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2019-2020年高中生物 第三章 基因的本質(zhì) 第4節(jié) 基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段教學(xué)案 新人教版必修2 [學(xué)習(xí)導(dǎo)航]　1.閱讀分析教材“資料分析”，歸納概括基因和DNA的關(guān)系。2.閱讀教材“DNA片段中的遺傳信息”，利用數(shù)學(xué)方法歸納DNA分子的多樣性和特異性。3.歸納基因的概念。 [重難點擊]　1.基因的本質(zhì)。2.DNA與染色體的關(guān)系。 在孟德爾分離定律中我們提到了遺傳因子，它是一種可以遺傳的物質(zhì)，也就是我們常說的基因。隨后又學(xué)習(xí)了薩頓假說，摩爾根通過果蠅的遺傳實驗將基因定位在染色體上。而在本章學(xué)習(xí)中知道了染色體中只有DNA是遺傳物質(zhì)?；貞浟诉@些知識，我們會提出問題：基因是不是在DNA上？它有遺傳性嗎？基因與DNA究竟是什么關(guān)系？下面我們學(xué)習(xí)“基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”。 一、說明基因與DNA關(guān)系的實例 請據(jù)圖回答下列問題： 1．若圖中A為糖類，則A、C、G分別是什么？ 答案　分別為脫氧核糖、磷酸、蛋白質(zhì)。 2．D、E、F、H之間有什么數(shù)量關(guān)系？ 答案　每一條H(染色體)上有1個或者2個F(DNA)分子；每個F(DNA)分子上有許多個E(基因)；每個E(基因)含有許多個D(脫氧核苷酸)。 3．真核生物中，H是F的唯一載體嗎？ 答案　不是，染色體是DNA的主要載體，另外葉綠體和線粒體也是DNA的載體。 知識整合　每一條染色體上有1個或者2個DNA分子，每個DNA分子上有許多個基因，每個基因含有許多個脫氧核苷酸；真核細胞中染色體是DNA的主要載體，另外葉綠體和線粒體也是DNA的載體。 1．如圖是果蠅染色體上的白眼基因示意圖，下列敘述正確的是(　　) A．白眼基因片段中，含有成百上千個核糖核苷酸 B．S基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段 C．白眼基因在常染色體上 D．基因片段中有5種堿基，8種核苷酸 答案　B 解析　白眼基因位于X染色體上，組成基因片段的基本組成單位是脫氧核苷酸，有4種堿基，4種脫氧核苷酸。 2．人類14號染色體信息已被破譯，總計含87 410 661個堿基對，這一結(jié)果于2003年1月4日發(fā)表在英國科學(xué)周刊《自然》雜志上。研究報告稱，第14號染色體含有1 050個基因。則平均每個基因含有的堿基數(shù)為(　　) A．83 248 B．166 496 C．1 050 D．不能確定 答案　D 解析　一個DNA分子中含有多個基因。在基因之間的DNA片段屬于間隔區(qū)段，這些間隔區(qū)段因為沒有遺傳效應(yīng)而不屬于基因。人類14號染色體上的87 410 661個堿基對，并不全屬于該染色體上含有的1 050個基因。 二、DNA片段中的遺傳信息 1．遺傳信息 生物的遺傳性狀以遺傳信息形式編排在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的堿基排列順序。由于基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，因此基因中脫氧核苷酸的排列順序可以代表遺傳信息；由于不同基因的脫氧核苷酸的排列順序(堿基順序)不同，因此不同的基因就含有不同的遺傳信息。 2．基因的多樣性和特異性 (1)多樣性：構(gòu)成DNA分子的堿基只有4種，配對方式只有2種，但是堿基對的數(shù)目卻可以成千上萬，形成的堿基對的排列順序也可以千變?nèi)f化，從而構(gòu)成了DNA分子的多樣性，也決定了遺傳信息的多樣性，即基因的多樣性。 (2)特異性：每個特定的DNA分子都有特定的堿基排列順序，都儲存著特定的遺傳信息，即基因的特異性。 3．生物多樣性與DNA分子多樣性的關(guān)系 DNA分子的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。 1．假設(shè)長度為17個堿基對的脫氧核苷酸序列組成一個基因，那么這17個堿基對可以排列出大約多少種基因？