【课件版同步学案】人教版（2019）必修二 4.2 基因表达与性状的关系(共61张PPT)

(共61张PPT)
第四章　基因的表达
2　基因表达与性状的关系
2019版新人教必修2学案
课标要点 学法指导
1.概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现 2．概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象 1.科学思维：阐述基因表达产物与性状的关系
2．科学思维、生命观念：理解细胞分化的本质
3．科学思维：说出表观遗传的概念及其机制
知识导图
1．基因控制性状的两种途径
基因表达产物与性状的关系
酶的合成　
代谢过程　
蛋白质的结构
2．基因对性状的控制实例(连线)
提示：不一定。
基因中的遗传信息发生改变，则生物的性状一定会改变吗？
下图为人体内基因对性状的控制过程，判断下列相关叙述的正误。
(1)基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中。(　　)
(2)图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的协助。
(　　)
(3)④⑤过程的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同。
(　　)
(4)图中①②过程发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体。
(　　)
(5)人体衰老引起白发的原因是图中酪氨酸酶不能合成。(　　)
(6)基因控制囊性纤维化与基因2控制性状的方式相同。(　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√
1．生物体多种性状的形成，都是以________为基础的。
2．表达基因的分类(连线)
基因的选择性表达与细胞分化
细胞分化
3．细胞分化的本质就是__________________。
4．基因选择性表达的原因：与基因表达的______有关。
基因的选择性表达
调控
提示：所含基因一样，但所表达的基因有差别。
一个人的不同种类体细胞的细胞核中所含有的基因一样吗？所表达的基因一样吗？
判断下列叙述的正误。
(1)肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。(　　)
(2)胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，故可以产生胰岛素而不能产生抗体。 (　　)
(3)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。(　　)
(4)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。 (　　)
(5)ATP合成酶基因属于奢侈基因，在不同细胞中选择性表达。
(　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
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____________的高低都是受到调控的。
2．表观遗传
(1)概念：生物体基因的_________________保持不变，但_________发生可遗传变化的现象。
表观遗传
表达水平
碱基序列　
基因的表达和表型
3．基因与性状间的对应关系
(1)在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的________的关系。
(2)一个性状可以受到________个基因的影响。
(3)一个基因也可以影响________个性状。
(4)生物体的性状也不完全是由基因决定的，______对性状也有着重要影响。
一一对应　
多　
多　
环境
提示：不一定。
基因与性状之间一定就是一一对应的关系吗？
下列关于基因与性状之间关系的叙述，错误的是(　　)
A．很多情况下一对基因决定一个性状
B．有的情况下多对基因决定一个性状
C．有的情况下一对基因决定多个性状
D．生物体的性状不会受到环境的影响
【答案】D　
【解析】生物体的性状是基因型和外界环境共同作用的结果，生物体的性状受环境的影响。
1．基因控制生物性状的两种途径
基因表达产物与性状的关系
[知识归纳]
项目 途径1(直接控制) 途径2(间接控制)
实质 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 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
1．如图1是豌豆的圆粒和皱粒产生的机理，图2是囊性纤维化的病因图解。请据图思考下列问题：
图1
(1)图1中豌豆呈圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关？为什么相关基因异常则为皱粒？
(2)囊性纤维化的直接病因是什么？根本病因又是什么？
(3)图1和图2分别表示基因控制性状的哪种途径？
提示：(1)与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常，则不能合成淀粉分支酶，也就不能合成淀粉，导致淀粉少而蔗糖多，蔗糖的吸水能力差，水分少而表现为皱粒。
(2)直接病因是CFTR蛋白结构异常，根本原因是CFTR基因缺失3个碱基。
(3)图1所示的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，属于间接控制；图2所示的是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2．如图，同一株水毛茛，裸露在空气中的叶是扁平的，而浸在水中的叶片深裂成丝状。
(1)叶片呈扁平或丝状，能否说明形状不同的叶片中基因不同？叶片不同的原因是什么？
(2)基因型相同，则表现型是否相同？请用一等式表示基因型、表现型和生活环境之间的关系。
提示：(1)不能，不同形状的叶片中基因是相同的。叶片不同是由生活环境引起的。
(2)不一定相同。表现型＝基因型＋生活环境。
[对点精练]
1．下图为基因的作用与性状的表现流程示意图。正确的选项是 (　　)
A．①过程是转录，它以DNA的两条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成mRNA
B．②过程中只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP即可完成
