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基因是有遗传效应的DNA片段主讲：黄冈中学生物高级教师童金元一、说明基因与DNA关系的实例思考：基因等同于DNA吗？DNA分子数小于基因数。说明：基因是DNA的片段。资料2资料2中转基因小鼠为何能发光？为何要设置第3号小鼠？小鼠发光是因为获得了海蜇的绿色荧光蛋白基因。设置对照。说明：基因是DNA的片段，具有遗传效应。资料3人体中构成基因的碱基对组成比较少，只占全部碱基总数不超过2%。这段话说明什么？提示：基因的碱基对数＜DNA分子的碱基对数。剩余的98%的碱基是否称为基因呢？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。资料4小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关思考：吃得多就一定能长胖吗？资料4中的HMGIC基因起什么作用？分析：没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。结论：HMGIC基因就能起到控制小鼠肥胖这一性状的作用。从以上资料分析可以得出：基因能控制生物的性状，即基因具有特定的遗传效应。综上所述，你能给基因下一个定义吗？基因是有遗传效应的DNA片段。二、DNA片段中的遗传信息每个DNA分子有很多基因，每个基因都是特定的DNA片段，能决定一定的性状，这说明DNA必然蕴含了大量的遗传信息。果蝇某染色体上的几个基因：DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢？探究：脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性情境1：假如决定脸型的一个基因只有17个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？417种。（大约为一百七十二亿种）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。情境2：全球人口总数约为65亿。假设人类基因组中第1号染色体的第1个基因是由17个碱基对随机排列构成的，那么，17个碱基对的所有排列是否都有机会出现？不是。你与你的同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？4－17×4－17。碱基特定的排列顺序，又构成了DNA分子的特异性。讨论：上面的探究是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因的这一假设下的。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，而有些序列却在生物体内重复千万次。你认为，基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？理论上，每一个基因中的碱基对是可以随机排列的，但大量随机排列的核苷酸序列一般不能表达出某种适应环境的性状，这种序列在长期进化过程中会逐渐被淘汰掉。刑侦领域的应用：DNA分子能像指纹一样用来鉴定身份吗？有科学依据吗？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。DNA指纹技术说明：1、高度的特异性；2、体细胞稳定性：即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。小结：1、遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成DNA分子多样性，而碱基的特定的排列顺序，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。DNA上分布着多个基因。2、基因是有遗传效应的DNA片段。尝试对以下概念的联系进行描述:课堂训练例：分析下面的概念图，回答有关问题：（1）图中B是_______，F是_______，G是_______。（2）每个C含有_______个D，每个D中可以由_______个E组成。（3）D和A的位置关系：____________________。（4）从分子水平看D和C的关系是____________________。（5）C的基本组成单位是图中的____________________。（6）在E构成的链中，与一分子G相连接的有_______分子F和_______分子H。（7）遗传信息是D中______________的排列顺序。答案：（1）蛋白质；含N碱基；脱氧核糖（2）很多；成百上千（3）D位于A上（4）基因（D）是有遗传效应的DNA（C）片断（5）E（脱氧核苷酸）（6）1；2（7）E（脱氧核苷酸）-返回-同步测试一、单项选择题1、关于基因的概念，下列叙述中错误的是（C）A．基因是有遗传效应的DNA片段B．基因是DNA分子上有一定功能的脱氧核苷酸特定的排列顺序C．基因是染色体的一段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2、决定DNA分子有特异性的因素是（D）A．两条长链上的脱氧核苷酸与磷酸的交替排列顺序是稳定不变的B．构成DNA分子的脱氧核苷酸只有四种C．严格的碱基互补配对原则D．每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序3、在刑侦领域DNA分子能像指纹一样用来鉴定个人身份，是因为（B）①碱基互补配对方式具有多样性②脱氧核苷酸序列具有多样性③脱氧核苷酸序列具有特异性④脱氧核苷酸种类具有多样性A．①②B．②③C．③④D．①②③④4、“人类基因组计划”研究表明，人体的23对染色体约含有3万～3.5万多个基因，这一事实说明（C）A．基因是DNA上的有遗传效应的片段B．基因是染色体的片段C．一个DNA分子上有许多基因D．基因只存在于染色体上5、关于基因、DNA和染色体的正确叙述是（D）A．DNA分子只存在于染色体上B．每个染色体只含有一个DNA分子C．DNA分子只含有一个基因D．基因不同，其脱氧核苷酸序列不同6、下列关于基因概念的叙述中，错误的是（D）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．基因是具有遗传效应的DNA片段C．基因是DNA分子上有一定功能的特异碱基序列D．基因在染色体上呈线性排列，一段染色体就是一个基因7、揭示基因化学本质的表述是（B）A．