新教材生物人教版必修2配套课堂探究案4.第2节基因表达与性状的关系

第2节基因表达与性状的关系课堂互动探究案课程标准概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象素养达成1．结合实例，阐述基因控制性状的两种方式，掌握基因、蛋白质与性状之间的关系。(科学思维)2．通过与细胞核遗传比较，了解细胞质遗传及特点。(科学思维)3．依结构决定功能观理解细胞分化的实质和表观遗传现象。(生命观念)在矮牵牛蓝和白的复色品种中，蓝色部分和白色部分的多少，受温度影响很大。如果在30℃～35℃高温下，开花繁茂时，花瓣完全呈蓝色或紫色，可是在15请思考下列问题：(1)牵牛花多变的颜色受哪些因素的影响？(2)生物的性状表现只受基因控制吗？探究点一基因、蛋白质与性状的关系【师问导学】1．分析教材P71～72豌豆粒形与囊性纤维病的遗传实例，并结合下列图解探讨并归纳相关问题。(1)图1中豌豆呈圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关？为什么相关基因异常则为皱粒？(2)囊性纤维病的直接病因是什么？根本病因又是什么？(3)基因与蛋白质有什么关系？(4)回顾蛋白质的知识，思考蛋白质与生命活动有什么关系？(5)图1和图2分别表示基因控制性状的哪种途径？(6)总结基因、蛋白质与性状之间的关系。2．如图为同一株水毛茛，裸露在空气中的叶是扁平的叶片，而浸在水中的叶片深裂成丝状。请思考：(1)叶片呈扁平或丝状，能否说明形状不同的叶片中核基因不同？叶片不同的原因是什么？(2)这两种形态的叶，其细胞的核基因组成有何关系？(3)基因型相同，表现型是否相同？请用一等式表示基因型、表现型和生活环境之间的关系。(4)基因与性状有怎样的对应关系？【智涂笔记】归纳概括：基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。基因、蛋白质、环境和性状之间的关系【师说核心】1．基因控制性状的方式直接途径间接途径方式基因通过控制“蛋白质的结构”直接控制生物性状基因通过控制“酶”的合成来控制代谢过程进而控制生物性状图解

2.基因、蛋白质与性状之间的关系基因与性状的关系并非简单的线性关系，可以是多个基因决定一个性状，也可以是一个基因与多个性状有关。3．细胞质基因与细胞核基因的比较项目细胞质基因细胞核基因存在部位叶绿体、线粒体细胞核是否与蛋白质结合否，DNA分子裸露与蛋白质结合为染色体结构双链DNA双链DNA功能复制、转录和翻译复制、转录和翻译基因数量少多遗传方式母系遗传遵循孟德尔遗传定律联系线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，这些部位的基因活动还要受核基因的控制【针对检测】1．下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是()A．一对相对性状可由多对基因控制B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状C．隐性基因控制的性状不一定得到表现D．基因型相同，表现型就相同2．如图所示为喜马拉雅兔在受到低温作用后毛色的变化，这种变化最可能是()A．遗传对基因表达的作用B．环境对基因表达的作用C．同源染色体上基因的重排D．环境引起基因突变3．(等级考选做，多选)人类白化病和苯丙酮尿症是由代谢异常引起的疾病，下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图中能得出的结论是()A．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状B．基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状C．一个基因可以控制多种性状D．一种性状可以由多个基因控制4．(等级考选做，多选)下图表示基因的作用与性状的表现之间的关系，下列相关叙述正确的是()A．①过程与DNA复制的共同点是都以DNA的一条链为模板，在DNA聚合酶的作用下进行B．③过程直接需要的物质或结构有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖体、酶、ATPC．人的镰刀型细胞贫血症是通过蛋白质直接表现性状的，苯丙酮尿症是通过蛋白质间接表现性状的D．HIV、大肠杆菌及T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程探究点二基因的选择性表达与表观遗传【师问导学】1．同一个体不同的体细胞由于分化形成了不同的形态、结构，这种不同细胞形态、结构不同的根本原因和直接原因分别是什么？2．细胞中的基因能否表达，受到精确的调控。基因表达的调控，可能发生在基因表达的哪些环节？3．如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，根据细胞的结构和功能可以判断，5种细胞中除RNA聚合酶基因均需表达外，还可能有哪些基因均需要表达？4．表观遗传的实例分析(1)柳穿鱼花形的遗传分析柳穿鱼花形有左右对称和中心对称两种。柳穿鱼细胞内的DNA序列完全相同，不同的是Lcyc基因的甲基化程度。即科学家进行了如下实验：这说明________________________________________________________________________。(2)某种实验小鼠不同毛色的遗传分析该种小鼠的毛色除了受Avy基因控制，还受到Avy基因上游的一段DNA序列(a序列)控制。a序列既可以使Avy基因持续表达(小鼠毛色全部为黄色)，也可以使Avy基因的表达处于完全关闭状态(小鼠毛色全部为黑色)。另外，a序列还能够调控Avy基因的表达水平，使小鼠毛色呈现介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。