C．人的镰状细胞贫血是基因对性状的直接控制，使得结构蛋白发生变化所致
D．某段DNA上发生了基因突变，则形成的mRNA和蛋白质一定会改变
【答案】C　
【解析】①过程是转录，它以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成mRNA，A错误；②过程中除了需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP外，还需要tRNA才能完成翻译过程，B错误；人的镰状细胞贫血是基因对性状的直接控制，是通过控制血红蛋白的分子结构来直接影响性状的，C正确；某段DNA上发生了基因突变，如果参与转录，则形成的mRNA会改变，但由于密码子的简并性，所以合成的蛋白质不一定会改变，D错误。
2．下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制，请据图判断，下列叙述有误的是 (　　)
A．淀粉分支酶基因R是豌豆种子细胞中具有遗传效应的DNA片段
B．b过程能发生碱基互补配对的物质是碱基A与T，C与G
C．当R中插入一小段DNA序列后，豌豆不能合成淀粉分支酶，而使蔗糖增多，其发生的变异是基因突变
D．此图解说明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制性状
【答案】B　
【解析】基因的本质是具有遗传效应的DNA片段；b过程为翻译，发生碱基互补配对的物质是mRNA上的密码子对应的碱基与tRNA上的反密码子相对应的碱基，两种RNA上均没有T；当R中插入一小段DNA序列后，导致R基因的结构发生改变，豌豆不能合成淀粉分支酶而使蔗糖增多，影响了细胞代谢，属于基因突变。
1．基因选择性表达的结果
(1)细胞形态的改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。
(2)细胞结构的变化：细胞器的种类和数量发生变化。
(3)细胞功能的特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。
(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。
基因的选择性表达与表观遗传
[知识归纳]
2．表观遗传机制
3．基因与性状的关系
(1)一个基因决定一种性状(多数性状受单基因控制)。
(2)一个基因影响多种性状(如基因间相互作用)。
(3)多个基因控制一种性状(如身高、体重等)。
图解如下：
下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态，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____________。
(2)这三种细胞“血红蛋白基因”均________(填“能”或“不能”)表达，所以这三种细胞不包括________；A细胞可产生“胰岛素”，应为________细胞；B细胞可产生“卵清蛋白”，应为________细胞。
(3)若用胰岛素基因作探针检测A、B、C三种细胞的DNA分子，检测结果如何？若将探针改作检测胰岛素基因的mRNA，其检测结果如何？
(4)造成细胞A、B、C在形态、结构和生理功能上出现差异的原因是什么？
提示：(1)a　b、c、d　(2)不能　红细胞　胰岛(B)　输卵管
(3)A、B、C三种细胞中均含胰岛素基因，但该基因只有在A细胞中才能转录产生mRNA，故用胰岛素基因作探针，三种细胞均可检测到胰岛素基因，若将探针改作胰岛素基因的mRNA，则只有A细胞能检测到胰岛素基因的mRNA。
(4)基因的选择性表达。
【归纳拓展】细胞分化的三个关键点：
(1)细胞分化的标志
①分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素等。
②细胞水平：形成不同种类的细胞。
(2)分化细胞表达的基因
①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。
②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。
(3)细胞分化的“变”与“不变”
①不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。
②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。
[对点精练]
1．(2021·广东学考)下列属于表观遗传现象的是 (　　)
A．基因突变使小麦获得抗病能力
B．染色体片段位置颠倒使果蝇形成卷翅
C．碱基对替换导致人患镰状细胞贫血
D．柳穿鱼Lcyc基因高度甲基化影响其表达
【答案】D　
【解析】基因突变使小麦获得抗病能力，其DNA序列发生了改变，不属于表观遗传现象，A错误；染色体片段位置颠倒使果蝇形成卷翅，其发生了染色体变异，不属于表观遗传现象，B错误；碱基对替换导致人患镰状细胞贫血，其DNA序列发生了改变，不属于表观遗传现象，C错误；柳穿鱼Lcyc基因高度甲基化影响其表达，其基因型未发生变化而表型却发生了改变，属于表观遗传现象，D正确。
2．下表是人体内的红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞内所含有的核基因及这些基因表达的情况(“＋”表示该基因能表达，“－”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是 (　　)
细胞 血红蛋白基因 胰岛素基因 抗体基因 有氧呼吸酶基因
红细胞 ＋ － － ＋
胰岛B细胞 － ① － ＋
浆细胞 － － ② ③
A. ①②③均表示“＋”
B．此表说明细胞分化导致基因的选择性表达
C．三种细胞中mRNA和蛋白质种类完全不同
D．三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是核基因种类不完全相同
【答案】A　
【解析】胰岛B细胞合成并分泌胰岛素，胰岛素基因表达；浆细胞合成、分泌抗体，抗体基因表达；三种细胞都进行有氧呼吸，有氧呼吸酶基因都表达，A正确。题表说明细胞分化是基因选择性表达的结果，B错误。三种细胞中mRNA和蛋白质种类不完全相同，有氧呼吸相关的酶相同，合成同种酶的模板mRNA相同，C错误。三种细胞是同一个体中的体细胞，基因种类相同，只是表达的基因不同，D错误。
易错易混：关于细胞分化的五个易错点
(1)分化的细胞不一定不再进行分裂，如B淋巴细胞等，接受抗原刺激后仍可再分裂。