基因是遗传物质的功能单位B．基因是具有遗传效应的DNA片段C．基因是蕴藏遗传信息的核苷酸序列D．基因在染色体上呈线性排列8、一个基因平均由1×103个核苷酸对构成。玉米体细胞中有20条染色体。生殖细胞里的DNA合计约有7×109个核苷酸对。因此每条染色体平均有基因的个数是（不考虑基因间区）（C）A．3.5×106B．3.5×105C．7×105D．1.4×1069、小麦根尖细胞基因分布在（B）A．染色体、核糖体B．染色体、线粒体C．染色体、高尔基体D．染色体、叶绿体、线粒体10、DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序发生改变，一般不会影响（C）A．生物的性状B．蛋白质的结构C．DNA的空间结构D．基因的遗传信息显示提示提示：1、染色体的成分有DNA和蛋白质，而基因是DNA的一段，不能说基因是染色体的一段。2、碱基序列的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基的特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。3、不同的人的DNA是不一样的，主要是脱氧核苷酸序列具有多样性，同一人的DNA是特定的，即脱氧核苷酸序列具有特异性。4、一条染色体上有1个DNA分子，人体的23对染色体约含有3万～3.5万多个基因，说明一个DNA分子上有许多基因。5、在线粒体和叶绿体的DNA不存在染色体上，在DNA复制后一条染色体上有两个DNA，一个DNA上可以有很多基因，不同的基因其脱氧核苷酸序列不同。6、基因在染色体上，但不能说一段染色体就是一个基因。7、基因的化学本质是DNA片段。8、玉米体细胞中DNA合计有是2×7×109个核苷酸对，每条染色体上的基因数目是（2×7×109）/（1×103×20）=7×105。9、小麦根尖细胞细胞核的染色体上有DNA和线粒体有DNA，基因也是在染色体和线粒体上有。10、DNA分子的空间结构为规则双螺旋，碱基对排列顺序的改变只是改变遗传信息，DNA分子的双螺旋不会改变。二、简答题11、“人类基因组计划”与阿波罗登月计划，曼哈顿原子弹计划并列为20世纪自然科学三大工程。2000年6月底，人类基因组框架图破译的消息引发了世界范围内的震动。试简要回答：（1）已知人类精子的DNA总计有15亿个核苷酸对，假设每个基因平均含有脱氧核苷酸8.7×104个，则人类精子中平均每个染色体最多约含有_______个基因，人体细胞中，核内DNA含有的脱氧核苷酸的总数约有__________个。（2）对“人类基因组计划”成果的开发和利用如果不当，也会给人类带来不利影响，下列开发和利用如果不当的是（）A．开发新的诊断、治疗疾病的方法B．开发新的预防疾病的方法C．根据人类意愿改变自身的某些性状显示答案11、（1）l50060亿（2）C【解析】人类精子中平均每个染色体最多约含有基因的个数是15亿×2÷8.7×104÷23≈1500，人体细胞中核内DNA含有的脱氧核苷酸的总数约有15亿×2×2=60亿个。12、分析下列图表，回答有关问题：（1）图中B是__________，F是__________，G是__________。（2）C的基本组成单位是图中的__________。C的主要载体是图中的__________，除此之外，__________和__________也是，D由亲代传递给子代的载体。（3）遗传信息是D中__________的排列顺序。（4）生物的性状遗传主要通过A上的__________传递给子代，实际上是通过__________的排列顺序来传递信息。显示答案12、（1）蛋白质碱基脱氧核糖（2）EA线粒体叶绿体（3）E（4）CE【解析】根据染色体是DNA和蛋白质构成的，可以看出B是蛋白质。DNA在细胞核的染色体上和线粒体、叶绿体中，DNA可以通过复制传递，把生物的性状传给子代。-END-课外拓展基因概念的演变在20世纪，基因的概念随着遗传学的发展而不断变换形式，扩大内涵；同时，随着对基因功能认识的深入，人们所知的基因种类也日益增多。回顾对基因研究的演变和发展历史，将有助于进一步认识基因结构和功能的多样性。基因（gene）这个名词是1909年由遗传学家约翰逊（W.L.Johannsen，1857—1927）提出来的，用来表示遗传的独立单位，相当于孟德尔在豌豆实验中提出的遗传因子。但他只是提出了基因的符号，没有提出基因的物质概念。早期的基因概念是把基因作为决定性状的最小单位、突变的最小单位和重组的最小单位，后来，这种“三位一体”的概念不断受到新发现的挑战。1957年，本泽尔（S.Benzer，1921—）以T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）、突变子和重组子的概念。顺反子是一个遗传功能单位，一个顺反子决定一条多肽链，这就使以前一个基因一种酶的假说发展为一个基因一种多肽的假说。能产生一种多肽的是一个顺反子，顺反子也就是基因的同义词。顺反子可以包含一系列突变单位──突变子。突变子是DNA中构成基因的一个或若干个核苷酸。由于基因内的各个突变子之间有一定距离，所以彼此间能发生重组，这样，基因就有了第三个内涵──“重组子”。重组子代表一个空间单位，它有起点和终点，可以是若干个密码子的重组，也可以是单个核苷酸的互换。如果是后者，重组子也就是突变子。顺反子概念把基因具体化为DNA分子的一段序列，它负责传递遗传信息，是决定一条多肽链的完整的功能单位；但它又是可分的，组成顺反子的核苷酸可以独自发生突变或重组，而且基因与基因之间还有相互作用。基因排列位置的不同，会产生不同的效应。1961年法国遗传学家雅各布（F.Jacob）和莫诺（J.Monod）提出的大肠杆菌乳糖操纵子模型，又丰富了基因概念的内容，表明基因不仅是传递信息的载体，同时又具有调控其他基因表达活性的功能。至此，人们已经知道，基因是可分的，不仅体现在基因的结构上，而且在功能是也可以分为负责编码产生某种蛋白质分子的基因，以及负责调节其他基因功能的基因。基因不仅能单独起作用，而且在各个基因之间还有一个相互制约、反馈调节的网络。每个基因都在这个系统中发挥各自的功能；基因可以有其自身的产物，也可以没有产物。基因还有很多其他的存在形式，如假基因、断裂基因、重叠基因等。-END-高考解析例1、下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是（）A．核苷酸的组成种类B．核苷酸的连接方式C．核苷酸的排列顺序D．核苷酸的数量多少答案：B。解析：核酸包括DNA和RNA，两种物质功能不同，DNA由4种脱氧核苷酸组成，RNA