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第3章 第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
高中生物学 必修2 遗传与进化 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
学习目标
1．【生命观念】：通过实例与资料分析，理解基因与DNA、染色体的关系，认同基因通常是具有遗传效应的DNA片段。
2．【科学思维】：运用归纳与演绎的方法，分析DNA分子的多样性和特异性，体会碱基排列顺序与遗传信息的关系。
3．【科学探究】：通过资料阅读、计算建模与推理，探究基因的本质及遗传信息的多样性，提升分析与概括能力。
4．【社会责任】：认识基因与遗传物质的关系，感悟基因科学在生物育种与基因工程中的应用价值。
情境导入
科学家测得大肠杆菌拟核中的环状DNA约长4.7×10^6 bp，其上分布着大约4400个基因，而每个基因的平均长度仅约1000 bp。把各基因的长度加总，还远不及整个DNA的长度。基因藏在DNA的哪一部分？DNA分子上除了基因，还剩余大量非基因序列，这些序列究竟起什么作用？
1．DNA分子上的每一段都能叫作基因吗？基因与DNA是何种关系？
2．DNA分子中碱基种类相同，为何不同生物、不同个体的遗传信息千差万别？
自主预学
任务一　基因与DNA、染色体的关系
1．一条染色体通常含________个DNA分子，基因在染色体上呈________排列。
2．从属关系由大到小依次为：________＞________＞________＞脱氧核苷酸。
3．基因是含有________的脱氧核苷酸序列，通常是________（填“有”或“无”）遗传效应的DNA片段。
图1　基因概念的推理逻辑图
任务二　DNA分子的多样性与特异性
1．遗传信息是指基因中________的排列顺序，不同基因的碱基排列顺序不同，携带的遗传信息也不同。
2．DNA分子具有稳定性、________和________等结构特性。
3．________的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
课堂探究
探究一　基因与DNA、染色体的关系
[情境材料]果蝇是研究基因与染色体关系的经典材料。摩尔根等科学家通过果蝇杂交实验，将控制不同性状的基因定位到X染色体的特定位置，绘制出基因在染色体上的分布图，直观展示了基因、DNA与染色体之间的关系。
图2　果蝇X染色体上的基因分布与概念从属关系
1．图甲中基因在染色体上如何排列？基因是否一定都位于染色体上？
2．一条染色体通常含有几个DNA分子？一个DNA分子上的众多基因是否连续排列？
3．若图乙表示染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸四者的从属关系，请指出a、b、c、d各代表什么？
方法点拨：染色体是DNA的主要载体，基因是有遗传效应的DNA片段。一个DNA分子上含有多个基因，基因与基因之间还存在不属于基因的碱基序列，故基因的数目远少于DNA碱基组合的总量。
图3　基因、染色体、DNA、蛋白质和性状的关系
探究二　遗传信息的多样性与特异性
1．若一个基因由2000个脱氧核苷酸构成（即1000个碱基对），理论上可排列出多少种不同的基因？由此说明DNA（基因）具有什么特性？而某个基因中2000个脱氧核苷酸的排列顺序又有多少种？由此说明基因具有什么特性？
2．若人类某基因由17个碱基对随机排列而成，你与同桌该基因的碱基序列完全相同的概率约为多少？这说明了遗传信息的什么特点？
3．为什么DNA分子能够储存足够多的遗传信息？
4．生物体多样性和特异性的直接原因是什么？根本原因又是什么？
5．基因是碱基随机排列而成的DNA片段吗？请说明理由。
探究三　原核细胞与真核细胞基因的结构
