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第4节
基因通常是有遗传
效应的DNA片段
第3章 基因的本质
必修二
说明基因与DNA关系的实例
1
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
目录
习题检测
3
一、学习目标
二、重难点
1.举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段
2.运用数学方法说明DNA的多样性和特异性。
3.说明基因与DNA 的关系。
1.基因通常是有遗传效应的DNA片段。
2.DNA的多样性和特异性。
3.脱氧核苷酸序列与遗传信息多样性的关系。
说明基因与DNA关系的实例
1
问题探讨
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速度加快。
据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA中，并发挥了促进生长激素合成的功能，而生长激素可使鲤鱼的生长速率加快。
1.为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？
问题探讨
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速度加快。
据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
2.导入的外源基因是1个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
说明基因与DNA关系的实例
1
1.大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4. 7×106个碱基对，在DNA分子上分布着大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
说明基因与DNA关系的实例
1
（1）生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗？生物体内所有基因的
碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗？如果不同，说明了什么？
说明一个DNA分子上含有多个基因
基因的碱基对总数＜DNA分子的碱基对总数
生物体内的DNA分子数＜基因数目
说明基因是DNA的片段
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
说明基因与DNA关系的实例
1
2.生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。
说明基因与DNA关系的实例
1
（2）你如何理解基因具有遗传效应？
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质的结构单位。如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。
（3）本节“问题探讨”中提到的生长素基因的遗传效应是什么？
生长素基因的遗传效应是使鲤鱼的生长速率加快。
说明基因与DNA关系的实例
1
3.人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
结论：构成基因的碱基数 < 碱基总数
这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
说明基因与DNA关系的实例
1
（3）请从DNA水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系，
又能体现基因的作用。
即基因通常是有遗传效应的DNA片段。
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因1
基因2
非基因片段
一个DNA分子上有许多个基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。
遗传效应
指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。
DNA片段
基因1 基因2 基因3
放大
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
编码区：能转录相应的mRNA，进一步编码（翻译）出蛋白质的DNA区段。
非编码区：不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
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1.原核生物的基因结构
启动子
终止子
编码区
非编码区
非编码区
编码区上游
编码区下游
连续的、不间隔的
RNA聚合酶识别并结合的位点，
驱动基因转录出mRNA。
启动子
本质：
位置：
作用：
是一段有特殊序列结构的DNA片段
位于基因上游
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
连续的、不间隔的
终止转录。
终止子
本质：
位置：
作用：
也是一段有特殊序列结构的DNA片段
位于基因下游
1.原核生物的基因结构
2.真核生物的基因结构
启动子
终止子
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
间隔的、不连续的
内含子
外显子
外显子
内含子
能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列。
能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
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非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
转录
初级RNA
成熟mRNA
剪切、拼接
2.真核生物的基因结构
原核生物 真核生物
不同点 编码区是 的 编码区是间隔的、 的
相同点 都有能够编码蛋白质的 和 具有调控作用的 区组成的 连续
不连续
编码区
非编码
非编码序列
=非编码区
原核基因
非编码序列
真核基因
=非编码区+内含子
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
有些病毒的遗传物质是RNA，
如HIV病毒（艾滋病病毒）、SARS-CoV-2病毒(新冠病毒）等。
对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
基因通常是有遗传效应的DNA片段，是生物体遗传的功能单位和结构单位。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
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T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
外侧：基本骨架，由脱氧核糖和
磷酸交替连接（固定不变）
内侧：4种碱基对的排列（可变）
回忆DNA分子结构
哪部分可以代表遗传信息？
遗传信息就蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
遗传信息：DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
资料1： 如果1个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成4种基因（这仅仅是假设）；如果2个碱基对组成1个基因，则可能形成16（即4×4）种基因；如果3个碱基对组成1个基因，则可能形成64（即4×4×4）种基因。
计算公式：
可能组合的基因种类=4n
（n为碱基对数）
基 因
1个碱基对
2个碱基对
4×4（42）
3个碱基对
4×4×4（43）
100个碱基对
4100
……
n个碱基对
4n
排列种数
41
……
碱基排列顺序的千变万化，
构成了DNA的多样性。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
资料2： 前面数学模型模拟探究是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一假设下的。事实上，大部分随机排列的碱基序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列却会在生物体内重复数千甚至数百万次。
在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的。
具有特定的遗传效应
4.你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？
