3.4基因通常是有遗传效应的DNA片段（教学设计）高中生物人教版（2019）必修2（表格版）

第 3 章 基因的本质
第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
年级 高一年级 授课时间 1课时
课题 第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
教材分析 本节课是必修2第3章第4节"基因通常是有遗传效应的DNA片段"的核心内容。在前三节学习了DNA是主要的遗传物质、DNA的结构和DNA的复制之后，本节进一步明确基因与DNA的关系，是对"基因的本质"这一章主题的总结和升华。本节课主要包括两个核心部分： 1.说明基因与DNA关系的实例：通过大肠杆菌基因分布、绿色荧光蛋白转基因实验、人类基因组计划等实例，引导学生分析基因与DNA的关系，得出"基因是有遗传效应的DNA片段"的结论。 2.DNA片段中的遗传信息：探讨DNA的多样性和特异性，理解遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中，明确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。 本节课是对前几节内容的综合和应用，帮助学生构建完整的"基因本质"知识体系，为后续学习基因的表达、基因突变等内容奠定基础。
学情分析 【已有知识基础】 1.已掌握DNA是主要的遗传物质的相关实验证据。 2.了解DNA的双螺旋结构和碱基互补配对原则。 3.掌握DNA半保留复制的过程和特点。 4.对基因的概念有初步认识（孟德尔提出的"遗传因子"）。 【可能存在的学习困难】 1.概念关系混淆：基因、DNA、染色体三者之间的关系容易混淆。 2."遗传效应"理解不清：学生难以理解什么是"遗传效应"，为什么基因是有遗传效应的DNA片段。 3.多样性和特异性区分不清：DNA的多样性和特异性的概念容易混淆。 4."通常"一词的理解：为什么说"通常"是有遗传效应的DNA片段？存在哪些特殊情况？ 5.抽象概念多：遗传信息、遗传效应等概念较为抽象，难以理解。 【教学策略】 1.采用实例分析法，通过具体实例引导学生归纳基因与DNA的关系。 2.设计探究活动，让学生从资料中提取信息，自主构建概念。 3.制作概念图，明确基因、DNA、染色体三者之间的关系。 4.通过数学推算，理解DNA的多样性和特异性。 5.联系实际应用（DNA指纹技术），激发学习兴趣。
教学目标 【知识目标】 1.通过实例分析，理解基因与DNA的关系 2.理解基因是有遗传效应的DNA片段 3.掌握DNA片段中遗传信息的多样性和特异性 4.理解脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体之间的关系 5.能够解释DNA指纹技术的原理 【素养目标】 1.生命观念：理解基因是有遗传效应的DNA片段，认识遗传信息的物质基础，形成遗传信息决定生物性状的生命观念。 2.科学思维：通过分析实例，培养归纳概括和逻辑推理能力；能够运用数学方法推算DNA的多样性，理解生物多样性的分子基础。 3.科学探究：能够从资料中提取有效信息，分析基因与DNA的关系。 4.社会责任: 认识基因研究在刑侦、亲子鉴定、基因工程等领域的应用价值；理解保护生物多样性的分子基础。
教学重、难点 【教学重点】 1.基因与DNA的关系 2.DNA分子的多样性和特异性 3.脱氧核苷酸序列与遗传信息的关系 【教学难点】 1.理解"基因是有遗传效应的DNA片段"的含义 2.DNA多样性和特异性的原因分析 3.脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体之间的层次关系
教学过程
教学内容 教师活动 学生活动
新课导入 【情景材料】 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速率加快。 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。 【讨论】 (1) 为什么转基因鲤鱼的生长速率更快？ (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？ 引出课题：基因通常是有遗传效应的DNA片段。引出课题：基因通常是有遗传效应的DNA片段。 阅读资料，思考并回答问题。 明确本节课探究主题。
一、 说明基因与 DNA 关系的实例 【探究活动1】阅读课本p57-58 思考·讨论， 小组合作完成任务。 思考·讨论 分析基因与DNA的关系 1.大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子(图A)，长度约为4.7×106个碱基对，在DNA分子上分布了大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。 图A正在分裂的大肠杆菌，细胞内的DNA被染成红色 讨论:(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？ 2． 生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(图B)，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 C)。 讨论:(2)从料2中可得出什么结论资？ 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DNA的碱基序列。每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约含有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%。 讨论:(3)从资料3中可得出什么结论？ 阅读课本，思考并回答问题。
