人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段导学案

第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段

知识点一　说明基因与DNA关系的实例

1．DNA都分布在染色体上吗？DNA片段都有遗传效应吗？

提示：DNA不都分布在染色体上，真核细胞的DNA分布在细胞核内的染色体上和细胞质中的线粒体、叶绿体中，原核细胞的DNA则分布在拟核和质粒上。DNA片段不都有遗传效应，DNA片段包含有遗传效应的基因片段和无遗传效应的非基因片段。

知识点二　DNA片段中的遗传信息

1．遗传信息：DNA分子中4种碱基的排列顺序。

2．DNA分子如何能够储存足够多的遗传信息？

提示：不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样。不同的排列顺序，可以表示不同的遗传信息，所以DNA分子能够储存足够多的遗传信息。

2．DNA的特点

(1)多样性：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。

(2)特异性：每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。

(3)意义

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。

3．生物体多样性和特异性的直接原因是什么？根本原因是什么？

提示：直接原因：蛋白质结构的多样性和特异性。根本原因：DNA分子(基因)的多样性和特异性。

3．基因概念：基因通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，例如，遗传物质为RNA的人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。

1．(目标1)下列物质从复杂到简单的结构层次关系正确的是(　　)

A．染色体→DNA→脱氧核苷酸→基因

B．染色体→DNA→基因→脱氧核苷酸

C．基因→染色体→脱氧核苷酸→DNA

D．染色体→脱氧核苷酸→DNA→基因

答案　B

解析　染色体主要由DNA和蛋白质组成，DNA的主要载体是染色体；基因通常是有遗传效应的DNA片段，每个DNA上有很多个基因；基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，基因的不同在于脱氧核苷酸的排列顺序不同，故从复杂到简单的结构层次是染色体→DNA→基因→脱氧核苷酸，B正确，A、C、D错误。

2．(目标2)下列从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是(　　)

A．碱基的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性

B．碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性

C．一个含2000个碱基的双链DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种

D．人体内控制β－珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种

答案　D

解析　β－珠蛋白基因碱基的排列顺序是确定的，故其碱基对可能的排列方式就是1种。

3．(目标3)如果基因中四种碱基的排列顺序发生变化，这种变化则意味着(　　)

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

答案　A

解析　基因中碱基的排列顺序代表的就是遗传信息。

4．(目标1)下图所示真核细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答：

a

(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＝0.25，则G占总碱基数比例为________，其中一条单链中＝________。

(7)请用简洁的语言来描述染色体、DNA、基因、性状之间的关系。

答案　(1)b　DNA　基因通常是有遗传效应的DNA(b)片段

(2)a　染色体　基因在染色体(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

(7)基因通常是具有遗传效应的DNA片段，主要位于染色体上，控制生物性状。

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。

(6)b(DNA)的空间结构是规则的双螺旋结构，根据碱基互补配对原则，双链DNA中A＝T，C＝G，若其中的＝0.25＝，则＝＝，由于G＝C，则G占总碱基数的比例为÷2×100%＝×100%＝40%；DNA分子的一条单链中(A＋T)与(G＋C)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值，即该DNA分子中＝0.25，则其中一条单链中的值也为0.25。

题型一　基因与DNA关系辨析

[例1]　下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是(　　)

A．在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸和一个碱基

B．基因通常是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因

C．一个基因通常含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的

D．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子

解题分析　在DNA分子结构中，除了3′­端的脱氧核糖只与一个磷酸基团和一个碱基相连，其余与脱氧核糖直接相连的是两个磷酸基团和一个碱基，A错误；基因的组成单位通常是脱氧核苷酸，且脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，也决定了基因的特异性，C正确；染色体是DNA的主要载体，一条染色体上不一定只含有1个DNA分子，如在有丝分裂前期和中期有2个DNA分子，D正确。

答案　A

知识拓展

基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸之间的关系

题型二　DNA的特点、作用

[例2]　“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

解题分析　不同的DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序不同，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。

答案　B

[例3]　如图为紫色百合某条染色体上的M基因示意图。下列有关说法错误的是(　　)

