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1、第二章 基因对性状的控制第二章 基因对性状的控制 第一节 认识基因第一节 认识基因 学习目标 学习目标 1.概述基因的概念及其发展。 概述基因的概念及其发展。 2.举例说明基因的现代含义。 举例说明基因的现代含义。 3. 列举脱氧核糖核苷酸、基因、列举脱氧核糖核苷酸、基因、DNA 和染色体之间的关系。和染色体之间的关系。(重点重点) 一、基因概念的发展一、基因概念的发展 1“基因”的提出“基因”的提出 (1)1865 年，孟德尔首次提出“遗传因子” ，并认识到它具有两个基本属性：年，孟德尔首次提出“遗传因子” ，并认识到它具有两个基本属性： 世代相传。世代相传。 决定遗传表达。决定遗传表达。
2、(2)1909 年，丹麦遗传学家约翰逊首次提出并使用“基因”这个名词。其含义年，丹麦遗传学家约翰逊首次提出并使用“基因”这个名词。其含义 与“遗传因子”完全一致。与“遗传因子”完全一致。 2染色体外基因：染色体外基因： 真核生物的线粒体基因和叶绿体基因，原核生物的拟核和质粒。真核生物的线粒体基因和叶绿体基因，原核生物的拟核和质粒。 3基因概念的发展基因概念的发展 (1)摩尔根：发表基因论 ，提出一条染色体上含有许多基因，基因以线性形摩尔根：发表基因论 ，提出一条染色体上含有许多基因，基因以线性形 式排列在染色体上的特定位置上。式排列在染色体上的特定位置上。 (2)比德尔和泰特姆：通过实验提出“
3、一基因一酶说”为进一步认识基因的功比德尔和泰特姆：通过实验提出“一基因一酶说”为进一步认识基因的功 能奠定了基础。后来又有人提出“一个基因一个肽链”的学说。能奠定了基础。后来又有人提出“一个基因一个肽链”的学说。 (3)艾弗里：最终证实了基因的本质是艾弗里：最终证实了基因的本质是 DNA。 (4)沃森和克里克：沃森和克里克：1953 年提出年提出 DNA 双螺旋结构模型，为进一步探明基因结双螺旋结构模型，为进一步探明基因结 构和功能奠定了基础。人们对基因的认识发展到了分子水平，基因是构和功能奠定了基础。人们对基因的认识发展到了分子水平，基因是 DNA 分子上分子上 的一段核苷酸序列，是遗传的功
4、能单位，可编码一段肽链或者编码一段的一段核苷酸序列，是遗传的功能单位，可编码一段肽链或者编码一段 RNA。 (5)雅各布和莫诺：雅各布和莫诺：1961 年证明基因在结构或功能上是可分的，在功能上可分年证明基因在结构或功能上是可分的，在功能上可分 为：为： 负责编码某种蛋白质的：结构基因；负责编码某种蛋白质的：结构基因； 负责调节其他基因的功能：调节基因；负责调节其他基因的功能：调节基因； 起调控作用：启动基因、操纵基因。起调控作用：启动基因、操纵基因。 二、基因的现代含义二、基因的现代含义 1基因的结构特点基因的结构特点 (1)断裂基因断裂基因 大多数真核生物的基因的编码序列在大多数真核生物的
5、基因的编码序列在 DNA 分子上不是连续的， 而是被不编码 的序列隔开， 称为断裂基因。 其中的编码序列称为外显子， 非编码序列称为内含子。 分子上不是连续的， 而是被不编码 的序列隔开， 称为断裂基因。 其中的编码序列称为外显子， 非编码序列称为内含子。 断裂基因往往由一些交替存在的外显子和内含子构成。断裂基因往往由一些交替存在的外显子和内含子构成。 (2)重叠基因重叠基因 指两个基因共用一段重叠的核苷酸序列。指两个基因共用一段重叠的核苷酸序列。 (3)可动基因可动基因 在染色体上通过某种方式从一个位置转移到另外一个位置的基因，称为可动 基因，也叫作转座因子。 在染色体上通过某种方式从一个位
6、置转移到另外一个位置的基因，称为可动 基因，也叫作转座因子。 2基因的概念基因的概念 基因是遗传的基本物质和功能单位，它携带了逐代传递的信息，是组成一个基因是遗传的基本物质和功能单位，它携带了逐代传递的信息，是组成一个 转录区域和转录调节的一段转录区域和转录调节的一段 DNA 序列。序列。 1判断对错判断对错 (1)基因都位于染色体上。基因都位于染色体上。( ) (2)遗传信息是指基因中核糖核苷酸的排列顺序。遗传信息是指基因中核糖核苷酸的排列顺序。( ) (3)基因是遗传的基本物质和功能单位。基因是遗传的基本物质和功能单位。( ) 答案答案(1) 分析 ： 染色体是基因的主要载体， 叶绿体和线
