以表观遗传为核心的高中生物教学设计和实践探索 .pdf

摘要：生物学是自然科学的一门重要学科，主要研究生命的奥秘和多样

性。在过去，遗传学一直是生物学教学中不可或缺的重要内容。然而，随着科

学的不断进步和技术的飞速发展，生物学不再局限于基因的遗传传递，还涉及

更为复杂的表观遗传层面。文章将以表观遗传为核心，探讨如何在中生物教

学中融入表观遗传内容，以及如何通过实践探索，使学生更深入地理解表观遗

传在细胞分化、环境适应和疾病发生等方面的重要作用。

关键词：表观遗传;中生物;教学设计

一、表观遗传的概述

（一）表观遗传的定义

表观遗传是指在细胞遗传物质DNA序列没有改变的情况下，通过化学修

饰和染色质结构变化等方式，调控基因的表达和遗传信息的传递。这些表观遗

传修饰可在细胞分裂过程中被遗传给后代细胞，从而影响基因表达状态和细胞

功能。表观遗传是一种基因调控机制，它超越了经典遗传学所关注的DNA序

列变异，进一步解释了细胞在发育和适应环境中的多样性和复杂性。

（二）表观遗传的基本原理

1.DNA甲基化：甲基化是一种通过在DNA分子上添加甲基基团来修饰

DNA分子的过程。这个过程通常发生在CpG位点，即胞嚅噬-胞嚅噬二核昔酸

的连接点上。DNA甲基化可以沉默基因，即阻止其被转录为RNA进而影响蛋

白质合成。不同细胞类型和发育阶段的甲基化模式的变化，对细胞分化、发育

和疾病的过程至关重要。甲基化状态的改变可以在细胞内传递信息，决定细胞

走向不同的发育途径，从而影响整个生物体的表型特征。

2.染色质重塑：染色质是细胞核中的DNA和蛋白质的复合体，类似于线

团一样紧密缠绕在一起。染色质的结构紧密程度决定了基因的可及性，即是否

容易被转录为RNAo表观遗传调控通过改变染色质的结构来影响基因的表达。

例如，组蛋白修饰是一种在染色质上发生的化学修饰，可以开启或关闭某些基

因的表达。这些修饰可以在细胞内形成复杂的信号网络，协调基因的表达，以

适应不同的环境和细胞状态。

3.非编码RNA调控：非编码RNA（如miRNA和IncRNA）是一类不编

码蛋白质的RNA分子，它们在表观遗传调控中扮演重要角色。m旧NA可以与

靶向基因的mRNA相互作用，从而导致mRNA的降解或翻译抑制，进而影响

基因的表达。IncRNA可以在染色质水平上调控基因表达，参与细胞命运决定

和发育过程。这些非编码RNA分子在细胞内部形成复杂的调控网络，协调基

因的表达以适应不同的生物学需求。

（三）表观遗传与经典遗传的比较

1.遗传传递方式。经典遗传是基于基因座上的DNA序列变异的遗传方

式，这些变异包括点突变（单个核昔酸的改变）、插入、缺失等，可以在DNA

分子水平上直接影响基因的编码信息。遗传信息由父母传递给后代，遵循孟德

尔遗传定律的分离和组合规律。而表观遗传研究的是不涉及DNA序列变异的

遗传信息传递，它通过化学修饰（如甲基化）和染色质结构变化等方式，通过

细胞分裂时的表观遗传修饰复制来实现。这种方式调控基因表达，使细胞可以

在不改变DNA序列的情况下快速适应不同的环境和生物学状态。

2.遗传稳足性。经典遗传的变异在遗传进程中相对稳足，基因突变会持续

传递给后代，因为DNA序列的变异是相对稳定的，所以它在较长时间尺度上

影响物种的遗传特征，如物种的进化和适应性变化。而表观遗传修饰在细胞分

裂过程中可以遗传给后代细胞，但它也具有一定的可逆性，这意味着在细胞分

裂过程中，某些表观遗传修饰可能会被逆转或重新调节，从而为细胞提供更大

的灵活性，以适应不同的环境和发育需求。

3.环境响应。由于经典遗传是通过改变DNA序列来实现遗传信息传递

的，基因突变相对固定，使物种对环境变化的适应需要较长的时间尺度，这种

遗传方式更适合于长期环境变化的适应性进化。而表观遗传修饰可以更迅速地

响应环境变化，通过调整基因表达，生物体可以在短时间内适应不同的环境压

力，使细胞和个体能够更快速地适应新的生态条件。

（四）表观遗传的重要作用和应用领域

1.细胞分化和发育。表观遗传在细胞分化过程中发挥着重要作用，决定了

不同细胞类型的特异性基因表达模式。细胞分化是多细胞生物体发育的基础,

通过表观遗传调控，细胞可以在相同基因组的条件下实现功能多样性。

2.基因表达调控。表观遗传修饰调节基因的表达水平，影响细胞功能和生

物体的表型特征。通过表观遗传的调控，细胞