二、DNA 片段中的遗传信息 【探究活动2】阅读课本p58-59 思考·讨论， 小组合作完成任务。 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。 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。 讨论: (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？ (2)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？ (3)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？ (4)你认为基因是碱基对随机排列成的DNA 片段吗？为什么？ 【知识讲解】 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 生物体多样性和特异性的物质基础。 注意:对遗传物质是RNA的这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。 基因通常是有遗传效应的DNA片段 【知识讲解】脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体之间的关系 阅读课本，思考并回答问题。 认真听讲，做笔记。
【习题巩固】 1．下图为某DNA部分片段的平面结构图。下列说法错误的是（ ） A．①是氢键，解旋酶可作用于①并使其断裂 B．③与④交替连接构成了DNA分子的基本骨架 C．DNA复制时，DNA聚合酶沿模板链的5'→3'方向移动 D．特定的碱基排列顺序构成了DNA分子的特异性 【答案】C 【详解】 A、①是氢键，解旋酶的作用是使DNA双链之间的氢键断裂，使 DNA 双链解开，A正确； B、③（脱氧核糖）与④（磷酸）交替连接构成了 DNA 分子的基本骨架。 DNA 的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧构成，B正确； C、DNA 复制时，DNA 聚合酶的催化方向是沿子链的 5'→3' 方向延伸，因此它是沿模板链的3'→5'方向移动，C错误； D、不同DNA分子的碱基排列顺序不同，每个DNA分子特定的碱基排列顺序构成了DNA分子的特异性，D正确。 故选C。 2．生长在太平洋的一种水母能发出绿色荧光，这是因为该种水母DNA上有一段长度为5 000多个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母的绿光荧光蛋白基因的转基因动物，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。这个资料不能表明（　　） A．基因是有遗传效应的DNA片段 B．基因是DNA上的有一定功能的特异性的碱基排列顺序 C．基因是控制生物体性状的遗传物质的结构单位和功能单位 D．DNA的任意片段都能在另一种生物体内控制性状 【答案】D 【详解】 A、根据题干信息“生长在太平洋的一种水母能发出绿色荧光，这是因为该种海蜇DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段--绿色荧光蛋白基因”可知，基因是DNA分子上的片段，是具有遗传效应的DNA片段，A正确； B、根据以上分析已知，基因在DNA分子上，是具有一定功能的特异性的碱基排列顺序，B正确； C、基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位，C正确； D、基因是有遗传效应的DNA片段，只有基因才能控制生物性状，因此DNA上有些片段是不能控制生物性状的，D错误。 故选D。 3．微卫星DNA(STR)是真核生物核DNA中的高度重复序列，其序列差异可用于亲子鉴定、刑侦破案等领域。下列叙述错误的是（　　） A．STR序列的个体特异性可用于DNA亲子鉴定 B．不同个体STR序列差异体现了DNA分子的多样性 C．真核细胞的STR序列中有A、G、C、T、U五种碱基 D．STR序列彻底水解可得到磷酸、脱氧核糖和含氮碱基 【答案】C 【详解】 A、STR序列在不同个体间存在差异，具有个体特异性，可用于DNA亲子鉴定，A正确； B、不同个体STR序列的差异由碱基排列顺序决定，体现了DNA分子的多样性，B正确； C、STR属于核DNA序列，其碱基组成为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T），不含尿嘧啶（U），U是RNA特有的碱基，C错误； D、STR是DNA序列，彻底水解产物包括磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，D正确。 故选C。 4．下列关于遗传物质和基因的说法，错误的是（　　） A．染色体是基因的主要载体 B．