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    高三生物选修教案人教版_高三理化生_理化生_高中教育_教育专区

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    高三生物选修课精品教案 高三生物选修课精品教案 精品 第一章 人体生命活动的调节和免疫 第一节 人体的稳态 一、内环境与稳态 教学目的 1.内环境的知识(理解);2.内环境稳态的概念及其生理意义(理解)。 教学重点:内环境稳态的生理意义。 教学难点 教学难点:内环境稳态的概念。 教学重点 教学用具:沉淀或经离心处理后的血液(需加抗凝剂),自制“体内细胞与内环境之间物质交换”的多媒体课 教学用具 件或抽拉式幻灯片。 教学方法:讲述与归纳、观察相结合。 教学方法 教学过程:提问:人体内的代谢活动都是通过酶促反应来完成的,那么,酶活性受哪些因素影响? (回答: 教学过程 温度和 pH 等。) 引言:可见,一个生命活动正常的人,他体内的温度和酸碱度等理化性质都是处在相对稳定状态的。这堂课学 习的课题是《内环境的稳态》。 提问:什么是内环境呢? 讲述:体内有许多液体,它们是内环境的基础。人 体内含有的大量液体统称为体液。体液可分为细胞内液和细胞外液。细胞内液是存在于细胞内的体液。 (学生 举例)细胞外液是存在于细胞外的体液。(学生举例) 组织液、血浆和淋巴是细胞外液的主要部分,它们共 同构成了体内细胞生活的液体环境,这个液体环境叫做人体的内环境。 观察:请大家认真观察屏幕上的动态 图(图中依次出现血管及其中的血细胞、血浆、淋巴、组织细胞、组织液。图中血液在不断流动,图中出现的 箭头表示血浆、淋巴、组织液三者之间的物质交换)。 练习:请大家用箭头表示内环境三个主要组成部分之间的关系。 提问:体内细胞与外界是如何进行物质交换的呢? 讲述: 外界环境中的食物和空气分别经过消化系统的消化吸收和呼吸系统的细胞呼吸后, 养料和氧气随血液循 环到全身各处,通过内环境之间的物质交换,养料和氧气从组织液、血浆或淋巴进入全身的组织细胞;全身组 织细胞代谢产生的二氧化碳等终产物又进入内环境,通过循环系统,最终由呼吸系统。泌尿系统或皮肤排出体 外。可见,体内的细胞必须通过内环境才能与外界环境进行物质交换。 (教师边讲述边依次板书出对应方框及 箭头) 过渡:体内的每个活细胞都直接或间接的与外界环境联系,可见生命是个开放的系统。作为生命系统 的特征之一,就是它的稳态。 讲述:众所周知,血浆的含水量在 90~92%之间;人的正常体温在 37℃左右;血浆浓度稳定在 80~120mg/dL 之间。这些都是内环境处于稳态的例证。 提问:为什么给病人输液时,输入的是生理盐水,而不是蒸馏水? (让学生略加讨论再回答,必要时教师可 以提示。) 讲述:人体血浆 37℃时的渗透压在 77kPa 左右,相当于生理盐水的渗透压。如果大量输进蒸馏水,将使人体 内环境的渗透压大大降低,致使细胞大量吸水,这可能会造成细胞最终无法维持原有形态甚至破裂等结果。 高中生物教案 第 1 页 【共 51 页】 观察:请仔细观察下列演示实验步骤。这是已静置后的血液,也可以用离心了的血液(教师出示血液)。取甲 乙两个洁净试管,向甲内加入血浆,向乙内加入等量蒸馏水,用酸碱试纸检测。然后,向甲、乙内滴入等量的 几滴盐酸溶液,摇匀后,再用酸碱试纸检测。教师及时出示检测结果。 讲述: 第一次测试结果反映血浆显碱性; 第二次测试结果反映甲内溶液不显酸性而乙内溶液显酸性。 实验证明, 在外界影响不太大的情况下,血浆的 pH 稳定在 7.35~7.45 之间。 上述事实表明,人体内环境处于相对稳 定的状态。 提问:血糖浓度过低或过高,生命活动是否正常? (回答:血糖浓度过低可能出现低血糖症;血糖浓度过高 可能出现糖尿病。) 提问:如果内环境的酸碱度发生显著改变,酶的活性将受到什么影响? 回答:酶将不能正常发挥催化作用甚至失活。 讲述:上述事实表明,内环境中各种理化因子的变动都不能超过一定范围,否则,可能会引起代谢的障碍、疾 病,甚至危及生命。可见,内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。 提问:内环境的稳态是如何实现的呢? 讲述:初中时我们已经学过,人的体温能保持相对恒定,是在神经系统和体液(主要是血液)的调节下,通过 循环、呼吸等系统的协调活动共同实现的。 通过第六节的学习我们已经知道,血糖浓度能保持相对稳定,也是在神经系统和体液的调节下,通过肝脏、肾 等器官的协调活动共同实现的。 生活中,剧烈运动产生的酸胀感,在一段时间后会自动消失,这是为什么呢?刚做的演示实验已表明,血浆对 血液的酸碱度具有调节作用。下面我们以血浆对酸碱度的调节为例,来说明内环境的稳态是如何实现的。请同 学们阅读课本中“内环境稳态概念”的最后一个自然段。 提问:为什么甲试管内的溶液在滴入少量盐酸溶液后却不显酸性? (回答:略。) 讲述:原来血液中有由一种弱酸和相应的一种强碱盐组成的酸碱缓冲对。比如,剧烈运动时会因缺氧而产生乳 酸,这时,血液中的碳酸氢钠等强碱盐和乳酸发生反应,生成碳酸和乳酸钠。乳酸钠可通过肾脏排出体外;碳 酸的酸性小,而且它在水溶液中的溶解度很小,会分解成二氧化碳和水,所以对酸碱度影响不大。血液中增多 的二氧化碳会刺激控制呼吸活动的神经中枢,促使呼吸活动增强,增加通气量,从而将二氧化碳排出。当摄入 碱性食品后,将发生酸碱中和反应,产生的盐也可通过肾脏排出体外,所以酸碱度不变。 可见;内环境的稳态是在神经系统和体液的调节下,通过各个器官系统的协调活动,共同来实现的。 提问:请同学们小结出内环境稳态的概念。 (回答:略。) 讲述:正常机体在神经系统和体液的调节下,通过各个器官、系统的协调活动,共同维持内环境的相对稳定状 态,叫做内环境的稳态。 第一章 人体生命活动的调节和免疫 第一节 人体的稳态 二、水和无机盐的平衡和调节 教学目的:1.水和无机盐的平衡(理解) ;2.水和无机盐平衡的调节(理解) ;3.水和无机盐平衡的意 教学目的 义(理解) 。 高中生物教案 第 2 页 【共 51 页】 教学重点:水和无机盐的平衡和调节。教学难点 教学难点:水和无机盐平衡的调节。 教学重点 教学难点 1.投影本章题图,刨设探究情境,引导学生思考下列问题: (1)照片上所展示的内容与哪些生命活动有关?(2)结合照片上的场面,你受到了什么启发和教育? 2、精心设计问题情境(1)吃的东西过咸,为什么会感到口渴?(2)为什么夏天尿少,而冬天尿多? (3)大量出汗后为什么要喝点盐水?(4)“以饮料代水”的做法科学吗?……1.提供信息资料:(见书中 小资料)2.引导学生讨论:(1)人体内的水是从哪来的?(2)排尿是排出体内水分的惟一途径吗?3.提供 信息资料:(见书中表 1 一 1)4.进一步提出问题:(1)人体内的无机盐主要以什么状态存在?它们在体内 是否平衡?(2)以钠盐和钾盐为例,说明它们的来源与去路。1.引导学生回忆:(1)人体生命活动调节的 基本方式是什么?(2)神经调节的基本方式是什么?其结构基础是什么?(3)体液调节的主要方式是什么? 2.进一步诱导:参与水平衡神经调节的(1)感受器是什么?(2)神经中枢在哪?(3)效应器是什么?3.进 一步提出问题并点拨:(1)导致渗透压感受器兴奋的刺激是什么?(2)效应器如何发挥效应?4.进一步引 导探究:效应器释放激素的名称和作用是什么?5.承上启下,课件展示:(1)尿的形成过程;(2)水平衡 的神经调节和激素调节。6.提出新问题:为什么某人进食钠盐过多,结果尿中钠盐也随之增多?7.课件展示: 无机盐平衡的激素调节。8.进一步引导探究:无机盐平衡的神经调节是如何实现的?9.引导总结:水和无机 盐平衡调节的共同点是什么?1.提供信息资料:(1)血钠升高或降低,会导致血压异常;(2)血钾降低, 将引起心肌的自动节律异常;(3)尿量过少,会引起中毒。2.引导学生对本节课内容进行总结,对水和无机 盐平衡与内环境稳态的关系进行分析。 第一章 人体生命活动的调节和免疫 第一节 人体的稳态 三、血糖的调节 教学目的:知识方面 ; ; 教学目的 知识方面(1)了解血糖的平衡(识记)(2)了解血糖平衡的意义(识记)(3)了解血糖平衡的 知识方面 调节(识记)(4)了解糖尿病的成因及其治疗(知道) ; 。 教学重点 教学难点 难点:(1)血糖平衡的调节;(2)糖尿 教学重点:血糖平衡的调节。 教学难点 重点 病的成因。 一、导言 可从学生熟悉的、生活中的实际问题引出,达到激发学习兴趣的目 的。 提出的相关问题是: (1)为什么有的同学常在第三节课后感到心慌,注意力难以集中? (2)学校召开运动会的时候,同学们为什么常常给运动员买巧克力? (3)为什么糖尿病患者不宜吃甜食? 通过以上精心设疑,达到引发学生思考,导入新课的目的。 二、新课 (一)血糖的平衡 高中生物教案 第 3 页 【共 51 页】 结合书中图 1-5,引导学生回忆。总结血糖的来源与去路,从而使学生从感性上了解血糖在人体内的含量 是稳定的,正常值为 80~120 mg/dL。 引导回忆、总结的问题是:(1)消化糖类的场所在哪?利用了哪些消化酶?什么叫吸收?(2)肝糖元在什 么条件下与葡萄糖进行相互转化?主要场所在哪? (3) 肌糖元在什么条件下分解?其分解的产物是什么, (4) 非糖物质在什么条件下转化为葡萄糖?能否全部转化?(5)糖类的主要功能是什么?其氧化分解的主要场所 在哪?(6)葡萄糖可以转变成哪种氨基酸?经过什么方式转变?学生通过对以上问题的回忆、思考、分析、 讨论、总结,达到了复习、巩固旧知识,培养学生良好的学习方法和思维习惯的目的。 (二)血糖平衡的调节 1.教师出示胰岛内各种细胞的分布图,引导学生回忆已学习过的调节血糖平衡的 激素。2.引导学生分析、总结出胰岛素、胰高血糖素的生理作用。3.结合书中图 1-6,进一步引导学生分析: 胰岛素通过哪些途径降低血糖,胰高血糖素通过哪些途径升高血糖?从而使学生加深对这两种激素的了解。 4.教师提供有关肾上腺素的资料,引导学生阅读、分析、总结,使学生体会出人体内有多种激素能够调节血 糖的含量。5.引导学生分析胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素之间的关系,从而使学生了解动物激素间的相互 关系,对体液调节中的激素调节有较全面的认识。6.通过分析产生各种激素的具体部位,引导学生探究对应 的效应器是什么?神经中枢又是什么?从而引出了血糖平衡的神经调节。7.展示与教学内容相关的课件,引 导学生观察、思考。分析、讨论、总结使学生了解血糖平衡的神经调节。8.引导学生总结调节血糖平衡的两 种方式,从而使学生对血糖平衡的调节有全面的理性的认识,对生命活动的调节有更深刻的理解。 (三)糖尿病及其防治 1.引导学生分析:当血糖浓度低于或高于 80~120 mg/dL 时,可能引发的疾病? 引导探究的问题是:(1)当血糖浓度低于 50~60 mg/dL 时,引发什么疾病?症状是什么?如何缓解? (2)当血糖浓度低于 45 mg/dL 时,引发什么疾病?症状是什么?如何缓解? (3)当空腹血糖高于 130 mg/dL 时,引发什么疾病?此时会形成糖尿吗?为什么? (4)当血糖浓度高于 160~180 mg/dL 时,会引发什么疾病,此时会出现尿糖吗,为什么?(5)血糖平 衡有什么重要意义? 通过对以上问题的分析、 探究, 使学生区分开什么是低血糖的早期症状、 晚期症状, 什么是高血糖和糖尿, 从而总结出血糖平衡的重要意义。 2.引导学生重点分析糖尿病的产生原因及其防治。 (1)教师提出探究问题:如果你是一名医生,如何诊断糖尿病? 学生通过思考分析、小组讨论,认识到:只有当血糖超过了肾糖阈(160~180mg/dL),才可能出现糖尿。 所以,诊断糖尿病时,既要验血,又要验尿,只有同时出现了高血糖和糖尿时,才患糖尿病。 (2)教师进一步引导探究:导致患者血糖升高的根本原因是什么? 通过前面的学习,学生已经了解了胰岛素是人体内惟一降低血糖的激素。患者血糖升高,说明胰岛素分泌 不足,而胰岛素是由胰岛 B 细胞分泌的,因此患者血糖升高的根本原因是胰岛 B 细胞受损,导致胰岛索分泌不 高中生物教案 第 4 页 【共 51 页】 足。 (3)教师进一步引导学生探究:如何检测患者的尿中有糖? 这个问题,教师要利用学生已学过的鉴定可溶性还原糖的知识,引导学生通过设计实验加以解决。 在学生分析、讨论、设计实验的过程中,教师要提醒学生设计实验的原则和方法,要对学生的设计方案做 出评价, 从而达到培养学生根据实验原理学会设计实验的目的。 最后教师演示利用班氏糖定性试剂测定尿糖的 实验,引导学生观察实验现象,分析其中的原因、得出实验结论,以加深学生的印象。 (4)教师提供有关糖尿病患者会出现“三多一少”症状的资料,引导学生分析其中的原因? 通过深入分析、讨论,使学生明确产生“三多一少”的根本原因是血糖浓度升高,加深对糖代谢、脂肪代 谢和蛋白质代谢之间关系的深刻理解。 (5)教师进一步引导学生从基因水平、口服药物、注射药物、饮食结构和体育锻炼等多方面对糖尿病患 者提出防治措施。 对这些问题学生可以通过阅读教材、小组讨论、分析研究、发散思维来加以解决,从而提高学生的自我保 健意识,养成良好的生活习惯,同时也使学生更加关注生活中的实际问题,提高利用所学知识对实际问题做出 解释和说明的能力。 (6)教师引导学生对糖尿病、高血糖症和糖尿进行比较,以检测学生对难点内容的掌握情况:①高血糖 一定会出现糖尿吗?②如果某人持续性出现糖尿, 是否就能肯定他患了糖尿病?③糖尿病患者是由于多尿才导 致多饮的吗? 通过对以上问题的分析、探究,使学生对糖尿病的病因和症状有更深刻的了解,到达巩固强化、融会贯通 的目的。 三、教学反馈:引导学生分析导言中提出的问题,作为本节课教学目标完成情况的反馈。 教学反馈 要点提示 1.本节课涉及到大量的旧知识,例如,血糖的三个来源,三个去路;参与血糖调节的主要激素;鉴定还 原性糖的方法等。因此,教师要善于利用这些有利条件,通过引导学生对旧知识的回忆和联想,引发学生对新 问题的思考和探究,从而达到温故知新的目的。 2.本节课内容与人体健康联系紧密,涉及到了多种血糖失衡症。对这些疾病,学生都有一定的感性认识, 教师要充分利用学生的兴奋点, 激发学生对生物科学的热爱, 善于引导学生利用所学知识对实际问题加以解释 和说明。 3.糖尿病是日常生活中的常见病,发病率有上升的趋势,并带有一定的遗传倾向,目前尚无根治的方法。 因此,可以作为一个研究性课题,引导学生在课下进行研究学习 第一章 人体生命活动的调节和免疫 第一节 人体的稳态 四、人的体温及其调节 知识方面(1)人的体温及其意义(知道)(2)体温的调节(知道) ; 。 知识方面 教学重点 教学难点 教学重点:体温的意义及其调节。教学难点 重点 教学难点:体温的调节。 高中生物教案 第 5 页 【共 51 页】 一、引言 1910 年英国斯科特(Scott Robert Falcon l868~1912)探险队和挪威阿蒙森探险队都宣布将向南极点 进军,两支探险队之间展开了一场激烈的角逐。阿蒙森一行五人,用狗拉雪橇,经过千辛万苦于 1911 年 12 月 14 日成为第一批到达南极极点的人。而斯科特探险队一行五人,使用的是马拉和人拉的雪橇,结果马在严 寒中陷入了泥沼。他们用雪橇拉着设备,顶风冒雪经过 82 天,于 1912 年 1 月 16 日终于到达南极点。在南极 探险的路上跋涉了 1 450 km 之后,归途中因饥饿劳累倒下。攀登南极点的角逐是南极考察热中光辉的一页。 (资料来自: http://www.wst.net.cn) 两支探险队都在零下三十七度的南极艰难跋涉, 阿蒙森队的胜利表明人类可以战胜严寒, 而斯科特队永远 留在了南极也表明如果严寒加上饥饿、疲惫也会危及人类的生命。 地球上的气温可高至 60 ℃,低至零下 70 ℃。人类的足迹几乎遍布全球,在不同的环境中,人是怎样维 持体温恒定的呢? 二、新课 【教师活动】(提出问题,投射在大屏幕上) 某人用三种常用测体温的方法,得到了三个不同的数值,到底哪个是他的体温呢? 口腔温度 37.2 ℃ 腋窝温度 36.7 ℃ 直肠温度 37.4 ℃ 【学生活动】(分析讨论,得出结果) 学生明确:体温指的是身体内部的温度,即内环境的温度,而上 述的三种方法测出的都是体表温度,用于代替体温。 【教师活动】组织学生汇报自己的预习作业,从中得出什么结论? (1)面对全班同学的数据,如何进行比较?(进行研究方法的训练) (2)如何使比较的结果更直观?(组织学生绘制直观图) 【学生活动】小组讨论得出比较项目:1.选择一个人的数据可得出什么结论?2.选择一个家庭的数据可 得出什么结论? 3.选择同一年龄同一性别学生的个人数据可得出什么结论? 学生绘制上述比较的直观图,用实物投影仪展示井得出结论:1.同一个人的体温昼夜有差别,不超过一 度。 2.不同年龄的人体温有差异,年轻者体温高于年老者。3.体温会有个体差异。 4.体温会因活动量的改变而改变。因此被试者应处于平静状态中进行测量。 【教师活动】 (设疑,将问题用实物投影仪投射在大屏幕上)体温恒定是不是体温维持一个数值?体温恒 定的意义是什么?恒定的体温是怎样影响新陈代谢的呢? 【学生活动】学生思考、讨论,明确:1.体温相对恒定是指体温在一个范围内变动。 2.体温恒定是生命活动进行的必要条件。3.恒温动物能摆脱环境的限制,无论天气如何,只要体温恒定 高中生物教案 第 6 页 【共 51 页】 就能进行代谢活动。 4.相对恒定的体温可以保证酶在最适温度下发挥催化作用。 【教师活动】(设疑,将问题用实物投影仪投射在大屏幕上) 1.为什么斯科特探险队因饥饿劳累冻死在南极?2.体温是哪来的?产热的主要器官是什么? 3.主要细胞器是什么?4.能源物质是什么?5.主要能源物质是什么?6.散热的结构有哪些? 【学生活动】分析讨论,明确:体温是机体代谢活动的结果,也是生命活动必需的条件。 产热的主要器官是骨骼肌和肝脏。安静状态下以肝脏产热为主,运动时以骨骼肌产热为主,产热的主要细 胞器是线粒体。 能源物质是糖类, 脂肪和蛋白质。 主要能源物质是糖类。散热主要由皮肤经传导、对流、 辐射和蒸发完成。 【教师活动】(设疑,将问题用实物投影仪投射在大屏幕上)体温的相对恒定是由于下面等式成立:产热 =散热。请大家分析:在炎热和寒冷的环境中怎样维持体温的相对恒定呢? 【学生活动】阅读、讨论,得出结论:寒冷环境中增加产热,减少散热;炎热环境中减少产热,增加散热。 炎热环境中可以减少产热, 但不产热是不可能的, 因为有机物氧化分解合成 ATP 的同时必然伴随着热量的释放。 故炎热环境中以增加散热为主。 【教师活动】 (设疑,将问题用实物投影仪投射在大屏幕上)请分析在寒冷和炎热的环境中怎样调节产热 与散热以保持体温的相对恒定呢?调节机制是什么?是神经调节还是体液调节?神经调节的调节中枢在哪 里? 【学生活动】分析讨论,得出结论:1.增加产热的生理活动有:骨骼肌会不自主地颤抖,皮肤立毛肌收 缩,增加产热;有关神经作用于肾上腺促使肾上腺素的分泌增加,导致机体的代谢活动增强,产热量增加。 2.减少散热的生理活动有:几乎不出汗,以减少蒸发散热;皮肤血管收缩,减少皮肤的血流量,以减少 对流散热和辐射散热;皮肤立毛肌收缩,产生“鸡皮疙瘩”,缩小汗毛孔,减少热量散失。 