7、粒体中也含有基因。 分析 ： 染色体是基因的主要载体， 叶绿体和线粒体中也含有基因。 (2) 分析：遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。 分析：遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。 (3) 2下列有关基因的叙述，不正确的是下列有关基因的叙述，不正确的是( ) A基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的 DNA 片段片段 B基因在染色体上呈线性排列基因在染色体上呈线性排列 C基因的基本单位是脱氧核苷酸基因的基本单位是脱氧核苷酸 D每个每个 DNA 分子有一个基因分子有一个基因 D 基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的 DNA 序列，每个序列，每个 DNA 分子上有许多个基因。分子上有许多个基
8、因。 3下列有关基因、下列有关基因、DNA、染色体的叙述，不正确的是、染色体的叙述，不正确的是( ) A染色体是染色体是 DNA 的主要载体的主要载体 B双链双链 DNA 分子中含有分子中含有 2 个游离的磷酸基团个游离的磷酸基团 CDNA 分子的碱基总数与所有基因的碱基总数相同分子的碱基总数与所有基因的碱基总数相同 D在生物的传种过程中，基因是随染色体而传递的在生物的传种过程中，基因是随染色体而传递的 C 染色体主要由染色体主要由 DNA 和蛋白质组成， 细胞中的大部分和蛋白质组成， 细胞中的大部分 DNA 都在染色体上， 染色体是 都在染色体上， 染色体是DNA的主要载体，的主要载体， A
9、正确 ； 双链正确 ； 双链DNA分子中含有分子中含有2个游离的磷酸基团，个游离的磷酸基团， B 正确；基因是有遗传效应的正确；基因是有遗传效应的 DNA 片段，即片段，即 DNA 分子中除了基因序列之外，基因 和基因之间还存在无遗传效应的片段， 所以 分子中除了基因序列之外，基因 和基因之间还存在无遗传效应的片段， 所以 DNA 分子的碱基总数大于所有基因的 碱基总数， 分子的碱基总数大于所有基因的 碱基总数，C 错误；基因在染色体上呈线性排列，在生物的传种过程中，基因是 随染色体而传递的， 错误；基因在染色体上呈线性排列，在生物的传种过程中，基因是 随染色体而传递的，D 正确。正确。 基因
10、概念的发展基因概念的发展 思考交流思考交流 1生物体的生物体的 DNA 数目与基因数目是否相同？数目与基因数目是否相同？ 提示：提示：不相同，不相同，DNA 数目远少于基因数目。数目远少于基因数目。 2请你猜测，烟草花叶病毒有基因吗？若有，应位于何种分子上？请你猜测，烟草花叶病毒有基因吗？若有，应位于何种分子上？ 提示：提示：有。位于有。位于 RNA 分子上。分子上。 3某男患者患有某种肌肉萎缩病，该病致病基因位于线粒体某男患者患有某种肌肉萎缩病，该病致病基因位于线粒体 DNA 分子上， 请推测该患者的致病基因是源自父亲，还是母亲？为什么？ 分子上， 请推测该患者的致病基因是源自父亲，还是母亲
11、？为什么？ 提示：提示：源自母亲。因为受精卵形成时，细胞质基因只由卵细胞提供，精子仅 提供细胞核。 源自母亲。因为受精卵形成时，细胞质基因只由卵细胞提供，精子仅 提供细胞核。 归 归纳纳总总结 结 1基因与脱氧核苷酸的关系基因与脱氧核苷酸的关系 (1)基因的基本组成单位是脱氧核苷酸。基因的基本组成单位是脱氧核苷酸。 (2)基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息。基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息。 (3)基因中脱氧核苷酸的排列顺序的多样性决定了基因的多样性。基因中脱氧核苷酸的排列顺序的多样性决定了基因的多样性。 2基因与基因与 DNA 的关系的关系 (1)基因是有遗传效应的基因是有遗传效应
