人教版高中生物必修二第4章第2节基因表达与性状的关系

基因表达与性状的关系【教学目标】1．知道细胞质的基因2．基因表达产物与性状的关系3．了解细胞质基因能引起的一些疾病4．了解基因的选择性表达与细胞分化的关系5．了解表观遗传的概念和实例【教学重难点】1．教学重点：（1）基因表达产物与性状的关系（2）基因的选择性表达与细胞分化的关系（3）表观遗传2．教学难点：基因表达产物与性状的关系、表观遗传【教学方法】讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳【课时安排】1课时【教学过程】回忆：DNA复制、转录、翻译三者之间的关系，它们的概念分别是：（1）DNA复制：DNA的复制过程，它是以DNA的两条链为模板，形成两个相同的子代DNA分子的过程。

（2）转录：细胞核中的转录过程，它是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则，合成RNA的过程。

（3）翻译：细胞质核糖体的翻译过程，以RNA为模板，利用游离的氨基酸，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

既然基因通过转录和翻译，最终控制了蛋白质的合成，而蛋白质是生物体生命活动的承担者和体现者。

那么，基因又是怎样来控制生物体的性状的呢？让我们带着这个问题来研究关于基因、蛋白质和性状的关系。

（一）基因表达产物与性状的关系基因与蛋白质有何关系？基因指导__蛋白质_的合成。

基因与性状有何关系？基因控制生物体的_性状_。

蛋白质与生命性状特征有何关系？蛋白质是生命活动的_体现_者和_承担_者例一：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？原来，圆粒豌豆的DNA中有一个控制编码淀粉分支酶的基因，淀粉分支酶可以控制淀粉的合成，淀粉的吸水性比较强，豌豆会因为淀粉吸水而膨胀，表现出圆粒的特征。

而皱粒豌豆的DNA比圆粒豌豆的DNA多了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因。

最终淀粉分支酶不能形成，导致细胞内淀粉含量也大大降低，所以豌豆就表现出皱缩。

例二：白化病人的白化病是因为控制酪氨酸酶的基因异常引起的。

酪氨酸酶可以将酪氨酸转变成黑色素，一般存在于正常人的皮肤、毛发等处。

第2节 基因表达与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系1．间接途径：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)途径：基因―――→控制酶的合成―――→控制代谢过程―――→控制生物体的性状。

(2)举例①豌豆的圆粒与皱粒圆粒豌豆：淀粉含量高→成熟时吸水胀大；皱粒豌豆：编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA 序列打乱→淀粉分支酶异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟时失水皱缩。

②人白化病的形成：编码酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。

2．直接途径：基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

(1)途径：基因―――→控制蛋白质的结构―――→控制生物体的性状。

(2)举例囊性纤维化：编码CFTR 蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基→CFTR 蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR 蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。

(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)基因是通过控制蛋白质的合成来控制生物性状的( )答案 (1)× (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。

二、基因的选择性表达与细胞分化1．基因类型(1)在所有细胞中都能表达的基因：指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、A TP合成酶基因。

(2)只在某类细胞中特异性表达的基因：如卵清蛋白基因、胰岛素基因。

2．细胞分化的本质：基因的选择性表达。

3．细胞分化的结果由于基因的选择性表达，导致来至同一个体的体细胞中mRNA和蛋白质不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态和功能。

高一生物必修二时间：月日课型：新授课时：1 主备人：王妍第四章第2节基因表达与性状的关系【教学目标】1、举例说明基因通过控制酶的合成或蛋白质的结构控制生物体的性状。

2、说明细胞分化是基因选择性表达的结果。

3、阐明生物体的表观遗传现象。

【教学重难点】1、教学重点(1)基因表达与性状的关系。

(2)细胞分化的实质是基因的选择性表达。

(3)表观遗传现象。

2.教学难点：表观遗传现象。

【教学流程】一、导入新课、板书课题利用“问题探讨”中的问题情境，引发学生对基因表达与表观性状关系的思考。

二、出示目标，明确任务1、理解并掌握基因表达与性状的关系。

2、识记细胞分化的实质三、学生自学、独立思考认真阅读课本P71-P74，独立思考，把知识点、重难点和疑难点作出标记，限时3分钟。

四、自学指导，紧扣教材自学指导一：阅读P71-P72页“基因表达产物与性状的关系”，回答下列问题，限时3分钟1、结合图4-9，思考豌豆出现皱粒的直接原因是什么？由此说明基因通过什么途径控制生物的性状？举例子说明？2、基因还可通过哪些途径控制生物体的性状？并说明囊性纤维化患者患病直接原因和根本原因。

