(共71张PPT)
第三节 遗传信息控制生物的性状
第2课时 中心法则、细胞分化及表观遗传
第二章 遗传的分子基础
课标内容要求
核心素养对接
必备知识·自主预习储备
01
DNA自我复制
RNA
蛋白质
RNA
自我复制
自身
蛋白质
RNA
自身RNA
DNA
DNA
RNA
核酸
蛋白质
正常
折叠状态
蛋白质的结构
酶的合成
代谢过程
一个
线性的
多个
多种
基因组序列
基因的表达
微RNA
mRNA
特异性
时序性
某个发育阶段
细胞分化
碱基序列
表型
可遗传
DNA甲基化
组蛋白修饰
胞嘧啶
5 甲基胞嘧啶
核小体
多种化学基团
染色质
基因Lcyc
基因Lcyc
甲基化
蜂王浆
继续
蜂王浆
花粉
花蜜
DNA甲基转移酶
甲基基团
蜂王
甲基化特征
关键能力·重难探究达成
02
核心点一
核心点二
应用创新·问题情境探究
03
学习效果·随堂评估自测
04
点击右图进入…
课
时
分
层
作
业
谢谢观看 THANK YOU!
W
浅仰芹
我仰
h
团结守纪勤学春
基因
产物
性状
A
2
B同一个基因
如控制豌豆粒
会影响多个
形的基因也决
性状
定其甜度
D
蛋白质
多个基因控制
如玉米叶绿素
合成
同一性状
的合成与50个
基因有关
心一下许多基因只控制
一个性状的表达
之0
并且不受其他基
基因与性状之间不是简单的一一对应关系
H因的干扰
转录
餐
翻译
DNA
复
RNA
李蛋白质
逆转录
中心法测
细胞分化的本质是
基因选择性表达
中心法测诠释
了基因与生物
性状的关系
表观遗传及其作用
机制第2课时 中心法则、细胞分化及表观遗传
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实现。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．生命观念——根据结构和功能观，理解细胞分化的实质和表观遗传现象。2．科学思维——通过分类与比较，明确中心法则各生理过程的异同；构建基因控制性状的模型，理解基因与性状的关系。3．社会责任——了解白化病等，关注人类健康。
一、中心法则诠释了基因与生物性状的关系
1．克里克提出的中心法则
(1)内容：遗传信息可以从DNA流向DNA(DNA自我复制)，也可以从DNA流向RNA(转录)，进而流向蛋白质(翻译)。
(2)图示：。
2．积极思维：遗传信息流是单向的吗？
(1)事实
①流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人体后，它们的RNA能够自我复制并以自身为模板指导蛋白质的合成。
②劳斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以自身RNA为模板，反向合成一段DNA，再以这段DNA为模板，互补合成病毒RNA。
③朊病毒是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的具有感染性的因子。朊病毒与正常蛋白质接触后能改变其折叠状态，将其变为朊病毒。朊病毒能引起羊瘙痒症、疯牛病。
(2)基于以上事实，完善后的中心法则图示
。
3．基因与生物性状的关系
(1)基因控制性状的两种途径
①基因蛋白质的结构生物性状。
②基因酶的合成代谢过程生物性状。
(2)一个基因一般控制一个性状。但是，基因和性状之间的关系也不总是线性的，有时多个基因控制一个性状；有时一个基因影响多种性状。
二、细胞分化的本质是基因选择性表达
1．在不同的体细胞中，虽然基因组序列都一样，但基因的表达却是有选择性的。
2．基因选择性表达的机制非常复杂，涉及多种调控方式。例如，不参与编码蛋白质的微RNA(简称miRNA)也能在转录后介导对mRNA的降解，一些miRNA具有组织特异性和时序性，即只在特定的组织或某个发育阶段起着调控作用。
3．基因选择性表达造成了细胞分化，形成了在形态、结构和功能上不同的细胞类型。不同类型的细胞形成了组织、器官(系统)和个体，因此，细胞分化是多细胞生物个体发育的基础。
三、表观遗传及其作用机制
1．表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。
2．作用机制
(1)基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。
(2)DNA甲基化主要发生在基因组DNA上某些区域的胞嘧啶上，它的第5位碳原子和甲基之间通过共价键结合，被修饰为5 甲基胞嘧啶。
(3)组蛋白修饰是指在生物体内不同酶的作用下，在核小体的组蛋白不同氨基酸中加上多种化学基团的现象。这种修饰能改变染色质状态及其开放程度，进而调控基因的表达。
3．表观遗传现象实例
(1)柳穿鱼花型改变的表观遗传现象
①对称花型的柳穿鱼，基因Lcyc甲基化水平低，基因正常表达。
②不对称花型的柳穿鱼，基因Lcyc发生了高度甲基化，引起基因表达水平下降，最终导致柳穿鱼的花器官由对称变成了不对称。
(2)蜂王与工蜂的异型分化的表观遗传现象
①营养条件：在一个蜂群中，所有刚孵化出来的幼虫都能取食蜂王浆。3天后，只有为数极少的幼虫能继续取食蜂王浆，发育为蜂王；绝大多数幼虫只能取食花粉和花蜜，发育为工蜂。
②作用机制：一些研究表明，Dnmt3蛋白是一种DNA甲基转移酶，它是Dnmt3基因的表达产物，能在没有被甲基化的DNA区域添加甲基基团。敲除Dnmt3基因后，蜜蜂幼虫发育为蜂王，这跟取食蜂王浆有相同的效果。这提示蜂王浆的作用之一应该与改变重要基因的甲基化特征有关。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．遗传信息流从DNA到RNA再到蛋白质是单向的。 ( )
2．白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。 ( )
3．某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。 ( )
4．两个个体的身高相同，二者的基因型可能相同，也可能不同。 ( )
5．人体肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。 ( )
