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第三章 基因的本質(zhì)
第4節(jié) 基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
新人教版 必修二 遺傳與進(jìn)化
1865年，孟德?tīng)枺禾岢隽诉z傳因子
1909年，約翰遜：將“遺傳因子”命名為基因
1910年，摩爾根：證實(shí)了基因在染色體上
20世紀(jì)中葉：
染色體主要是由兩種物質(zhì)組成的——DNA和蛋白質(zhì)
1944，艾弗里等；1952年，赫爾希及蔡斯：
實(shí)驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)。
1953年：沃森、克里克提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
回顧歷史：
DNA
蛋白質(zhì)
染色質(zhì)
染色體
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是染色體的組成成分，染色體是DNA的主要載體。
1條染色體
1個(gè)DNA
1條染色體
2個(gè)DNA
果蠅某X染色體上一些
基因的示意圖
2、一條染色體上有多個(gè)基因
1、基因在染色體上呈線性排列
3、染色體是基因的主要載體
短硬毛
棒狀眼
深紅眼
朱紅眼
截翅
紅寶石眼
白眼
黃身
1條染色體 1或2個(gè)DNA
多個(gè)
基因
？
1.大腸桿菌細(xì)胞的擬核有1個(gè)DNA分子，長(zhǎng)度約為4. 7×106個(gè)堿基對(duì)，在DNA分子上分布著大約4.4×103個(gè)基因，每個(gè)基因的平均長(zhǎng)度約為1×103個(gè)堿基對(duì)。
[討論1]生物體內(nèi)的DNA分子數(shù)目與基因數(shù)目相同嗎？生物體內(nèi)所有基因的堿基總數(shù)與DNA分子的堿基總數(shù)相同嗎？如果不同，說(shuō)明了什么？
說(shuō)明一個(gè)DNA分子上含有多個(gè)基因
基因的堿基對(duì)總數(shù)＜DNA分子的堿基對(duì)總數(shù)
生物體內(nèi)的DNA分子數(shù)＜基因數(shù)目
說(shuō)明基因是DNA的片段
結(jié)論
基因是DNA的片段，基因不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開(kāi)的。
基因A
基因B
基因C
含有3個(gè)基因的DNA片段的模式圖
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
說(shuō)明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例--資料1
3.人類基因組計(jì)劃測(cè)定的是24條染色體（22條染色體+X+Y）上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個(gè)DNA分子。這24個(gè)DNA分子大約有31.6億個(gè)堿基對(duì)，其中，構(gòu)成基因的堿基數(shù)占?jí)A基總數(shù)的比例不超過(guò)2%。
結(jié)論：構(gòu)成基因的堿基數(shù) < 堿基總數(shù)
這說(shuō)明并不是隨便一段DNA就稱為基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
說(shuō)明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例--資料3
基因A
基因B
基因C
含有3個(gè)基因的DNA片段的模式圖
基因不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開(kāi)的。基因是DNA中特定的片段。
閱讀P57-58“思考討論”中的資料1和3，填寫(xiě)下表：
DNA分子數(shù) 總堿基對(duì)數(shù) 基因數(shù) 平均每個(gè)基因的堿基對(duì)總數(shù) 比例
（基因堿基對(duì)/總堿基對(duì)）
大腸桿菌
人類基因組計(jì)劃測(cè)定 約3萬(wàn)
1
4 700 000
4 400
1 000
44/47
24
（22+X+Y）
31.6億
不超過(guò)2%
基因的堿基數(shù)占?jí)A基總數(shù)的比例
真核生物：__________
原核生物：______
94%
不超過(guò)2%
生物越_____，DNA中存在的非基因片段的比例_____
高等
越高
2.生長(zhǎng)在太平洋西北部的一種水母能發(fā)出綠色熒光，這是因?yàn)樗傅腄NA上有一段長(zhǎng)度為5.17×103個(gè)堿基對(duì)的片段——綠色熒光蛋白基因。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)表明，轉(zhuǎn)入了水母綠色熒光蛋白基因的轉(zhuǎn)基因鼠，在紫外線的照射下，也能像水母一樣發(fā)光。
說(shuō)明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例--資料2
基因可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，從而獲得某種性狀。