3.神经和体液共同调节,神经调节是通过反射弧实现的,体温调节中枢在下丘脑。列出调节机制示意图。 (见板书设计)(用实物投影仪投射在大屏幕上) 【教师活动】分析下列两个不等式:散热>产热、散热<产热时,人的体温将会怎样变化?分析其中的利与 弊。 【学生活动】讨论后回答,应明确:因为人体调节体温的能力是有限的,当长时间置身于寒冷环境中,机 体产生的热量不足以补偿散失的热量,会引起体温降低;而在高温环境中过久,会因体内热量散不出去,导致 体温升高。 【教师活动】讲述体温调节的障碍。 温度对酶活性的影响应特别注意的是低温抑制酶的活性,而高温则使酶失活。因此,绘制酶的活性与温度 的关系曲线时,应注意低温时曲线不能达到酶活性的零点,而高温则曲线可以达到零点。于是可以说体温过高 会致人死亡,而体温过低则不一定。 高中生物教案 第 7 页 【共 51 页】 发热与体温过高:发热是许多疾病的症状,原因很多:如感染、肿瘤、内分泌失常、免疫紊乱、组织损伤、 毒物和药物作用等。 因为代谢增加、 产热量增加而散热相对减少了, 体温因此上升, 但人还会有冷的感觉, (可 能是因皮肤血管收缩而引起的一种感觉)这种冷的感觉,可引起寒颤,使体温更快地上升。 发热后体温一般不超过 40 ℃。体温高于 40 ℃,称为体温过高,体温高达 44.5 ℃而能生存的已是罕见。 一般认为人的最高致死体温大约是 45.5 ℃,这可能与蛋白质在 45~50 ℃之间开始变性有关。体温过低会不 会也一定导致人的死亡呢?让我们来认识一下 2001 年最小的新闻人物: 13 个月大的小艾里卡。(用实物投 影仪投射在大屏幕上)2001 年 2 月底的加拿大埃德蒙顿市的气温仍然在摄氏零下 30 度以下。只有 13 个月大、 刚学会走路的女婴艾里卡只穿着纸尿裤和一件 T 恤衫走向零下 30 度的室外!等她被发现时,身体已经僵硬, 心脏也停止了跳动,体温已经下降到摄氏 16 度!在医护人员的救助下奇迹发生了:艾里卡的心脏突然跳动了 一下,接着竟然连续跳动起来!小家伙复活了。科学家因此断言:冻体复活不是梦。 事实上,人体细胞冷冻已经被广泛应用于临床,比如在治疗不育症时使用的精子冷冻、卵子冷冻、胚胎冷 冻技术。 科学家预测,人体冷冻技术在未来的应用将十分广泛。可以把患了绝症的病人冷冻起来,几百年后当相关 的技术出现后,再使其复活,经治疗而获得健康;再有,可以把字航员冷冻起来暂停人体老化的程序,数光年 之后,他们抵达某个星系后解冻,他们的年龄就和离开地球时完全一样,没有任何衰老。人体冷冻技术使人的 太空旅行有了实现的可能。目前不能确定人的最低致死体温。 除这种奇迹之外,有些情况也会导致体温过低:某些疾病如甲状腺功能不足、脑血管疾病或麻醉药中毒时 体温也会降低。人的体温下降至 20 ℃时,通常不能恢复。 临床上用人工冷却法使人进入麻醉状态,称为低温麻醉。体温一般不低于 28℃,可以阻断血液循环 10~ 15 min 脑组织和心肌机能不会遇到严重障碍,为做脑、心脏手术创造了有利条件。 上述学习的体温调节是生理性调节, 动物体还可以通过自觉行为来调节体温, 如不在极端环境中停留过长 等。大家还可以继续思考:还有什么自觉行为可以调节体温呢? 重点提示 1.引导学生从自身的生活经验分析得出:体温因年龄、性别、活动量等不同而变化。 2. 体温恒定的调节应抓住产热与散热相等这个主干,再分析产热与散热的生理活动,再分析神经和体液 的调节过程,并从中体现出体温调节以神经调节为主,由神经和体液共同参与完成。 3.体温调节注意与温度对酶恬性的影响相联系,产热过程与细胞呼吸相联系。 第一章 人体生命活动的调节和免疫 第二节 免疫 一、特异性免疫 知识方面(1)了解非特异性免疫的特点和功能; (2)识记淋巴细胞的起源和分化; (3)理解抗原和抗体的知 知识方面 识; (4)理解体液免疫和细胞免疫的过程以及两者的关系。 教学重点:1.抗原和抗体 2.体液免疫和细胞免疫的过程。教学难点 教学难点:体液免疫和细胞免疫的过程 教学重点 教学难点 高中生物教案 第 8 页 【共 51 页】 教师承上启下引入新课:关于特异性免疫具体是怎样发挥作用的是本节课要学习的内容。 特异性免疫 教师用摄像头展示:中国古代种人痘和詹纳种牛痘的图。使学生了解古代中国人通过穿患者的衣服、用痘 痂研细吹入鼻孔的方法预防天花,这在防治传染病方面是一大创举,而詹纳的工作开创了免疫疗法的先河。 教师提问:为什么种牛痘可以预防天花? 教师引导学生讨论: 由于牛痘病毒和天花病毒的结构很相似, 牛痘病毒进入人体后刺激人体产生的抗体与 天花病毒进入人体后刺激人体产生的抗体相似, 所以能用牛痘病毒刺激人体产生对抗天花病毒的抗体。 我们就 把天花病毒、牛痘病毒都称为抗原。 1.抗原。通过上面的分析得出抗原的概念是:凡是能够刺激机体的免疫系统产生抗体或效应细胞,并且 能够和相应的抗体或效应细胞发生特异性结合反应的物质,就叫做抗原。 教师提出启发性问题:(1)由上述抗原的概念分析抗原有哪两种性能。(2)是否人体内部和外界环境中 各种各样的物质都是抗原?(3)抗原具有哪些性质呢?(4)人体的免疫系统会与自身成分发生免疫反应吗? 为什么? 学生以小组合作的形式自学课本上的相关内容, 分析讨论上述问题, 教师根据学生的实际水平适当扩展相 关知识,明确如下问题:①抗原有两种性能,即免疫原性和反应原性。免疫原性是指能够刺激机体产生抗体或 效应细胞; 反应原性是指能够和相应的抗体或效应细胞发生特异性结合反应。 兼备这两种性能的物质叫做完全 抗原。如病原体、异种动物血清等。只具有反应原性而没有免疫原性的物质叫做半抗原。如青霉素、吗啡等。 但半抗原如果和大分子蛋白质结合后就可成为完全抗原。例如,吗啡和蛋白质结合就有了抗原性,能够刺激细 胞产生对吗啡特异的抗体。把嗜吗啡者的血液取出一滴,用特异抗体鉴定,就可根据有无抗体——抗原反应而 确定此人血液中有无吗啡,是不是吸毒者。②并非人体内部和外部所有物质都可以成为抗原。③抗原应该具有 如下性质: 第一,异物性:一般说抗原与机体之间的亲缘关系越远,组织结构差异越大,其免疫原性越强。各种病原 体、动物蛋自制剂等对人都是强抗原;同种异体也用异物,也有免疫原性;自身成分在胚胎期未与免疫活性细 胞充分接触过的物质也具有免疫原性,如精子、脑组织、眼球晶状体蛋白和免疫球蛋自的独特型抗原,都属自 身抗原。另外,外伤和癌变细胞也能成为抗原。 第二,大分子性:相对分子量小于 6 000 的物质一般无抗原性;不能引起免疫反应。一般说来,蛋白质的 抗原性强于多糖,寡糖和低聚精、脂质均没有抗原性,不能刺激动物产生抗体。 第三,特异性:一种抗原只能与相应的抗体或效应 T 细胞发生特异性结合,这种特异性取决于抗原物质表 面具有的某些特定的化学基团,即抗原决定簇。 ④人体的免疫系统一般不会与自身成分发生免疫反应。但当自身细胞因某些特殊憎况(如外伤、癌变等) 而发生改变后,免疫系统会与这些细胞发生免疫反应。 2.抗体。教师介绍抗体的发现过程: 高中生物教案 第 9 页 【共 51 页】 (1) 19 世纪末 20 世纪初,科学家们在实验中发现,用细菌或其外毒素给动物注射,过一段时间后,该 动物的血清中出现一些有防御作用的保护性成分。(2)在 20 世纪 30 年代,科学家用电泳法鉴定,证明抗体 是一种球蛋白。(3) 1959 年科学家对抗体的结构进行了研究,证明它是由四条肽链组成,借二硫键连接在 一起,形成一个“Y”型的四链分子。不同的抗体某些部分氨基酸序列各不相同,决定抗体的特异性。 学生根据以上资料归纳总结: 抗体的概念:机体受抗原刺激后产生的,并且能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。 抗体的分布:主要分布于血清中,也分布于组织液及外分泌液中,如乳汁中,所以新生儿在一定时间内可 由于获得母体乳汁内的抗体而获得免疫。那么,抗体是由哪里产生的呢? 3.淋巴细胞的起源和分化。教师提供科学研究过程: (1)用大剂量的射线照射大鼠,杀死其淋巴细胞和其他白细胞,大鼠就失去了免疫的功能,因而很容易 感染疾病。(2)给上述大鼠分别输入各种类型的白细胞,发现只有在注入了淋巴细胞之后,大鼠才能恢复免 疫功能。 提问:上述实验能证明什么?结论:在特异性免疫中发挥免疫作用的主要是淋巴细胞。 教师提供科学研究过程:(1)用大剂量 X 射线照射去掉胸腺的小鼠,小鼠可失去全部免疫功能。(2)此 时如果输给小鼠来自胸腺的淋巴细胞,免疫功能虽得到恢复,但仍与正常小鼠不同,即不能产生游离于体液中 的抗体。(3)如果在 X 射线照射后不输给小鼠来自胸腺的淋巴细胞,而输给来自骨髓的淋巴细胞,去胸腺小 鼠的细胞免疫功能不能恢复,但产生抗体的功能却得到一定恢复。(4)如果同时给 X 射线照射过的去胸腺小 鼠输入来自胸腺和骨髓的淋巴细胞,小鼠就可恢复全部免疫功能。(5)将新生小鼠的胸腺切除,小鼠仍能住 长发育,对某些抗原入侵仍有一定的产生抗体的能力,即仍能发生有所减弱的体液免疫反应,但却失去了细胞 免疫功能,(6)做器官移植时,如果切除小鼠胸腺,移植器官较易停留在小鼠体内;如果将小鼠胸腺的淋巴 细胞再输给去胸腺小鼠,免疫功能又得到恢复,而移植器官又被抵制。 学生分析上述实验得出结论:胸腺内的淋巴细胞和骨髓中的淋巴细胞在免疫中起不同的作用,分别称为 T 细胞和 B 细胞。 教师引导学生总结以下内容: (1)淋巴细胞的起源:骨髓中的造血干细胞。 (2)分化:在中心淋巴器官。 造血干细胞在胸腺分化成 T 细胞。造血干细胞在骨髓分化成 B 细胞。(3)分布:在外周淋巴器官,如淋巴结、 脾、扁桃体等。(4)免疫系统的组成。 免疫器官:胸腺,骨髓、脾、淋巴结等。免疫细胞:淋巴细胞、吞噬细胞等。体液中的各种抗体和淋巴因 子等。 三、学习新课 4.体液免疫(1)概念:靠抗体实现的免疫方式就称为体液免疫。(2)过程:体液免疫的过程是教学重 点和难点,教师指导学生分成若干个自学小组,结合课本上“体液免疫的示意图”自学相关内容,然后由学生 提出小组内不能解释的疑难问题,列在黑板上,作为进一步深入学习的内容。这些问题可能是:①抗原既然已 高中生物教案 第 10 页 【共 51 页】 经被吞噬细胞吞噬, 是怎样把其内部隐蔽的抗原决定簇暴露出来的?②细胞之间是怎么呈递这些抗原的?③记 忆细胞引起的二次免疫有什么特点?④抗体是怎样把抗原清除的? 为帮助学生理解体液免疫的过程, 有条件的学校可根据学生的实际水平, 参考相关资料, 制成计算机课件, 加深学生的理解。同时教师可适当扩展如下相关知识: (1)感应阶段:指抗原进入机体与 B 细胞相互作用的过程。①少数抗原的抗原决定簇与 B 细胞表面的受 体分子结合, 从而直接刺激 B 细胞使之活化长大并迅速分裂。 ②多数抗原要先经过吞噬细胞无特异性的吞噬后, 一些抗原分子穿过吞噬细胞的细胞膜而露到细胞表面,夹在吞噬细胞本身的组织相容性附合体分子的沟中。T 细胞中有一类助 T 细胞,不同的助 T 细胞表面带有不同的受体,能识别不同的抗原。那些能识别吞噬细胞表面 组织相容性抗原加上特异的抗原分子结合物的助 T 细胞, 在遇到这些吞噬细胞后, 就活化分裂而产生更多有同 样特异性的助 T 细胞。B 细胞表面也带有组织相容性附合体,可和特异的抗原分子结合。上述特异的助 T 细胞 的作用是刺激已经和特异的抗原分子结合的 B 细胞, 使之分裂分化。 这一 B 细胞依靠助 T 细胞和吞噬细胞而活 化的步骤,比第一个不需要助 T 细胞参与的步骤作用更强大。 (2)反应阶段:指 B 细胞接受抗原刺激后,增殖分化形成效应 B 细胞和记忆细胞的过程。所谓效应 B 细 胞也称浆细胞,一般停留在各种淋巴结中,它们产生抗体的能力很强,每个效应 B 细胞每秒钟能产生 2 000 个抗体,可以说是制造特种蛋白质的机器。浆细胞的寿命很短,经过几天大量产生抗体以后就死去。抗体离开 浆细胞后,随血液淋巴流到全身各部,发挥消灭抗原的作用。记忆细胞的特点是寿命长,对抗原十分敏感,能 “记住”入侵的抗原。如果有同样的抗原第二次入侵时,记忆细胞比没有记忆的 B 细胞更快地做出反应,很快 分裂产生新的效应 B 细胞和新的记忆细胞。 (3)效应阶段:指抗体与抗原特异性结合而发挥免疫效应的过程。在该阶段抗体的作用有以下几个方面: ①有些抗原,如病毒等,由于抗体的结合而失去对寄主细胞表面受体的结合能力,因而不能侵入细胞。 ②有些细菌产生的毒素,如白喉毒素、破伤风毒素,可因抗体的结合而不为细胞所接受,因而无效。 ③沉淀和凝集:如果抗原分子是可溶性蛋白质,抗体的结合就使抗原分子失去溶解性而沉淀;如果抗原分 子是位于细胞上的,抗体的结合就使这些细胞凝集成团而失去活动能力,例如血液凝集。 ④补体反应:补体是存在于血清、体液中的蛋白质分子,在正常情况下没有活性,只有在发生了免疫后, 才陆续被激活,其终产物是使细菌等抗原的外膜穿孔而死亡的破膜复合体。 ⑤K 细胞(杀伤细胞)的激活:抗体可以促进血液中的另一种细胞,即杀伤细胞活跃起来,其表面受体能 和抗原表面的抗体结合,将抗原杀死。除 K 细胞外,巨噬细胞以及中性和嗜酸性粒细胞也同样可被抗体激活, 杀死抗原。 教师引导学生小结上述体液免疫的过程,并引出细胞免疫的内容:体液免疫能利用抗体消灭外物,但病毒 和其他蛋白质颗粒等外物一旦侵入细胞或被细胞吞入(如吞噬细胞),抗体就无能为力了,这时就需要细胞免 疫发挥作用。另外,寄生的原生动物、真菌,外来的细胞团块,如移植器官以及被病毒感染的自身细胞都能引 起细胞免疫。 高中生物教案 第 11 页 【共 51 页】 5.细胞免疫 细胞免疫的概念:不依靠体液中的抗体,而是依靠 T 淋巴细胞来完成的免疫方式,称为细胞免疫。 关于细胞免疫的过程, 教师可组织学生结合书上的示意图自学相关内容, 并且与前述的体液免疫过程比较 异同。理解细胞免疫过程也大体分为三个阶段,其中第一和第二阶段与体液免疫的基本相同,主要的不同点是 第三阶段,表现在作用对象和作用方式上的不同。 如果学生对细胞免疫的具体过程感到不易理解, 例如, 学生可能不明白参与抗原呈递的 T 胞与效应 T 细胞 属于不同的 T 细胞亚群, 也不明白效应 T 细胞的杀伤过程具体是如何进行的, 那么教师可适当补充下面的内容, 以利于学生的进一步理解: (1)在感应阶段,吞噬细胞如果吞噬了侵入的细菌等微主物,其表面就出现组织相容性抗原和微生物抗 原的结合物。助 T 细胞遇到这种与之互补的抗原结合物的细胞时,就与它们互补结合,结果是吞噬细胞分泌白 细胞介素 I 来刺激助 T 细胞分泌白细胞介素 II,而白细胞介素 II 可刺激 T 细胞分化成更多的效应 T 细胞。 (2)在反应阶段,病毒感染细胞后,病毒表面的抗原决定簇穿过被感染的细胞膜外,形成二者的抗原结 合物, 带有与这一结合物互补受体的 1 细胞接触到被感染的靶细胞时, 就分裂分化出大量效应 T 细胞和记忆细 胞。 (3)在效应阶段,效应 T 细胞结合到靶细胞上,激活靶细胞内的溶酶体酶,使靶细胞裂解死亡,细胞内 的病毒也因此失去藏身之所而被抗体消灭。 6.体液免疫与细胞免疫的关系 教师引导学生对特异性免疫反应进行归纳,使学生理解无论是体液免疫还是细胞免疫都可以分为三个阶 段,二者之间既各自有其独特的作用,又可以相互配合,共同发挥免疫效应。在这部分内容中可以结合细菌外 毒素,胞内寄生菌和病毒感染等实例说明上述关系。 四、反馈应用 要点提示 1.在教学中应该注重通过生物科学的事实、科学研究过程过渡到有关概念、原理、规律。例如,通过介绍 抗体的发现过程,使学生理解抗体的化学本质和功能,进而理解抗体的概念;通过介绍科学家发现淋巴细胞具 有不同功能的实验,让学生自己分析实验结果,进一步理解淋巴细胞的起源和分化。 2.体液免疫和细胞免疫的过程比较复杂,教材上的文字和图解过于简单,反而不利于学生的理解。教师 可根据学生的实际水平扩展相应的知识,便于学生理解该基本过程。 免疫失调引起的疾病 第一章 人体生命活动的调节和免疫 第二节 免疫 二、免疫失调引起的疾病 知识方面(1)知道过敏反应、自身免疫病和免疫缺陷病。 (2)知道免疫学的应用。 知识方面 1. 过敏反应既是本节的重点 重点,也是难点 难点。2.免疫学的应用,既是本节的重点 重点,也是难点 难点。3.免疫缺陷病是 重点 难点 重点 难点 本节课的重点 重点。 重点 高中生物教案 第 12 页 【共 51 页】 学习新课 (一)过敏反应 请负责该内容的调查小组介绍相关资料, 在可能的范围内让学生把他们掌握的内容说足说透。 学生事前准 备的文字材料、数字、图表要用摄像头当堂打出来,效果会更好。之后教师要引导学生从以下方面进行归纳总 结: 1.过敏反应的举例和类型 学生举的实例可能会很多,尤其是走访专家医生和查阅资料之后,正好弥补了教材内容的不足。因为课本 上讲的只是临床上最常见的 I 型过敏反应疾病, 其他类型的均未涉及, 所以如果学生举的实例中除了有书本上 的实例外,还有如新生儿溶血症、自身免疫性溶血性贫血、链球菌感染后肾小球肾炎、类风湿性关节炎等。教 师也要肯定,因为有些自身免疫病其发病机理相似于Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型过敏反应。然后教师要引导学生把能引 起 I 型过敏反应的物质与具体的过敏反应症状联系起来,例如: 全身性过敏反应:引起过敏性休克,主要是药物过敏,如青霉素、头孢霉素,普鲁卡因,链霉素等。 呼吸道过敏反应:引起过敏性鼻炎和过敏性哮喘,如花粉、尘螨、真菌、毛屑等。 消化道过敏反应:引起恶心、呕吐、腹痛、腹泻,甚至休克,如鱼、虾、蟹、蛋、奶等食物。 皮肤过敏反应:引起麻疹、湿疹、血管性水肿,如药物、食物、肠道寄生虫、冷热刺激等。 这样进行总结,学生以后再遇到类似情况可以自己判断,有效预防。 2.过敏反应的概念和特点 在总结上述内容的基础上, 教师引导学生理解上述反应就属于过敏反应, 而引起过敏反应的物质就叫过敏 原,由于 I 型过敏反应同学听到见到的比较多,它的三个主要特点也容易理解,即:①发作迅速,反应强烈, 消退较快;②一般不会损伤组织细胞;③有明显的遗传倾向和个体差异。 3.机理 过敏反应发生的机理是一个复杂和抽象的过程,按照书上的示意图和文字叙述,学生可能不易理解,学生 汇报查阅的资料也可能过于复杂。教师可将 I 型过敏反应发生的机制划分为三个阶段: ①致敏阶段: 过敏原进入机体后可选择诱导过敏原特异性 B 细胞产生抗体应答, 此类抗体与肥大细胞和嗜 碱性粒细胞(即课本上所说的皮肤、呼吸道或消化道黏膜以及血液中的某些细胞,其中肥大细胞分布于皮下小 血管周围的结缔组织中和黏膜下层,而嗜碱性粒细胞主要分布于外周血中)的表面相结合,而使机体处于对该 过过原的致敏状态。通常这种致敏状态可维持数月或更长,如果长期不接触该过敏原,致敏状态可自行逐渐消 失。 ②激发阶段: 指相同的过敏原再次进入机体时, 通过与致敏的肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的抗体特异性 结合,使这种细胞释放生物活性介质的阶段。在这个阶段中,释放的生物活性介质除了组织胺以外,还可以是 前列腺素 D2、白三烯、血小板活化因子等,但它们的作用都相似,都可引起平滑肌收缩,毛细血管扩张和通 透性增强,腺体分泌物增多。 ③效应阶段:指生物活性介质作用于效应组织和器官,引起局部或全身过敏反应的阶段。根据反应发生的 快馒和持续的时间长短,可分为早期相反应和晚期相反应两种类型。