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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
1、通过分析材料案例，概括基因与DNA的关系，归纳基因通常是有遗传效应的DNA片段，理解基因与DNA的关系、生命的延续和发展，达成对生命观念、科学思维素养的提升。
2、通过应用数学方法理解DNA分子的多样性和特异性，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力。
3、归纳基因与遗传信息的关系，形成结构与功能相适应的观念。
一、学习目标
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。
特点：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。
讨论：1、为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？
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？
转基因鲤鱼（右）
【答案】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。
【答案】导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
转基因的应用场景
为什么外源基因必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用？科学家已证明DNA是遗传物质，那么，基因与DNA之间是什么关系呢？
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料1]大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子(图A),
长度约为4.7×10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。
图A 正分裂的大肠杆菌，细胞内的DNA被染成红色
一个DNA上含有多个基因。说明基因是一段DNA。
基因的碱基对总数 DNA分子的碱基对总数
分析讨论1
<
<
DNA分子数目 基因数目
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料2]生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(图B)，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(图C)。
图C 正常光线（左）和紫外线照射下（右）的4只小鼠，其中3号小鼠为对照，1、2、4号小鼠转入了绿色荧光蛋白基因
图B 发出绿色荧光的水母
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料2]
水母这一荧光性状为什么能在小鼠身上表现？
分析讨论2
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，所以基因是遗传物质的结构单位。
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料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%。
分析讨论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。
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。
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因
基因
非基因片段
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
一、说明基因与DNA关系的实例
结论：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。
基因是有遗传效应的DNA片段
遗传效应：
指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。
一、说明基因与DNA关系的实例
B
跟踪训练一
下列关于DNA和基因相互关系的叙述,不正确的是( )
A. 基因通常是具有遗传效应的DNA片段
B. 基因在DNA上,DNA上所有序列都属于基因
C. 生物体的DNA分子数目小于基因数目
D. 基因并不是碱基对随机排列成的DNA片段
二、DNA片段中的遗传信息
1个DNA分子上有许多个基因
每一个基因都是特定的DNA片段
具有特定的遗传效应
说明：DNA蕴含大量的遗传信息
DNA只含有4种脱氧核苷酸（分别含A、T、G、C4种碱基）
为什么能够储存大量的遗传信息？
A
T
C
A
T
T
G
A
T
C
G
A
A
T
G
G
C
C
G
G
含有n个碱基对的DNA分子共有多少种排列方式？
4
n
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核酸序列与遗传信息的多样性
[资料1] 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。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。
结论：DNA分子具有多样性
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核酸序列与遗传信息的多样性
[资料2] 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许多次（碱基的特定排序）。
结论：DNA分子具有特异性
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核酸序列与遗传信息的多样性
[讨论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？
4.你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？为什么？
在人类的DNA分子中，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：
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的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
二、DNA片段中的遗传信息
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。
基因通常是有遗传效应的DNA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。
烟草花叶病毒
流感病毒
二、DNA片段中的遗传信息
从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是（　　）
A．碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性
B．碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性
C．某DNA分子含2000个碱基，其碱基对可能的排列方式有4 1000 种
D．人体内控制β珠蛋白的基因由n个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有4 n 种
D
跟踪训练二
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA
的主要载体
基因通常是有遗传
效应的DNA片断
每个DNA分子
上有许多基因
基因中的脱氧核
苷酸排列顺序代表
着遗传信息
每个基因由许多脱氧核苷酸组成
DNA是主要的
遗传物质
每条染色体上有一个或2个DNA分子
三、课堂小结
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
四、课堂练习
2、下列关于基因和DNA的叙述，正确的是（ ）
A. 海蜇的绿色荧光蛋白基因不能在小鼠体细胞内稳定表达
B. 人类基因组计划需测定23条染色体上所有基因的碱基排列顺序
C. 含有100对碱基(腺嘌呤占10%)的DNA分子最多有4100种
D. 生物体多样性和特异性的物质基础是DNA分子的多样性和特异性
D
四、课堂练习
四、课堂练习
3、不同基因携带不同的遗传信息的原因是（ ）
A. 不同基因的碱基种类不同
B. 碱基对的排列顺序决定基因的不同
C. 磷酸和核糖排列顺序决定了基因的不同
D. 碱基配对方式的不同决定了基因的不同
B
4、下图中1、2、3表示哺乳动物一条染色体上相邻的三个基因，4、5为基因间的间隔序列。相关叙述错误的是（ ）
A. 基因1、2、3有可能在同一个细胞内都表达
B. 基因1和基因3都位于染色体上且间隔远，遵循基因自由组合定律
C. 图中片段4、5的基本组成单位是脱氧核苷酸
D. 三个基因独立存在，不会相互融合，但功能上可以共同控制某一性状
B
四、课堂练习
5、下图为细胞内遗传物质的相关示意图，己知B中没有碳元素，请据图回答下列问题。
（1）D的中文名称是________________。F彻底水解，理论上能获得________种产物。
（2）在D构成的单链中，与1分子A相连接的有________分子的B和________分子的C。
（3）下列关于细胞内物质的叙述不正确的是（不限选项）________。
A．基因是DNA片段，DNA片段是基因
B．DNA是遗传物质，遗传物质是DNA
C．染色体是基因的载体，基因的载体是染色体
脱氧核苷酸
6
1或2
1
AC
四、课堂练习
谢谢！
谢 谢

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