(2)并非所有干细胞都要发生分化。干细胞分裂后一部分细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞；还有一部分保持分裂能力，用于干细胞本身的自我更新。
(3)同一个体不同类型细胞的RNA不完全相同。同一个体的体细胞中核遗传物质相同，但由于不同细胞选择性表达的基因不完全相同，因而转录生成的RNA及翻译生成的蛋白质不完全相同。
(4)分化程度高的细胞其全能性不一定低。一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达，细胞分化程度越低，全能性越高，但卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。
(5)分化不会改变遗传物质。细胞分化是基因的选择性表达，不会导致遗传物质改变。已分化的细胞都含有保持该物种遗传性所需要的全套遗传物质，因而都具有全能性。
例　下列能说明人体细胞已经发生分化的是(　　)
A．存在胰岛素基因 B．产生RNA聚合酶
C．形成组织和器官 D．进行葡萄糖氧化分解
【答案】C　
【解析】人体所有细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，都具有胰岛素基因，这与细胞分化无关；人体几乎所有细胞都能合成mRNA，因此都能产生RNA聚合酶；形成组织和器官的过程中发生了细胞分化；所有细胞均会进行细胞呼吸，分解葡萄糖。
1．细胞通过精准的调控，实现了基因对性状的控制。下列有关说法，正确的是__________。
①基因只能通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状
②同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同
③柳穿鱼花的不同形态是由一对等位基因控制的
④DNA的甲基化修饰不能遗传给后代
⑤基因能否表达是基因表达调控的唯一方式
⑥基因通常是有遗传效应的DNA片段，不同基因之间的作用可能相互影响
【答案】②⑥　
【解析】基因控制性状的途径包括直接途径和间接途径两种类型，①错误；同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同，②正确；柳穿鱼花的不同形态是表观遗传现象，不是由一对等位基因控制的，③错误；DNA的甲基化修饰能遗传给后代，④错误；基因表达调控包括基因能否表达以及表达水平的高低，⑤错误；不同基因之间的作用可能相互影响，⑥正确。
2．关于表观遗传的理解，下列说法正确的是 (　　)
A．DNA的甲基化与环境因素无关
B．DNA的甲基化影响基因的翻译过程
C．表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律
D．DNA的甲基化导致基因的碱基序列改变
【答案】C　
【解析】环境因素会影响DNA的甲基化，A项错误；DNA的甲基化影响基因的转录过程，B项错误；表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律，C项正确；DNA的甲基化不会导致基因的碱基序列改变，D项错误。
3．下列有关细胞分化的分析中错误的是 (　　)
A．在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型
B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果
C．细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致细胞的形态和功能各不相同
D．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，这是细胞分化的直接原因
【答案】C　
【解析】细胞分化的过程中，细胞会在形态、结构等方面发生稳定性差异，故能够增加细胞的类型，A正确；细胞分化的过程中，细胞的功能会出现差异，细胞器的种类、数目均会发生改变，B正确；细胞分化的过程中，各种细胞的核遗传物质不发生改变，C错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，故蛋白质种类、数量的改变是细胞分化的直接原因，D正确。
4．脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲基化使基因失活，相应的非甲基化能活化基因的表达。以下推测正确的是 (　　)
A．肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态
B．肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态
C．肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D．胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
【答案】D　
【解析】分析题意可知，相应的非甲基化能活化基因的表达，肝细胞和胰岛B细胞中均存在呼吸酶，表明呼吸酶基因均处于非甲基化状态，肝细胞的胰岛素基因处于甲基化状态，胰岛B细胞的胰岛素基因处于非甲基化状态，A、B、C错误，D正确。
5．下列关于基因与性状的关系的叙述，错误的是 (　　)
A．基因与生物性状都是一一对应的关系
B．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制性状
C．基因可通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制性状
D．生物性状既受基因的控制，也受环境条件的影响
【答案】A　
【解析】一个性状可以受到多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状。
6．下图所示为人体内基因对性状的控制过程，下列叙述正确的是 (　　)
A．生物体中一个基因只能决定一种性状
B．基因1和基因2的遗传一定遵循基因的自由组合定律
C．①②或⑦⑥都表示基因的表达过程，但发生在不同细胞中
D．⑦→⑥→⑤过程说明基因可通过控制酶的合成，直接控制生物的性状
【答案】C　
【解析】基因与性状之间并不是简单的一一对应关系，A错误；据图无法判断基因1和基因2在染色体上的位置，因此无法判断它们的遗传是否遵循基因的自由组合定律，B错误；①②或⑦⑥都表示基因的表达过程，但发生在不同的细胞中，C正确；⑦→⑥→⑤过程说明基因可通过控制酶的合成，间接控制生物的性状，D错误。