基因的本质(复习课) 教案

《基因的本质（复习课）》教案 1
【知识网络】
【疑难突破】
1．染色体在传种接代过程中的稳定性和连续性
每种生物都有恒定的染色体数。

如玉米的染色体数是20，普通水稻的染色体数是24，猪的染色体数是38，黄牛的染色体数是60等。

实验研究表明，染色体在细胞有丝分裂、减数分裂和受精作用过程中的行为和数目变化有明显的规律性，即染色体在生物的传种接代过程中具有一定的稳定性和连续性。

细胞中的染色体与遗传密切相关。

分子生物学的进一步研究表明，染色体主要由DNA和蛋白质组成：如何确定DNA和蛋白质对遗传的决定性作用呢?科学家设法将生物体内的DNA和蛋白质分开，并证明将DNA放入另一生物体内时，原来那种生物的性状可在另一生物体中体现出来，而蛋白质没有这种作用。

1928年格里菲斯的肺炎双球菌转化实验和1952年赫尔希的噬菌体侵染细菌的实验足以证明DNA和蛋白质在遗传过程中，DNA起决定性的作用。

思考讨论：生物体染色体数目保持恒定的原因是什么？
2．怎样理解遗传物质的主要载体是染色体
从物种
真核生物细胞中都有一定形状和数量的染色体特征看
从生物的生殖过程看生物体通过细胞有丝分裂、减数分裂和受精作用三个过程，使染色体在生物的传种接代中，保持了一定的稳定性和连续性。

从染色体
组成看
主要由DNA和蛋白质组成．DNA在染色体里含量稳定
从DNA 分布看DNA主要分布在细胞核里，与蛋白质结合，构成染色体；少量分布在细胞质里的线粒体、叶绿体中，以DNA分子形式存在
结论遗传物质的主要载体是染色体
3．对“DNA是主要的遗传物质”以及”染色体是遗传物质的主要载体”中的“主要”二字的理解
生物的遗传物质有两种，即DNA和RNA。

在真核生物、原核生物体内既有DNA也有RNA，它们的遗传物质是DNA而不是RNA。

在病毒和类病毒中，有的只含DNA，有的只含有RNA，它们的遗传物质有的是DNA，有的是RNA。

因此DNA是主要的遗传物质。

真核生物(占生物种类的绝大多数)体内的DNA主要存在于细胞核内的染色体上，少数存在于细胞质中的线粒体、叶绿体中，因此染色体是遗传物质的主要载体。

又根据DNA的存在部位不同，将遗传方式划分为细胞核遗传和细胞质遗传。

4．对遗传物质必须具备四个条件的理解
(1)分子结构具有相对的稳定性：是指遗传物质本身在细胞组成和结构方面是相对稳定的，不像糖类、脂类、蛋白质那样，经常处于变化的状态。

DNA分子是由成百上千个脱氧核苷酸(四种)组成的规则的双螺旋结构，碱基配对是严格的，碱基对的配对方式是稳定不变的，它在细胞中的含量是相对稳定的。

(2)能够进行自我复制，使生物前后代具有一定的连续性：是指遗传物质可以将自身的分子严格复制，并将复制后的分子向子代传递，使亲子代间遗传物质结构一定，保证前后代相应性状的稳定。

(3)能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状：这是指遗传物质将遗传信息传到子代，只有控制子代个体发育中合成的特定结构的蛋白质，才能体现与亲代一致的生物性状。

（4）产生可遗传的变异：是指遗传物质的分子结构发生变化，相应性状也发生变化，这种变化是遗传物质变化的结果，变化了的分子结构又具有相对稳定性，不断传递下去，使变异的性状在后代连续出现，即出现可遗传的变异。

思考讨论：根据所学，遗传物质应该具备哪些特点?
5．对噬菌体及其侵染细菌实验的几个问题的理解
(1)噬菌体为细菌病毒，细菌是原核细胞，所以两者在结构上的最大区别是有无细胞结构。

两种生物体内均没有染色体，只有DNA。

在两种生物的结构模式图中，表示遗传物质
位置的黑线不能误看为染色体。

(2)如何说明侵染细菌时，进入细菌内的是噬菌体DNA，而非其外壳。

用放射性元素35S 和32P分别标记噬菌体外壳蛋白质和内部的DNA，在细菌体内只能检测到32P，检测不35S，由此证明侵染时，注入细菌的是DNA，蛋白质成分的外壳未进入细菌细胞内，也说明蛋白质分子在亲子代间不具备连续性。

