA解链酶（DNAhelicase）DNA解链酶能通过水解AT