第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
教学目标
1．举例说明基因是有遗传效应的DNA片段。
2．运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性。
3．说明基因和遗传信息的关系。
教学重难点
【教学重点】
1．基因是有遗传效应的DNA片段。
2．DNA分子的多样性和特异性。
【教学难点】
脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性。
教学过程
一、导入新课
（建议下载使用视频：【情境素材】基因通常是有遗传效应的DNA片段）
设置问题，引入新课：基因位于染色体上，染色体由什么组成？（染色体由DNA和蛋白质组成。）在染色体中，只有DNA是遗传物质，这是艾弗里和格里菲斯、赫尔希和蔡斯所证实的，那么，基因和DNA是什么关系呢？下面我们就研究这一课题。
二、讲授新课
（一）说明基因与DNA关系的实例
学生活动，阅读教材中的资料1和3，并回答下列问题：
1．大肠杆菌细胞中有几个DNA分子？几个基因？（1个DNA分子，多个基因）
2．细胞中的DNA分子数与基因数不同，说明了什么 ？（说明基因是一段DNA）
3．基因的碱基数远远小于DNA分子中的碱基数，这说明什么？（这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。）
引导学生讨论后，得出如下结论：基因是DNA分子的片段，DNA分子是基因的载体，基因在染色体上呈直线排列，互不干扰，互不重叠。基因是决定生物性状的基本单位，每个基因含有成百上千人脱氧核苷酸，其排列顺序代表的是遗传信息。
学生活动，阅读资料2和课件中的资料4（肥胖基因相关），并回答下列问题：
1．正常鼠和转基因鼠相比，有哪点不同？（转基因鼠有绿色荧光。）
2．正常鼠和转基因鼠的不同，是什么原因造成的，这说明了什么？（把水母体内的绿色荧光基因转入鼠的体内，鼠体内出现了以前没有的荧光。说明基因有遗传效应。它可以独立该DNA，其他的片段独立起作用。）
3．HMGIC基因与肥胖有什么关系？（没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。）
4．通过上述资料，你认为基因与生物的性状存在什么关系？（基因能控制生物的性状。）
讲述：基因可以使生物表现出某种性状，如绿色荧光基因可使生物表现出绿色荧光，没有了HMGIC基因则摄入较多的脂肪食物也不会肥胖，这就是基因的遗传效应。不难看出，一个DNA分子上有许多基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。
教师提问：基因为什么会具有遗传效应呢？（基因中含有遗传信息。）
师生总结出基因的概念：基因是有遗传效应的DNA片段，它是生物体遗传的功能单位和结构单位。
（二）DNA片段中的遗传信息
教师提问：遗传信息是指基因中的碱基排列顺序。不同的DNA分子中的碱基排列顺序不同，则遗传信息不同。作为遗传物质具有贮存大量遗传信息的能力，为什么DNA分子能储存大量的遗传信息呢？
为了增加学生的理解，组织学生用数学方法探究这一问题。参考教材中探究“脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性”。
这一探究活动主要是借助于数学方法，所以要侧重数学技能的训练，利用数学思维解决生物学问题。同时，教师还应注意到一个问题，即所有的碱基排列的概率计算是建立在一个假设基础上的（所有碱基对的随机排列都能构成基因）。因此，在将数学模型迁移到生物学问题时，教师一定要提示学生注意：生物学现象的特殊性和数学模型的应用范围。关于概率的教学，可以事先向数学教师请教，以保证不出科学性错误，但不宜涉及过深的数学知识，以学生能理解碱基排列多样性为宜。在将数学模型迁移到碱基排列序列的多样性问题时，应注意分析遗传信息多样性与DNA分子结构特点之间的关系。（建议使用活动卡片：【活动设计】手拉手连连看——模拟DNA单链中碱基排列）
通过探究活动，使学生讨论教材中的问题，引导学生回答出下列内容：
1．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
2．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。
3．可以从进化的角度来分析基因为什么不能是碱基的随机排列。如生物之间存在着或近或远的亲缘关系，许多生物有共同的起源，所以有亲缘关系的生物之间碱基的排列是有相同的部分，不可能完全随机的排列。
拓展：DNA指纹技术、单细胞基因组测序、测序工程师（建议使用知识卡片：【生物世界】DNA指纹技术、【生物世界】单细胞基因组测序、【生物世界】测序工程师）。
（三）染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系
师生共同总结染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间（建议使用知识卡片：【知识解析】染色体、DNA和基因三者之间的关系）
三、课堂反馈
/
（1）图中B是__________，A是________，G是__________。
（2）每个F含有_______个E，每个E中可以由__________个D 组成。
（3）从分子水平看D和C的关系是____________________________。
（4）F的基本组成单位是图中的______。
（5）遗传信息是_______________的排列顺序。
答案：（1）脱氧核糖 含N碱基 蛋白质 （2）很多 成百上千
（3）基因是有遗传效应的DNA片断 （4）D （5）D（脱氧核苷酸）
四、课堂小结
课件23张PPT。第4节基因通常是有遗传效应的DNA片段第3章 基因的本质一、导入新课 与对照组相比，转基因鲤鱼的生长
速率加快。
为什么转基因鲤鱼的生长速率更快？转基因鲤鱼（右） 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？一、导入新课1条染色体
1个DNA1条染色体
2个 DNADNA是染色体的组成成分，染色体是DNA的主要载体。DNA与染色体的关系一、导入新课基因与染色体的关系果蝇某一条染色体上的几个基因一条染色体上有多个基因。 基因在染色体上呈线性排列，
