生物人教版（2019）必修2 3.4基因通常是有遗传效应的DNA片段课件（共42张ppt）

(共42张PPT)
第3章 基因的本质
遗传与进化
第4节 基因通常是具有遗传效应的DNA片段
目标
01
02
03
举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段
（生命观念、科学思维）
运用数学方法说明DNA的多样性和特异性
（生命观念、科学探究）
说明基因与DNA的关系
（生命观念、科学思维）
学习目标
基因与DNA的关系
关于基因 关于遗传物质
探究过程 ①孟德尔提出遗传因子 ①推测蛋白质是遗传物质
②约翰逊将遗传因子命名为基因 ②格里菲思提出转化因子的存在
③萨顿提出基因位于染色体上的假说 ③艾弗里证明遗传物质是DNA
④摩尔根通过实验证明基因在染色体上，并呈线性排列。 ④蔡斯和赫尔希证明遗传物质是DNA
结论 基因在染色体上，基因控制生物性状 DNA是遗传物质
3. 基因在染色体上呈线性排列
2.一条染色体上有多个基因
1.染色体是基因的主要载体
果蝇某X染色体上一些
基因的示意图
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
基因
多个
思考：基因与DNA是什么关系？基因=DNA吗？
基因与DNA的关系
1条染色体
1个DNA
1条染色体
2个 DNA
基因与DNA的关系
鲤鱼受精卵
外源生长激素基因
导入
转基因鲤鱼
鲤鱼受精卵
对照组
实验组
非转基因鲤鱼
为什么生长速率更快？
是1个DNA分子？
是一段脱氧核苷酸序列？
基因与DNA的关系
1.为什么转基因鲤鱼生长更快？
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。
2.导入的外源基因是一个DNA分子，还是DNA片段？
外源生长激素基因在鲤鱼细胞内表达，促进生长激素合成，促进了鲤鱼的生长。
转基因鱼（左）
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
基因与DNA关系的实例
资料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。
个数 总碱基对数
DNA
基因
基因是DNA的片段
DNA 中存在非基因片段。
问题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？
DNA分子数目<基因数目
基因的碱基总数说明基因是DNA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。
基因与DNA关系的实例
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
基因与DNA关系的实例
资料3：人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+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%。
人的基因与DNA有怎样的数量关系？
分析:
构成基因的碱基数 < 碱基总数
基因与DNA关系的实例
分析【资料1】和【资料3】，填写下表：
DNA分 子数 总碱基数 基因数 平均每个基因的碱基对总数 比例（所有基因的碱基对总和/总碱基对）
大肠杆菌
人类基因组计划测定
1
4.7 × 106
4.4 × 103
1 × 103
44/47
24
（22+X+Y）
31.6亿
约2.6万
不超过2%
一个DNA上是有多个基因的。
基因是DNA的片段。
从【资料3】中看到构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%，那么其它片段呢？
这说明并不是任意一段DNA都是基因，DNA上的基因并不连贯。
基因是DNA上的片段，但是一段DNA不一定是基因。
那什么样的DNA片段是基因呢？
基因与DNA关系的实例
资料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。
基因是特定的DNA片段，可以控制某种性状。
绿色荧光蛋白基因
绿色荧光蛋白
控制合成
绿色荧光
发出
基因与DNA关系的实例
基因与DNA关系的实例
发出绿色荧光
转基因鼠
转入
绿色荧光蛋白基因（5.1×103个碱基对的片段）
原因
水母
资料2.通过转基因实验表明，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。
基因有遗传效应，可以独立起作用。
基因是可以切除，拼接到其他生物的DNA上，在其他生物体中表现出该性状。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
对于所有生物而言
基因与DNA关系的实例
RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段
流感病毒
艾滋病毒
冠状病毒
RNA
RNA
基因与DNA关系
据教材资料1和3
据教材资料2和转基因鲤鱼资料
基因中的碱基数目只是DNA分子碱基总数的一部分
有关性状与基因有关，且基因具有一定的独立性
基因是DNA片段
基因能控制生物体的性状，具有特定的遗传效应
基因是有遗传效应的DNA片段
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
基因是遗传物质的结构和功能单位
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
基因通常是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因是 的基本单位
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个或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
决定生物性状
许多个
排列顺序
基因、DNA、染色体关系总结
一个DNA分子
基因A
基因B
每个基因都是特定的DNA片段，
每个基因都有着特定的遗传效应。
DNA蕴含了大量的遗传信息
遗传效应：指基因具有复制、转录、翻译、重组、突变及调控等功能。
基因、DNA、染色体关系总结
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
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。
（1）所有的DNA片段都是基因。（ ）
（2）所有的基因都位于染色体上。（ ）


随堂练习
--ATGCA…TGCATCCATG…CTAGCCATCGGTATG…GACAG---
--TACGT…ACGTAGGTAC…GATCGGTAGCCATAC…CTGTC---
1
5
黄身
3
2
4
长翅
红眼
果蝇某DNA上几个基因分布示意图
每个基因都是特定的DNA片段
有特定的遗传效应
DNA蕴含了大量的遗传信息
1个DNA分子上有许多个基因
什么是遗传信息？
DNA只含有4种脱氧核苷酸，
为什么能够储存大量的遗传信息？
DNA片段中的遗传信息
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
哪部分可以代表遗传信息？
遗传信息：
DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。
