人教版 (新课标)第4节 基因是有遗传效应的DNA片段教案设计

第4节  基因是有遗传效应的DNA片段

●从容说课

本节的课题“基因是有遗传效应的DNA片段”一句话点明了基因与DNA的关系。这一表述虽然言简意赅，但学生理解起来，难度较大。首先让学生认识到：一个DNA分子不等于一个基因，基因是DNA的片段；然后指导学生理解什么是有遗传效应的DNA片段。具体根据教材提供的资料分析（1）让学生得出一个DNA上有多个基因；然后分析材料（2），将海蜇的一段DNA转入鼠类，结果鼠类也有了原来没有的特征，让学生分析得出：所谓的遗传效应就是通过一定方式能决定生物的某个具体特征。还可以通过人的每个体细胞中有多少条染色体，多少个DNA分子，多少个基因这样的问题来说明前面这两个关键点。这样学生就会明确：一个DNA分子有许多基因，反过来讲，基因就是DNA分子的片段。此时教师追问学生：是否DNA的任何片段都可称为基因？让学生对这个课题有更深的理解。

基因具有遗传效应，对于生物体来说，不同的效应就意味着基因的不同，地球上的生物千差万别，那么基因如何保证包含的遗传信息各不相同呢？这个过程可通过探究活动来完成，即利用数学能力解决生物学问题。

●三维目标

1.知识与技能

（1）了解染色体、DNA和基因三者之间的关系以及基因的本质。

（2）了解多样性和特异性的原因。

2.过程与方法

（1）培养学生的逻辑思维能力，使学生掌握一定的科学研究方法。

（2）掌握分析材料的方法。

3.情感态度与价值观

通过介绍DNA技术，对学生进行科学价值观的教育。

●教学重点

1.基因是有遗传效应的DNA片段。

2.DNA分子的特异性和多样性。

●教学难点

脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性。

●教具准备

指纹识别的原理图。

●课时安排

1　课时

●教学过程

［课前准备］

教师准备关于基因这个概念的发展过程的资料。

［情境创设］

科学家通过实验已经证明DNA是主要的遗传物质，但在生活中常常听到的是：某人聪明，是他父母的基因好。还有科学家在进行人类基因组计划的研究，那么基因与DNA是什么关系呢？

［师生互动］

基因和DNA究竟是什么关系？阅读课本P55～P56资料。

问：从资料1你能得出什么结论？

答：从资料1可以看出大肠杆菌一个DNA上含有多个基因。说明基因是一段DNA。

问：从资料2你得出什么结论？

答：把海蜇的绿色荧光基因转入鼠的体内，鼠体内出现了以前没有的荧光。说明基因有遗传效应。它可以独立该DNA，其他的片段独立起作用。

问：从基因可以拼接但并不影响表达你能得出什么结论？

答：基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是结构单位。

问：从材料3你能得出什么结论？

答：人体中构成基因的碱基对组成比较少，所占比例不超过全部碱基总数的2%。这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。

问：从材料4你能得出什么结论？

答：没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。说明基因能控制生物的性状。

问：综合以上材料你能得出什么结论？

答：把四个材料的结论放在一起我们就可以得出这样的结论：基因是有遗传效应的DNA片段，它是生物体遗传的功能单位和结构单位。

作为遗传物质它一定要蕴含大量的遗传信息，DNA是否足以储存大量的遗传信息？

问：若1个碱基对组成一个基因，4个碱基能形成多少种基因？。

答：只能形成4种。分别是A－T、T—A、G—C和C—G。形成的种数为41。

问：若2个碱基对组成一个基因，4个碱基能形成多少种基因？

答：可形成16种，形成的种数为42。

问：如果是10个碱基对能形成多少？

答：形成的种数为410。

问：通过这样的分析你认为DNA4种碱基排列顺序能不能储存丰富的遗传信息？

答：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，但长链中碱基对的排列顺序是千变万化的，所以足以储存大量的遗传信息。如一个最短的DNA分子大约有4 000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44 000=102 408种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的多样性。