這說明了遺傳信息的什么特性？ 答案　417種。說明了遺傳信息的多樣性。 2．假設(shè)人類基因組中第1號染色體上第1個基因由17個堿基對隨機排列構(gòu)成的，那么你與你同桌相比，這個基因的脫氧核苷酸序列完全相同的可能性為多少？這說明遺傳信息的什么特點？ 答案　1/(417417)，幾率很小。說明遺傳信息的特異性。 知識整合　基因中脫氧核苷酸的排列順序代表著遺傳信息，遺傳信息具有多樣性和特異性。 3．“DNA指紋技術(shù)”在刑事偵破、親子鑒定等方面作用巨大，這主要是根據(jù)DNA具有(　　) A．穩(wěn)定性 B．特異性 C．多樣性 D．可變性 答案　B 解析　每個特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，即DNA分子具有特異性，根據(jù)這一特性可輔助進行刑事偵破、親子鑒定等。 4．下列關(guān)于遺傳信息的說法，不確切的是(　　) A．基因的脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息 B．遺傳信息主要是通過染色體上的基因傳遞的 C．生物體內(nèi)的遺傳信息主要儲存在DNA分子上 D．遺傳信息即生物表現(xiàn)出來的性狀 答案　D 解析　生物體的所有性狀，都以一種特定的脫氧核苷酸排列順序來代表，這種排列順序就是遺傳信息。 1．下列關(guān)于基因的敘述，正確的是(　　) A．DNA分子上任意一個片段都是基因 B．人體細胞中染色體是基因的唯一載體 C．等位基因的根本區(qū)別是脫氧核苷酸的排列順序不同 D．基因的多樣性決定了DNA分子的多樣性 答案　C 解析　基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人體細胞中染色體是基因的主要載體，線粒體中也分布著一定數(shù)量的基因；構(gòu)成基因的基本單位是脫氧核苷酸；基因的多樣性與DNA分子的多樣性均與脫氧核苷酸的數(shù)量和排列順序有關(guān)。 2．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi)HMGIC基因與肥胖直接相關(guān)。具有HMGIC基因缺陷的實驗小鼠與作為對照的正常小鼠，吃同樣多的高脂肪食物，一段時間后，對照組小鼠變得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的實驗小鼠體重仍然保持正常，這說明(　　) A．基因在DNA上 B．基因在染色體上 C．基因具有遺傳效應(yīng) D．DNA具有遺傳效應(yīng) 答案　C 解析　根據(jù)對照實驗，正常小鼠吃高脂肪食物則肥胖，具有HMGIC基因缺陷的小鼠吃同樣多的高脂肪食物體重仍保持正常，說明肥胖由基因控制，從而得出基因能夠控制性狀，具有遺傳效應(yīng)。 3．下列關(guān)于DNA和基因的關(guān)系的敘述，正確的是(　　) A．基因是堿基對隨機排列而成的DNA片段 B．DNA的堿基排列順序就代表基因 C．一個DNA分子上有許多個基因 D．組成不同基因的堿基數(shù)量一定不同 答案　C 解析　每個DNA分子上有多個基因，它們在染色體上呈線性排列。 4．下列與生物體內(nèi)核酸分子功能多樣性無關(guān)的是(　　) A．核苷酸的組成種類 B．核苷酸的連接方式 C．核苷酸的排列順序 D．核苷酸數(shù)量的多少 答案　B 解析　核酸分子的多樣性與核苷酸的種類、數(shù)量和排序有關(guān)，在核苷酸鏈中，核苷酸之間都是通過磷酸二酯鍵相連接的。 5．DNA分子雜交技術(shù)在社會生活中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。如用在偵察犯罪上，可從犯罪嫌疑人和現(xiàn)場遺留物中分別提取DNA，然后在一個溫度下水浴加熱，使DNA氫鍵斷裂，雙鏈打開。若兩份樣本來自同一個體，在溫度降低時，兩份樣本中的DNA單鏈會通過氫鍵連接在一起；若不是來自同一個體，則兩份樣本中的DNA單鏈一定程度上不能互補，這樣可以鑒別犯罪嫌疑人。由以上材料，完成下列問題： (1)人體DNA的載體是____________________。 (2)為了確保實驗的準確性，需要克隆出較多的DNA樣品。若一個只含31P的DNA分子用32P標(biāo)記的脫氧核苷酸為原料連續(xù)復(fù)制三次后，含32P的單鏈占全部單鏈的____________。 (3)偵察犯罪的理論基礎(chǔ)是：不同個體的DNA分子具有____________。 答案　(1)染色體和線粒體　(2)　(3)特異性 課時作業(yè) [學(xué)考達標(biāo)] 1．下列有關(guān)基因的敘述，正確的是(　　) A．基因是體現(xiàn)生物遺傳效應(yīng)的結(jié)構(gòu)單位和功能單位 B．經(jīng)測定一個由n個脫氧核苷酸構(gòu)成的DNA分子中，包含了m個基因，則每個基因的平均長度為n/2m個脫氧核苷酸對 C．人體細胞內(nèi)的基因全部位于染色體上 D．基因中脫氧核苷酸的排列順序就是遺傳信息，只能通過減數(shù)分裂傳遞給后代 答案　A 解析　基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。一個DNA分子上有許多個基因，但并非基因與基因緊密相連，那些沒有遺傳效應(yīng)的DNA片段并不是基因，因此B項中基因的平均長度小于n/2m個脫氧核苷酸對。人體細胞內(nèi)的基因主要在染色體上，線粒體DNA分子上也有少量基因。有性生殖的生物通過減數(shù)分裂將遺傳信息傳遞給下一代，無性生殖的生物通過有絲分裂將遺傳信息傳遞給下一代。 2．組成DNA的堿基只有4種，4種堿基的配對方式只有2種，但DNA分子具有多樣性和特異性，主要原因是(　　) A．DNA分子是高分子化合物 B．脫氧核糖結(jié)構(gòu)不同 C．磷酸的排列方式不同 D．堿基的排列順序不同，堿基數(shù)目很多 答案　D 3．某生物體有10對同源染色體，其生殖細胞中的DNA總量約為7109個脫氧核苷酸對，假定每個基因平均含有1.4104個脫氧核苷酸，則此生殖細胞中，染色體上的基因個數(shù)(　　) A．小于5105個 B．等于5105個 C．小于1106個 D．等于1106個 答案　C 解析　生殖細胞中基因總數(shù)為(27109)(1.4104)＝106個，但基因不只是位于染色體上，故此生殖細胞中染色體上的基因個數(shù)小于106個。 4．下列關(guān)于基因的說法，正確的是(　　) A．基因就是任意一段DNA分子 B．基因一定位于染色體上 C．基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段 D．不同基因上帶有的遺傳信息相同 答案　C 解析　并非DNA上任意一個片段就是基因，必須是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段才是基因。 5．目前，DNA計算機技術(shù)已成為科學(xué)研究的熱點。若用DNA分子存儲信息，理論上一個含有100個堿基的雙鏈DNA分子片段最多可存儲多少個不同的數(shù)據(jù)(　　) A．50 B．100 C．450 D．4100 答案　C 解析　100個堿基的DNA分子片段中有50個堿基對，由此形成的不同DNA分子堿基序列有450種，所以，理論上一個含有100個堿基的DNA分子片段最多可存儲450個不同的數(shù)據(jù)。 6．遺傳信息是指(　　) A．有遺傳效應(yīng)的脫氧核苷酸序列 B．脫氧核苷酸序列 C．氨基酸序列 D．核苷酸序列 答案　A 解析　所謂的遺傳信息是指能夠表達(形成特定氨基酸順序的蛋白質(zhì))出來的DNA(基因)脫氧核苷酸序列(有遺傳效應(yīng)的DNA片段)，不同的脫氧核苷酸序列能夠控制形成不同氨基酸順序的蛋白質(zhì)。 [高考提能] 7．確認兩個基因是相同基因的依據(jù)是兩者(　　) A．位于同一條染色體上 B．位于同源染色體的同一位置 C．控制相對性狀 D．具有相同的堿基排列順序 答案　D 解析　基因中堿基的排列順序就代表遺傳信息，如果兩個基因相同，其基因中的堿基排列順序一定相同，否則兩基因就不同，而位于同源染色體同一位置的基因可能是等位基因，等位基因堿基排列順序不同。 8．基因研究最新發(fā)現(xiàn)表明，人與小鼠的基因約80%相同，則人與小鼠DNA堿基序列相同的比例是(　　) A．20% B．80% C．10% D．無法確定 答案　D 解析　基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。據(jù)估計，人的一個染色體組中約有30億個堿基，其中構(gòu)成基因的堿基數(shù)不超過全部堿基的10%?；蜓芯拷Y(jié)果表明人與小鼠的基因堿基序列約80%相同，但不能根據(jù)部分堿基序列相同的比例來推斷全部堿基序列相同的比例。 