上述资料信息，请用流程图描述出纯种黄毛鼠和纯种黑毛鼠杂交，子鼠毛色呈现介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型的机制？【智涂笔记】易错提醒：(1)多细胞生物的个体发育离不开细胞的分化，但细胞分化后的不同细胞中核DNA相同，mRNA和蛋白质一般不完全相同。(2)单细胞生物与多细胞生物分化形式的不同：单细胞生物的细胞分化不表现为细胞间的差异，而是在生活史中有规律地发生形态和生理上的阶段性变化。多细胞生物通过细胞分化形成特定形态、结构和功能的组织和器官。(3)细胞分化的标志：在所有细胞中都表达的基因，与细胞分化无关，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等不能证明细胞已经发生分化；只有在特定细胞中选择性表达的基因才可控制细胞分化，如胰岛素基因、血红蛋白基因的表达可以证明细胞发生了分化。名师提醒：(1)表观遗传机制可以使动物打破DNA序列变化缓慢的限制，使后代能迅速获得上一代生物对环境因素作出反应而发生的变化。(2)表观遗传机制对生物种群的生存和繁衍可能是有利的，也可能是有害的。(3)表观遗传并不是进化。在外因消失后，表观遗传现象会逐渐淡化消失，DNA会回到原先的调控状态。(4)表观遗传状况的改变是可逆的。如人的不良生活习惯(吸烟、吸毒等)会改变有关基因的表观遗传状态，但一旦这些不良习惯被消除。这些表观遗传的改变又会逐渐减弱甚至消失。【师说核心】1．基因选择性表达的结果(1)细胞形态的改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起等。(2)细胞结构的变化：细胞器的种类和数量发生变化。(3)细胞功能的特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。2．表观遗传的特征及机制(1)表现遗传的特征①不发生DNA序列的变化表观遗传不发生DNA序列的变化。如同卵双胞胎具有完全相同的基因组成，但在长大成人后性格、健康方面等会出现差异，这种现象与表观遗传有关。②可遗传表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂在细胞或个体间遗传。如一个遗传物质完全一致的小鼠品系，其体毛具有不同颜色，这与基因的甲基化程度有关，并且这种毛色的性状差异往往可以传递给后代。③受环境影响环境的变化可以导致基因表观修饰的变化，进而引起表型改变。个体在生长和发育过程中获得的环境影响，可能会遗传给后代。(2)表观遗传的机制①DNA的甲基化基因中的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而影响表型。②构成染色体的组蛋白的乙酰化修饰真核生物细胞核中的DNA与一些蛋白质结合在一起，带负电荷的DNA“缠绕”在带正电荷的蛋白质(如组蛋白)上，使细长的DNA卷成紧密的结构。乙酰化修饰就是用乙酰基把组蛋白的正电荷屏蔽掉。组蛋白的正电荷一旦减少，其与DNA的结合就会减弱，这部分的DNA就会“松开”，激活相关基因的转录。(3)RNA干扰RNA干扰是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象。当细胞中导入或内源产生与某个特定mRNA同源的双链RNA时，该mRNA发生降解或者翻译阻滞，导致基因表达沉默。这种现象发生在转录后水平，又称为转录后基因沉默，是表观遗传的重要机制之一。3．基因与性状的关系(1)一个基因决定一种性状(多数性状受单基因控制)。(2)一个基因影响多种性状(如基因间相互作用)。(3)多个基因控制一种性状(如身高、体重等)。图解如下：【针对检测】1．下列有关细胞分化的分析中错误的是()A．在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果C．细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致细胞的形态和功能各不相同D．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，这是细胞分化的直接原因2．蒜黄和韭黄是在缺乏光照的环境下培育的蔬菜，对形成这种现象的最好解释是()A．环境因素限制了有关基因的表达B．两种均为基因碱基序列的改变C．叶子中缺乏形成叶绿素的基因D．黑暗中植物不进行光合作用3．下列有关表观遗传的说法不正确的是()A．表观遗传可以在个体间遗传B．某些RNA可干扰基因的表达C．染色体组蛋白的乙酰化能激活基因的转录D．DNA的甲基化程度与基因的表达无关4．如图为基因与性状关系的示意图，据图判断，错误的是()A．一种基因可以影响和控制多种性状B．多种基因可以影响和控制一种性状C．所有基因都能控制表现出相应的性状D．图中的产物可以是酶、激素或者抗体等5．(等级考选做)黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交，产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，但A基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)，已知甲基化不影响DNA复制。下列有关分析错误的是()A．F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关B．碱基甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合C．碱基甲基化不影响遗传信息的传递D．A基因中的碱基甲基化引起了基因中碱基序列的改变6．(等级考选做，多选)将某人的胰岛A细胞和胰岛B细胞中的总mRNA提取出来(A－mRNA、B－mRNA)，以此为模板，在体外分别获得相应的单链DNA(A－cDNA、B－cDNA)。下列叙述正确的是()A．A－mRNA与B－mRNA的不同与细胞分化有关B．获得相应单链DNA的过程需要RNA聚合酶C．