师:同学们好,上一节课我们学习了很多生物的性状,包括一些人的性状。请看屏幕,这些都是人的性状。学完后,大家有没有把自己的性状和父母的性状作比较呢?老师选了三种人的性状和家人进行了比较,同学们有兴趣一起看看吗?
第一个性状,单眼皮还是双眼皮?我女儿是单眼皮,爸爸是双眼皮,我是单眼皮,这个性状女儿像我。
第二个性状,大拇指是否向背侧弯曲?来看我们一家三口的情况,都一样,这个性状女儿既像爸爸也像妈妈。
第三个性状是血型,依次是O型、A型、B型,都不一样。怎么会这样呢?女儿的这个性状既不像爸爸,也不像妈妈。有没有同学遇到跟老师相同的情况?为什么我们有的性状与父母相同,而有的不同?性状究竟是由什么控制的呢?这就是我们今天这堂课要学习和解决的问题——什么控制生物的性状?请同学们翻开课本,翻到27页,我们来看一则资料——“转基因鼠的启示”。
1982年,英国的《自然》杂志发表了一篇文章,美国的两个实验组共同研制出转基因超级鼠,转基因鼠比与它同胎所生的对照小鼠的生长速度快2 - 3倍,体积大一倍。这项研究被誉为分子生物学技术发展的里程碑。
转基因超级鼠是人类历史上第一只转基因动物,意义非凡。美国的实验组究竟是怎样研制出它的呢?我们通过一段视频来了解一下具体过程,请看大屏幕。
雌雄两只老鼠分别产生一个卵细胞和精子,精卵细胞结合成受精卵,但核暂未融合。将事先备好的大鼠生长激素基因吸入显微注射器中。在卵的一侧用固定细胞的吸管挡住,另一侧用显微注射器将大鼠生长激素基因注入尚未融合的受精卵内的卵细胞核或精子核中。注射之后,小鼠受精卵内的核和卵细胞核将融合成一个细胞核,其中携带着转入的基因。将已经导入了大鼠生长激素基因的受精卵注入一只雌鼠的输卵管里,这样这只雌鼠的输卵管中就有了两种卵,一种是导入了大鼠生长激素基因的受精卵,另一种是输卵管中原有的未转基因的受精卵。经过一段时间后,雌鼠产下了大小两种老鼠,长大后转基因超级鼠个体明显较大。
视频讲解得很清晰,相信同学们对于转基因超级鼠诞生的过程有了初步的认识。接下来让我们结合课本的示意图来梳理一下。首先雌雄小鼠分别产生生殖细胞进行受精作用,选择核未融合的受精卵,用吸管固定,再用显微注射器注入大鼠生长激素基因,将处理好的受精卵注入代孕雌鼠的输卵管中。此时输卵管中有几种卵呢?同学们思考一下,对,应该有两种类型,一种是雌鼠体内正常受精的受精卵,另一种是经过处理的受精卵。这两种卵都在雌鼠体内进行进一步的生长发育,直到生出幼鼠。幼鼠在体外继续生长发育,最后形成两种不同的鼠。第一种生长速度较慢,个体较小,是普通小鼠。第二种生长速度较快,个体较大,是转基因超级鼠。
可以看到整个过程中操作的对象主要是细胞或基因,它们都非常微观,肉眼看不见,所以在操作的时候需要非常精细的显微设备。最关键的一步,注入大鼠生长激素基因选用的是显微注射器,所以这个方法我们称为显微注射法。在整个过程中还有一些细节问题,我们一起来探讨一下。
第一步,选取核未融合的受精卵,注入大鼠生长激素基因。大鼠生长激素基因来自于哪里?它又是如何融入到小鼠的受精卵中的呢?大鼠生长激素基因来自于大鼠体内,是遗传物质的一部分,主要存在于细胞核中。对于小鼠来说,它是外源的基因,因为小鼠体内并没有。雄性小鼠产生的精子与雌性小鼠产生的卵细胞受精后,精子核和卵细胞的核将变成雄原核与雌原核,雄原核后期会变大,具有吸收外源基因的能力。选择在雄原核和雌原核尚未融合的时候注入大鼠生长激素基因,有利于这个基因融入到整个细胞核中去。
第二个细节是将处理以后的受精卵注入输卵管中,为什么会选择输卵管这个位置呢?我们来回忆一下以前学过的人的生殖,人体内受精卵诞生的部位在哪里?同学们还记得吗?是在输卵管。受精卵在输卵管中诞生以后,将进行细胞的分裂分化,形成胚胎,然后再移动到子宫内进行进一步的发育。小鼠的生殖过程跟人类相似,所以需要把受精卵注入到输卵管中,让它在雌鼠体内进行进一步的发育。通过这些问题的分析,同学们对转基因超级鼠诞生的过程了解了吗?清楚了吗?下面我们一起来看几个讨论题,请读题。