9．如圖為果蠅某一條染色體上的幾個基因示意圖，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．基因R、S、N、O在果蠅所有體細胞中都表達 B．R、S、N、O互為非等位基因 C．果蠅的每個基因都是由成百上千個核糖核苷酸組成的 D．基因R、S、N、O中的比值一般相同 答案　B 解析　R、S、N、O控制果蠅不同的性狀，在果蠅體細胞中選擇性表達，互為非等位基因。 10．科學(xué)家通過對前列腺癌細胞的研究發(fā)現(xiàn)，綠茶中的多酚可減少BCL—XL蛋白，而這種蛋白有抑制癌細胞凋亡的作用。這表明綠茶具有抗癌作用，根本原因是由于綠茶細胞中具有(　　) 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，但多酚不是蛋白質(zhì)，因而不是由基因直接控制的，所以多酚的合成需要相應(yīng)的酶催化。 11．下圖所示細胞中與基因有關(guān)的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)，請分析并回答下列問題： (1)細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)是[　]____________，基因和b的關(guān)系是__________________。 (2)遺傳物質(zhì)的主要載體是[　]____________，基因和a的關(guān)系是______________________。 (3)c和b的關(guān)系是____________________，b被徹底水解后的產(chǎn)物是____________(填字母)。 (4)h可用____________試劑鑒定。 (5)如果基因存在于____________上，則其遺傳方式與性別相關(guān)聯(lián)，這就是____________。 (6)b的空間結(jié)構(gòu)是________________。若其中的＝0.25，則G占總堿基數(shù)比例為____________，其中一條單鏈中＝____________。 答案　(1)b　DNA　基因是有遺傳效應(yīng)的DNA(b)片段　(2)a　染色體　基因在a上呈線性排列　(3)c是組成b的基本單位　d、e、f　(4)雙縮脲　(5)性染色體 伴性遺傳　(6)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)　40%　0.25 解析　圖中a為染色體，b為DNA，c為脫氧核苷酸，d、e、f可代表磷酸、脫氧核糖、含氮堿基，g為C、H、O、N、P五種元素，h為蛋白質(zhì)。 12．如圖表示一個DNA分子上的三個片段A、B、C，請完成下列問題： (1)片段A和C之所以能稱為基因，是因為它們都是____________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)片段A和片段C的不同之處是______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)片段A和片段B的不同之處是______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)一般情況下，在一個DNA分子中類似于B的片段的長度要____________類似于A的片段的長度。 (5)在人類染色體DNA不表達的片段中有一部分是串連重復(fù)的序列，它們在個體之間具有顯著的差異性，這種短序列應(yīng)該位于圖中的____________。 (6)上題中所說的短序列可應(yīng)用于____________。 A．生產(chǎn)基因工程藥物 B．偵查罪犯 C．遺傳病的產(chǎn)前診斷 D．基因治療 答案　(1)具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，能控制一定的生物性狀　(2)其內(nèi)部的遺傳信息即脫氧核苷酸的排列順序及數(shù)目不同　(3)片段B中的堿基序列不攜帶遺傳信息，不具有遺傳效應(yīng)　(4)大于　(5)基因間隔區(qū)B　(6)B 13．由于DNA上的“遺傳因子”基本都是符合孟德爾的遺傳定律的，因此人類可以利用PCR技術(shù)合成的DNA進行親子鑒定，其原理是：首先獲取被測試者的DNA，并進行PCR擴增，取其中一樣本DNA用限制酶切成特定的小片段，放進凝膠內(nèi)，用電泳推動DNA小片段分離，再使用特制的“探針”去尋找基因。