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4.2
基因表达与性状的关系
教学设计
课题
4.2基因表达与性状的关系
单元
必修2
学科
生物
年级
高中
教材分析
教材内容和地位：“基因表达与性状的关系”是现代遗传学的关键内容之一，是《基因的表达》一章的最后一部分，是对DNA的结构知识的具体应用。学习了本节的主要内容，学生才能在生物性状遗传和变异的复杂现象中，懂得遗传和变异的实质及规律。它既是前面所学蛋白质基础知识的应用，又是后面学习生物变异的理论基础，所以在知识的学习上起着承上启下的重要作用。
学习目标与核心素养
一、知识目标：(1)举例说明基因与性状的关系。（2）理解细胞分化与基因表达的关系。（3）表述表观遗传信息是如何调控基因表达的。二、能力目标：培养学生分析资料、总结归纳、得出结论的能力，提高学生的语言表达能力和合作解决问题的能力。三、情感态度与价值观：（1）认识科学研究是不断深入的，树立科学的发展观。（2）理解基因与性状关系的复杂性。生命观念：说明基因与性状的关系。科学探究：培养学生从资料中分析、获取信息的能力；引导学生从遗传现象得出基因与性状的关系，培养学生分析、归纳问题的能力。科学思维：通过了解基因与性状的关系，培养学生生命观念和理性思维。社会责任：过资料分析和学习，认同科学研究是一个不断深入、完善的过程。
重点
教学重点：基因、蛋白质与性状的关系。
难点
教学难点：基因、蛋白质与性状的关系。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
创设情境，激趣导入问题探讨：
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。这两种形态的叶，其细胞的基因组成意义吗？这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
学生观看图片思考问题，从而引出本课主题：遗传信息究竟以何种方式控制遗传的呢？
通过生活实例发出问题，抓住学生兴趣，引导学生思考基因与性状遗传的关系。
新课讲授
一、基因表达产物与性状的关系案例1：豌豆的圆粒与皱粒豌豆有圆粒与皱粒这一对相对性状，100多年前，孟德尔用遗传因子的假设作出精彩的解释，如何从基因的角度来解释这一对相对性状呢？这两种豌豆在基因有什么不同呢？同学们分析的很好！我们可以简要地用下面的图来表述：由以上分析，我们总结出如下总之：总量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。如一个发生在人类身上的例子：白化病（显示白化病患者的图片）是一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起的疾病。这类病人通常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏黑色素，因此表现为眼睛视网膜无色素，虹膜和曈孔呈现淡粉色，怕光，看东西时眼睛总是眯着。案例2：囊性纤维病囊性纤维病是北美白种人中一种常见的遗传病，主要表现为患者汗液中CI的浓度升高，支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。经硏究表明，其病因是一个控制跨膜蛋白（CFTR蛋白）合成的基因缺失了3个碱基引起的。得出结论2
：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。二、基因的选择性表达与细胞分化生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同，这是为什么呢 分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果：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，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下:讨论1.