早期相反应主要由组织胺引起,通常在接 触过敏原数秒钟内发生,可持续数小时,晚期相反应由白三烯、血小板活化因子等引起,在过敏原刺激后 6~ 12 h 发生反应,可持续数天。 4.防治措施 高中生物教案 第 13 页 【共 51 页】 关于过敏反应的防治措施, 学生调查后会汇报得比较全面。 否则, 教师可简要介绍过敏原皮肤实验的方法、 脱敏治疗、扑尔敏、苯海拉明等药物防治的机理。 (二)自身免疫病 1.概念和举例 由责该部分内容的小组汇报调查情况,使同学们了解除了书上的实例,还有哪些病也用于自身免疫病。学 生可能会涉及到的自身免疫病还有:自身免疫溶血性贫血、毒性弥漫性甲状腺肿、重症肌无力、肺出血肾炎综 合症、胰岛素依赖型糖尿病,肾小球肾炎、慢性活动性肝炎等,总结这些病的共同特点,都是自身免疫反应对 自身的组织和器官造成了损伤,并出现症状,引出自身免疫病的概念。 2.发病机理 关于自身免疫病的发病机理,具体过程各不相同。课本上仅以风湿性心脏病为例,讲了由于分子模拟而导 致自身抗原出现的过程,与之相类似的还有流感病毒、多瘤病毒、巨细胞病毒等。它们都与正常细胞或细胞外 成分有相类似的抗原决定簇,针对这些病毒,抗原决定簇的免疫应答可引起自身免疫性疾病。例如,可萨奇病 毒感染激发的免疫应答可攻击胰岛 B 细胞,引发糖尿病。链球菌有多种抗原蛋白与人体肾基底膜有交叉抗原, 也可引发急性肾小球肾炎。 多种徽生物因其热休克蛋白与人的热休克蛋白以及多种组织有交叉的抗原, 可引起 类风湿性关节炎、心肌炎、慢性活动性肝炎。而书上小字介绍的红班狼疮的病因与上述病因并不相同,不能一 概而论,教师可根据实际情况简要介绍。 教师可创设问题情境:预防自身免疫疾病应注意什么? 学生根据上述发病原理分析讨论, 应该理解到: 由于多种病原体的感染可通过抗原模拟的方式诱发自身免 疫性疾病,所以采用疫苗和抗生素控制病原体的感染可降低自身免疫性疾病的发病率。 教师引导学生思考: 上述两类疾病在免疫反应上有什么相似点?学生通过分析思考这个问题, 理解免疫失 调的含义,包括过强和过弱两个方面。上述 I 型过敏反应就可以理解为因免疫反应过强而造成的免疫失调,但 通常不损伤组织细胞; 而免疫反应过强坯可能造成不能识别自我成分而患自身免疫疾病。 那么免疫反应过弱又 会出现什么结果呢?这样引出免疫缺陷病的概念。 (三)免疫缺陷病 1.免疫缺陷病的概念及特点 由学生汇报收集资料的结果,首先明确免疫缺陷病的概念,是指由于免疫功能不足或缺乏而引起的疾病。 教师还应从概念出发引导学生思考该病的共同特点是什么。学生通过分析推理应该理解到该病的共同特点是: 由于对各种病原体的易感性增加,患者出现反复的、持续的、严重的感染,如气管炎、肺炎、中耳炎、化脓性 脑膜炎、脓皮病,甚至于恶性肿启的发病率比同龄正常人高 100~300 倍。 2.免疫缺陷病的种类:学生汇报的免疫缺陷病可能有多种,教师应引导学生划归到书上提到的两种类型 中,即先天性免疫缺陷病和获得性免疫缺陷病。 ①对于先天性免疫缺陷病的概念学生容易理解, 但书上并没有举出实际的病例, 教师可视具体情况介绍几 种病例以丰富学生的感性认识,如性联无丙种球蛋白症、先天性胸腺发育不全、伴湿疹血小板减少的免疫缺陷 病、重症联合免疫缺陷病等。 ②教师引导学生理解到其实大多数免疫缺陷病主要发生于出生后较晚时期, 属于获得性免疫缺陷病。 书上 的概念中提到“是由于疾病和其他因素引起的”, 学生可能会对这些因素非常关注, 教师或调查小组的同学可 以向学生介绍常见的引起获得性免疫缺陷病的因素,如营养不良、感染、药物、肿瘤、手术、外伤、烧伤、脾 高中生物教案 第 14 页 【共 51 页】 切除等。接着教师指出,艾滋病就是由“人类免疫缺陷病毒(HIV)”感染人体而引起的一种获得性免疫缺陷 疾病,调查小组的同学可以展示他们收集到的关于艾滋病的图片、数字、录像等,学生或者通过自学,或者在 调查小组同学的引导下明确以下内容:艾滋病的全称、病原体及存在部位、发病机理、症状、传播途径、预防 措施, 其中关于发病机理因为涉及到前面讲述的免疫应答的内容, 学生对课本上“特别是能够侵入 T 细胞”存 在疑问。例如,侵入的到底是哪种 T 细胞?除了侵入 T 细胞还能侵入哪些细胞?对此教师可适当展开:HIV 的 表面有一层糖蛋白分子,其构象正好和助 T 细胞上的一种糖蛋白互补,两者结合后病毒得以进入助 T 细胞。但 另外一些免疫细胞,如巨噬细胞和一些 B 细胞,甚至其他一些组织细胞如脑细胞,也可被 HIV 侵入,后者使有 些艾滋病患者有严重痴呆、行动迟缓、记忆力丧失等症状。因为助 T 细胞是两种免疫系统都要依靠的细胞,助 T 细胞大量被消灭,患者将失去一切免疫功能,而各种传染病将乘虚而入,患者最后常因心力衰竭而死亡。由 于艾滋病已成为全社会关注的热点, 教师最后可以引导学生讨论: 我们应该怎样看待艾滋病和艾滋病患者?目 的是引导学生既要重视又要消除不必要的恐慌,同时做到全社会都来关心艾滋病患者。 (四)免疫学的应用 1.免疫预防:教师引导学生了解我国古代劳动人民用种人痘的方法预防天花是人类免疫预防的开始,借 此激发学生的民族自豪感。然后回忆体液免疫和细胞免疫的过程,理解机体受到病原体感染后,能产生特异性 抗体和效应 T 细胞,从而提高对该病的免疫力,这正是免疫预防的基本原理。接着教师提出启发性问题: (1) 什么叫免疫预防?(2)什么叫疫苗?你知道用来预防接种的疫苗有哪些?(3)免疫接种可以预防所有的传染 病吗?为什么? 学生通过对上述问题的讨论理解到, 预防免疫就是采用人工方法使机体获得特异性免疫力来预防疾病的方 法。免疫预防常用的方法是预防接种疫苗,而国际上把细菌性制剂、病毒性制剂以及类毒索统称为疫苗。然后 教师可以向学生展示我国推荐的儿童免疫程序,并且指出像艾滋病等很多传染病的疫苗还有待于进一步的研 制,需要更多人的共同努力。 2.免疫治疗:请学生根据书上所提供的免疫治疗的常规方法及两种具体方法,思考下列启发性问题: 这两种方法分别是针对哪两种免疫系统起作用的?为什么?免疫治疗是否只是加强免疫系统的作用?为 什么? 从上面第一个问题引导学生注意, 对于体液免疫的缺陷和细胞免疫的缺陷应采用不同的方法进行有针对性 的治疗。从上面第二个问题引导学生注意,“调整”二字的含义,包括免疫增强和免疫抑制两种疗法,以此来 启发学生思维的广阔性。 同时教师举例: 糖皮质激素和环磷酞胺就常常作为器官移植中的免疫抑制剂来抑制免 疫应答。这样就顺理成章地引出器官移植的问题。 3.器官移植:学生不难理解器官移植的概念和四种类型。教师主要要引导学生分析临床上常用的同种移 植及其成败的关键是什么, 并使学生理解: 一是寻求与受者 HLA 相配的供者组织或器官; 二是使用免疫抑制剂。 分析上述第一条措施时要向学生渗透关爱他人的崇高精神境界, 分析第二条措施时可以分析患者终生使用免疫 抑制剂有什么不良影响, 进而引出当前抑制免疫研究的热门——诱导对移植物的特异性耐受, 这是最理想的方 法,就是指在不使用免疫抑制剂的情况下,机体免疫系统对某一整套抗原的长期特异性无应答状态,以此来引 起学生对当代生物科学的关注和责任感。 要点提示 1.各种免疫失调引起的疾病很多,教师在课前要多查一些资料,不要轻易否定学生所举的病例。 高中生物教案 第 15 页 【共 51 页】 2.在本小节所列举的三类免疫缺陷病中,过敏反应和免疫缺陷病属于免疫反应过强引起的疾病,区别在 于前者一般不会引起组织损伤,后者会引起组织损伤。而免疫缺陷病属于免疫反应过弱引起的疾病。 第二章光合作用与生物固氮 第一节 光合作用 一、光能在叶绿体中的转换 光能在叶绿体中的转换 【教学目标】知识目标 教学目标】 1.知道光能在叶绿体中如何转换成电能,进而转换成活跃的化学能的过程 2.了解 NADPH 和 ATP 中活跃的化学能,在暗反应中转换为储存在糖类等有机物中稳定化学能的过程 情感目标 通过学生对课件的分析与讨论, 提高学生的合作精神和认真探索 知识的严谨科学态度,并激发学生学习生物科学的兴趣及热情 能力目标 1.理解和获取生物科学基础知识的能力 2.提高学生的科学判断、推理等思维能力和观察力 3.学会运用新知识解决和分析实际问题, 理论联系实际的能 力 【教学重点】1.光能转换成电能 2.电能转换成活跃的化学能 教学重点】 【教学难点】光能转换成电能 教学难点】 【教学方法】讨论法、讲授法、演示法相结合 教学方法】 【教 具】 多媒体课件。【课时按排】一课时 【课时按排】 【教学过程】 教学过程】 引言 (课件展示)从当今世界面临的粮食危机对人类生存和发展的严重影响以及我国耕地减少与人口数量大引 发的粮食需求的突出矛盾; 从提高粮食产量的紧迫性和巨大潜力, 引出进一步对光合作用中能量转换和物质变 化进行深入研究的必要,从而导入本节的研究内容——光能在叶绿体中的转换。 教学过程 师生共同活动> < 师生共同活动>概括复习必修课《光合作用》一节的内容 教师启发学生回忆 < 教师启发学生回忆>在高二学习中已知的能量转换过程,与本节第一段结合,引导学生推导出光能在叶绿体 中转换的三个步骤的发生部位及反应阶段(课件展示),并进入下面的三个研究主题。 一、光能转换成电能 学生活动> < 学生活动>观察、回忆叶绿体结构,特别是与光能的吸收、传递和转换有关的色素的种类、功能。 小结> < 小结>从色素的功能方面对各种色素进行分类总结。 教师活动> < 教师活动>“光能是如何转换成电能的”?课件展示光能转换成电能的动画示意图,要求学生反复观察, 引导学生通过对示意图的观察、分析、讨论,依次解决以下问题: 1.A、B 表示色素,它们分别代表什么色素以及各自的作用?2.特殊状态的叶绿素 a 在光的照射下发生了 什么变化? 3.特殊状态的叶绿素 a 是怎么失去电子的?4.失去电子的叶绿素 a 是什么性质? 5. 失去电子的叶绿素 a 从哪里夺取电子?试写出水分子光解的反应式?6. 脱离叶绿素 a 的电子去哪里了? 高中生物教案 第 16 页 【共 51 页】 7.最终的电子供体和电子受体分别是? 小结> <小结>在光的照射下,少数处于特殊状态的叶绿素 a,连续不断地丢失电子和获得电子,从而形成电子流,使 光能转换成电能。 二、电能转换成活跃的化学能 教师活动> <教师活动>提出水的光解中电子的传递和氢离子的去路的问题,以此进入第二个研究主题,即电能转换成 活跃的化学能。 (展示课件)光合作用中形成 NADPH 和 ATP 的动画示意图和对教材中资料的阅读,引导学生分 析: 1. 水的光解产生的电子和氢离子最终传递给什么物质, 并生成了什么物质?反应需何条件?尝试写出物 质变化的反应式。 2.在电子传递过程中还形成了什么物质?写出其反应式。3.在物质形成过程中,能量形式发生的变化 情况? 4.电能转换成的活跃的化学能,贮存在什么物质中?5.能量转换的场所? 要求学生在观察的基础上,判断、推理、讨论后得出结论。 三、活跃的化学能转换成稳定的化学能 学生活动> <学生活动>回忆必修课中暗反应的知识,比较本节与必修的关系回答: 1.ATP 和 NADPH 参与暗反应阶段的什么过程的反应? 2.在此过程中能量形式发生了什么变化以及场所在哪? 教师补充> <教师补充>1.一个被还原的物质再氧化时是吸收能量还是释放能量? 2. ATP 和 NADPH 在不同阶段自身不断氧化还原的变化情况以及在光反应和暗反应阶段的联系中所起的作 用。 小结:光能在叶绿体中的转换内容中,要点集中为能量转换中的光能转换成电能,电能转换成活跃的化学 小结: 能这两个能量转换步骤及相应的物质变化。(课件展示全过程及列表比较各过程中物质和能量变化) 反应阶段 光反应 能量变化 光能转换成电能 电能转换成活跃的化学能 物质变化 水在光下分解 NADPH 和ATP的形成 H CO2的固定 暗反应 活跃化学能转换成稳定的化学能 课堂练习(见课件) 课堂练习 第二章光合作用与生物固氮 第一节 光合作用 二 、C3 植物和 C4 植物 教学目标 1.知识方面 知识方面 CO2的还原及糖类等有机物的形成 (1)通过观察 C3 植物和 C4 植物叶片的永久横切片,使学生识记 C3 植物和 C4 植物在叶片结构上的区别, 并以此了解 C4 植物光合作用的特点(识记)。 (2)C4 植物固定二氧化碳的能力明显提高的原因(知道)。 2.态度观念方面 通过对 C3 植物暗反应发现过程的介绍,使学生了解一种科学研究方法—放射性同位素标记法,以此培养 学生对科学的热爱和对科学研究的兴趣。 高中生物教案 第 17 页 【共 51 页】 3.能力方面 通过本节课的教学, 培养学生的实验观察能力、 对生命现象及背景材料的分析归纳能力和获取知识的能力。 重点、 重点、难点分析 重点:C3 植物和 C4 植物在叶片结构上的区别及 C3 植物光合作用的特点。难点 4 植物光合作用的特点。 难点:C 重点 难点 教学模式:实验观察——材料分析——概括归纳。教学手段:实验观察、材料分析和多媒体课件辅助教学。 教学手段: 教学模式 教学手段 课时安排:一课时 课时安排 设计思路 提供原始材料,使学生了解美国化学家卡尔文对 C3 植物的暗反应的研究成果,引出 C3 植物的发现过程。 通过用显微镜观察 C3 植物和 C4 植物叶片结构,了解 C3 植物和 C4 植物的叶片结构的不同从而进行 C3 途径和 C4 途径的教学。 教学过程: 教学过程:一、引言 光合作用是在叶绿体内进行的一个复杂的能量转换和物质变化过程, 是地球上最基本的物质代谢和能量代 谢。由于光合作用如此重要,它很早就吸引了许多科学家的兴趣。一个世纪以来,为了探寻光合作用的具体化 学反应过程,科学家进行了大量的研究,诞生出众多的科学巨人,如在必修教材中涉及到的海尔豪特、普利斯 特利、萨克斯、恩吉尔曼、鲁宾和卡门等,其中美国化学家卡尔文因揭示了植物光合作用暗反应的机理而获得 了 1961 年的诺贝尔化学奖。 二、新课 【教师活动】提供材料:《卡尔文与地球上最重要的化学反应》。 卡尔文(Me1vin Ca1vin 1911~1997)生于美国明尼苏达州, 1931 年获得密欧根采矿技术学院的化学学 士学位, 1935 年获明尼苏达州大学的博士学位, 1944 年到 1945 年在曼哈顿计划中从事铀的研究。 1940 年,鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kanmen)发现了碳的长寿命同位素 C,使卡尔文有了一种理想的 工具来追踪二氧化碳是如何在暗反应中一步步变成碳水化合物的。在卡尔文的研究过程中, C 成了主要工具, 发挥了特别重要的作用。 卡尔文在一个装置中放入进行光合作用的小球藻悬浮液, 注入普通的二氧化碳, 然后按照预先设定的时间 长度向装置中注入 C 标记的二氧化碳,在每个时间长度结束时,杀死小球藻,使酶反应终止,提取产物进行 分析。他通过色谱分析法发现当把光照时间缩短为几分之一秒时,磷酸甘油酸(C3)占全部放射性的 90%,这 就证明了磷酸甘油酸(C3)是光合作用中由二氧化碳转化的第一个产物。在 5 秒钟的光合作用后,卡尔文找到 了含有放射性的 C3、C5 和 C6。 在实验中,卡尔文发现在光照下 C3 和 C5 很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后,C3 的浓度急速升高, 同时 C5 的浓度急速降低。如果在光照下突然中断二氧化碳的供应,则 C5 就积累起来,C3 就消失。 【学生活动】分析材料,结合所学内容回答问题:1.在文中,卡尔文运用了哪些研究方法?(放射性同 位素标记法、色谱分析法)2.被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中?(磷酸甘油酸 C3)3.文中的最后 一段说明了什么问题?(C5 是二氧化碳的受体,C3 是二氧化碳固定后的产物) 【教师活动】复习总结 C3 植物暗反应特点。介绍 C4 植物的发现过程。 澳大利亚科学家 M.D.Hatch 和 C.R.Slack 在研究玉米、 甘蔗等原产热带地区的绿色植物发现, 当向这些绿 色植物提供 C 时,光合作用开始后的 1 秒内, 90%以上的 C 出现在含有四个碳原子的有机酸(C4)中。随 着光合作用的进行,C4 中的 C 逐渐减少,而 C3 中的 C 逐渐增多。 高中生物教案 第 18 页 【共 51 页】 14 14 14 14 14 14 14 【学生活动】分析上述材料。 C4 中,然后才转移到 C3 中。 结论:说明在这类绿色植物的光合作用中,CO2 中的 C 原子首先转移到 【教师活动】介绍 C3 和 C4 的概念和常见的种类。【学生活动】用显微镜观察菠菜叶和玉米叶的永久横切 片。 课堂讨论:C3 植物和 C4 植物的叶片结构有哪些不同? 【师生互动】结合教材图 2-3 和图 2-4 及多媒体课件分析 C3 和 C4 植物叶片结构的区别并将观察结果记录 于下表。 【教师补充说明】 通过研究发现, 3 植物的维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体, C 这种叶绿体不仅数量多, 而且体积大。C3 植物和 C4 植物之所以具有不同的固定 CO2 的途径与二者的结构有密切关系。 【学生活动】以学习研究小组为单位分析选修教材图 2-5C4 植物光合作用特点示意图和必修教材图 3-8 并 填写下表: 【教师总结】 4 植物固定 CO2 的 PEP 羧化酶与 CO2 的亲和力比 C3 途径中 C5 羧化酶与 CO2 的亲和力高 60 倍。 C 因此, C4 植物能够把大气中含量很低的 CO2 以 C4 的形式固定下来,并运输到维管束鞘细胞的叶绿体中供 C3 途径利用。 因此,在热带的高温地区及在夏季炎热的中午,叶片气孔关闭,C4 植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的 CO2 进行光合作用。C4 植物比 C3 植物更适于生活在温度较高的热带地区,C4 植物比 C3 植物在进化上更高等。 要点提示 1.卡尔文的研究成果在教材中未涉及到,但是在 1991 年全国高考和 1996 年的上海高考题中引用了卡尔 文的研究过程。在教学中应尽量给予学生科学研究的第一手资料,使学生在了解 C4 植物的发现过程中不仅掌 握科学研究的结果,还学习到了科学研究的方法和过程。2.C4 植物和 C3 植物的叶片结构特点的教学应尽量发 挥学生的主体性, 使学生通过实验观察先获得感性认识, 再讨论归纳总结, 这样比较符合学生的认知规律。 教 3. 师要尽量将图片、图表制作成多媒体演示文稿,这样可吸引学生的注意力,并能发挥教师的主导作用,引导学 生的讨论中心,有益于学生知识的建构。 第二章 光合作用与生物固氮 第一 节光合作用 三、提高农作物的光合作用效率 教学目标 1.知识方面 知识方面:光合作用效率的概念以及提高光合作用效率的主要措施和原理(知道)。 知识方面 2.态度观念方面 态度观念方面:(1)通过本节课的教学,使学生能够将所学的知识和农业生产实践结合起来,从而 态度观念方面 对学生进行 STS(科学、技术、社会)的教育。(2)通过介绍我国古代农业发展史中的成就,对学生进行爱 国主义教育。 3.能力方面 能力方面:培养学生对问题的分析能力和综合能力。 