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

该高中生物学课件聚焦基因表达与性状的关系，涵盖基因控制性状的直接与间接途径、基因选择性表达、表观遗传及基因与环境共同作用等核心内容。通过水毛茛叶形差异的问题探讨导入，衔接基因表达知识，搭建从基因到性状的学习支架。 其亮点是以豌豆圆粒皱粒、白化病等实例和思考讨论驱动，结合科学思维（归纳总结）与生命观念（结构与功能观），帮助学生理解复杂关系。学生能提升探究能力，教师可借助丰富案例高效开展教学。

第2节 基因表达与性状的关系 第4章 基因的表达 1 前言：从“生命蓝图”到“生命剧本” 我们通常将基因比作生命的“蓝图”，认为它决定了我们的一切。但今天，我们将一起探索一个更深邃、更动态的层面：基因并非一成不变的蓝图，而更像一部充满注释和导演指令的“剧本”。 基因如何被“朗读”，何时被“朗读”，以多大的音量“朗读”，共同塑造了我们独一无二的性状。这就是基因表达与性状之间的奇妙关系。 1.7.2013 在正式开始之前，我想请大家思考一个问题：基因真的是一成不变的吗？传统观念认为基因是生命的蓝图，但现代遗传学告诉我们，基因更像一部动态的剧本。它的表达受到精细调控，而这种调控最终决定了我们的性状。今天，我们就将扮演“导演”和“演员”的角色，探索这部生命剧本是如何被演绎的。 ‹#› 目 录 CONTENTS 基因的选择性表达与细胞分化 一 二 表观遗传 三 基因表达产物与性状的关系 基因和性状的关系 四 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。浮在水面上的叶子是宽阔的五边形或者手掌形，而沉在水中的叶子则变成了细细的丝状叶。 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？ 2.两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 一样 环境因素 问题探讨 空气中的叶 浸在水中中的叶 叶呈扁平状 叶呈丝状 基因、蛋白质、性状三者间究竟存在怎样的联系？ 基因 控制 蛋白质 体现 性状 蛋白质是生命活动的主要承担者 怎样控制？ 结合教材第71页图4-9,阅读相关内容,请仔细分析下面的实例，说说基因是如何控制生物性状的？ 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 淀粉 锁水强 饱满（圆粒） 基因序列被打乱 淀粉分支酶异常 淀粉 插入一段DNA序列 活性大大降低 （含量降低） 细胞失水 皱缩（皱粒） 实例1：豌豆的圆粒与圆粒皱粒 合成 生物性状 代谢过程 实例2：从基因的角度解释“白化病”形成机制？ 编码酪氨酸酶的基因正常 酪氨酸转化为黑色素 酪氨酸酶正常 表现正常 编码酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸不能转化为黑色素 酪氨酸酶不能合成 缺乏黑色素，表现为白化病 基因 酶的合成 代谢 过程 性状 控制 控制 表现 结论1：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 实例3：从基因的角度解释“囊性纤维病”发病机理。 编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基 CFTR转运氯离子的功能异常 基因 蛋白质结构 蛋白质功能 性状 CFTR蛋白缺少1个苯丙氨酸，蛋白结构异常 支气管内黏液增多，黏液清除困难，细菌大量繁殖，肺功能受损 囊性纤维化气管 正常气管 结论2：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 归纳小结 2.基因还能通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状。 1.基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物体的性状； 基因 酶 细胞代谢 生物性状 结构蛋白 生物性状 蛋白质 间接作用 直接作用 思考： 我们体内有亿万个细胞，形态、功能各不相同，但它们都源自同一个受精卵，且拥有完全相同的遗传物质——基因。 为什么会产生如此大的差异呢？ 基因的选择性表达 与 细胞分化 —— 生命的“角色扮演” —— 1.7.2013 很好，我们已经理解了基因如何通过蛋白质控制性状。但新的问题来了：我们体内有亿万个细胞，形态功能各异，但它们都来自同一个受精卵，拥有相同的基因。为什么会产生如此大的差异呢？这就是我们第二章要探讨的内容：基因的选择性表达与细胞分化，也就是生命的“角色扮演”。 ‹#› 分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果，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 +++ - - + 思考讨论 (1)这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 细胞中有各自特异性的蛋白质 (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？ 二、基因的选择性表达与细胞分化 细胞中并非所有的基因都表达，不同种类细胞中基因的表达情况有差别。 细胞分化的本质就是基因的选择性表达 表达的基因分类 管家基因 所有细胞中都表达的一类基因，这类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。例如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因 奢侈基因 在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达的产物赋予各种类型细胞特定的形态结构特征与功能。