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第三章 基因的本质
第 4节 基因通常是具有遗传效应的DNA片段
目标
01
02
03
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。
（科学思维、科学探究）
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。（生命观念、科学思维）
学习目标
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。
（生命观念、科学思维）
2024/4/17
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？
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？
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。
转基因鲤鱼（右）
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
1865
1952
1909
1910
1944
孟德尔
提出遗传因子概念，认为遗传因子决定生物性状。
摩尔根
通过实验证明基因位于染色体上，且呈线性排列。
赫尔希和蔡斯
揭示了DNA是噬菌体的遗传物质。
艾弗里
证明DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
约翰逊
提出用基因来代替遗传因子，但没有给基因的定义。
20世纪中叶
科学家
染色体主要是由两种物质组成——DNA和蛋白质
1928
格里菲斯
通过实验证明存在转化因子使R型活细菌转化为S型细菌。
1953
沃森和克里克
揭示DNA的双螺旋结构，遗传学跨入分子遗传学时代。
基因追寻记
基因追寻记
必修二：
必修一：
短硬毛
棒状眼
深红眼
朱红眼
截翅
红宝石眼
白眼
一条染色体上应该有许多个基因；基因在染色体上呈线性排列。
DNA是染色体的组成成分,染色体是DNA的主要载体。
基因 = DNA
一、说明基因与DNA的关系的实例
【思考讨论】
基因与DNA究竟是什么关系 下面的资料会给你许多启示，请阅读和讨论，并思考回答问题：
1.生物体内的DNA分子数目与基因数目相同么？生物体内所有基因的碱基总数与DNA的碱基总数相同么？如果不同，说明了什么？
2.根据资料1、资料2、资料3说明了什么？
3.根据资料1、资料2、资料3：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。
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
思考.讨论
【资料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；上面有4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
①一个DNA上含有多个基因
②基因是DNA的片段，DNA中存在非基因片段。
分析：①大肠杆菌体内的DNA分子数目 基因数目。
②所有基因的碱基总数 DNA的碱基总数。
结论
＜
＜
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
【资料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%。
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
思考.讨论
①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
②DNA中存在大量的非基因片段。
结论
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。
那什么样的DNA片段是基因呢？
【资料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。
基因可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上， 说明：
基因具有一定独立性。
基因具有遗传效应，它可以独立起作用。
小鼠发绿色荧光与植入小鼠体内的绿色荧光基因有关，说明：
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
思考.讨论
基因具有遗传效应。
结论
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
思考.讨论
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。
①DNA分子数目小于基因数目
②所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
思考.讨论
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
①如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。
② “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____________的__________。
基因的作用 与DNA的关系
有遗传效应
DNA片段
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
问题探讨、资料2
转基因生物的特有性状与导入基因有关，且导入基因有一定的独立性。
基因具有遗传效应
基因是具有遗传效应的DNA片段
基因能控制生物性状
一、说明基因与DNA关系的实例
DNA是如何携带遗传信息的
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，这说明DNA必然蕴含了大量的遗传信息。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呢
美妙旋律
词汇句子
无数个电话号码
7种音符
26个英文字母
10个数字
请阅读P58-59“分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性”讨论：
1.如果是100个碱基对组成1个基因,可能组合成多少种基因
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
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
二、DNA片段中的遗传信息
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
资料1：回忆DNA分子结构
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.讨论
外侧：
内侧：
基本骨架，由磷酸和脱氧核糖
交替连接
（顺序固定不变）
4种碱基对的排列
（顺序可变）
哪部分可以代表遗传信息？
遗传信息：DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。
A
T
A
T
C
G
G
C
G
资料一：
若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式
4种
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.讨论
A
T
A
T
A
T
C
G
G
G
C
C
G
G
4种
16种
资料一：
若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式
若2个碱基对组成1个基因有_____排列方式
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.讨论
A
T
A
T
G
A
T
C
A
T
C
G
G
G
C
C
G
G
资料一：
若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式
若2个碱基对组成1个基因有_____排列方式
若3个碱基对组成1个基因有_____排列方式
若4个碱基对组成1个基因有_____排列方式
若n个碱基对组成1个基因有_____排列方式
4种
16种
64种
4n种
256种
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.讨论
碱基排列顺序千变万化
DNA的多样性
结论
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.讨论
在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的。
每个基因都是特定的DNA片段，具有特定的碱基排列顺序，具有特定的遗传效应。
碱基特定的排列顺序，构成了DNA的特异性
这说明了什么
结论
DNA的特异性
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。
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.讨论
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。
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考.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
在人类的DNA中，脱氧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.遗传信息的概念：
遗传信息蕴藏在____________________之中。
4种碱基的排列顺序
2.DNA分子的多样性和特异性：
DNA的多样性
DNA的特异性
碱基排列顺序千变万化
碱基特定的排列顺序
DNA的多样性和特异性是_________________________的物质基础。
生物体多样性和特异性
3.基因的概念：
基因通常是有遗传效应的特定的DNA片段。
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(艾兹病病毒)、流感病毒等。对这类病毒而言，基因是什么呢？
三、说明基因与RNA关系的实例
在RNA病毒中,基因就是有遗传效应的RNA片段。
RNA
大多数生物以DNA作为遗传物质，其基因是有遗传效应的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，试推测这些病毒的基因的本质。
对于RNA病毒而言，其基因就是有遗传效应的RNA片段
RNA病毒
基因通常是有遗传效应的DNA片段
辩证思维：
完善概念:
构建基因的概念
是生物体遗传的功能单位和结构单位。
四、脱氧核苷酸、基因DNA、染色体之间的关系
回忆、思考所学知识,讨论总结脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体之间的关系,并画出概念图。
1.它们的数量关系如何
2.分别用一句话归纳两两之间的关系
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
①一条染色体含有_______个DNA分子
②染色体是DNA的_________。
1个或2
主要载体
①每个DNA分子上含有____个基因
②基因通常是有__________的DNA片段
多
遗传效应
②基因中____________________代表遗传信息
脱氧核苷酸的排列顺序
线性排列于
①每个基因中含有许多脱氧核苷酸
四、脱氧核苷酸、基因DNA、染色体之间的关系
控制生物性状的结构功能单位
是主要的遗传物质
基因与DNA的关系
DNA片段中的遗传信息
基因通常是有遗传效应的DNA片段
遗传信息概念:
DNA的特异性：
DNA的多样性:
脱氧核苷酸、基因DNA、染色体之间的关系
基因的概念
基因通常是有遗传效应的DNA片段
4种碱基的排列顺序之中
碱基排列顺序的千变万化
碱基特定的排列顺序
生物体多样性和特异性的物质基础
基因是有遗传效应的DNA片段
基因是有遗传效应的RNA片段(少数)
小结
课后习题·概念检测
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
课后习题·概念检测
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。
如下图所示：
染色体
DNA
基因
课后习题·拓展应用
1.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？
提示
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。
课后习题·拓展应用
2.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。
提示
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

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