第4章 第2节 基因表达与性状的关系-【新课程学案】2025-2026学年高中生物必修2 遗传与进化教师用书word（人教版 单选版）

第2节　基因表达与性状的关系 【学习目标】 1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状; 2.说明细胞分化是基因选择性表达的结果; 3.概述生物体的表观遗传现象。 聚焦·学案一　基因表达产物与性状的关系 [学案设计] 　　掌握基因控制性状的两条途径的原理 1.间接控制 (1)实例分析 (2)实质: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.直接控制 (1)实例分析:囊性纤维化的形成 (2)实质:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 微点拨:①若生物体的性状直接由蛋白质体现,则应为基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 ②若体现生物体的性状所涉及的物质并非蛋白质(如植物激素),则基因对其的控制往往是通过“控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状”这一间接途径实现的。 |情|境|思|考|探|究| 　　牵牛花的颜色主要是由花青素决定的。如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图: (1)图中反映了基因控制生物体性状的哪种途径? 提示:图中反映了基因对性状的间接控制,即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)牵牛花的颜色只受一对基因控制吗? 提示:不是,牵牛花的颜色主要由花青素决定,而花青素的合成是由多对基因共同控制的。 (3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关,这说明了什么? 提示:说明环境因素也会影响生物体的性状。 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列导致淀粉分支酶活性大大降低,进而使淀粉含量降低。 (√) (2)基因控制生物体的性状往往都是通过控制蛋白质合成实现。 (√) (3)在多数囊性纤维化患者中,编码CFTR蛋白的基因缺失一个密码子导致该蛋白的空间结构发生改变。 (×) (4)基因只能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 (×) 2.下列有关基因控制生物体性状的实例,属于通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的是 (　　) A.白化病 B.苯丙酮尿症 C.囊性纤维化 D.皱粒豌豆的形成 解析:选C　白化病、苯丙酮尿症、皱粒豌豆的形成都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,故A、B、D不符合题意;囊性纤维化属于基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,C符合题意。 3.人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症,如图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径,下列据图分析不正确的是 (　　) A.基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症 B.由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制 C.该图说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 D.基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病 解析:选C　由题图可知,若由于基因1不正常而缺乏酶1,则苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸,导致人体内苯丙酮酸过多而引起苯丙酮尿症,A正确;苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2,即需要基因1、基因2的控制,B正确;题图体现了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,C错误;基因2突变,会导致酶2不能合成,从而不能形成黑色素,将使人患白化病,D正确。 聚焦·学案二　基因的选择性表达与细胞分化　 [学案设计] |探|究|学|习| 　　科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛B细胞,对这3种细胞的DNA和mRNA进行了检测,结果如下表。 检测的 3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B 细胞 +++ - - + 说明:“+”表示检测到相应的分子,“-”表示未检测到相应的分子。 (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,由一个受精卵经有丝分裂和细胞分化而来,因此基因组成相同。但是由于基因的选择性表达,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,这说明了什么问题? 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mRNA、蛋白质的种类不一定相同。 |认|知|生|成| 1.细胞分化的意义:生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。 2.细胞分化的本质:基因的选择性表达。 3.表达的基因类型 管家基因 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需的,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因 奢侈基因 只在某类细胞中特异性表达的基因,如卵清蛋白基因、胰岛素基因 4.基因选择性表达的原因:与基因表达的调控有关。 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)在一个细胞中所有的基因都一定表达。 (×) (2)同一个体的不同组织细胞的形态、功能不同是基因选择性表达的结果。 (√) (3)生物体的细胞形态、结构和功能不同是基因不同造成的。 (×) 2.多细胞生物都是通过细胞分化产生不同类型的细胞所组成的。下列有关细胞正常分化的叙述,错误的是 (　　) A.细胞分化过程中,细胞内的遗传信息没有改变 B.心肌细胞和神经细胞中蛋白质、细胞器的种类和数量完全不同 C.一般来说,在生物体内,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡 D.该图能表示细胞分化的实质,其中D基因控制合成的可能是ATP 合成酶 解析:选B　细胞分化的本质是基因的选择性表达,故细胞分化过程中,细胞内的遗传信息没有改变,A正确;心肌细胞和神经细胞功能不同,细胞中蛋白质、细胞器的种类和数量有差异,但并非完全不同,B错误;一般来说,分化具有不可逆性,在生物体内,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡,C正确;题图能表示细胞分化的实质,其中在不同细胞中,D基因都表达,所以D基因控制合成的可能是ATP 合成酶,D正确。 3.生物体中的基因可分为管家基因和奢侈基因。管家基因是多细胞生物体的所有细胞均表达的基因,奢侈基因只在生物体某些特定种类的细胞中表达。如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的表达状态,请据图分析: (1)上述基因属于管家基因的是　　　　,属于奢侈基因的是　　　　　。(填图中标号)  (2)这三种细胞　　　　(填“可能”或“不可能”)为红细胞,理由是　　　　　　　　　 　　　　　　　　。  (3)若上述细胞衰老,利用普通光学显微镜,可以观察到细胞衰老的哪些特征?　　　　　　　　　　　　。(至少答出两点)  解析:(1)a基因在所有细胞中都表达,属于管家基因;而b、c、d都只在特定的细胞中才表达,属于奢侈基因。(2)红细胞中有特有的蛋白质——血红蛋白,而血红蛋白基因在这三种细胞中都没有表达,因此这三种细胞不可能为红细胞。(3)在普通光学显微镜下,可以观察到衰老细胞的细胞核体积增大,细胞体积变小,染色质固缩等现象。 答案:(1)a　b、c、d　(2)不可能　血红蛋白基因在这三种细胞中都没有表达,而血红蛋白是红细胞的特有蛋白质　(3)细胞核体积增大,细胞体积变小,染色质固缩等 聚焦·学案三　表观遗传　基因与性状的关系　 [学案设计] (一)表观遗传 |探|究|学|习| 　　阅读教材P73资料“柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”,简要回答相关问题: (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,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? 提示: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)资料1中,柳穿鱼是一种园林花卉。教材所示的两株柳穿鱼,除了花的　　　　不同,其他方面基本相同。  提示:形态结构 (3)资料2中,某种小鼠实验中F1的基因型均为Avya,却表现为介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型,原因是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　。  提示:Avy基因前端一段特殊碱基序列的甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显,小鼠体毛的颜色就越深 (4)柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的　　　　　没有改变,但部分碱基发生了甲基化修饰(如图),抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。  提示:碱基序列 |认|知|生|成| 　　[典例]　(2025·江苏高考)甲基化读取蛋白Y识别甲基化修饰的mRNA,引起基因表达效应改变,如图所示。下列相关叙述正确的是 (　　) A.甲基化通过抑制转录过程调控基因表达 B.图中甲基化的碱基位于脱氧核糖核苷酸链上 C.蛋白Y可结合甲基化的mRNA并抑制表达 D.若图中DNA的碱基甲基化也可引起表观遗传效应 [解析]　由图可知,甲基化修饰发生在mRNA上,即图中甲基化的碱基位于核糖核苷酸链上,图中甲基化影响翻译过程,没有影响转录过程,A、B错误。由图可知,被蛋白Y结合的甲基化修饰mRNA可以正常表达出肽链,没有被蛋白Y结合的甲基化修饰mRNA则被降解,不能翻译产生蛋白质,C错误。DNA的碱基甲基化也属于表观遗传,也可引起表观遗传效应,D正确。 [答案]　D (二)基因与性状的关系 2.基因控制性状还受到环境的影响,生物体的性状是基因和环境条件共同作用的结果。 3.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,这种相互作用形成了一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。 [迁移训练] 1.下列与表观遗传相关的叙述,错误的是 (　　) A.一个蜂群中,蜂王和工蜂在形态、生理等方面截然不同与表观遗传有关 B.甲基化和乙酰化修饰都可能通过影响基因表达,进而影响生物的表型 C.染色体的组蛋白可能通过修饰作用影响基因的表达 D.表观遗传没有改变基因中的碱基序列,所以不能遗传给后代 解析:选D　一个蜂群中,蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的,但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同,表观遗传发挥了重要作用,A正确;构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰影响基因的表达,进而影响生物的表型,B、C正确;表观遗传没有改变基因中的碱基序列,但能够遗传给后代,D错误。 2.下列关于基因与性状的关系,叙述错误的是 (　　) A.细胞中的基因有些表达,有些不表达 B.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 C.同一植株不同部位的叶子形态不同,但是其基因一般相同 D.