例如卵清蛋白基因、胰岛素基因 细胞的分化 （2）细胞分化的“不变”与“变” 分化前分化后形成的各种细胞中的DNA不变 ①不变 ②变 细胞的形态、结构和功能 mRNA、蛋白质的种类不完全相同 （3）细胞分化的本质： 基因的选择性表达 基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 生命还有更深层的秘密： 基因序列之外，还有什么在决定性状？ 超越DNA序列的遗传密码 即使基因序列保持不变，生物的性状与基因表达水平，也可能发生可遗传的改变。 表观遗传 1.7.2013 我们已经知道基因序列决定性状，但生命还有更深层的秘密。接下来，我们将进入第三章，探索表观遗传学——一个超越DNA序列的遗传密码。它告诉我们，即使基因序列不变，我们的性状和基因表达也可能发生可遗传的改变。 ‹#› 植株A 植株B 柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传 资料1：柳穿鱼是一种园林花卉。如图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。 柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。这两株柳穿鱼花，它们体内的Lcyc基因序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，而植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化。 三、表观遗传 Lcyc基因 植株A Lcyc基因 表达 Lcyc基因 植株B Lcyc基因 不表达 柳穿鱼性状改变的原因 甲基化 柳穿鱼花形态改变，是因为基因的部分碱基被高度甲基化 少部分植株的花与植株B相似 绝大部分植株的花与植株A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 × （杂交） F1 （自交） F2 （与植株A相似） 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基因由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制，表现为隐性； 甲基化的·Lcyc的基因可遗传， 并控制生物的性状 资料2：小鼠毛色受等位基因Avy和a的控制，Avy为显性，表现为黄色；a为隐性，表现为黑色体毛。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交，子代小鼠基因型为Avya，却表现出黄色和黑色之间的一系列过渡类型。 aa AvyAvy × 表现出不同毛色的Avya小鼠 研究表明，在Avy基因前端有一段特殊碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当发生甲基化时，甲基化程度越高，该基因表达时受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。 5` 3` Avy基因 决定基因表达水平的序列 归纳总结：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； 2.特点： （1）DNA碱基序列不变； （2）可遗传性； 3.常见的调控机制 （1）DNA甲基化修饰； （2）构成染色体的组蛋白甲基化、乙酰化等； （3）可逆性； 4.发生时期 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； 5. 实例： 蜂王和工蜂形态、结构、生理和行为等方面截然不同。 基因组成相同的同卵双胞胎具有的微小差异就与表观遗传有关 表观遗传的核心启示：我们的基因序列并非命运的唯一剧本。环境因素（如饮食、压力、营养）可以通过改变DNA甲基化等表观遗传标记来“修饰”基因表达，进而影响个体性状，甚至将这些改变传递给下一代。 1. 基因决定生物性状 ① 一对（个）基因 一种性状 控制 ②多个基因 一种性状 控制 例如：人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。 如红绿色盲、白化病等单基因遗传病。 四、基因与性状的关系 例如：水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。 ③ 一个基因 多种性状 控制 2. 生物性状还会受到环境等条件的影响 性状 = 基因 + 外界环境 遗传学家增做过这样的实验：果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。 请针对高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫的原因提出假说，进行解释。 提示：翅的发育是否经过酶催化的反应？酶与基因的关系是怎样？酶与温度的关系是怎样的？ 提出假说 假说：果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。 注意：此现象不能遗传，所以并非表观遗传。 总结与展望 ▍ 控制酶的合成影响代谢和控制结构蛋白的合成两种途径。 ▍ 基因的选择性表达 ▍ 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 ▍ 生物的性状是基因与环境共同作用的结果。 “生命并非由基因写就的一成不变的剧本，而是一场基因与环境之间持续不断的、充满创造力的对话。” 基因控制性状 细胞分化的本质 表观遗传现象 基因与性状的复杂关系 1.7.2013 好了，让我们来总结一下今天的课程。我们了解了基因通过蛋白质控制性状的两种途径，揭示了细胞分化的本质是基因的选择性表达，探索了表观遗传这一前沿领域，并理解了基因与性状之间复杂的网络关系。最重要的是，我们认识到生命是基因与环境共同谱写的精彩篇章。 ‹#› $