2023-2024學年 人教版 必修二 基因表達與性狀的關(guān)系學案

第2節(jié)基因表達與性狀的關(guān)系課標內(nèi)容(1)舉例說明基因?qū)ι矬w性狀的控制。(2)闡述細胞分化與基因表達的關(guān)系。(3)理解表觀遺傳信息對基因表達的調(diào)控及基因與性狀關(guān)系的復(fù)雜性。知識點1基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.基因?qū)ι镄誀畹拈g接控制(1)實質(zhì)基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。(2)舉例2.基因?qū)ι镄誀畹闹苯涌刂?1)實質(zhì)基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。(2)實例囊性纖維化成因知識點2基因的選擇性表達與細胞分化1.生物體多種性狀的形成，都是以細胞分化為基礎(chǔ)的。同一生物體中不同類型的細胞，基因都是相同的，而形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能卻各不相同。2.細胞分化的本質(zhì)基因的選擇性表達。3.表達基因的分類(連線)知識點3表觀遺傳及基因與性狀的對應(yīng)關(guān)系1.表觀遺傳2.基因與性狀的關(guān)系在大多數(shù)情況下，基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系。(1)一個性狀可以受到多個基因的影響。(2)一個基因也可以影響多個性狀。(3)生物體的性狀也不完全是由基因決定的，環(huán)境對性狀也有著重要影響。(1)基因能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。(√)(2)生物體的一個性狀可受一個或多個基因的影響。(√)(3)同一生物體的細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同是由基因不同造成。(×)提示：同一生物體的細胞一般具有相同基因，其形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同是基因選擇性表達的結(jié)果。(4)表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的整個生命活動過程中。(√)(5)吸煙會使人的體細胞內(nèi)DNA的乙?；缴撸瑢θ旧w上的組蛋白也會產(chǎn)生影響。(×)提示：吸煙會使人的體細胞內(nèi)DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產(chǎn)生影響。一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系【情境探疑】1.鐮狀細胞貧血的出現(xiàn)是由于控制血紅蛋白合成的基因中一個堿基對發(fā)生變化，導(dǎo)致血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，血細胞呈鐮刀狀，容易破裂，使人患溶血性貧血。據(jù)圖分析回答下列問題：(1)基因中堿基對的變化如何改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)？提示：基因中堿基對發(fā)生改變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中密碼子改變，進而導(dǎo)致翻譯的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。(2)上述實例說明，基因如何控制生物體的性狀？提示：基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。2.牽?；ǖ念伾饕苫ㄇ嗨貨Q定，如圖為花青素的合成與顏色變化的過程示意圖。請回答下列問題：(1)牽?；ǖ念伾侵挥梢粋€基因控制嗎？提示：不是，牽?；ǖ念伾啥鄠€基因控制。(2)牽牛花的顏色還與細胞中的pH有關(guān)，這說明什么？提示：生物體的性狀也受環(huán)境的影響。(3)牽?；ǖ娜~肉細胞中是否也含有基因①②③。如果有，也能全部表達嗎？提示：牽?；ǖ娜~肉細胞中含有基因①②③。但由于細胞的分化，基因選擇性表達，故這3個基因不一定都能表達。(4)圖中反映了基因是如何控制生物體性狀的？提示：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。【典例應(yīng)用】例1下圖為基因、蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系示意圖，下列選項正確的是()A.①是轉(zhuǎn)錄過程，它以DNA的一條鏈為模板、四種脫氧核苷酸為原料合成mRNAB.②過程需要mRNA、氨基酸、核糖體、RNA聚合酶、ATP等C.白化病是基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體性狀的實例D.基因通過控制酶的合成來控制生物體的所有性狀答案C解析圖中①過程表示轉(zhuǎn)錄，它以DNA的一條鏈為模板、四種核糖核苷酸為原料合成mRNA，而脫氧核苷酸是合成DNA的原料，A錯誤；②過程表示翻譯，場所是核糖體，需要mRNA、氨基酸、核糖體、ATP等，不需要RNA聚合酶，B錯誤；人的白化病是基因?qū)π誀畹拈g接控制，即基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀，C正確；基因通過控制酶的合成來控制生物體的部分性狀，D錯誤。例2如圖為圓粒豌豆的產(chǎn)生機制，請據(jù)圖判斷下列敘述錯誤的是()A.淀粉分支酶基因R是豌豆種子細胞中具有遺傳效應(yīng)的DNA片段B.b過程能發(fā)生A與T、C與G的配對C.R中插入一小段DNA序列使淀粉分支酶出現(xiàn)異常，活性大大降低，可導(dǎo)致種子中蔗糖增多D.此圖解體現(xiàn)了基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀答案B解析豌豆種子細胞中，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，A正確；b表示翻譯過程，該過程中的堿基配對方式為A—U、C—G、U—A、G—C，B錯誤；淀粉分支酶能催化蔗糖合成淀粉，R中插入一小段DNA序列使淀粉分支酶出現(xiàn)異常，活性大大降低，可導(dǎo)致種子中蔗糖增多，C正確。