每个基因都是特定的DNA片段
具有特定的碱基排列顺序
碱基特定的排列顺序，
构成了DNA的特异性。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
2.怎样理解DNA的多样性和特异性？你能从DNA的结构特点分析生物体
具有多样性和特异性的原因吗？
碱基排列顺序的千变万化
DNA分子的多样性
碱基特定的排列顺序
每个DNA分子的特异性
生物体的多样性
生物体的特异性
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
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3.在刑侦领域，DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份。结合脱氧核苷酸序列
的多样性和特异性，你能分析这一方法的科学依据吗？
在人类的DNA中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
每个DNA有自己特定的碱基排列顺序
DNA分子的特异性
DNA指纹技术
1.高度的特异性；
2.体细胞稳定性：
即同一个人的不同组织如血液、肌肉、毛发、精液等产生的DNA指纹图形完全一致。
染色体
DNA是主要的 。
蛋白质
DNA
基因
脱氧核苷酸
每个DNA分子含有 个基因
基因是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因是 的基本单位
染色体是DNA的 。
（DNA的载体还有 和 等）
每条染色体含有 个DNA分子
每个基因含有 个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。
主要载体
线粒体
叶绿体
1个或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
决定生物性状
成千上万
排列顺序
基因通常是有遗传效应的DNA片段
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1.(2024·广州模拟)下列有关基因、DNA、染色体的说法，
错误的是( 　 )
A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性
B.随着细胞质基因的发现，
基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体
C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同
D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子
C
习题巩固
2.(2024·抚顺二模)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列，在侵染大肠杆菌后，其DNA会自连环化，如图所示。下列关于λ噬菌体DNA的说法，错误的是(　 )
A.DNA自连环化前后，嘌呤碱基所占的比例保持不变
B.DNA自连环化时，需要DNA聚合酶将单链片段两端连接
C.DNA自连环化时，单链片段不会脱去游离的磷酸基团
D.该线性DNA分子两端能够相连的
主要原因是单链序列的碱基能够互补配对
DNA连接酶
B
习题巩固
习题检测
3
习题检测
1.科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分，因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是 （ ）
A.农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制
B.农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列
C.农杆菌和番薯的基因都是有遗传效应的DNA片段
D.农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了番薯细胞
B
习题检测
2. 整理总结染色体、DNA和基因三者之间的关系，并以你认为最简明的
形式表示出来。
（1）如下图所示：
（2）文字：基因是染色体上具有遗传效应的DNA片段。
习题检测
3.在严查偷猎野生动物的行动中，执法部门发现某餐馆出售的一种烤肉比较可疑，餐馆工作人员说是“山羊肉”，经实验室检验，执法部门确定这种“山羊肉”来自国家二级保护动物斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法？为什么？
最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的DNA具有特异性，只有将“山羊”的DNA与斑羚的DNA进行比对，才能确定这种“山羊肉”是否来自国家二级保护动物斑羚。
习题检测
4.我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请你从生物学的角度评
述人脸识别技术的可行性。
人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性。
习题检测
1.本章介绍的艾弗里的实验、赫尔希和蔡斯的实验都证明DNA是遗传物质，这两个实验在设计思路上的共同点是 ( )
A.重组DNA片段，研究其表型效应
B.去掉DNA片段，研究其表型效应
C.设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应
D.应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递
C
习题检测
2.在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述，正确的是 ( )
A.氨基酸原料和酶来自细菌
B.氨基酸原料和酶来自噬菌体
C.氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体
D.氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌
A
习题检测
3.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)同属于RNA病毒，都可以使烟草患病。将TMV的RNA和HRV的蛋白质外壳混合后感染烟草叶片，使烟草患病，可能观察到的现象是 ( )
A.能检测到TMV的RNA和蛋白质
B.能检测到HRV的RNA和蛋白质
C.能检测倒TMV的RNA和HRV的蛋白质
D.能检测到HRV的RNA和TMV的蛋白质
A
习题检测
4.研究人员对数千种生物的DNA碱基序列进行测定发现，没有任何两个物种的DNA序列是 一样的。DNA具有多样性的主要原因是 ( )
A.DNA由4种碱基组成
B.DNA具有规则的双螺旋结构
C.DNA具有碱基互补配对的特点
D.DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序
D
习题检测
5.DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链（如图所示）。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近，这是为什么？
形成杂合双链区的部位越多，则DNA碱基序列的一致性越高，说明在生物进化过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近。
习题检测
6.科学家分析了多种生物DNA的碱基组成， 一部分实验数据如以下两表所示。据表回答下面的问题。
（1）不同生物的DNA中4种脱氧核苷酸的比例相同吗？
这说明DNA具有什么特点？
不同。这表明不同生物的DNA中脱氧核苷酸的组成不同，
说明DNA的碱基排列顺序具有多样性。
习题检测
（2）同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明DNA具有什么特点？为什么？不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致，这说明了什么？为什么？
同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明同种生物DNA的碱基组成具有一致性。这是因为同种生物不同器官的细胞中，DNA序列是相同的。
不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致，这说明不同生物DNA的碱基组成不同，表明了DNA的多样性。其原因是不同生物在漫长的进化过程中，形成了每种生物特有的DNA序列。
习题检测
（3）除少数病毒外，所有生物的DNA都由4 种相同的碱基组成，试从生命起源和进化的角度说明原因。
说明生物是由共同祖先进化而来的。
THANKS

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