4.2 基因表达与性状的关系课件-2026-2027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”，涵盖基因产物与性状、选择性表达与细胞分化、表观遗传等核心内容。以转基因抗虫棉培育为大情境导入，通过豌豆圆粒皱粒等实例分析、小组讨论及流程图构建学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于大单元情境贯穿教学，结合生命观念（如结构与功能观）、科学思维（逻辑推理）和探究实践（资料分析），例如学习任务4通过抗虫棉甲基化资料引导学生探究表观遗传调控。小结系统梳理知识，助力学生构建体系，教师可借情境教学提升课堂效率与学生探究能力。

高中生物学 人民教育出版社 必修2 第4章 基因表达与性状的关系 《（转基因抗虫棉）基因的表达》大单元主题 第2节 回顾单元大情境： 我国转基因抗虫棉培育的历史意义 bt毒蛋白对特定的昆虫具有毒性，能够在昆虫肠道内形成孔洞，导致昆虫死亡。但它对人类和其他动物无害。 通过基因工程技术将bt毒蛋白基因转入作物中，使作物能够表达bt毒蛋白，从而获得抗虫性，显著减少化学农药的使用。 棉铃虫等害虫连年爆发导致棉花减产甚至绝收，使用农药防治害虫会造成环境污染、杀害有益生物、使害虫抗药性增强。 中国“抗虫棉”之父 郭教授将来自苏云金杆菌的Bt抗虫基因 转入普通棉花染色体DNA上，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白，并产生了抗虫性状。 Bt抗虫基因 Bt抗虫蛋白 抗虫性状 解决抗虫棉基因的表达大单元情境中的问题： 基因的表达 S z L w h S z L w h 学习任务1：自主阅读课本P71明确形成机理 实例一 豌豆圆粒与皱粒 实例二 白化病 实例三 囊性纤维化 一、基因表达产物与性状的关系 S z L w h S z L w h 淀粉在细胞中具有保留水分的作用 编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱 淀粉合成受阻，含量降低 淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩 淀粉分支酶异常，活性大大降低 编码淀粉分支酶基因（正常） 正常指导合成 淀粉分支酶 淀粉含量高 圆粒豌豆 一、基因表达产物与性状的关系 实例一 一、基因表达产物与性状的关系 请大家思考： 1、人的白化病症状和囊性纤维病的根本原因和直接原因是什么？ 2、根据资料，试着用流程图表示白化病症状和囊性纤维病的形成机理（注意：体现出根本原因和直接原因以及与性状的关系）。 学习任务2：思考下面问题，小组讨论完成流程图 S z L w h S z L w h 一、基因表达产物与性状的关系 实例二 实例三 酪氨酸酶不能正常合成 酪氨酸不能转化为黑色素 编码酪氨酸酶的基因异常 白化症状 编码CFTR蛋白的基因缺失 3个碱基 CFTR蛋白空间结构异常， 导致功能出现异常 支气管中黏液增多，细菌在肺部大量繁殖，肺部感染 一、基因表达与性状的关系 基因 酶的合成 代谢过程 生物体的性状 蛋白质的结构 间接控制 直接控制 图1 基因表达产物与性状的关系的概念模型 根据下列资料分析回答：Bt抗虫基因是如何控制性状的？ 研究发现当Bt抗虫蛋白结构改变后，分解产生的多肽与棉铃虫肠上皮细胞的特应性受体结合的概率降低，导致抗虫效果减弱。 一、基因表达与性状的关系 基因 生物体的性状 蛋白质的结构 直接控制 基因可通过控制酶合成或蛋白质结构来控制生物体性状，那为什么来自同一个受精卵的细胞发育过程中形态、功能等方面有差异呢？ 二、基因的选择性表达与细胞分化 (1)①这三种细胞的基因组成是否相同？ ②这3种细胞在mRNA水平上是否有差别？ ③细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？其他种类细胞中有吗？ 来源于同一个体，基因组成相同。 学习任务3：根据课本P72思考讨论，小组合作完成下列问题 (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？ 细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性 有，3种细胞中含有的蛋白质对应mRNA才存在。 3种细胞中合成的蛋白质都是该细胞中的特异性蛋白质。 