3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段 课件(共37张PPT)-高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修2

(共37张PPT)
第4节
基因通常是有遗传效应的DNA片段
第3章 基因的本质
学习目标
1.举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段(重点)。
2.用数学方法说出DNA分子的多样性和特异性(重、难点)。
3.说明基因与DNA的关系。
基因等同于DNA吗
1
2
3
1903年
萨顿假说：基因和染色体存在平行关系
5
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
1928、
1944、
1952年
4
实验证明DNA是主要的遗传物质。
摩尔根证明基因位于染色体上
1910年
沃森、克里克提出DNA双螺旋模型
1953年
问题探讨
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。
1.为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？
因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA中，并发挥了促进生长激素合成的功能，而生长激素可使鲤鱼的生长速率加快。
转基因鲤鱼（右）
问题探讨
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。
2.导入的外源基因是1个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
转基因鲤鱼（右）
问题探讨
为什么外源基因必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用 科学家已证明DNA是遗传物质，那么，基因与DNA之间是什么关系呢
基因＝DNA
？
目标一　
说明基因和DNA关系的实例
说明基因和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。
基因是DNA的一个片段
说明基因和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。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。
图B 发出绿色荧光的水母
基因具有遗传效应
说明基因和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中有些片段不是基因
说明基因和DNA关系的实例
请阅读教材第57-58页思考讨论的资料内容，思考完成下列问题：
1．生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗，说明了什么？
不相同，说明了一个DNA分子上含有多个基因（基因是DNA分子上的一段）
2．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，说明了什么？
不相同，基因在DNA上的分布可能是不连续的（基因是被碱基序列分隔开的）
3．资料3与资料1相比，得出的结论有何异同？说明了什么？
同：基因的碱基数远远少于DNA的碱基数，更加说明基因在DNA上的分布是不连续的。
异：人类的非基因序列占DNA总碱基数的比例远大于酵母菌。
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
基因是DNA的片段；
一个DNA分子上有许多个基因；
基因的碱基总数结 论
说明基因和DNA关系的实例
说明基因和DNA关系的实例
请阅读教材第57-58页思考讨论的资料内容，思考完成下列问题：
4．资料3说明了基因有怎样的作用？
能控制生物的性状，即基因具有遗传效应。
5．你如何理解基因具有遗传效应？本节“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是什么？
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，可独立起作用，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质的结构单位。
“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是使鲤鱼的生长速率加快。
说明基因和DNA关系的实例
请阅读教材第57-58页思考讨论的资料内容，思考完成下列问题：
6．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。
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。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
据教材资料1（大肠杆菌DNA）和资料3（人的DNA）
据教材资料2（转基因实验）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
课堂小结
说明基因和DNA关系的实例
请按照概念大小构建基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸之间关系的概念模型。
染色体是______的主要载体
每个染色体上有_______个DNA
基因通常是有_________的DNA片段；
每个DNA分子上含有_____基因
是控制生物性状的结构功能单位
DNA是主要的遗传物质
每个基因有许多脱氧核苷酸
1或2
DNA
许多
遗传效应
基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息
DNA
基因
染色体
脱氧核苷酸
1.如图表示脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体间的关系。下列有关叙述错误的是
A.d是脱氧核苷酸，其种类取决于c的种类
B.基因通常是具有遗传效应的f片段
C.e含有的碱基总数等于f
D.基因的主要载体是染色体
√
基因
DNA
染色体
解析　图中c为含氮碱基，d为脱氧核苷酸，根据含氮碱基不同，可将脱氧核苷酸分为四种，A正确；
基因(e)是有遗传效应的DNA(f)片段，故基因含有的碱基总数小于f，B正确，C错误；
基因的主要载体是染色体，并在其上呈线性排列，D正确。
2.如图是果蝇某条染色体上的一段DNA的示意图。下列说法正确的是
A.白眼基因含有多个核糖核苷酸
B.白眼基因是有遗传效应的DNA片段
C.白眼基因位于细胞质内
D.白眼基因的基本组成单位是4种碱基
√
解析　白眼基因中含有多个脱氧核苷酸，A项错误；
白眼基因是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种，B项正确，D项错误；
染色体是DNA的主要载体，白眼基因位于染色体上，是核基因，C项错误。
目标二　
DNA片段中的遗传信息
1个DNA分子上有许多个基因
具有特定的遗传效应
每一个基因
都是特定的DNA片段
说明：
DNA蕴含大量的遗传信息