A－cDNA中不含编码胰岛素的核酸序列D．B－mRNA中指导呼吸酶合成的mRNA不能与A－cDNA形成杂交链【网络建构】【主干落实】1．生物遗传信息的流动可表示为：2．逆转录和RNA复制只发生在某些RNA病毒侵染宿主细胞时。3．基因控制生物性状的两条途径(1)通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。(2)通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。4．一个基因可能影响多种性状，一种性状也可能由多个基因控制。5．线粒体DNA和叶绿体DNA也能进行复制、转录和翻译，并控制生物的性状。1．在生物体中，基因控制性状表现的主要途径是()A．RNA→蛋白质(性状)B．DNA→蛋白质(性状)C．RNA→DNA→蛋白质(性状)D．DNA→RNA→蛋白质(性状)2．下列有关基因与性状的叙述，正确的是()A．生物体中一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定B．血红蛋白基因中有一个碱基对发生改变，血红蛋白结构一定发生改变C．生物的性状由基因决定，同时受环境影响，二者共同对生物的性状起作用D．囊性纤维化说明基因通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物性状3．许多基因的前端有一段特殊的碱基序列(富含CG重复序列)决定着该基因的表达水平，若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5－甲基胞嘧啶，就会抑制基因的转录。下列相关叙述正确的是()A．在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接B．胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变C．基因的表达水平与基因的甲基化程度无关D．胞嘧啶甲基化可能会阻碍RNA聚合酶与基因前端的特殊碱基序列结合4．(等级考选做)下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图，从图中可得出()A．一种物质的合成只受一个基因的控制B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达D．若基因③不存在，则瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸5．(等级考选做，多选)近来研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关，具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常，据此判断下列说法正确的是()A．此项研究表明肥胖与基因有关，与环境无关B．HMGIC基因是通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状C．小鼠的胖和瘦是一对相对性状D．体重正常的小鼠HMGIC基因可能不正常6．1970年，科学家发现了致癌的RNA病毒。该病毒感染人体细胞后，将其基因组整合到人的基因组中，从而诱发人的细胞癌变。回答下列问题：(1)RNA病毒进入人体细胞后，以自身的RNA为模板，通过________________酶，合成DNA片段。在此过程中，存在的碱基互补配对方式有________________________，其原料为宿主细胞提供的________________。(2)若将同一人体胰岛B细胞和浆细胞的全部的mRNA分别提取出来，通过相关的酶反应分别获得多段DNA单链，通过碱基测序发现两份DNA单链的序列________(填“相同”“不同”或“不完全相同”)，这说明人体胰岛B细胞和浆细胞的基因表达具有________。教材第71页►【问题探讨】1．这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。2．可能是环境因素引起的。教材第72页►【思考·讨论】1．这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同。2．基因在细胞中选择性表达。教材第73页►【思考·讨论】1．提示：柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰抑制了基因的表达，进而对表型产生了影响。2．提示：F1中含有没有被甲基化的Lcyc基因，Lcyc基因在开花时表达。F2中有些植株中只含有被甲基化的Lcyc基因，Lcyc基因在开花时不表达。3．DNA甲基化修饰可以遗传给后代。基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状。教材第74页►【批判性思维】提示：要客观全面地评价基因决定论的观点，认识到性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境因素等)相互作用的结果。教材第75页►【思维训练】提示：翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。教材第75页►【练习与应用】一、概念检测1．(1)×在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。(2)√细胞分化的本质就是基因的选择性表达。2．C二、拓展应用1．提示：有道理，基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，或通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。2．提示：(1)可能受到环境的影响导致某种性状无法表达出来；可能是某种基因型致死，无法被统计出来；可能这些植物并不像豌豆那样严格自花传粉。