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第三章 基因的本质
第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
新人教版 必修二 遗传与进化
1865年，孟德尔：提出了遗传因子
1909年，约翰逊：将“遗传因子”命名为基因
1910年，摩尔根：证实了基因在染色体上
20世纪中叶：
染色体主要是由两种物质组成的——DNA和蛋白质
1944，艾弗里等；1952年，赫尔希及蔡斯：
实验证明了DNA是遗传物质。
1953年：沃森、克里克提出了DNA双螺旋结构模型
回顾历史：
DNA
蛋白质
染色质
染色体
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
DNA是染色体的组成成分，染色体是DNA的主要载体。
1条染色体
1个DNA
1条染色体
2个DNA
果蝇某X染色体上一些
基因的示意图
2、一条染色体上有多个基因
1、基因在染色体上呈线性排列
3、染色体是基因的主要载体
短硬毛
棒状眼
深红眼
朱红眼
截翅
红宝石眼
白眼
黄身
1条染色体 1或2个DNA
多个
基因
？
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。
[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
结论
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。
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
说明基因与DNA关系的实例--资料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--资料3
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
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。基因是DNA中特定的片段。
阅读P57-58“思考讨论”中的资料1和3，填写下表：
DNA分子数 总碱基对数 基因数 平均每个基因的碱基对总数 比例
（基因碱基对/总碱基对）
大肠杆菌
人类基因组计划测定 约3万
1
4 700 000
4 400
1 000
44/47
24
（22+X+Y）
31.6亿
不超过2%
基因的碱基数占碱基总数的比例
真核生物：__________
原核生物：______
94%
不超过2%
生物越_____，DNA中存在的非基因片段的比例_____
高等
越高
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--资料2
基因可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，从而获得某种性状。
基因具有一定独立性。（生物遗传的基本单位）
结论：基因具有遗传效应，它可以独立起作用。
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？
转基因鲤鱼（右）
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。
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--问题探讨
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？
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
说明基因与DNA关系的实例--基因与DNA的关系
[讨论2]你如何理解基因具有遗传效应？
如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等
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。
本节“问题探讨”中提到的生长素基因的遗传效应是什么？
生长激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--问题探讨
[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。
在DNA水平上，基因是有遗传效应的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。
我是大名鼎鼎的艾滋病毒，我体内有基因吗？
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。
说明基因与RNA关系的实例
注意：
绝大多数生物的遗传物质是DNA，通常，我们所说的基因是指有遗传效应的双链DNA片段。遗传信息是指DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序；
而RNA病毒的遗传物质是RNA，其基因是具有遗传效应的RNA片段。遗传信息是指RNA分子中碱基（或核糖核苷酸）的排列顺序。
基因在生物体内具体存在于哪些部位？
染色体上（核基因）、线粒体和叶绿体中（质基因）、原核生物的拟核区域、病毒体内
那么，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？
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多种多样的蛋白质
DNA片段中的遗传信息
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。
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。
DNA片段中的遗传信息
[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？
4100
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
[讨论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。
DNA片段中的遗传信息
[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。
DNA片段中的遗传信息
[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，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片段中的遗传信息
DNA指纹技术的实质就是把DNA作为像指纹那样来识别不同的人，DNA指纹的特异性主要是由于人的DNA中，不表达的碱基序列中存在着一部分串联重复的短序列，它们在不同个体间存在显著的差异。
科学.技术.社会---DNA指纹技术
刑事侦查
亲子鉴定
死者身份确认
总结
DNA能够储存足够的遗传信息
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中
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
基因通常是有遗传效应的DNA片段。
RNA病毒体内的基因是：
有遗传效应的RNA片段。
2025/4/26
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
染色体、DNA、基因与脱氧核苷酸的关系
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
有遗传效应的DNA片段
构成
+脱氧核糖+磷酸
（A、T、C、G四种）
+蛋白质
形成双链
2025/4/26
基 因
染色体
脱氧核苷酸
DNA
每条染色体上含有1个或2个DNA分子
DNA是主要的遗传物质
每个DNA分子含有许多个基因
染色体是DNA的主要载体
基因在染色体上呈线性排列
基因通常是有遗传效应的DNA片段
是遗传物质（控制生物性状）的结构和功能单位
基因中的脱氧核苷酸
排列顺序代表遗传信息
遗传因子
新名
蛋白质+
染色质
同种物质
每个基因中含有多个脱氧核苷酸
染色体、DNA、基因与脱氧核苷酸的关系
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
(1)图中C是__________G是_________
(2)B有_______种，分别是______________
(3)图中D和F的关系是_________________________
(4)图中D和E的关系是_________________________
(5)图中E和F的关系是_________________________
(6)图中F和H的关系是_________________________
F
B 碱基
C
E
A磷酸
H 染色体
D 脱氧核苷酸
G
脱氧核糖
蛋白质
四
A、T、C、G
D是F 的基本组成单位
D也是E的基本组成单位
E是有遗传效应的F片段
H是F的主要载体
习题巩固
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
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。
习题巩固
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。
习题巩固
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。
习题巩固

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