自学指导二：阅读P72-P75页“基因的选择性表达与细胞分化”，回答下列问题，限时3分钟1、根据P72思考讨论，回答这3种细胞中的基因组成是否相同？他们合成的蛋白质种类是否相同？2、3种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因，但是只检测到了一种基因的mRNA，说明了什么？3、细胞中所有基因都表达吗？基因表达可分为哪几类？4、细胞分化的实质？基因选择性表达与什么有关？自学指导三：阅读P73-P74页“表观遗传”，回答下列问题，限时2分钟。

1、根据P73思考讨论，回答讨论中的3个问题。

2、什么是表观遗传？特点？3、基因与性状之间是单一对应关系吗？生物体性状完全由基因调控吗？环境对性状有无影响？举例说明。

4、基因、基因表达产物、环境与生物体性状关系？五、自学展示，精讲点拨（一）学生展示（二）点拨自学指导1点拨：囊性纤维病直接原因是CFTR蛋白结构异常，根本原因是基因缺失。

第2节基因表达与性状的关系学习目标核心素养1.阐明基因表达与性状的关系。

(重点)2.了解基因的选择性表达与细胞分化。

3.理解表观遗传。

(重点)1.结合实例，阐述基因控制性状的两种方式。

2.通过对表观遗传概念的理解，明确基因、环境与性状的关系。

一、基因表达产物与性状的关系1．基因对性状的两种控制途径(1)基因对生物性状的间接控制①实质：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。

②举例：皱粒豌豆的形成人的白化病的形成编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱↓淀粉分支酶异常，活性大大降低↓淀粉合成受阻，含量降低↓淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩控制编码酪氨酸酶的基因异常↓不能合成酪氨酸酶↓酪氨酸不能转变为黑色素↓表现出白化症状①实质：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

②实例：囊性纤维化的形成编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基↓CFTR蛋白缺少苯丙氨酸↓CFTR蛋白空间结构发生变化，导致功能异常↓患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，使肺功能严重受损2．基因与性状的关系(1)基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状，细胞内基因表达与否及表达水平的高低都是受到控制的。

(2)基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。

①一个性状可以受多个基因控制；②一个基因可以影响多个性状；③生物体的性状也不完全是由基因决定的，环境对性状也有重要影响。

二、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．细胞分化的实质：基因的选择性表达。

3．表达的基因的类型(1)在所有细胞中都能表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如ATP合成酶基因。