(3)细菌细胞内噬菌体DNA复制及噬菌体蛋白质合成所需要的原料、酶、能量、场所等条件均由细菌提供，这时细菌细胞内的一切变化是为噬菌体服务，这时的代谢活动由噬菌
体DNA控制。

(4)噬菌体侵染细菌的实验还说明了噬菌体特有的增殖方式，这种方式不同于无性生殖和有性生殖，称为复制式繁殖。

(5)该实验能证明遗传物质的4个理论特点中的2个：能够自我复制，使前后代保持一定的连续性；能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状，正因如此，该实验才能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质。

思考讨论：在噬菌体侵染细菌的实验中，添加怎样的步骤即可证明蛋白质不是遗传物质?
6．DNA有三个结构特征
(1)其分子结构的稳定性体现在：一是分子骨架中脱氧核糖和磷酸的交替排列方式固定不变；二是每个DNA分子具有稳定的双螺旋结构，将易分解的含氮碱基排列在内侧；三是
两条链间碱基互补配对原则严格不变。

(2)其分子结构的多样性是指组成DNA的碱基对的排列方式是多种多样的，可总结为4n 种，指具有n对碱基对的排列方式，不同的DNA分子其碱基对的数量也不尽相同，这样就构成了DNA分子的多样性。

(3)DNA的多样性决定了DNA的特异性，DNA的特异性是指不同的DNA分子所具有的独特的碱基数目和排列顺序。

7．DNA的复制
(1)1958年，米西尔森(Meselson)和斯旦尔(Stanl)采用含15N同位素的NH4Cl培养大肠杆菌，放在正常的培养液里繁殖，然后用密度梯度离心技术测定分裂间期DNA复制时的密度变化，证实了DNA的半保留复制，它是指在DNA聚合酶的作用下，以一个DNA分子的两条链为模板，合成两个结构上完全相同的DNA分子的过程。

(2)DNA可以人工进行复制，条件是需要一条DNA链作模板，以含有A、T、G、C的四种碱基的脱氧核苷酸为原料、ATP为能源，加上DNA聚合酶和少量的Mg2+(主要考点之一)。

1973年，日本冈琦等人发现还要加一些引物RNA，具备了这些条件，才能完成复制。

(3)计算复制多代后，含有亲代DNA链数和分子个数也是重要考点之一，要重视与数学、物理、化学相关知识的运用；有些练习题在考查DNA的结构和复制的知识时会运用数学方面的乘法原理、列方程(组)解应用题等代数运算，也会运用到物理的离心运动以及化学上的放射性元素示踪等知识。

思考讨论：“龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞。

”怎样解析这种现象?
8．基因概念的理解
(1)与性状的关系：控制性状的遗传物质的结构和功能单位，特定基因控制特定性状。

(2)与DNA的关系：是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA上有多个基因。

(3)与染色体的关系：染色体为主要载体，且在染色体上呈直线排列。

(4)基因存在部位：染色体、线粒体和叶绿体。

(5)与脱氧核苷酸的关系：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。

9．染色体、DNA、基因、遗传信息、性状之间的关系
(1)染色体由DNA和蛋白质组成，由于在叶绿体、原核生物和病毒中的DNA不位于染色体上，所以只能说染色体是DNA的主要载体。

(2)基因是DNA上有遗传效应的片段，是控制生物性状的结构和功能单位，每个DNA上有成百上千个基因，基因位于DNA上，也位于染色体上，并在染色体上呈直线排列，并随染色体移动而移动。

(3)遗传信息是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，并不是DNA分子上所有脱氧核苷酸排列顺序都叫遗传信息。

基因所在的DNA片段的两条链，只有一条携带遗传信息(信息链)，DNA 双链中的一条链对某个基因来说是信息链，而对另一个基因来说可能是非信息链。

(4)性状是指生物的形态或生理特征，是遗传和环境相互作用的结果，主要由蛋白质来体现，生物的一切遗传性状受基因控制。

思考讨论：所有生物的遗传信息都位于基因上吗?都是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的吗?
10.计算问题
A.DNA分子中各种碱基的数量关系
(1)最根本的原则：碱基互补配对原则。