6．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。 ( )
7．ATP合成酶基因在不同细胞中选择性表达。 ( )
8．同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。 ( )
提示：1．× 有些RNA病毒侵染宿主细胞后，能以自身RNA为模板，反向合成一段DNA。
2．× 白化病是病人体内不能合成酪氨酸酶造成的。
3．√ 4．√
5．× 基因相同，mRNA和蛋白质不完全相同。
6．× 人体每个细胞的基因都相同，表达有差异。
7．× ATP合成酶基因在不同细胞中都表达。
8．√
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
1．中心法则的内容及应用
(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
(3)HIV等逆转录病毒的中心法则
(4)高度分化的细胞内中心法则的表达式
DNARNA蛋白质
(5)能分裂的细胞内中心法则的表达式
(1)逆转录需要逆转录酶。
(2)逆转录和RNA复制只有在某些病毒复制时才能进行。
(3)哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息的传递。
2．中心法则体现了DNA的两大基本功能
(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。
(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。
3．中心法则与基因表达的关系
4．体现生物性状的物质
(1)蛋白质是生命活动的主要承担者。部分结构蛋白直接参与生物体、细胞的结构组成，基因可通过控制结构蛋白的合成直接控制生物性状。
(2)体现生物性状的部分物质的化学本质不是蛋白质，如甲状腺激素、色素、淀粉等，该类性状往往是通过基因控制酶的合成来实现的，即基因酶的合成产生该非蛋白质类物质的代谢过程控制生物性状。
1．下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？
提示：A—DNA复制；B—转录；C—RNA复制；D—逆转录；E—翻译。
2．如图表示基因与性状之间的关系示意图，据图回答下列问题：
(1)过程①和②分别代表什么过程？两者合称是什么？
提示：①代表转录，②代表翻译，两者合称基因的表达。
(2)囊性纤维化患者肺功能严重受损，其患病的直接原因和根本原因是什么？
提示：囊性纤维化的直接原因是CFTR蛋白结构异常；根本原因是编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基。
3．野生型大肠杆菌能在基本培养基上生长。用射线照射野生型大肠杆菌得到一突变株，该突变株在基本培养基上培养时必须添加氨基酸甲后才能生长，该现象说明基因是如何控制生物的性状的？
提示：突变株不能合成氨基酸甲，而氨基酸甲不能直接接受基因的控制，基因是通过控制相关酶的合成来控制氨基酸甲的合成的，所以该现象说明了基因通过控制酶的合成控制代谢过程，进而间接控制生物性状。
1．如图是4种遗传信息的流动过程，对应的叙述不正确的是( )
甲 丙
乙 丁
A．甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息的传递方向
B．乙可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向
C．丙可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向
D．丁可表示RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向
A [胰岛细胞高度分化，不能进行DNA自我复制，A错误；乙能进行逆转录过程，可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向，B正确；丙包括DNA的复制、转录和翻译，可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向，C正确；丁包括RNA的自我复制和翻译，可表示RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向，D正确。]
2．(多选)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，据图分析正确的是( )
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性状
D．基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病
ABD [由题图可知，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，导致苯丙酮尿症，A正确；由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用即需要基因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控制代谢过程，进而间接控制生物性状，C错误；基因2突变，导致酶2不能合成，从而不能形成黑色素，使人患白化病，D正确。]
细胞分化与表观遗传
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。
2．表观遗传的主要特点和表观遗传机制
(1)主要特点
①可遗传性。即通过有丝分裂或减数分裂，表观遗传引起的性状改变能在细胞或个体间世代遗传。
②可逆性。表观遗传引起的基因表达改变是可逆的。
③表观遗传中，DNA序列不发生改变。
(2)表观遗传机制
①基因转录过程的调控，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等。
②甲基化等修饰抑制了基因的表达。
3．基因与性状的关系
