1、基因的本质第 三 章基因通常是有遗传效应的DNA片段第4节基因与DNA之间是什么关系?DNA是染色体的组成成分；染色体是DNA的主要载体基因在染色体上呈线性排列说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例资料一资料一大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4.7106个碱基对，在DNA分子上分布着4.4103个基因，每个基因的平均长度约为1103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1.大肠杆菌内的DNA分子数目与基因数目相同吗？说明了什么？DNA 分子数目 基因数目，说明一个DNA分子上含有多个基因。2.大肠杆菌内
2、的所有基因的碱基总数与DNA分子碱基总数相等吗？说明了什么？基因的碱基对总数 DNA分子的碱基对总数，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。说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例资料二资料二 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1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%。人类的基因组人类的基因组 结论：1.基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开；2.DNA中存在大量的非基因片段基因基因A A基因基因
3、B B基因基因C 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非基因片段非基因片段非基因片段非基因片段非基因片段说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例DNA分子数分子数总碱基总碱基基因数基因数平均每个基因平均每个基因的碱基对总数的碱基对总数比例比例（所有基因（所有基因的碱基对总和的碱基对总和/总碱基对）总碱基对）大肠杆菌大肠杆菌人类基因组人类基因组计划测定计划测定14.7 106 4.4 103 1 10344/4724（22+X+Y）31.6亿约2.6万不超过2%3.资料2与资料1相比，得出的结论有何异同？同：同：基因的碱基数远远少于DNA的碱基数，更加说明基因
4、在DNA上的分布是不连续的。异：异：人类的非基因序列占DNA总碱基数的比例远大于大肠杆菌。说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例资料三资料三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分子上有一段长度为5.17103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图C 正常光线(左)及紫外线照射下(右)的4只小鼠，其中3号小鼠为对照组，1、2、4号小鼠转人了绿色荧光蛋白基因说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例 结论：把水母的绿色荧光蛋白基因转入动物的体
5、内，从而此动物出现了以前没有的荧光性状，说明基因能控制生物的性状。基因是特定的DNA片段，可拼接到其它生物的DNA上去，有遗传效应，可独立起作用。资料二资料二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分子上有一段长度为5.17103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。问题探讨问题探讨我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵，培育出转基因鲤鱼，与对照组相比，生长速度加快。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.为什么转基因鲤鱼生长更快？因为外
6、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。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？一段脱氧核苷酸序列。转基因鲤鱼（右）说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例3.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？能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。“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。4.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。基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA
7、片段片段说明基因与说明基因与DNA 关系的实例关系的实例5.整理总结染色体、DNA和基因三者之间的关系，并以概念图的形式表示出来。基因是基因是染色体上具染色体上具有遗传效应的有遗传效应的DNA片段片段细胞核细胞核染色体染色体DNADNA基因基因构建基因的概念构建基因的概念大多数生物以DNA作为遗传物质，其基因是有遗传效应的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，试推测这些病毒的基因的本质。对于RNA病毒而言，其基因就是有遗传效应的RNA片段辩证思维：完善概念:HIV病毒是生物体遗传的功能单位和结构单位。基因通常通常是有遗传效应的DNA片段DNA片段中的
8、遗传信息片段中的遗传信息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呢?第一个把遗传物质设定为一种信息分子，提出遗传是遗传信息的复制、传递与表达的科学家，是量子物理学的奠基人薛定谔，他在生命是什么一书中用物理学的概念分析了生命现象。分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性各种美妙旋律许许多多词汇、句子无数个数（如电话号码）AGCT由4种碱基排列而成的脱氧核昔酸序列，足以储存生物体必需的全部遗传信息吗?分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性资料资料11个DNA分子的基本骨架是由脱氧核
9、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。若若1 1个碱基对组成个碱基对组成1 1个基因有个基因有_排列方式排列方式若若2 2个碱基对组成个碱基对组成1 1个基因有个基因有_排列方式排列方式若若3 3个碱基对组成个碱基对组成1 1个基因有个基因有_排列方式排列方式若若n n个碱基对组成个碱基对组成1 1个基因有个基因有_排列方式排列方式4种种16种种64种种4n种种分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性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？资料资料2资料1的推算是
10、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。碱基排列顺序碱基排列顺序的千变万化，构成了的千变万化，构成了DNA的的多样性多样性，而，而碱基特定的碱基特定的排列顺序排列顺序，又构成了每个，又构成了每个DNA分子的分子的特异性特异性。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。分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性分析脱氧核首酸序列与遗传信息的多样性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？在人类的DNA中，
11、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。4.你认为基因是碱基对随机排列成的 DNA片段吗？为什么？不是，基因的碱基序列都有特定的排列顺序。DNA、基因与染色体三者的关系、基因与染色体三者的关系基基 因因染色体染色体脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNADNA每条染色体上含有每条染色体上含有1 1个或个或2 2个个DNADNA分子分子DNA是主要主要的遗传物质每个每个DNADNA分子含有许多个基因分子含有许多个基因染色体是DNA的主要主要载体基因在染色体上呈线性排列基因通常通常是有遗传效应的DNA片段是遗传物质的结构和功能单位基因中的脱氧核苷酸排列顺序
12、代表遗传信息蛋白质蛋白质+生物科技进展生物科技进展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。单细胞基因组测序单细胞基因
13、组测序生物科技进展生物科技进展分离单个细胞，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，1pg=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，
14、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。生物科技进展生物科技进展（1 1）分离单个细胞得到极体）分离单个细胞得到极体（2 2）对极体）对极体在体外进行基因组扩增在体外进行基因组扩增（3 3）推测与）推测与极体极体同时产生的卵细胞的致病基因同时产生的卵细胞的致病基因（4 4）通通过试管婴儿技术帮助患者获得健康婴儿过试管婴儿技术帮助患者获得健康婴儿单细胞基因组单细胞基因组测序防治遗传测序防治遗传病的技术流程病的技术流程练习与应用练习与应用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
15、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一、概念检测一、概念检测练习与应用练习与应用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？二、拓展应用二、拓展应用最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的DNA具有特异性，只有将
16、“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。练习与应用练习与应用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。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和特异性。复习与提高复习与提高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D
17、NA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一、选择题一、选择题C复习与提高复习与提高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复习与提高复习与提高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
18、.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复习与提高复习与提高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复习与提高复习与提高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
19、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？二、非选择题二、非选择题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。复习与提高复习与提高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。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。（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？复习与提高复习与提高（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？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。复习与提高复习与提高（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。说明生物是由共同祖先进化而来的。