(2)在双链DNA分子中A＝T、G＝C；A十G=T+C或A+C＝T+G；(A+G)／(T+C)=1。

(3)在双链DNA分子中：一条链中的A十T与另一条链中的T+A的和相等，一条链中的G
+C与另一条链中的C十G的和相等。

(4)如果一条链中的(A十T)／(G+C)=a，那么另一条链中其比例也是a；如果一条链中(A 十G)／(T+C)＝b，那么在另一条链中其比例是1／b。

(5)根据碱基互补配对原则可知，两个非互补配对碱基之和占DNA碱基总数的50％，因为A十C＝T+G、A+G＝T+C。

(6)在双链DNA分子中一条链中A+T的和占该链碱基比率等于另一条链中A+T的和占该链的碱基比率，还等于双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比率。

即(A1+T1)％＝
(A2+T2)％=总(A+T)％，同理：(G1+C1)％=(G2+C2)％＝总(G十C)％。

B．DNA复制过程中的等量关系
(1)一条双链DNA 分子，复制n 次，形成的子代DNA 分子中，含亲代DNA 母链的有两个DNA 分子，占子代DNA 总数的2／2n
；亲代DNA 分子母链两条， 占子代DNA 中脱氧核苷酸链总数 的2／2n+1＝1/2n 。

(2)设一条DNA 分子中有胸腺嘧啶为m 个，则该DNA 复制n 次后，形成子代DNA 分子需游离的胸腺嘧啶为T ＝(2n 一1)m 个。

C ．遗传信息种类的计算
DNA 分子中遗传信息是指DNA 中碱基对的排列顺序。

一种排列顺序代表一种遗传信息。

设DNA 分子中有碱基为2n 个，则碱基对为n 个，DNA 储存遗传信息的最大量为4n 种。

【典例剖析】
[例1](2003年江苏广东，14)决定DNA 遗传特异性的是( )
A ．脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列顺序
B ．嘌呤总数与嘧啶总数的比值
C ．碱基互补配对原则
D ．碱基排列顺序
[解析]由DNA 的双螺旋模型知组成DNA 的碱基虽然只有四种，但碱基对的排列顺序却千变万化，因此碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。

碱基对排列顺序的千变万化构成 了DNA 分子的多样性，而碱基对特定的排列顺序又决定了每一个DNA 分子的特异性。

[答案]D
思考讨论：DNA 分子只有四种脱氧核苷酸，它是怎样储存足够量遗传信息的?
[例2](2003年上海，32)某DNA 分子共有a 个碱基，其中含胞嘧啶m 个，则该DNA 分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（ )
A ．7(a —m)
B ．8(a —m)
C ．7(1／2a —m)
D ．8(2a —m)
[解析]根据碱基互补配对原则，G =C ，A=T ，DNA 分子复制了3次，则会出现23个DNA 分子，一个DNA 分子中T 的数量是22m a -，复制3次后共有322
2⨯-=m a T 。

则需游离的3222⨯-=m a T —22m a -)2
1(7m a -=。

[答案]C
思考讨论：DNA 复制的方式和所遵循的原则各是什么？
[例3](2004年春季全国理综，3)现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：(A+T)／(G+C)=1，(A+G)／(T+C)=1。

根据此结果，该样品（ )
A.无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸
B．可被确定为双链DNA
C.无法被确定是单链DNA还是双链D＼A
D.可被确定为单链DNA
[解析]双链DNA分子中，A＝T，G＝C，所以（A—G)/(T十C)=(A+C)／(T+G)=1。

(A+T)=(G —C）的碱基比率在特殊情况下等于1，在绝大多数情况下不等于l；在单链DNA分子中，A和T，G和C之间无对应关系，其（A—G）/(T十C)的比例在绝大多数情况下不等于1，特殊情况下等于1，所以题干给出的情况无法判断该核酸是单链ONA还是双链DNA。

考查单、双链DNA分子中的碱基比率，能力要求B。

[答案]C
[例4]蚕的丝腺细胞能产生大量蛋白质，这种蛋白质叫丝蛋白。

这些细胞不产生血液中的蛋白质，因此推测丝腺细胞 ( )
A．只有丝蛋白基因
B．有血液蛋白和丝蛋白基因
C．有丝蛋白基因和其他基因，但没有血液蛋白基因
D．比合子的基因少
[解析]蚕的各种不同的体细胞均来自于同一个受精卵的有丝分裂，因而不同的体细胞应与受精卵含有相同的基因，只是不同的体细胞表达不同的基因，因而丝腺细胞含有受精卵所具有的所有基因，只是丝腺细胞在执行其生理功能时，它所含有的血液蛋白质基因不表达。