(合理即可)(2)应客观地看待实验的可重复性。3．略eq\x(温馨提示：请完成课后分层检测案14)第2节基因表达与性状的关系互动·探究·智涂探究点一【师问导学】1．(1)提示：与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常，则不能合成出淀粉分支酶，也就不能合成淀粉，导致淀粉少而蔗糖多，蔗糖的吸水能力差，水分少而表现为皱粒。(2)提示：直接病因是CFTR蛋白结构异常，根本病因是CFTR基因缺失3个碱基。(3)提示：基因能够通过转录、翻译控制蛋白质的合成。(4)提示：蛋白质是生命活动的体现者和承担者。(5)提示：图1所示的是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；图2所示的是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(6)提示：基因通过控制酶的合成或蛋白质结构来控制生物的性状。2．(1)提示：不能，不同形状的叶片中核基因是相同的。叶片形状不同是由生活环境引起的。(2)提示：相同。它们都是由同一个受精卵分裂分化来的，所以核基因组成相同。(3)提示：不一定相同。表现型＝基因型＋生活环境。(4)提示：有三种对应关系：一是一对等位基因对应一对相对性状；二是多对等位基因对应一对相对性状；三是一对等位基因对应多对相对性状。【针对检测】1．解析：一对相对性状可由一对或多对基因控制；基因可通过控制酶或蛋白质的合成来控制生物的性状；隐性基因控制的性状可能被显性性状掩盖，如Aa表现为A基因控制的性状；基因型与环境条件共同决定生物性状，因此基因型相同，环境不同时，表现型不一定相同。答案：D2．解析：冰块(低温)处理后毛色变化，该部位的基因没有变化，最可能是环境对基因表达的影响作用。答案：B3．解析：苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系，而酶的合成是由基因控制的；若基因1发生变化，则多巴胺和黑色素的合成都受影响；多巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。答案：BCD4．解析：①过程是转录，是以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下进行的；苯丙酮尿症是患者体内某种酶的合成受阻导致的，是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物性状的；T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞，不能侵染人体细胞。答案：BC探究点二【师问导学】1．提示：不同细胞形态、结构不同的根本原因是基因的选择性表达，直接原因是合成了特定的蛋白质。2．提示：转录和翻译。3．提示：ATP合成酶基因、呼吸酶基因、解旋酶基因和核糖体蛋白基因等。4．(1)提示：DNA甲基化能通过生殖细胞遗传给下一代(2)提示：【针对检测】1．解析：细胞分化的过程中，细胞会在形态、结构等方面发生稳定性差异，故能够增加细胞的类型，A正确；细胞分化的过程中，细胞的功能会出现差异，细胞器的种类、数目均会发生改变，B正确；细胞分化的过程中，各种细胞的核遗传物质不发生改变，C错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，故蛋白质种类、数量的改变是细胞分化的直接原因，D正确。答案：C2．解析：蒜黄与韭黄的形成是由于缺乏光照，叶绿素不能合成，不是遗传物质发生改变引起的。答案：A3．解析：表观遗传可以在个体间遗传，A正确。某些RNA可使mRNA发生降解或者翻译阻滞，从而干扰基因的表达，B正确。乙酰化修饰可以将组蛋白中的正电荷屏蔽掉，使组蛋白与带负电荷的DNA缠绕的力量减弱，激活基因的转录，C正确。DNA的甲基化程度与基因的表达有关，D错误。答案：D4．解析：由题图可知，性状a、b、c、d受同一种基因产物影响，说明一种基因可以影响和控制多种性状，A正确；性状e受三种基因产物影响，表明多种基因可以影响和控制一种性状，B正确；生物的性状除了受基因控制外，还受环境条件的影响，并非所有基因都能控制表现出相应的性状，C错误；多数酶、有些激素和抗体是蛋白质，可以是基因表达的产物，D正确。答案：C5．解析：F1(Aa)不同个体出现了不同体色，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，A基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化，这表明F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关，A正确；甲基化的CpG可能会影响RNA聚合酶与该基因的结合，B正确；碱基甲基化不影响DNA复制过程，故碱基甲基化不影响遗传信息的传递，A基因中的碱基甲基化也不会引起基因中碱基序列的改变，C正确、D错误。答案：D6．解析：人体胰岛A细胞和胰岛B细胞具有相同的遗传信息，但遗传信息的执行情况不同，即发生了基因的选择性表达，故可以说A－mRNA与B－mRNA的不同与细胞分化有关，A正确；以RNA为模板合成DNA的过程称为逆转录，此过程需要逆转录酶的参与，B错误；胰岛A细胞也含有胰岛素基因，只是该基因不表达，即A－mRNA中不含指导胰岛素合成的mRNA，故A－cDNA中不含编码胰岛素的核酸序列，C正确；胰岛A细胞和胰岛B细胞中均含有呼吸酶，即A－mRNA和B－mRNA中均含有指导呼吸酶合成的mRNA，故B－mRNA中指导呼吸酶合成的mRNA可以与A－cDNA形成杂交链，D错误。答案：AC归纳·提升·素养【网络建构】①直②间③结构④酶当堂·即时·反馈1．解析：DNA→RNA→蛋白质是细胞生物基因控制性状表现的主要途径；只有少数以RNA为遗传物质的生物以RNA→DNA→RNA→蛋白质或RNA→蛋白质为控制性状表现的途径；DNA→蛋白质(性状)只在离体实验中发现，还没有