能力方面 重点、难点: 重点 难点:提高农作物光能利用率的主要措施及原理。 难点 分析:本节课的教学内容并不难,关键是要将必修教材和选修教材联系起来,使学生在整体上建立起知识的联 系。 提高农作物的光合作用效率要从光合作用的条件和原料两方面考虑, 要使学生将所学知识和生产实践联系 起来。培养学生的 STS 思想是本节课的重点 难点 重点和难点 重点 难点。 教学模式:设疑激趣——师生互动——建构知识。教学手段 教学手段:制作多媒体课件辅助教学。 教学模式 教学手段 课时 设计思路:以问题引导学生,以历史文献吸引学生,以生产实践带动学生,进而培养学生的思维和能力。 设计思路 高中生物教案 第 19 页 【共 51 页】 课时安排:一 课时安排 教学过程 一、引言 民以食为天。 然而人类赖以生存的第一个要素——粮食却面临着日益短缺的严重局面, 如何提高农作物的 光合作用效率是我们面临的一个严峻的课题。 光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有 的能量与光合作用中吸收的光能的比值。 二、新课 【教师活动】引导学生复习光合作用的概念、过程,得出光合作用总反应式: (略) 从化学反应式的角度分析光合作用总反应式, 若要提高光合作用有机物的生成量, 我们可采取哪些积极有 效的措施? 【学生讨论】得出结论:从光合作用的条件看: 1.增加光照,可以:(1)延长光照时间,提高复种指数;(2)增加光照面积,进行合理密植;(3)控 制光照强弱。 2.增加矿质元素的供应,提高叶肉细胞的叶绿素含量。3.控制温度,大棚作物白天可适当降低温度,夜 晚适当提高温度。 从光合作用的原料看: 1.增加作物周围二氧化碳浓度。2.合理灌溉,增加植物体内的水分来增加光合作用的原料。 【教师活动】肯定学生的结论,确定本节课的中心:说古论今谈如何增加光合作用效率。 阳光给人类带来了光明和温暖,阳光被绿色植物吸收利用,使千姿百态的植物界得以郁郁葱葱,植物为人 类及所有动物制造有机物,使其得以繁衍和生存。自古以来我国劳动人民就十分重视阳光与作物生长的关系, 对于阳生植物和阴生植物早有记载。例如:《周礼》中记载:“阳木生山南者,阴木生山北者。”《诗经》中 说:“梧桐生矣,于彼朝阳。” 【学生活动】翻译以上两句古汉语,并分析其中的含义。 “阳木生山南者,阴木生山北者”意为树木有的喜阳光,适宜种在阳光充足的山南,有的喜阴暗,适宜种 在光线较弱的山北。“梧桐生矣,于彼朝阳”意为梧桐生长在那朝阳的地方。 【教师活动】以上两句古汉语反映了古人对多种植物的阴生和阳生之性已有了明确的认识。有些植物进行 光合作用时需要强的光照才能生长发育良好,才能提高光合作用效率,这类植物属于阳生植物。有些植物进行 光合作用时大强的光照不利于其生长发育,也就不利于提高光合作用效率,这类植物属于阴生植物。 【学生活动】就所学知识举例说明哪些植物是阳生植物,哪些植物是阴生植物。 【教师总结】 我们应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。 例如, 古书中记载: 梧桐“阳木也”, “桐 之性皆恶阴、寒,喜明、暖,阴寒则难长,明暖则易大。”又如古书中对荔枝、龙眼的阴阳特性也有记载:“荔 枝属火,宜使向阳;龙眼属水,宜向阴”“当日荔枝,背日龙眼。”可见掌握植物阴阳之性,因地制宜地种植 是栽培成功。获得优质高产的重要因素之一。 【教师活动】提出问题:如何增加二氧化碳的供应呢? 高中生物教案 第 20 页 【共 51 页】 得出结论:绿色植物周围空气中的二氧化碳的含量,直接影响绿色植物的光合作用效率。 【教师活动】提出问题:空气中的二氧化碳一般占空气体积的 0.03%,当植物旺盛生长时,所需的二氧 化碳就更多,若只靠空气中二氧化碳本身的浓度差所造成的扩散作用满足不了植物对二氧化碳的需求。那么, 如何提高空气中二氧化碳的浓度呢? 【学生活动】讨论分析(教师要参与学生的讨论,引导讨论的中心)。 得出结论:作物需要良好的通风,使大量空气通过叶面,使光合作用正常进行。 【教师活动】肯定学生的分析,并进行归纳总结。 阳光是植物进行光合作用的能量来源,而空气中的二氧化碳和根系吸收的水分是植物进行光合作用的原 料。把植物种成一定规格的行列,相互保持一定的距离,使植物受到充足的阳光照射,使流动的空气送进农田 的四面八方,是提高作物光合作用效率的有效手段。 《齐民要术》中提到种植作物要“正其行,通其风”就是 这个道理,我国古书中还记载:“种植桃、李、梨、柿三丈一树,八尺为行,果类相从,纵横得当。”“通风 见日,实大而美。”即改善通风透光条件有利于作物提高光合作用效率,使作物增产。 另外, 不同的光质对提高光合作用效率也有影响。 例如, 在蓝紫光下光合产物中蛋白质和脂肪的含量较多; 在红光的照射下,光合产物中的糖类含量较多。 【学生活动】分析在作物壮秧的时候,塑料大棚用什么颜色的塑料薄膜较好。结论:蓝色。 【教师活动】提出问题:随着农业技术的发展,日光温室种植果蔬已成为我国优质高效农业的一枝奇秀, 日光温室中如何提高空气中二氧化碳的浓度呢? 【学生活动】分组讨论,得出结论。 1.施用固体二氧化碳(干冰)。 2.使用农家肥,可以使土壤中微生物的数量增多,活动增强,分解有机物,放出二氧化碳。 3.植物的秸秆通过深耕埋于地下,也可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。 4.使用 NH4HCO3 肥料,既可以为植物提供铵盐,又可以为植物提供二氧化碳。 5.温室作物也要合理密植和通风透光。 6.日光温室可与养殖场的鸡舍和猪圈相连,动物通过细胞呼吸产生二氧化为植物光合作用提供原料,植 物光合作用产生的氧气可用于动物的细胞呼吸。 【教师补充】温室中还可以使用二氧化碳发生器,二氧化碳发生器的原理是利用硫酸和碳酸盐反应生成二 氧化碳。 提出问题:当全球范围内空气中二氧化碳的含量无限制地提高时,会有什么负面影响? 【学生活动】讨论并分析回答。 结论:会促成温室效应的出现,使地球变暖、冰川融化、海面上升、气候异常。(教师要对学生的讨论和 分析给予充分的肯定。) 【教师讲解】绿色植物进行光合作用时,需要多种必需的矿质元素,如 N、P、K、Mg 等,这些元素在植物 高中生物教案 第 21 页 【共 51 页】 的生命活动中都有哪些作用? 【学生活动】讨论氮元素在植物生命活动中的作用。 结论:1.氮元素是蛋白质的主要组成元素,而蛋白质是细胞结构和酶的重要组成成分。 2.氮元素是 ATP 中腺苷的组成元素。3.光反应的电子受体 NADP 含有氮元素。 4.核酸中有含氮的碱基。5.吲哚乙酸中含有氮元素。 【教师补充说明】叶绿素中也含有氮元素。由此可见,氮元素在植物的生命活动中占有重要的地位,故氮 元素有生命元素之称。 当氮元素供应充足时,叶片大而鲜绿,光合作用旺盛, 产量高, 因此种植叶菜类的蔬菜, 应多施氮肥。但是氮肥施用过多,会造成叶片徒长,机械组织不发达,易倒伏。如果植物缺氮,则生长缓慢, 植株矮小,叶绿素含量少,叶子变黄,直接影响植物的光合作用效率。 【学生活动】讨论磷元素在植物生命活动中的作用。 结论:1.生物膜结构的组成成分磷脂中含有磷元素。2.磷元素是 DNA 和 RNA 的组成成分。 3.磷元素是 ATP 和 NADPH 的组成元素。 【教师补充说明】磷元素还直接参与糖类的合成和分解,例如,光合作用暗反应产物中的 C3 和 C5 都含有 磷元素。在有氧呼吸中,葡萄糖首先转化为葡萄糖-6-磷酸。植物缺磷时,生长缓慢,叶片呈暗绿色,某些植 物的叶片还呈红色和紫色,且在老叶最先表现出来。 镁元素是叶绿素的组成成分。植物缺镁时,叶绿素不能合成,在老叶上表现为缺绿,严重影响光合作用的 效率。 钾元素能促进糖类物质运输到储藏器官,并促进储藏器官合成多糖,例如,种植马铃薯、水稻、小麦等以 收获淀粉为主的作物要多施钾肥。植物缺钾时,蛋白质分解,叶绿素破坏,叶色变黄卷曲,茎杆易倒伏,抗旱 抗寒能力降低。 提出问题:如何进行合理施肥? 【学生活动】结合教材“生物的新陈代谢与植物的矿质营养”一节讨论如何进行合理施肥。 结论:1.根据植物的生长规律和需肥规律施肥。2.可以进行根外施肥。 3.与豆科植物进行间种和轮作,提高土壤的肥力,使植物获得更多的氮肥。 4.发展生态农业, 动物的粪便、沼气池的沼渣、 养鱼塘的塘泥、河水表面的藻类 (因为含有能固氮的蓝藻, 因此含有大量的氮肥)等均可作为肥料。 5.将植物秸秆尤其是豆科植物的秸秆进行深耕翻压,也是增加土壤肥力的有效措施。 【教师总结】我国古代农业注重并大量施用有机农家肥料的历史源远流长, 《齐民要术》中指出豆类植物 是作物最好的前茬,如“美田之法,绿豆为上”,并总结了 20 多种轮作的方法,充分肯定了豆类植物轮作的 地位,使我国的传统农业走上了种地养地的道路。我国有“庄稼要长好,底粪要上饱”,“庄稼上底粪,粮食 打满囤”,“底肥不足苗不长,追肥不足苗不旺”的农谚,足以说明矿质元素对提高农作物光合作用效率的重 要作用。但是过多地使用化学肥料会使土壤板结,使水体富营养化,因此应走可持续发展的道路,发展生态农 高中生物教案 第 22 页 【共 51 页】 + 业。 另外, 选择具有优良性状的杂交品种也是提高光合作用效率的有效措施。 被誉为“杂交水稻之父”的我国 著名科学家袁隆平研究的三系配套杂交水稻技术已经在世界上几十个国家推广和应用,大大提高了粮食的产 量,解决了几亿人的吃饭问题。这个内容我们将在下一章进行介绍。 要点提示 1.提高农作物的光合作用效率要从光合作用的条件——光和叶绿体中的色素与光合作用的原料——二氧化碳 和水等方面考虑。 2.提高作物周围的二氧化碳浓度及增加施用矿质元素一定要注意对环境的影响,培养学生的环保观念和提高 环境保护意识。 3.在讲矿质元素对光合作用效率的影响时,要注意将必修教材和选修教材的相关内容联系起来,并向学生渗 透生态农业的思想。 第二章 光合作用与生物固氮 第二节 生物固氮 知识方面(1)知道固氮微生物的种类和生物固氮过程。 (2)识记生物固氮的意义。 (3)了解生物固氮在自然 知识方面 界氮循环中的作用及其在农业生产中的应用。重点 1.固氮微生物的种类;2.生物固氮的意义。重点 生物固 重点 重点 氮的基本过程 所有的生物都需要氮元素。在活细胞内,氮是所有氨基酸、核酸(DNA 和 RNA)及其他许多重要分子的主要成 分, 大部分生物不能直接利用大气中的氮, 仅能利用氮的某种形式的化合物。 形成这些化合物的过程统称为“固 氮”, 这时氮与其他元素结合, 被“固定”在含氮的化合物中。 某些豆科植物含氮元素较丰富, 氮素如何获得? (根瘤中的根瘤菌将大气中的氮“固定”供给植物。) 如果小麦、水稻也能固氮,将给人类带来哪些方面的好处? 每年,大气中被固定下来的氮,大都是由微 生物“固定”的, 再经过一系列复杂的生化过程成为生物体内所需要的含氮有机物。 什么是生物固氮?哪些 生物可完成生物固氮?生物固氮如何完成? 一、生物固氮的概念 固氮微生物将大气中分子态氮还原为氨的过程。 二、固氮微生物种类 1.什么是共生固氮微生物?以根瘤菌为例研究: (1)了解根瘤菌的形态特征和生理特点、某些根瘤菌与豆科 植物互利共生且具一定专一性的关系以及根瘤菌的代谢类型。(2)根瘤的形成及作用。(3)共生固氮微生物 概念。 2.什么是自生固氮微生物?(1)自生固氮菌的形态特点。(2)实例:圆褐固氮菌 介绍其生活环境,分析其 代谢类型,在农业生产中的作用。 三、生物固氮过程简介。提出问题:为什么固氮微生物可在常温常压下完成“固氮”有关反应?(酶的作用) 固氮酶:由固氮基因编码控制。固氮过程简介。 1.比较:根据固氮微生物与非固氮微生物的特点,思考:如何将自生固氮微生物与土壤中的其他细菌等微生 高中生物教案 第 23 页 【共 51 页】 物分离? 2.练习题:(略) 氮元素是生命所必需的。分子态氮在大气中的含量很丰富,约占 79%(v/v),但绝大多数生物无法直接利用。 只有当游离氮被“固定”成为含氮化合物后, 才能被这些生物吸收利用, 氮成为活细胞的一部分并进入生态系 统中的食物链。氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分(复习概念和特点)。 氮在生态系统中的循环涉及一系列相当复杂的过程,这些过程大多是由微生物调节的。 一、自然界氮循环过程的分析。 1.大气中的氮气可通过三条途径被“固定”。2.生物群落中的氮素传递是以有机氮形式通过生物的同化作用 实现的。3.动植物遗体、排出物(如尿素等)、残落物中的有机氮是通过微生物的氨化作用及硝化作用转变 成为植物再度利用的形式。4.在氧气不足的条件下,土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝 酸盐,并且进一步还原成分子态氮,分子态氨则返回到大气中。 二、生物固氮在自然界氮循环中的重要作用。 1.比较分析工业固氮与生物固氮过程。 区别:工业固氮需要极高的温度和压力,对大气产生严重污染;生物固氮在常温常压下就可以完成,对大气没 有任何不良影响。 分析原因:氮气分子中的氮—氮三键是很强的,要将此三键拆开并转化为氨,需要相当大 的能量。因此,化学固氮必须在高温、高压及催化剂的作用下才能使 H2 与 N2 反应。工业固氮需高温(500 ℃) 和高压(20 000—30 000kPa)条件,而生物固氮在固氮酶作用下消耗生物自身能量,在常温常压下进行,大 大节约了能源,对环境无污染。 3.据科学家估算,每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的 90%左右。可见,生物固氮在地球的氮循环中具 有十分重要的作用,而且对维持生态系统平衡有重要意义。 三、生物固氮在农业生产中的应用 1.20 世纪初以来,全球农作物单位面积产量不断增长,在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。农 作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价的。 在现代化农业中, 生物固氮 具有提高农作物产量和增强土壤肥力的作用。2.土壤获得氮素消耗和补充的途径。3.生物固氮在农业生产中 的应用实例:拌种、绿肥。4.人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来,对生物固氮研究己有 一百多年之久,我国对生物的共生固氮现象也进行了长达六十余年的探索性研究。围绕着培育新的固氮植物, 通过生物技术改造固氮微生物和现有的农作物, 使新的固氮菌与新的农作物更容易形成共生固氮关系。 可以肯 定, 生物固氮工程的研究已经进入一个新的历史阶段, 扩大生物间共生固氮范围和将豆科植物的固氮能力转移 到非豆科植物中的研究已呈现出希望之光。 随着生物固氮研究地不断深入, 将逐步实现禾本科农作物与固氮微 生物共生结瘤固氮的美好愿望。 第三章 遗传与基因工程 第一节 细胞质遗传 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 。 知识方面 高中生物教案 第 24 页 【共 51 页】 基础是细胞质中的 DNA(识记) 重点 。 重点:细胞质遗传的特点和形成这些特点的原因。难点:细胞质遗传特点 难 的原因 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? 高中生物教案 第 25 页 【共 51 页】 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 并不是生物惟一的遗传方式,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“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 高中生物教案 第 26 页 【共 51 页】 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。 第三章 遗传与基因工程 第二节 基因的结构 ;人类基因组研究(知道) 重点:原、真核 。重点 重点: 知识方面 原核细胞的基团结构、真核细胞的基因结构(识记) 细胞的基团结构。 难点:原核细胞和真核细胞的基因结构以及基因结构中非编码区上的 RNA 聚合酶结合位点的作用。 [教师活动]引导学生复习。 教师活动] 1.基因的概念,何谓遗传效应?2.基因的分子结构。 3.思考:唾液淀粉酶和胃蛋白酶的基因存在于人体的什么细胞中?为什么细胞含基本相同的基因,但只 有唾液腺细胞中合成唾液淀粉酶、胃腺细胞中合成胃蛋白酶呢? 能明白基因的结构不仅包括能转录成信使 RNA 的片段,还应具有调控序列。 [教师指导学生活动]提供材料,学生分组讨论这些资料。 材料一: 材料一:人类基因组计划是人类历史上第一次由全世界各国不分大小、不分强弱,所有科学家一起执行 的科研项目。 实施人类基因组计划伊始, 发达国家具有远见的科学家即号召全球各个国家的政府都重视这一项 目,并号召全世界科学家共同参与,建议所有的进展、所有的数据、所有的实验资源应随时公布于众,让全世 界所有国家兔费享用。在实施过程中,各国科学家精诚合作、共享材料、共享数据,共同攻关。这在人类自然 科学史上,是史无前例的。人类基因组计划与另两个有全球性意义的项目,即曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月 计划相比,更显示了人类的谐同与进步,自 http://www.wsjk.com.cn/) 材料二: 材料二:人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)也称人类基因测序计划,主要目标是完成对 人类的基因组的所有碱基序列的测定,阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达、调控方式及致病突变 的全部信息。自(http://www.kexing.com.cn) 材料三:20 世纪 70 年代的人类疾病的“基因论”之说,无疑是人类基因组计划的主要思路。不仅疾病与 材料三 基因有关,人类的生存、出生、生长都与基因有关,都与 DNA 的序列有关。正如著名的诺贝尔奖获得者、意大 利的杜伯克在他发表的一篇文章, 即后来被称为“人类基因组计划”的“标书”之中写的: 人类的 DNA 序列是 人类的真谛。 这个世界上发生的一切, 都与之息息相关。 ……正如杜伯克说的: 既然大家都知道基因的重要性, 那我们就只有两种选择,一是“零敲碎打”,大家都去“个体作业”,去研究自己“喜欢”的,认为是重要的 基因。而另一种选择呢?则是前所未有的大胆说法:从整体上来搞清楚人类的整个基因组,集中力量先认识人 类的所有基因。自(http://www.wsjk.com.cn) 材料四:1989 年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖获得者、 DNA 分子双螺旋模型提出者 料四 沃森(J.waston)出任第一任主任。