[答案]B
思考讨论：生物个体发育的起点是什么?
[例5]DNA的组成分析表明，下列的相关比值其中有一个是可变的，它是 ( )
A．A／T B．G／C
C．(A+T)／(G+C) D.(A+G)／(T+C)
[解析] A和B都不对，根据DNA的碱基互补配对原则可知：A=T，G=C，这是因为A是互补双链分子，A与T配对，G与C配对，因此说，A／T和G／C都等于1，且不变。

(A+T)／(G+C)的比值可因物种而异，有些生物的A+T含量高于G+C，有些生物则相反。

D项中因为A=T，G=C，则A+G=T+C，即(A+G)／(T+C)的值为1，是不变的。

[答案]C
[例6]将一个DNA分子进行标记，让其连续复制3次，在最后得到的DNA分子中，被标记的DNA链占DNA总链数的 ( )
A．1／32 B．1／16 C．1／8 D．1／4
[解析]本题与上题属同一类型题，但又有不同之处。

标记了一个DNA分子之后，就等于标记了两条DNA链，那么，无论复制多少次，被标记的总是这两条链，所以本题的算法是
用2除以最后得到的总的DNA链数，即2÷16=1／8(亦即1／23)。

[答案]C
【知识扩展】
DNA分子的复制
所谓复制就是新合成的DNA分子与原来的DNA分子结构一致。

能够“自我”复制是遗传物质的重要特征之一。

染色体能够复制，基因能够复制，归根到底是DNA能够复制。

DNA分子的复制发生在细胞的有丝分裂或减数分裂的第一次分裂前的间期。

这时候，一个DNA分子双链之间的氢键断裂，两条链彼此分开，各自吸收细胞内的核苷酸，按照碱基配对原则合成一条新链，然后新旧链联系起来，各自形成一个完整的DNA分子。

复制完毕时，原来的一个DNA分子，即成为两个DNA分子。

因为新合成的每条DNA分子都含有一条原来的链和一条新链，所以这种复制方式称为半保留复制。

应该指出，研究工作表明，在复制过程中，DNA的两条母链并不是完全解开以后才合成新的子链，而是在DNA聚合酶的作用下，边解开边合成的(图DNA双螺旋的复制)，并且这种复制需要RNA作为引物，待DNA复制合成后，由核酸酶切掉引物，经DNA聚合酶的修补和连结酶的“焊接”把它们连结成完整的DNA链(图DNA分子的复制过程示意图)。

双链解螺旋，在各条旧链上由三磷酸核苷构成单位建起新的多核苷酸链。

这就产生出两个相同的双螺旋，各由一条旧链和一个新链组成。

DNA复制时，要有一个专一性的酶——DNA 聚合酶起作用。

(1)DNA的解旋
亲代DNA分子，利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，氢键断裂，部分双螺旋链解旋为两条平行双链(图DNA分子的复制过程示意图)。

(2)RNA引物的生成
以单股DNA为模板，在引物酶作用下，合成小段(由几十个核苷酸组成)RNA引物(图DNA 分子的复制过程示意图)。

(3)DNA的生成
以单股DNA为模板，在DNA聚合酶作用下，在RNA引物末端合成DNA(图DNA分子的复制过程示意图)。

(4)切掉引物生成冈崎片段
在核酸酶作用下切掉引物。

在DNA聚合酶作用下，将引物部位换上DNA，此时的DNA片段（由1000～2000个核苷酸组成）称为冈崎片段（1968年日本科学家冈崎等人首先提出的）( 图DNA分子的复制过程示意图)
（5）DNA片段的连结
在连结酶作用下，将冈崎片段连接起来(图DNA分子的复制过程示意图)，形成一条完整的新的DNA链，新链与旧链构成DNA双链。

关于DNA分子的复制功能，现已在人工合成DNA分子的实验中获得完全的证实。

1956
φ174的年，美国生物化学家科恩伯格(A．Kornberg，1918～）以天然的大肠杆菌噬菌体⨯
DNA为引子(即按照它的分子结构)，用4种核苷酸作为原料，加入适当的能源ATP，在大肠
φ174的DNA。

杆菌DNA聚合酶的作用下，已经能在试管中成功地把游离的核苷酸合成为⨯
这个半人工合成的DNA具有生物活性，用它来侵染大肠杆菌，能够在寄主体内繁殖。

DNA分子能够人工复制是有重大的生物学意义的。

但是，必须指出，DNA分子的人工复制不能脱离细胞内的其他物质和条件，如需要原料(4种核苷酸)、能量(ATP)、酶的作用等等。

因此，它必然要受整个生活细胞制约。

严格地说，那种认为DNA能够脱离其他物质和条件进行“自我”复制的看法是不确切的。