高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段教学设计

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段教学设计，共60页。PPT课件主要包含了基础知识·双基夯实，沃森和克里克，双螺旋，两条单链，脱氧核苷酸，碱基互补配对，大肠杆菌，同位素标记，半保留复制，亲代DNA等内容，欢迎下载使用。
第3节　DNA的复制第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
一、DNA的复制1．对DNA复制的推测：(1)提出者：_______________。(2)假说内容。①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的_________解开，互补碱基之间的_______断裂。
2．DNA半保留复制的实验证据(1)实验材料：___________。(2)实验方法：运用了_____________技术。(3)实验过程
(4)实验结果①复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中。②复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含14N，另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。(5)实验结论：DNA的复制方式为_____________。
3．DNA复制的过程：(1)概念：以__________为模板合成__________的过程。(2)时间：细胞分裂前的_______。(3)场所：主要是_________。
(5)结果：一个DNA分子形成了_____个与亲代___________的DNA分子。(6)特点：①_______________；②_____________。(7)意义：将___________从亲代传给子代，从而保持了___________的连续性。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段1．一个DNA分子上有_______个基因。构成基因的碱基数_______DNA分子的碱基总数。2．遗传信息蕴藏在____________________之中。3．DNA分子具有_________和_________，这是生物体多样性和特异性的物质基础。4．基因通常是有遗传效应的______片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的______片段。
〔活学巧练〕判断下列叙述的正误(1)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制。(　　)(2)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子。(　　)(3)构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等。(　　)
(4)某DNA片段中有100个脱氧核苷酸，则可能的排列顺序为4100种。(　　)(5)不同DNA分子携带的遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同。(　　)(6)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。(　　)
〔思考〕1．在复制形成的两个子代DNA分子中，两条子链的碱基排列顺序相同吗？提示：不相同。因为都和母链互补。两条母链是互补的，因此两条子链也互补。
2．用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。3．具有遗传效应的RNA片段也是基因，对吗？提示：对，如RNA病毒中，RNA也有基因片段。
〔学霸记忆〕1．DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。3．DNA通过复制将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。4．遗传信息蕴藏在DNA的4种碱基的排列顺序中。5．基因通常是有遗传效应的DNA片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。
1．关于DNA复制的早期推测在DNA分子复制的早期研究中，科学家们提出了三个模型：全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。比较如下：全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。
DNA半保留复制的实验证据和DNA复制的过程及特点
半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。如下图所示：
2．巧记DNA复制的“一所、两期、三步、四条件”
3．DNA“准确”复制的原因(1)DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板(2)DNA通过碱基互补配对，保证了复制准确地进行。4．DNA复制的相关知识归纳(1)场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。(2)能进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期。
(4)DNA复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。①解旋酶：破坏碱基间的氢键。②DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸。③DNA连接酶：连接DNA片段。(5)两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
　(2020·唐山期末)如图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析错误的是(　　)A．酶①为解旋酶，酶②为DNA聚合酶B．图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点C．在复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数第一次分裂后期分开D．将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，含15N的DNA占100%
[解析]　酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开，为解旋酶；酶②作用于DNA的母链和新合成子链之间，为DNA聚合酶，A正确。新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链，符合半保留复制以及边解旋边复制的特点，B正确。在细胞分裂过程中，甲、乙两条DNA所携带的遗传信息相同，位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，因此甲、乙的分离即为姐妹染色单体的分离，发生在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期，C错误。将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，共产生DNA分子23＝8个，都含有15N，即含15N的DNA占100%，D正确。
(2019·天津期末)将某哺乳动物的细胞放在含31P的培养基中连续培养数代后得到G0代细胞，然后将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到的结果如图所示。下列说法错误的是(　　)A．G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别对应的图是甲、乙、丁B．G2代在①②③三条带中DNA分子数目的比例为0︰1︰1C．条带①中DNA分子所含的同位素P是31P和32PD．条带②中DNA分子所含的同位素P是31P和32P
[解析]　G0代细胞的DNA分子两条链中都含31P，应位于试管的上方“轻”的位置；G1是将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，细胞分裂一次获得的，DNA分子中都是一条链含31P、另一条链含32P，分布在试管的“中”的位置；G2是将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，经过第2次细胞分裂后获得的，在DNA分子中，一半DNA分子一条链含31P、另一条链含32P，分布在试管的“中”的位置，另一半DNA分子两条链都含32P，分布在试管的下方“重”的位置，A正确。根据A项分析可知，G2代在①②③三条带中DNA分子数目的比例为0︰1︰1，B正确。条带①中DNA分子所含的同位素P都是31P，C错误。条带②中DNA分子所含的同位素P是31P和32P，D正确。
1．脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2．全方位理解“基因”(1)本质上，基因是有遗传效应的DNA片段。(2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。(3)功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。(4)位置上，基因在染色体上呈线性排列。