这3种细胞中合成的蛋白质种类有么差别 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 得出结论：细胞分化的实质个体发育过程中，各种不同的分化细胞都具有相同的基因组，只是表达的基因有所不同。细胞分化是基因选择表达的结果细胞分化是由于基因选择性的表达各自持有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构与功能的差异。三、表观遗传基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的，这种调控会直接影响性状。材料1：柳穿鱼花是一种园林花卉。
如图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态绪构不同，其他方面基本相同。
科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，
F的花与植株A的相似，F自交的书中绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。材料2：某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya,却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。讨论1.上述资料中，
柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么 2.分析资料1，
F的花为什么与植株A的相似 在F,中，为什么有些植株的花与植株B的相似 3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点 这对你认识基因和性状的关系有什么启示 拓展：其他表观遗传机制必除DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和RNA调控以外，还有遗传印迹、X染色体失活、转座、负突变等。必遗传印迹、X染色体失活的本质仍为DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑。
观看“豌豆的圆粒与皱粒”的实例，思考老师提出的问题，大胆猜测：1.皱粒豌豆中的DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因。2.皱粒豌豆中淀粉分支酶不能正常合成。3.淀粉具有亲水性，能吸水膨胀，而蔗糖却不能。当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆因能有效地保留水分，表现得圆鼓鼓的。而淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩。根据分析过程，与老师一起总结出相应的总结。根据得出的结论，分析人的白化病的基因控制性状的形成过程。尝试分析第2个案例，学生尝试分析后，根据老师给出图示过程来验证自己的分析猜想；最后与老师一起得出相应的结论。综上所述：基因是通过控制蛋白质的合成来控制生物性状的。不同的蛋白质使生物表现出不同的性状，而如果蛋白质不能正常合成，则可能使生物出现异常的性状。学生结合问题思考并讨论，阅读材料寻找答案。根据老师提供的“分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果”的材料，讨论回答问题。得出：基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。基因与基因、基因与基因产物、基因与环境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。理解细胞分化的实质。学生阅读两则材料，思考并讨论问题。在老师的引导下分析材料结果的原因，与老师一起总结出表观遗传的概念：这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。像这样，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，叫作表观遗传。
通过实例引导学生思考、分析，并鼓励和肯定学生的猜想，教师最后针对分析作出总结，从而帮助学生通过案例得出结论。根据结论举出其他实例，帮助学生及时巩固结论。在案例分析的基础上趁热打铁，继续分析第二个疾病案例，引导学生尝试分析，从而带动学生积极主动获取知识，加深学习的印象。通过问题引导学生思考讨论，结合检测材料进行分析总结，帮助学生得出并内化了“基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，精细地调控着生物体的性状。”的结论。从而理解了细胞分化的实质。通过展示材料引导学生思考并讨论问题，从而分析产生该种结果的原因，最终总结得出“表观遗传”的概念，帮助学生对抽象概念的深入理解。
小刀：1.
研究发现，与圆粒豌豆的DNA相比，皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来的DNA序列，导致淀粉含量降低，蔗糖含量升高，从而不仅改变了粒形，也改变了种子的甜度。据此能得出的推论是（ ）A．皱粒豌豆的产生属于基因突变B．基因与性状都是简单的线性关系C．圆粒豌豆显饱满的原因是蔗糖含量高，保水能力强D．基因可通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状2.下列有关基因、性状和环境的叙述，正确的是（ ）A．某白化病患者其双亲正常，说明该病受环境影响B．身高由多个基因决定，同时也受环境影响C．两只残翅（隐性性状）果蝇一定具有相同的基因型D．B细胞分泌抗体与抗原刺激有关，不受基因的控制3.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；基因也能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。下列所举实例中与事实不相符的是（ ）
A．控制生成黑色素的基因异常→黑色素结构异常→白化病
B．控制血红蛋白的基因异常→血红蛋白结构异常→运输氧的能力下降→贫血症
C．控制淀粉分支酶基因异常→不能合成淀粉分支酶→淀粉含量降低→产生皱粒豌豆
D．控制跨膜蛋白基因异常→跨膜蛋白结构异常→转运氯离子功能异常→囊性纤维病
思考、回答问题
通过精选习题，检测并巩固学生课堂所学内容。
课堂小结
师（总结）：今天这节课我们了解了基因表达与性状的关系。基因通过其表达产物蛋白质来控制性状，细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下发生可贵传的性状改变。
总结、归纳本课所学
师生共同总结回顾知识，强化重点知识，加深对知识的掌握
板书
4.2
基因表达与性状的关系
21世纪教育网
www.21cnjy.com
精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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第4章
基因的表达
人教版
必修2
第2节
基因表达与性状的关系
导入：问题探讨
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。
这两种形态的叶，其细胞的基因组成意义吗？
这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
基因表达产物与性状的关系
案例1：豌豆的圆粒与皱粒
如何从基因控制性状的角度解释这一对相对性状的形成？
思考
新知讲授
编码淀粉分支酶的基因
指导
合成
DNA中插入了一段外来DNA序列
蔗糖合成淀粉
促使
引起
编码淀粉分支酶
的基因异常
淀粉分支酶不能正常合成
蔗糖含量高
蔗糖不能合成淀粉
淀粉分支酶
淀粉含量升高
基因通过控制
的合成来控制
，进而控制生物体的性状
酶
代谢过程
结论1：
例如：白化病
控制酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸不能正常转化为黑色素
酪氨酸酶不能正常合成
缺乏黑色素，表现白化病
CFTR基因缺失3个碱基
CFTR蛋白结构异常，导致功能异常
患者支气管内黏液增多
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染
案例2：囊性纤维病
基因通过控制___________________直接控制生物体的性状
蛋白质的结构
结论2：
基因的选择性表达与细胞分化
生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同，这是为什么呢
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
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，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下:
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
+++
-
-
+
说明:“+”
表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。
讨论
1.
