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第三章第4节
基因是具有遗传效应的DNA片段
材料分析：基因是DNA片段
材料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。
DNA分子数 基因数
DNA碱基对数 基因碱基对数目
＜
＞
DNA=多个基因片段+多个非基因片段
基因A
基因B
基因C
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
基因是DNA片段
材料分析：基因是DNA片段
材料2：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%。
DNA碱基对数 基因碱基对数目
＞
基因组
1个细胞或生物体（包括病毒）所携带的
一套完整的单倍体遗传物质
对于真核生物→基因组相当于配子中染色体或DNA序列
基因是DNA片段
材料分析：基因是DNA片段
材料分析：基因具有遗传效应
材料3：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。
基因具有遗传效应（基因可以控制性状）
材料分析：基因具有遗传效应
材料4： 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。与对照组相比，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。
基因具有遗传效应（基因可以控制性状）
基因→蛋白质（课本P71）
基因是DNA片段
基因具有遗传效应（基因可以控制性状）
基因是具有遗传效应的DNA片段
基因通常是有遗传效应的DNA片段
对于RNA病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
材料分析：多样性/特异性
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种碱基对的排列顺序（可变）
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
……
基因/DNA具有多样性
材料分析：多样性/特异性
基因/DNA具有特异性
材料5：此前的推算是建立在所有碱基对的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。
许多碱基序列不能表达出适应环境的性状，从而在进化中被淘汰。
有限的基因数+有限的排列顺序
→基因具有其特定的碱基排列顺序（不是随机排列的）
基因通常是有遗传效应的DNA片段
基因是具有遗传效应的DNA片段
遗传信息蕴藏在4种 碱基的排列顺序之中
多样性
碱基排列顺序千变万化
碱基对
脱氧核苷酸
特异性
碱基特定的排列顺序
生物多样性和特异性的基础
多样性
碱基排列顺序千变万化
特异性
碱基特定的排列顺序
基因是具有遗传效应的DNA片段
例：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
多样性
碱基排列顺序千变万化
特异性
碱基特定的排列顺序
基因是具有遗传效应的DNA片段
①人体内控制β-珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，
其碱基对排列方式有41700种。 （ ）
②在刑侦领域，DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份。
这一方法的科学依据是？
× 1个基因
1种特定的排列顺序
DNA分子的特异性
染色体
DNA是主要的 。
蛋白质
DNA
基因
脱氧核苷酸
每个DNA分子含有 个基因
基因是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因能控制生物性状
染色体是DNA的 。
（DNA的载体还有 和 等）
每条染色体含有 个DNA分子
每个基因含有 个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。
主要载体
线粒体
叶绿体
1或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
成千上万
排列顺序
基因是具有遗传效应的DNA片段
基因是具有遗传效应的DNA片段
如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图：
Q1：基因R、S、N是等位基因吗？
不是
等位基因：位于一对同源染色体上+相同位置+控制相对性状
补充：核酸测序方法
化学断裂法：采用不同的化学反应，使待测定的核苷酸分别在A、T、C、G处断裂，得到大小不一的片段。而后利用高分辨率的凝胶电泳分离这些片段，
并在核苷酸序列的5’-端标记上同位素32P，以通过放射自现有得到图像。
最后，根据胶片上核酸影像位置的高低读出核苷酸序列。
例如：某DNA解旋后的单链DNA片段
32P-TCAGCCCCATGGTTAAGA
经过某种化学处理，使其在含T的位置被切断，产生一系列片段：
32P-T
32P-TCAGCCCCAT
32P-TCAGCCCCATGGT
32P-TCAGCCCCATGGTT
补充：核酸测序方法
化学断裂法：采用不同的化学反应，使待测定的核苷酸分别在A、T、C、G处断裂，得到大小不一的片段。而后利用高分辨率的凝胶电泳分离这些片段，
并在核苷酸序列的5’-端标记上同位素32P，以通过放射自现有得到图像。
最后，根据胶片上核酸影像位置的高低读出核苷酸序列。
32P-T
32P-TCAGCCCCAT
32P-TCAGCCCCATGGT
32P-TCAGCCCCATGGTT
电泳后可得图像：
片段长度递减
补充：核酸测序方法
化学断裂法：采用不同的化学反应，使待测定的核苷酸分别在A、T、C、G处断裂，得到大小不一的片段。而后利用高分辨率的凝胶电泳分离这些片段，
并在核苷酸序列的5’-端标记上同位素32P，以通过放射自现有得到图像。
最后，根据胶片上核酸影像位置的高低读出核苷酸序列。