基因具有一定獨(dú)立性。（生物遺傳的基本單位）
結(jié)論：基因具有遺傳效應(yīng)，它可以獨(dú)立起作用。
我國(guó)科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~(yú)的受精卵中，培育出了轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)。
特點(diǎn)：轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)的生長(zhǎng)速度加快。
據(jù)科學(xué)家介紹，外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，必須整合到受體細(xì)胞的DNA上才能發(fā)揮作用。
討論：
1、為什么轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)的生長(zhǎng)速度更快？
轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)（右）
因?yàn)橥庠瓷L(zhǎng)激素基因整合到轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)的DNA中，并發(fā)揮了促進(jìn)生長(zhǎng)激素合成的功能，而生長(zhǎng)激素可使鯉魚(yú)的生長(zhǎng)速率加快。
導(dǎo)入的是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列。
說(shuō)明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例--問(wèn)題探討
2、導(dǎo)入的外源基因是1個(gè)DNA分子，還是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列？
資料1、資料3
大腸桿菌、人的全部基因的堿基總數(shù)只是全部DNA分子堿基總數(shù)的一部分。
基因是DNA的片段
問(wèn)題探討、資料2
轉(zhuǎn)基因生物的特有性狀與導(dǎo)入基因有關(guān)，且導(dǎo)入基因有一定的獨(dú)立性。
基因具有遺傳效應(yīng)
基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段
基因能控制生物性狀
說(shuō)明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例--基因與DNA的關(guān)系
[討論2]你如何理解基因具有遺傳效應(yīng)？
如能夠指導(dǎo)相應(yīng)蛋白質(zhì)的合成、控制生物體的性狀等
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，從而獲得某種性狀的表達(dá)，所以基因是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位。
本節(jié)“問(wèn)題探討”中提到的生長(zhǎng)素基因的遺傳效應(yīng)是什么？
生長(zhǎng)激素基因的遺傳效應(yīng)是使鯉魚(yú)的生長(zhǎng)速率加快。
說(shuō)明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例--問(wèn)題探討
[討論3]請(qǐng)從DNA水平上給基因下一個(gè)定義，要求既能反映基因與DNA的關(guān)系，又能體現(xiàn)基因的作用。
在DNA水平上，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因1
基因2
非基因片段
一個(gè)DNA分子上有許多個(gè)基因，每一個(gè)基因都是特定的DNA片段，有著特定的遺傳效應(yīng)。
遺傳效應(yīng)：
指具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、重組突變及調(diào)控等功能。
我是大名鼎鼎的艾滋病毒，我體內(nèi)有基因嗎？
有些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，
如HIV病毒（艾滋病病毒）、SARS-CoV-2病毒(新冠病毒）等。
對(duì)這類病毒而言，基因就是有遺傳效應(yīng)的RNA片段。
基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
說(shuō)明基因與RNA關(guān)系的實(shí)例
注意：
絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，通常，我們所說(shuō)的基因是指有遺傳效應(yīng)的雙鏈DNA片段。遺傳信息是指DNA分子中堿基（或堿基對(duì)、脫氧核苷酸）的排列順序；
而RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，其基因是具有遺傳效應(yīng)的RNA片段。遺傳信息是指RNA分子中堿基（或核糖核苷酸）的排列順序。
基因在生物體內(nèi)具體存在于哪些部位？
染色體上（核基因）、線粒體和葉綠體中（質(zhì)基因）、原核生物的擬核區(qū)域、病毒體內(nèi)
