高中人教版 (2019)第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段学案

第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段

1.通过资料分析,运用归纳与概括的科学思维方法,概述基因与DNA的关系。

2.结合DNA结构模型,运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性以及DNA能够储存遗传信息。

3.举例说明基因通常是具有遗传效应的DNA片段。

新知探究一　说明基因与DNA关系的实例

活动1:阅读教材P57“思考·讨论　分析基因与DNA的关系”,思考下列问题。

问题(1):根据教材资料1填写下表。

提示:1　4.4×103

问题(2):生物体内所有基因的碱基总数与DNA的碱基总数相同吗?

提示:不相同。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA的碱基总数。

问题(3):由上面总结你能得出什么结论?

提示:基因是DNA的片段,基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列分隔开的。

问题(4):请你从DNA水平上给基因下一个定义,要求既能反应基因与DNA的关系,又能体现基因的作用,并试着画出一个DNA片段上有三个基因(分别用A基因、B基因和C基因来表示)的示意图。

提示:基因是具有遗传效应的DNA片段。

活动2:请结合下面的模型,分析染色体、DNA、基因及脱氧核苷酸之间的关系。

问题(5):D、E、F、H之间有什么数量关系?

提示:每一条H(染色体)上有1个或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)。

问题(6):真核生物中,H是F的唯一载体吗?

提示: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。

问题(7):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)、流感病毒等。对这类病毒而言,它们的基因是什么?由此,你对基因的本质是否有了更全面的认识?

提示:RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。绝大多数生物的基因是具有遗传效应的DNA片段,因此,基因通常是有遗传效应的DNA片段。

染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系

(4)位置上,基因(核基因)在染色体上呈线性排列。

1.下列关于染色体、DNA、基因三者关系的叙述中,正确的是(　B　)

A.每条染色体含有多个DNA分子

B.一个DNA分子含有多个基因

C.染色体就是由蛋白质和基因组成的

D.基因都在染色体上

解析:每条染色体含有1个或2个DNA分子;基因通常是有遗传效应的DNA片段,因此一个DNA分子含有多个基因;染色体主要是由DNA和蛋白质构成的;真核细胞的细胞核基因在染色体上,而位于线粒体和叶绿体中的细胞质基因不在染色体上。

2.科学研究发现,小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠,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基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常,说明(　C　)

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

解析:吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,缺乏HMGIC基因的小鼠体重保持正常;含有HMGIC基因的小鼠变得肥胖,说明基因具有遗传效应。

新知探究二　DNA片段中的遗传信息

活动:DNA作为遗传物质,必定蕴藏着丰富的遗传信息。阅读教材P58“思考·讨论　分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性”,讨论回答下列问题。

问题(1):如果是100个碱基对组成1个基因,可能组合成多少种基因?

提示:4100种。

问题(2):基因中的遗传信息蕴藏在DNA分子的哪种结构中?怎样理解DNA的多样性和特异性?

提示:DNA分子的外侧,磷酸和脱氧核糖交替排列构成了基本骨架,这个顺序是相同的,但是4种碱基的排列顺序是多种多样的,因此基因中的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。不同基因蕴藏着不同的遗传信息,因此DNA具有多样性。而每个特定的DNA分子的碱基排列顺序是特定的, 因此具有特异性。

问题(3):你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗?为什么?

提示:不是。每个特定的基因都有其特定的遗传效应,蕴含着特定的遗传信息,因此其碱基排列顺序也是特定的,而不是随机排列的。

(1)遗传信息:DNA分子中4种碱基的排列顺序。

(2)DNA的特点

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

②特异性:每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。而特定的碱基排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子的特异性。

(3) DNA与生物体多样性和特异性的关系

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。

3.下列从分子水平上对生物体多样性或特异性进行的分析中错误的是(　D　)

A.碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA的多样性

B.碱基特定的排列顺序,又构成了每个DNA分子的特异性

C.1个含2 000个碱基的DNA分子,其碱基对可能的排列方式不会超过41 000种

D.人体内控制β-珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对排列方式有41 700种

解析:β-珠蛋白基因的碱基对排列顺序是β-珠蛋白基因所特有的,任意改变碱基的排列顺序后,就不是β-珠蛋白基因。β-珠蛋白基因的碱基对排列顺序是特定的,其碱基对排列方式应只有1种。

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(　B　)

A.稳定性 B.特异性

C.多样性 D.可变性

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。

 [科研情境]

科学家分析多种生物DNA的碱基比例如下表,请据表回答下列问题。

探究:(1)从以上的碱基比例来看,哪种生物的DNA分子结构应为双链?判断的依据是什么?

提示:人;人的DNA中碱基数量A=T,G=C,说明人的DNA分子结构应为双链。

(2)不同生物的A、T之和与G、C之和的比值一般不一致,试分析原因。

提示:不同生物含有不同DNA分子,每个特定的DNA分子都具有特定的碱基组成和排列顺序,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。

课堂小结

随堂反馈

1.在某种生物中检测不到绿色荧光,将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后,结果可以检测到绿色荧光。由此可知(　C　)

A.该生物的基因型是杂合的

B.该生物与水母有很近的亲缘关系

C.绿色荧光蛋白基因具有特定的遗传效应

D.改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对,就不能检测到绿色荧光

解析:在某种生物中检测不到绿色荧光,将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后,结果可以检测到绿色荧光,说明绿色荧光蛋白基因控制着绿色荧光这一特定性状,即绿色荧光蛋白基因具有特定的遗传效应。

2.如图是果蝇某染色体上的白眼基因(S)示意图,下列叙述正确的是(　B　)

A.白眼基因片段中,含有成百上千个核糖核苷酸

B.S基因是有遗传效应的DNA片段

C.白眼基因在细胞核内,不遵循遗传规律

D.基因片段中有5种碱基、8种核苷酸

解析:组成白眼基因片段的基本单位是脱氧核苷酸,有4种碱基,4种脱氧核苷酸;S基因控制果蝇的白眼性状,所以是有遗传效应的DNA片段;白眼基因位于染色体上,属于核基因,遵循遗传规律。

3.DNA分子具有特异性,体现在(　D　)

A.DNA分子外侧,磷酸和脱氧核糖交替连接的方式稳定不变

B.DNA分子内侧,碱基对的配对方式不变

C.DNA分子碱基对的排列顺序千变万化

D.每个DNA分子的碱基都有其特定的排列顺序

解析:A、B两项说明DNA分子具有稳定性,C项说明DNA分子具有多样性,D项说明了DNA分子具有特异性。

4.历经近百年的发展,分子遗传学对遗传物质有了充分的认识。下列关于遗传物质概念图的相关叙述,错误的是(　 C 　)

A.D有四种,E在H上呈线性排列

B.同源染色体同一位置上存在的基因可能不同

C.所有E的总和构成F且E在F上的排列顺序代表遗传信息

D.若E位于H上,则E是具有遗传效应的DNA片段

解析:根据含氮碱基不同,D脱氧核苷酸分为四种,E基因在H染色体上呈线性排列;同源染色体同一位置上存在相同基因或等位基因;除E外,F中还有无遗传效应的片段,遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,DNA上的非基因片段不包含遗传信息;染色体上的基因一定是具有遗传效应的DNA片段。

5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。

(1)片段A和C之所以能称为基因,是因为它们都具有　　　　效应。 

(2)片段A和片段C的不同之处是 

　　　　　　　　。 

(3)片段A和B的不同之处是B的碱基序列 

　。 

(4)一般情况下,在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)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联重复的序列,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　　　　(填“基因A”“基因间区B”或“基因C”)。 

答案:(1)遗传

(2)脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同

(3)不携带遗传信息,不具有遗传效应

(4)大于　(5)基因间区B

选题测控导航表

1.有人提出“吃基因补基因”的观点,下面对该观点的辨析中,最合理的是(　D　)

A.赞成,因为基因被吃下后,可弥补缺陷的基因或修正原有基因的

不足

B.赞成,因为基因只是一个具有遗传效应的DNA片段,被吃下后不会被分解

C.不赞成,因为基因被吃后会导致出现不可预测的变异

D.不赞成,因为基因被吃后会被消化分解,不可能补充或整合到人体原有的基因组中去

解析:基因被吃后在相关酶的作用下会被消化分解,不可能补充或整合到人体原有的基因组中去。

2.真核细胞中,染色体是DNA的主要载体,而基因是DNA分子上具有遗传效应的片段,下列有关叙述正确的是(　C　)

A.细胞核中的DNA全部分布在染色体上,且每条染色体上只有一个DNA分子

B.基因在染色体上呈线性排列,所以染色体就是由基因组成的

C.有丝分裂时,核DNA会发生复制,然后随染色体平均分配到两个子细胞中

D.性染色体上包含很多基因,这些基因都起决定个体性别的作用

解析:细胞核中的DNA分布在染色体上,但每条染色体上有1个或2个DNA分子;染色体的主要成分是蛋白质和DNA,基因是有遗传效应的DNA片段;有丝分裂时,核DNA会发生复制,然后随染色体平均分配到两个子细胞中;性染色体上包含很多基因,这些基因不都起决定个体性别的作用,如X染色体上的色觉基因。

3.大肠杆菌细胞的拟核中有1个DNA分子,长度约为4.7×106bp(碱基对),在该DNA分子上分布有大约4 400个基因,每个基因的平均长度约为1 000 bp。根据题中信息,不能得出的结论是(　D　)

A.基因位于DNA分子上

B.一个DNA分子上有多个基因

C.DNA分子上有非基因片段

D.DNA分子的碱基总数与所含有的基因的碱基总数相等

解析:根据题干信息可知,基因位于DNA分子上;一个DNA分子上有多个基因;DNA分子上有非基因片段;根据题干信息可以确定DNA分子的碱基总数与所含有的基因的碱基总数不相等。

4.下列有关DNA多样性的叙述,正确的是(　C　)

A.DNA分子多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化

B.含有200个碱基的DNA分子,碱基对可能的排列方式最多有4200种

C.DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的基础

D.DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因

解析:DNA分子的多样性是指DNA分子中碱基排列顺序的多种多样;

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;含有200个碱基的DNA分子中,碱基对可能的排列方式最多有4100种。

5.甲、乙两种生物体细胞中DNA分子数、碱基总量与种类都相同。下列说法正确的是(　D　)

A.甲、乙的遗传信息完全相同

B.甲、乙是同种生物的后代

C.甲、乙细胞中的基因数相同

D.不足以得出以上任何一种结论

解析:遗传信息是由碱基对的排列顺序决定的,即使碱基的数目相同也会表现出不同的遗传信息;不同生物的体细胞中DNA分子数、碱基总量与种类也可能相同;基因是有遗传效应的DNA片段,因而不确定甲、乙细胞中的基因数是否相同;据题分析,不足以得出A、B、C中的任何一种结论。

6.下列与遗传信息有关的叙述中,正确的是(　C　)

A.DNA分子中的全部片段都含有遗传信息

B.转入了海蜇的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠在正常光线下没有发出绿色荧光,说明基因一经转移,就会丢失遗传信息

C.DNA分子中的遗传信息来自4种碱基的特定排列顺序

D.RNA病毒没有DNA分子,所以没有遗传信息

解析:DNA上的基因间区是无遗传效应的;绿色荧光需要在黑暗条件下才能显现出来,在正常光线下不显现;DNA分子中,碱基的排列顺序代表遗传信息;RNA病毒的遗传物质是RNA,遗传信息储存在RNA的碱基序列中。

7.经实验测得衣藻DNA在细胞中分布如下:84%在染色体上,14%在叶绿体上,1%在线粒体上,1%游离于细胞质中。这些数据说明(　B　)

A.衣藻的遗传物质主要是DNA

B.衣藻DNA的主要载体是染色体

C.衣藻细胞质中无DNA

D.衣藻染色体由DNA、蛋白质和少量RNA组成

解析:由题干可知,衣藻的遗传物质是DNA;衣藻DNA大部分在染色体上,因此衣藻DNA的主要载体是染色体;由题干可知,衣藻DNA有14%在叶绿体上,1%在线粒体上,1%游离在细胞质中;本题所给数据无法说明衣藻染色体的组成。

8.如果基因中四种脱氧核苷酸的排列顺序发生变化,这种变化意味着(　A　)

A.遗传信息的改变

B.基因数量的改变

C.基因位置的改变

D.DNA空间结构的改变

解析:基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息,因此基因中四种脱氧核苷酸的排列顺序发生变化意味着遗传信息的改变。

9.图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG),请回答下列问题。

(1)据图甲推测,此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是　　个。

(2)根据图甲的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序,推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为　　　　　　　　　 　   　　(从上往下)。 

(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(A+G)/(T+C)总是为　　           　　,由此可说明DNA分子中碱基的数量关系是　　　　　　　　　　　。图甲中的DNA片段与图乙中的DNA片段中的A/G分别为　　　　、　  　　,由此说明了DNA分子具有特异性。 

解析:(1)图甲中显示的一条链上鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是4个,胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是1个,根据碱基互补配对原则,其互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)两图中4种核苷酸的迁移方向相同,可以据此结合甲图将乙图中的碱基序列读取出来。(3)在双链DNA分子中,因为碱基互补配对,所以嘌呤数等于嘧啶数;图甲中A为5个、G为5个、A/G=1,图乙中A为2个,G为8个,A/G=1/4,不同的DNA分子中(A+T)/(G+C)、A/G、T/C是不同的,体现DNA分子的特异性。

答案:(1)5　(2)CCAGTGCGCC

(3)1　嘌呤数等于嘧啶数　1　1/4

10.据图回答下列相关问题。

(1)1条A含有　　　　个B分子。 

(2)C在A上一般呈　　　　　　　　,C通常是　　　　　　　　的DNA片段,每个B上有许多个　　　　(填字母,下同)。 

(3)每个C中可以含成百上千个　　　　,　　　的排列顺序代表着遗传信息。 

(4)生物的性状遗传主要是通过B上的　　　　传递给后代的,实际上是通过　　　　的排列顺序来传递遗传信息的。 

解析:(1)1条染色体含有1个或2个DNA分子。(2)基因在染色体上一般呈线性排列,基因通常是有遗传效应的DNA片段,每个DNA上有许多个基因。(3)遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。(4)性状的遗传主要是通过基因的遗传来完成的,实际上是通过脱氧核苷酸的排列顺序来传递遗传信息的。