二、基因選擇性表達與細胞分化【情境探疑】科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞(有細胞核)和胰島B細胞，對這3種細胞中的DNA和mRNA進行了檢測，結(jié)果如下表所示。回答有關(guān)問題：檢測的3種細胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細胞＋＋＋＋－－紅細胞＋＋＋－＋－胰島B細胞＋＋＋－－＋說明：“＋”表示檢測發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的分子，“－”表示檢測未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的分子。(1)這三種細胞的基因組成是否相同？它們合成的蛋白質(zhì)種類是否相同？提示：這三種細胞都屬于同一只雞的體細胞，基因組成相同。但由于基因的選擇性表達，三種細胞合成的蛋白質(zhì)種類不完全相同。(2)三種細胞中的DNA都有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到其中一種基因的mRNA，這說明了什么？提示：說明在高度分化的體細胞中，基因是選擇性表達的。(3)該實例說明細胞分化的實質(zhì)是什么？提示：說明細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達。(1)管家基因和奢侈基因①管家基因：指所有細胞中都表達的一類基因，這類基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞基本生命活動所必需的，如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因等。②奢侈基因：只在某類細胞中特異性表達的基因。(2)細胞分化【典例應(yīng)用】例3人的胰島B細胞能產(chǎn)生胰島素，但不能產(chǎn)生血紅蛋白，據(jù)此推測胰島B細胞中()A.只有胰島素基因B.比人受精卵基因要少C.有胰島素基因和其他基因，但沒有血紅蛋白基因D.既有胰島素基因，也有血紅蛋白基因和其他基因答案D解析胰島B細胞含有該個體全部的基因，A錯誤；胰島B細胞是由受精卵經(jīng)有絲分裂和細胞分化而來的，所含的基因與受精卵相同，B錯誤；胰島B細胞除了含有胰島素基因，還有血紅蛋白基因和其他基因，C錯誤，D正確。例4下列關(guān)于細胞分化的敘述，正確的是()A.細胞分化只發(fā)生在胚胎期B.不同的細胞中，mRNA完全不同C.細胞分化過程中，細胞內(nèi)的DNA會發(fā)生改變D.細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果答案D解析細胞分化是指在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達。細胞分化發(fā)生在整個生命進程中，在胚胎期達到最大限度，A錯誤；分化過程中，由于基因的選擇性表達，不同細胞中mRNA不完全相同，B錯誤；細胞分化過程中，遺傳物質(zhì)不發(fā)生改變，C錯誤；細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果，D正確。三、表觀遺傳【情境探疑】閱讀教材資料“柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳”，簡要回答相關(guān)問題：(1)資料1中，柳穿魚是一種園林花卉。教材所示的兩株柳穿魚，除了花的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，其他方面基本相同。(2)資料2中，某種小鼠實驗中子一代的基因型均為Avya，卻表現(xiàn)為介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型，原因是Avy基因前端甲基化程度越高，Avy基因的表達受到的抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深。(3)柳穿魚植株B的Lcyc基因不表達的原因是它被高度甲基化(Lcyc基因有多個堿基連接甲基基團)了。(4)柳穿魚Lcyc基因和小鼠Avy基因發(fā)生甲基化修飾如下圖：從圖中看出，兩種基因的堿基序列沒有改變，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而對表型產(chǎn)生影響。(5)有研究表明，吸煙會使人的體細胞DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產(chǎn)生影響。不僅如此，還有研究發(fā)現(xiàn)，男性吸煙者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高。表觀遺傳【典例應(yīng)用】例5柳穿魚植株A和植株B花的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，其他方面基本相同。下列敘述錯誤的是()A.兩株柳穿魚體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同B.柳穿魚的葉肉細胞內(nèi)不存在Lcyc基因C.植株B的Lcyc基因不表達的原因是它被高度甲基化了D.兩植株雜交，F(xiàn)2中有少部分的花與植株B相似答案B解析柳穿魚的所有體細胞是由一個受精卵通過有絲分裂產(chǎn)生的，因此理論上均含有Lcyc基因。例6（多選）黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交，產(chǎn)生的F1(Aa)不同個體出現(xiàn)了不同體色。研究表明，不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同，但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如圖)現(xiàn)象出現(xiàn)，甲基化不影響基因DNA復(fù)制。