12、的DNA序列， 每个序列， 每个DNA分子上有许多个基因。 一个分子上有许多个基因。 一个DNA 分子上的碱基总数大于该分子上的碱基总数大于该 DNA 分子上所有基因上的碱基数之和。分子上所有基因上的碱基数之和。 (2)基因具有遗传效应是指其能控制生物的性状。基因是控制生物性状的结构 和功能的基本单位，特定的基因控制特定的性状。 基因具有遗传效应是指其能控制生物的性状。基因是控制生物性状的结构 和功能的基本单位，特定的基因控制特定的性状。 3DNA 与染色体的关系与染色体的关系 染色体主要由染色体主要由 DNA 和蛋白质构成。通常情况下和蛋白质构成。通常情况下 1 条染色体上含有条染色体上含有
13、 1 个个 DNA 分子，但染色体复制后，分子，但染色体复制后，1 条染色体上有条染色体上有 2 个个 DNA 分子；染色体是分子；染色体是 DNA 的主要 载体。 的主要 载体。 即：即： 4基因与染色体的关系基因与染色体的关系 (1)基因在染色体上呈线性排列。基因在染色体上呈线性排列。 (2)染色体是基因的主要载体，但不是唯一载体，如线粒体、叶绿体中也有少 量的 染色体是基因的主要载体，但不是唯一载体，如线粒体、叶绿体中也有少 量的 DNA，也是基因的载体。，也是基因的载体。 5脱氧核苷酸、基因、脱氧核苷酸、基因、DNA 和染色体的关系图解如下和染色体的关系图解如下 特别提醒：特别提醒：基
14、因的行为并不都遵循孟德尔遗传规律基因的行为并不都遵循孟德尔遗传规律 (1)并不是所有的非等位基因都遵循基因自由组合规律，只有非同源染色体上 的非等位基因遵循自由组合规律。 并不是所有的非等位基因都遵循基因自由组合规律，只有非同源染色体上 的非等位基因遵循自由组合规律。 (2)并不是真核生物中所有的基因都遵循孟德尔的遗传规律，叶绿体、线粒体 中的基因都不遵循遗传规律。 并不是真核生物中所有的基因都遵循孟德尔的遗传规律，叶绿体、线粒体 中的基因都不遵循遗传规律。 (3)原核生物中的基因都不遵循孟德尔遗传规律。原核生物中的基因都不遵循孟德尔遗传规律。 1染色体、染色体、DNA、基因三者关系密切，下列
15、叙述中不正确的是、基因三者关系密切，下列叙述中不正确的是( ) A正常细胞中每个染色体含有一个正常细胞中每个染色体含有一个 DNA 分子，每个分子，每个 DNA 分子有很多个基 因 分子有很多个基 因 B复制、分离和传递，三者都能相伴而行复制、分离和传递，三者都能相伴而行 C三者都是遗传物质，三者都能行使生物的遗传作用三者都是遗传物质，三者都能行使生物的遗传作用 D在生物的传种过程中，染色体行为决定后两者在生物的传种过程中，染色体行为决定后两者 C DNA 是主要的遗传物质，基因是有遗传效应的是主要的遗传物质，基因是有遗传效应的 DNA 片段，染色体是基 因的主要载体，而不是遗传物质。 片段，
16、染色体是基 因的主要载体，而不是遗传物质。 2对于一个基因的正确描述是对于一个基因的正确描述是( ) 它是它是DNA分子上特定的片段 它是由沃森和克里克共同提出的 它决 定某一遗传性状或功能 染色体的一段就是基因 分子上特定的片段 它是由沃森和克里克共同提出的 它决 定某一遗传性状或功能 染色体的一段就是基因 A和 和 B和和 C和和D和和 B 基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的 DNA 片段，而不是染色体的一段，它是由丹麦遗 传学家约翰逊首先提出的。 片段，而不是染色体的一段，它是由丹麦遗 传学家约翰逊首先提出的。 基因的现代含义基因的现代含义 思考交流思考交流 1是否是否 DNA 上
17、任何一段脱氧核糖核苷酸序列都可称为一个基因？为什么？上任何一段脱氧核糖核苷酸序列都可称为一个基因？为什么？ 提示：提示：不是。基因是有遗传效应的不是。基因是有遗传效应的 DNA 序列。序列。 2细胞中所有的基因均会表达为一定的产物吗？为什么？细胞中所有的基因均会表达为一定的产物吗？为什么？ 提示：提示：不一定，要在特定时间、特定空间才会表达为一定的产物。不一定，要在特定时间、特定空间才会表达为一定的产物。 3研究表明大肠杆菌细胞的拟核有研究表明大肠杆菌细胞的拟核有 1 个个 DNA 分子，长度约为分子，长度约为 4 700 000 个碱 基对，在 个碱 基对，在 DNA 分子上分布着大约分子上
