3-4 基因是有遗传效应的DNA片段

成才之路·生物路漫漫其修远兮吾将上下而求索第三章基因的本质第4节基因是有遗传效应的DNA片段第三章学习目标定位教材问题释疑课前预习导学课堂巩固练习课后强化作业课堂合作探究本节主攻要点1．基因是有遗传效应的DNA片段。2．DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。3．DNA分子具有多样性和特异性。学习目标定位第三章第4节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·生物·必修2元贝驾考金手指驾驶员考试学习目标：1.理解基因与DNA的关系。2．运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性。3．明确基因和遗传信息的关系。重点与难点：(1)基因是有遗传效应的DNA片段；(2)DNA分子具有多样性和特异性；(3)核苷酸序列与遗传信息的多样性。情境导入：人的高矮、胖瘦、外貌等都与基因有关，现在科学家已经找到了与身高、肥胖相关的基因，几乎所有的生命现象都与基因有关，因此我们可以毫不过分地称基因就是生命的真谛。但是人们对于基因的认识，经历了一个漫长的过程。1865年，在解释豌豆杂交实验中性状的遗传行为时，孟德尔首次提出了“遗传因子”的概念。孟德尔认为，生物的某种性状是由“遗传因子”决定的，传递下来的不是性状，而是“遗传因子”。“遗传因子”是颗粒状的，在体细胞中成对存在，在生殖细胞中单个存在。事实上，孟德尔所说的“遗传因子”只是代表决定某个遗传性状的抽象符号。孟德尔在阐明“遗传因子”的传递规律时，认识到“遗传因子”具有两个基本属性。“遗传因子”世代相传；“遗传因子”决定遗传表现。1909年，丹麦遗传学家约翰逊首先提出并使用了“基因”这个名词，其含义与当年孟德尔提出的“遗传因子”完全一致，基因只是逻辑推理的产物，并没有实质性意义。但是“基因”这个名词却一直伴随着遗传学发展至今。问题探究：摩尔根通过果蝇杂交实验证明基因位于染色体上，染色体主要由DNA和蛋白质组成，肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验说明DNA是遗传物质，那么基因和DNA有什么关系？提示：基因是有遗传效应的DNA片段。教材问题释疑(一)问题探讨提示：本节“问题探讨”的目的主要是让学生体会碱基排列顺序的多样性。(二)资料分析1．生物体的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。这说明基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。2．提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光、控制人和动物体的胖瘦，等等。3．基因是有遗传效应的DNA片段。(三)探究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．提示：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．提示：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。课前预习导学自主预习一、基因与DNA的关系1．数量关系(1)每个DNA分子上有________基因。(2)所有基因的碱基总数________(填“大于”、“等于”、或“小于”)DNA分子的碱基总数，即DNA分子上只有部分碱基参与基因的组成。2．基因是________的DNA片段。二、DNA片段中的遗传信息1．定义：DNA分子中________的排列顺序。2．特点(1)多样性：________________的千变万化。(2)特异性：每一个DNA分子有____________。3．与生物多样性和特异性的关系DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的________。答案：一、1．(1)多个(2)小于2.有遗传效应二、1．脱氧核苷酸2．(1)碱基排列顺序(2)特定的碱基排列顺序3．物质基础互动探究1.DNA分子上的非基因片段的碱基排列顺序有特异性吗？提示：有。现在常对这些片段进行DNA测序可以用于对犯罪嫌疑人的确定及追踪。课堂合作探究知识点1基因与DNA的关系要点归纳结论：基因是有遗传效应的DNA片段，是遗传物质的结构与功能单位。遗传信息并不只存在于DNA分子中，以RNA作遗传物质的生物，遗传信息存在于RNA分子中。典例导析下列有关基因的叙述，正确的是()A．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位B．经测定，一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n2m个脱氧核苷酸对C．人体细胞内的基因全部位于染色体上D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代[解析][答案]A下列有关基因长短的论述正确的是()A．基因是DNA分子中的一个片段B．基因是DNA分子中的任意片段C．不同的基因长度不同D．基因的长度都相同[答案]A[解析]考查基因概念。根据基因概念可知，基因是DNA分子中的一个片段，但不是任意片段。每个DNA分子可分为许多片段，其中有的能控制生物的性状，有的却不能控制，只有能控制生物性状的DNA特定片段，即有遗传效应的DNA片段，才是一个基因。不同的基因可能含有不同数量的碱基对，其长度不同；也可能含有相同数目的碱基对，但这些碱基对的排列顺序可能不同，因而不同基因长度可能相同，但可能含有不同的遗传信息。知识点2DNA片段中的遗传信息1.遗传信息(1)概念：基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。要点归纳(2)分析：生物的遗传性状以遗传信息形式编排在DNA分子上，表现为特定的碱基排列顺序。