新教材生物人教版必修2学案4-2基因表达与性状的关系

第2节基因表达与性状的关系核心素养能力培优知识点一基因表达产物与性状的关系1．基因控制性状的两种途径：(1)基因eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())酶的合成eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())代谢过程eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())生物体的性状。(2)基因eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())蛋白质的结构eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())生物体的性状。2．基因对性状的控制实例(连线)：答案：①—b②—b③—a1．基因控制生物性状的两种途径：途径1途径2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实例分析2．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的性状。(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eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())酶的合成eq\o(→,\s\up15(控制),\s\do15())产生该非蛋白质类物质的代谢过程eq\o(→,\s\up15(进而),\s\do15())控制性状。★思考·讨论1．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？(科学思维)提示：突变株不能合成氨基酸甲，而氨基酸甲不能直接受基因的控制，基因是通过控制相关酶的合成来控制氨基酸甲的合成的，所以说明了基因是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的。1．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，据图分析不正确的是(C)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将导致人患白化病解析：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生物代谢进而控制生物性状，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。★素养·探究——母题追问(1)科学思维——分析与综合若食物中缺乏酪氨酸，人体是否会患白化病？提示：不会，酪氨酸属于非必需氨基酸，在人体内可以转化而来。(2)社会责任——关注人体健康苯丙酮尿症患者的食物中应如何控制苯丙氨酸的含量？提示：苯丙氨酸为人体的必需氨基酸，因此苯丙酮尿症患者的食物中必须含有苯丙氨酸，但应控制苯丙氨酸的量，满足机体生命活动需要即可。2．下列关于基因、环境与蛋白质、性状关系的描述中，正确的是(C)A．基因与性状呈线性关系，即一种性状由一个基因控制B．生物有些性状可以由多个基因决定，但一个基因不会与多个性状有关C．生物的性状表现是生物的基因型和环境条件共同作用的结果D．只要基因型不同，即使环境条件相同，表型也不会相同解析：基因与性状的关系复杂，一种性状可能由一个基因控制，也可能受多个基因控制等；在生物体内，也可以是一个基因与多个性状有关；生物的性状表现既受基因型的控制，也受环境条件的影响；显性纯合子与杂合子(如基因型DD与Dd的个体)在相同的环境条件下，表型就相同。知识点二基因的选择性表达与细胞分化及表观遗传1.基因的选择性表达与细胞分化(1)生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。(2)表达基因的分类(连线)：答案：a—①②⑤b—③④(3)细胞分化的本质就是基因的选择性表达。2．表观遗传(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表达水平的高低都是受到调控的。(2)表观遗传概念：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。(3)基因与性状的关系：结合基因与性状的对应关系，判断下列说法的正误：①生物的大多数性状受核基因控制。(√)②一个基因只能控制一种性状。(×)③有些性状是由多个基因决定的。(√)④基因型相同的个体表型一定相同。(×)⑤表型相同的个体基因型不一定相同。(√)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．表观遗传机制：(1)细胞分裂、分化过程中内外因素的共同作用导致DNA甲基化、构成染色体的组蛋白的甲基化、乙酰化等修饰。(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：★思考·讨论2．同一个体不同的体细胞由于分化形成了不同的形态、结构，不同细胞形态、结构不同的根本原因和直接原因分别是什么？(科学思维)提示：不同细胞形态、结构不同的根本原因是基因的选择性表达，直接原因是合成了特定的蛋白质。3．如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，下列分析错误的是(C)A．此图能说明细胞分化的本质B．基因b可能控制RNA聚合酶的合成C．细胞中mRNA差异最大的是细胞2和4D．一般来说，这5种细胞的核遗传物质相同解析：题图显示，同一个体的5种细胞中基因表达的情况有差异，说明基因在不同细胞中选择性表达，体现了细胞分化的本质，A项正确；5种细胞中都有相关基因表达，基因表达的转录过程中有RNA聚合酶参与，说明5种细胞中都有RNA聚合酶，基因b在5种细胞中都表达了，故其可能是控制RNA聚合酶合成的基因，B项正确；细胞2和4中mRNA有2种不同，而3和4中mRNA有4种不同，C项错误；5种细胞均来源于同一个受精卵，故它们细胞核中的遗传物质通常是相同的，D项正确。★素养·探究——母题追问(1)科学思维——分析与综合细胞中的基因能否表达，受到精确的调控。