S z L w h S z L w h 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 12 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 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 三、表观遗传 基因的选择性表达与基因表达的调控有关 资料1：转基因抗虫棉花在不同生长发育阶段抗虫性表现不同。研究不同发育期不同器官Bt蛋白的表达量发现:营养生长期>生殖生长期；叶＞茎＞根。研究发现Bt基因表达的变化与Bt基因启动子部位的甲基化程度提高有关。 资料2：科研人员对Bt基因在抗虫棉不同生长发育阶段甲基化状态（基因中有多个碱基连接甲基基团）进行研究,发现从7月份开始,Bt基因启动子内部CCGG 出现了甲基化程度提高的现象。 资料3：发现花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱，可显著降低果实中Bt蛋白的含量，原因与Bt基因启动子的甲基化有关，这种变化可以遗传给后代，使后代抗虫棉抗虫能力减弱。 阅读以上资料，小组共同解决： 1：在同一植株中根茎叶细胞内的抗虫蛋白基因是否相同？花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱时，棉花的基因是否会发生改变？ 2：为什么根、茎、叶上抗虫蛋白的表达会有差异？甲基化是影响了基因表达中的哪个过程？甲基化可遗传吗？ 3：如何在虫害高峰期实现抗虫蛋白高表达？ 学习任务4：根据资料，小组合作完成下列问题 S z L w h S z L w h 资料1：转基因抗虫棉花在不同生长发育阶段抗虫性表现不同。研究不同发育期Bt蛋白的表达量发现:营养生长期>生殖生长期。总体来说，随着抗虫棉的生长，Bt毒蛋白表达及抗虫棉的抗虫性均呈下降趋势。 资料2：科研人员对Bt基因在抗虫棉不同生长发育阶段甲基化状态（基因中有多个碱基连接甲基基团）进行研究,发现从7月份开始,Bt基因启动子内部CCGG 出现了甲基化程度提高的现象。 资料3：发现花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱，可显著降低果实中Bt蛋白的含量，原因与Bt基因启动子的甲基化有关，这种变化可以遗传给后代，使后代抗虫棉抗虫能力减弱。 阅读以上资料，小组共同解决： 1：在同一植株中根茎叶细胞内的抗虫蛋白基因是否相同？花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱时，棉花的基因是否会发生改变？ 相同 不会 学习任务4：根据资料，小组合作完成下列问题 S z L w h S z L w h 资料1：转基因抗虫棉花在不同生长发育阶段抗虫性表现不同。研究不同发育期Bt蛋白的表达量发现:营养生长期>生殖生长期。总体来说，随着抗虫棉的生长，Bt毒蛋白表达及抗虫棉的抗虫性均呈下降趋势。 资料2：科研人员对Bt基因在抗虫棉不同生长发育阶段甲基化状态（基因中有多个碱基连接甲基基团）进行研究,发现从7月份开始,Bt基因启动子内部CCGG 出现了甲基化程度提高的现象。 资料3：发现花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱，可显著降低果实中Bt蛋白的含量，原因与Bt基因启动子的甲基化有关，这种变化可以遗传给后代，使后代抗虫棉抗虫能力减弱。 阅读以上资料，小组共同解决： 2：为什么根、茎、叶上抗虫蛋白的表达会有差异？甲基化是影响了基因表达中的哪个过程？ 甲基化可遗传吗？ Bt基因启动子内部CCGG 甲基化程度高 影响了转录 可以遗传 学习任务4：根据资料，小组合作完成下列问题 S z L w h S z L w h 三、表观遗传 DNA甲基化:在DNA甲基转移酶作用下，DNA分子特定碱基序列中的胞嘧啶，被选择性地添加了甲基，形成5-甲基胞嘧啶。 甲基化后基因是完全不表达了吗？ 甲基化酶 阅读课本P73分析小鼠性状改变的原因是什么？ 黑色体毛 aa 黄色体毛 Avy Avy Avya 介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 三、表观遗传 三、表观遗传 Avy基因 部分甲基化，转录受抑制 甲基化程度高，无法表达 Avy基因 Avy基因 甲基 甲基 启动子 启动子 启动子 未甲基化，转录正常进行 研究发现：DNA甲基化将不同程度地抑制基因转录的过程。 在几乎所有被分析的生物中，启动子区域的甲基化与基因表达呈负相关 DNA的甲基化是可以遗传的！ 基因碱基序列没有发生变化 部分碱基发生了甲基化修饰 基因的表达 表型 可遗传，并影响后代表现 抑制 影响 表观遗传：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。 