1990 年,历经 5 年辩论之后,美国国会批准美国的“人类基因组计划” 高中生物教案 第 27 页 【共 51 页】 于同年 10 月 1 日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是:拟在 15 年内至少投入 30 亿美元,进行对人 类全基因组的分析。此计划在 1993 年作了修改,其主要内容包括:人类基因组的基因图构建与序列分析;人 类基因的鉴定;基因组研究技术的建立;人类基因组研究的模式生物;信息系统的建立。此外,还有人类基因 组研究的社会、 法律与伦理问题, 交叉学科的技术训练, 技术的转让, 研究计划外延等共 9 方面的内容。(http: 自 //www.wsjk.com.cn) 材料五:人类基因组草图也仅仅是草图。1990 年首先在美国启动的“人类基因组计划”是为了测定组成 料五 人类基因组的核苷酸序列。人类基因组大约由 30 亿个碱基对组成,打个比方,就像是一部由 30 亿个由 ATCG 四个字母交替组成的大书。这个计划的目的,就是要知道这四个字母的排列顺序。但是由于技术的原因,在测 序之前,需要先把这本书撕成许多个片断分别阅读,然后再把这些片断拼接起来恢复成一本完整的书。所谓完 成了“工作草图”,这仅仅指的是初步把这些片断拼凑了起来,里面还有空白和错误,并不是一本完整准确的 书。 即使在两三年以后得到了完整的书, 也绝不意味着就读懂了这本书。 知道了基因组序列并不是就破译人类 基因的奥秘。人类基因组绝大部分是没有功能意义的 DNA 序列,只有少部分是有意义的,包括了大约十万个基 因。在获得基因组完整序列之后,下一步的工作,是把其中的全部基因找出来。只有找到了这十万个基因,了 解了其编码的蛋白质的结构和基本功能以及基因调控的机制, 才可以说初步破译了人类基因的奥秘, 这是极其 艰巨的工作,目前已从基因组序列找出来的人类基因已有三万多个,但是能跟被编码的蛋白质对上号的,也不 过数千个。最乐观的估计,没有几十年的时间,不可能初步完成这项破译,而如果要把所有蛋白质的相互关系 研究透彻,那要花上更长久的时间。 即使到了这个遥遥无期的时刻, 也绝不意味着我们完全掌握了人类遗传的奥秘。 人类基因组计划是源于一 个并不恰当的观念,以为存在着一种典型的纯粹的人,可以用少数几个人(塞来拉公司用的是 5 个不同种族的 人)的基因组来代表人类基因组。但是人类的遗传有着无限多的变异性。基因的变异远多于蛋白质的变异,并 不存在一本单一的基因标准“密码本”。 如果将某些个特定个体的遗传当成了人类遗传的标准而忽视了人类遗 传的多样性,是极其危险的。 人类基因组的完整序列,无疑能成为遗传学研究的重要工具,至少,它有助于我们更快速地鉴定、克隆人 类基因,特别是那些已先在别的生物中发现的基因。但是,人类基因组序列所起的作用是相当有限的。就像一 张地图,它能给旅行者带来很大的便利,却不能保证就能达到目的地。何况还存在着无数不尽相同的地图。人 类基因组序列的获得,只是全面破译人类遗传奥秘的起点,而不是结束。自《叩问基因时代的争论》方舟子著 P35。 资料六:六国科学家公布人类基因组细节研究成果。新华网华盛顿 2 月 11 日专电(记者吴伟农)人类基 资料六 因计划、美国塞莱拉遗传信息公司、美国《科学》杂志和英国《自然》杂志联合宣布,继科学家去年绘制成功 人类基因组工作框架图之后,他们又绘制出了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱,对人类基因的面貌有 了新的发现: 高中生物教案 第 28 页 【共 51 页】 一、基因数量少得惊人。一些研究人员曾经预测人类约有 14 万个基因,但塞莱拉公司将人类基因总数定 在 2.6383 万到 3.9114 万个之间。如果最终确定出的基因数在这个范围内,比如 3 万个左右,那么,人类只 比果蝇多大约 1.3 万个基因。塞莱拉公司的科学家测出的序列准确地覆盖了基因组的 95%,并已经确定了所 有基因的 2/3,平均测序精度为 99.96%。 二、 人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”, 人类基因组序列中所谓的“荒漠”就是包含极少或根本 不包含基因的部分,基因组上大约 1/4 的区域是长长的、没有基因的片段。基因密度在第 17、第 19 和第 22 号染色体上最高,在 X 染色体,第 4、第 18 号和 Y 染色体上相对贫瘠。 三、35.3%的基因组包含重复的序列。这意味着所有这些重复序列,即原来被认为的“垃圾 DNA”应该 被进一步研究。事实上,第 19 号染色体 57%是重复的。除了重复片段,科学家还鉴定了 210 万个人与人之间 不同的基因序列,这些序列被称为“单核苷酸多态性”,它们通常是无害的。 四、地球上人与人之间 99.99%的基因密码是相同的。研究发现,来自不同人种的人比来自同一人种的 人在基因上更为相似。在整个基因组序列中,人与人之间的变异仅为万分之一。 在谈到这一发现的意义时, 《科学》杂志总编肯尼迪说,塞莱拉科学家揭示的人类基因组面貌是一项出色 的成就, 它代表了所有迄今完成的最准确的人类基因组, 也为人类医学新发展提供了崭新的、 激动人心的前景。 [学生活动]学生分组阅读、讨论上述资料。 学生活动] [教师活动]教师提出具体问题,并用实物投影仪投射在大屏幕上。1.人类基因组计划于哪年启动?耗资 教师活动] 多少?有哪些国家参与?2.人类基因组计划的研究对象是什么?3.耗此巨资意义何在?我国有什么必要参与 其中?4. 2000 年 6 月 26 日宣布的“人类基因组草图”完成的是什么?是不是如同《中国青年报》(2000 年 6 月 27 日)所言“人类基因密码破译”?5.某报道说,当某科学家被记者问到,以后是否可能用转基因技术 创造出从事特殊服务的“新人类”,如不吃不拉埋头苦干的转基因奴隶时,他断言“这是可能的!”(《南方 周未》2000 年 7 月 7 日)你的意见呢?6.由于人类基因组计划的实施,某科学家预言:“不久的几年内,人 们将看到一份描述人类自身的说明书, 它是一本完整地讲述人体构造和运转情况的指南, 届时危害人类健康的 5 000 种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、精神病等,都可以得到 早期诊断和治疗。你同意此种说法吗? 第三章 遗传与基因工程 第三节 基因工程简介 一、基因工程的基本内容 知识方面(1)基因工程的概念(知道)。 (2)基因操作的工具和基本步骤(知道)。(3)基因工程所取得的成果以及发 知识方面 展前景(知道)。 教学重点(1)基因操作的工具和基本步骤。(2)基因工程在医药卫生方面的重要作用。(3)基因工程在农牧业方面 教学重点 取得的成果及前景。 教学难点(1)限制性内切酶和运载体的作用。(2)提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。(3)基因 教学难点 诊断和基因治疗的原理。 高中生物教案 第 29 页 【共 51 页】 一、激发情趣、复习导入、引出新课 激发情趣、复习导入、 众所周知,对于大多数生物而言, DNA 是主要的遗传物质,有遗传效应的 DNA 片段叫基因,生物之所以 体现出各种形态是基因表达的结果。但是各种生物间的性状千差万别这是为什么呢? 提出问题,引导学生回答:生物体的不同性状是基因特异性表达的结果。 教师演示幻灯或利用多媒体课件列举几种生物的不同性状,如下:1.青霉菌能产生对人类有用的抗生素 ——青霉素。 豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。 人的胰岛日细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。 2. 3. 以上几种生物各自有其特定的性状, 这些性状都是基因特异性表达的结果, 但是人类能不能改造基因呢? 能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢?例如, 让禾本科植物能够固定空气中的氮气; 让微生 物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力,又简化了生产,同时还不会对环境造成污染。这种 设想能实现吗?回答是可以的。 通过科学家们的不断努力, 20 世纪 70 年代终于创立了一种能定向改造生物 在 的新技术——基因工程。 根据具体实例提出假设,引导学生思考,激发学生求知、探究的欲望,同时引出本节课题:第四节基因工 程简介 二、讲授新课 1.基因工程的概念 对于基因工程的概念, 教师应在指导学生阅读教材的基础上, 让学生理解基因工程概念的两种不同的表述 方式(标准概念和通俗概念),并通过提问的方式指导学生找出概念中的关键词语,便于学生的记忆,最后由 教师归纳列表,引导学生独立完成。 操作环 操作对 基因工程的别名 境 基因拼接技术或 DNA 重组 生物体 基因 DNA 分子水平 技术 外 达 物 对于概念的学习,学生往往不够重视,但是生物学概念又是学生必须了解和掌握的。这就需要教师能够利 用多种方法,对抽象的概念进行简化和概括,以利于学生的理解和记忆,并为后面知识内容的讲授做好铺垫。 通过对基因工程概念的理解, 我们知道其操作水平是在 DNA 分子水平, 用普通的操作工具能够在如此微观 的条件下操作吗?回答是不能。这就需要有专门的工具对 DNA 分子进行操作。 由基因工程的概念入手,提出相关的问题,引出基因操作的工具。 2.基因操作的工具 教师利用幻灯或多媒体课件演示基因工程培育抗虫棉的简要过程,同时提出讨论问题,进行分组讨论,最 后交流讨论结果,教师进行归纳总结。 思考题:在以上的基因工程培育抗虫棉的过程中,关键步骤或难点是什么? 经过学生的讨论和交流,教师对基因工程关键步骤归纳总结: (关键步骤一:抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 高中生物教案 第 30 页 【共 51 页】 操作水平 象 基本过程 结果 剪切→拼接→导入→ 剪切→拼接→导入→表 人类需要的基因产 细胞内提取。关键步骤二:抗虫基因与运载体 DNA 连接。关键步骤三:抗虫基因进入棉细胞。 通过对以上关键步骤的确定, 教师引导学生思考, 使学生理解在关键步骤的完成过程中都要用到基因操作 工具,并使学生形象地记忆“工具”的作用。 (幻灯演示或多媒体课件演示)关键步骤一的工具:基因的剪刀 ——限制性内切酶。关键步骤二的工具:基因的针线——DNA 连接酶。 关键步骤三的工具:基因的运输工具 ——运载体。 (1)基因的剪刀——限制性内切酶(简称限制酶)。 对于限制性内切酶的教学, 教师应在学生熟练掌握 DNA 分子结构的基础上展开。 通过演示幻灯或多媒体动 画,将限制酶的作用过程进行动态演示,使学生理解抽象的知识内容。最后教师要在学生直观理解的基础上指 导学生归纳总结限制酶的知识要点。 (可让学生在观察自学的基础上自主完成)①分布:主要在微生物中。② 作用特点:特异性,即识别特定核苷酸序列,切割特定切点。③结果:产生黏性未端(碱基互补配对)。④举 例:大肠杆菌的一种限制酶能识别 GAATTC 序列,并在 G 和 A 之间切开。 思考题:要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口?可产生几个黏性未端? (2)基因的针线——DNA 连接酶。 从 DNA 的结构入手, 利用幻灯或多媒体动画演示连接酶的连接部位, 利用形象的比喻使学生更容易接受和 理解。最后教师指导学生归纳如下:(可让学生在观察自学的基础上自主完成。)①连接的部位:磷酸二酯键 (梯子的扶手),不是氢键(梯子的踏板)。②结果:两个相同的黏性未端的连接。 思考题: DNA 连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键?用限制酶切一个特定基因要切断 用 几个磷酸二酯键? (3)基困的运输工具——运载体 对于运载体的教学,应使学生形象地理解运载体的作用、种类及其所 具备的条件,可通过教材中的示意图或多媒体演示使学生由浅入深逐步理解,指导学生归纳如下: (可让学生 在观察自学的基础上自主完成) ①作用:将外源基因送入受体细胞。②具备的条件:能在宿主细胞内复制并 稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。③种类:质粒、噬菌体和动植物病毒。④质粒的特点: 质粒是基因工程中最常用的运载体。 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。存在于许多细菌及酵母菌等生物中。 质粒的存在对宿主细胞无影响。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。细胞染色体外能自主主复制的小型环状 DNA 分子。 思考题:质粒上会存在某些标记基因,这些标记基因有什么用途?要想将某个特定基因与质粒相连,需要 用几种限制性内切酶和几种 DNA 连接酶处理? 第一课时的教学重点是使学生理解基因工程的概念和基因操作 的工具。通过教师适当的置疑,启发学生的思维,通过直观教学手段,将复杂的问题简化,并在教学中注意培 养学生的自主学习能力、语言表达能力和文字归纳能力。同时在第一课时结尾提出疑问引导学生思考,为第二 课时的进行埋下伏笔。 一、复习巩固,引出课题 复习巩固, 通过上节课的学习,学生基本掌握了基因工程的概念和操作工具,本节课利用提问方式开始,使学生的思 高中生物教案 第 31 页 【共 51 页】 路回到所学的内容中,为本节课的推进进行铺垫。 问题如下: ①基因工程的概念是什么?②基因操作的工具酶有几种?分别是什么?③基因的剪刀是什么?其主 要作用是什么?④基因的针线是什么?其主要作用是什么?⑤基因的运输工具是什么?⑥运载体必须具备的 条件是什么?最常用的运载体是什么?⑦质粒的结构是什么? 通过提问复习巩固旧知识,引导学主在理解基因工程概念和基因操作工具的基础上,提出疑问:有了基因 操作的工具后,对基因是如何进行操作的呢,从而顺利导入新课。 二、讲授新课 、 1.基因操作的基本步骤。 由于基因操作的基本步骤比较抽象和微观,理解起来有一定的难度,这就需要教师将复杂的问题简化,使 学生直观地理解抽象事物。 在教学中为了使学生对基因操作的基本步骤有一个宏观的了解和认识, 可以先让学 生观看基因操作步骤的有关录像资料, 在观看过程中教师要提出相应的思考问题启发学生思维, 加深对基因操 作步骤的理解。思考问题如下:(可以利用幻灯或多媒体课件演示) ①举例说明什么是目的基因。 ②从供体细胞 DNA 中直接分离基因的方法叫什么?简要说出该方法的过程是 什么。③人工合成基因的方法有几种?其操作过程分别是什么? ④将目的基因与用限制性内切酶处理后的运 载体混合,用 DNA 连接酶处理会出现几种结果?(只考虑两两结合)⑤将含目的基因的重组质粒导入细菌受体 细胞的过程中常用到哪种化学试剂?其作用是什么?⑦在目的基因的检测过程中,检测的对象是什么? 学生通过观看录像资料,思考问题,对基因工程的步骤能够大体了解,对以上的问题能基本回答,但是对 具体的操作步骤还不能从生物学角度上很透彻地理解。 这就需要教师引导学生阅读教材内容, 从理论上理解有 关知识,并使学生从生物学的专业知识角度出发,用生物学的专业术语准确地解答有关问题。这样不仅锻炼了 学生的自我学习能力,而且也培养了学生生物学科的专业素养及用科学的语言解答实际问题的能力。(1)提 取目的基因 教师应在学生自学的基础上, 让学生根据具体的实例理解目的基固的概念。 同时可以启发学生利用所学知 识思考,如何从 DNA 分子中提取目的基因。在学生讨论的基础上,教师加以总结并利用多媒体课件演示目的基 因的提取途径。(2)目的基因与运载体结合(以质粒为运载体)。 该内容的教学教师最好采用多媒体课件辅助进行,将抽象静止的过程用动画做演示,将限制性内切酶及 DNA 连接酶的具体作用过程通过演示使学生加深理解。 思考题:目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况? 在学生思考讨论的基础上,引导学生理解该问题。有三种情况:目的基因与目的基因结合,质粒与质粒结 合,目的基因与质粒结合。 (3)将目的基因导入受体细胞。教师可按以下形式归纳: 导入方法:借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。导入过程:(运载体为质粒,受体细胞为细菌) (4)的目的基因的检测和表达 高中生物教案 第 32 页 【共 51 页】 对于该内容教师应通过指导学生阅读教材有关内容使学生明确检测与表达的区别。 可按以下形式归纳: 检 测:通过检测标记基因的有无,来判断目的基因是否导入。表达:通过特定性状的产生与否来确定目的基因是 否表达。在第二课时的最后,教师应让学生根据教材中的基因操作基本步骤示意图中所示的过程,试着复述基 因操作的步骤,以检验学生对本课的理解和掌握程度。对于第二课时的教学,有条件的学校也可以利用网络信 息技术,在教学之前教师将大量的资料和信息做成相关的网页,在教学中教师提出相关的思考问题,通过学生 自主的测览和搜索找出问题的答案, 而且可以充分利用网络的便利进行网上的交流和反馈, 使每位同学都能够 将注意力集中在相关的问题上,使所有学生都能够参与到讨论和学习中。 第三章 遗传与基因工程 第三节 基因工程简介 二、基因工程的成果与发展前景 由于本课时的内容是基因工程的成果与发展前景, 属于基因工程的实际应用问题, 所以教材中的大量内容是基 因工程发展近几年的成果,相对其他章节来讲该内容比较新颖和超前,而且该内容是一个动态的知识体系,其 内容不断地更新、发展和变化。如果按照以往的教学手段,必然导致学生对知识的机械记忆,不利于开阔学生 的思路、发展学生的思维和素质能力的提高。因此本课打破原有的教学模式,尝试利用网络环境进行信息化教 学。这就需要教师和学生做充分的准备。 1.教师准备:(1)教师设计并参与制作计算机教学课件,在校园网上制作网页,查找大量资料,完善网 页内容,建立内容丰富的“基因工程知识资源库”。(2)熟练计算机系统、课件等的操作,为教学做好准备。 2.学生准备:(1)学生预习教材,对教材中的内容做宏观的了解。(2)利用课余时间,通过看书、看 报及看电视,收集有关基因工程的成果与发展前景的资料或信息,也可以走访有关的专家学者了解该内容,有 条件的学校可以请专家学者做有关基因工程知识的讲座。(3)熟悉计算机的基本操作,为本课进行做准备。 二、教学过程 教学过程 1.情境创设:(1)教师活动:辅导学生操作计算机进入校园网并找到相关的网页,浏览本节课的有关内 容。 (2)学生活动:进入相关的网页,按照自己的兴趣爱好浏览有关的资料和信息,进入学习情境。 2.确定课题:(1)教师活动:教师帮助学生确立自主研究的子课题: ①在医药卫生方面, 基因工程有哪些应用和前景?②在农吐业和食品工业方面, 基因工程有哪些应用和前 景? ③在环境保护方面,基因工程有哪些应用和前景?④你想像中未来的基因工程会有怎样的发展趋势? (2)学生活动:学生按照自己搜集的资料和兴趣爱好在教师时协调下分成 4 个小组,每个小组分别确定 一个子课题作为本组研究和讨论的中心内容,并且各小组研究的子课题内容不能重复。 