基因表达的调控，可能发生在基因表达的哪些环节？提示：转录和翻译。(2)生命观念——结构与功能观根据细胞的结构和功能可以判断，5种细胞中除RNA聚合酶基因均需表达外，还可能有哪些基因均需要表达？提示：ATP合成酶基因、呼吸酶基因、解旋酶基因和核糖体蛋白基因等。4．将某人的胰岛A细胞和胰岛B细胞中的总mRNA提取出来(A－mRNA、B－mRNA)，以此为模板，在体外分别获得相应的单链DNA(A－cDNA、B－cDNA)。下列叙述错误的是(D)A．A－mRNA与B－mRNA的不同与细胞分化有关B．获得相应单链DNA的过程需要逆转录酶C．A－cDNA中不含编码胰岛素的核酸序列D．B－mRNA中指导呼吸酶合成的mRNA不能与A－cDNA形成杂交链解析：人体胰岛A细胞和胰岛B细胞具有相同的遗传信息，但遗传信息的执行情况不同，即发生了基因的选择性表达，故可以说A－mRNA与B－mRNA的不同与细胞分化有关，A正确；以RNA为模板合成DNA的过程称为逆转录，此过程需要逆转录酶的参与，B正确；胰岛A细胞也含有胰岛素基因，只是该基因不表达，即A－mRNA中不含指导胰岛素合成的mRNA，故A－cDNA中不含编码胰岛素的核酸序列，C正确；胰岛A细胞和胰岛B细胞中均含有呼吸酶，即A－mRNA和B－mRNA中均含有指导呼吸酶合成的mRNA，故B－mRNA中指导呼吸酶合成的mRNA可以与A－cDNA形成杂交链，D错误。课题调研：流程图类题目——中心法则[典范例题]下图是人体细胞内遗传信息在各种物质之间的传递过程，分析并回答有关问题：(1)除成熟红细胞外，正常人体细胞内都能进行的过程是________(填序号)。若有些肝细胞正在进行①过程，说明该细胞正在进行________。(2)②④过程发生在________侵入人体细胞的情况下，需要________________酶的参与。(3)⑤过程表示________，进行的场所是________。(4)基因对性状的控制，可以通过控制________的合成来控制代谢过程，也可以通过控制________来直接控制生物体的性状。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(抓体明点)图示过程为中心法则，表示DNA、RNA和蛋白质三者之间遗传信息的流动，图中主要涉及复制、转录、翻译、逆转录等重要过程eq\a\vs4\al(充分挖潜)根据图中箭头的方向及物质之间的相互关系，注意每个过程的起点物质和终点物质，同时联想所学知识，判断出图中各序号所表示的具体的生理过程eq\a\vs4\al(题图转换)分析题中具体问题，实现图与题互换，结合具体问题，按照要求规范作答[规范答案·警示失误](1)③⑤有丝分裂错答：第一空答为“①③⑤”错因：误以为“正常细胞”都进行有丝分裂，实际上高度分化的体细胞，如神经细胞不能进行DNA复制。(2)RNA病毒RNA复制酶和逆转录错答：第一空答为“病毒”错因：回答不全面，不准确，没有注意题中隐含信息“逆转录”，说明该病毒为RNA病毒。(3)翻译核糖体(4)酶蛋白质的结构[解题技巧]流程图是用箭头、字母、文字、数字和图形等来反映生命现象的发生、发展以及生物的结构、生理和相互联系的，能够帮助我们理解某一生命现象是按照怎样的顺序发生和发展的，能有效地概括出某一生理过程的各个阶段或某一程序的各个步骤。这类题目的一般解题思路为：(1)“抓体明点”——要抓住“流程”的主体，明确流程途径上的相关“点”及其顺序，把握这些“点”的概念、所处位置、特征等，结合题干中的文字叙述，把握流程图中流程的核心变化或重要过程，以此为主线完成图文的转换。(2)“充分挖潜”——按图中箭头指向(如箭头是双向的还是单向的，流动的是物质还是能量等)，依次获取相应步骤的信息，挖掘图中的隐含条件，联系教材中相关知识进行联想、类比和迁移，明确生命活动的发生、发展。(3)“题图转换”——对图中所涉及的问题进行综合分析，最后实现流程图和问题的转换，再结合问题，分析作答。课堂对点素养达标一、选择题1．关于表观遗传的理解，下列说法正确的是(C)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。2．下列有关细胞分化的分析中错误的是(C)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会发生改变，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。3．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(D)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。4．下列关于基因与性状的关系的叙述，错误的是(A)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。5．如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(C)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⑥⑦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⑥⑦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。6．下列有关基因表达的叙述，不正确的是(多选)(BCD)A．基因通过控制蛋白质的合成而使遗传信息得到表达B．细胞中的基因都通过控制蛋白质的合成进行了表达C．蛋白质合成旺盛的体细胞中，核DNA多，mRNA也多D．细胞出现生理功能上稳定的差异，直接原因是基因表达的差异解析：基因通过控制蛋白质的合成而使遗传信息得到表达，A项正确；细胞中的基因不一定通过控制蛋白质的合成进行表达，如转录形成tRNA和rRNA的基因，B项错误；蛋白质合成旺盛的体细胞中，核DNA不变，mRNA量增多，C项错误；成熟细胞中的基因进行了选择性表达是细胞出现生理功能上稳定差异的根本原因，直接原因是合成了特定的蛋白质，D项错误。二、非选择题7．长链非编码RNA(lncRNA)是长度大于200个碱基，具有多种调控功能的一类RNA分子。如图表示细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能的几种方式，请回答下列问题：(1)关于RNA的叙述，正确的是