3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段 课件（34张ppt）【新教材】2020-2021学年高一生物人教版（2019）必修二

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
转基因的应用场景
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。
特点：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。
讨论：
1、为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？
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？
转基因鲤鱼（右）
【答案】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。
【答案】导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
1条染色体
1个DNA
1条染色体
2个 DNA
DNA是染色体的组成成分，染色体是DNA的主要载体。
温故知新
DNA与染色体的关系
果蝇某X染色体上一些
基因的示意图
2、一条染色体上有多个基因
1、 基因在染色体上呈线性排列
3、染色体是基因的主要载体
DNA与染色体的关系
1条染色体 1或2个DNA
基因
多个
DNA与染色体的关系
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料1]大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子(图A),
长度约为4.7×10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 正分裂的大肠杆菌，细胞内的DNA被染成红色
一个DNA上含有多个基因。说明基因是一段DNA。
基因的碱基对总数 DNA分子的碱基对总数
分析讨论1
<
<
DNA分子数目 基因数目
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料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)。
图C 正常光线（左）和紫外线照射下（右）的4只小鼠，其中3号小鼠为对照，1、2、4号小鼠转入了绿色荧光蛋白基因
图B 发出绿色荧光的水母
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[资料2]
水母这一荧光性状为什么能在小鼠身上表现？
分析讨论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。
一、说明基因与DNA关系的实例
分析基因与DNA的关系
[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%。

分析讨论3 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。
结论：构成基因的碱基数 < 碱基总数
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。
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因
基因
非基因片段
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
一、说明基因与DNA关系的实例
结论：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。
基因是有遗传效应的DNA片段
遗传效应：
指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。
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
DNA只含有4种脱氧核苷酸（分别含A、T、G、C4种碱基）
为什么能够储存大量的遗传信息？
二、DNA片段中的遗传信息
说明：DNA蕴含大量的遗传信息
A
T
C
A
T
T
G
A
T
C
G
A
A
T
G
G
C
C
G
G
含有n个碱基对的DNA分子共有多少种排列方式？
4
n
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核酸序列与遗传信息的多样性
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许多多词汇和句子，形成传递和交流信息的语言。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？
A
T
C
G
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核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。
结论：DNA分子具有多样性
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核酸序列与遗传信息的多样性
[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）。
结论：DNA分子具有特异性
二、DNA片段中的遗传信息
分析脱氧核糖核酸序列与遗传信息的多样性
[讨论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？
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有自己特定的碱基排列顺序
DNA分子的特异性：
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
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
DNA的多样性：碱基排列顺序的千变万化。
DNA的特异性：碱基特定的排列顺序。
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。
二、DNA片段中的遗传信息
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。对这类病毒而言，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
注意：DNA分子中含有没有遗传效应的片段，这些没有遗传效应的片段不叫基因。
烟草花叶病毒
流感病毒
二、DNA片段中的遗传信息
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
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA
的主要载体
基因通常是有遗传
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
每条染色体上有一个或2个DNA分子
三、基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸之间的关系
练习与应用
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
B
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。
（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。
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。
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。
【答案】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。
复习与提高
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
C
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
A
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
A
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
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？
【提示】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。
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。
（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？
【答案】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？
【答案】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。
【答案】说明生物是由共同祖先进化而来的。
谢谢
让课堂绽放魅力 让教育更加美好