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第3章 基因的本质
自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”这个假设能成立吗？
第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
目标
01
02
03
举例说明基因是有遗传效应的DNA片段。
利用数学方法说明DNA的多样性和特异性。
说明基因和DNA的关系。
教学目标
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵，培育出转基因鲤鱼，与对照组相比，生长速度加快。
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。
1、为什么转基因鲤鱼生长速率更快？
因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA上，并发挥了合成生长激素的作用，而生长激素可使鲤鱼的生长速率加快。
转基因鲤鱼(右)
讨论：
问题探讨
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵，培育出转基因鲤鱼，与对照组相比，生长速度加快。
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？
转基因鲤鱼(右)
讨论：
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
问题探讨
基因追寻记
1865年，孟德尔，提出了：
。
1909年，约翰逊：将“遗传因子”命名为： 。
1910年，摩尔根证实了：
。
20世纪中叶：染色体主要是由两种物质组成的： 。
1944，艾弗里等；1952年，赫尔希及蔡斯：实验证明了：
。
1953年：沃森、克里克提出了DNA
。
遗传因子
基因
基因在染色体上
DNA和蛋白质
DNA是遗传物质
双螺旋结构模型
果蝇X染色体上的一些基因
DNA是染色体的组成成分,
一条染色体上有许多个基因
基因在染色体上呈线性排列
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？科学家已经证明DNA是遗传物质，那么，基因与DNA之间是什么关系呢？
染色体是DNA的主要载体。
DNA与染色体的关系
基因和染色体的关系？
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，
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。
基因数目 DNA分子数目
基因的碱基对总数 DNA分子的碱基对总数
＞
＜
说明：基因是DNA的片段， DNA中存在非基因片段。
分析:
思考·讨论
分析基因与DNA的关系
正在分裂的大肠杆菌，
细胞内的DNA被染成红色
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
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%。
说明：基因是DNA的片段， DNA中存在非基因片段。
分析:
基因的碱基对总数 DNA分子的碱基对总数
＜
思考·讨论
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，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。
发绿色荧光的水母
绿色荧光蛋白基因
绿色荧光蛋白
控制合成
绿色荧光
发出
说明：基因是具有遗传效应的DNA片段。
基因的遗传效应是指能够指导相应蛋白质的合成，控制生物体的性状等。
基因是可以切除，可拼接到其他生物的DNA上去，从而在其他生物体中表现出该基因控制的性状，是遗传物质的结构和功能单位。
思考·讨论
分析基因与DNA的关系
1、“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是什么？
2、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。
使鲤鱼的生长速率加快。
资料1
资料3
大肠杆菌DNA
人的DNA
资料2
转基因实验
基因是DNA的片段
基因可以控制某种性状
基因具有遗传效应
基因是____________的__________。
基因的作用 与DNA的关系
有遗传效应
DNA片段
思考·讨论
分析基因与DNA的关系
基因A
基因B
一个DNA分子中有许多个基因
基因是遗传物质中决定性状的最小单位
每个基因都是特定的DNA片段
有着特定的遗传效应
所以，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。
一、基因与DNA的关系
……
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）、流感病毒等。试推测这些病毒（RNA病毒）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
基因通常是有遗传效应的DNA片段
HIV病毒
一、基因与DNA的关系
基因的概念：
说明DNA蕴含了大量的遗传信息
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
基因具有特定的遗传效应
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呢？
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
由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列，足以储存生物体必需的全部遗传信息吗？
各种美妙旋律
许许多多词汇、句子
无数个数（如电话号码）
思考·讨论
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
回忆DNA分子结构：
哪部分可以代表遗传信息呢？
遗传信息：
蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
基本骨架，由脱氧核糖和磷酸
交替连接而成
（顺序固定不变）
4种碱基的排列顺序
（顺序可变）
外侧：
内侧：
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考·讨论
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n个碱基对组成1个基因有_____排列方式
4种
16种
64种
4n种
碱基排列顺序的千变万化
DNA的多样性
T
C
G
A
T
A
G
C
T
A
遗传信息
基本骨架
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考·讨论
资料二
基因的碱基序列都有特定的排列顺序
DNA的特异性
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。
你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？
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
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考·讨论
在刑侦、亲子鉴定领域，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。
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考·讨论
（1）图中的几号可能是罪犯？
1号
（2）图中的一个片段就是一个基因吗？
不是
DNA指纹图
受害者
从受害者体内分离的精液样品
怀疑对象
—— 真相永远只有一个 ！
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
思考·讨论
二、DNA片段中的遗传信息
1、遗传信息：
蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
2、DNA的特点：
(1）多样性：
(2）特异性：
碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。
每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性。
(3）意义：
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础
生物体多样性和特异性的直接原因是什么？根本原因是什么？
提示：直接原因：蛋白质结构的多样性和特异性。
根本原因：DNA分子(基因)的多样性和特异性。
染色体
脱氧核苷酸
基因
DNA
是DNA的主要载体
每条染色体上有1个或2个DNA
基因通常是有遗传效应的DNA片段
每个DNA分子上含有许多个基因
是主要的遗传物质
基本组成单位
1条染色体
1个DNA
1条染色体
2个DNA
三、基因与DNA、染色体的关系
短硬毛
棒状眼
深红眼
朱红眼
截翅
红宝石眼
白眼
基因中脱氧核苷酸的
排列顺序代表遗传信息
是遗传物质的结构和功能单位
蛋白质+
基因在染色体上呈线性排列
练习与应用
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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
一、概念检测
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一、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。
染色体
DNA
基因
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二、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
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。
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二、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。
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，这说明了基因的特异性；每个人的基因都有区别，反映了基因的多样性。
谢谢聆听!
同学们辛苦啦！

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