3.自主探究:(1)教师活动:作为学生的指导者、帮助者、咨询者和学习伙伴,在学生上网自主探究的 过程中,给予必要的帮助和指导:①在信息技术上,指导学生如何上网、浏览、搜索和网上交流讨论。②在学 生交流处理信息的过程中给予指导帮助。 高中生物教案 第 33 页 【共 51 页】 (2)学生活动:以小组为单位,按照子课题的内容在网上搜索有关资料信息,同时可以将课前收集准备 的有关资料在组内进行信息交流和讨论;在交流的过程中每个小组将信息归纳、整理,建构自己的知识框架, 将知识内化;通过组内的交流和讨论,全组成员形成共识,将各子课题的研究成果进行概括的归纳总结,并可 在网上公布。 4.交流协作: (1)教师活动:①组织 4 个小组进行组间交流,在参与交流的同时,对交流进行点评、导拨,以确保交 流的正确性和有效性。②在交流中教师组织学生讨论,可以打破组的界限使同学们各抒己见。③在交流和讨论 中,教师可以将有代表性的学生网页,在学生发言时进行切换,供全体学生交流。 (2)学生活动:各小组围绕呈现不同侧面的情境所获得的认识,展开小组讨论、交流,形成分享式、合 作式的学习方式,并学会利用网络知识解决实际问题,将知识外显化。在讨论交流中,每个学生的观点在和其 他同学以及教师一起建立的协商环境中受到考察、评论,同时,每个学生也对别人的观点、看法进行思考并做 出反应。 5.归纳总结: (1)教师活动:将学生对基因工程成果与发展前景讨论的结果进行总结,并将本节课的重点内容总结成 板书(屏显),帮助学生理清知识体系。 (2)学生活动:通过本课的学习增长了见识,开拓了思路,学到了方法,调动了对生物学科的学习积极 性。通过对本课知识体系的理解,对知识的掌握、技能的提高进行自我评价。 要点提示 1.由于本节的内容信息量大、专业术语较多,在教学中学生不易理解,所以在教学过程中教师要注意调 动学生的积极性,通过不断地质疑引导学生的思维,将复杂的知识简化,让学生直观地、自然地接受本节的知 识。 2.本节的内容涉及的概念和名称较多,教师应指导学生对本节知识中出现的概念,名称进行比较加以区 别。 例如,基因工程的概念、目的基因的概念、供体细胞与受体细胞的区别, 重组质粒与重组 DNA 分子的区别, 目的基因的检测与表达的区别等。 3.在教学中应搞好组织工作,处理好各种媒体的使用,做到恰到好处,点到为止。处理好学生的讨论, 交流与操作的关系,掌握好教学过程中的时间分布,做到心中有数。 4.在教学中要敢于放手,对于学生可以理解的内容尽量让学生独立思考和解决,教师在其中只作为教学 的指导者,这样不仅可以培养学生的创新意识和实践能力,也可以锻炼学生的自主学习能力,同时也有利于学 生的个性发展和认知水平的提高。 教学过程要体现主体性和科学性的现代教育理论和原则, 使学生全员参与到 教学过程的整个探究中,并在平衡——不平衡——平衡中不断得到丰富、提高和发展。 5.在知识内容方面,由于本节的知识较抽象,有条件的学校最好制作多媒体课件或相关的网页,这就需 要教师具备一定的计算机软件开发能力,教师与学生都要具备一定的计算机操作使用基础,才能上好本课。 高中生物教案 第 34 页 【共 51 页】 6.本节的内容要求学生掌握的层次是了解水平,教师可以适当的将课本的知识延伸,既可以提高学生对 生物学科的兴趣,又可以锻炼学生的观察、思维、归纳、协作能力。但是教师在适当扩充延伸知识的同时,不 要忽视本课知识点的掌握。 第四章 细胞与细胞工程 第一节 细胞的生物膜系统 知识方面(1)明确生物膜的化学组成和基本结构。 知识方面 (2)理解细胞的生物膜系统的概念和作用。 (3)理解细胞 的生物膜系统是一个在结构和功能上都是紧密联系的统一整体。 (4)了解生物膜的研究成果及研究意义。 难点: 名种生物膜在功能 重点 1.各种生物膜在结构和功能上的联系;2.细胞的生物膜系统的重要作用。难点 难点 上的联系。 一、创设情境,导入新课 创设情境, 1.大屏幕显示:变形虫的去核实验。提问:每一步实验现象如何?该实验说明了什么? 学生分析讨论,得出结论:细胞只有保持完整性,才能够正常地完成各项生命活动。 教师总结: 细胞是生物体结构和功能的基本单位, 人们对许多生命现象的探索都要深入到细胞中寻求答案, 使细胞生物学得到了迅猛的发展。 教师可利用大屏幕显示细胞生物学发展简史和细胞生物学总图的资料,进行简单介绍。 2.引入新课。细胞生物学作为生命科学的重要支柱之一,已广泛地渗透到生命科学的各个分支领域中。 本章选择生物膜系统和细胞工程作为代表,简要介绍细胞生物学在理论研究和应用方面的重要进展。 二、师生互动,完成新知识的学习 师生互动, 1.挂图复习细胞的亚显微结构。(可设计如下问题) 具有单层膜的细胞结构有哪些?具有双层膜的细胞结构有哪些?细胞膜的化学成分是怎样的?结构如 何? 教师引导:是不是所有膜的成分和结构都与细胞膜一样呢?(学生看课本 68 页表) 教师说明:细胞亚显微结构的膜化学组成相似,基本结构大致相同,统称为生物膜。 教师需指出的是:(1)除了挂图中所标注的一些结构以外,溶酶体、圆球体、微体、胞饮泡、收缩泡、 吞噬泡等均为具单层膜的结构。(2)生物膜的化学组成是蛋白质、脂质和糖类。 由于必修课已给学生留下了细胞膜是由磷脂、 蛋白质和糖类组成的印象, 学生往往误认为生物膜的化学成 分中的脂质专指磷脂,这样就忽略了另外一种成分——胆固醇(有的还含糖脂),实际上组成脂双层的脂质成 分随不同生物而不同。细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞中一般没有胆固醇,在动物细胞中,胆固醇在脂双层 中所占的比例较大,特别是在哺乳动物细胞中,它可和磷脂分子一样多。 2.各种生物膜在结构上的联系。 教师引导:生物膜的厚度一般为 7 nm~8 nm,真核细胞的生物膜约占细胞干重的 70%~80%,最多的是 内质网膜,因此内质网在各种膜结构的联系中处于中心地位。 学生观察教学挂图和课本插图,分析出各种生物膜在结构上有哪些联系。 高中生物教案 第 35 页 【共 51 页】 需给学生指出的是:液泡、叶绿体的膜与其他有膜结构也有一定的联系。 教师提问:内质网既可以与核膜、线粒体、细胞膜直接相连,还可以借助于小泡与高尔基体间接相连,其 物质基础是什么?(学生思考并回答) 教师引导:既然它们之间有着直接或间接的联系,它们之间能否相互转化呢?大屏幕显示资料 Grimstone 曾观察到:饥饿的原生动物逐渐停止形成高尔基体,同时粗面内质网也减少或几乎完全消失, 由于这些细胞于实验期间还继续形成分泌小泡, 所以每一个高尔基体的囊的数目减少了, 但当给动物重新喂食 后,形成了新的粗面内质网,同时产生新的高尔基体,囊的功能也恢复了。 教师提问:该实验说明了什么问题?(学生思考并回答)结论:细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续 性。 一、复习提问 大屏幕显示:1.什么叫做生物膜? 2.生物膜的结构特性和功能特性是什么? 3.如何证明细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性? 导入新课:各种生物膜不仅在结构上有一定的联系,而且在功能上也有一定的联系。 二、新课学习 1.知识的铺垫:(1)蛋白质的合成场所是什么?(2)核糖体有哪几种存在形式? 教师引导:这两种类型的核糖体所合成的蛋白质有何不同呢? 大屏幕显示资料: 蚕的丝腺细胞在 5 龄的初期主要是细胞本身增大, 这时细胞质中的核糖体多为游离型的, 而内质网很贫乏。但到 5 龄的后半期,腺细胞开始大量合成和分泌丝心蛋白时,则核糖体都与内质网结合,形 成发达的粗面内质网。 提问:通过上述事实你可得出什么结论?(学生思考并回答) 教师总结:丝心蛋白是在附着于内质网上的核糖体上合成的,它是一种分泌蛋白。 大屏幕显示:科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时,发现了各种生物膜在功能上有一定的联系。 2.证明各种生物膜在功能上有一定的联系的实验介绍。 (1)大屏幕显示资料:简介显微放射自显影法。利用所研究物体中的放射性物质(示踪物质)放出的射 线对照相底片或乳胶的作用,从而得知在所研究物体中预测成分的分布。这种方法称放射性自显影法。应用于 细胞学或组织学则称显微放射自显影法。 这种方法的基本过程是,先使细胞吸收含有示踪原子的化合物,然后把这种组织细胞制成切片,是液体乳 胶涂于其上,经过一定时间的曝光(即放射性物质放出的射线落在乳胶上使其溴化银还原而析出金属银,这个 过程成为自显过程,亦称曝光),再进行显影和定影手续。根据乳胶上出现的银粒在细胞中的位置,便可判断 放射性物质(或由这种放射性以及其他物质合成的化合物)在细胞内的分布。 (2)教师说明:豚鼠胰脏腺泡细胞分泌物形成过程的研究即采用了此方法。 首先给动物注射氚( H)标记的亮氨酸,进行 3 min 的脉冲标记,然后制作电镜的显微放射自显影标本。 高中生物教案 第 36 页 【共 51 页】 3 课件显示观察结果是:被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中。 教师提问:被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中说明了什么?(学生思考并回答)。 课件继续显示:脉冲标记后 17 min 和 117 min 后的情况。学生仔细观察并回答下列问题。 ①17 min 和 117 min 后被标记的氨基酸相继出现在哪些部位?②与此分泌物的合成和分泌有关的结构有 哪些? ③这些分泌物的运输方向是怎样的?④这些分泌物通过哪种方式被运输到细胞外? 课件连续显示豚鼠胰脏腺泡细胞分泌物形成过程,教师引导学生总结分泌蛋白的合成与分泌的过程。 核糖体—→内质网—→高尔基体—→细胞膜—→细胞外 设问:①在核糖体上合成的分泌蛋白,为什么要经过内质网和高尔基体,而不是直接运输到细胞膜呢? ②内质网和高尔基体与蛋白质的形成有何关系呢?教师引导学生思考并复习内质网和高尔基体的功能。 教师讲解:在核糖体上翻译出的蛋白质,进入内质网后,还要经过一些加工,如折叠、组装、加上一些糖 基团等,才能成为比较成熟的蛋白质。然后,由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡,包裹着蛋白质转移到高 尔基体,把蛋白质输送到高尔基体腔内,做进一步的加工。接着,高尔基体边缘突起形成小泡,把蛋白质包裹 在小泡里,运输到细胞膜,小泡与细胞膜融合,把蛋白质释放到细胞外。在分泌蛋白的合成、加工和运输的过 程中,需要大量的能量。 小结:综上所述,细胞内的各种生物膜不仅在结构上有一定的联系,在功能上也是既有明确的分工,又有 紧密的联系。各种生物膜相互配合,协同工作,才使得细胞这台高度精密的生命机器能够继续、高效地运转, 它们所形成的结构体系,叫做细胞的生物膜系统。(引出下一个专题) 3.生物膜系统的重要作用。 (1)学生根据已有的各种生物膜的基础知识,加以讨论、分析,试述生物膜的重要作用。 (2)学生阅读课本,总结生物膜系统的重要作用。(3)教师设计问题,温故知新,加深学生对知识的理 解。 细胞膜使细胞所具有的内环境与人体的内环境有何区别?细胞膜在控制物质进出细胞时是如何发挥作用 的? 列举实例说明在生物膜上发生的重要的化学反应。 教师介绍:20 世纪 70 年代以来,由于各种新的物理、化学的技术和方法的使用,使得生物膜的研究已深 入到分子水平, 并且取得了突飞猛进的发展, 成为分子细胞生物学研究中的前沿领域之一。 (引出下一个专题) 4.研究生物膜的重要意义。 (1)大屏幕显示资料:生物膜与膜生物工程国家重点实验室的介绍。 生物膜与膜生物工程国家重点实验室是由中国科学院与我国著名的北京大学、 清华大学有关实验室组成的 联合实验室之一,它是在中国科学院动物研究所、北京大学生物系、清华大学生物科学与技术系有关从事生物 膜及工程的实验室基础上于 1988 年创建的,1990 年建成,向国内外开放。 高中生物教案 第 37 页 【共 51 页】 中国科学院动物研究所膜生物化学分实验室; 清华大学膜生物物理分实验室; 北京大学兴奋膜电生理分实 验室 主要研究方向:在近代生物学与近代物理学及有关工程学科相互结合的基础上,探讨生物膜的能量转换、 信息识别与传递和物质转移等基本生命现象的分子机理及其结构基础; 揭示这些与生物膜密切相关的基本生命 过程的内在联系。一方面,为发展膜分子生物学和解决生物学、医学及农学中的重大理论问题服务,如肿瘤和 其他主要疾病的防治, 神经和免疫功能的调节, 发育和遗传的控制等; 另一方面, 通过生物膜的人工模拟研究, 当前着重运用人工膜生物技术作为药物和遗传物质的定向导运系统, 为解决医学临床和动、 植物和微生物遗传 工程等方面的重大实际问题服务。从较长远的发展方向上看,膜生物工程将包括在阐明生物膜的换能机理、选 择透性、信息感受、识别和传递等工作原理的基础上结合其他工程技术发展“生物换能器”、“生物分离浓缩 器”、“生物传感器”、“生物电子计算机”及“生物光计算机”等新兴技术领域,更广泛地为国民经济和国 防建设服务。 主要研究成果:①研究了线粒体氧自由基的生成、转移和靶向的作用机制,提出活性氧理论。②研究了 Mf 细胞膜上离子通道活动的变化与 GM 一 CSF 激活过程的关系以及 Mf 与 NK 细胞对同种和异种抗原的识别作用。 ③研制出对癌细胞恶性增殖有较强抑制活性的药物和有明显降糖效果的口服脂质体新剂型。 ④蛋白质构象变化 及基因导入的研究。用表面园二色谱法以及 FTIR—ATR(全内反射傅利叶红外谱)和固体荧光谱法测定了蛋白 质与生物医用材料表面作用后蛋白质构象的变化;在国内率先建立了磁园二色谱(MCD)技术,在蛋白质二维 晶体组装的基础研究和突触形成过程中突触前后膜相互作用的研究中, 都取得了许多重要的成果。 研制并开展 了一系列导入外源基因的新方法, 用超声波法在植物完整细胞及组织块中实现外源基因的转移。 ⑤细胞膜离子 通道特性的研究。人工合成的 22 肽在肌细胞膜上组装成具有离子选择性的通道,分离纯化了具有生物活性的 抗吗啡肽和芋螺毒素,在离子通道水平上研究其作用机理;阐明心肌细胞早后去极化的发生机制、电生理学特 性及各种抑制因素。 (2)介绍科学技术在攻克人类疾病、提高粮食产量、改善作物品质等方面的例子。(课前可以给学生布 置作业,通过网络、报纸、杂志等渠道收集相关资料,经筛选后,课上交流) (3)归纳研究生物膜的重要意义。 结束语:生物膜与膜生物工程是现代生物科学的重大方向之一,它将 近代生物学与近代物理学及有关工程学科互相结合起来,对阐明生物能量转换、信息识别、传递和物质转移等 诸多生命现象具有重大意义,同时在生物学、医学及农学中具有实际应用的前景。随着科学技术的不断发展, 可以更广泛地为国民经济和国防建设服务。 重点提示 1. 在教学过程中注意与高中必修教材相关内容的衔接, 使学生明确知识的整体性。 教师可以通过设计的问题, 创设问题情境,引导学生思考,在激活学生原有知识的基础上,进一步发现新的知识。2.注意区别生物膜和 生物膜系统这两个概念。 高中生物教案 第 38 页 【共 51 页】 3.适当补充一些资料,使学生知道相关知识发展的新动向,了解一些科研的方法,并且有利于培养学生的阅 读和分析能力。 第四章 细胞与细胞工程 第二节 细胞工程简介 一、植物细胞工程 知识方面(1)细胞的全能性(理解)(2)植物细胞工程的主要技术——植物组织培养和植物体细胞杂交(知 。 知识方面 道) 。 1. 植物组织培养、体细胞杂交是本节的重点 重点。2.植物体细胞杂交是本课的难点 难点。 重点 难点 进行新课 (一)细胞的全能性。 问题情境:预习中涉及的相关问题。教师置疑:投影显示质疑问题。 1.高二必修课中关于细胞全能性有哪些方面的阐述?2.什么是细胞的全能性?3.克隆羊“多莉”的诞 生说明了什么?4.生物体内的细胞为什么没有表现出全能性,而是分化成不同的组织器官?5.为什么运用植 物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体?6.与必修课中有关内容相比,选修课在 知识上有了进一步的深入和发展,具体体现在哪些方面? 多向释疑:对于问题 1、2,3、4:通过认真的预习,借助已有的知识积累,学生不难做出正确的解释。 对于问题 5:教师启发学生将题目读懂弄透,对新旧知识进行必要的加工和整合,再得出结论。 师主释疑: 在生物体内, 由于基因的选择性表达, 细胞不能表现出全能性, 而是分化成为不同的组织器官。 当已分化的植物器官、组织或细胞脱离母体后,在一定的营养物质、激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织 (一种相对没有分化的细胞团) 继而在植物激素等诱导下发生再分化, , 才能表达出全能性。 发育成完整植株。 对于问题 6:侧重于学法指导和学生能力的培养,属较开放议题,只要有理有据,不强求答案的整齐划一。 小结:教师带领学生对以上知识点进行概括和梳理,使知识条理化,便于复习和记忆。 细胞全能性的典型范例便是植物组织培养,由此自然过渡到植物组织培养。 (二)植物组织培养。 问题情境:1.放映植物组培的录像(发展史、技术过程、应用等)。2.传看脱毒马铃薯组培苗实验材料。 3.用投影仪打出植物组培过程简图。 丰富、鲜活的感性材料为学生架起了新旧知识联系的桥梁。在学生充分复习、认真预习的基础上,教师引 导学生总结出植物组培的过程。(见“板书设计”) 如果到此为止,学生虽抓住了知识的主干,但却错过了深化知识,发展智力等重要环节。所以教师应适时 提出启发性问题,引导学生进一步思维探索。例如: 1.植物细胞表现出全能性的必要条件是什么?2.离体的器官、 组织或细胞如果不进行脱分化处理, 能否培养成 完整植物体? 3.决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么? 高中生物教案 第 39 页 【共 51 页】 4.在植物组培过程中,为什么要进行一系列的消毒,灭菌,并且要求无菌操作? 在教师的启发下,学生对问题展开分析、讨论,并给予科学正确的解释。 教师做适度的知识扩展,使学生的思维空间得到自然延伸。例如: 1.影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时,能强烈促进愈伤组织的 形成,而两者不同的浓度配比在再分过程中,分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓 度比高时,有利于芽的发生;浓度比低时,有利于根的发生。2.愈伤组织再分化过程应先诱导生芽,再诱导 生根。3.愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。教材和录像中介绍的均为不定芽方式, 而后者需要在愈伤组织形成后,对其进行处理,形成分散的单个细胞,再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根 的胚状体,进而发育成完整植株。 关于植物组培技术的应用,在录像及必修课教材中均有介绍,教师只要对学生容易忽略的问题予以点拨。 