那么，由4種堿基排列而成的脫氧核苷酸序列，足以儲(chǔ)存生物體必需的全部遺傳信息嗎？
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無(wú)數(shù)個(gè)數(shù)（如電話號(hào)碼）
多種多樣的蛋白質(zhì)
DNA片段中的遺傳信息
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
外側(cè)：基本骨架，由脫氧核糖和
磷酸交替連接（固定不變）
內(nèi)側(cè)：4種堿基對(duì)的排列（可變）
回憶DNA分子結(jié)構(gòu)：
哪部分可以代表遺傳信息？
遺傳信息就蘊(yùn)藏在4種堿基的排列順序之中
遺傳信息：DNA分子中堿基（或堿基對(duì)、脫氧核苷酸）的排列順序。
資料1： 如果1個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，4種堿基對(duì)的排列可能形成4種基因（這僅僅是假設(shè)）；如果2個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，則可能形成16（即4×4）種基因；如果3個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，則可能形成64（即4×4×4）種基因。
計(jì)算公式：
可能組合的基因種類=4n
（n為堿基對(duì)數(shù)）
基 因
1個(gè)堿基對(duì)
2個(gè)堿基對(duì)
4×4（42）
3個(gè)堿基對(duì)
4×4×4（43）
100個(gè)堿基對(duì)
4100
……
n個(gè)堿基對(duì)
4n
排列種數(shù)
41
……
堿基排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA的多樣性。
DNA片段中的遺傳信息
[討論1]如果是100個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，可能組合成多少種基因？
4100
資料2：前面數(shù)學(xué)模型模擬探究是建立在所有堿基對(duì)的隨機(jī)排列都能構(gòu)成基因這一假設(shè)下的。事實(shí)上，大部分隨機(jī)排列的堿基序列從來(lái)不曾出現(xiàn)在生物體內(nèi)，而有些序列卻會(huì)在生物體內(nèi)重復(fù)數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)次。
在生物體內(nèi)，基因中的堿基并不是隨機(jī)排列的。
具有特定的遺傳效應(yīng)
[討論4] 你認(rèn)為基因是堿基對(duì)隨機(jī)排列成的DNA片段嗎？
每個(gè)基因都是特定的DNA片段
具有特定的堿基排列順序
堿基特定的排列順序，構(gòu)成了DNA的特異性。
DNA片段中的遺傳信息
[討論2]怎樣理解DNA的多樣性和特異性？你能從DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析生物體
具有多樣性和特異性的原因嗎？
堿基排列順序的千變?nèi)f化
DNA分子的多樣性
堿基特定的排列順序
每個(gè)DNA分子的特異性
生物體的多樣性
生物體的特異性
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。
DNA片段中的遺傳信息
[討論3]在刑偵領(lǐng)域，DNA能像指紋一樣用來(lái)鑒定個(gè)人身份。結(jié)合脫氧核苷酸序列的多樣性和特異性，你能分析這一方法的科學(xué)依據(jù)嗎？
在人類的DNA中，核苷酸序列多樣性表現(xiàn)為每個(gè)人的DNA幾乎不可能完全相同，因此DNA可以像指紋一樣用來(lái)鑒別身份。
每個(gè)DNA有自己特定的堿基排列順序
DNA分子的特異性：
DNA片段中的遺傳信息
DNA指紋技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是把DNA作為像指紋那樣來(lái)識(shí)別不同的人，DNA指紋的特異性主要是由于人的DNA中，不表達(dá)的堿基序列中存在著一部分串聯(lián)重復(fù)的短序列，它們?cè)诓煌瑐€(gè)體間存在顯著的差異。
科學(xué).技術(shù).社會(huì)---DNA指紋技術(shù)
刑事偵查
親子鑒定
死者身份確認(rèn)
總結(jié)
DNA能夠儲(chǔ)存足夠的遺傳信息
遺傳信息蘊(yùn)藏在4種堿基的排列順序之中
堿基排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA的多樣性，而堿基特定的排列順序，又構(gòu)成了每個(gè)DNA分子的特異性
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)
基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
RNA病毒體內(nèi)的基因是：
有遺傳效應(yīng)的RNA片段。
2025/4/26
嘗試對(duì)以下概念的聯(lián)系進(jìn)行描述:
染色體
基因
堿基
DNA
脫氧核苷酸
染色體、DNA、基因與脫氧核苷酸的關(guān)系
染色體
DNA
基因
脫氧核苷酸
堿基