A．基因通常是有遗传效应的DNA片段，具有多样性

B．该DNA分子中一条链的相邻脱氧核苷酸依靠磷酸二酯键相连接

C．该M基因的特异性由基因基本骨架的结构与长度决定

D．该条染色体上还有其他多个基因

解题分析　该M基因的特异性主要由基因中碱基的排列顺序决定，C错误。

答案　C

知识拓展

DNA指纹具有的特点

(1)高度的特异性：除非是同卵双生，否则几乎不可能有两个人的DNA指纹图完全相同。

(2)稳定的遗传性：DNA是人的遗传物质，是由父母遗传给子女的。

(3)体细胞稳定性：同一个人的不同组织，如血液、肌肉等产生的DNA指纹图完全一致。

[基础对点]

知识点一　说明基因与DNA关系的实例

1.下列关于基因和DNA的说法正确的是(　　)

A.每个基因都是DNA分子上的一个片段

B.基因一定在细胞质或者细胞核(包括拟核)中

C.一种生物的基因可以在另一种生物体内表现出遗传效应

D.DNA分子上每一个片段都是一个基因

答案　C

解析　基因通常是有遗传效应的DNA片段，但对于RNA病毒来说，基因就是有遗传效应的RNA片段，A错误；病毒也有基因，但不存在细胞结构，B错误；由噬菌体侵染实验可知，一种生物的基因可以在另一种生物体内表现出遗传效应，C正确；DNA上存在着没有遗传效应的DNA片段，D错误。

2．下列有关基因的叙述，正确的是(　　)

A.对于原核生物来说，基因是具有遗传效应的DNA片段

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

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　细胞生物的遗传物质都是DNA，那么，原核生物的基因是有遗传效应的DNA片段，A正确；一个DNA分子上有许多个基因，在真核生物中，并非基因与基因紧密相连，因此B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸，B错误；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，C错误；某些原核生物如细菌通过二分裂的方式将遗传信息传递给后代，D错误。

3．大肠杆菌的拟核DNA由4.7×106对脱氧核苷酸组成，分布有4400个基因。下列说法不正确的是(　　)

A.大肠杆菌基因的化学本质是DNA片段

B.大肠杆菌基因的复制通过DNA的复制来实现

C.大肠杆菌的遗传物质是DNA

D.一个基因的碱基对通常不超过100个

答案　D

解析　大肠杆菌细胞中每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。

知识点二　DNA片段中的遗传信息

4.下列有关基因的叙述中，正确的是(　　)

A.真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在于细胞核中

B.组成基因和组成DNA的基本单位一定相同

C.DNA分子的结构发生改变，基因的结构一定发生改变

D.真核细胞的核基因位于染色体上，在染色体上呈线性排列

答案　D

解析　真核细胞的基因主要存在于细胞核中，此外在线粒体、叶绿体中也存在少量基因，A错误；基因通常是有遗传效应的DNA片段，在某些病毒中，基因是有遗传效应的RNA片段，所以组成基因和组成DNA的基本单位不一定相同，B错误；DNA分子的非基因结构发生改变，不会引起基因结构变化，C错误；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，D正确。

5．如图是摩尔根果蝇实验中，果蝇染色体上的白眼基因示意图，下列叙述正确的是(　　)

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.白眼基因在常染色体上

D.基因片段中有5种碱基，8种核苷酸

答案　B

解析　白眼基因位于X染色体上，组成该基因片段的基本单位是脱氧核苷酸，基因中有4种碱基，4种脱氧核苷酸。

6．某犯罪嫌疑人为逃脱法律的制裁，进行了面部整容，让人很难辨其真伪，假如你是一位专家，你认为在国家公安部门已经获得该犯罪嫌疑人的照片、指纹、口腔上皮细胞标本的条件下，哪种鉴定方法最可靠(　　)

A.研究嫌疑人的牙齿结构、成分和年龄，然后进行分析判断

B.鉴定指纹特点，并与档案中指纹相比较，进行确认

C.检测嫌疑人口腔上皮细胞中DNA的碱基排列顺序，并与档案中的相比较

D.检测嫌疑人口腔上皮细胞中RNA的核苷酸排列顺序，并与档案中的相比较

答案　C

解析　DNA分子具有特异性，两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此在个体鉴定中DNA的鉴定是最可靠的鉴定方法。

7．以下说法正确的是(　　)

A.生物体的多样性决定了DNA的多样性

B.DNA分子中碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性

C.DNA特异性的根本原因是生物体的特异性

D.像流感病毒等RNA病毒是不存在基因的

答案　B

解析　DNA的多样性是生物体多样性的物质基础，A错误；DNA特异性的根本原因是脱氧核苷酸特定的排列顺序，DNA的特异性是生物体特异性的物质基础，C错误；像流感病毒等RNA病毒，遗传物质是RNA，这样基因就是有遗传效应的RNA片段，D错误。