这3种细胞中合成的蛋白质种类有么差别
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
细胞分化的实质
个体发育过程中，各种不同的分化细胞都具有相同的基因组，只是表达的基因有所不同。
细胞分化是基因选择表达的结果
细胞分化是由于基因选择性的表达各自持有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构与功能的差异。
表观遗传
基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的，这种调控会直接影响性状。
资料1：
柳穿鱼是一种园林花卉。柳穿鱼花的形态结构如图所示，除了花的形态绪构不同，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。上图所示的两株柳穿鱼，它们体内Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Leye基因不表达的原因是它被高度甲基化(Loc基因有多个碱基连接甲基基团)了。
植株A
植株B
科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，
F的花与植株A的相似，F自交的书中绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。
资料2：
某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya,却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
表现出不同毛色的Avya小鼠
研究表明，在Avy基因的前端(或称“上游”)有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，Avy
基因正常表达，小鼠表现为黄色;当这些位点甲基化后，Avy
基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。
讨论
1.上述资料中，
柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么
2.分析资料1，
F的花为什么与植株A的相似 在F,中，为什么有些植株的花与植株B的相似
3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点 这对你认识基因和性状的关系有什么启示
讨论
1.上资种中，柳鱼与小辑性状改变的原囡因是什么？
柳穿鱼花开态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小旵毛色的改变是因为Aw基因的前端有一髟影响A基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的呷基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
2.分析资料1，F1的花为什么与植物A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？
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，表现为昰性；植株β的Ly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。因岀，F1的花与植株A的相似。
F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B相似。
3资料1和资料2展示的传象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
都表现为基因碱基序列保持不变，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代岀现相同的表型。
柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。
基因表达模式
相同的基因型
不同的表现型
这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。像这样，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，叫作表观遗传(
epigeneticinheritance
)。
拓展：
其他表观遗传机制
必除DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和RNA调控以外，还有遗传印迹、X染色体失活、转座、负突变等。
必遗传印迹、X染色体失活的本质仍为DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑。
课堂小结
综上所述，基因通过其表达产物蛋白质来控制性状，细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下发生可贵传的性状改变。
1.研究发现，与圆粒豌豆的DNA相比，皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来的DNA序列，导致淀粉含量降低，蔗糖含量升高，从而不仅改变了粒形，也改变了种子的甜度。据此能得出的推论是（ ）
A．皱粒豌豆的产生属于基因突变
B．基因与性状都是简单的线性关系
C．圆粒豌豆显饱满的原因是蔗糖含量高，保水能力强
D．基因可通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状
A
课堂练习
2.下列有关基因、性状和环境的叙述，正确的是（ ）
A．某白化病患者其双亲正常，说明该病受环境影响
B．身高由多个基因决定，同时也受环境影响
C．两只残翅（隐性性状）果蝇一定具有相同的基因型
D．B细胞分泌抗体与抗原刺激有关，不受基因的控制
B
课堂练习
3.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；基因也能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。下列所举实例中与事实不相符的是（ ）
A．控制生成黑色素的基因异常→黑色素结构异常→白化病
B．控制血红蛋白的基因异常→血红蛋白结构异常→运输氧的能力下降→贫血症
C．控制淀粉分支酶基因异常→不能合成淀粉分支酶→淀粉含量降低→产生皱粒豌豆
D．控制跨膜蛋白基因异常→跨膜蛋白结构异常→转运氯离子功能异常→囊性纤维病
A
课堂练习
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