答案:(1)1个或2　(2)线性排列　有遗传效应　C　(3)D　D　

(4)C　D

11.基因是现代生命科学研究的热点,关于基因的内涵,人类至今尚不能完全明确。但是基因的化学本质却已基本清晰。下列关于基因化学本质的叙述中,正确的是(　C　)

A.遗传物质的结构单位和功能单位

B.在染色体上呈线性排列

C.通常是有遗传效应的DNA片段

D.碱基排列顺序代表遗传信息

解析:基因通常是有遗传效应的DNA片段,少数生物的基因是有遗传效应的RNA片段。其他所述并非基因的本质。

12.20世纪50年代初,查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析,发现(A+T)/(C+G)的比值如表。结合所学知识,你认为能得出的结论是(　D　)

A.猪的DNA热稳定性比大肠杆菌的DNA热稳定性更大一些

B.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同

C.小麦的DNA中(A+T)的数量是鼠的DNA中(C+G)数量的1.21倍

D.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同

解析:分析题表中的信息可知,猪的DNA中(A+T)/(C+G)的值大于大肠杆菌,由于A与T之间的氢键是两个,C与G之间的氢键是三个,因此猪的DNA热稳定性比大肠杆菌的DNA热稳定性小;小麦和鼠的DNA的(A+T)/(C+G)的值相同,但是碱基对的数量和排列顺序不同,故所携带的遗传信息不同;小麦DNA中(A+T)的数量与鼠DNA中(C+G)的数量之间的关系不能确定;同一生物组织细胞是由受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的,不同组织细胞中核DNA碱基组成相同。

13.果蝇某一条染色体上几个基因所在的位置如图所示。据图分析,下列叙述正确的是(　D　)

A.染色体就是由多个线性排列的基因组成的

B.朱红眼基因和深红眼基因是一对等位基因

C.截翅基因与短硬毛基因遵循自由组合定律

D.黄身基因与棒眼基因的碱基序列肯定不同

解析:染色体主要由DNA和蛋白质组成,基因是有遗传效应的DNA片段;朱红眼基因和深红眼基因位于一条染色体上,是非等位基因;截翅基因与短硬毛基因在一条染色体上,不遵循自由组合定律;黄身基因与棒眼基因是不同的基因,其碱基的序列肯定不同。

14.下列关于基因、DNA与染色体的叙述,错误的是(　B　)

A.细胞分裂前的间期随着DNA的复制,基因的数目也会发生改变

B.DNA的片段即基因,所以一个DNA分子上有许多个基因

C.染色体是基因的载体,但基因并非只分布在染色体上

D.基因中储存着遗传信息,基因不同的根本原因在于脱氧核苷酸的排列顺序不同

解析:细胞分裂前的间期进行DNA复制,基因的数目发生改变,但染色体数目未发生改变。基因通常是有遗传效应的DNA片段,DNA的片段不等同于基因。

15.铁皮石斛具有良好的药用和保健价值,资源濒危、价格昂贵。常见的石斛属植物有十多种,市场上有人用其他近缘物种假冒铁皮石斛。质检人员从市场上抽检部分商品,对这类植物中较为稳定的matK基因进行序列分析,得到四种碱基的含量如下表。请回答下列问题。

(1)据表可知,被检测的matK基因是DNA片段,判断依据是其碱基中不含　　　　　。分析四种碱基含量,由于　　　　　　　　　　　　,表明质检人员检测的是该基因的一条单链。

(2)与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较,能初步确定抽检样品中

　　　　　为“假冒品”。 

(3)仅依据上述信息,质检人员还无法判断样品2一定是铁皮石斛,理由是　　　　　　　　　　　　　　　可能不同。已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则可判断样品2　　　　　(填“是”或“不是”)铁皮石斛。 

解析:(1)据表可知,组成matK基因的碱基组成中有A、G、C、T,而不含U,说明被检测的是DNA片段,由于DNA双链中A=T,C=G,而表格中A与T含量不同,G与C含量不同,说明检测的是该基因的一条单链。

(2)由表可知,与铁皮石斛碱基数量完全一样的只有样品2,说明抽检样品中1、3、4为“假冒品”。

(3)样品2中与铁皮石斛碱基数量完全一样,但与matK基因碱基排列顺序可能不同,故还无法判断样品2一定是铁皮石斛。若铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,而样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则可判断样品2不是铁皮石斛。

答案:(1)U　A与T含量不同(G与C含量不同)

(2)1、3、4　(3)与matK基因碱基排列顺序　不是