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第3章 基因的本质
第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 教案
★教学目标
【生命观念】举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。
【科学思维】1.运用数学方法说明DNA的多样性和特异性；2.说明基因与DNA的关系。
★教学重点难点
【教学重点】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。
【教学难点】脱氧核苷酸序列与遗传信息多样性的关系。
★教学过程
【新课导入】
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，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速率加快。
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。
讨论：
1.为什么转基因鲤鱼的生长速率更快？
提示：因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA上，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。
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？
提示：导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
提问：基因和DNA的关系呢？
【新课讲授】
思考讨论：分析基因与DNA的关系
一、说明基因与DNA关系的实例
实例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分子上分布了大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
结论：所有基因的碱基对总数实例3：人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上DNA的碱基序列。每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约含有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。
说明：一个DNA上含有多个基因，基因是DNA的片段，DNA中存在非基因片段。
实例2：生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(如图)，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。
结论：基因能控制生物性状，基因有遗传效应。它可以独立起作用。
资料1：资料3 大肠杆菌、人的全部基因的碱基总数只是全部DNA分子碱基总数的一部分 基因是DNA的片段；
资料2 转入绿色荧光蛋白基因的小鼠发出绿色荧光 基因具有遗传效应。
所以，基因通常是具有遗传效应的DNA片段。
【思考·讨论】
1.生物体内的DNA分子数目与基因的数目相同吗？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？
生物体内的DNA分子数目小于基因数目，生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA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。
2.你如何理解基因具有遗传效应？本节“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是什么？
基因能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是使鲤鱼的生长速率加快。
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。
基因是有遗传效应的DNA片段。
二、DNA片段中的遗传信息
提出问题：DNA只含有4种脱氧核苷酸（分别含A、T、G、C 4种碱基）为什么能够储存大量的遗传信息？
资料1：碱基对的排列顺序
1个DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的，从头至尾没有变化，而骨架内侧4种碱基的排列顺序却是可变的。
计算公式：可能组合的基因种类=4n（n为碱基对数）；结论：DNA分子具有多样性。
资料2：脱氧核苷酸序列
资料1的推算是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一假设上的。事实上，大部分随机排列的脱氧核苷酸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多次（碱基的特定排序）。
结论：DNA分子具有特异性。
【思考·讨论】
1.如果是100个碱基对组成1个基因，可能组合成多少个基因？4100个。
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，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。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。
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。
4.你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？为什么？
不是。基因的碱基序列都有特定的排列顺序。
1.DNA分子的特性
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
DNA的多样性：碱基排列顺序的千变万化。
DNA的特异性：碱基特定的排列顺序。
DNA的稳定性：DNA分子的结构特点决定。
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。有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒（艾滋病病毒）、流感病毒等。对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
注意：DNA分子中含有没有遗传效应的片段，这些没有遗传效应的片段不叫基因。
2.基因的功能
（1）储存遗传信息
基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息。
（2）传递遗传信息
通过复制把遗传信息传递给下一代。
（3）表达遗传信息
使遗传信息以一定的方式（转录和翻译）反映到蛋白质分子结构上，从而使后代表现出与亲代相似的性状。
基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位
三、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系
尝试对以下概念的联系进行描述：
染色体、基因、碱基、DNA、脱氧核苷酸
PPT展示：
【课堂作业】
1.下列有关基因的说法不正确的是（ A ）
A．病毒中没有基因 B．基因是有遗传效应的DNA或RNA片段
C．基因以一定的次序排列在染色体上 D．基因是控制生物性状的遗传物质的基本单位
2.下列关于基因的叙述，正确的是（　C　）
A．DNA分子上任意一个片段都是基因
B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体
C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D．基因的多样性决定了DNA分子的多样性
3.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，正确的是（　B　）
A.一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的比例决定的
B.基因通常是具有遗传效应的DNA片段，不是4种碱基对的随机排列
C.在DNA分子结构中，脱氧核苷酸的排列构成了DNA分子的基本骨架
D.染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有2个DNA分子
参考答案:ACB

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