3.4 基因是有遗传效应的DNA片段 课件 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦“基因通常是有遗传效应的DNA片段”，通过OTOF基因与听力障碍的情境导入，以问题链（基因本质、与DNA关系等）衔接前后知识，设计资料分析、实验探究、绘图活动等学习支架，引导学生构建基因与DNA关系的核心概念。 其亮点在于以情境化实例（如绿色荧光蛋白基因实验、OTOF基因敲除/导入实验）驱动探究，通过绘制基因与DNA位置关系图、构建染色体-DNA-基因概念图等活动，培养科学思维与建模能力，体现生命观念中的结构与功能观及探究实践素养，助力学生理解基因本质，教师可依托实例提升教学直观性与互动性。

第三章基因的本质 第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 情境导入 情境导入 OTOF 基因是一种常见的致聋基因，该基因异常表现为重度至极重度听力障碍，对儿童听觉、言语、甚至智力发育会产生严重影响，对生活、学习等也会造成极大不便。 基因的本质是什么？与DNA的关系是怎样的？ 如何证明OTOF基因与听力有关？ 为什么OTOF基因异常会导致听力障碍？ 如何治疗由于OTOF基因变异导致的听力障碍？ 探究1：分析基因与DNA的关系 个数 碱基对总数 DNA 1个 470万个 基因 4400个 440万个 DNA个数 基因个数 基因碱基对总数 DNA碱基对总数 ＜ ＜ 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。 一个DNA上含有多个基因 部分碱基对不构成基因 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）上的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%。 构成基因的碱基数 DNA碱基总数 << 剩下的98%的碱基构成？ 非基因片段 DNA存在大量的非基因片段 基因是DNA片段 探究1：分析基因与DNA的关系 说明基因与DNA关系的实例 1 DNA 基因 活动：绘制基因与DNA的位置关系图 说明基因与DNA关系的实例 1 DNA 基因 活动：绘制基因与DNA的位置关系图 基因 基因 非基因片段 非基因片段 问题：任意的 DNA 片段都是基因吗？ 推理 基因是一段DNA 但一段DNA不一定是基因 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5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。 绿色荧光蛋白基因 1、2、4号小鼠的受精卵 3号小鼠的受精卵 绿色荧光蛋白基因 绿色荧光蛋白 小鼠发出荧光 基因 蛋白质 性状 非绿色荧光蛋白基因 （对照） 具有遗传效应 生长发育 紫外光 探究1：分析基因与DNA的关系 思考·讨论 1 问题2:如何证明OTOF基因与听力这一性状有关（具有遗传效应）？ 自变量： 因变量： 如何控制自变量： 实验对象：听力正常的小鼠 说明基因与DNA关系的实例 1 资料4： 2006年，为探索OTOF致病的分子机制，Isabelle Roux 所在的实验室成功建立了 OTOF 基因敲除小鼠模型，发现OTOF基因敲除小鼠呈现极重度耳聋。 复旦大学舒易来教授团队开发了蛋白水平重组技术，成功地将正常OTOF基因递送至OTOF基因异常的模型小鼠内耳细胞中，结果在细胞内合成了正常的OTOF蛋白，成功将模型小鼠的听力恢复到接近完全正常。 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。 DNA片段中的遗传信息 2 如果2个碱基对组成1个基因，则可能形成多少种DNA片段？ DNA片段中的遗传信息 2 资料5：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。 计算公式： 可能组合的基因种类=4n （n为碱基对数） 基 因 1个碱基对 2个碱基对 4×4（42） 3个碱基对 4×4×4（43） 100个碱基对 4100 …… n个碱基对 4n 排列种数 41 …… 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。 DNA片段中的遗传信息 2 正常人的OTOF基因序列-1 正常人的OTOF基因序列-2 正常人的OTOF基因序列 听力障碍患者的OTOF基因序列 资料6： DNA片段中的遗传信息 2 在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的。 资料7：前面数学模型模拟探究是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一假设下的。事实上，大部分随机排列的碱基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数千甚至数百万次。 碱基特定的排列顺序，构成了DNA的特异性。 DNA片段中的遗传信息 2 具有特定的遗传效应 每个基因都是特定的DNA片段 具有特定的碱基排列顺序 多样性和特异性的应用 物种鉴定 病毒感染？ 食品污染？ 真假羊肉？ 身份鉴定 母 子 父 DNA片段中的遗传信息 2 问题3:为什么OTOF基因异常会导致听力障碍？ 正常人和患者OTOF基因cDNA序列中1612-1630 碱基的排列顺序及该序列编码的氨基酸序列如图所示，氨基酸由甘氨酸变成了丝氨酸 由于OTOF基因中碱基的改变导致氨基酸的种类发生改变 问题探讨（P57）：我国科学家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。 思考：为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？ 生长激素基因 生长激素 鲤鱼长得更快 探究：分析基因与DNA的关系 思考：加入的外源基因是1个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？ DNA分子的一段脱氧核苷酸序列 根据以上实例，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。 资料1 资料3 资料2 问题探讨 大肠杆菌的DNA 人的DNA 转基因小鼠 转基因鲤鱼 基因是DNA片段 基因具有遗传效应 基因是有遗传效应的DNA片段 探究1：分析基因与DNA的关系 阅读教材P59思考：为什么说基因通常是有遗传效应的DNA片段？ 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 基因通常是有遗传效应的DNA片段 辩证思维： 完善概念: 构建基因的概念 HIV病毒 是生物体遗传的功能单位和结构单位。 一、说明基因与DNA的关系的实例 说明基因与DNA关系的实例 资料8：以下病毒属于RNA病毒，其含有编码复制酶、外壳蛋白的多种基因。 以上病毒的基因可以定义为什么？ SARS病毒 （HIV） COVID--19 埃博拉病毒 染色体 DNA是主要的 。 蛋白质 DNA 基因 脱氧核苷酸 每个DNA分子含有 个基因 基因通常是有 的DNA片段（本质）基因在染色体上呈 。 基因是 的基本单位 染色体是DNA的 。 （DNA的载体还有 和 等） 每条染色体含有 个DNA分子 每个基因含有 个脱氧核苷酸 脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。 主要载体 线粒体 叶绿体 1个或2 遗传物质 多 遗传效应 线性排列 决定生物性状 许多个 排列顺序 探究、DNA、基因与染色体三者的关系 任务：构建基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸之间关系的概念图。 课堂小结 判断正误 (1)基因A和基因a的根本区别是这两种基因所含的脱氧核苷酸的种类不同(　　) × 提示　基因A和基因a的根本区别是这两种基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同。 (2)基因中碱基对的数目与其多样性有关(　　) (3)基因的基本组成单位均为脱氧核苷酸(　　) 提示　遗传物质为RNA的基因的基本组成单位是核糖核苷酸。 (4)从广义上来说，烟草花叶病毒中有遗传效应的RNA片段也叫作基因(　　) √ × √ 落实　思维方法 思考：如图表示脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体间的关系。下列有关叙述不正确的是（ ） A.d是脱氧核苷酸，其种类取决于c的种类 B.基因通常是具有遗传效应的f片段 C.e含有的碱基总数等于f D.e在h上呈线性排列 √ $