4.2 基因表达与性状的关系课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件围绕基因表达与性状的关系展开，涵盖中心法则回顾、基因控制性状的直接与间接方式、基因选择性表达与细胞分化、表观遗传等核心内容。通过水毛茛叶形差异的问题探讨导入，衔接中心法则知识，以资料分析、任务驱动和表格对比为学习支架，构建完整知识脉络。 其亮点在于结合囊性纤维化机制分析、柳穿鱼杂交实验等实例，渗透生命观念中的结构与功能观，通过实验假说设计（如残翅果蝇表型模拟鉴定）培养科学思维与探究实践能力。采用案例教学和问题驱动，帮助学生构建知识网络，教师可借助结构化资源提升教学效率。

知识回顾： 4.2 基因表达与性状的关系 同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。 一样的，因为它们都由受精卵分裂分化而成。 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？ 问题探讨 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 环境因素等 一、基因表达产物与性状的关系 淀粉分支酶基因 被打乱的淀粉分支酶基因 外来DNA 插入 淀粉分支酶 蔗糖合成淀粉淀粉含量升高 圆粒豌豆 保水 皱粒豌豆 失水 淀粉合成受阻 蔗糖含量升高 淀粉分支酶异常，活性下降 资料一：圆粒豌豆与皱粒豌豆 一、基因表达产物与性状的关系 酪氨酸酶基因 酪氨酸酶 黑色素 正常 酪氨酸酶基因异常 酪氨酸酶 酪氨酸 黑色素 （无） 酪氨酸 资料二：人的白化症状 编码_________的基因被插入的DNA序列打乱 淀粉分支酶____，活性_____ 豌豆____而皱缩 异常 降低 失水 淀粉合成____，含量____ 受阻 任务1：阅读P71，完成填空,并总结基因控制性状的方式 淀粉分支酶 降低 控制编码______________异常 机体无法将______转变为______ ________不能正常合成 皮肤、毛发缺乏黑色素，表现_______ 酪氨酸酶 黑色素 白化症状 酪氨酸 酪氨酸酶的基因 结论1： 一、基因表达产物与性状的关系 编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶 蔗糖 淀粉 锁水强 饱满（圆粒） 代谢过程 合成 生物性状 酪氨酸酶基因 酪氨酸酶 黑色素 正常 酪氨酸 合成 代谢过程 生物性状 基因 酶 细胞代谢 性状 控制 控制 控制 间接 控制 这两个实例有什么共同点吗? 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。 CFTR蛋白在508位缺少________,CFTR蛋白________发生变化 编码CFTR蛋白的基因 CFTR蛋白片段 任务2：阅读P71-72写出囊性纤维化的形成机制，并总结基因控制性状的方式 一、基因表达产物与性状的关系 编码CFTR蛋白的基因_____________ CFTR蛋白转运_______的功能异常 支气管黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，________严重受损 缺失3个碱基 苯丙氨酸 空间结构 氯离子 肺功能 基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 直接 控制 (1)基因表达的产物不可以参与基因的表达(　　) (2)基因控制生物性状时指导合成的终产物一定都是蛋白质(　　) × × 2、着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病，起因于DNA损伤。深入研究发现患者体内缺乏DNA修复酶，DNA损伤后不能修补从而引起突变。这说明一些基因可以（ ） A. 控制氨基酸的合成，从而直接控制生物性状 B. 控制蛋白质分子结构，从而直接控制生物性状 C. 控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状 D. 直接控制生物性状，发生突变后生物的性状随之改变 C 随堂练习 In-class practice 生物体多种形状的形成，都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同，这是为什么呢？ 讨论1 根据课本P72的“思考·讨论”，回答下列问题： 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 +++ - + - 胰岛细胞 +++ - - + 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)这三种细胞的基因组成是否相同？这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 这三种细胞都属于同一只鸡的体细胞，是经过有丝分裂而来的，因此基因组成相同。3种细胞中合成的蛋白质都是该细胞中的特异性蛋白质。 (2) 3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？ 在不同细胞内表达的基因不同。 二、基因的选择性表达与细胞分化 1.细胞中表达的基因分类： 管家基因： 奢侈基因： 在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必须的。 如呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。 只在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达会使细胞在形态、结构和功能上产生稳定的差异。 如胰岛素基因、血红蛋白基因等。 二、基因的选择性表达与细胞分化 基因的选择性表达 产生不同种类蛋白质 细胞形态、结构、生 理功能出现差异 细胞分化 实质 属于管家基因的是：________ 属于奢侈基因的是：_________ C ABDE 三、表观遗传 基因什么时候表达 基因在哪种细胞中表达 基因表达水平的高低 基因表达的调控 直接影响 性状 基因的选择性表达如何实现？ 调控的手段有什么？ 三、表观遗传 这两株柳穿鱼除了花的形态结构不同，其他方面基本相同 资料1：柳穿鱼花的遗传 正常 植株A Lcyc基因 高度甲基化 植株B × F1 F2 少部分 植株A相似 绝大部分 P Lcyc基因 ⊗ 碱基序列相同 G C 3’ 5’ G C 3’ 5’ G C 3’ 5’ G C 3’ 5’ CH3 CH3 未甲基化 甲基化 说明：DNA的甲基化修饰导致的表型的变化可以遗传 三、表观遗传 某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。 