第4章 第2节 基因表达与性状的关系（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高一生物必修2 遗传与进化同步学案（人教版）

该高中生物学课件聚焦“基因的表达与性状的关系”，涵盖基因通过控制酶合成（间接）和蛋白质结构（直接）影响性状、细胞分化中的基因选择性表达及基因与性状的复杂关系，以课前预习案例（淀粉分支酶、CFTR蛋白）导入，课堂探究用豌豆皱缩、囊性纤维化实例展开，构建“预习-探究-达标”学习支架。 其亮点是结合豌豆皱缩（基因序列打乱致酶活性降低）、囊性纤维化（基因缺失碱基致蛋白结构异常）案例分析基因与性状关联，通过基因表达矩阵（黑白方块示表达情况）建模，体现科学思维与探究实践，渗透结构与功能观的生命观念。学生可直观理解抽象概念，教师依托模块化设计提升教学效率。

　　第4章　基因的表达 第2节　基因表达与性状的关系 第3章　基因的表达 返回导航 1 第3章　基因的表达 返回导航 1 目录 contents Part 01 一、课前预习 打基础 Part 02 二、课堂探究 陪素养 Part 03 三、随堂达标 勤演练 Part 04 课时作业（十三） 第3章　基因的表达 返回导航 1 课前预习 打基础 返回导航 第3章　基因的表达 返回导航 1 淀粉分支酶 酶的合成 间接 第3章　基因的表达 返回导航 1 空间结构 蛋白质的结构 直接 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 细胞分化 基因的选择性表达 第3章　基因的表达 返回导航 1 碱基序列 表达水平 基因表达和表型 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 课堂探究 陪素养 返回导航 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第3章　基因的表达 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 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1.通过实例分析基因表达与性状的关系。(科学思维) 2．通过比较分析，理解在个体发育过程中，细胞发生分化的本质。(科学思维) 3．基于对现象的分析和讨论，进一步理解基因、环境与性状的关系。(科学思维) 一、基因如何控制生物性状？ 1．实例1：皱粒豌豆的形成机制 皱粒豌豆中编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱→ .活性降低→淀粉含量降低，豌豆失水皱缩。 通过上述实例得出基因与性状的关系是：基因通过控制 来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，即 (填“直接”或“间接”)关系。 2．实例2：70%的囊性纤维化患者 编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基，导致CFTR蛋白质 改变，使其转运氯离子的功能出现异常，最终肺功能严重受损。 通过上述实例得出基因与性状的关系是：基因通过控制 直接控制生物体的性状，即 (填“直接”或“间接”)关系。 【思考】　人的白化症状与老年人白发原因相同吗？ 提示　不同。白化症状是由于编码酪氨酸酶的基因异常，导致人缺少酪氨酸酶，不能合成黑色素，进而表现白化症状，而老年人白发是由于细胞衰老导致酪氨酸酶活性降低。 二、基因表达与细胞分化有什么关系？ 1．生物体多种性状的形成，是以 为基础的。细胞分化的本质是 。 2．表达基因的分类：(连线) 三、表观遗传信息是如何调控基因表达的？ 1．基因表达调控的含义：基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及 .的高低。 2．表观遗传概念：生物体基因的 保持不变，但 .发生可遗传变化的现象。 3．基因与性状的关系： 结合基因与性状的对应关系，判断下列说法的正误。 (1)生物的大多数性状受核基因控制。( ) (2)一个基因只能控制一种性状。( ) (3)有些性状是由多个基因决定的。( ) (4)基因型相同的个体表型一定相同。( ) (5)表型相同的个体基因型不一定相同。( ) 提示　1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.