有關(guān)分析正確的是()A.F1個體體色的差異與A基因甲基化程度有關(guān)B.甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結(jié)合C.堿基甲基化不影響堿基互補配對過程D.甲基化是引起基因結(jié)構(gòu)改變的常見方式答案ABC解析根據(jù)對題干信息的分析可知，F(xiàn)1個體的基因型都是Aa，而A基因堿基序列相同，有不同程度的甲基化現(xiàn)象，說明F1個體體色差異與A基因甲基化程度有關(guān)，A正確；RNA聚合酶與基因的結(jié)合是基因表達的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而A基因甲基化會影響其表達過程，B正確；由題意可知，堿基甲基化不影響DNA復(fù)制過程，而DNA復(fù)制過程有堿基互補配對現(xiàn)象，C正確；基因中堿基甲基化后堿基種類沒有改變，因此基因結(jié)構(gòu)(基因中堿基對排列順序)沒有發(fā)生改變，D錯誤。思維導(dǎo)圖晨讀必背1.基因控制生物體性狀的途徑：①基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；②基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。2.細胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達。3.生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。4.基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系，一個性狀可以受多個基因的影響，一個基因也可以影響多個性狀。隨堂檢測1.下列關(guān)于基因與性狀的關(guān)系的敘述，正確的是()A.基因都是通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀的B.生物體的性狀表現(xiàn)是自身遺傳信息與環(huán)境共同作用的結(jié)果C.一對等位基因只能控制一對相對性狀D.基因具有獨立性，細胞中不同基因表達時不會相互作用答案B解析基因可通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀，也可以通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀，A錯誤；生物體的性狀表現(xiàn)由自身遺傳信息與環(huán)境因素共同決定，B正確；基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系，一個性狀可以受到多個基因的影響，一個基因也可以影響多個性狀，C錯誤；基因具有獨立性，但同一細胞中不同基因表達時可能會相互作用，D錯誤。2.同一哺乳動物個體的神經(jīng)細胞與肝細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能均不同，其原因是兩種細胞的()A.核DNA相同，mRNA相同，蛋白質(zhì)不同B.核DNA相同，mRNA不同，蛋白質(zhì)不同C.核DNA不同，mRNA不同，蛋白質(zhì)不同D.核DNA不同，mRNA相同，蛋白質(zhì)不同答案B解析同一哺乳動物個體的神經(jīng)細胞和肝細胞最初都來自同一個受精卵，二者的遺傳物質(zhì)(DNA)相同，在細胞分化的過程中，由于基因的選擇性表達，兩種細胞的mRNA不完全相同，編碼的蛋白質(zhì)不完全相同，兩種細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同，B符合題意。3.在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基導(dǎo)致DNA甲基化，進而使染色質(zhì)高度螺旋化，因此失去轉(zhuǎn)錄活性。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A.DNA甲基化會導(dǎo)致基因堿基序列改變B.DNA甲基化會導(dǎo)致mRNA合成受阻C.DNA甲基化可能會影響生物的性狀D.DNA甲基化可能會影響細胞分化答案A解析DNA甲基化是指DNA的堿基上被選擇性地添加甲基，這不會導(dǎo)致基因堿基序列的改變，A錯誤。4.（多選）(2023·遼寧錦州高三開學考)關(guān)于基因、性狀及中心法則的敘述，正確的是()A.受精卵中的RNA以自身為模板進行自我復(fù)制B.囊性纖維化的發(fā)病原因說明基因可以通過控制酶的合成間接控制生物體的性狀C.基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，但某些RNA中也含有基因D.構(gòu)成染色體的組蛋白乙?；NA干擾等會影響基因的表達答案CD解析真核細胞中的RNA不能進行自我復(fù)制，A錯誤；人類編碼CFTR蛋白的基因缺失3個堿基，導(dǎo)致CFTR蛋白缺少一個氨基酸，進而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，使人患囊性纖維化，這說明基因可以通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀，B錯誤；基因通常是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，但對于某些病毒，如HIV和流感病毒，其遺傳物質(zhì)是RNA，所以基因還可能是具有遺傳效應(yīng)的RNA片段，C正確；構(gòu)成染色體的組蛋白乙酰化、RNA干擾等會影響基因的表達，D正確。5.請回答下列與表觀遺傳有關(guān)的問題：(1)表觀遺傳是指_________________________________________________________________________________________________________________________。(2)DNA甲基化是表觀遺傳現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因之一，DNA甲基化是指在有關(guān)酶的催化下，DNA中部分堿基上連接一個________，通常來說，甲基