基本骨架，由磷酸和脱氧核糖
交替连接
（顺序固定不变）
4种碱基对的排列
（顺序可变）
外侧：
内侧：
DNA片段中的遗传信息
7种音符
美妙旋律
26个
英文字母
词汇句子
DNA只含有4种脱氧核苷酸，为什么能储存大量的遗传信息呢？
DNA片段中的遗传信息
脱氧核苷酸序列与遗传信息
结论：碱基排列顺序千变万化
遗传信息
基本骨架
DNA的多样性
DNA片段中的遗传信息
基 因
1个碱基对
2个碱基对
4×4（42）
3个碱基对
4×4×4（43）
讨论1100个碱基对
4100
……
n个碱基对
4n
排列种数
41
……
DNA片段中的遗传信息
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
5'
3'
5'
3'
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。
具有特定的遗传效应
每个基因都是特定的DNA片段
具有特定的碱基排列顺序
结论：碱基特定的排列顺序
DNA的特异性
DNA片段中的遗传信息
基因通常是有遗传效应的特定的DNA片段。
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
碱基排列顺序千变万化
DNA的多样性
碱基特定的排列顺序
DNA的特异性
对RNA病毒，基因是有遗传效应的RNA片段。
基因A
基因B
DNA片段中的遗传信息
真核生物、原核生物及病毒的核酸类型
项目 核酸 遗传物质 类型 核苷酸种类 碱基 种类 类型 核苷酸种类 碱基
种类
细胞 生物 真核细胞 DNA和RNA ____ ___ DNA 4 4
原核生物 DNA和RNA 8 5 _____ ___ ___
非细胞生物 (病毒) DNA病毒 DNA 4 4 _____ ___ ___
RNA病毒 RNA ___ ___ RNA 4 4
8
5
DNA
4
4
DNA
4
4
4
4
DNA=遗传物质
DNA是主要的遗传物质
DNA的结构特性
注意：G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温
内部碱基对稳定—通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则；
空间结构稳定—规则的双螺旋结构；
外部稳定的基本骨架—磷酸和脱氧核糖交替连接形成；
稳定性：
DNA的结构特性
P
P
P
P
P
P
P
P
4n种
4
4
4
4
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。计算DNA分子有多少种？
44000
多样性：
碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。
思考：一个含n个碱基对的DNA分子，排列顺序有多少种？
DNA的结构特性
特异性：
碱基对的特定排列顺序。
为什么可以利用DNA指纹来识别身份？
两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此可以利用DNA指纹来识别身份。
DNA鉴定技术还可以用于刑侦破案、亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。
有遗传效应的片段
基因通常是具有遗传效应的DNA片段
性状
染色体
控制
体现
呈线性排列
组成
遗传因子
新名
染色质
同种物质
基因
DNA+蛋白质
注意：如果遗传物质是RNA，则基因就是具有遗传效应的RNA片段。
HIV病毒
流感病毒
DNA片段中的遗传信息
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
概念检测
(1)基因A和基因B的根本区别是这两种基因所含的脱氧核苷酸的种类不同 (　)
(2)遗传信息是指DNA中的碱基排列顺序(　　)
(3)基因中碱基对的数目与其多样性有关(　　)
(4)基因的基本组成单位均为脱氧核苷酸(　　)
(5)从广义上来说，烟草花叶病毒中有遗传效应的RNA片段也叫作基因 (　　)
×
判断正误
×
√
×
√
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。
染色体
DNA
基因
（1）图中B是__________，A是________，G是__________。
（2）每个F含有_______个E，每个H含有______F。
F DNA
C 磷酸
A
E 基因
B 糖
H 染色体
D 脱氧核苷酸
G
（3）从分子水平看E和F的关系是__________________________。
（4） E与H的位置关系是_________________________
（5）生物的性状遗传主要通过H 上的_____传递给后代，实际上是通过_______________的排列顺序来传递遗传信息的。
+
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斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法？为什么？
【答案】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。
概念检测
DNA片段中的遗传信息的应用
在刑侦、亲子鉴定领域，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。
（1）图中的几号可能是罪犯？
1号
（2）图中的一个片段就是一个基因吗？
不是
—— 真相永远只有一个 ！
DNA片段中的遗传信息的应用
1.物种鉴定
病毒感染？
食品污染？
真假羊肉？
DNA片段中的遗传信息的应用
2.身份鉴定（DNA指纹技术）
亲子鉴定
母
父
子
母
父
子
教材P52
3.防治遗传病
教材P60
单细胞基因组测序
DNA片段中的遗传信息的应用
生物科技进展，单细胞基因组测序
分离单个细胞，在技术上已不是难题，难点是怎样获知一个细胞内的基因组序列。传统的基因测序往往通过提取大量细胞中的DNA来进行。为了获得足够的DNA进行测序，通常需要数以千计甚至百万计的细胞作为样品。然而，一个细胞内的基因组DNA只有两个拷贝，是皮克(pg,Ipg=10-12g)级的痕量水平，远远低于测序对样品浓度的要求。
北京大学的科研人员应用一种单细胞基因组扩增技术，成功地在体外对分离得到的极体进行了基因组扩增，并完成了测序，从而推测出与被测极体同时产生的卵细胞不含致病基因，最终通过试管婴儿技术帮助遗传病患者夫妇获得了健康婴儿。
单细胞基因组测序有着广泛的应用前景。例如，了解癌细胞的基因突变以及在肿瘤发生过程中的变化，分析不同细胞内“定居”着哪些基因等。
DNA片段中的遗传信息的应用
控制某种性状的基因有特定的DNA片段，蕴含特定的遗传信息，可以切除，可以拼接到其他生物DNA上，从而获得某种性状的表达。例如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可以生产胰岛素。
通过技术手段，定向改造生物性状，以利于人类的生产生活。
4.基因工程简介
DNA片段中的遗传信息的应用
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？
5.DNA分子杂交技术
书P59[练习与应用]
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。
DNA片段中的遗传信息的应用
5.人脸识别技术的可行性分析