√ 　 基因对性状的控制 豌豆的粒型有圆粒和皱粒，下图甲是皱粒豌豆的形成机理；囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病，下图乙是该病的致病机理。 1．豌豆出现皱粒的直接原因是什么？由此说明基因通过什么途径控制生物体的性状？ 提示　豌豆出现皱粒的直接原因是淀粉分支酶异常，活性降低，导致淀粉含量低，淀粉在细胞内具有保水作用，当豌豆成熟后，淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。外来DNA序列插入编码淀粉分支酶的基因，导致该基因控制合成的淀粉分支酶异常，活性降低，进而使淀粉含量降低。由此说明，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。 2．囊性纤维化患者的肺功能严重受损，其患病的直接原因和根本原因是什么？由此说明基因通过什么途径控制生物体的性状？ 提示　　囊性纤维化的直接原因是CFTR蛋白结构异常，根本原因是编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基，发生了基因突变。通过囊性纤维化的致病机理可知，基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 基因控制性状的方式 (1)直接方式 ①机理：基因控制蛋白质结构控制生物体性状。 ②实例：囊性纤维病的病因。 (2)间接方式 ①机理：基因控制酶的合成控制细胞代谢控制生物体性状。 ②实例：白化病、豌豆皱粒的形成原因。 　人类白化病和苯丙酮尿症是由于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。由图中不能得出的结论是(　　) 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.一个性状可以由多个基因控制 【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都受多个基因的控制。 【答案】　A 【练1】　(多选)下列关于基因对性状控制的叙述，错误的是(　　) A.白化病患者缺乏酪氨酸酶，体现基因通过控制酶的合成间接控制生物体性状 B.同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同，体现性状由环境决定 C.原发性高血压与多对基因表达产物有关，体现基因与基因共同作用控制性状 D.抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合，体现基因产物通过影响转录而影响性状 【解析】　白化病患者由于基因异常而缺乏酪氨酸酶影响了色素的合成，进而导致性状发生改变，体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状，A项正确；同一株水毛茛的细胞内遗传物质相同，但是在空气和水中的叶形不同，体现了性状由基因和环境共同决定，B项错误；原发性高血压与多对基因表达产物有关，体现该性状与多对基因有关，因此该性状体现了基因与基因共同作用控制性状，C项正确；抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合，体现抗生素通过影响翻译的过程而影响性状，D项错误。 【答案】　BD 　基因的选择性表达与细胞分化 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞，对这三种细胞的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表。 检测的三种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 卵清蛋 白mRNA 珠蛋白 mRNA 胰岛素 mRNA 输卵管细胞 ＋＋＋ ＋ － － 红细胞 ＋＋＋ － ＋ － 胰岛素 ＋＋＋ － － ＋ 说明：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。 1．这三种细胞中的基因组成是否相同？它们合成的蛋白质种类是否相同？ 提示　这三种细胞都属于鸡的体细胞，经有丝分裂而来，因此基因组成相同，但是这三种细胞合成的蛋白质种类不同。 2．