由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息。由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。2．DNA分子的特性(1)稳定性：指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。稳定性产生的原因：①DNA分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成，从头至尾没有变化。②碱基配对方式始终不变，即A与T配对，G与C配对。③DNA分子碱基对间的氢键维持着两条链的偶联。(2)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化(如一个由1000个碱基对组成的DNA分子，它的碱基对可能的排列方式就有41000种)，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，而特定的碱基排列顺序中有遗传效应的片段就代表了遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都贮存着特定的遗传信息，因此这种特定的碱基排列顺序就构成了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。生物界多样性的直接原因是蛋白质的多样性；生物界多样性的根本原因是核酸的多样性。典例导析由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．4120B．1202C．440D．260[解析]DNA分子中特定的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息。在DNA分子内部碱基互补配对的方式虽然只有两种，但碱基对的排列顺序有多种。因为DNA分子的两条链是遵循碱基互补配对原则结合而成的，所以一条链的碱基序列决定了另一条链的碱基序列。根据数学的排列知识，n个不同碱基对的排列有4n种，由于在一条单链上有40个碱基，其排列的种类就有440种之多。[答案]C遗传信息是指()A．有遗传效应的脱氧核苷酸序列B．脱氧核苷酸C．氨基酸序列D．核苷酸[答案]A[解析]所谓的遗传信息是指能够表达(形成特定氨基酸顺序的蛋白质)出来的DNA(基因)脱氧核苷酸序列(有遗传效应的DNA片段)，不同的脱氧核苷酸序列能够控制形成不同氨基酸顺序的蛋白质。思维拓展升华思维拓展染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系注意：①染色体并不是DNA的唯一载体，细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量的DNA。②并非所有生物的遗传信息都位于DNA上，有些病毒的遗传物质是RNA，其遗传信息存在于RNA分子中。方法技巧提升[例]由于DNA上的“遗传因子”基本都是符合孟德尔的遗传定律的，因此人类可以利用PCR技术合成的DNA进行亲子鉴定，其原理是：首先获取被测试者的DNA，并进行PCR扩增，取其中一样本DNA用限制性内切酶切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特制的“探针”去寻找基因。相同的基因会凝聚在一起，然后利用特别的染料在X光照射下，便会显示由DNA探针凝聚在一起的黑色条码。每个人的条码一半与其母亲的条码吻合，另一半与其父亲的条码吻合。(1)2002年6月，我国第一张位点的“基因身份证明”在湖北武汉诞生。人的“基因身份证明”是否终身有效？_______。理由是______________________________________________________________________________________。(2)双胞胎或多胞胎的“基因身份证明”是否一定完全相同？________，原因是______________________________。(3)图示某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA指纹图谱示意图，请推测该小孩真正生物学上的父亲是________，原因是__________________________________。[解析](1)同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂而来的，所以DNA相同，具有个体的特异性和稳定性，故基因身份证终身有效。(2)同卵双胞胎DNA相同，但异卵双胞胎DNA不同。(3)对比DNA指纹图谱就会发现孩子的基因有一半与母亲相同，还有一半与B相同，而A、C、D与孩子DNA指纹图谱不相同，所以B是孩子真正生物学上的父亲。课堂巩固练习课堂巩固练习课堂巩固练习仅在教师书中体现，学生书中没有，仅供教师备用。1．染色体和DNA的关系是()(1)DNA位于染色体上(2)染色体就是DNA(3)DNA是染色体的主要成分(4)染色体和DNA都是遗传物质(5)每条染色体上含有一个或二个DNA分子A．(1)(3)(5)B．(1)(2)(3)C．(2)(3)(4)D．(3)(4)(5)[答案]A[解析]因为核酸(DNA和RNA)是一切生物的遗传物质，DNA是主要的遗传物质，染色体是遗传物质DNA的主要载体，每条染色体上都有一个DNA分子(每条染色单体上也含有一个DNA分子)，染色体的主要化学成分是DNA，所以，供选答案中可排除(2)和(4)。2．关于基因的概念，错误的是()A．基因是有遗传效应的DNA片段B．基因是DNA上有一定功能的特异碱基排列顺序C．基因是DNA上任意一段D．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位[答案]C[解析]基因是有遗传效应的DNA片段，是一特定的碱基排列顺序。由于DNA分子上有很多不能控制生物性状的区段，所以基因不能是DNA上的任意一段。