(1)一个基因决定一个性状(多数性状受单基因控制)。
(2)一个基因影响多个性状(如基因间相互作用)。
(3)多个基因控制一个性状(如身高、体重等)。
图解如下：
3．如表是人体内的红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞(可以分泌抗体)内所含有的部分核基因及这些基因表达的情况(“＋”表示该基因表达，“－”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是( )
基因种类 血红蛋白基因 胰岛素基因 抗体基因 有氧呼吸有关酶基因
红细胞(未成熟) ＋ － － ＋
胰岛B细胞 － ① － ＋
浆细胞(可以分泌抗体) － － ＋ ②
A．①②处均为“＋”
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和蛋白质的种类完全不同
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
A [血红蛋白基因只在未成熟的红细胞中表达，胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，抗体基因只在浆细胞中表达，有氧呼吸有关酶基因在三种细胞中均表达，则①②处均为“＋”，A正确；基因的选择性表达导致细胞分化，B错误；三种细胞中mRNA和蛋白质的种类不完全相同，C错误；三种体细胞中都含有表中所列的四种基因，因为人体细胞都来源于同一个受精卵，含有相同的遗传信息，核基因种类完全相同，三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是基因的选择性表达，D错误。]
4．柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。如图所示两株体内Lcyc基因序列相同的柳穿鱼植株A和植株B，除了花的形态结构不同外，其他方面基本相同。下列说法正确的是( )
A．柳穿鱼的叶肉细胞内不存在Lcyc基因
B．两株柳穿鱼体内的Lcyc基因表达时期相同
C．两植株杂交，F1自交的F2中没有与植株B相似的花
D．植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了
D [根据题干信息可知，植株A和植株B体内含有Lcyc基因，因此柳穿鱼的叶肉细胞内存在Lcyc基因，A错误；由题可知，柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关，而柳穿鱼植株A和植株B花的形态结构不同，因此Lcyc基因表达时期可能不同，B错误；两植株杂交，F1自交的F2会出现性状分离，可能存在与植株B相似的花，C错误；植株B的Lcyc基因不表达，可能的原因是Lcyc基因高度甲基化，不能与RNA聚合酶结合，故无法进行转录产生mRNA，也就无法进行翻译最终合成Lcyc蛋白，D正确。]
随着分子遗传学的发展，“DNA甲基化影响基因表达”的研究越来越受到关注。某种小鼠体内的A基因能控制蛋白X的合成，a基因不能控制蛋白X的合成。蛋白X是小鼠正常发育必需的一种蛋白质，缺乏时小鼠表现为个体较小(侏儒鼠)。A基因的表达受到A基因上游一段DNA序列(P序列)的调控。P序列甲基化(胞嘧啶上添加—CH3)后，A基因不能表达；P序列非甲基化时，A基因正常表达，如图。A基因的P序列在精子中是非甲基化的，传给子代后能正常表达，在卵细胞中是甲基化的，传给子代后不能表达。
A基因的P序列甲基化导致基因控制的性状发生改变，并未改变基因中的碱基序列。结合文字信息分析和比较可知，DNA甲基化影响卵细胞中基因的表达，由此推出杂交的实验结果。
1．已知基因突变是指DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变。DNA甲基化导致基因控制的性状发生改变。这种现象属于基因突变吗？请说明理由。(生命观念)
提示：不属于，DNA甲基化不改变基因的碱基序列。
2．某基因型为Aa的小鼠是侏儒鼠，产生该侏儒鼠的原因是什么？若纯合侏儒雌鼠与纯合正常雄鼠杂交得F1，F1雌雄个体间随机交配，则F2的表型及比例为多少？(科学思维)
提示：A基因来自卵细胞，P序列甲基化，A基因不能表达。F2的表型及比例为正常鼠∶侏儒鼠＝1∶1。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 要 点 强 化 识 记
1．核心概念表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。2．结论语句(1)基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。(2)基因还能通过控制酶的合成控制代谢过程，进而间接控制生物性状。(3)细胞分化的本质是基因的选择性表达，细胞分化是多细胞生物个体发育的基础。(4)基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。(5)基因并不决定一切，许多现象不能简单地用基因型决定表型的遗传学理论来解释，而更可能是DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。
1．结合下图分析，下列叙述错误的是( )
A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C．遗传信息传递到蛋白质是表型实现的基础
D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
D [生物的遗传物质是DNA或RNA，即遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，A项正确；因为密码子的简并性，转录形成的mRNA碱基序列不同，最终翻译出的蛋白质可能相同，B项正确；蛋白质是生命活动的主要承担者，即生物的表型是通过蛋白质体现的，C项正确；遗传信息是由碱基序列决定的，DNA两条单链的碱基互补配对，所含遗传信息不同，D项错误。]
2．(2021·江苏徐州期中)下列对基因、蛋白质和性状之间的关系的叙述错误的是( )