三种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因，但是每种细胞只检测到了其中一种基因的mRNA，由此说明什么问题？ 提示　在高度分化的体细胞中，基因是选择性表达的。 同一个体不同种类的体细胞中，DNA(基因)相同，而RNA、蛋白质的种类不同。 1．细胞分化是基因选择性表达的结果。 同一生物的各种体细胞具有相同的遗传物质，但不同的体细胞中遗传信息的执行情况不同，即基因的选择性表达。 (1)从起源上看，甲、乙两种细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂增殖而来的，根据有丝分裂的特征，染色体经复制后平均分配到两个子细胞中，所以甲、乙中遗传信息是一样的。 (2)从发育过程上看，不同细胞中遗传信息的执行情况不同，于是就产生了与不同细胞功能相适应的蛋白质。 2．基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 　有人取同种生物的7种不同类型细胞(a～g)，检测其基因1～8表达情况，结果如右图。下列有关图示的分析，正确的是(　　) A.在基因1～8中，控制核糖体蛋白质合成的基因最有可能是基因5 B.若基因1～8中有一个是控制细胞 呼吸酶合成的基因，则最可能是基因7 C.功能最为近似和差异最大的细胞分别 是a与f、e与g D.细胞分化使不同细胞中RNA完全不同， 导致细胞的形态和功能各不相同 【解析】　蛋白质是生命活动的承担者，合成蛋白质的场所是核糖体，而基因2在每种细胞中都表达，所以控制核糖体蛋白质合成的基因最有可能是基因2，A项错误；细胞呼吸酶基因，在每种细胞中都表达，最有可能是基因2，B项错误；据题图分析，细胞a表达基因1～5，细胞f表达基因2～5，表达的相同基因最多，表达的差异基因最少，则细胞a和f功能最为近似，功能差异最大的是细胞e和g，C项正确；细胞分化是基因选择性表达的结果，细胞分化使不同细胞中RNA不完全相同，但有的基因在每个细胞中都表达，如呼吸酶基因等，D项错误。 【答案】　　C 【练2】　取同种生物的不同类型的细胞，检测其基因表达情况，结果如下图。已知①②③④分别指代晶状体蛋白基因、胰岛素基因、呼吸酶基因和血红蛋白基因。则图中基因1和基因4分别最可能是(　　) A.①③　　　　　　B．③④ C.②④ D．①② 【解析】　晶状体蛋白基因、胰岛素基因、血红蛋白基因分别在晶状体细胞、胰岛B细胞和红细胞中表达；呼吸酶基因在所有活细胞中都表达。 【答案】　B 　表观遗传 结合教材P73“思考·讨论”提供的资料，讨论并解决下列问题。 1．资料1中，柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同？为什么植株A、B的花形态结构出现差异？ 提示　柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的。植株B体内的Lcyc基因被高度甲基化，从而不能表达。 2．植株A和植株B杂交后，F1的花为什么跟植株A相似？F2中为什么有些植株的花与植株B相似？ 提示　植株A和植株B杂交后，F1体内成对的Lcyc基因，一个来自植株A，一个来自植株B，来自植株B的Lcyc基因被甲基化而不能表达，但来自植株A的Lcyc基因可正常表达，因此F1的花与植株A相似。F1自交产生F2，发生性状分离现象，因而大部分与A相似，少部分与B相似。 3．资料2中，F1小鼠基因型是Avya，小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型？ 提示　因为小鼠的Avy基因的前端有一段特殊的碱基序列，该序列有多个可发生甲基化的位点，当该序列发生甲基化后Avy基因表达受抑制，并且甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠的毛色越深。 4．资料1和资料2展示的遗传现象有什么共性？你对基因和性状的关系有什么新的认识？ 提示　控制柳穿鱼花的形态的基因和控制小鼠毛色的基因的碱基序列都没有发生改变，但是某些碱基发生了甲基化，从而影响了基因的表达。虽然基因的碱基序列没有改变，但基因的表达和表型会发生可遗传变化。 1．表观遗传与环境因素影响出现的性状差异的区别 受环境因素影响出现的性状差异是不能遗传的，而表观遗传引起的性状差异是可遗传的。 2．基因与性状的关系 (1)一般而言，一个基因决定一种性状。但基因与性状的关系并非简单的一一对应关系，某种性状可能受多个基因控制，一个基因也可能和多种性状有关。 (2)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。 拓展延伸　(1)DNA甲基化：DNA分子中的碱基被选择性加上甲基的现象。某个基因发生足够多的甲基化后，其转录会被阻止，从而被关闭。 甲基化被移除，基因就会被开启。 (2)组蛋白修饰：组成染色体的蛋白质分为组蛋白和非组蛋白。其中组蛋白是决定染色体螺旋程度的重要因素，组蛋白常受到多种化学修饰，如甲基化、乙酰化等，被称为组蛋白修饰。组蛋白修饰可影响染色体螺旋化程度，从而影响基因的表达。 　基因上游序列的胞嘧啶被甲基化后转变成5甲基胞嘧啶，导致相应的基因失活而不能转录；未被甲基化的基因仍可以控制合成相应的蛋白质。DNA的甲基化可调控基因的表达，调控简图如下，下列分析正确的是(　　) A.甲基化直接抑制基因的翻译从而使基因无法控制合成相应的蛋白质 B.甲基化的基因片段不能解开双链并与DNA聚合酶结合 C.甲基化改变了DNA分子的化学元素组成和碱基中嘌呤的比例 D.人体肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因可能被甲基化 【解析】　DNA的甲基化起到调控基因表达的作用，其主要的机制是影响转录过程，但是细胞仍然可能进行增殖，DNA仍可进行复制，因此甲基化的基因片段可解开双链并与DNA聚合酶结合进行DNA的复制，A项和B项错误；甲基化不能改变DNA分子的化学元素组成(C、H、O、N、P)和碱基中嘌呤的比例(仍为全部碱基的1/2)，C项错误；人体肌细胞中不能合成血红蛋白，可能是肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因被甲基化而无法表达，D项正确。 【答案】　D 【练3】　(多选)下列关于表观遗传的说法，不正确的是(　　) A.表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等 B.表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变 C.表观遗传现象与外界环境无关 D.DNA甲基化的修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型 【解析】　表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。这一现象出现的生物学基础是DNA的甲基化、染色体上的组蛋白发生甲基化等，A项正确，B项错误；外界环境会引起细胞中DNA甲基化水平变化，从而引起表观遗传现象的出现，C项错误；DNA甲基化的修饰可以通过配子传递给后代，使后代出现同样表型，D项正确。 【答案】　BC 1．甲和乙为某一生物体中的两种体细胞(如图所示)，下列叙述错误的是(　　) A.甲、乙两细胞都未分化 B.甲和乙的mRNA不同导致其形态结构和功能不同 C.甲和乙细胞中的蛋白质不完全相同 D.甲、乙细胞中ATP合成酶基因都能表达 【答案】　A 【解析】　甲细胞分泌抗体，乙细胞分泌胰岛素，所以甲、乙两细胞都已分化。 2．兔的毛色黑色(W)与白色(w)是一对相对性状，与性别无关。如图所示两种交配中，亲代兔E、F、P、Q均为纯合子，子代兔在不同环境下成长，其毛色如图所示。下列分析错误的是(　　) A.兔G和兔H的基因型相同 B.兔G与兔R交配得到子代，若子代在30 ℃环境中成长，其毛色最可能全为黑色 C.兔G与兔R交配得到子代，若子代在－15 ℃环境中成长，最可能的表型及其比例为黑色∶白色＝1∶1 D.兔H与兔R交配得到的子代，若子代在30 ℃环境中成长，其毛色最可能全为白色 【解析】　由题意可知G、H基因型均为Ww，在－15℃环境中，Ww成长为黑色个体；在30℃环境中，Ww成长为白色个体。R、S基因型均为ww，在－15℃和30℃环境中，ww均成长为白色个体。G与R交配，子代为1/2Ww、1/2ww，在30℃环境中，Ww和ww均为白色；在－15℃环境中，1/2Ww为黑色，1/2ww为白色，即黑色∶白色＝1∶1。H与R交配，子代为1/2Ww、1/2ww，在30℃环境中均为白色。 【答案】　B 3．如图为人体内基因对性状的控制过程，下列有关说法正确的是(　　) A.图中①②过程主要发生在细胞核中 B.基因1和2能同时在皮肤细胞中表达 C.图中两基因对生物性状的控制方式不同 D.若基因1含有n对碱基，则酪氨酸酶中的氨基酸数量最多有n/6个 【答案】　C 【解析】　题图中①②过程分别是转录和翻译，转录发生在细胞核，翻译主要发生在细胞质的核糖体上，A错误；基因表达具有选择性，基因2表达的场所是红细胞，不能在皮肤细胞中表达，B错误；基因2是控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，基因1是通过控制酶的合成控制细胞代谢，间接控制生物的性状，所以两基因对生物性状的控制方式不同，C正确；转录是以DNA的一条链为模板形成mRNA，mRNA上三个碱基决定一个氨基酸，所以若基因1含有n对碱基，则酪氨酸酶中的氨基酸数量最多有n/3个，D错误。 4．在寒冷水域和温暖水域中生活的章鱼，二者K＋通道的基因序列相同，但在相同强度的刺激下，K＋通道灵敏度有很大差异。下列推测错误的是(　　) A.二者K＋通道蛋白质结构不相同 B.基因在进行转录和翻译后，产生的RNA或蛋白质会被加工 C.K＋通道灵敏度的差异是基因作用的结果 D.蛋白质功能的多样性利于生物适应环境 【答案】C 【解析】　由于基因的选择性表达，蛋白质的结构是与功能相适应的，故二者K＋通道蛋白质结构不相同，A正确；基因的转录产物是RNA，翻译产物是蛋白质，两者形成后均会被加工，B正确；据题干信息可知，在寒冷水域和温暖水域中生活的章鱼，“基因序列相同，但在相同强度的刺激下，K＋通道灵敏度有很大差异”，可说明K＋通道灵敏度的差异是基因和环境共同作用的结果，C错误；蛋白质是生命活动的主要承担者，其功能的多样性利于生物适应不同的环境，D正确。 5．表观遗传是指DNA序列不改变，而基因的表达发生可遗传的改变。DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一，某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CG岛”。其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5甲基胞嘧啶但仍能与鸟嘌呤互补配对。细胞中存在两种DNA甲基化酶(如图1所示)，从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA，使其半甲基化；维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点，使其全甲基化。 (1)由上述材料可知，DNA甲基化________(填“会”或“不会”)改变基因转录产物的碱基序列。 (2)由于图2中过程①的方式是________，所以其产物都是________甲基化的，因此过程②必须经过________的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。 (3)小鼠的A基因编码胰岛素生长因子2(IGF2)，a基因无此功能(A、a位于常染色体上)。IGF2是小鼠正常发育必需的一种蛋白质，缺乏时小鼠个体矮小。在小鼠胚胎中，来自父本的A基因及其等位基因能够表达，来自母本的则不能表达。检测发现，这对基因的前端在精子中是非甲基化的，在卵细胞中则是甲基化的。若纯合矮小雌鼠与纯合正常雄鼠杂交，则 F1的表型应为________。F1雌雄个体间随机交配，则F2的表型及其比例应为________，结合F1配子中A及其等位基因前端的甲基化状态，分析F2出现这种比例的原因是_____________________________ 【解析】　(1)由题干信息可知，胞嘧啶在发生甲基化后仍能与鸟嘌呤互补配对，所以DNA甲基化不会改变基因转录产物的碱基序列。(2)题图2中过程①的模板链都含甲基，而复制后都只含一个甲基，说明过程①的方式是半保留复制，所以其产物都是半甲基化的，因此过程②必须经过维持甲基化酶的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。(3)由于在小鼠胚胎中，来自父本的A基因及其等位基因能够表达，所以纯合矮小雌鼠与纯合正常雄鼠杂交，则F1的表型应为全部正常。 由于卵细胞中的A基因及其等位基因前端甲基化而不表达，精子中的A基因及其等位基因前端非甲基化而表达；并且含A基因的精子∶含a基因的精子＝1∶1，所以F1雌雄个体间随机交配，则F2的表型及其比例应为正常∶矮小＝1∶1。 【答案】　(1)不会　(2)半保留复制　半　维持甲基化酶 (3)全部正常　正常∶矮小＝1∶1　卵细胞中的A基因及其等位基因由于前端甲基化而不表达，精子中的A基因及其等位基因由于前端非甲基化而表达；并且含A基因的精子∶含a基因的精子＝1∶1 $