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第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
人教版 必修二
1.能举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段
2.运用数学模型推导DNA的多样性和特异性
3.能阐明基因与DNA的关系
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。
转基因鲤鱼（右）
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？
1.为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？
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度加快。
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
请同学们阅读教材第57-60页，回答下列问题:
1.基因是什么？
2.DNA是如何携带遗传信息的？
3.如何理解DNA的多样性和特异性？
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1000个碱基对。
任务一：说明基因与DNA关系的实例
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。
说明基因是DNA的片段。
资料1
生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，这是因为海蛰的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段---绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能象海蛰一样发光。
基因是特定的DNA片段，可拼接到其他生物的DNA上去，有遗传效应，可独立起作用。
绿色荧光蛋白基因决定是否发荧光的性状表达。
结论：
任务一：说明基因与DNA关系的实例
资料2
人类基因组计划测定的24(22+XY)条染色体各有1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%
基因是DNA的片段，DNA中存在大量的非基因片段。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。
人体中构成基因的碱基对组成比较少，占全部碱基总数不超过2%。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。
资料3
　　基因有遗传效应的DNA片段，它是携带生物信息、决定生物体性状的基本功能遗传单位。
任务二：DNA片段中的遗传信息
（一）什么是基因？
1个DNA分子上有许多个基因
具有特定的遗传效应
每个基因都是特定的DNA片段
（二）基因的结构
编码区
真核生物的编码区是不连续的，分为外显子和内含子，在转录过程中会修剪内含子，并拼合外显子来形成转录产物。在原核生物中，基因是连续的，也就是说无外显子和内含子之分。
外显子
外显子是在 preRNA 经过剪切或修饰后，被保留的DNA部分，并最终出现在成熟RNA的基因序列中。
内含子
在真核生物中，内含子作为阻断基因的线性表达的一段DNA序列，是在 preRNA 经过剪切或修饰后，被切除的DNA序列。
非编码区
非编码区在对基因的表达调控中发挥重要作用，在人类基因中非编码区的占比超过90%。它们中的一部分可以转录为功能性RNA，如tRNA、 rRNA等，对DNA复制、转录和翻译起到调控作用，一部分是着丝粒与端粒的重要组成部分。
启动子
启动子是特定基因转录的DNA区域，启动子一般位于基因的转录起始位点，5,端上游，在转录过程中，RNA聚合酶与转录因子可以识别并特异性结合到启动子特有的DNA序列，从而启动转录。启动子本身并不转录而且也不控制基因活动，而是通过转录因子结合来调控转录过程。
非编码区
非编码区在对基因的表达调控中发挥重要作用，在人类基因中非编码区的占比超过90%。它们中的一部分可以转录为功能性RNA，如tRNA、 rRNA等，对DNA复制、转录和翻译起到调控作用，一部分是着丝粒与端粒的重要组成部分。
终止子
终止子处于基因或操纵子的末端，给RNA聚合酶提供转录终止信号的DNA序列。
任务二：DNA片段中的遗传信息
（三）染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系
每个染色体上有1个或2个DNA分子
每个DNA分子上有许多基因
每个基因由许多脱氧核苷酸组成
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
染色体是DNA的主要载体
基因是有遗传效应的DNA片断，是遗传物质的结构和功能单位
基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息
DNA是主要的遗传物质
任务二：DNA片段中的遗传信息
任务三：分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
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
O
脱氧
核糖
P
磷酸
胸腺嘧啶（T）
O
脱氧
核糖
P
磷酸
鸟嘌呤（G）
O
脱氧
核糖
P
磷酸
胞嘧啶（C）
O
脱氧
核糖
P
磷酸
腺嘌呤（A）
腺嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
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。
基本骨架没有变化，但骨架内侧4种碱基的排列顺序是可变的。
资料1：碱基对的排列顺序
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。
任务三：分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
不同生物种类的基因总数各异，人类大约2.6万～4万个基因，水稻大约4万～6万个基因，模式植物拟南芥大约2.5万个基因，不同的DNA分子具有不同的碱基对排列顺序。
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。对于控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的，如控制合成唾液淀粉酶的基因。因此每个DNA分子碱基对都有自己特定的排列顺序，其中包含了特定的遗传信息。
资料2：脱氧核苷酸序列
结论：DNA分子具有特异性。
任务三：分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
DNA储存足够量的遗传信息,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。
DNA的多样性
01
碱基特定的排列顺序。
DNA的特异性
02
任务三：分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
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？
DNA片段中的遗传信息
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中，脱氧核苷酸序列的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。
基因不是碱基对随机排列构成的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只选择能与其相适应的物质或生物，因此一些随机排列的脱氧核苷酸序列会因不被选择而消失。
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上分布着许多个基因，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，其基因就是有遗传效应的RNA片段。
1.科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传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
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。
基因
DNA
染色体
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中华斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法 为什么
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。
最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的DNA具有多样性和特异性，只有将“山羊肉”的DNA与中华斑羚的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中华斑羚。
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和特异性。
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA
的主要载体
基因是有遗传
效应的DNA片断
每个DNA分子
上有许多基因
每个基因由许多脱氧核苷酸组成
DNA是主要的
遗传物质
每条染色体上含有1个或2个DNA分子
脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体之间的关系

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