基因通常是有遗传效应的DNA片段讲义-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

基因通常是有遗传效应的DNA片段教学目标阐述基因的概念。理解基因的多样性与特异性。教学重难点理解基因的多样性与特异性。教学过程同学们上课了！今天我们要上课的题目是——基因是有遗传效应的DNA片段。接下来，我们看一个问题探讨“我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速率加快。据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。”那么为什么转基因鲤鱼生长得更快呢？导入的外源基因是一个DNA分子吗？还是一段脱氧核苷酸序列呢？同学们思考并讨论一分钟。讨论时间结束，那么同学们，为什么转基因鲤鱼生长的更快呢？是不是因为转基因鲤鱼体内含有生长素，因此长得更快呀？预测学生回答：是。那么其根本原因呢是因为转基因鲤鱼的DNA被导入了生长素基因，促进了生长激素的合成，因此转基因鲤鱼生长得更快了。那么问题来了，导入的外源基因是一个DNA分子吗？还是一段脱氧核苷酸序列呢？答案很显然，是一段脱氧核苷酸序列对吧？因为这段外源基因必须整合到鲤鱼的DNA分子上才能发挥作用，因此外源基因不是一个DNA分子。那么基因与DNA具有怎样的关系呢？基因=DNA吗？学生可能回答不上。教师解答：“关于基因呢，孟德尔曾经提出了——”引导学生回答：遗传因子，后来约翰逊把遗传因子命名为基因，萨顿呢，曾提出了——“基因在染色体上”的假说，摩尔根通过实验证明了基因位于染色体上，并呈现线性排列。最终推得了，基因在染色体上，基因控制生物的形状。那关于遗传物质呢？人们曾经一度认为，蛋白质就是遗传物质，后来格里菲斯通过肺炎链球菌的转化实验提出了有什么因子的存在——”引导学生回答是“转化因子”，艾弗里通过体外转化实验证明遗传物质就是DNA，而蔡斯和赫尔希通过T2噬菌体侵染大肠杆菌实验进一步证明了遗传物质就是——DNA。那基因与DNA两者的关系具体又是怎样的呢？接下来，我们看一下“思考·讨论”资料1，你能总结出什么结论呢？由资料1我们可以看出大肠杆菌内DNA的数目和基因数目相比怎么样呢”明显小于基因数目，所有基因的碱基数目明显小于DNA碱基总数。由此我们可以得出什么结论呢？一个DNA分子上含有多个基因，基因是DNA的片段，DNA中存在非基因片段。后来在科学家的不断研究中发现，有一种生长在太平洋西北部的水母能够发出绿色荧光，随着研究的不断进行，人们发现这种绿色水母中含有一种绿色荧光基因，这种基因能够合成一种蛋白称为绿色荧光蛋白，这种绿色的荧光蛋白能够使这种水母发绿光。后来人们发现这种绿色基因导入小鼠体内DNA！分子上，小鼠在紫外线照射下也能想小鼠一样产生绿光。由此我们可以得到什么结论呢？“学生可能会回答：基因可以转移或者基因是一个片段，也可能回答不上。”教师解释：基因是DNA分子上的片段，可以拼接到其他生物的DNA上去，也可以独立起作用。那么前面人们都是用细菌或者小鼠做实验，后来人们开始以人为实验对象，开启了人类基因组计划，测定人24条染色体上DNA的碱基，以达到破译人类遗传信息的目的。那么老师想请问同学们，我们知道我们人体共有多少条染色体呢？学生回答：46条。46条也就是23对染色体对吧，因为我们人是二倍体生物，理论上只需测定一半的染色体数目也就是23条染色体数目就好了，那么为什么测定的DNA是24条，而不是23条呢？引导学生回答：引导学生回答人体细胞中存在一对性染色体，XY，它们基因组成不一样，因此要分别测定X和Y。因为在资料中我们可以看到，构成基因碱基数小于构成DNA的碱基总数，由此我们可以看到基因不是连续排列在DNA分子上的，而是由其他碱基序列分隔开，而且基因中存在大量的非基因片段。那么根据这三则材料，你能得出什么结论呢？根据资料1和3可以得出基因是片段，根据资料2和转基因鲤鱼资料，我们可以得出基因能够怎么样？转基因鲤鱼长得快，绿色荧光蛋白基因能够合成绿色荧光使小鼠发光，说明基因能够——控制生物性状，并且具有一定的遗传效应对吧，综合所述，可以得出“基因通常是有遗传效应的DNA片段。由此，我们就可以得出基因的定义——基因通常是有遗传效应的DNA片段。那么同学们，为什么DNA分子中含有四种碱基却能储存大量的遗传信息呢？是不是因为一个DNA分子上含有多个基因？因此我们说每个基因都是特定的DNA片段，基因都具有特定的遗传效应。那么同学们，我们前面给基因下的定义针对的是以DNA作为遗传物质的生物而言，那么在以RNA作为遗传物质的生物呢？又该如何给基因下定义呢？学生可能会回答基因通常是有遗传效应的RNA片段。那么你能否举出一些以RNA作为遗传物质的生物的例子呢？学生可能会回答：“病毒，烟草花叶病毒。”老师在再拓展，流感病毒，新冠病毒，HIV病毒。那么接下来我们做几道判断题，来巩固一下我们新学的基因的概念。随机提问。及时给予学生反馈和纠正。前面我们学习了基因的概念，那么基因具有怎样的特性呢？接下来我们看一下资料4，通过资料4我们可以看到磷酸和脱氧核糖构成了DNA双链的基本骨架，是固定不变的，但是基因的排列顺序呢？学生通过阅读资料回答：“是可变的”，就构成了基因的多样性，由资料可以看到一个碱基对组成一个基因，4种碱基就可以形成4种基因，如果3种碱基对组成1个基因，则可能形成64种基因。如果是100个碱基对组成1个基因，可能组合成多少种基因呢？学生通过数学规律应该能很快地回答出：4100由此我们可以得出什么结论呢？学生可能回答：“碱基排列顺序多种多样，可以变化。”因此我们说碱基的排列顺序千变万化，构成了DNA的多样性。那么通过资料5呢“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，而有的序列却会在生物体内重复许多次。”可以得出什么结论呢？并不是所有的碱基排序都能构成基因的对吧？碱基特定的排列顺序，构成了DNA的特异性。怎样理解DNA的多样性与特异性？你能从DNA结构特点分析生物具有多样性与特异性的原因吗？“由于碱基排列顺序千变万化，就构成了DNA多样性，因为DNA多样性就构成了我们生物的多样性。而基因的特定排列顺序就使得DNA分子具有特异性，而DNA分子的特异性就构成了生物的特异性。因此我们说DNA分子的多样性和特异性是构成生物多样性与特异性的基础。”在刑侦领域，DNA能像指纹一样用于鉴定个人身份，结合脱氧核苷酸序列的多样性与特异性，你能分析这一方法的科学依据是什么吗？那么通过图中DNA条带比对你能确定罪犯是谁吗？学生可能会回答第1个，那么为什么呢？学生会可能会回答，因为他和从受害者体内提取出来的精液样品DNA条带一样，这个例子呢，就体现了DNA分子的特异性，进一步证实了每个DNA分子都具有特定的排序。本节课到了这里已经接近尾声了，接下来是课堂小结，我们这节课一共学习了基因的概念以及基因的两个特性，那么基因的概念是什么呢？基因的两个特性分别是什么