F1 表现出不同毛色的Avya小鼠 P AvyAvy (黄色)×aa(黑色) Avya Avy基因 没有甲基化 正常表达 黄色 甲基化 表达受到抑制 颜色变深 Avy基因 CH3 甲基化程度越高 表达受到抑制越明显 Avy基因 CH3 CH3 CH3 颜色越深 甲基化的DNA不是完全不表达，而是表达受抑制，甲基化程度越高，抑制越明显。 1.上述两则资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？ 发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，从而影响性状。 3.上述两则资料展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？ 共同点：资料1和资料2展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。 启示：基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，基因的表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。 讨论2（P73） 三、表观遗传 2.分析资料1，F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B相似？ Lcyc基因 正常 植株A 开花时表达 Lcyc基因 高度 甲基化 植株B 开花时不表达 × P： F1： （自交） 绝大部分植株的花与植株A相似 少部分植株的花与植株B相似 F2 LL L不L不 LL不 F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；植株B的Lcyc基因由于部分碱基甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。因此，同时含有这两个基因的F1中，F1的花与植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B相似。 三、表观遗传 1、概念 : 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，叫作表观遗传 2、调控机制: 相关信息 ①DNA的甲基化 ②构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等 4、时期：普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中 ①同卵双胞胎的微小差异 ②蜂群中蜂王和工蜂 3、特点: ①基因碱基序列不变； ②可遗传给后代； ③可逆性（如甲基化时，可影响基因的表达；去甲基化时，可恢复基因的表达） 与社会的联系 有研究表明，吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。不仅如此，还有研究发现，男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。请查阅相关资料，结合表观遗传、烟草烟雾中含有的化学物质及其危害等知识，向亲友和周围人群深入宣传戒烟的道理。 人的体细胞内的DNA甲基化水平升高，影响染色体组蛋白； 怀孕期间女性吸烟：早产、学习和行为障碍、哮喘等疾病风险增加。 基因与性状的关系 有些生物性状是由一个基因控制的； 一个性状可以受到多个基因的影响； 生物体的性状由基因决定，也受环境影响； 1 2 3 4 基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。这种相互作用形成一个错综复杂的网络，精细的调控着生物体的性状。 基因与性状是一一对应的关系吗？ 一个基因也可以影响多个性状； 四、基因与性状的关系 经典遗传、表观遗传、环境等对表型的影响 DNA mRNA 蛋白质 性状 转录 翻译 体现 经典遗传 表观遗传 调控 环境 影响 影响 2.表观遗传：碱基序列不变，引起的性状变化可遗传 3.仅由环境变化引起的性状变化，不可遗传（表型模拟） 1.经典遗传：碱基序列改变，引起的性状变化可遗传 四、基因与性状的关系 请针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进行解释 正常培养温度25℃下刚孵化的残翅果蝇幼虫 31℃培养 翅长接近正常的果蝇 25℃下培养 它们产生的后代 残翅果蝇 提出假说：（1）翅的发育需要经过酶催化的反应 （2）酶是在基因指导下合成的 （3）酶的活性受温度、pH等条件影响。 课堂小结 基因 结构蛋白 细胞结构 生物性状 酶或激素 细胞代谢 生物性状 蛋白质 直接作用 间接作用 细胞分化的本质就是基因的选择性表达。 表观遗传会在不改变DNA碱基序列的情况下产生可遗传变异。 基因和性状不是一一对应的，存在精细的调控。 1．个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。 （1）基因与性状之间是一一对应的关系。（ ） （2）细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因 的表达存在差异。（ ） X √ 2. 我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（ ） A.该项研究说明人和羊共用一套遗传密码子 B.该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因 C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因 D.该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因 C 3．细胞分化是基因选择性表达的结果。下列关于基因选择性表达的叙 述，正确的是(　　) A．不同的体细胞中表达的基因完全不同 B．基因的“沉默”可能与转录、翻译有关 C．去除细胞中不表达的基因，不影响细胞的全能性 D．在受精卵中，所有的基因都处于表达状态 B 2．如图为某一人体的肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞产生过程的模式图。下列有关这三类细胞的叙述，正确的是(　　) A.一般来说，它们含有的遗传信息相同 B．含有的mRNA完全相同 C．含有的蛋白质种类完全相同 D．形成的原因是基因的选择性丢失 A 随堂练习 In-class practice 4.(2023·广西柳州高一月考)下列哪项不属于表观遗传的特点 A.对表型的影响可遗传给后代 B.DNA分子碱基可能连接多个甲基基团 C.甲基化导致DNA碱基序列发生改变 D.可由组蛋白的某些修饰导致 √ 随堂练习 In-class practice 5、下列属于表观遗传现象的有： ①果蝇的眼色基因所在的染色体区域，螺旋程度较高，出现红白相间的斑点复眼 ②F1高茎豌豆自交，F2出现高茎豌豆和矮茎豌豆 ③男子吸烟者精子中的DNA甲基化水平高，精子活力下降 ④编码酪氨酸酶的基因异常，导致白化病 A.