A．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性状
B．基因控制蛋白质合成一般按照“DNA→RNA→蛋白质”的途径进行
C．同一株水毛茛水面上下的叶片形状不同表明生物体的性状仅受环境的影响
D．在RNA病毒中RNA作为遗传物质控制性状
C [同一株水毛茛水面上下的叶片形状不同表明生物体的性状是基因和环境共同作用的结果，C错误。]
3．下列有关细胞分化的分析，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
C [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
D [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．SARS病毒是一种RNA病毒，其遗传物质为单股正链RNA(＋RNA)。如图为SARS病毒在宿主细胞内的增殖过程。请回答下列问题：
(1)由图可知SARS病毒的＋RNA可以直接与________(填结构)相结合，利用宿主细胞内的________作为原料合成病毒蛋白。
(2)参与过程②的酶是________，过程①和过程②中的碱基配对方式________(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。
(3)据图写出SARS病毒的遗传信息流动途径：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________(用字母、文字和箭头表示)。
[解析] (1)SARS病毒的＋RNA可以作为翻译的模板，与核糖体结合并利用宿主细胞内的(游离的)氨基酸为原料合成病毒蛋白。(2)过程②表示以RNA为模板合成RNA，该过程需要的酶是RNA复制酶，过程①和过程②均为RNA中的碱基与RNA中的碱基配对，碱基配对方式均为A—U、C—G，故碱基配对方式相同。(3)SARS病毒的遗传信息流动途径包括RNA的复制和翻译过程，图见答案。
[答案] (1)核糖体 (游离的)氨基酸 (2)RNA复制酶 相同
(3)
13/13课时分层作业(13) 中心法则、细胞分化及表观遗传
题组一 中心法则
1．下列关于大肠杆菌细胞内遗传信息传递规律的叙述，错误的是( )
A．在逆转录酶的催化下，从RNA→DNA
B．从DNA→DNA，保证了遗传信息的稳定性
C．从DNA→蛋白质，实现了基因对性状的控制
D．从DNA→tRNA，保证细胞内氨基酸的转运
A [在逆转录酶的催化下，从RNA→DNA只发生在某些病毒侵染宿主细胞的过程中，大肠杆菌属于原核生物，无此过程，A错误；从DNA→DNA，即DNA的复制，通过复制，DNA将遗传信息从亲代传给子代，保证了遗传信息的稳定性、连续性，B正确；从DNA→蛋白质，即基因的表达，基因控制生物体的性状通过控制蛋白质的合成来实现，C正确；从DNA→tRNA，即转录形成tRNA，tRNA具有转运氨基酸的功能，D正确。]
2．下图表示生物界的中心法则，有关叙述正确的是( )
A．健康的人体内可以发生图中所有过程
B．烟草花叶病毒侵入宿主细胞后发生①→②→③→④的过程
C．⑤过程需要逆转录酶的参与
D．该图揭示了遗传信息传递的一般规律
D [分析题图可知，健康的人体内可以发生图中①DNA复制、②转录和③翻译过程，A项错误；烟草花叶病毒是RNA病毒，侵入宿主细胞后发生⑤RNA复制和⑥翻译过程，B项错误；④过程需要逆转录酶的参与，C项错误。]
3．下图甲为基因表达过程，乙为中心法则图解，①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是( )
甲 乙
A．图甲一定为染色体DNA上的基因表达过程，且需要多种酶参与
B．图甲中核糖体在mRNA上的移动方向为从左到右
C．图乙中涉及碱基A与U或U与A配对的过程是②③④⑤
D．图乙表示的是克里克在1957年提出的中心法则完整图解
C [图甲可以表示原核细胞中DNA的转录和翻译过程，而原核细胞中无染色体，A项错误；图甲中根据核糖体上肽链的长短，可以判断核糖体在mRNA上的移动方向为从右到左，B项错误；②③④⑤过程分别为转录、翻译、RNA复制和逆转录过程，涉及碱基A与U或U与A配对，C项正确；克里克在1957年提出的中心法则图解只包括图乙中的①②③过程，D项错误。]
题组二 基因与生物性状的关系
4．(2021·江苏南通海门中学高一月考)如图为基因与性状的关系，请根据图示判断下列选项，其中错误的是( )
A．染色体上的所有基因都能表现出相应的性状
B．多个基因可以影响和控制一个性状
C．单个基因可以影响和控制多个性状
D．图中的产物可以是酶、激素或者抗体
A [由于基因的选择性表达，染色体上的基因不一定都能表达出相应的性状，A错误；性状E由三种基因决定，表明多个基因可以影响和控制一个性状，B正确；由题图知，性状A、B、C、D由同一种基因决定，说明单个基因可以影响和控制多个性状，C正确；图中产物的化学本质是蛋白质，可以是酶、激素或者抗体，D正确。]
5．(2021·江苏宿迁高一期末)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，从图中不能得出的结论是( )
A．花的颜色由多个基因共同控制
B．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物性状
C．生物性状由基因决定，也受环境影响
D．若基因③不表达，则基因①和基因②也不能表达
D [花青素决定花的颜色，而花青素的合成是由多个基因共同控制的，A不符合题意；基因①②③分别通过控制酶1、2、3的合成来控制花青素的合成，B不符合题意；花青素在不同酸碱条件下显示不同颜色，说明环境因素也会影响花色，C不符合题意；基因具有独立性，基因③不表达，基因①和基因②仍然能够表达，且从图中也不能看出基因③不表达，则基因①和基因②也不能表达的结论，D符合题意。]
6．豌豆的圆粒和皱粒是由等位基因R、r控制的相对性状，当R基因插入一段外来DNA片段时就成为r基因。豌豆种子圆粒性状的产生机制如图所示。请据图回答相关问题：