[情境材料]原核生物与真核生物的基因结构有所不同：原核基因的编码区是连续的、不分间隔；真核基因的编码区则被分成若干段，中间含有不能编码蛋白质的序列。结合下图分析两类基因的结构特点。
图4　原核细胞基因的结构
图5　真核细胞基因的结构
1．原核细胞的基因由哪几部分构成？其编码区有何特点？
2．真核细胞基因的编码区是连续的还是间断的？其中能编码蛋白质的片段叫什么？不能编码蛋白质的片段叫什么？
典例精析
例1．大肠杆菌拟核DNA全长约4.7×10^6 bp，其上分布约4400个基因，每个基因平均长度约1000 bp。根据上述信息，无法得出的结论是(　　)
A．基因位于DNA分子上
B．一个DNA分子上有多个基因
C．DNA分子上有非基因片段
D．DNA分子的碱基数与其所含基因的碱基对总数相等
对点练1．研究发现小鼠体内的HMIGC基因与肥胖密切相关。携带正常HMIGC基因的小鼠食用高脂食物后明显发胖，而HMIGC基因缺陷的小鼠食用同样高脂食物体重基本不变，这主要说明(　　)
A．基因在DNA上
B．基因在染色体上
C．DNA具有遗传效应
D．基因具有遗传效应
例2．关于基因与DNA的关系，下列叙述正确的是(　　)
A．所有的基因都是DNA
B．基因是DNA分子上的任意片段
C．基因中碱基排列顺序的多样性决定了基因的多样性
D．基因在染色体上呈线性排列，大肠杆菌无染色体，故无基因
对点练2．下图表示果蝇某条染色体上几种基因的分布情况，下列叙述正确的是(　　)
图6　果蝇X染色体上基因的分布
A．染色体上的片段即为基因
B．控制截翅与短硬毛的基因在遗传时遵循自由组合定律
C．基因在染色体上呈线性排列
D．控制白眼和深红眼的基因是一对等位基因
分层训练
A组　基础巩固
1．判断正误。
(1)遗传信息是指DNA中碱基的排列顺序。　　(　　)
(2)基因的基本组成单位均为脱氧核苷酸。　　(　　)
(3)DNA分子上有基因，基因都在染色体上。　　(　　)
(4)细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等。　　(　　)
(5)DNA分子上的每一个片段都是一个基因。　　(　　)
(6)从广义上说，烟草花叶病毒中具有遗传效应的RNA片段也叫作基因。　　(　　)
2．下列关于大肠杆菌的叙述，正确的是(　　)
A．大肠杆菌拟核的DNA中有控制性状的基因
B．大肠杆菌中DNA分子数目与基因数目相等
C．在普通光学显微镜下能观察到大肠杆菌的基因
D．大肠杆菌的基因主要位于其染色体上
3．下列关于真核生物染色体、DNA和基因的叙述，正确的是(　　)
A．细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目
B．在体细胞和配子中，基因的数目都远多于染色体的数目
C．细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和
D．所有的非等位基因都会随非同源染色体自由组合而自由组合
B组　素养提升
4．某真核生物基因的编码区被若干内含子分隔成多个片段。结合所学知识回答：
(1)真核基因中能编码蛋白质的片段叫什么？不能编码蛋白质的片段叫什么？
(2)与原核基因相比，真核基因的编码区结构有何主要区别？
5．某DNA片段含500个碱基对。
(1)理论上该片段最多可排列出多少种碱基序列？由此说明DNA具有什么特性？
(2)若该片段恰好是一个基因，则该基因的碱基排列顺序有几种？说明基因具有什么特性？
参考答案
情境导入
1．并非每一段都是基因，只有具有遗传效应的DNA片段才是基因，DNA分子上还有大量非基因序列。
2．不同生物、不同基因的碱基排列顺序各不相同，碱基排列顺序的不同代表了不同的遗传信息。
自主预学
任务一：1．一个（DNA复制时为两个）　线性；2．染色体＞DNA＞基因；3．特定遗传信息　有。
图1（推理填空）：许多　部分　DNA　独立性　性状　遗传效应　有遗传效应的DNA片段。
任务二：1．脱氧核苷酸（碱基）　排列顺序；2．多样性　特异性；3．DNA。