相同的基因會凝聚在一起，然后利用特別的染料在X光照射下，便會顯示由DNA探針凝聚在一起的黑色條碼。每個人的條碼一半與其母親的條碼吻合，另一半與其父親的條碼吻合。 (1)2002年6月，我國第一張18位點的“基因身份證明”在湖北武漢誕生。人的“基因身份證明”是否終身有效？________。理由是___________________________________________。 (2)雙胞胎或多胞胎的“基因身份證明”是否一定完全相同？________，原因是___________ ________________________________________________________________________。 (3)圖示某小孩和其母親以及待測定的四位男性的DNA指紋圖譜示意圖，請推測該小孩真正生物學(xué)上的父親是________，原因是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)是　因為同一個體的不同生長發(fā)育階段和不同組織的DNA是相同的，所以它有高度的個體特異性和穩(wěn)定性　(2)不一定　如果是異卵雙生的雙胞胎，其遺傳物質(zhì)不相同　(3)B　子代遺傳物質(zhì)一半來自父親，一半來自母親 解析　(1)同一個體的所有體細胞都是由同一個受精卵有絲分裂而來的，所以DNA相同，具有個體的特異性和穩(wěn)定性，故“基因身份證明”終身有效。(2)同卵雙胞胎DNA相同，但異卵雙胞胎DNA不一定相同。(3)對比DNA指紋圖譜就會發(fā)現(xiàn)孩子的基因有一半與母親相同，還有一半與B相同，而A、C、D與孩子DNA指紋圖譜不相同，所以B是孩子真正生物學(xué)上的父親。 [真題體驗] 14．(經(jīng)典題)下列關(guān)于染色體、DNA、基因三者之間的關(guān)系的敘述，不正確的是(　　) A．三者行為一致 B．三者都是生物細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì) C．每條染色體上含有1個或2個DNA分子，DNA分子上含有多個基因 D．在生物的繁衍過程中，染色體的行為決定著DNA和基因的行為 答案　B 解析　生物細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)只能是DNA，基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，染色體是DNA的主要載體。 15．(xx福建，5)STR是DNA分子上以2～6個核苷酸為單元重復(fù)排列而成的片段，單元的重復(fù)次數(shù)在不同個體間存在差異?，F(xiàn)已篩選出一系列不同位點的STR用作親子鑒定，如7號染色體有一個STR位點以“GATA”為單元，重復(fù)7～14次；X染色體有一個STR位點以“ATAG”為單元，重復(fù)11～15次。某女性7號染色體和X染色體DNA的上述STR位點如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　) A．篩選出用于親子鑒定的STR應(yīng)具有不易發(fā)生變異的特點 B．為保證親子鑒定的準確率，應(yīng)選擇足夠數(shù)量不同位點的STR進行檢測 C．有絲分裂時，圖中(GATA)8和(GATA)14分別分配到兩個子細胞中 D．該女性的兒子X染色體含有圖中(ATAG)13的概率是1/2 答案　C 解析　A項，子代細胞的核DNA有50%來自母方，所以可以通過比較親子代間DNA的差異確定親子關(guān)系，若無變異發(fā)生，則子代應(yīng)有50%的核DNA與母親的核DNA相同，但若鑒定的DNA片段變異性較強，會干擾親子鑒定的準確率，故選擇用于親子鑒定的STR應(yīng)具有不易發(fā)生變異的特點；B項，為保證親子鑒定的準確率，應(yīng)選擇足夠數(shù)量不同位點的STR進行檢測，這樣可以減少偶然因素導(dǎo)致的誤差；C項，在有絲分裂過程中，核DNA復(fù)制后平均分配到兩個子細胞中，所以兩個子細胞中都同時具有(GATA)8和(GATA)14，不會發(fā)生(GATA)8和(GATA)14分別分配到兩個子細胞中的現(xiàn)象；D項，該女性的兒子從母親那里獲得兩條X染色體中的一條，所以兒子的X染色體中含有(ATAG)13的概率為1/2。