例如:生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂时进行的是大规模的细胞培养而非组织培养,前者只需培 养至愈伤组织即可,后者则需诱导产生完整的植物体。另外,还可以鼓励学生就制造人工种子时,在胚状体和 人工种皮之间添加何种胚乳成分展开设计,为学生创造广泛、自由的思维空间,培养学生多方向、多角度、多 层次的发散思维能力。 (三)植物体细胞杂交。 问题情境: 20 世纪 60 年代,有的科学家提出这样一个设想:让番茄和马铃薯杂交,培育出一种地上结 番茄果实,地下结马铃薯块茎的植物。 提出问题:如果要实现这一设想,你认为可以采用哪些方法?教师鼓励学生自由联想,大胆迁移,使学生 在最佳思维状态下进入下一学习环节。 教师明确: 植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞, 并且把杂种细胞培育成 新植牧体的方法(强调起止点)。 提出渐进式问题,引导学生进行思维探究,使学生在获取知识的同时,受到科学方法的训练和培养。 1.你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合,遇到的第一个障碍是什么? 学生一般会想到应该是位于细胞外侧不具生命力的细胞壁。2.有没有一种温和的去壁方法呢? 据已有的知识积累,学生可联想到酶有专一性,而细胞壁的主要成分是纤维索和果胶,所以用纤维素酶和 果胶酶去壁将不会对其内的原生质体造成损伤。3.如果两个来源不同的原生质体发生了融合,下一部该做何 处理?应该诱导其再生壁,才能成为完善的杂种细胞。4.如何将杂种细胞培育成杂种植株?学生可将植物组 培技术迁移运用于此问题的解决。 播放课件:用植物体细胞杂交过程,把以上零散的知识串接起来,使知识条理化、系统化,便于学生的理 解和掌握。师生共同归纳植物体细胞杂交的过程。(见“板书设计”) 教师点拨:1.人工诱导原生质体融合有物理法和化学法两大类,物理法是利用离心、振动、电刺激促使 原生质体的融合;化学法是用聚乙二醇(PEG)等试剂作为诱导剂诱导融合。2.在细胞杂交过程中,除了形成 高中生物教案 第 40 页 【共 51 页】 AB 型融合细胞外, 还能形成 AA 型和 BB 型两种融合细胞, 但只有 AB 型细胞是植物体细胞杂交所需的杂种细胞。 因此,在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。3.指出植物体细胞杂交过程中已取得的进展和尚未解决的问 题,激发学生热爱生物科学的情感和探索生命科学奥秘的兴趣。 总结:在学完三个知识点后,需引导学生清理知识问的脉络(例如:细胞全能性是植物组培的理论基础, 而植物组培又是植物体细胞杂交的技术环节之一),抓住主线,把零散的知识系统化,做到融会贯通。 智能训练:出示“白菜—甘蓝”的投影照片。设计方案:白菜和甘蓝两种植物之间存在着生殖隔离,不能 进行传统的有性杂交。那么,如何才能获得如图这样的“白菜—甘蓝”植株呢? 抓住学生思维的兴奋点,促其联系实际解决问题,不仅巩固强化了所学知识,而且培养了学生运用所学知 识分析问题、解决问题的能力,实现知识的正向迁移。 第四章 细胞与细胞工程 第二节 细胞工程简介 二、动物细胞工程 知识方面(1)动物细胞培养(知道)(2)动物细胞融合(知道)(3)单克隆抗体的制备及应用(知道) 。 。 。 知识方面 单克隆抗体既是本小节的重点 重点,也是难点 难点内容。 重点 难点 导入新课:复习两种细胞工程常用的技术手段,引出动物细胞工程的第二大技术。 (二)动物细胞融合 教师启发:请同学们回忆植物细胞杂交过程,并大胆预测:动物细胞融合与植物体细胞杂交过程有何不同?它 相当于植物体细胞杂交过程的哪一步? 学生分析并得出结论:动物细胞融合相当于植物体细胞杂交的原生质体融合过程。 教师在肯定学生推测的基础上进一步明确: 动物细胞融合与植物原生质体融合过程基本原理相同, 就连诱导融 合的方法也基本类似,只是除物理、化学法外,还用到生物法,即灭活的病毒。以仙台病毒为例,简单介绍病 毒诱导细胞融合的原理: 教师讲述:很多种不同种类的动物细胞之间或动物与人细胞之间都可以进行融合,例人-鼠、人-兔、鼠-鸡 细胞都可以发生融合而成为杂种细胞。 但是动物细胞融合技术最重要的用途还是制备单克隆抗体。 从而引入第 三大技术的学习。 (三)单克隆抗体 首先引领学生回忆:何谓抗体?其由何种细胞产生?主要分布在哪里? 问题情境:长期以来,人们为了获得抗体,采用的是把某种抗原反复注射到动物体内,然后从动物血清中分离 出所需抗体的方法。用这种方法获得的抗体,不仅产量低,而且抗体的特异性差,纯度低,反应不够灵敏。人 们发现,在动物发生免疫反应的过程中,体内的 B 淋巴细胞只分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体。 提出启发性问题: (1)请从以上文字资料中找出单克隆抗体的概念。 (2)怎样才能获得单克隆抗体呢?课本上 的制备过程。 (1)为什么选用小鼠骨髓瘤细胞与 B 淋巴细胞融合?(细胞的同源性越近,融合形成的杂种细胞越易成活) (2)骨髓瘤细胞是癌细胞吗?(有无限增殖能力的细胞是肿瘤细胞,而具有转移能力的肿瘤细胞,称为癌细 高中生物教案 第 41 页 【共 51 页】 胞,所以说,瘤细胞不能等同于癌细胞) (3)整个制备过程为什么要经过两次筛选?(第一次筛选 得到杂交 瘤细胞多种,第二次需先在多孔培养板上,在每孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养,然后再筛选出能产 生特异性抗体的细胞群。 由于该细胞群是单个杂交瘤细胞克隆得来的, 所以产生的抗体必然是化学性质单一的, 特异性强的单克隆抗体。这里的单克隆确有单个细胞克隆的含义,只不过克隆的不是 B 淋巴细胞,而是杂交瘤 细胞。(4)杂交瘤细胞在小鼠腹腔内培养与在体外培养有何区别?(5)杂交瘤细胞在小鼠腹腔内增殖,可否 ) 引起小鼠死亡?(6)鼠单抗能否用于人体疾病的治疗吗?(不能) 2.单克隆抗体的应用 第五章 微生物与发酵工程 第一节 微生物的类群 知识方面(1)识记细菌的结构和繁殖的知识; (2)识记放线菌、病毒的结构和繁殖。 知识方面 细菌的结构和繁殖,既是本节的重点 重点,也是难点 难点。 重点 难点 1.细菌 . 运用图 5-1 讲解细菌的结构。细菌属原核生物,其基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核区。 运用材料引导学生分析细胞壁的功能。 (保护和维持细胞形状) 。 材料一:将杆菌接入浓度为 0.2 mol/L 的蔗糖等渗溶液和盛有玻璃珠的三角烧瓶中,加以摇动,可使细胞 壁破裂,细胞内容物流出。 材料二:将细菌用溶菌酶处理,除去细胞壁,并接入低渗溶液,无细胞壁的细胞膜就会破裂。这是因吸水过 多而胀破的。 细菌核区的环状 DNA 控制着细菌的主要遗传性状, 质粒上的基因与细菌的抗药性、 固氮、 抗生素生成有关。 介绍学生查阅的有关炭疽热的知识,讲解细菌的特殊结构:一般说,芽孢不起繁殖作用,只起度过不良环境 的作用,芽孢对热、紫外线和许多有毒化学物质有很强的抗性。鞭毛与运动有关,不少细菌在细胞壁外具有荚 膜,对细菌具一定的保护作用。 观察学生制作的菌落形态, 结合表 3 进行分析。 由于微生物个体很小, 很难进行直接观察, 而微生物群体—— 菌落具有大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等特征。如教材图 5-3 所示。 2.放线菌 . 通过多媒体手段,展示放线菌的形态。放线菌在自然界分布很广,在土壤、堆肥和湖底、河底的淤泥等处, 尤其在土壤中种类和数量很多。其结构主要由菌丝组成,包括营养菌丝(基内菌丝)和气生菌丝。放线菌没有 有性繁殖, 主要通过形成无性抱子形式进行无性繁殖, 成熟的分生孢子或孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的 菌丝体。放线菌与许多抗生素的产生有关。 3.病毒 病毒 展示多种病毒图片,提出问题,分析病毒的结构特点。病毒的结构包括核酸、衣壳(合称核衣壳) ,衣壳的 基本单位是衣壳粒,通常由 1~6 个多肽组成。某些病毒还包括囊膜,由蛋白质、多糖和脂质构成。有的病毒 囊膜表面具有突起物,称刺突。衣壳具有保护病毒核酸,决定病原特异性等功能。病毒所具有的遗传物质或是 高中生物教案 第 42 页 【共 51 页】 DNA,或是 RNA。 利用多媒体电化教学手段展示病毒增殖的过程,即吸附、注入、复制合成、组装、释放的过程。 阅读相关资料,了解艾滋病、流感、肝炎、烟草花叶病毒等产生的因素。 三、运用相关知识,进行实验设计,提高学生能力 运用相关知识,进行实验设计, 指导学生应用微生物知识,测定公共场所中细菌总数,反馈教学效果。通过该实验,可以观察学生在实验 设计、数据统计、菌落观察、实验分析等方面的能力。 公共场所空气中细菌总数检验方法 1.检验方法:自然沉降法 是指直径 9 cm 的营养琼脂平板在采样点暴露 15 min,经 37 ℃、8 h 培养后计 .检验方法: 数生长的细菌菌落数的采样测定方法。 2.仪器和设备:高压蒸汽灭菌器、干热灭菌器、恒温培养箱、冰箱、平皿(直径 9 cm) .仪器和设备 。制备培养基用一 般设备:量筒、三角烧瓶、pH 计或精密 pH 试纸等。 3.培养基:3.1 成分:蛋白胨 10 g、牛肉浸膏 10 g、氯化钠 3 g。琼脂 15~20 g,蒸馏水 1 000 mL。 .培养基: 3.2 制法:将上述各成分混合,加热溶解,校正 pH 至 7.4,过滤分装,121 ℃、20 min 高压灭菌。用自然 沉降法测定时,倾注约 15 mL 于灭菌平皿内,制成营养琼脂平板。撞击法参照采样器使用说明制备营养琼脂 平板。 4.操作步骤:4.1 设置采样点时,应根据现场的大小,选择有代表性的位置作为空气细菌检测的采样点。 .操作步骤: 通常设置 5 个采样点,即室内墙角对角线交点为 1 个采样点,该交点与四墙角连线的中点为另外 4 个采样点。 采样高度为 1.2~1.5 cm。采样点应远离墙壁 1m 以上,并避开空调、门窗等空气流通处。 4.2 将营养琼脂平板置于采样点处,打开皿盖,暴露 5 min,盖上皿盖,翻转平板置 36 ℃恒温箱中,培养 48 h。 4.3 计数每块平板上生长的菌落数,求出全部采样点的平均菌落数。 微生物的营养、 第五章 微生物与发酵工程 第二节 微生物的营养、代谢和生长 知识方面(1)使学生学会应用微生物所需的碳源、氮源、生长因子等营养物质的概念、功能及主要来源的知 知识方面 识;培养基配制的原则及培养基种类的知识;微生物代谢调节方式、实例以及生产实践中微生物代谢的人工控 制的知识; (2)使学生理解微生物细胞内产生的代谢产物的种类和功能,发酵概念及种类,微生物群体生长的 规律及其生产实践中应用和微生物生长的影响因素; (3)识记测定微生物群体生长的方法。 1. 重点 重点(1)微生物所需的碳源、氮源和生长因子的来源、功能; (2)培养基的种类及配制原则; (3)微生 物代谢的调节、代谢的人工控制; (4)微生物群体生长规律及影响微生物生长的环境因素。 2.难点 难点(1)不同微生物所需的碳源、氮源不同。 (2)微生物代谢的人工控制。 (3)细菌生长曲线的分析。 难点 1.由人体营养物质与营养的概念引出微生物的营养物质与营养的概念,导入本课题。 2.由组成生物体的化学元素引出微生物的化学组成,并以下表“C、H、O、N、P、S 在不同微生物体内含 量(占细胞的质量分数/%)”,证明微生物与其他生物在化学组成的统一性以及不同的微生物化学组成的差 异性。 高中生物教案 第 43 页 【共 51 页】 3.组成微生物的化学元素分别来自微生物生长所需的营养物质, 营养物质按照它们在机体中的生理作用, 将它 们区分为碳源、氮源、生长因子、水和无机盐。 4.碳源和氮源。(1)阅读教材第 85~86 页相关内容。 (2)教师提供研究课题,学生交流讨论,深化知识理解,拓展学生思维,提高运用知识的能力。 研究课题一:关于自养微生物和异养徽生物碳源的利用和能量的来源。 归纳: ①自养微生物以二氧化碳或碳酸盐为惟一碳源进行代谢生长; 异养微生物必须以有机物作为碳源进 行代谢生长。②自养微生物生命活动所需的能源:一种类型是利用光能,如蓝细菌等着色细菌;一种类型是依 靠物质氧化过程释放能量,如硝化细菌。异养微生物生命活动所需的能源主要依靠物质氧化分解放能,碳源是 异养微生物的主要能源物质,即碳源对于异养微生物来说,不仅可为机体提供构成细胞的物质,而且为机体提 供完成整个生理活动所需的能量;某些异养微生物也可以光能作为能源,例如红螺菌,它不能以二氧化碳作为 主要或惟一碳源,而需要有机物参与,才能利用光能将二氧化碳还原成细胞物质,这种营养类型称为光能异养 型。③依据微生物生长所需碳源物质的性质以及生长所需能源,将微生物的营养类型进行归纳,以此作为碳源 知识的归纳、巩固、深化。 研究课题二:利用某些微生物碳源的特殊性解决环境污染、粮食危机等问题。 归纳:①利用某些细菌、放线菌、酵母菌以石油作为碳源的原理,消除石油污染;②运用某些细菌可以分 解、利用氰化物、酚等有毒物质的原理处理有害物质;③研究开发以纤维索、石油、二氧化碳等作为碳源和能 源的工业微生物,解决工业发酵用粮与人们日常用粮的矛盾。 研究课题三:关于氮源物质的来源和作用。 归纳: ①对许多微生物来说, 既可利用无机含氮化合物作为氮源, 也可利用有机合氮化合物作为氮源。 ② 固氮微生物可以利用氮气作为氮源进行生长。③铵盐、硝酸盐等既可作为微生物最常用的氮源,也可作为某些 化能自养微生物的能源物质。 ④自养微生物与异养微生物类型的划分主要是依靠能否以二氧化碳作为生长的主 要或惟一碳源,而不决定于氮源,例如,异养微生物最常用的氮源是无机氮源中的铵盐和硝酸盐。 5.生长因子。 (1)以“许多微生物在含有碳源、氮源、水、无机盐的培养基中还不能生长或生长极差,但当补充某些 物质后,微生物就能生长良好,补充的这些物质称为生长因子”为引言,导入“生长因子”内容的学习。 (2)引导学生由生长因子的功能归纳培养基中补充生长因子的原因;根据生长因子的化学本质、含量引 导学生总结生长因子的概念。 (3)讨论:如何证明某种物质是某种微生物的生长因子? 思路:在含碳源、 氮源、水、无机盐但缺乏某种物质的培养基中培养微生物,微生物不能生长或生长极差, 向培养基加入该种物质,微生物正常生长。 6.利用以下判断题,反馈、巩固知识。(1)同一种物质不可能既作碳源又作氮源,(答案:错)(2) 凡是碳源都能提供能量。(答案:错)(3)除水以外的无机物仅提供无机盐。(答案:错)(4)无机氮源也 高中生物教案 第 44 页 【共 51 页】 能提供能量。(答案:对) 7.培养基的配制原则。 (1)阅读教材内容,思考培养基配制的原则及设置这些原则的原理。 (2)学生讨论交流,教师指导归纳。 ①培养基配制的第一个原则是目的要明确:目的包含两层含义,一指培养的微生物种类,因为不同的微生 物营养需要不同, 培养基中要求的营养成分不同, 例如自养微生物, 能从简单的无机物合成本身需要的有机物, 所以培养该类生物的培养基完全可以由简单的无机物组成, 而异养微生物, 培养它们的培养基至少含有一种有 机物质;二指培养的目的,是用于生产还是科学研究,因为二者对培养基的化学成分、物理状态等方面要求不 同,例如用于生产的培养基应具有原料易得、价格低廉、配制方便等特点,而用于科学研究的培养基应具有成 分含量准确,可多次重复实验的特点。 ②培养基配制的第二个原则是营养要协调:它表现在两个方面,一是营养物质的浓度要适宜,二是营养物 质间的浓度比例要适宜。 ③培养基配制的第三个原则是 pH 要适宜:由于微生物在生长代谢过程中营养物质利用和代谢产物的形成 往往会改变环境中的 pH,为了维持培养基中出的相对恒定,可在培养基中加入缓冲剂,最常用的缓冲剂是磷 酸氢二钾或磷酸二氢钾。 8.培养基的种类。 (1)自学教材第 87 页的①按照物理性质划分培养基②按照化学成分划分培养基③按照培养基的用途 (2)依据以上学生的归纳,教师点拨如下内容:①由“判断对错:制作固体培养基必须加入琼脂”引出 固体、半固体培养基中所加的凝固剂,目前最常用的是琼脂。②由液体培养基为什么适于工业生产的问题,引 导学生分析: 液体培养基营养物质分布均匀, 与菌体充分接触, 有利于微生物更快吸收营养, 有利于菌体繁殖、 积累产物, 因而适于大规模生产, 培养学生的思维能力。 ③关于选择和鉴别培养基的原理, 书中并未直接提到, 可以引导学生根据实例总结。 (3)设置如下问题,加强知识反馈。①分离固氮微生物,需用何种类型的培养基?②如何检查自来水中 大肠秆菌是否超标? 第二课时 1.由新陈代谢的定义引导学生总结微生物代谢的概念,导入本课题。 2.由工业生产广泛应用微生物的重要原因之一是微生物代谢旺盛,利用“乒乓球与篮球在相同体积下表 面积比较”的比喻,引导学生分析微生物代谢旺盛的原因(微生物的表面积与体积比大,利于外界物质交换; 对物质的转化利用快),并由此引申到真核生物进化的一种趋势:细胞呈现体积减小的进化过程。 3.微生物的代谢产物。(1)学生阅读教材第 89 页“微生物代谢产物”部分内容,依据知识点自行设计 表格,比较初级代谢产物和次级代谢产物的异同点。(2)同学展示自学成果,并通过交流相互补充、完善知 识结构。(3)教师适时点拨、归纳知识结构。 4.微生物代谢的调节。(1)复习“人和高等动物,植物生命活动调节的基本形式”,运用结构与功能相 高中生物教案 第 45 页 【共 51 页】 适应的生物学观点,引出微生物代谢的调节方式。(2)结合如下实例,分析微生物代谢调节的方式。 实例:1.大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。2.亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶,所以不能利用蔗糖,但如果在 培养基内加入蔗糖,一段时间后,可合成蔗糖酶,并利用蔗糖。 分析:①由两实例的共同点得出:微生物完成代谢调控主要是通过调节酶实现的。②由两实例区别得出: 实例 1,通过调节酶的活性,控制代谢过程;实例 2,通过调节酶的合成,控制代谢过程。 小结: 微生物代谢调节的主要方式:酶合成的调节和酶活性的调节。 (3)结合学习目标,自学阅读“微生物代谢调节”部分内容。 学习目标: ①酶合成的调节 a.组成酶和诱导酶的区别 b.酶合成调节的对象、 结果 c.酶合成调节的机制 (本 质)d.酶合成调节的意义。 ②酶活性的调节 a.酶活性调节的对象。 结果 b.酶活性调节的机制 c.酶活性调节的特点 d.酶活性调节的意 义。 ③两种调节方式的区别与联系。 (4)教师组织、参与学生学习成果交流,适时提出以下问题引导学生分析,完善和深化知识结构。①微 生物是否在所有场合。 所有时间内都合成它们所能合成的全部酶类?这有何意义?②组成酶、 诱导酶合成的条 件是什么?③大肠杆菌乳糖代谢有何特点?大肠杆菌乳糖代谢基因的表达调控过程有何特点?④根据原核生 物基因表达调控过程, 酶合成的调节属于哪种水平的调节方式?