8．基因研究最新发现表明：人与小鼠的基因约98%～99%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例是(　　)

A.1%～2%     B．80%

C.99%     D．无法确定

答案　D

解析　基因通常是有遗传效应的DNA片段。人与小鼠的有遗传效应的DNA片段约98%～99%相同。但是人与小鼠的没有遗传效应的DNA片段有多少是相同的显然是未知的，所以人与小鼠的DNA碱基序列相同的比例是无法确定的。

[能力提升]

9．某种细胞生物的一个基因由200个碱基构成，下列说法不合理的是(　　)

A.该基因不可能含有碱基尿嘧啶

B.由200个碱基组成一个基因就可能形成4200种基因

C.其他种类的生物中也可能有该基因

D.同一种基因在不同种生物中也可能有不同的遗传效应

答案　B

解析　由细胞生物的遗传物质都是DNA可知，该基因中一定没有碱基尿嘧啶，A不符合题意；200个碱基组成一个基因，则可能形成4100种基因，B符合题意；由于细菌、病毒的感染，不同种的生物中可能含有同一种的基因，并且可能具有不同的遗传效应，C、D不符合题意。

10．拟南芥AtNX1基因编码一个位于液泡膜上的转运蛋白，将Na＋逆浓度梯度转运至液泡内，以降低Na＋的毒害。研究人员将AtNX1基因转化到了烟草中。下列说法不正确的是(　　)

A.AtNX1基因可能会提高烟草的抗盐性

B.该转运蛋白的转运方式为主动运输

C.该基因只有在拟南芥中具有遗传效应

D.该基因的特异性在于脱氧核苷酸的排列顺序

答案　C

解析　由题意可知，该转运蛋白可将Na＋逆浓度梯度转运至液泡内，因此该转运蛋白的转运方式为主动运输，B正确；该基因在其他生物体内也可能具有遗传效应，C错误。

11．水稻的弯曲穗和直立穗是一对相对性状，野生型水稻为弯曲穗。与直立穗相关的基因有多个，目前在生产上广泛应用的直立穗品系是水稻9号染色体上的DEP1基因的突变体——突变体1。请回答问题：

(1)DEP1基因的遗传信息储存在__________________。

(2)另外一个直立穗基因DEP2位于7号染色体上，在遗传学上，DEP1与DEP2基因称为____________。已知组成这两个基因的核苷酸数目是相同的，那么，二者的根本区别是______________________。

(3)已知前两种直立穗品系增产不同，科学家还发现一种产量明显下降的直立穗水稻，其直立穗基因DEP3内增加了3个相邻的碱基对。这一事实可说明_________________________________________________________________。

答案　(1)碱基排列顺序中

(2)非等位基因　碱基排列顺序不同

(3)基因的碱基序列不同，其蕴藏的遗传信息则不同

12．接到消费者的投诉，相关执法部门对某饭店进行了检查，经实验室检验，认定出售的“羊肉串”不是羊肉，而是鸭肉，你认为执法部门最可能采取了哪种检测方法？为什么？

答案　最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的DNA具有特异性，将该饭店“羊肉串”的DNA与真羊肉、鸭肉的DNA进行比对，如果和羊肉的DNA差别很大，而和鸭肉的DNA很接近，就能确定该“羊肉串”是鸭肉而不是真正的羊肉。

13．2014年11月，一个经单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在北京大学第三医院出生。这个健康婴儿的母亲患有常染色体单基因显性遗传病，而父亲正常，在自然生育条件下，她的孩子的患病概率是50%。

(1)为了生下健康的孩子，需要这对夫妇中的________提供正常的________，然后在体外完成受精作用。通常，科研人员是检查第一极体中相关的基因，如果含有致病基因，就推断________细胞正常，进而获得正常的卵细胞，再利用试管婴儿技术，就可以获得健康婴儿。请简述作出此推断的依据。

(2)单细胞基因组测序有着广泛的应用前景，请举两例。

答案　(1)女方(妇)　卵细胞　次级卵母　初级卵母细胞中含有存在该致病基因和正常基因的一对同源染色体，在减数分裂Ⅰ时彼此分离，这样形成的子细胞中如果第一极体含有致病基因，次级卵母细胞中的基因就正常。

(2)癌细胞筛查、病毒感染检测、单基因遗传病诊断。