①④ B.②③ C.①③ D.②④ C 随堂练习 In-class practice 二、拓展应用 1.有人说，“基因是导演，蛋白质是演员性状是演员的表演作品。”你认为这种说法有道理吗?为什么?请你整理总结基因、蛋白质和性状三者之间的关系。 基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA上特定的碱基排列顺序，蕴含着一定的遗传信息，可类比成组织者(导演)，负责整部作品的呈现；蛋白质是生命活动的主要承担者，具体参与细胞的各项生命活动，可类比成执行者(演员)；而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行为等特征的总和，主要是由蛋白质参与完成的，可类比成呈现方式(作品)。当然，打比方总会有比得不合理之处，因此，只能说有一定的道理。 三者之间的关系是：基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。 随堂练习 In-class practice 2.孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9:3:3:1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。 (1)为什么利用这些植物进行某些性状的杂交实验时，难以得出3:1和9:3:3:1的数量比?请运用所学知识对可能的原因作出推测。 第一，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基因控制对性状和一对基因控制多对性状的情形； 第二，核基因在染色体上呈线性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状不遵循自由组合定律； 第三，某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传规律； 第四，个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。 随堂练习 In-class practice 科学实验必须是可重复的，只有这样才能说明实验的现象和结果是一种必然规律，而不是偶然发生的。科学实验的可重复性包括两方面： 第一，实验样本量足够大，在相同实验条件下要有足够的重复观察次数； 2.孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9:3:3:1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。 你怎样看待科学实验的可重复性? 第二，任何实验结果的可靠性应经得起独立重复实验的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。由于生物多样性的存在，不同生物的背景条件隐蔽且不一致(如山柳菊以无性生殖为主)，导致生命世界的很多现象具有独特性，不能用统一的定律解释。因此，生命科学实验的可重复性是有一定前提和条件限制的。 随堂练习 In-class practice 某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色：黄色、黑色、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：Xo(黄色)和XB(黑色)，雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型，这是为什么呢?是不是雌猫的有些细胞内X°表达，而另一些细胞内XB表达呢?请查找资料，寻找答案。 随堂练习 In-class practice 哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X色体数量不同，但X染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个过程称为剂量补偿。雌猫比雄猫多出1条X染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的1条X染色体就会随机发生固缩活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞也保留相同的染色体失活状态。 对于基因型为XBXO的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活，XB就不能表达，而另一条X染色体上的XO表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活，则XO不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此，基因型为XBXO的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。 随堂练习 In-class practice 7．已知果蝇的长翅与残翅是一对相对性状，且长翅(V)对残翅(v)为显性，但遗传学家在不同温度下培养长翅果蝇幼虫，得到不同的结果，如下表。 请结合所学知识回答问题： (1)这个实验说明基因与性状是怎样的关系？________________________。 (2)果蝇B的残翅性状能否遗传？________。原因是__________________ _____________________________________________________________。 实验材料 实验处理 结果 长翅果蝇幼虫A 25 ℃条件培养 长翅果蝇 长翅果蝇幼虫B 35～37 ℃处理6～24 h后培养 残翅果蝇 基因控制生物的性状，同时还受环境的影响　 这种残翅性状是单纯由于环境条件的改变而引起的，其遗传物质(基因型)并没有发生改变 不能遗传 随堂练习 In-class practice (3)人们将果蝇B的残翅性状称为表型模拟，若现有一残翅果蝇，如何判断它是否是表型模拟？请设计鉴定方案。 ①方法步骤：_____________________________________________________ _______________________________________________________________。 ②结果分析： A．_____________________________________________________________。 B．_____________________________________________________________。 若后代均为残翅果蝇，则该果蝇基因型为vv　 若后代有长翅果蝇出现，则说明该果蝇属于表型模拟 让这只残翅果蝇与在正常温度条件下发育成的异性残翅果蝇(基因型为vv)交配；让其后代在25 ℃温度条件下发育 随堂练习 In-class practice $