问：你是如何理解多样性的？

答：不同的DNA碱基的个数不同，排列顺序是不同的，这样就形成了不同的DNA，所以DNA的多样性就是指4种碱基千变万化的排列顺序。

地球的生物特征就是由DNA决定的，对人类来说就有60亿，那么对于某个基因来说碱基排列完全相同情况会不会出现呢？

问：假如决定脸型的一个基因只有17个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？

答：417种。大约为172亿种。

问：这样的排列是否有机会都出现？
 答：没有机会。因为人类的总数远远少于组合的可能数。

问：两人出现相同脸型的可能性有多大？

答：1/172亿。可能性太小，可以忽略不计。

问：你如何理解DNA的特异性？

答：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，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。这种排列是其他DNA没有的，可以理解为独有的。

［教师精讲］

基因是有遗传效应的DNA片段。这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应（指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能）。有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的DNA片段就不是基因。

基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状的基因之间的差别。归根到底，生物性状的遗传就是基因通过四种脱氧核苷酸的序列来传递和表达信息的。

［评价反馈］

1.下列关于DNA、基因、染色体的叙述错误的是

A.基因是有遗传效应的DNA区段

B.DNA是遗传信息的主要载体

C.DNA分子在染色体上成念珠状排列

D.DNA的相对稳定性决定染色体的相对稳定性

解析：DNA分子在染色体上成线性排列，而非念珠状。

答案：C

2.人类遗传信息的携带者是

A.DNA和RNA  B.DNA或RNA  C.DNA    D.RNA

解析：人是有细胞结构的生物，所以是以DNA为遗传物质的。

答案：C

3.下列有关DNA与基因的关系的叙述中，正确的是

A.基因是碱基对随机排列而成的DNA片段

B.一个DNA分子上有许多个基因

C.DNA的碱基排列顺序就代表基因

D.组成不同的基因的碱基数量一定不同

解析：基因不是碱基随机排列而成的DNA片段，所以A项不对；只有有遗传效应的DNA片段才是基因，所以C项不对；基因不同但碱基数量可能相同，只要碱基的排列次序不同，就可以说明是不同的基因，故D项不对。

答案：B

4.DNA分子结构多样性的原因是

A.碱基配对方式的多样性     B.磷酸和脱氧核糖排列顺序的多样性

C.螺旋方向的多样性      D.碱基对排列次序的多样性

解析：DNA中碱基配对方式是固定的，只能A和T、G和C配对；磷酸和脱氧核糖的排列顺序是交替排列的；螺旋的方向是向右螺旋的。

答案：D

5.有关DNA的结构的叙述中，不正确的一项是

A.每个DNA分子都含有4种脱氧核苷酸

B.每个DNA分子中核糖上连接一个磷酸和一个碱基

C.DNA分子两条链中的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对

D.双链DNA分子中，某一段链上若含有30个胞嘧啶，就一定会同时有30个鸟嘌呤

解析：DNA上只有脱氧核糖，没有核糖，所以B项有错。

答案：B

6.DNA指纹技术也可以帮助人们确认亲子关系，这是因为

A.每个人的指纹大多相同

B.每个人的指纹是不同的

C.不同的个体的相同的组织中的DNA指纹是相同的

D.DNA技术是检测DNA上的碱基种类

解析：每个人的DNA是不同的，所以指纹是不同的，所以A项错；不同个体的相同组织中的DNA是不同的，所以指纹也是不同的；DNA技术是检测DNA上碱基的排列次序的特异性，并不是检测碱基种类。

答案：B

［课堂小结］

［布置作业］

P58一、基础题。

［课后拓展］

DNA扩增技术又称为PCR，中文译为聚合酶链式反应，其实是一种DNA的快速扩增技术，类似于DNA的天然复制过程。PCR由变性—退火—延伸三个基本反应步骤构成。PCR在人类社会生活中的应用也越来越广泛。比如说“DNA指纹”，科学家们只需要一根头发甚至一个细胞就可以完成DNA指纹的鉴定工作，这里实际上就要采用PCR技术，因为一个细胞中的DNA含量实在太少了，人们根本不可能检测到它的指纹；有了PCR技术就好办了，通过PCR技术把这个细胞中的DNA片段扩增1 000万倍，这样DNA量就足够作指纹鉴定了。PCR技术有如下几个特点：一是被扩增的DNA所需量极小，理论上讲一个分子就可以用于扩增了；二是扩增效率高，几个小时就扩增1 000万倍以上。1995年，美国科学家Mulis凭此成果获得了诺贝尔化学奖。

根据以上材料：（1）你认为DNA指纹对待检测样品有何要求?