(1)a过程被称为________，需要用到的酶为________，与DNA复制相比，a过程特有的碱基互补配对方式是________。
(2)b过程发生的场所是________，所需要的原料是________，它是通过________转运到核糖体中。若淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b最多会有____________种tRNA参与。
(3)已知蔗糖甜度比淀粉高，所以新鲜豌豆选择________(填“圆粒”或“皱粒”)的口味更佳。图示过程体现了基因通过________________________，进而间接控制生物性状。
[解析] (1)a过程是由基因R形成单链RNA的过程，所以表示的是转录，用到的是RNA聚合酶。与DNA复制相比，此过程特有的碱基互补配对方式是A—U。(2)b过程是由mRNA形成淀粉分支酶即蛋白质的过程，即翻译，发生在核糖体上，该过程所需要的原料是氨基酸，运载氨基酸的工具是tRNA。如果淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b最多会有61种tRNA参与，因为tRNA最多有61种。(3)由图可知圆粒是因为淀粉吸水而涨大的，已知蔗糖甜度比淀粉高，所以新鲜豌豆选择皱粒的会更甜。图示过程体现的是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物性状。
[答案] (1)转录 RNA聚合酶 A—U (2)核糖体 氨基酸 tRNA 61 (3)皱粒 控制酶的合成来控制代谢过程
题组三 细胞分化的本质是基因选择性表达
7．下列有关细胞分化的叙述，不正确的是( )
A．在不同的体细胞中，虽然基因组序列都一样，但基因表达是选择性的
B．miRNA对基因的调控发生在转录后的阶段
C．同一生物个体不同的细胞中DNA、mRNA、蛋白质的种类和数量互不相同
D．细胞分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果
C [在不同的体细胞中，虽然基因组序列都一样，但基因的表达却是有选择性的，A正确；miRNA在转录后介导对mRNA的降解，从而抑制翻译过程，B正确；同一个体的不同种类细胞中，基因进行选择性表达，所以不同细胞中的mRNA和蛋白质不同，但DNA相同，C错误；细胞分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果，D正确。]
题组四 表观遗传及其作用机制
8．下列对表观遗传的叙述，错误的是( )
A．柳穿鱼Lcyc基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达
B．DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现不同的表型
C．基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关
D．构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达
B [DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。]
9．(2021·江苏淮安期末改编)黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)雌雄个体交配，产生的F1(Aa)中，不同个体出现了不同体色。研究表明，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)现象出现，甲基化不影响DNA复制。有关分析错误的是( )
A．碱基甲基化不影响碱基互补配对过程
B．甲基化是引起基因结构改变的常见原因
C．F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关
D．甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
B [由题干信息可知，碱基甲基化不影响DNA复制，而DNA复制过程中存在碱基互补配对，故碱基甲基化不影响碱基互补配对过程，A正确；据图可知，甲基化并未改变基因中碱基的数目或排列顺序，故不会引起基因结构改变，B错误；由题干信息可知，F1个体的基因型都是Aa，而A基因碱基序列相同，A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化现象出现，说明F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关，C正确；甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合，从而影响该基因的表达，造成子代体色的差异，D正确。]
10．请根据材料回答下列问题。
材料：20世纪60年代，科学家对“遗传信息如何从DNA传递到蛋白质”这一问题展开了广泛而深入的研究。科学家们经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，裂解细菌离心并分离出RNA与核糖体，分离出的RNA含有14C标记。他们把分离得到的RNA分子分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA可与噬菌体的DNA形成DNA－RNA双链杂交分子，不能与细菌的DNA结合。
(1)实验中，选择尿嘧啶作为标记物的原因是________________________，合成含14C标记的RNA分子的模板是________________________，新合成的含14C标记的RNA通常和核糖体结合在一起，开始进行______________过程。
(2)实验结果表明，DNA到蛋白质之间的遗传信息传递途径是________________(用文字和箭头表示)。
