人教版 必修2 基因是有遗传效应的DNA片段 学案

第4节基因是有遗传效应的DNA片段
[学习导航] 1.阅读分析教材“资料分析”，归纳概括基因和DNA的关系。

2.阅读教材“DNA片段中的遗传信息”，利用数学方法归纳DNA分子的多样性和特异性。

3.归纳基因的概念。

[重难点击] 1.基因的本质。

2.DNA与染色体的关系。

【课堂导入】
在孟德尔分离定律中我们提到了遗传因子，它是一种可以遗传的物质，也就是我们常说的基因。

随后又学习了萨顿假说，摩尔根通过果蝇的遗传实验将基因定位在染色体上。

而在本章学习中知道了染色体中只有DNA是遗传物质。

回忆了这些知识，我们会提出问题：基因是不是在DNA上？它有遗传性吗？基因与DNA究竟是什么关系？下面我们学习“基因是有遗传效应的DNA片段”。

一、说明基因与DNA关系的实例
合作探究
1.请计算教材资料分析1中的基因碱基数目，与DNA的总碱基数目比较能说明什么？
答案基因总的碱基数目＝4 400×1 000＝4.4×106(对)，小于该DNA中总的碱基数目4.7×106(对)，说明DNA分子中并非所有的片段都属于基因。

2.请分析资料2和3：是不是DNA的任意一个片段都是基因？
答案资料2和3说明基因具有一定的遗传效应，所以并非DNA的任意一个片段都属于基因，只有具有一定遗传效应的DNA片段才是基因。

3.请据图回答下列问题。

(1)若图中A为糖类，则A、C、G分别是什么？
答案A、C、G分别为脱氧核糖、磷酸、蛋白质。

(2)D、E、F、H之间有什么数量关系？
答案每一条H(染色体)上有1个或者2个F(DNA)分子；每个F(DNA)分子上有许多个E(基因)；每个E(基因)含有许多个D(脱氧核苷酸)。

(3)真核生物中，H是F的唯一载体吗？
答案不是，染色体是DNA的主要载体，另外叶绿体和线粒体也是DNA 的载体。

1.如图表示染色体、DNA、基因三者之间的关系，关于三者之间关系的叙述不正确的是()
A.都能复制、分离和传递，且三者行为一致
B.染色体的任一片段均可称作基因
C.每条染色体上含有1个或2个DNA分子，DNA分子上含有多个基因
D.在生物的细胞核遗传中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
答案 B
解析在有染色体的生物体中，DNA是遗传物质。

染色体是遗传物质的主要载体。

基因是具有遗传效应的DNA片段。

一题多变
判断正误
(1)每个基因都是DNA分子上的一个片段()
(2)基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位()
(3)基因一定位于染色体上()
(4)DNA分子上每一个片段都是一个基因()
答案(1)√(2)√(3)×(4)×
二、DNA片段中的遗传信息
1.遗传信息
生物的遗传性状以遗传信息形式编排在DNA分子上，表现为特定的碱基排列顺序。

由于基
因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息；由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。

2.基因的多样性和特异性
(1)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性，即基因的多样性。

(2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息，即基因的特异性。

3.生物多样性与DNA分子多样性的关系
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。

合作探究
1.假设长度为17个碱基对的脱氧核苷酸序列组成一个基因，那么这17个碱基对可以排列出大约多少种基因？这说明了遗传信息的什么特性？
答案417种。

说明了遗传信息的多样性。

2.假设人类基因组中第1号染色体上第1个基因由17个碱基对随机排列构成的，那么你与你同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性为多少？这说明遗传信息的什么特点？
答案417×417，几率很小。

说明遗传信息的特异性。

2.由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，可分为多少种，说明了DNA分子的什么特性()
①504种②450种③425种④遗传性⑤多样性⑥特异性
A.①④
B.②⑤
C.②⑥
D.③⑤
答案 D
解析50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，每条单链有25个脱氧核苷酸，第一个脱氧核苷酸有4种可能，第二个脱氧核苷酸同样有4种可能，以此类推，形成的DNA分子共有425种。

存在多种多样的DNA分子，说明了DNA分子的多样性。

自然界中不同生物的DNA分子不同，说明了DNA分子的特异性。

一题多变
“DNA指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有() A.稳定性 B.特异性 C.多样性 D.可变性
答案 B
解析每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，即DNA分子具有特异性，根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。

1.下列关于基因的叙述，正确的是()
A.DNA分子上任意一个片段都是基因
B.人体细胞中染色体是基因的唯一载体
C.等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D.基因的多样性决定了DNA分子的多样性
答案 C
解析基因是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着一定数量的基因；构成基因的基本单位是脱氧核苷酸；基因的多样性与DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。

2.科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。

具有HMGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，这说明()
A.基因在DNA上
B.基因在染色体上
C.基因具有遗传效应
D.DNA具有遗传效应
答案 C
解析根据对照实验，正常小鼠吃高脂肪食物则肥胖，具有HMGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物体重仍保持正常，说明肥胖由基因控制，从而得出基因能够控制性状，具有遗传效应。

3.人类14号染色体信息已被破译，总计含87 410 661个碱基对，这一结果于2003年1月4日发表在英国科学周刊《自然》杂志上。

研究报告称，第14号染色体含有1 050个基因。

则平均每个基因含有的碱基数为()
A.83 248
B.166 496
C.1 050
D.不能确定
答案 D
解析 一个DNA 分子中含有多个基因。

在基因之间的DNA 片段属于间隔区段，这些间隔区段因为没有遗传效应而不属于基因。

人类14号染色体上的87 410 661个碱基对，并不全属于该染色体上含有的1 050个基因，选D 。

4.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.核苷酸数量的多少 答案 B
解析 核酸分子的多样性与核苷酸的种类、数量和排序有关，在核苷酸链中，核苷酸之间都是通过磷酸二酯键相连接的。

5.DNA 分子杂交技术在社会生活中已经得到广泛应用。

如用在侦察犯罪上，可从犯罪嫌疑人和现场遗留物中分别提取DNA ，然后在一个温度下水浴加热，使DNA 氢键断裂，双链打开。

若两份样本来自同一个体，在温度降低时，两份样本中的DNA 单链会通过氢键连接在一起；若不是来自同一个体，则两份样本中的DNA 单链一定程度上不能互补，这样可以鉴别犯罪嫌疑人。

由以上材料，完成下列问题。

(1)人体DNA 的载体是____________________。

(2)为了确保实验的准确性，需要克隆出较多的DNA 样品。

若一个只含31P 的DNA 分子用32P 标记的脱氧核苷酸为原料连续复制三次后，含32P 的单链占全部单链的________。

(3)侦察犯罪的理论基础是：不同个体的DNA 分子具有____________。

答案 (1)染色体和线粒体 (2)78
(3)特异性
[基础过关]
1.下列有关基因的叙述，正确的是( )
A.基因是体现生物遗传效应的结构单位和功能单位
B.经测定一个由n 个脱氧核苷酸构成的DNA 分子中，包含了m 个基因，则每个基因的平均长度为n/2m 个脱氧核苷酸对
C.人体细胞内的基因全部位于染色体上
D.基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代
答案 A
解析 基因是有遗传效应的DNA 片段。

一个DNA 分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA 片段并不是基因，因此B 项中基因的平均长度小于
n/2m个脱氧核苷酸对。

人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。

有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。

2.组成DNA的碱基只有4种，4种碱基的配对方式只有2种，但DNA分子具有多样性和特异性，主要原因是()
A.DNA分子是高分子化合物
B.脱氧核糖结构不同
C.磷酸的排列方式不同
D.碱基的排列顺序不同，碱基数目很多
答案 D
3.某生物体有10对同源染色体，其生殖细胞中的DNA总量约为7×109个脱氧核苷酸对，假定每个基因平均含有1.4×104个脱氧核苷酸，则此生殖细胞中，染色体上的基因个数() A.小于5×105个 B.等于5×105个
C.小于1×106个
D.等于1×106个
答案 C
解析生殖细胞中基因总数为(2×7×109)÷(1.4×104)＝106个，但基因不只是位于染色体上，故此生殖细胞中染色体上的基因个数小于106个。

4.“DNA指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有()
A.稳定性
B.特异性
C.多样性
D.可变性
答案 B
解析不同的DNA分子中脱氧核苷酸的碱基排列顺序各不相同，即DNA分子具有特异性，根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。

5.下列关于遗传信息的说法，不确切的是()
A.基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息
B.遗传信息的传递主要是通过染色体上的基因传递的
C.生物体内的遗传信息主要储存在DNA分子上
D.遗传信息即生物表现出来的性状
答案 D
解析生物体的所有性状，都以一种特定的脱氧核苷酸排列顺序来代表，这种排列顺序就是遗传信息。

6.某生物的一个DNA分子长度为35 700埃。

已知DNA每一个螺旋的长度为34埃，含10个碱基对，假设平均每个基因有250个碱基，则这个DNA中的基因数不会超过多少个() A.30 B.60 C.84 D.240
答案 C
解析 此DNA 的螺旋数为35 70034
＝1 050(个)，碱基总数为1 050×20＝21 000(个)。

基因是具有遗传效应的DNA 片段，即DNA 中有些片段是没有基因的，如果把这些片段也考虑进
去，核DNA 中基因数不会超过21 000250
＝84(个)。

7.下列关于基因的说法，正确的是( )
A.基因就是任意一段DNA 分子
B.基因一定位于染色体上
C.基因是有遗传效应的DNA 片段
D.不同基因上带有的遗传信息相同
答案 C
解析 并非DNA 上任意一个片段就是基因，必须是具有遗传效应的DNA 片段才是基因。

8.设一个基因平均由103个核苷酸构成，玉米体细胞中有20条染色体，生殖细胞里的DNA 合计含7×109个核苷酸，那么每条染色体上平均最多有基因( )
A.3.5×105个
B.7×105个
C.7×106个
D.1.4×107个
答案 B
解析 玉米体细胞中有20条染色体，那么生殖细胞里有10条染色体，1条染色体上有1个DNA ，则每个DNA 上有7×108个核苷酸，则每条染色体上平均最多有基因7×108÷103＝7×105(个)。

[能力提升]
9.如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，有关叙述正确的是( )
A.基因R 、S 、N 、O 在果蝇所有体细胞中都表达
B.R 、S 、N 、O 互为非等位基因
C.果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的
D.基因R 、S 、N 、O 中A ＋T G ＋C
的比值一般相同 答案 B
解析 R 、S 、N 、O 控制果蝇不同的性状，在果蝇体细胞中选择性表达，互为非等位基因。

10.科学家通过对前列腺癌细胞的研究发现，绿茶中的多酚可减少BCL —XL 蛋白，而这种蛋白有抑制癌细胞凋亡的作用。

这表明绿茶具有抗癌作用，根本原因是由于绿茶细胞中具有
( )
A.多酚
B.多酚酶基因
C.BCL—XL蛋白
D.BCL—XL蛋白酶
答案 B
解析材料指出多酚能抗癌，但多酚不是蛋白质，因而不是由基因直接控制的，所以多酚的合成需要相应的酶催化。

11.下图所示细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答：
(1)细胞内的遗传物质是[]________，基因和b的关系是________________。

(2)遗传物质的主要载体是[]________，基因和a的关系是________________。

(3)c和b的关系是____________，b被彻底水解后的产物是____________(填字母)。

(4)h可用____________试剂鉴定。

(5)如果基因存在于_________上，则其遗传方式与性别相关联，这就是__________。

(6)b的空间结构是_______。

若其中的A＋T
G＋C
＝0.25，则G占总碱基数比例为________，其中
一条单链中A＋T
G＋C
＝____________。

答案(1)b DNA基因是有遗传效应的DNA(b)片段(2)a染色体基因在a上呈线性排列(3)c是组成b的基本单位d、e、f(4)双缩脲(5)性染色体伴性遗传(6)规则的双螺旋结构40%0.25
解析图中a为染色体，b为DNA，c为脱氧核苷酸，d、e、f可代表磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，g为C、H、O、N、P五种元素，h为蛋白质。