三、表观遗传 表观遗传还有哪些调控机制呢？ 三、表观遗传 组蛋白甲基化 基因碱基序列没有发生变化 部分碱基发生了甲基化修饰 基因的表达 表型 可遗传，并影响后代表现 抑制 影响 表观遗传：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。 发生时期： 表观遗传的现象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。 三、表观遗传  有一种萌叫做“生着生着没墨了” 同卵双胞胎 表观遗传的实例 S z L w h S z L w h 资料1：转基因抗虫棉花在不同生长发育阶段抗虫性表现不同。研究不同发育期Bt蛋白的表达量发现:营养生长期>生殖生长期。总体来说，随着抗虫棉的生长，Bt毒蛋白表达及抗虫棉的抗虫性均呈下降趋势。 资料2：科研人员对Bt基因在抗虫棉不同生长发育阶段甲基化状态（基因中有多个碱基连接甲基基团）进行研究,发现从7月份开始,Bt基因启动子内部CCGG 出现了甲基化程度提高的现象。 资料3：发现花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱，可显著降低果实中Bt蛋白的含量，原因与Bt基因启动子的甲基化有关，这种变化可以遗传给后代，使后代抗虫棉抗虫能力减弱。 阅读以上资料，小组共同解决： 3：如何在虫害高峰期实现抗虫蛋白高表达？ 环境可以影响DNA的甲基化修饰，例如 营养供给 温度 重金属 吸烟 学习任务4：根据资料，小组合作完成下列问题 可以尝试利用喷洒去甲基化试剂如5-氮胞苷,来提高抗虫棉发育后期Bt杀虫基因的表达。 S z L w h S z L w h 三、表观遗传 与生活的联系：吸烟与DNA甲基化 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，还有研究发现，吸烟可使男性精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。 表观遗传与生活的联系 资料1.如果父亲在11岁之前（即进入青春期之前）就开始吸烟，那他们的儿子在9岁时就会超重。 资料2.如果爷爷辈在9到12岁时有大吃大喝的经历，那他们的孙子的寿命就比较短，得糖尿病的几率会增加。而在青春期前挨饿的男性，其孙子就较少得心血管病。 资料3.父母的低蛋白或高脂肪饮食习惯，可能会导致他们成年子女的代谢紊乱，如糖尿病。 资料4.全球顶级学术刊物美国《科学》杂志公布了一项新的研究：后天饮食诱导产生的代谢异常症状可通过父亲的精子遗传给下一代。研究结果表明，父亲辈的不良生活习惯也会传递给下一代。 你对生命的态度，正在重塑你的DNA 为了你自己和后代，请不要胡乱过日子 基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系 ①性状可由基因与环境共同决定 ②一个性状可以受到多个基因的影响 ③一个基因可以影响多个性状 水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与、对水稻的开花、生长、发育和产量都有重要作用。 习题巩固 例1 研究发现，某些特定的行为和生活经历能够被遗传。如小鼠在闻到以前给予它们父辈电击而产生恐惧感的气味时，会表现出恐惧。下列与这个实例有关的是(   ) A.正常小鼠被喂高脂肪的食物出现肥胖症 B.双胞胎的遗传信息基本相同，患病的可能性也相似 C.亲代早期的生活经历会在遗传物质上打下烙印，并传递下去 D.亲代果蝇用某药物处理，使基因发生改变，其后代也会表现出与亲代一样的变化 C S z L w h S z L w h 习题巩固 例2 2017年11月，体细胞克隆猴“中中”和“华华”在上海中国科学院神经科学研究所诞生，此技术的难点在于体细胞细胞核转移入去核卵细胞后，由于DNA甲基化修饰无法正常“指挥”生长发育过程。下列叙述错误的是( ) A.克隆猴的体细胞与受精卵相比，细胞核中的DNA基本相同 B.由于DNA甲基化，使克隆猴表观遗传修饰不同，性状有所差异 C.若向克隆猴体细胞中注入去甲基化酶的mRNA，其表型会改变 D.DNA甲基化能影响克隆猴细胞核的染色质结构，进而调节基因表达 C S z L w h S z L w h 课堂小结 细胞分化 基因的 选择性表达 表观遗传 环境 基因 蛋白质的结构 酶的合成 代谢过程 性状 实质 调控 影响 特点 基因序列不变，表型改变 可遗传 S z L w h S z L w h $