DNA只含有4种脱氧核苷酸（分别含A、T、G、C 4种碱基）
为什么能够储存大量的遗传信息？
DNA片段中的遗传信息
DNA片段中的遗传信息
思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
T
C
G
A
T
A
G
C
T
A
4种碱基排列顺序
遗传信息
基本骨架
7种音符
美妙旋律
26个英文字母
词汇句子
由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列，足以储存生物体所需的全部遗传信息吗？
DNA片段中的遗传信息
DNA片段中的遗传信息
思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
资料1：
1个DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的，从头至尾没有变化，而骨架内侧4种碱基的排列顺序却是可变的。
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。
资料2：
资料1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，而有些序列却会在生物体内重复许多次（碱基的特定排序）。
DNA片段中的遗传信息
思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
请阅读教材第58-59页思考 讨论的资料内容，思考完成下列问题：
1．如果是100个碱基对组成1个基因可能组合成多少种基因？
含有n个碱基对的DNA分子共有多少种排列方式？
4100
4n
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
……
计算公式：
可能组合的基因种类=4n（n为碱基对数）
碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性
DNA片段中的遗传信息
DNA片段中的遗传信息
思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
请阅读教材第58-59页思考 讨论的资料内容，思考完成下列问题：
2．你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？为什么？
在生物体内，基因不是碱基对随机排列构成的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只选择能与其相适应的物质或生物，因此一些随机排列的脱氧核苷酸序列会因不被选择而消失。
碱基特定的排列顺序
DNA的特异性
DNA片段中的遗传信息
思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
请阅读教材第58-59页思考 讨论的资料内容，思考完成下列问题：
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。
DNA片段中的遗传信息
思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
请阅读教材第58-59页思考 讨论的资料内容，思考完成下列问题：
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分子中，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。
DNA片段中的遗传信息
碱基排列顺序的千变万化
DNA分子的多样性
碱基特定的排列顺序
每个DNA分子的特异性
生物体的多样性
生物体的特异性
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。DNA上分布着许多个基因，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，如人类免疫缺陷病毒（艾滋病病毒）、流感病毒等。
RNA病毒的遗传物质是RNA ，其基因就是有遗传效应的RNA片段。
流感病毒
艾滋病毒
冠状病毒
1.下列有关DNA的多样性的叙述，正确的是
A.DNA具有多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化
B.含有200个碱基的DNA分子，碱基对可能的排列方式有4200种
C.DNA的多样性和特异性是生物多样性和特异性的物质基础
D.DNA的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因
√
解析　DNA的多样性是由DNA分子中碱基排列顺序的千变万化构成的，A、D错误；
含有200个碱基的DNA分子中，碱基对可能的排列方式有4100种，B错误。
2.决定DNA分子特异性的因素是
A.两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替的排列顺序是稳定不变的
B.构成DNA分子的脱氧核苷酸只有四种
C.严格的碱基互补配对原则
D.每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序
√
解析　DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替的排列顺序是稳定不变的，两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基对严格遵循碱基互补配对原则，A、B、C均不符合题意；
每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序，决定了DNA分子的特异性，D项符合题意。
DNA能够储存足够的遗传信息。
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
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。
基因通常是有遗传效应的DNA片段。
RNA病毒体内的基因是：有遗传效应的RNA片段。
课堂小结
课堂小结
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA的主要载体
基因是由脱氧核苷酸组成的
基因是具有遗传效应的DNA片段
基因中的碱基排序代表遗传信息
每个DNA分子上含有多个基因
染色体的主要成分包括DNA和蛋白质
是遗传物质结构和功能的基本单位
生物科技进展——单细胞基因组测序
人类遗传病致病基因的碱基序列与正常基因的存在差别，有时一个碱基的差别就会导致遗传病的发生。因此，基因测序能够在遗传病防治中发挥重要作用。
2014年11月，一个经单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在北京大学第三医院出生。这个健康婴儿的母亲患有常染色体单基因显性遗传病，在自然生育条件下，她的孩子的患病概率是50%。怎样避免她的孩子患这种遗传病呢 初级卵母细胞经过减数分裂会形成卵细胞和极体，如果知道极体的基因组序列，就可以推测出这个卵细胞的基因组序列。选择不含致病基因的卵细胞，再利用试管婴儿技术，就可以获得健康的婴儿。
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。