12.如图表示一个DNA分子上的三个片段A、B、C，请完成下列问题：
(1)片段A和C之所以能称为基因，是因为它们都是____________________________。

(2)片段A和片段C的不同之处是____________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)片段A和片段B的不同之处是____________________________________________
________________________________________________________________________。

(4)一般情况下，在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要____________类似于A的片段的长度。

(5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串连重复的序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列应该位于图中的________________。

(6)上题中所说的短序列可应用于________。

A.生产基因工程药物
B.侦查罪犯
C.遗传病的产前诊断
D.基因治疗
答案(1)具有遗传效应的DNA片段，能控制一定的生物性状(2)其内部的遗传信息即脱氧核苷酸的排列顺序及数目不同(3)片段B中的碱基序列不携带遗传信息，不具有遗传效应(4)大于(5)基因间隔区B(6)B
13.由于DNA上的“遗传因子”基本都是符合孟德尔的遗传定律的，因此人类可以利用PCR 技术合成的DNA进行亲子鉴定，其原理是：首先获取被测试者的DNA，并进行PCR扩增，取其中一样本DNA用限制酶切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特制的“探针”去寻找基因。

相同的基因会凝聚在一起，然后利用特别的染料在X光照射下，便会显示由DNA探针凝聚在一起的黑色条码。

每个人的条码一半与其母亲的条码吻合，另一半与其父亲的条码吻合。

(1)2002年6月，我国第一张18位点的“基因身份证明”在湖北武汉诞生。

人的“基因身份证明”是否终身有效？________。

理由是____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)双胞胎或多胞胎的“基因身份证明”是否一定完全相同？____________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)图示某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA指纹图谱示意图，请推测该小孩真正生物学上的父亲是________，原因是________________________________________
________________________________________________________________________。

答案(1)是因为同一个体的不同生长发育阶段和不同组织的DNA是相同的，所以它有高度的个体特异性和稳定性(2)不一定如果是异卵双生的双胞胎，其遗传物质不相同(3)B 子代遗传物质一半来自父亲，一半来自母亲
解析(1)同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂而来的，所以DNA相同，具有个体的特异性和稳定性，故“基因身份证明”终身有效。

(2)同卵双胞胎DNA相同，但异卵双胞胎DNA不一定相同。

(3)对比DNA指纹图谱就会发现孩子的基因有一半与母亲相同，还有一半与B相同，而A、C、D与孩子DNA指纹图谱不相同，所以B是孩子真正生物学上的父亲。

[走进高考]
14.(2014·福建卷，5)STR是DNA分子上以2～6个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异。

现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定，如
7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元，重复7～14次；X染色体有一个STR位点以“A TAG”为单元，重复11～15次。

某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如下图所示。

下列叙述错误的是()
A.筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点
B.为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测
C.有丝分裂时，图中(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞中
D.该女性的儿子X染色体含有图中(A TAG)13的概率是1/2
答案 C
解析A项，子代细胞的核DNA有50%来自母方，所以可以通过比较亲子代间DNA的差异确定亲子关系，若无变异发生，则子代应有50%的核DNA与母亲的核DNA相同，但若鉴定的DNA片段变异性较强，会干扰亲子鉴定的准确率，故选择用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点。

B项，为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR 进行检测，这样可以减少偶然因素导致的误差。

C项，在有丝分裂过程中，核DNA复制后平均分配到两个子细胞中，所以两个子细胞中都同时具有(GATA)8和(GATA)14，不会发生(GA TA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞中的现象。

D项，该女性的儿子从母亲那里获得两条X染色体中的一条，所以儿子的X染色体中含有(ATAG)13的概率为1/2。