有遺傳效應(yīng)的DNA片段
構(gòu)成
+脫氧核糖+磷酸
（A、T、C、G四種）
+蛋白質(zhì)
形成雙鏈
2025/4/26
基 因
染色體
脫氧核苷酸
DNA
每條染色體上含有1個(gè)或2個(gè)DNA分子
DNA是主要的遺傳物質(zhì)
每個(gè)DNA分子含有許多個(gè)基因
染色體是DNA的主要載體
基因在染色體上呈線性排列
基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
是遺傳物質(zhì)（控制生物性狀）的結(jié)構(gòu)和功能單位
基因中的脫氧核苷酸
排列順序代表遺傳信息
遺傳因子
新名
蛋白質(zhì)+
染色質(zhì)
同種物質(zhì)
每個(gè)基因中含有多個(gè)脫氧核苷酸
染色體、DNA、基因與脫氧核苷酸的關(guān)系
基因的功能
（1）儲(chǔ)存遺傳信息
基因中脫氧核苷酸的排列順序就代表著遺傳信息。
（2）傳遞遺傳信息
通過(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代。
（3）表達(dá)遺傳信息
使遺傳信息以一定的方式（轉(zhuǎn)錄和翻譯）反映到蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上，從而使后代表現(xiàn)出與親代相似的性狀。
基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位
(1)圖中C是__________G是_________
(2)B有_______種，分別是______________
(3)圖中D和F的關(guān)系是_________________________
(4)圖中D和E的關(guān)系是_________________________
(5)圖中E和F的關(guān)系是_________________________
(6)圖中F和H的關(guān)系是_________________________
F
B 堿基
C
E
A磷酸
H 染色體
D 脫氧核苷酸
G
脫氧核糖
蛋白質(zhì)
四
A、T、C、G
D是F 的基本組成單位
D也是E的基本組成單位
E是有遺傳效應(yīng)的F片段
H是F的主要載體
習(xí)題鞏固
1.科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)人工轉(zhuǎn)基因操作的番薯都含有農(nóng)桿菌的部分基因，而
這些基因的遺傳效應(yīng)促使番薯根部發(fā)生膨大產(chǎn)生了可食用的部分，因此番
薯被人類選育并種植。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 （ ）
A. 農(nóng)桿菌這些特定的基因可以在番薯細(xì)胞內(nèi)復(fù)制
B. 農(nóng)桿菌和番薯的基因都是4種堿基對(duì)的隨機(jī)排列
C. 農(nóng)桿菌和番薯的基因都是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
D. 農(nóng)桿菌這些特定的基因可能在自然條件下轉(zhuǎn)入了番薯細(xì)胞
B
2. 整理總結(jié)染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系，并以你認(rèn)為最簡(jiǎn)明的
形式表示出來(lái)。
（1）如下圖所示：
（2）文字：基因是染色體上具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
習(xí)題鞏固
3.在嚴(yán)查偷獵野生動(dòng)物的行動(dòng)中，執(zhí)法部門(mén)發(fā)現(xiàn)某餐館出售的一種烤肉比
較可疑，餐館工作人員說(shuō)是“山羊肉”，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，執(zhí)法部門(mén)確定
這種“山羊肉”來(lái)自國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物斑羚。你認(rèn)為執(zhí)法部門(mén)最可能采
取哪種檢測(cè)方法？為什么？
最可能采取DNA鑒定的方法。因?yàn)槊糠N生物的DNA具有特異性，只有將“山羊”的DNA與斑羚的DNA進(jìn)行比對(duì)，才能確定這種“山羊肉”是否來(lái)自國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物斑羚。
習(xí)題鞏固
4.我國(guó)一些城市在交通路口啟用了人臉識(shí)別技術(shù)，針對(duì)行人和非機(jī)動(dòng)車闖
紅燈等違規(guī)行為進(jìn)行抓拍。這種技術(shù)應(yīng)用的前提是每個(gè)人都具有獨(dú)一無(wú)二
的面孔。為什么人群中沒(méi)有一模一樣的兩個(gè)人呢？請(qǐng)你從生物學(xué)的角度評(píng)
述人臉識(shí)別技術(shù)的可行性。
人臉識(shí)別技術(shù)的前提是每個(gè)人都有獨(dú)特的面部特征，而這些都是由基因決定的，這說(shuō)明了基因的多樣性。
習(xí)題鞏固

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