《创新课堂》第4章第2节 基因表达与性状的关系 讲义（教师版）-高中生物学必修2（人教版）同步讲练测

第2节　基因表达与性状的关系
[课标内容]
1．通过结构与功能观，分析表观遗传现象和细胞分化的本质。　2.通过归纳与概括，分析基因表达产物与生物性状的关系，理解基因与性状的关系。　3.了解白化病、囊性纤维化等遗传病形成机制及发病情况，关爱人体健康。
一、基因表达产物与性状的关系
1．基因控制生物体性状的两种途径
(1)基因________________________生物体的性状。
(2)基因__________的结构生物体的性状。
2．基因对性状的控制实例[连一连]
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提示：A—b　B—b　C—a
二、基因的选择性表达与细胞分化
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三、表观遗传
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四、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一一对应的关系。
(1)一个基因一种性状。
(2)一个基因多种性状。
(3)多个基因一种性状。
　　　　　　　　　　　　 INCLUDEPICTURE "箭头a.TIF" INCLUDEPICTURE "箭头a.TIF" \* MERGEFORMAT 基因型相同，表型可能不同
(4)生物体的性状还受环境条件的影响，是________________和____________共同作用的结果。
2．基因与基因、基因与__________________、基因与________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。
[答案自填] 酶的合成　代谢过程　蛋白质　性状　相同　各不相同　特异性　基因的碱基序列　基因表达　表型　可遗传　甲基　乙酰　DNA　组蛋白　生物体的基因　环境条件　基因表达产物　环境
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(1)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)豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(　　)
(3)一个细胞中所含的基因一定都表达。(　　)
(4)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(　　)
(5)表观遗传是指基因碱基序列发生改变导致表型发生改变的现象。(　　)
(6)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。(　　)
提示：(1)×　基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；也可以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)×　豌豆粒形的形成机理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。
(3)×　基因进行选择性表达，细胞中的基因不一定都表达。
(4)√
(5)×　表观遗传是指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。
(6)×　基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，一种性状可能会由多个基因控制，一个基因可能会影响多个性状，环境的变化也会导致生物性状发生改变。
【知识框架】
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核心点一　基因表达产物与性状的关系[学生用书P90]
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豌豆的粒形有圆粒和皱粒，图甲是皱粒豌豆的形成机理；囊性纤维化是一种常见的遗传病，图乙是该病的致病机理。
结合上图回答下列问题。
(1)豌豆出现皱粒的原因是______________________________________
________________________。淀粉在细胞内具有保留水分的作用，当豌豆成熟时，淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。由此说明，基因通过控制___________________________________________，进而控制生物体的性状。
(2)囊性纤维化患者的肺功能严重受损，其患病的直接原因是______________________。根本原因是__________________________。通过囊性纤维化的致病机理可知，基因通过控制________________________________直接控制生物体的性状。
提示：(1)外来DNA序列插入编码淀粉分支酶的基因中，导致该基因控制合成的淀粉分支酶异常，活性降低，进而使淀粉含量下降　酶的合成来控制代谢过程
(2)CFTR蛋白的空间结构发生变化　编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基对　蛋白质的结构
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基因对性状控制的两种途径
(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体的性状。
(2)生物体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性状。
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1．(教材P71图4－9改编)豌豆种子有圆粒和皱粒两种，下图为圆粒种子形成机制示意图，下列相关说法错误的是(　　)
A.图中显示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