[易错提醒]　对于真核细胞来说，基因(核基因)在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体，但细胞质基因存在于线粒体、叶绿体中的DNA分子上；对于原核细胞来说，基因则存在于拟核中的DNA分子上，没有染色体这一载体。对于遗传物质为DNA的生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段；对于RNA病毒，基因是有遗传效应的RNA片段。
3．遗传信息(1)遗传信息概念：生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子代或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息，即碱基对的排列顺序(或指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序)。(2)基因与遗传信息的关系：由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息；由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。
4．基因的多样性和特异性：(1)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性，即基因的多样性。(2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息，即基因的特异性。5．生物多样性与DNA分子多样性的关系：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。
如图表示果蝇某一条染色体上的几个基因，相关叙述不正确的是(　　)A．观察图示可知，基因在染色体上呈线性排列B．图示DNA中只有部分脱氧核苷酸序列能编码蛋白质C．每个基因均由多个脱氧核糖核苷酸组成D．由图可知染色体是生物体内基因的唯一载体
[解析]　图示中一条染色体含多个基因，呈线性排列。分析题图可知，基因在染色体上是不连续的，染色体上存在不编码蛋白质的核苷酸序列，基因是具有遗传效应的DNA片段，每个基因均由多个脱氧核苷酸组成。染色体不是基因的唯一载体，线粒体和叶绿体中也有基因。
(2020·河北石家庄期中)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．一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有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，其碱基对可能的排列方式有41 700种
[解析]　碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，A正确；碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性，B正确；一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41 000种，C正确；β－珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β－珠蛋白基因所特有的，任意改变碱基的排列顺序后，合成的就不一定是β－珠蛋白，D错误。
一、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，其结果分析如图所示。
1．DNA分子数(1)子代DNA分子总数：2n个。(2)含15N的DNA分子数：2个。(3)含14N的DNA分子数：2n个。(4)只含15N的DNA分子数：0个。(5)只含14N的DNA分子数：(2n－2)个。
2．脱氧核苷酸链数(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n＋1条。(2)含15N的脱氧核苷酸链数：2条。(3)含14N的脱氧核苷酸链数：(2n＋1－2)条。3．DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为m·(2n－1)个。(2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸为m·2n－1个。
某个DNA片段有500个碱基对，其中A和T占碱基总数的40%，若该DNA片段复制两次，则共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为(　　)A．300　　B．600　　C．900　　D．1 200[解题指南]　根据碱基互补配对原则，计算出各种碱基的个数，再计算出复制需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数。
[解析]　由题意可知，该DNA片段由500对碱基，即1 000个碱基组成，G＋C＝1 000－1 000×40%＝600个，G＝C＝300个；该DNA片段复制2次形成的DNA是22＝4个，增加了3个DNA，因此该过程中需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子是300×3＝900个。
二、DNA复制原理的应用1．减数分裂中染色体标记情况：如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。
2．有丝分裂中染色体标记情况：如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有3H，即DNA分子为“3H/1H”，而另一条染色单体只有1H，即DNA分子为“1H/1H”，在后期时两条染色单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条(体细胞染色体条数是2n)。
蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是(　　)A．每条染色体的两条染色单体都被标记B．每条染色体中都只有一条染色单体被标记C．只有半数的染色体中一条染色单体被标记D．每条染色体的两条染色单体都不被标记
[解析]　DNA的复制方式是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H，然后在不含放射性标记的培养基中培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的姐妹染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H，如下图所示。
问题探讨☞P531．半保留复制。2．用“可能”二字，说明DNA复制方式可能不止一种。这说明科学研究的严谨性的特点。
思考·讨论☞P541．第一代全部中带，第二代1/2轻带，1/2中带。2．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。旁栏思考☞P55排除了全保留复制。
练习与应用☞P56一、概念检测1．(1)×　DNA位于染色体上，DNA复制和染色体复制是同时进行的。(2)×　DNA复制在细胞分裂前的间期进行。
2．B　DNA的复制主要在细胞核中进行，此外在细胞质的线粒体和叶绿体及原核细胞的拟核中也能进行，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA复制1次产生2个DNA，C错误：游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。3．C　根据DNA半保留复制特点，含15N的大肠杆菌只有2个，A错误；复制3次，含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为2/23＝1/4，B错误、C正确；含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为2/23＝1/4，D错误。
二、拓展应用1.31.6×108×10－9×2＝6.32个，可能有6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响(这一问为开放式问题，回答合理即可)。2．DNA形成多个复制泡是因为DNA复制是从多个起点开始的，这样可缩短DNA复制的时间。问题探讨☞P571．外源生长激素基因在鲤鱼体内得到了表达。2．DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
思考·讨论☞P581．提示：生物体内的DNA分子数目小于基因数目。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上的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。2．提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光等。使转基因鲤鱼生长速率快。3．提示：基因是有遗传效应的DNA片段。
思考·讨论☞P591．提示：4100种2．提示：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。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．提示：在人类的DNA分子中，脱氧核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
4．提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是，在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只能选择能与其相适应的物质，因此，一些随机排列的脱氧核苷酸序列由于不被选择而消失或无作用。
练习与应用☞P59一、概念检测1．B　每种基因具有特定的碱基对排列顺序，不是4种碱基对的随机排列。2．
二、拓展应用1．通过基因检测进行鉴定。不同生物的基因是不同的，基因具有特异性。2．不同人蕴含的遗传信息不同。由于DNA具有特异性，是根据生物体本身的生物特征来区分生物体个体。