[解析] (1)材料中的实验探究的是遗传信息的表达，而尿嘧啶是RNA分子特有的碱基，因此选择尿嘧啶作为标记物。由材料信息可知，分离出的含14C标记的RNA可与噬菌体的DNA形成DNA—RNA双链杂交分子，不能与细菌的DNA结合，则合成含14C标记的RNA分子的模板为噬菌体DNA的一条链，新合成的含14C标记的RNA通常和核糖体结合在一起，进行翻译。(2)由实验过程可知，DNA通过转录生成RNA，RNA再在核糖体上通过翻译合成蛋白质，则DNA到蛋白质之间的遗传信息传递途径是DNA→RNA→蛋白质。
[答案] (1)尿嘧啶是RNA分子特有的碱基 噬菌体DNA的一条链 翻译 (2)DNA→RNA→蛋白质
11．牵牛花的颜色可随液泡中酸碱度的不同而发生变化，如液泡中的花青素在碱性环境时显蓝色，中性环境时显紫色，酸性环境时显红色，生理机制如下图所示。下列说法中正确的是( )
A．可以通过用无水乙醇提取花青素，体外模拟不同pH环境验证花色变化的机理
B．图中a、b过程是同时进行的，也能够发生在原核细胞中
C．牵牛花在清晨时开蓝花，中午转为紫色，下午则可能为红色
D．蛋白质R是一种载体蛋白，说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状
D [据图分析，a表示转录，b表示翻译，生成的蛋白质R为载体蛋白，可以协助H＋进入液泡，进而使花青素显现不同的颜色。花青素为水溶性色素，不可以用无水乙醇来提取，A项错误；在真核细胞中a、b过程不是同时进行的，B项错误；清晨，牵牛花经历了一个晚上，因为没有光，所以不能进行光合作用，只进行呼吸作用，氧化分解有机物，产生大量的二氧化碳，那么清晨的牵牛花含二氧化碳较多，二氧化碳溶于水呈酸性，使牵牛花中的花青素显红色，C项错误；蛋白质R是一种载体蛋白，说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状，D项正确。]
12．(2021·江苏苏州期中改编)SARS病毒和埃博拉病毒是威胁人类健康的高致病性RNA病毒。两种病毒侵入宿主细胞后的增殖过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．两种病毒的遗传物质均为单链RNA
B．两种病毒的RNA均需至少复制两次才能获得子代病毒RNA
C．两种病毒首次RNA复制所需的酶均在侵入宿主细胞后合成
D．SARS病毒的RNA可直接作为翻译的模板，埃博拉病毒的RNA需复制后才能作为翻译的模板
C [分析题意可知，两种病毒的遗传物质都是单链RNA，单链RNA不稳定，容易发生变异，A正确；RNA复制一次得到的RNA与亲代RNA是互补的，第二次复制得到的RNA才与亲代RNA的碱基序列保持一致，因此两种病毒的RNA均需要至少复制两次才能获得子代病毒RNA，B正确；分析可知，SARS病毒是在侵入宿主细胞后，病毒RNA上的RNA复制酶基因翻译形成RNA复制酶，而根据图示无法得知埃博拉病毒的RNA复制所需的酶是否是在宿主细胞内合成的(实际上该酶是埃博拉病毒自身携带的)，C错误；分析可知SARS病毒的RNA可直接作为翻译的模板，而埃博拉病毒的RNA经过复制后产生的mRNA才能作为翻译的模板，D正确。]
13．(多选)下列叙述错误的是( )
A．表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变
B．吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达
C．表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物整个生命活动过程中
D．基因、环境和性状之间的关系：DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动
AC [表观遗传现象中基因的碱基序列没有改变，但基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化，A错误；吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达，B正确；表观遗传现象普遍存在于自然界中，普遍存在于生物整个生命活动过程中，C错误；基因、环境和性状之间的关系：DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动，D正确。]
14．(多选)在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将来发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA上某些基因甲基化(如图所示)，进而影响基因的表达。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。下列有关叙述正确的是( )
A．据图可知，5′ 甲基胞嘧啶在DNA分子中可以与鸟嘌呤配对
B．蜂群中蜜蜂幼虫发育成蜂王可能与体内基因DNMT3被甲基化有关
C．DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合
D．被甲基化的DNA片段中碱基序列发生改变，使生物的性状也发生改变
ABC [5′ 甲基胞嘧啶在DNA分子中可以与鸟嘌呤配对，A正确；DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这说明蜂群中蜜蜂幼虫发育成蜂王可能与体内基因DNMT3被甲基化有关，B正确；DNA甲基化后能使DNA某些区域添加甲基基团，影响基因的表达，可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合，C正确；从图中可知，被甲基化的DNA片段中碱基序列未发生改变，D错误。]
15．SARS病毒是一种RNA病毒。RNA病毒可以分为多种，其中包含可进行RNA复制的病毒和逆转录病毒，这两种病毒的增殖过程如图所示。某实验小组为了探究SARS病毒是上述哪种类型的病毒，设计了模拟实验，请回答下列问题。
(1)可进行RNA复制的病毒在产生子代RNA时，需在宿主细胞内以______________为原料，至少复制________次，才能得到子代RNA分子。该病毒的遗传信息流动方向为___________________________________________________(用文字和箭头表示)。
