3.4基因通常是有遗传效应的DNA片段 课件(共36张PPT) --2024-2025学年下学期高一生物（人教版）必修2

(共36张PPT)
从社会中来
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）
第3章第4节 基因的本质
基因是有遗传效应的DNA片段
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。
一、说明基因和DNA关系的实例
个数 总碱基对数
DNA
基因
1个
470万
4400个
440万
基因数目 ＞ DNA分子数目
DNA分子的碱基总数 ＞ 基因的碱基总数
一个DNA上含有多个基因
结论: 基因是DNA的片段，DNA 中存在非基因片段。
分析资料：
DNA 中存在非基因片段
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。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。
一、说明基因和DNA关系的实例
绿色荧光蛋白基因
性状（发出荧光）
控制
（2）基因与生物体的性状之间有什么关系？
（3）基因能在不同生物个体之间转移并表达吗？
可以；实验说明基因是具有遗传效应的特定DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，它是结构单位，是切实存在的。
（1）该实验的自变量是什么？为何设置3号小鼠？
是否导入绿色荧光蛋白基因；
起对照作用。
资料3：
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（≈3万个）的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
一、说明基因和DNA关系的实例
分析资料：
生物体内的DNA分子数目小于基因数目，生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。 这同样说明基因是DNA片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由大量非基因的碱基序列将其分隔开。
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！
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
资料4：
人和动物体的胖瘦是遗传决定的。研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关。
一、说明基因和DNA关系的实例
正常鼠
无HMGIC基因就无肥胖的表现
有HMGIC基因就有肥胖的表现
说明基因能控制生物的性状(功能单位)，基因具有遗传效应。
——基因是有遗传效应的DNA片段，是生物体遗传的功能单位和结构单位。
可以表达出来，对蛋白质合成有直接或间接影响的能力，能控制生物的性状。
4、请从DNA水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系，又能体现基因的作用。
类比推理：
有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒（HIV）、流感病毒等。对这类病毒而言：
基因就是有遗传效应的RNA片段。
二、DNA片段中的遗传信息
一个DNA分子上有许多个基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应，这说明DNA必然蕴含了大量的遗传信息。
4种碱基的排列顺序 —— 可变
基本骨架：
脱氧核糖和磷酸交替排列 —— 无变化
脱氧核苷酸序列
DNA分子由两条脱氧核糖核苷酸链组成双螺旋结构
找一找，遗传信息蕴藏在DNA的哪个地方呢？
4种碱基的排列顺序蕴藏着遗传信息
7种音符可以组成各种美妙的旋律，26个英文字母可以组成许多词汇和句子，形成语言。由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列，足以储存生物体必需的全部遗传信息吗？
思考 讨论
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
资料5 如果1个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成4种基因
（这仅仅是假设）；如果2个碱基对组成1个基因，则可能形成16（即4×4）
种基因；如果3个碱基对组成1个基因，则可能形成64（即4×4×4）种基因。
思考 讨论
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
基 因 排列种数
1个碱基对组成一个基因 41
2个碱基对组成一个基因
4×4（42）
...
N个碱基对
4N
3个碱基对...
4×4×4（43）
...
计算公式：可能的基因种类=4100
问题1：若长度为100个碱基对的脱氧核苷酸序列组成一个基因，那么100个碱基对可以排列成多少种基因？
碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。
资料6：资料5的推算是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一
假设上的。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（有些出现过的又因为不能表达出某种适应环境的性状，在长期进化过程中被逐渐淘汰掉），而有些序列却会在生物体内重复许多次。
——不是；特定的基因有特定的碱基排列顺序，说明DNA分子具有特异性。
问题2：基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？为什么？
问题3：怎样理解DNA的多样性和特异性？你能从DNA的结构特点分析生物体具有多样性和特异性的原因吗？
碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性；而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。
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。
问题4： 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？
——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。
补充：DNA指纹技术
DNA指纹技术的实质是把DNA作为像指纹那样来识别不同的人，DNA指纹的特异性主要是由于人的DNA中，不表达的碱基序列中存在着一部分串联重复的短序列，它们在不同个体间存在显著的差异。
应用：刑事侦查、亲子鉴定等
（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
DNA指纹图
受害者
从受害者体内分离的精液样品
怀疑对象
—— 真相永远只有一个 ！
2.2 DNA的特性: 多样性、 特异性、 稳定性
1、碱基排列顺序的千变万化
------ 构成DNA分子的多样性
2、碱基的特定排列顺序
------ 构成DNA分子的特异性
2.3 意义：
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的基础。
3、稳定性是结构特性
（1）外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接
（2）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，加强稳定性
（3）空间结构稳定——规则的双螺旋结构
HIV
流感病毒
冠状病毒
什么是基因？ DNA、基因与染色体三者的关系是怎样的？
——基因通常是具有遗传效应的DNA片段；
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。
DNA、基因与染色体三者的关系是怎样的？
基 因
染色体
脱氧核苷酸
DNA
每条染色体上含有1个或2个DNA分子
DNA是主要的遗传物质
每个DNA分子含有许多个基因
染色体是DNA的主要载体
基因在染色体上呈线性排列
基因通常是有遗传效应的DNA片段
是遗传物质的结构和功能单位
基因中的脱氧核苷酸
排列顺序代表遗传信息
遗传因子
新名
蛋白质+
染色质
同种物质
一、概念检测
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
练习与应用
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。
练习与应用
（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。
练习与应用
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？
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。
练习与应用
二、拓展应用
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。
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。
一、 选择题
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
复习与提高
C
一、 选择题
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
复习与提高
A
一、 选择题
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
复习与提高
A
一、 选择题
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
复习与提高
D
二、非选择题
1. 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。
二、非选择题
2. 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。
生物 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃
(A+T)/(G+C) 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30
（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？
来源 A/G T/C A/T G/C 嘌呤/
嘧啶
人 1.56 1.43 1.00 1.00 1.0
鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
结核 分枝杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1
——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。
（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。
（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。
1、由80个碱基组成的DNA分子片段，可由其碱基对组成不同的序列而携带不同的遗传信息，其种数最多可达（ ）
A．480 B．804 C．440 D．260
2、通过分析发现甲、乙两个生物细胞中DNA碱基总量完全相同，且4种碱基的量也分别相同。下列对此现象的解释正确的是（ ）
A.这两个生物的DNA的分子数相同
B.这两个生物的遗传信息完全相同
C.这两个生物的性状相同
D.不足以做出什么判断
练习与应用
C
D