18、分布着大约 4 400 个基因，每个基因的平均长度约为个基因，每个基因的平均长度约为 1 000 个碱基对。由此你想到了什么？个碱基对。由此你想到了什么？ 提示：提示：DNA 分子的长度远大于其上面所有基因总和的长度。这表明分子的长度远大于其上面所有基因总和的长度。这表明 DNA 分 子上除基因外，还有许多“非基因”片段。 分 子上除基因外，还有许多“非基因”片段。 归 归纳纳总总结 结 1基因的分类基因的分类 (1)按位置：按位置： 染染色色体体基基因因 染染色色体体外外基基因因： ：如如线线粒粒体体基基因因、 、叶叶绿绿 体体基基因因、 、拟拟核核和和质质粒粒 ) (2)按功能：按功能：
19、结结构构基基因因 调调节节基基因因 启启动动基基因因（ （启启动动子子） ）、 、操操纵纵基基因因（ （操操作作子子） ）) (3)按结构特点：按结构特点： 非非断断裂裂基基因因（ （原原核核生生物物） ） 断断裂裂基基因因（ （真真核核生生物物） ）外 外显 显子子 内内含含子子) 重重叠叠基基因因 可可动动基基因因（ （转转座座因因子子） ） ) 2说明基因与说明基因与 DNA 关系的实例关系的实例 项目项目实例实例可说明的情况可说明的情况 实例实例 1 大肠杆菌一个大肠杆菌一个 DNA 分子上含有多 个基因 分子上含有多 个基因 基因位于基因位于 DNA 分子上或基因是一 小段 分子上或
20、基因是一 小段 DNA 实例实例 2 把海蜇的绿色荧光蛋白基因转入鼠 的体内，鼠体内出现了以前没有的 荧光 把海蜇的绿色荧光蛋白基因转入鼠 的体内，鼠体内出现了以前没有的 荧光 基因有遗传效应，它可以独立起作 用 基因有遗传效应，它可以独立起作 用 实例实例 3 人体中构成基因的碱基对组成比较 少，不超过全部碱基总数的 人体中构成基因的碱基对组成比较 少，不超过全部碱基总数的 2% 基因是一段基因是一段 DNA，但是任意一段，但是任意一段 DNA 不一定是基因不一定是基因 实例实例 4 没有没有 HMGIC 基因，就没有肥胖的 表现，有 基因，就没有肥胖的 表现，有 HMGIC 基因就有肥胖表
21、 现 基因就有肥胖表 现 基因具有特定的遗传效应基因具有特定的遗传效应 结论结论 基因是有遗传效应的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 ； 每个 片段， 它是生物体遗传的功能单位和结构单位 ； 每个 DNA 分子上有许多个基因分子上有许多个基因 1绝大多数基因在染色体上的位置是固定不变的，但有些基因可以通过某种 方式从一个位置转移到另外一个位置，这些能在染色体上移动位置的基因称为 绝大多数基因在染色体上的位置是固定不变的，但有些基因可以通过某种 方式从一个位置转移到另外一个位置，这些能在染色体上移动位置的基因称为 ( ) A断裂基因断裂基因B重叠基因重叠基因 C
22、转座因子转座因子D操作子操作子 C 断裂基因是指绝大多数真核生物的基因的编码序列在断裂基因是指绝大多数真核生物的基因的编码序列在 DNA 分子上不是 连续的，而是被不编码的序列隔开。重叠基因是许多原核生物和真核生物中有两 个基因共用一段重叠的核苷酸序列的现象。可动基因也称为转座因子。 分子上不是 连续的，而是被不编码的序列隔开。重叠基因是许多原核生物和真核生物中有两 个基因共用一段重叠的核苷酸序列的现象。可动基因也称为转座因子。 2下图表示基因、下图表示基因、DNA 和染色体之间的关系。和染色体之间的关系。1、2、3、4 分别表示分别表示( ) A胸腺嘧啶、启动基因和操纵基因、内含子、外显子胸
23、腺嘧啶、启动基因和操纵基因、内含子、外显子 B尿嘧啶、非编码区、外显子、内含子尿嘧啶、非编码区、外显子、内含子 C胸腺嘧啶、非编码序列、外显子、内含子胸腺嘧啶、非编码序列、外显子、内含子 D尿嘧啶、启动基因和操纵基因、内含子、外显子尿嘧啶、启动基因和操纵基因、内含子、外显子 A 图中图中 1 是构成脱氧核糖核苷酸的成分， 所以是胸腺嘧啶是构成脱氧核糖核苷酸的成分， 所以是胸腺嘧啶 T， 2 是启动基因 和操纵基因， 是启动基因 和操纵基因，3 和和 4 构成结构基因，其中构成结构基因，其中 4 编码蛋白质，说明是外显子，编码蛋白质，说明是外显子，3 是内含 子。 是内含 子。 1关于基因的概念