B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，细胞内淀粉的含量会上升
C.皱粒种子中蔗糖含量相对更高，味道更甜美
D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异
解析：选B。题图中显示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，A正确；当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，会导致淀粉分支酶异常，活性大大降低，从而使淀粉的含量下降，B错误；皱粒种子中淀粉含量相对较低，而蔗糖含量相对较高，种子的甜度增加，C正确；题图中①②过程分别为转录、翻译，都会发生碱基互补配对，其中转录过程中有T和A配对，而翻译过程中没有，D正确。
2．囊性纤维化是一种常见的遗传病，研究表明，在大约70%的患者中，编码CFTR蛋白(一种跨膜蛋白)的基因模板链上缺失AAA或AAG三个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，进而影响了CFTR蛋白的结构，使CFTR蛋白转运氯离子的功能异常，该病目前还没有有效的治疗措施。下列相关分析错误的是(　　)
A.编码苯丙氨酸的密码子为AAA或AAG
B.氨基酸的排列顺序影响蛋白质的空间结构
C.基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
D.细胞中合成CFTR蛋白需要3种RNA参与
答案：A
核心点二　基因的选择性表达与细胞分化[学生用书P91]
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科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛细胞，并对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示：
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 ＋＋＋ － ＋ －
胰岛细胞 ＋＋＋ － － ＋
注：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。
(1)这3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？
(2)3种细胞中有表达情况相同的基因吗？试举例说明。
(3)请简述细胞分化过程中的“变”与“不变”。
(4)该资料说明细胞分化的本质是什么？
提示：(1)这3种细胞都属于鸡的体细胞，由受精卵分裂、分化而来，因此基因组成相同。它们合成的蛋白质种类不同。
(2)有。核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等在3种细胞中都表达。
(3)变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。
(4)基因的选择性表达。
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细胞分化过程中的两种基因及两个标志
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1．动物细胞中的一类基因是维持生存的，在各种细胞中都处于活动状态；另一类基因是选择性表达的基因。下图是能产生抗体A的细胞，关于该细胞中标出的三个基因的开闭状态，下列说法正确的是(　　)
A.其中有一个基因是打开的，即抗体A基因
B.其中有两个基因是打开的
C.其中有一个基因是打开的，即ATP合成酶基因
D.三个基因都是打开的
解析：选B。细胞只要活着就要消耗ATP进行各项生命活动，故需要不断产生ATP合成酶催化产生ATP，ATP合成酶基因是维持细胞生存的基因之一，在各种活细胞中都需要打开。胰岛素基因控制胰岛素合成，胰岛素参与血糖平衡的调节，与维持细胞生存无关，属于选择性表达的基因，在该细胞中不表达。另外，据题干信息可知，该细胞能产生抗体A，因此题图中抗体A基因在该细胞中是打开的。故题图中ATP合成酶基因和抗体A基因在该细胞中是打开的，B符合题意。
2．据下表数据分析，下列叙述错误的是(　　)
器官或细胞 眼 唾液腺 皮肤 甲状腺 血细胞 心脏
所表达基因的估计数目 1 932 186 3 043 2 381 23 505 9 400
A.人体各器官表达的基因数目有差异是基因选择性表达的结果
B.血细胞所表达的基因数目最多是因为其遗传物质相对含量较高
C.人体各器官表达的基因数目有差异说明细胞中所含蛋白质有差异
D.不同的细胞表达的基因不完全相同，与不同细胞具有不同的功能相适应
解析：选B。细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，其结果是形成不同的组织或器官，A正确；同一个体不同的体细胞所含的遗传物质相同，但表达的基因不同，B错误；基因表达的产物是蛋白质，所以各器官表达的基因数目有差异说明细胞中所含蛋白质有差异，C正确；不同的细胞表达的基因不完全相同，这与不同细胞具有不同的功能相适应，D正确。
核心点三　表观遗传[学生用书P92]
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阅读教材资料“柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”，回答下列问题：
(1)资料1中，柳穿鱼植株A和植株B杂交得到的F1中，Lcyc基因的表达情况如何？
(2)资料2中，某种小鼠实验中子一代的基因型均为Avya，却表现为介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型，原因是什么？
(3)下图为DNA甲基化示意图。
据图概括总结DNA甲基化的概念。DNA甲基化导致的性状改变能否遗传？
提示：(1)F1体内成对的Lcyc基因，一个来自植株A，一个来自植株B，来自植株A的Lcyc基因可正常表达，来自植株B的Lcyc基因由于被甲基化不能表达。