T
片段长度递减
C
A
G
32P-TCAGCCCCATGGTTAAGA
补充：一基因一多肽
噬菌体MS2是一种很小的RNA噬菌体。其RNA分子很小，仅有3569个碱基，含有4个基因，分别编码：A蛋白、外壳蛋白、裂解蛋白和RNA复制酶。1972年，美国生物学家菲耶尔测定了MS2的核苷酸顺序，并将其与蛋白质氨基酸顺序并列观察，可以观察到基因与多肽间的共线性。
补充：一基因一多肽
补充：一基因一多肽
噬菌体MS2是一种很小的RNA噬菌体。其RNA分子很小，仅有3569个碱基，含有4个基因，分别编码：A蛋白、外壳蛋白、裂解蛋白和RNA复制酶。1972年，美国生物学家菲耶尔测定了MS2的核苷酸顺序，并将其与蛋白质氨基酸顺序并列观察，可以观察到基因与多肽间的共线性。
A蛋白基因
裂解蛋白基因
外壳蛋白基因
复制酶基因
基因间区域
通过对噬菌体的研究，人们认识到基因不是染色体上的一个不可拆分的点，而是一段功能序列序列，即DNA分子中一段线性的核苷酸序列。
那么，突变（可遗传变异）的单位就不是基因，而是核苷酸。
补充：原核基因结构
补充：原核基因结构
复制子
某基因
某基因
编码序列
启动子
终止子
非编码序列
非编码序列
编码序列：
启动子：
终止子：
编码氨基酸的的序列
启动转录，是RNA聚合酶的结合位点
终止转录
补充：原核基因结构
补充：真核基因的结构
复制子
某基因
某基因
启动子
终止子
复制子
转录
RNA剪接
前体RNA
成熟RNA
外显子
内含子（间插序列）
编码基因：
非编码基因：
表达最终蛋白质
表达最终RNA
习题检测
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。
（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。
习题检测
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。
习题检测
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，这说明了每个人基因的特异性；每个人的基因都有区别，又反映了人的基因的多样性。
习题检测
1.本章介绍的艾弗里的实验、赫尔希和蔡斯的实验都证明DNA是遗传物质，这两个实验在设计思路上的共同点是 ( )
A.重组DNA片段，研究其表型效应
B.去掉DNA片段，研究其表型效应
C.设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应
D.应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递
C
习题检测
2.在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述，正确的是 ( )
A.氨基酸原料和酶来自细菌
B.氨基酸原料和酶来自噬菌体
C.氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体
D.氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌
A
习题检测
3.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)同属于RNA病毒，都可以使烟草患病。将TMV的RNA和HRV的蛋白质外壳混合后感染烟草叶片，使烟草患病，可能观察到的现象是 ( )
A.能检测到TMV的RNA和蛋白质
B.能检测到HRV的RNA和蛋白质
C.能检测倒TMV的RNA和HRV的蛋白质
D.能检测到HRV的RNA和TMV的蛋白质
A
习题检测
4.研究人员对数千种生物的DNA碱基序列进行测定发现，没有任何两个物种的DNA序列是 一样的。DNA具有多样性的主要原因是 ( )
A.DNA由4种碱基组成
B.DNA具有规则的双螺旋结构
C.DNA具有碱基互补配对的特点
D.DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序
D
习题检测
5.DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链（如图所示）。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近，这是为什么？
形成杂合双链区的部位越多，则DNA碱基序列的一致性越高，说明在生物进化过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近。
习题检测
6.科学家分析了多种生物DNA的碱基组成， 一部分实验数据如以下两表所示。据表回答下面的问题。
（1）不同生物的DNA中4种脱氧核苷酸的比例相同吗？
这说明DNA具有什么特点？
不同。这表明不同生物的DNA中脱氧核苷酸的组成不同，
说明DNA的碱基排列顺序具有多样性。
习题检测
（2）同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明DNA具有什么特点？为什么？不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致，这说明了什么？为什么？
同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明同种生物DNA的碱基组成具有一致性。这是因为同种生物不同器官的细胞中，DNA序列是相同的。
不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致，这说明不同生物DNA的碱基组成不同，表明了DNA的多样性。其原因是不同生物在漫长的进化过程中，形成了每种生物特有的DNA序列。
习题检测
（3）除少数病毒外，所有生物的DNA都由4 种相同的碱基组成，试从生命起源和进化的角度说明原因。
说明生物是由共同祖先进化而来的。

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