24、，错误的是关于基因的概念，错误的是( ) A基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的 DNA 片段片段 B基因是基因是 DNA 上有一定功能的特定的碱基排列顺序上有一定功能的特定的碱基排列顺序 C基因是基因是 DNA 上的任意一段上的任意一段 D基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位 C 基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的 DNA 片段，是一特定的碱基排列顺序。由于片段，是一特定的碱基排列顺序。由于 DNA 分子上有很多不能控制生物性状的区段，所以基因不能是分子上有很多不能控制生物性状的区段，所以基因不能是 DNA 上的任意一段。上的任意
25、一段。 2如图是果蝇染色体上的白眼基因示意图，下列叙述不正确的是如图是果蝇染色体上的白眼基因示意图，下列叙述不正确的是( ) A白眼基因片段中，含有成百上千个脱氧核糖核苷酸白眼基因片段中，含有成百上千个脱氧核糖核苷酸 BS 基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的 DNA 片段片段 C白眼基因与其他基因的区别是碱基的种类不同白眼基因与其他基因的区别是碱基的种类不同 D白眼基因与红眼基因的区别是部分碱基序列的不同白眼基因与红眼基因的区别是部分碱基序列的不同 C 基因是由脱氧核苷酸组成的，基因是由脱氧核苷酸组成的，A 项正确；项正确；S 基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的 DNA 片段，片段，B
26、 项正确；不同基因的碱基序列不同，但不同基因的碱基种类相同，项正确；不同基因的碱基序列不同，但不同基因的碱基种类相同，C 项项 错误，错误，D 项正确。项正确。 3下列关于真、原核细胞的各种结构，有基因分布其中的是下列关于真、原核细胞的各种结构，有基因分布其中的是( ) 细胞核 核糖体 叶绿体 线粒体 细胞核 核糖体 叶绿体 线粒体 拟核 高尔基体 内质网 质粒拟核 高尔基体 内质网 质粒 A B CD A 核糖体、高尔基体、内质网上不存在基因。核糖体、高尔基体、内质网上不存在基因。D 选项中为染色体外 基因，真核生物的基因主要分布于核内染色体上，原核生物的基因主要存在于拟 核大型环状 选项中
27、为染色体外 基因，真核生物的基因主要分布于核内染色体上，原核生物的基因主要存在于拟 核大型环状 DNA 分子上。分子上。 4根据下图所示，下列相关叙述正确的是根据下图所示，下列相关叙述正确的是( ) A非编码序列是外显子，编码序列是内含子非编码序列是外显子，编码序列是内含子 B启动基因没有遗传效应启动基因没有遗传效应 C结构基因有三个内含子和四个外显子结构基因有三个内含子和四个外显子 D结构基因有三个外显子和四个内含子结构基因有三个外显子和四个内含子 C 基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的 DNA 序列。 图示为真核生物的基因， 结构基因中 的编码序列称为外显子，非编码序列称为内含子。图
28、示结构基因中有四个外显子， 三个内含子。 序列。 图示为真核生物的基因， 结构基因中 的编码序列称为外显子，非编码序列称为内含子。图示结构基因中有四个外显子， 三个内含子。 5同源染色体之间与姐妹染色单体之间的共同点是同源染色体之间与姐妹染色单体之间的共同点是( ) A它们中的一条都是以另一条为模板复制而来的它们中的一条都是以另一条为模板复制而来的 B它们的形态、大小一般都是相同的它们的形态、大小一般都是相同的 C它们所含的基因都是相同的它们所含的基因都是相同的 D一对同源染色体与一对姐妹染色单体所包含的一对同源染色体与一对姐妹染色单体所包含的 DNA 分子数都是相同的分子数都是相同的 B 同源染色体的形状一般相同，姐妹染色单体间形状一定相同。同源染色体的形状一般相同，姐妹染色单体间形状一定相同。