一,普通小鼠是由什么发育而来?这个问题很简单,它是由小鼠体内未处理的受精卵,也就是正常受精的受精卵发育而来。转基因鼠又是由什么发育而来的呢?我们在图片上找一下信息,在这里,是由转入大鼠生长激素基因的受精卵发育而来的。
第二题,转基因鼠与同胎普通小鼠差异最大的性状是什么?同样,请同学们在图片上找信息,关键信息在这里。可以很明显地看到转基因鼠的个体大小比普通小鼠要大,出现这种性状差异的原因是什么呢?转基因鼠比同胎普通小鼠多了什么?对,多了大鼠生长激素基因,因为这个基因导致它的个体大小比普通小鼠要大。我们来分析下原因,看大鼠生长激素基因的名称,我们可以猜一下它有什么作用。其实这个基因可以控制大鼠生长激素的合成。生长激素我们以前学过,在学习人体的时候,同学们还记得人的生长激素有什么作用吗?很好,促进生长发育。大鼠生长激素基因能够控制生长激素的合成,能够促进生长发育,所以得到的转基因超级鼠个体比普通小鼠大。
解决了这两个问题,下面的问题就简单了,三、性状和基因是什么关系?这是我们这节课刚开始就留下来的问题。通过刚才的分析,我们已经知道大鼠生长激素基因能够控制生长激素的合成,从而促进生长发育,导致转基因鼠的个体较大。所以我们可以得出结论,基因控制了生物的性状。那么父母传给我们的是性状还是基因呢?性状是由基因控制的,父母在生殖的过程中通过生殖细胞将基因传给了后代,所以答案是基因。到这里前面所有遗留的问题都已解决。接下来我们通过一个实验来进行进一步的探究。
将同胎普通小鼠的幼鼠分成甲、乙两组,甲组喂食高蛋白营养餐,乙组喂食普通食物。结果发现甲组小鼠体型比乙组小鼠大。这个探究结果说明了什么?
同胎普通小鼠的幼鼠体内有没有大鼠生长激素基因?并没有。那为什么甲组小鼠的体型比乙组小鼠的大呢?有同学说老师是因为它吃得好。那吃得好是基因影响的吗?很显然不是,是什么影响的?是外在的环境。所以我们可以总结出这样一个结论,生物的性状不仅受到基因的控制,还会受到环境的影响。在日常生活中有没有这样的例子呢?同学们想一想,说一说。相信很多同学的脑海中都浮现了一些生活中的例子,老师的学生也想到了两个例子,我们一起来听一听吧。
生1:我觉得有的萝卜的根的颜色就受到了环境的影响,它的地上部分有光的照射,能够形成叶绿素,呈现绿色;地下部分没有光,不能形成叶绿素,只能呈现白色。
第一位同学举的例子是环境中的光这个因素影响了萝卜根的颜色。其实跟他这个例子相同的还有一些,比如说我们平时吃的一道蔬菜,也是最近餐桌上经常出现的一道蔬菜——韭黄。它其实是把韭菜在没有光的条件下培育而来的,因为在没有光的情况下,它无法合成叶绿素,无法呈现绿色。跟它们相同的还有一种蔬菜叫蒜黄。接下来我们听听第二位同学怎么说。
生2:我想举的例子是南橘北枳,南方与北方的环境因素中温度差别较大,橘是亚热带水果,它的生长需要较高的温度,南方温度较高适合它生长,而北方温度较低不适合它生长,会影响它的色泽、味道等性状。
第二位同学举的这个例子是我们非常熟悉的一个成语故事,叫南橘北枳,讲的是环境中温度这个因素对橘性状的影响。通过前面的探究和同学们的举例,我们可以知道性状的表现其实是两个因素共同作用的结果,分别是基因和环境。同学们关于性状、环境、基因这三者之间的关系,你们懂了吗?理清楚了吗?接下来我们回到前面所讲的转基因超级鼠,在生物学中把像转基因超级鼠这样的,把某一种生物的基因用生物技术的方法转入到另一种生物的基因组中,培育出的生物统称为转基因生物。在日常生活中有很多转基因生物,我们一起来看一下。