且互不重叠。染色体是基因的主要载体。一、导入新课 1条染色体 1或2个DNA 基因多个二、讲授新课（一）说明基因与DNA关系的实例 大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4 700 000个碱基对，在DNA分子上分布着大约4 400个基因，每个基因的平均长度约为1 000个碱基对。大肠杆菌一个DNA上含有多个基因。说明基因是一段DNA。资料1二、讲授新课（一）说明基因与DNA关系的实例资料2 把水母的绿色荧光基因转入鼠的体内，鼠体内出现了以前
没有的荧光。1234发出绿色荧光的水母1、2、4号小鼠转入了绿色荧光蛋白基因二、讲授新课（一）说明基因与DNA关系的实例资料2 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，从而获得某种性状，所以基因是遗传物质的结构
单位。二、讲授新课（一）说明基因与DNA关系的实例资料3 人类基因组计划测定人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。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%。进一步说明基因是DNA的片段。剩余98%的碱基是否称为基因？ 这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。二、讲授新课（一）说明基因与DNA关系的实例资料4研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关。肥胖不肥胖说明基因能控制生物的性状。二、讲授新课（一）说明基因与DNA关系的实例 基因是有遗传效应的DNA片段，它是生物体遗传的功能单位和结构单位。综合上述资料，请你给基因下个定义？遗传效应：指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。二、讲授新课（二）DNA片段中的遗传信息DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢？情境1： 假如决定脸型的一个基因只有17个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？二、讲授新课（二）DNA片段中的遗传信息含有n个碱基对的DNA分子共有多少种排列方式？DNA分子的多样性二、讲授新课（二）DNA片段中的遗传信息DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢？情境2：DNA分子能像指纹一样用来鉴定身份吗？有科学依据吗？ 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。每个DNA有自己特定的碱基对排列顺序DNA分子的特异性：二、讲授新课（二）DNA片段中的遗传信息DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢？ 探究结论：碱基对排列顺序的千变万化构成了遗传信息的多样性；但对具体的个体的某个基因来说，碱基对的排列顺序又是特定的，即DNA分子具有特异性。 DNA分子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指纹技术 DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。
应用DNA指纹技术时，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成如下图所示的DNA指纹图。
因为每个人的DNA指纹图是独一无二的，所以我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份。此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。DNA 指纹图单细胞基因组测序 单细胞基因组测序技术是在单细胞水平对全基因组进行扩增与测序的一项新技术。其原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA进行扩增，获得高覆盖率的完整的基因组后进行高通量测序。 患有常染色体单基因显性遗传病的女性，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一个卵细胞和三个极体，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。概念应用举例单细胞基因组测序 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。应用前景二、讲授新课（三）染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系
尝试对以下概念的联系进行描述:染色体DNA基因脱氧核苷酸碱基二、讲授新课染色体是DNA的主要载体每个染色体上有1个或2个DNA分子基因是有遗传效应的DNA片断每个DNA分子上有许多基因基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息每个基因由许多脱氧核苷酸组成DNA是主要的遗传物质（三）染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系染色体DNA基因脱氧核苷酸是遗传物质的结构和功能单位三、课堂反馈（1）图中B是__________，A是________，G是__________。
（2）每个F含有_______个E，每个E中可以由__________个D 组成。脱氧核糖含N碱基蛋白质很多成百上千F DNAC 磷酸AE 基因B糖H 染色体D 脱氧核苷酸G（3）从分子水平看D和C的关系是____________________________。
（4）F的基本组成单位是图中的______。
（5）遗传信息是_______________的排列顺序。 基因是有遗传效应的DNA片断DD（脱氧核苷酸）+四、课堂小结染色体是DNA的主要载体每个染色体上有1个或2个DNA分子基因是有遗传效应的DNA片断每个DNA分子上有许多基因基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息每个基因由许多脱氧核苷酸组成DNA是主要的遗传物质染色体DNA基因脱氧核苷酸遗传物质的结构和功能单位基因在染色体上呈线性排列再见