(2)Avy基因前端有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，该序列甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。
(3)DNA甲基化是指DNA中的碱基被选择性地加上甲基的现象。能。
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表观遗传
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1．柳穿鱼植株A和植株B花的形态结构不同，其他方面基本相同。下列叙述错误的是(　　)
A.两株柳穿鱼体内的Lcyc基因的序列相同
B.柳穿鱼的叶肉细胞内不存在Lcyc基因
C.植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了
D.两植株杂交，F2中有少部分的花与植株B相似
解析：选B。柳穿鱼的所有细胞内都有Lcyc基因。
2．(2024·广东佛山高一检测)下列现象不能用表观遗传进行解释的是(　　)
A.同卵双胞胎个体间存在微小的差异
B.小鼠Avy基因甲基化程度越高，小鼠的毛色越深
C.将残翅果蝇幼虫放在31 ℃环境中培养，能得到正常翅果蝇
D.长期吸烟导致体细胞内DNA的甲基化水平升高而引发疾病
解析：选C。同卵双胞胎的基因组成相同，因此他们之间的微小差异可能与表观遗传有关，A不符合题意；小鼠Avy基因上游调控序列的甲基化水平不同，间接影响了Avy基因的表达，调控序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠毛色越深，B不符合题意；残翅性状由基因决定，但也受环境温度影响，说明基因控制生物的性状，而性状的形成受环境的影响，该现象不属于表观遗传，C符合题意；长期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产生影响而引发疾病，D不符合题意。
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "随堂效果检测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "随堂效果检测LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5([学生用书P93]))
1．(教材P75“概念检测”T1改编)下列有关基因、蛋白质和性状之间关系的叙述，错误的是(　　)
A.基因可以通过指导蛋白质的合成来控制生物的性状
B.基因与性状的关系并不都是简单的线性关系
C.生物的性状都是由蛋白质结构直接体现的
D.性状是基因与环境共同作用的结果
解析：选C。基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，还可以通过控制酶的合成，间接控制生物的性状，A正确，C错误；生物的性状是由基因和环境共同决定的，基因与性状的关系不是简单的线性关系，B、D正确。
2．(2024·北京密云区高一检测)基因表达与性状的关系如下图所示，下列相关叙述正确的是(　　)
A.①过程表示基因的选择性表达，不同细胞中表达的基因都不相同
B.某段DNA发生甲基化后，通过①②过程一定不会形成蛋白质
C.豌豆的圆粒和皱粒性状属于基因间接控制生物性状的实例
D.若某段DNA上发生核苷酸序列改变，则形成的蛋白质一定会改变
解析：选C。①过程是转录，不同细胞中表达的基因不完全相同，A错误；某段DNA发生甲基化现象后通过①②过程也可以形成蛋白质，只是形成的蛋白质数量可能减少，B错误；皱粒豌豆中淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，使细胞内淀粉含量降低而失水皱缩，豌豆的圆粒和皱粒性状属于基因间接控制生物性状的实例，C正确；若某段DNA上的非基因部分发生核苷酸序列改变，则形成的蛋白质不会改变，D错误。
3．(2024·山西太原高一期末)下图为某一人体的肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞产生过程的模式图。据图分析，下列有关这三类细胞的叙述，正确的是(　　)
A.一般来说，含有的遗传信息相同
B.含有的mRNA完全相同
C.含有的蛋白质种类完全相同
D.形成的原因是基因的选择性丢失
解析：选A。分析题图可知，同一个体肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞所含的基因种类相同，但表达的基因种类不同，故三种细胞的产生是基因选择性表达的结果，A正确，D错误；同一个体的不同体细胞内所含的遗传信息相同，但由于基因的选择性表达，转录形成的mRNA不完全相同，指导合成的蛋白质种类也不完全相同，B、C错误。
4．(2024·黑吉辽选择考)下图表示DNA半保留复制和甲基化修饰过程。研究发现，50岁同卵双胞胎间基因组DNA甲基化的差异普遍比3岁同卵双胞胎间的差异大。下列叙述正确的是(　　)
A.酶E的作用是催化DNA复制
B.甲基是DNA半保留复制的原料之一
C.环境可能是引起DNA甲基化差异的重要因素
D.DNA甲基化不改变碱基序列和生物个体表型
解析：选C。由题图可知，酶E的作用是催化DNA甲基化，A错误；DNA半保留复制的原料为四种脱氧核糖核苷酸，没有甲基，B错误；“研究发现，50岁同卵双胞胎间基因组DNA甲基化的差异普遍比3岁同卵双胞胎间的差异大”，说明环境可能是引起DNA甲基化差异的重要因素，C正确；DNA甲基化不改变碱基序列，但会影响生物个体表型，D错误。
5．牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图，从图中不能得出的是(　　)
A.花的颜色由多对基因共同控制
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢
C.若基因①不表达，则基因②和基因③不表达
D.牵牛花花瓣的颜色也受环境影响
解析：选C。花青素决定花的颜色，而花青素的合成是由多对基因共同控制的，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；基因具有独立性，基因①不表达，基因②和基因③仍然能够表达，C符合题意；花青素在酸性和碱性条件下显示不同颜色，说明环境因素也会影响花的颜色，D不符合题意。