（2）假如待检测样品很少，你有何方法增加样品?

提示：（1）待检样品应该是纯净的，不能含有其他生物的DNA。

（2）可进行DNA复制原理，进行DNA的扩增，以增加样品的数量。

●板书设计

第4节  基因是有遗传效应的DNA片段

1.基因是什么?

基因有遗传效应的DNA片段，它是生物体控制性状的功能单位和结构单位。

2.DNA片段如何蕴藏遗传信息?

4种碱基的排列顺序蕴藏着遗传信息。

3.DNA的特点：多样性、特异性、稳定性。

●习题详解

一、练习（课本P58）

（一）基础题

1.（1）√  （2）×

2.C

3.作为遗传物质它必须具备这样的条件：（1）能够准确地复制；（2）能够控制性状；（3）能够贮存大量的遗传信息；（4）结构比较稳定。而DNA就具备这样的特点，所以它可以作为遗传物质。

（二）拓展题

1.解析：基因是有遗传效应的DNA片段，不是随便一个DNA片段都可以作为基因。

答案：×

2.解析：基因在DNA上，但是DNA并不都是由基因组成，有的DNA片段并不是基因。

答案：×

3.解析：这一描述是生物学对这一概念特定术语的表达。

答案：√

二、问题探讨（课本P55）
 提示：这样的排列就是要让学生知道碱基排列顺序是极其多样的。

三、本节聚焦（课本P55）

1.基因是有遗传效应的DNA片段。

2.一个DNA分子上常常含有多个基因，所以基因在DNA上的排列是线性的。每一个基因上特定的脱氧核苷酸的排列就构成了该基因特定的遗传信息。

3.一个DNA分子常常是由大量的脱氧核苷酸组成的。构成DNA的脱氧核苷酸的排列次序是千变万化的，加之构成DNA的脱氧核苷酸的数目不同，使得DNA分子具有了多样性。

四、资料分析（课本P55）

1.提示：生物体内的DNA分子数目与基因的数目不同，且前者数目小于后者的数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段（即一个DNA上含有多个基因），基因不是连续分布在DNA上的。DNA上的某些碱基序列并不构成基因，它把一个基因和另一个基因分隔开。

2.提示：基因具有遗传效应，是指基因能具体地决定某些功能或特征。它的具体表现就是能合成蛋白质来直接构成生物体，或者合成酶来调控生物体的生命活动。

3.提示：基因是具有遗传效应的DNA片段。

五、探究（课本P57）

1.提示：构成DNA的脱氧核苷酸的排列次序是千变万化的，它使得DNA分子具有了多样性。每一个DNA具有特定的脱氧核苷酸的排列次序，这又构成了第一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的基础。

2.提示：人类的DNA分子中，脱氧核苷酸的排列次序对每一个人来说几乎不可能相同，因此，每个人都有特定的脱氧核苷酸的排列次序。一个人的DNA可以作为本人特有的一种标记来鉴定个人身份。

3.提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。现存的生物都是经过千百万年进化的结果，它一定要有一定的遗传效应，而这种效应一定要适应特定的环境。遗传效应要靠蛋白质表现出来，而每种蛋白质都由特定的氨基酸按一定顺序连接而成。那么氨基酸为何能按一定顺序排列呢，原来它的排列就是由特定的脱氧核苷酸的排列次序来决定的。所以只有特定的脱氧核苷酸的排列次序才能决定特定的氨基酸排列顺序，才能构成一定的蛋白质，才能适应环境，也就是脱氧核苷酸的排列次序不能随便排列，即碱基不能随机排列。