(2)病毒增殖过程中，与可进行RNA复制的病毒相比，逆转录病毒除了额外需要________酶，其不同的碱基配对方式为__________。
(3)补充完善实验思路，并预测结果。
试管编号 加入试管的物质
甲 该病毒的核酸 带放射性的四种核糖核苷酸缓冲溶液 核酸复制、逆转录所需的酶，ATP，适宜的温度
乙 该病毒的核酸 X溶液 核酸复制、逆转录所需的酶，ATP，适宜的温度
①取两支试管分别编号为甲、乙，加入的物质如表所示，其中，X溶液为____________________________________________________________。
②保温一段时间后，将试管中的各物质分离后检测合成的核酸是否有放射性。
③若检测结果为甲试管中合成的核酸无放射性，乙试管中合成的核酸有放射性，则说明该病毒为____________。
(4)某同学按照如上设计进行实验后发现，最终甲、乙两支试管内均无法检测到子代病毒，其原因是_______________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)RNA的复制以核糖核苷酸为原料；复制第一次可以获得与其互补的RNA链，只有再复制一次才能得到子代RNA，所以至少需要复制2次；该病毒的遗传信息流动方向：。(2)病毒增殖过程中，与RNA复制病毒相比，逆转录病毒除了额外需要逆转录酶，其特有的碱基配对方式是A—T。(3)①甲试管中加入带放射性的四种核糖核苷酸缓冲溶液，则乙试管中加入带放射性的四种脱氧核苷酸的缓冲溶液与之形成对照。③若检测结果为甲试管中合成的核酸无放射性，乙试管中合成的核酸有放射性，则说明该病毒具有DNA合成的过程，即该病毒为逆转录病毒。(4)病毒需在宿主细胞内才能增殖。
[答案] (1)游离的核糖核苷酸 2 (2)逆转录 A—T (3)①带放射性的四种脱氧核苷酸的缓冲溶液 ③逆转录病毒 (4)病毒需在宿主细胞内才能增殖
7/10课时分层作业(13) 中心法则、细胞分化及表观遗传
题组一 中心法则
1．下列关于大肠杆菌细胞内遗传信息传递规律的叙述，错误的是( )
A．在逆转录酶的催化下，从RNA→DNA
B．从DNA→DNA，保证了遗传信息的稳定性
C．从DNA→蛋白质，实现了基因对性状的控制
D．从DNA→tRNA，保证细胞内氨基酸的转运
2．下图表示生物界的中心法则，有关叙述正确的是( )
A．健康的人体内可以发生图中所有过程
B．烟草花叶病毒侵入宿主细胞后发生①→②→③→④的过程
C．⑤过程需要逆转录酶的参与
D．该图揭示了遗传信息传递的一般规律
3．下图甲为基因表达过程，乙为中心法则图解，①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是( )
甲 乙
A．图甲一定为染色体DNA上的基因表达过程，且需要多种酶参与
B．图甲中核糖体在mRNA上的移动方向为从左到右
C．图乙中涉及碱基A与U或U与A配对的过程是②③④⑤
D．图乙表示的是克里克在1957年提出的中心法则完整图解
题组二 基因与生物性状的关系
4．(2021·江苏南通海门中学高一月考)如图为基因与性状的关系，请根据图示判断下列选项，其中错误的是( )
A．染色体上的所有基因都能表现出相应的性状
B．多个基因可以影响和控制一个性状
C．单个基因可以影响和控制多个性状
D．图中的产物可以是酶、激素或者抗体
5．(2021·江苏宿迁高一期末)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，从图中不能得出的结论是( )
A．花的颜色由多个基因共同控制
B．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物性状
C．生物性状由基因决定，也受环境影响
D．若基因③不表达，则基因①和基因②也不能表达
6．豌豆的圆粒和皱粒是由等位基因R、r控制的相对性状，当R基因插入一段外来DNA片段时就成为r基因。豌豆种子圆粒性状的产生机制如图所示。请据图回答相关问题：
(1)a过程被称为________，需要用到的酶为________，与DNA复制相比，a过程特有的碱基互补配对方式是________。
(2)b过程发生的场所是________，所需要的原料是________，它是通过________转运到核糖体中。若淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b最多会有____________种tRNA参与。
(3)已知蔗糖甜度比淀粉高，所以新鲜豌豆选择________(填“圆粒”或“皱粒”)的口味更佳。图示过程体现了基因通过________________________，进而间接控制生物性状。
题组三 细胞分化的本质是基因选择性表达
7．下列有关细胞分化的叙述，不正确的是( )
A．在不同的体细胞中，虽然基因组序列都一样，但基因表达是选择性的
B．miRNA对基因的调控发生在转录后的阶段
C．同一生物个体不同的细胞中DNA、mRNA、蛋白质的种类和数量互不相同
D．细胞分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果
题组四 表观遗传及其作用机制
8．下列对表观遗传的叙述，错误的是( )
A．柳穿鱼Lcyc基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达
B．DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现不同的表型
C．基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关
D．构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达
9．(2021·江苏淮安期末改编)黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)雌雄个体交配，产生的F1(Aa)中，不同个体出现了不同体色。研究表明，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)现象出现，甲基化不影响DNA复制。有关分析错误的是( )