基因、基因表达产物以及环境之间存在着复杂的相互作用 解析:选B　科学家研究发现,细胞中的基因有些表达,有些不表达,A正确;在大多数情况下,基因与性状的关系不是简单的一一对应关系,一个性状可以受多个基因的影响,一个基因也可以影响多个性状,同时环境对性状也有着重要影响,B错误;同一植株不同部位的叶子形态不同,这是基因选择性表达的结果,同一植株不同部位的细胞源于同一个受精卵的分裂分化,正常情况下基因相同,C正确;基因、基因表达产物以及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,D正确。 3.DNA甲基化主要发生在DNA分子中的胞嘧啶上。DNA甲基化可调控基因的活性,即DNA甲基化会抑制基因表达,非甲基化使基因正常表达。据此分析,下列有关叙述正确的是 (　　) A.DNA甲基化不改变DNA分子中的碱基排列顺序,因此不可遗传给后代 B.骨骼肌细胞中,呼吸酶基因处于非甲基化状态 C.DNA分子结构稳定性越差,越易发生DNA甲基化 D.基因高度甲基化后其表达被抑制的原因可能是DNA聚合酶不能与该基因结合 解析:选B　DNA甲基化不改变DNA分子中的碱基排列顺序,但是可遗传给后代,A错误;骨骼肌细胞需要大量的能量,细胞呼吸强度大,呼吸酶基因正常表达,处于非甲基化状态,B正确;DNA甲基化主要发生在胞嘧啶上,由于G/C碱基对之间含有三个氢键,DNA分子中G/C碱基对含量越多,DNA分子结构越稳定,越易发生DNA甲基化,C错误;基因高度甲基化后其表达被抑制的原因可能是甲基化的基因不能与RNA聚合酶相结合,D错误。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.细胞分化不是(填“是”或“不是”)细胞在发育的过程中因遗传物质的选择性丢失所致,原因是细胞分化的本质是基因的选择性表达,而并非选择性丢失。 2.在大多数情况下,基因与性状的关系不是(填“是”或“不是”)一一对应的关系,原因是一个性状可以受多个基因的影响,一个基因也可以影响多个性状。 3.为什么说生物的性状是基因和环境共同作用的结果? 基因表达产物控制生物体的性状,同时基因表达还受环境影响,所以生物的性状是基因和环境共同作用的结果。 三、综合检测反馈 1.下列有关基因型、性状和环境的叙述,错误的是 (　　) A.两个个体的身高不相同,二者与身高相关的基因型可能相同,也可能不相同 B.某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色,这种变化是由环境造成的 C.O型血夫妇的子代都是O型血,说明该性状是由遗传因素决定的 D.高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎,说明该相对性状是由环境决定的 解析:选D　与身高相关的基因型相同的两个人,营养条件等环境因素的差异可能会导致两人身高不同,A正确;绿色幼苗在黑暗中变黄,是因为缺乏光照无法合成叶绿素,是由环境因素造成的,B正确;O型血夫妇基因型均为ii,两者均为纯合子,所以后代基因型仍然为ii,表现为O型血,这是由遗传因素决定的,C正确;高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎,说明高茎豌豆亲本是杂合子,子代出现性状分离,这是由遗传因素决定的,D错误。 2.(2025·黑吉辽蒙高考)下列关于基因表达及其调控的叙述错误的是 (　　) A.转录和翻译过程中,碱基互补配对的方式不同 B.转录时通过RNA聚合酶打开DNA双链 C.某些DNA甲基化可通过抑制基因转录影响生物表型 D.核糖体与mRNA的结合部位形成1个tRNA结合位点 解析:选D　转录是以DNA为模板合成RNA的过程,存在A—T碱基配对方式;翻译过程是tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对,不存在A—T碱基配对方式,故两过程中碱基互补配对的方式不同,A正确。RNA聚合酶有解旋功能,在转录时打开DNA双链,B正确。DNA甲基化属于表观遗传,DNA中部分碱基发生甲基化修饰,可能会抑制基因的转录,进而对表型产生影响,C正确。核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点,D错误。 3.研究表明,宿主植物可通过DNA甲基化作为对抗病毒感染的反击机制,即引起病毒相关核酸序列的甲基化,进而抑制病毒核酸的复制和转录。番茄对曲叶病毒的耐受性即与该病毒启动子区和编码区的高度甲基化有关。下列叙述错误的是 (　　) A.DNA甲基化受环境条件等因素的影响 B.DNA 甲基化调控基因表达改变了基因的碱基序列 C.曲叶病毒启动子区甲基化可能影响RNA 聚合酶的功能 D.DNA 甲基化属于病毒基因组的表观遗传修饰,会影响基因的表达 解析:选B　环境因素会影响DNA甲基化,A正确;DNA 甲基化调控基因表达不改变基因的碱基序列,B错误;曲叶病毒启动子区甲基化抑制RNA聚合酶和启动子结合,从而影响转录的过程,C正确;DNA 甲基化属于病毒基因组的表观遗传修饰,会影响基因的表达,D正确。 4．在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致的。人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．缺乏酶⑤会导致人患白化病，缺乏酶③会导致人患尿黑酸症 B．苯丙酮尿症患者可通过摄取不含苯丙氨酸的食物来缓解症状 C．由图推测基因可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 D．苯丙氨酸通过酶①催化形成酪氨酸的过程中存在mRNA与tRNA的结合 解析：选D　酪氨酸在酶⑤的催化下会生成黑色素，若缺乏酶⑤，人体细胞不能正常合成黑色素，会导致人患白化病；尿黑酸在酶③的催化下会分解成乙酰乙酸，并通过进一步代谢排出体外，若缺乏酶③，会导致尿黑酸无法正常分解，进而使人患尿黑酸症，A正确。若因酶①缺乏等原因导致人体内苯丙氨酸过多，则苯丙氨酸在酶⑥的催化下大量生成苯丙酮酸，从尿中大量排出，导致苯丙酮尿症，故苯丙酮尿症患者可通过摄取不含苯丙氨酸的食物来缓解症状，B正确。题图中苯丙氨酸可以通过一系列相应酶转化成相关物质从而表现出相应性状，即基因可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，C正确。苯丙氨酸通过酶①催化形成酪氨酸只是物质的转化，并未涉及遗传信息的表达，故苯丙氨酸通过酶①催化形成酪氨酸的过程中不存在mRNA与tRNA的结合，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $