3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段-2024-2025学年高一生物同步备课课件（人教版2019必修2）

第3章第4节 基因的本质 基因是有遗传效应的DNA片段 遗传因子的发现 基因的表达 基因与染色体的关系 基因的本质 基因突变及其他变异 从杂交育种到基因工程 现代生物进化理论 从社会中来 1、为什么转基因鲤鱼生长更快？ 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。 2、导入的外源基因是一个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？ 转基因鱼（左） 外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA上，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。 DNA分子的一段脱氧核苷酸序列 让我们带着问题来看一下今天要学的内容 2 1865 1952 1909 1910 1944 孟德尔提出遗传因子概念，认为遗传因子决定生物性状。 摩尔根通过实验证明基因位于染色体上，且呈线性排列。 赫尔希和蔡斯揭示了DNA是噬菌体的遗传物质。 艾弗里 证明DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 约翰逊 提出用基因来代替遗传因子，但没有给基因的定义。 20世纪中叶 科学家 染色体主要是由两种物质组成——DNA和蛋白质 1928 格里菲斯通过实验证明存在转化因子使R型活细菌转化为S型细菌。 1953 沃森和克里克 揭示DNA的双螺旋结构，遗传学跨入分子遗传学时代。 基因追寻记 3 DNA是染色体的组成成分,染色体是DNA的主要载体。 必修一： 短硬毛 棒状眼 深红眼 朱红眼 截翅 红宝石眼 白眼 一条染色体上应该有许多个基因；基因在染色体上呈线性排列。 必修二： 基因追寻记 基因 = DNA 基 因 DNA 染色体 ？ 5 一 说明基因与DNA关系的实例 Part One 资料1：大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4. 7×106个碱基对，在DNA分子上分布着大约4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。 分析基因与DNA的关系 思考.讨论 一、说明基因与DNA关系的事例 数目 长度 （碱基对数目） DNA 基因 1个 4400个 470万个 440万个 一、说明基因与DNA关系的事例 ＜ ＜ 分析： ①大肠杆菌体内的DNA分子数目 基因数目。 ②所有基因的碱基总数 DNA的碱基总数。 ①一个DNA上含有许多个基因 结论 8 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。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，共有基因数约为3万个，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。 一、说明基因与DNA关系的事例 24条染色体 24个DNA 31.6亿个碱基对 基因的碱基数不超过2% 31.6亿 一、说明基因与DNA关系的事例 说明什么？ 10 --ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC--- --TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG--- 1个DNA分子 非基因片段 非基因片段 非基因片段 ②基因是一段DNA，一段DNA不一定是基因 基因片段 基因片段 基因片段 ③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 一、说明基因与DNA关系的事例 说明： 非基因片段 11 什么样的DNA片段是基因呢？ 资料2：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，在紫外线照射下，也能像水母一样发光。 非转基因鼠 转基因荧光鼠 发出绿色荧光的水母 一、说明基因与DNA关系的事例 绿色荧光蛋白基因 （约5170个碱基对） 绿色荧光蛋白基因 小鼠受精卵 紫外线 说明了什么？ 基因具有遗传效应 14 资料4： 我国科学家朱作言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。 一、说明基因与DNA关系的事例 鲤鱼受精卵 外源生长激素基因 导入 转基因鲤鱼 ---ATGCGGACAG--- ---TACGCCTGTC--- 说明：基因能指导蛋白质合成，控制生物性状，具有遗传效应 DNA 基因 性状 每条染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子有很多基因，每个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应，这说明DNA必然蕴含了大量的遗传信息。 1．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？ 绿色荧光蛋白基因控制合成绿色荧光蛋白，从而控制生物的性状； 生长激素基因控制合成生长激素，从而促使鲤鱼的生长速率加倍。 思考 讨论 2．若只将绿色荧光蛋白基因的一部分拼接到小鼠的DNA上，小鼠仍能发光吗？ 不能，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，从而获得某种性状的表达。但必须保持结构完整。 思考 讨论 说明基因是生物遗传的结构单位和功能单位 一、说明基因与DNA关系的事例 资料2、资料4说明： ①基因是特定DNA片段，可以切除，拼接到其他生物DNA上 ②基因能控制生物性状，具有遗传效应 ③基因是生物体遗传的结构单位和功能单位 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。 基因是有遗传效应的DNA片段。 思考 讨论 --ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG--- --TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC--- 基因A 非基因片段 基因B 真核基因的结构 原核基因的结构 原核基因和真核基因的结构 了解一下噢！ 基因一定是DNA吗？ 22 RNA病毒有： 新冠病毒 流感病毒 SARS病毒 你还记得吗？ 烟草花叶病毒病毒 艾滋病毒 RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段 23 二 DNA片段中的遗传信息 Part Two T G A A T C T G A A T C 外侧：基本骨架，由脱氧核糖和 磷酸交替连接（固定不变） 内侧：4种碱基对的排列（可变） 回忆DNA分子结构： 哪部分可以代表遗传信息？ 遗传信息就蕴藏在4种碱基的排列顺序之中 遗传信息：DNA分子中碱基（或碱基对 、脱氧核苷酸）的排列顺序 7种音符可以组成各种美妙旋律，26个英文字母可以组成许多词汇和句子，形成语言。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？ 思考 讨论 分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性 无数个电话号码 10个数字 7种音符 26个 英文字母 许许多多词汇、句子 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。 A T A T C G G C G 二、DNA片段中的遗传信息 资料一： 若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式 4种 不相同 不相同 1链 2链 1链 2链 1链 2链 1链 2链 27 A T A T A T C G G G C C G G 4种 16种 资料一： 若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若2个碱基对组成1个基因有_____排列方式 二、DNA片段中的遗传信息 28 A T A T G A T C A T C G G G C C G G 资料一： 若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若2个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若3个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若4个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若n个碱基对组成1个基因有_____排列方式 4种 16种 64种 4n种 256种 碱基排列顺序千变万化 DNA的多样性 二、DNA片段中的遗传信息 29 DNA的特异性 资料二：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。 二、DNA片段中的遗传信息 在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的 基因的碱基序列具有特定的排列顺序 具有特定的遗传效应 30 资料三：在刑侦、亲子鉴定领域，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，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。 二、DNA片段中的遗传信息 补充：DNA指纹技术 DNA指纹技术的实质是把DNA作为像指纹那样来识别不同的人，DNA指纹的特异性主要是由于人的DNA中，不表达的碱基序列中存在着一部分串联重复的短序列，它们在不同个体间存在显著的差异。 应用：刑事侦查、亲子鉴定等 它们在不同个体间存在显著的差异，每个人的DNA指纹图是独一无二的，而同一个人的不同组织如血液、肌肉、毛发、精液等产生的DNA指纹图形完全一致；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。 32 （1）图中的几号可能是罪犯？ 1号 （2）图中的一个片段就是一个基因吗？ 不是 DNA指纹图 受害者 从受害者体内分离的精液样品 怀疑对象 —— 真相永远只有一个 ！ 接下来大家来当一次小法医，根据现场发现的一些血液、毛发、皮肤碎屑做出来的DNA指纹，找一找哪个怀疑对象是罪犯？ 碱基排列顺序多样性 DNA分子多样性 生物多样性 碱基排列顺序特异性 DNA分子特异性 生物特异性 二、DNA片段中的遗传信息 34 碱基特定的排列顺序，构成了DNA的特异性。 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。 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。 DNA能够储存足够量的遗传信息 遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中 二、DNA片段中的遗传信息（P59） 三 总结 Part Three （2）位置上：基因在染色体上呈线性排列。 （1）本质上：基因通常是有遗传效应的DNA片段。 （4）功能上：基因是控制生物性状的结构和功能单位 （3）结构上：基因是含有特定遗传信息的核苷酸序列 具有多样性和特异性 1. 全方位理解“基因” 染色体是______的主要载体 每个染色体上有_______个DNA 基因通常是有_________的DNA片段 每个DNA分子上含有_____基因 DNA是主要的遗传物质 每个基因有许多脱氧核苷酸 1或2 DNA 许多 遗传效应 基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息 DNA 基因 染色体 脱氧核苷酸 DNA、基因与染色体三者的关系是怎样的？ （线粒体和叶绿体） 基因与DNA的关系 DNA片段中的遗传信息 基因通常是有遗传效应的DNA片段 遗传信息概念: DNA的特异性： DNA的多样性: 脱氧核苷酸、基因DNA、染色体之间的关系 基因的概念 基因通常是有遗传效应的DNA片段 4种碱基的排列顺序之中 碱基排列顺序的千变万化 碱基特定的排列顺序 生物体多样性和特异性的物质基础 基因是有遗传效应的DNA片段 基因是有遗传效应的RNA片段(少数) 小结 课后习题·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 （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。 课后习题·概念检测 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。 如下图所示： 染色体 DNA 基因 课后习题·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？ 提示 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。 课后习题·拓展应用 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。 提示 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。 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 复习与提高 C 一、 选择题 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 复习与提高 A 一、 选择题 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 复习与提高 A 一、 选择题 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 复习与提高 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？ 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。 48 二、非选择题 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。 生物 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃 (A+T)/(G+C) 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30 （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？ 来源 A/G T/C A/T G/C 嘌呤/ 嘧啶 人 1.56 1.43 1.00 1.00 1.0 鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02 小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99 结核 分枝杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1 ——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。 49 （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。 50 （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。 51 本节结束 $$