若诱导酶在没有诱导物的情况下也能合成, 有 哪些方法?⑤诱导酶是否接受酶活性调节?⑥通过书中酶话性调节实例分析, 它与高等动物激素调节的哪种方 式有相似之处?⑦为什么酶活性调节比酶合成调节快速、精确? (5)教师在学生讨论基础上,归纳知识结构。 ①酶合成的调节 a.组成酶在细胞内一直存在,它的合成只受基因调控;诱导酶只有环境中存在诱导物才 能合成、存在,它的合成受基因与诱导物共同控制;b.酶合成调节的对象是诱导酶;调节的结果是使细胞内酶 的种类增多;c.酶合成调节的机制(本质)——原核生物基因表达的调控,如大肠杆菌乳糖操纵子学说;d. 酶合成调节的意义:既保证代谢需要,又避免细胞内物质和能量浪费,增强适应性。 ②酶活性的调节 a.酶活性调节的对象是酶(组成酶和诱导酶)的催化能力,调节的结果是酶量发生变化; b.酶活性调节的机制——通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节;c.酶活性调节的特点:快速、精 确;d.酶活性调节的意义:避免代谢产物积累过多。 ③两种调节方式的区别与联系 区别:a.从调节对象看:酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率,而酶活性的调节是对已存在的酶 活性进行控制,它不涉及酶量变化;b.从调节效果看:酶活性调节直接而迅速,酶合成调节间接而缓慢;c. 从调节机制看:酶合成调节是基因水平调节,它调节控制酶合成;酶活性调节是代谢调节,它调节酶活性。 联系:细胞内两种方式同时存在,密切配合,高效、准确控制代谢的正常进行。 5.微生物代谢的人工控制: 高中生物教案 第 46 页 【共 51 页】 (1)首先指出人工控制微生物代谢的目的——最大限度积累对人类有用的代谢产物。 (2)以黄色短杆菌生产赖氨酸,谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸为例,说明人工控制微生物代谢的方法。 ①人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸。 a.学习黄色短杆茵合成赖氨酸的途径及代谢调节过程; b.由苏氨酸、 赖氨酸共同积累过量会抑制天冬氨酸激酶的活性, 而赖氨酸单独过量不会出现抑制的代谢特 点引导学生逐步推理,最后落脚点是:通过诱变育种选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种作为工业微生物,达 到大量生产赖氨酸的目的。 ②人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。a.复习谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径及调节方式 b.由谷氨 酸积累过量会抑制谷氨酸脱氢酶活性的特点, 引导学生推理: 如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶活 性?(细胞内谷氨酸浓度下降)如何使细胞内谷氨酸浓度下降?(将细胞内谷氨酸透出细胞)如何使谷氨酸通 过细胞膜由细胞内到达细胞外?(改变细胞膜透性),由此可大量生产谷氨酸。 (3)总结人工控制微生物代谢的措施 6.结合教材相关内容,阅读归纳发酵概念和种类。 第五章 微生物与发酵工程 第三节 发酵工程简介 知识方面(1)发酵工程的概念(知道)(2)发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、 。 知识方面 发酵过程和产品的分离、 提纯等相关内容 (知道) 。 (3)有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容(知 道) 。 教学重点:发酵工程的概念和内容 教学重点 教学难点:在发酵过程中,如何保证菌种生长和代谢的正常进行 教学难点 一、设疑引出新课题 前面我们学习了有关微生物的代谢的内容, 我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化 学反应。在微生物的代谢过程中,会产生多种多样的代谢产物,如氨基酸、维生素、抗生素等。而且,这些代 谢产物又是我们人类所需要的。 那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢?这就是我们今天 所要讨论的“发酵工程”。 二、进行新课 (一)介绍谷氨酸发酵的生产实例 教师活动:出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片,指导学生观察并作适当讲解。 讨论后教师小结如下: 从投影片我们可以看出, 谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物 质来合成谷氨酸。下面我们就来看看在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。 提出问题: 谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了, 是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵 生产呢?我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢? 教师活动:以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。 高中生物教案 第 47 页 【共 51 页】 讨论后教师小结: 只有选择细胞膜通透较强, 在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获 得大量的谷氨酸。 提出问题:有了菌种用什么样的培养基去培养呢? 教师活动:通过复习有关培养基的知识,使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、 无机盐和生长因子等营养需求。教师活动:出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格并指导学生观察、思考。 通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类,进 而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。 提出问题:这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基? 通过讨论得出结论:从物理性质上看是液体培养基,从化学成分上看是天然培养基。 提出问题并组织学生讨论: 在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物质的液体培养基, 这在发酵生产 中有什么好处呢? 引导学生通过讨论得出以下结论: (1)液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用,还能为菌体提供更大的生存空间。同时, 也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物的提取。 (2)采用天然物质作营养物质既能满足菌体的营养需求,又能降低生产成本,还能减少对环境的污染。 提出问题: 有了菌种和合适的培养基, 那发酵的主体设备又该是什么样的呢?教师活动: 出示发酵罐的示意图, 并对发酵罐的组成结构进行简单介绍。 通过介绍使学生了解发酵的主体设备由发酵罐及其控制部分构成。 提出 问题:设备中的这些控制部分在生产过程中有什么用呢? 教师启发讲解使学生了解:在发酵过程中,发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会变化,从而影响微生物的生 长。因此,必须有相应的控制结构来保持发酵条件的稳定。 提出问题并指导学生阅读教材中有关内容:在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的? 师生共同总结出大致过程 在以上总结的基础上使学生了解发酵工程的概念, 即采用现代工程技术手段, 利用微生物的某些特定功能, 为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。 (二)深入讨论发酵工程的相关内容 通过刚才的谷氨酸发酵的实例我们不难看出,发酵工程主要包括了菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩 大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等内容,对于发酵工程的这些内容我们应该注意些什么呢? 1.菌种的选育:发酵工程是利用微生物为人类生产有用产品,因此要想通过发酵工程获得在种类、产量 和质量等方面符合人们要求的产品,最重要的是要有优良的菌种。 提出问题:人们怎样才能得到优良的菌种呢? 教师活动:启发学生以基因突变、基因工程、细胞工程的有关内容为依托就所提出的问题进行讨论。 通过讨论得出结论:如果生产的是微生物直接合成的产物,如青霉素、谷氨酸等,则可以从自然界中先分 高中生物教案 第 48 页 【共 51 页】 离出相应的菌种,再用物理或化学的方法使菌种产生突变,从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。如 果生产的是一般微生物不能合成的产品,则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造, 以构建工程细胞或工程菌,从而达到生产相应产品的目的。 例如:可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结合,形成重组 DNA,再把重组 DNA 导入大肠杆 菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。 2.培养基的配制:要进行发酵生产,有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。在配制培养基时 应该注意哪些事情呢?教师活动: 组织学生用以前学过的有关培养基的知识就所提问题进行讨论。 通过讨论引 导学生从以下几方面去理解: (1)根据不同的菌种,应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长 因子、水、无机盐等方面的营养要求,并为微生物提供适宜的 pH。 (2)培养基的营养要协调,以利于产物的合成。 (3)培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本,以得到更高的经济效益。 例如:发酵生产常采用天然成分的液体培养基。而且,经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及 乙醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。 3.灭菌:发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种,整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢? 教师活动:组织学生讨论,通过讨论使学生认识到:在发酵过程中如混入其他微生物,将与菌种形成竞争 关系,对发酵过程造成不良影响。 例如:如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌,则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。 如果在青霉素生产过程中污染了杂菌,这些杂菌则会分泌青霉素酶,将合成的青霉素分解掉。 提出问题:那如何防止杂菌的污染呢? 通过讨论得出结论:要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。 提出问题:怎样才算灭菌彻底呢? 通过讨论得出结论:用高温、高压的方式,杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。 4.扩大培养和接种: 工业发酵要想在较短的时间内得到大量的发酵产物, 这无疑需要大量的菌体。 如何得到发酵生产所需要的 大量菌体来缩短生产周期呢?这就需要经过多次的扩大培养。 提出问题:如何对菌种进行扩大培养呢? 教师活动:出示细菌的生长曲线示意图,并依托曲线就所提问题组织学生讨论。 通过讨论得出结论:扩大培养是将培养到对数期的菌体分开,分头进行培养,以促使菌体数量快速增加, 能在短时间里得到大量的菌体。 提出问题:扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢? 通过讨论得出结论: 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖, 而发酵过程中的培养是为了获得代谢产 高中生物教案 第 49 页 【共 51 页】 物, 目的不同采用的培养条件就有可能不同。 例如: 在酒精发酵过程中, 扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖, 因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。 提出问题并组织学生讨论: 有了用于生产的充足的菌体, 在接种时要注意什么事项呢?通过讨论得出结论: 接种过程中要注意防止杂菌污染。 5.发酵过程:将菌体接种到装有培养液的发酵罐中,是不是发酵生产就能顺利地进行呢?不是的!还需 要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制。这又是为什么呢? 通过教师启发和学生讨论了解:发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此,要在发酵过程中随时取样 检测培养液中细菌数目、 产物浓度以了解发酵进程, 及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间, 以得到更多的发酵产物。同时,还应对发酵条件进行严格控制。提出问题:哪些条件能影响菌体的发酵呢? 教师活动:让学生依据以前所学知识就所提问题展开讨论,并引导学生通过讨论得出结论:发酵生产中温 度、pH、溶氧量等对发酵过程有重大影响。 提出问题:发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢? 教师活动: 出示影响谷氨酸代谢途径的因素表格, 指导学生观察、 分析, 并组织学生就所提问题进行讨论。 通过讨论使学生认识到:发酵过程中氧的溶量、pH、磷酸盐等都能影响谷氨酸代谢途径,从而影响代谢产物的 合成。同时,随着代谢的进行,产热的增加、某营养物质的消耗,以及某些酸性和碱性物质的产生,会使温度、 pH 等发生变化,这些都会对微生物的生长造成不利影响。因此,需要对发酵过程的中温度、pH、溶氧量等发 酵条件进行严格的控制,以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类的方向进行。 6.分离、提纯:提导学生阅读课本中相关内容,再通过讨论使学生了解:发酵产物不同分离提纯的方法 会有所不同,并总结出产物分离、提纯的一般方法。 第二课时 一、课前准备 1.组织学生以“发酵工程的过去、现在与未来”为主题展开调查活动,收集有关发酵工程发展过程的资 料, 了解当今世界及本地区发酵工程的现状和发酵工程的最新进展。 了解发酵工业在世界及本地区的经济中的 重要地位,展望发酵工业的未来前景。2.组织学生以“我与发酵工程”为主题展开调查活动,收集与人们生 活密切相关的发酵工程产品的相关资料。 发酵工程的应用:复习发酵工程的相关内容以及发酵产品的种类并引出课题。 组织学生以“发酵工程的过去、现在与未来”为主题展开讨论和信息交流。通过讨论使学生了解:发酵工 程从 20 世纪 40 年代初逐渐兴起, 年代开始将代谢控制发酵技术和诱变育种技术应用于发酵工程。 年代, 50 70 由于基因工程、细胞工程等生物工程技术的利用,使发酵工程进入了定向育种的新阶段,80 年代以后由于以 计算机技术为代表的高科技手段应用于发酵工程,使发酵工程得以迅猛发展。在医药工业、食品工业、农业、 冶金业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用,逐渐形成了规模庞大的发酵工业。现在,发达国家发酵工业 的总产值已占到国民生产总值的 5%左右。 组织学生以“我与发酵工程”为主题展开讨论并相互交流。 高中生物教案 第 50 页 【共 51 页】 二、进行新课 通过讨论使学生感受到发酵工程与人们的生活密切相关。并总结出发酵工程在以下几个方面的重要作用: (一)在医药方面:1.发酵工程能生产人们所需的药品。例如:通过青霉发酵能生产青霉素。2.通过发酵工 程能生产基因药品。 例如: 将合成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”, 再通过培养“工 程菌”即可获得人的胰岛素。 (二) 在食品工业方面: 发酵工程能为人们提供丰富优质的传统发酵产品。 生产呻酒, 1. 如: 果酒等。 发 2. 酵工程能生产各种食品添加剂:酸味剂:柠檬酸、乳酸等。鲜味剂:谷氨酸等。色 素:β-胡萝卜素等。甜 味剂:高果糖浆等。3.发酵工程能为解决人类粮食短缺问题开辟新途径。例如:通过发酵可获得大量的微生 物菌体——单细胞蛋白。20 世纪 80 年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x10 t,广泛用于食品加工和 饲料中。 重点提示 1.关于谷氨酸发酵的部分,应注意引导学生用以前学过的有关微生物培养基的配制原则等知识,对谷氨 酸发酵所用培养基的成分进行剖析,以培养学生理论联系实际的科学态度。2.在关于菌种选育的教学过程 教学过程中, 教学过程 要注意通过实例重点 重点介绍基因工程在菌种选育上的作用, 为后面介绍发酵工程在生产基因工程产品方面的应用 重点 作好铺垫,也为下一章有关生物工程间的相互联系的教学打好基础。3.发酵过程中发酵条件的控制,应注意 从影响谷氨酸代谢途径的因素进行分析使学生理解发酵条件控制的重要性。 有条件的学校还可以针对发酵过程 中有哪些因素可以使温度、pH 等发酵条件发生改变展开讨论。4.发酵工程的应用,可事先准备些实物、药品、 标本等以供学生讨论时展示,可把一些学生不易查到的资料提前印发给学生以便于学生阅读学习。 7 高中生物教案 第 51 页 【共 51 页】
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