师：同学们，今天我们学习高一人教版生物学必修2第三章第四节“基因通常是具有遗传效应的DNA片段”。在生活中，我们常听到DNA亲子鉴定、DNA指纹技术、基因诊断、转基因技术等词语，这里所说的DNA与基因到底是什么关系呢？首先，我们回顾本章有关DNA的内容。第一节，艾弗里通过实验证明DNA是遗传物质；第二节，沃森和克里克揭示了DNA的双螺旋结构，并提出DNA可能通过半保留的方式进行复制；第三节，科学家通过实验证明了DNA的半保留复制方式，这种复制方式保证了遗传信息的稳定遗传。接下来回顾有关基因的内容：1866年，孟德尔发表豌豆杂交实验的论文，提出了遗传因子的概念；1909年，约翰逊将遗传因子命名为基因；1903年，萨顿提出基因位于染色体上的假说；从1909年开始，摩尔根等人通过实验证明了基因在染色体上。通过示意图我们可以看到，基因的数目多于染色体的数目。我们已知，DNA是绝大多数生物的遗传物质，生物的性状由基因控制，摩尔根等人证明染色体上有多个基因，而一条染色体上有一个或两个DNA分子，所以我们可以猜测基因位于DNA上。下面通过几个例子进一步说明DNA与基因的关系。
资料一，大肠杆菌细胞的拟核有一个DNA分子，长度约为470万个碱基对，在DNA分子上分布着大约4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。分析可知，大肠杆菌细胞内的DNA分子数目少于基因数，DNA分子的碱基对总数多于基因的碱基对总数，由此得出结论：一个DNA分子上含有多个基因，基因是DNA的片段。大肠杆菌是原核生物，那么真核生物细胞内的DNA与基因的数目关系又是怎样的呢？请看资料二，人类基因组计划。此计划是测定人类24条染色体，即22条常染色体加上X和Y染色体上的碱基序列。测序发现，这24条染色体上大约有31.6亿个碱基对，其中构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%，也就是说有98%以上的碱基对不构成基因。分析资料一和二可知，从数量上看，基因的碱基对总数少于DNA分子的碱基对总数。我们可以用此模式图来代表基因与DNA的关系：一个DNA分子上有很多个基因，基因是一段DNA，但另一段DNA不一定是基因，也就是说DNA分子中既存在基因片段，也存在非基因片段。那么具备什么条件的DNA片段才是基因呢？
资料三，生活在太平洋的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA分子上有一段长度约为5000个碱基对的绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色荧光蛋白基因的小鼠在紫外线照射下也能像水母一样发光。图中有编号为1、2、3、4号共4只老鼠，其中1、2、4号转入了绿色荧光蛋白基因。关于实验设计大家都很熟悉，本实验的自变量是小鼠是否被转入绿色荧光蛋白基因，因变量是紫外线照射下老鼠是否发出绿色荧光。由实验结果我们可推知，绿色荧光蛋白基因的作用是可以控制生物发光这一性状，我们可以用“遗传效应”一词来说明基因的作用。由此推理，基因是特定的DNA片段，可以拼接到其他生物的DNA上去，能独立起作用，使其他生物获得某种性状。现在我们归纳一下，从资料一、二可知基因是DNA片段，资料三可知基因可以控制生物某一性状，即具有遗传效应。结合前面章节，我们可以得出基因的定义：基因是具有遗传效应的DNA片段。基因的内涵为：功能上是遗传物质的结构和功能的基本单位；本质上是有遗传效应的DNA片段；位置上在染色体上有特定的位置，呈线性排列。其实基因与DNA都可以反映遗传物质，只不过DNA主要从化学组成去反映，而基因侧重于描述遗传物质的功能，即可以控制生物的性状。
我们再看资料四，有些病毒如新冠病毒、HIV病毒等，它们的遗传物质是RNA，所以对这类病毒而言，基因就是具有遗传效应的RNA片段。因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说基因通常是具有遗传效应的DNA片段。下面我们进入本节课第二个内容，一个DNA上有很多基因且具有遗传效应，这说明DNA中必然蕴含着大量的遗传信息。从DNA的分子结构模式图可知，两条单链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是固定不变的。那么DNA是靠什么来储存大量遗传信息的呢？我们知道DNA中有4种碱基，长链中的碱基或者说碱基对的排列顺序却是可变的。如果一个碱基对可以构成一个基因，那么4种碱基对的排列顺序只能形成4种基因，这与DNA可蕴含大量遗传信息的事实不符；如果两个碱基对构成一个基因，也只能形成16种基因，同样与事实不符。实际上很多基因都是由几十、上百甚至上千个碱基对构成的，按此计算，DNA分子中的碱基排列顺序千变万化，即DNA可以储存大量的遗传信息，也就是说DNA分子具有多样性。那么基因是碱基对随机排列的DNA片段吗？我们看个情境，全球人口总数约为78亿，假如人类脸型基因是由17个碱基对排列构成的，那么你与你的同桌相比，这个基因中碱基序列排列完全相同的可能性有多大呢？4的17次方约等于170亿。即使并非所有的碱基对排列顺序都有机会出现，但你与班上同学相比，脸型基因中碱基对顺序相同的概率几乎为零。我们可以理解为，正因为DNA分子有多样性，所以某人的某个DNA是独一无二的，里面的碱基对排列顺序是特定的，即DNA分子具有特异性。我们做个小结：遗传信息蕴藏在DNA的四种碱基对排列顺序之中，碱基对排列顺序千变万化，造成了DNA分子的多样性；对于某个具体的DNA分子来讲，其碱基排列顺序是特定的，即DNA分子具有特异性。实际上，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。