DNA片段不一定是基因，基因也可以是RNA片段 C．大肠杆菌细胞中既有DNA又有RNA，其主要遗传物质是DNA D．烟草花叶病毒和艾滋病病毒的遗传物质彻底水解后的产物种类相同 【答案】C 【详解】 A、染色体由DNA和蛋白质组成，基因是具有遗传效应的DNA片段，因此染色体是基因的主要载体，A正确； B、基因通常是有遗传效应的DNA片段，但RNA病毒的基因由RNA构成，并非所有DNA片段都是基因，B正确； C、大肠杆菌中既有DNA又有RNA，其遗传物质是DNA，不能说主要遗传物质是DNA，C错误； D、烟草花叶病毒（RNA病毒）和艾滋病病毒（RNA病毒）的遗传物质均为RNA，彻底水解产物均为磷酸、核糖及4种含氮碱基（A、U、C、G），产物种类相同，D正确。 故选C。 5．下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，正确的是（ ） A．含有n个碱基对的荧光蛋白基因（基因3），其脱氧核苷酸排序有4n种 B．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，脱氧核苷酸的排列顺序蕴含遗传信息 C．染色体是DNA的唯一载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子 D．基因是控制生物遗传性状的结构和功能的基本单位，不同基因之间互不影响 【答案】B 【详解】 A、有n个碱基对的荧光蛋白基因（基因3），其脱氧核苷酸排序是特定的，只有1种，而不是4n种，A错误； B、基因通常是有遗传效应的DNA片段，一个基因含有许多个脱氧核苷酸，脱氧核苷酸的排列顺序蕴含遗传信息，B正确； C、染色体是DNA的主要载体，DNA复制之后DNA数目加倍，而染色体数目加倍随着着丝粒的分开而加倍，因此，一条染色体上含有1个或2个DNA分子，C错误； D、基因是控制生物遗传性状的结构和功能的基本单位，不同基因之间往往存在互作关系，并非互不影响，D错误。 故选B。 6．下列关于基因和DNA分子的叙述正确的是（ ） A．一个DNA分子上一般有多个非等位基因 B．细胞中的DNA只存在于拟核或染色体上 C．DNA的两条链上可能分别存在等位基因 D．DNA病毒有基因，而RNA病毒没有基因 【答案】A 【详解】 A、基因通常是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子通常含有多个基因，这些基因位于不同位置，为非等位基因，A正确； B、真核细胞的线粒体和叶绿体中含有少量的DNA，原核细胞中的质粒的化学本质为DNA，B错误； C、等位基因是指位于一对同源染色体的相同位置上、控制相对性状的基因，同一DNA的两条互补链无法形成等位基因，C错误； D、DNA病毒的基因是有遗传效应的DNA片段，而RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，D错误。 故选A。 7．人体正常的肝细胞内，基因Ⅰ和基因Ⅱ在1号染色体DNA上的相对位置如图所示，下列说法正确的是（ ） A．基因Ⅰ和基因Ⅱ往往是一对等位基因 B．基因Ⅰ和基因Ⅱ往往是不能自由组合的 C．基因Ⅰ由许多个核糖核苷酸组成，其特异性是由该核苷酸的排列顺序决定的 D．人体的每个细胞中基因Ⅰ和基因Ⅱ都处于活动状态 【答案】B 【详解】 A、等位基因是位于同源染色体相同位置控制相对性状的基因，基因I和基因Ⅱ在同一条染色体上，不是等位基因，A错误； B、基因I和基因Ⅱ在同一条染色体上（连锁 ），不能自由组合，B正确； C、基因是有遗传效应的DNA片段，由脱氧核苷酸组成，不是核糖核苷酸，C错误； D、基因在细胞中选择性表达，人体不同细胞中基因I和基因Ⅱ不一定都处于活动状态。如成熟红细胞无细胞核，无这些基因活动，D错误。 故选B。 8．下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，正确的是（ ） A．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的比例决定的 B．基因通常是具有遗传效应的DNA片段，不是4种碱基对的随机排列 C．在DNA结构中，脱氧核苷酸的排列构成了DNA的基本骨架 D．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上只含有1个DNA分子 【答案】B 【详解】 A、基因的特异性由脱氧核苷酸的排列顺序决定，而非比例。例如，不同基因可能含有相同比例的脱氧核苷酸但顺序不同，A错误； B、基因是具有遗传效应的DNA片段，其碱基对的排列具有特定功能，而非随机排列。DNA中碱基对的排列顺序蕴含遗传信息，B正确； C、DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成，而脱氧核苷酸的排列顺序指碱基对的排列，C错误； D、未复制的染色体含1个DNA分子，但复制后（如细胞分裂间期后）的染色体含2个DNA分子，D错误。 故选B。 做习题，巩固知识。
课堂小结