课堂探究
探究一：1．基因在染色体上呈线性排列；并非所有基因都在染色体上，真核细胞的质基因位于叶绿体或线粒体中，原核生物的基因位于拟核或质粒中，病毒的基因位于核酸分子中。
探究一：2．一条染色体通常含一个DNA分子（DNA复制后可有两个）；基因并非连续排列，基因与基因之间存在不属于基因的碱基序列。
探究一：3．a为染色体，b为DNA，c为基因，d为脱氧核苷酸。
探究二：1．一个基因含2000个脱氧核苷酸，即1000个碱基对，可排列出的基因序列有4^1000种，说明DNA（基因）具有多样性；该基因中2000个脱氧核苷酸的排列顺序只有1种，说明基因具有特异性。
探究二：2．概率为1/4^17，完全相同的概率极小，说明遗传信息具有特异性。
探究二：3．DNA分子中脱氧核苷酸的数目和排列顺序多种多样，不同碱基排列可以代表不同的遗传信息，故DNA能储存足够多的遗传信息。
探究二：4．直接原因是蛋白质结构的多样性和特异性；根本原因是DNA（基因）的多样性和特异性。
探究二：5．不是。每个特定的基因含有特定的遗传效应、蕴含特定的遗传信息，其碱基排列顺序是特定的而非随机。
探究三：1．包括连续的编码区和两个非编码区（上游含启动子等调控序列、下游含调控序列）；其编码区全部为连续的编码蛋白质的序列。
探究三：2．编码区间断、不连续；能编码蛋白质的片段叫外显子，不能编码蛋白质的片段叫内含子。
典例精析
例1　D
【解析】该DNA分子上分布有大约4400个基因,每个基因的平均长度约为1000 bp,则所有基因含有的碱基对总数约为4.4×10^6 个,小于DNA含有的碱基对总数,这同时也说明DNA分子上有非基因片段,D符合题意。
对点练1　D
【解析】由题干信息可知,肥胖这一性状是由HMIGC基因决定的,说明基因具有遗传效应,D符合题意。
例2　C
【解析】遗传物质是RNA的生物,其基因是有遗传效应的RNA片段,A错误;基因通常是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列,不是任意片段,B错误;一个基因含有许多个脱氧核苷酸,不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同,这决定了基因的多样性,C正确;基因在染色体上呈线性排列,大肠杆菌无染色体,但是有基因,D错误。
对点练2　C
【解析】基因通常是有遗传效应的DNA片段,所以不是染色体上所有的片段都是基因,A错误;控制截翅与短硬毛的基因在同一条染色体上,在遗传时不遵循自由组合定律,B错误;基因在染色体上呈线性排列,C正确;等位基因位于同源染色体上相同的位置上,D错误。
分层训练
1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
2．A
【解析】大肠杆菌拟核的DNA中有控制性状的基因,A正确;每个DNA中含有多个基因,故大肠杆菌中DNA分子数目小于基因数目,B错误;在普通光学显微镜下不能观察到大肠杆菌的基因,C错误;大肠杆菌属于原核生物,无染色体,D错误。
3．B
【解析】正常情况下,一条染色体含一个DNA分子,在细胞分裂时,由于DNA复制,一条染色体含两个DNA分子,A错误;一条染色体上有多个基因,基因数目远多于染色体数目,B正确;基因通常是有遗传效应的DNA片段,有的DNA片段不是基因,故细胞中DNA分子的碱基对数大于所有基因的碱基对数之和,C错误;非同源染色体上的非等位基因自由组合,同源染色体上的非等位基因不会自由组合,D错误。
4．(1)能编码蛋白质的是外显子,不能编码蛋白质的是内含子。(2)原核基因的编码区连续无间隔,真核基因的编码区间断、被内含子分隔。
5．(1)理论上可排列出4^500种,说明DNA具有多样性。(2)该基因碱基排列顺序固定,只有1种,说明基因具有特异性。

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