A．碱基甲基化不影响碱基互补配对过程
B．甲基化是引起基因结构改变的常见原因
C．F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关
D．甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
10．请根据材料回答下列问题。
材料：20世纪60年代，科学家对“遗传信息如何从DNA传递到蛋白质”这一问题展开了广泛而深入的研究。科学家们经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，裂解细菌离心并分离出RNA与核糖体，分离出的RNA含有14C标记。他们把分离得到的RNA分子分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA可与噬菌体的DNA形成DNA－RNA双链杂交分子，不能与细菌的DNA结合。
(1)实验中，选择尿嘧啶作为标记物的原因是________________________，合成含14C标记的RNA分子的模板是________________________，新合成的含14C标记的RNA通常和核糖体结合在一起，开始进行______________过程。
(2)实验结果表明，DNA到蛋白质之间的遗传信息传递途径是________________(用文字和箭头表示)。
11．牵牛花的颜色可随液泡中酸碱度的不同而发生变化，如液泡中的花青素在碱性环境时显蓝色，中性环境时显紫色，酸性环境时显红色，生理机制如下图所示。下列说法中正确的是( )
A．可以通过用无水乙醇提取花青素，体外模拟不同pH环境验证花色变化的机理
B．图中a、b过程是同时进行的，也能够发生在原核细胞中
C．牵牛花在清晨时开蓝花，中午转为紫色，下午则可能为红色
D．蛋白质R是一种载体蛋白，说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状
12．(2021·江苏苏州期中改编)SARS病毒和埃博拉病毒是威胁人类健康的高致病性RNA病毒。两种病毒侵入宿主细胞后的增殖过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．两种病毒的遗传物质均为单链RNA
B．两种病毒的RNA均需至少复制两次才能获得子代病毒RNA
C．两种病毒首次RNA复制所需的酶均在侵入宿主细胞后合成
D．SARS病毒的RNA可直接作为翻译的模板，埃博拉病毒的RNA需复制后才能作为翻译的模板
13．(多选)下列叙述错误的是( )
A．表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变
B．吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达
C．表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物整个生命活动过程中
D．基因、环境和性状之间的关系：DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动
14．(多选)在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将来发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA上某些基因甲基化(如图所示)，进而影响基因的表达。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。下列有关叙述正确的是( )
A．据图可知，5′ 甲基胞嘧啶在DNA分子中可以与鸟嘌呤配对
B．蜂群中蜜蜂幼虫发育成蜂王可能与体内基因DNMT3被甲基化有关
C．DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合
D．被甲基化的DNA片段中碱基序列发生改变，使生物的性状也发生改变
15．SARS病毒是一种RNA病毒。RNA病毒可以分为多种，其中包含可进行RNA复制的病毒和逆转录病毒，这两种病毒的增殖过程如图所示。某实验小组为了探究SARS病毒是上述哪种类型的病毒，设计了模拟实验，请回答下列问题。
(1)可进行RNA复制的病毒在产生子代RNA时，需在宿主细胞内以______________为原料，至少复制________次，才能得到子代RNA分子。该病毒的遗传信息流动方向为___________________________________________________(用文字和箭头表示)。
(2)病毒增殖过程中，与可进行RNA复制的病毒相比，逆转录病毒除了额外需要________酶，其不同的碱基配对方式为__________。
(3)补充完善实验思路，并预测结果。
试管编号 加入试管的物质
甲 该病毒的核酸 带放射性的四种核糖核苷酸缓冲溶液 核酸复制、逆转录所需的酶，ATP，适宜的温度
乙 该病毒的核酸 X溶液 核酸复制、逆转录所需的酶，ATP，适宜的温度
①取两支试管分别编号为甲、乙，加入的物质如表所示，其中，X溶液为____________________________________________________________。
②保温一段时间后，将试管中的各物质分离后检测合成的核酸是否有放射性。
③若检测结果为甲试管中合成的核酸无放射性，乙试管中合成的核酸有放射性，则说明该病毒为____________。
(4)某同学按照如上设计进行实验后发现，最终甲、乙两支试管内均无法检测到子代病毒，其原因是_______________________________________________
___________________________________________________________________。
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