板书设计 第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 一、基因与DNA关系的实例分析 1. 资料1（大肠杆菌）：一个DNA分子上有许多个基因；基因的碱基总数＜DNA的碱基总数 2. 资料2（绿色荧光蛋白基因）：基因能够控制生物性状 → 基因是有遗传效应的DNA片段 3. 资料3（人类基因组计划）：构成基因的碱基数占碱基总数≤2% → DNA分子中存在大量非基因片段 4. 结论：基因是DNA分子上的一个片段；一个DNA分子上有许多个基因；基因是有遗传效应的DNA片段 二、DNA片段中的遗传信息 1. 遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中 2. DNA的多样性：碱基排列顺序的千变万化（4n种） 3. DNA的特异性：每个DNA分子有特定的碱基排列顺序 4. 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 5. 补充：对于RNA病毒，基因是有遗传效应的RNA片段 三、脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体的关系 脱氧核苷酸 → 基因 → DNA → 染色体 （排列顺序代表遗传信息） （有遗传效应的DNA片段） （DNA的主要载体） 每个DNA分子含有许多个基因 基因在染色体上呈线性排列 每条染色体上含有1个或2个DNA分子
课后作业 1．人的基因是DNA分子上具有遗传效应的片段，是遗传的基本功能单位，下列关于人的某个基因R的说法，错误的是（　　） A．基因R的两条单链反向平行 B．基因R片段有四个游离的磷酸基团 C．磷酸和脱氧核糖构成基因R片段的基本骨架 D．R与它的等位基因r的碱基总数可能不相等 【答案】B 【详解】 A、基因R作为DNA片段，其两条单链通过反向平行方式形成双螺旋结构，A正确； B、DNA分子中每条链的5'端含一个游离磷酸基团，而3'端为羟基，故整个基因R片段仅有两个游离磷酸基团，B错误； C、DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成，C正确； D、等位基因R与r可能因碱基对的增添或缺失导致碱基总数不同，D正确。 故选B。 2．研究表明，基因通常是具有遗传效应的DNA片段。下列有关基因和DNA的叙述，错误的是（ ） A．HIV病毒的基因是具有遗传效应的RNA片段 B．T2噬菌体和大肠杆菌的基因是具有遗传效应的DNA片段 C．碱基对的随机排列，构成了DNA的特异性 D．DNA中的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中 【答案】C 【详解】 A．HIV病毒的遗传物质是RNA，其基因是具有遗传效应的RNA片段，A正确； B．T2噬菌体和大肠杆菌的遗传物质均为DNA，其基因是具有遗传效应的DNA片段，B正确； C．DNA的特异性由碱基对的特定排列顺序决定，而非随机排列，随机排列体现的是DNA的多样性，C错误； D．DNA中4种碱基的排列顺序储存了遗传信息，D正确； 故选C。 3．下列关于基因、DNA和染色体的描述错误的是（　　） A．染色体是基因的主要载体，一条染色体上有多个基因 B．编码胰岛素的基因由1400对碱基构成，其碱基排列顺序有41400种 C．碱基对特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子基因的特异性 D．生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数 【答案】B 【详解】A、染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，一条染色体含有多个基因，A正确； B、编码胰岛素的基因由1400对碱基构成，其碱基排列顺序是特定的，即编码胰岛素的基因具有特定的碱基排列顺序，只有1种，B错误； C、基因的特异性由碱基对的特定排列顺序决定，每个基因的独特序列构成其特异性，C正确； D、DNA分子中包含基因和非基因序列（如非编码区），因此所有基因的碱基总数必然小于DNA分子的总碱基数，D正确。 故选B。
教学反思 成功之处与预期效果 1.实例分析法效果显著：通过三个具体实例的分析，学生自主归纳出基因与DNA的关系，加深了对概念的理解。 2.数学推算直观有效：通过4n的数学推算，学生直观理解了DNA的多样性，突破了教学难点。 3.概念图构建清晰：通过构建概念关系图，帮助学生理清了脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体之间的逻辑关系。 4.联系实际激发兴趣：DNA指纹技术的应用介绍，激发了学生的学习兴趣，体现了知识的应用价值。 实施难点与应对策略 1."遗传效应"理解不清：学生难以理解什么是"遗传效应"。策略：通过转基因实例说明，基因能够控制生物性状；强调"效应"即功能作用。 2.概念关系混淆：基因、DNA、染色体三者关系容易混淆。策略：制作概念图；用比喻帮助理解（染色体是书，DNA是章节，基因是句子）。 3."通常"一词的理解：学生可能忽略"通常"的含义。策略：补充RNA病毒的例子，说明例外情况；强调概念的严谨性。 4.多样性和特异性区分不清：策略：用比喻（多样如不同人的指纹各不相同，特异如每个人的指纹独一无二）；通过例题辨析。 改进建议 1.开发基因概念发展史微课，帮助学生理解基因概念的演变过程。 2.设计概念关系填空练习，巩固概念之间的逻辑关系。 3.收集学生常见错误，编制针对性训练材料。 4.开展"DNA指纹"模拟实验，增强实践体验。 5.引导学生查阅资料，了解基因研究的最新进展。
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