(2)只在某类细胞中特异性表达的基因，如胰岛素基因。

4．基因选择性表达的原因：与基因表达的调控有关。

三、表观遗传1．概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表观发生可遗传变化的现象。

2．例子：蜂群中的蜂王和工蜂。

第2节 基因表达与性状的关系[学习目标] 1.概述基因控制生物体性状的两种方式,进一步理解基因蛋白质与性状关系.2.概述基因选择性表达与细胞分化的关系.3.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.知识点一 基因表达产物与性状的关系基因控制生物性状的两条途径 (1)基因对生物性状的间接控制①实质：基因通过控制□01酶的合成来控制□02代谢过程,进而控制□03生物体的性状. ②举例(2)基因对生物性状的直接控制①实质：基因通过控制□12蛋白质的结构直接控制生物体的性状. ②举例：□13囊性纤维病. 编码CFTR 蛋白(转运蛋白)的基因缺失了□143个碱基→CFTR 蛋白在第508位缺少□15苯丙氨酸→CFTR 蛋白□16空间结构异常→CFTR 转运氯离子的功能异常→支气管中黏液增多,管腔受阻,细菌在肺部大量繁殖,最终使肺功能严重受损.问题探究 白化病与老人头发变白的原因相同吗？提示：不相同.白化病是由于编码酪氨酸酶的基因异常导致细胞缺少酪氨酸酶而缺乏黑色素；而老年人头发变白是由于细胞衰老时酪氨酸酶活性下降而缺乏黑色素.[例] 人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示.人群中,有若干种遗传病是由于苯丙氨酸的代谢缺陷所导致的.例如,苯丙氨酸的代谢产物之一苯丙酮酸在脑中积累会阻碍脑的发育,造成智力低下.下列分析不正确的是( )A ．缺乏酶①可导致病人既“白(白化病)”又“痴”B ．缺乏酶⑤可导致病人只“白”不“痴”C ．缺乏酶⑥时,婴儿使用过的尿布会留有黑色污迹(尿黑酸)D ．上述实例可以证明遗传物质通过控制酶的合成,从而控制新陈代谢和性状解题分析 本题中的每种酶只催化一种化学反应,缺乏酶①则不能合成酪氨酸,人体内的苯丙氨酸只能合成苯丙酮酸,苯丙酮酸积累造成智力低下,此时该病人既“白”又“痴”,A 正确；缺乏酶⑤只能引起酪氨酸不能转变为黑色素,故只表现为白化病,B 正确；而缺乏酶⑥时,只会引起不能合成苯丙酮酸,但其他生理过程正常,故婴儿的尿布上不会有尿黑酸,尿黑酸最终被分解为CO 2和H 2O,C 错误；该代谢过程可证明基因通过控制酶的合成来控制新陈代谢和性状,D 正确.答案 C知识点二 基因的选择性表达与细胞分化1．生物多种性状形成的基础：生物体多种性状的形成,都是以□01细胞分化为基础的. 2．表达的基因分为两类(1)在□02所有细胞中都表达的基因,指导合成的蛋白质是维持细胞□03基本生命活动所必需的,如□04核糖体蛋白基因,ATP 合成酶基因.(2)只在□05某类细胞中特异性表达的基因,如卵清蛋白基因、□06胰岛素基因. 3．细胞分化的实质：□07基因的选择性表达.基因的选择性表达与□08基因表达的调控有关.[例1] 鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白、红细胞能合成β－珠蛋白、胰岛细胞能合成胰岛素,用编码上述蛋白质基因的单链片段分别做探针,对三种细胞中提取的全部DNA的限制酶切片片段的单链进行杂交实验；用同种的三种基因的单链片段做探针,对上述三种细胞中提取的全部RNA进行杂交实验.上述实验结果如下表：下列叙述正确的是( )“＋”表示杂交过程中有杂合双链“－”表示杂交过程中有游离的单链.A．胰岛细胞中只有胰岛素基因B．上述三种细胞的分化是由于细胞在发育过程中某些基因被丢失所致C．在输卵管细胞中无β－珠蛋白基因和胰岛素基因D．在红细胞成熟过程中有选择性地表达了β－珠蛋白基因解题分析胰岛细胞是由受精卵分化来的,含有该生物全部的遗传物质,A错误；三种细胞的分化是由于基因的选择性表达,该过程中遗传物质不发生改变,B错误；输卵管细胞是由受精卵分化来的,含有该生物全部的遗传物质,包含β－珠蛋白基因和胰岛素基因,C错误；表中三类细胞都含有该生物全部的基因,但由于基因的选择性表达,输卵管细胞表达卵清蛋白基因,红细胞表达β－珠蛋白基因,胰岛细胞表达胰岛素基因,D正确.答案 D[例2] 管家基因是指所有细胞中均要表达的一类基因,其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的,而奢侈基因是指不同类型细胞中特异性表达的基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能.下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态.下列有关叙述不正确的是( )A ．基因a 属于管家基因B ．细胞B 为胰岛细胞C ．与细胞A 相比,细胞B 中含有较多的高尔基体D ．三种细胞成熟后均含有基因a 、b 、c解题分析 基因a 催化葡萄糖→丙酮酸,属于细胞呼吸的第一阶段,细胞呼吸是维持细胞基本生命活动所必需的,因此属于管家基因,A 正确；细胞B 能表达胰岛素基因,胰岛素是胰岛细胞分泌的,因此细胞B 为胰岛细胞,B 正确；细胞A 表达血红蛋白基因,血红蛋白是胞内蛋白,而细胞B 能表达胰岛素基因,胰岛素是分泌蛋白,因此与细胞A 相比,细胞B 中含有较多的高尔基体,C 正确；细胞A 表达血红蛋白基因,则细胞A 为红细胞,人成熟的红细胞无细胞核,不含基因a 、b 、c,D 错误.答案 D知识点三 表观遗传和基因与性状的关系1．基因表达的调控基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到□01调控的,这种调控会直接影响□02性状.2．表观遗传(1)定义：生物体基因的□03碱基序列保持不变,但□04基因表达和□05表型发生□06可遗传变化的现象,叫作表观遗传.(2)存在时期：表观遗传现象普遍存在于生物体的□07生长、发育和衰老的整个生命活动过程中. (3)实例：同卵双胞胎的微小差异,蜂王与工蜂在形态、结构、生理和行为上的不同.(4)总结：基因通过其表达产物——□08蛋白质来控制性状,细胞内的□09基因表达与否以及□10表达水平的高低都是受到调控的.细胞分化的实质是□11基因选择性表达的结果,表观遗传能够使生物体在□12基因的碱基序列不变的情况下发生□13可遗传的性状改变.3．基因与性状的关系(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.①1个性状可以受到□20多个基因的影响.例如人的身高.21多个性状.例如水稻中的Ghd7基因.②1个基因也可以影响□(2)生物体的性状也不完全由基因决定,□22环境对性状也有着重要影响.例如,后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用.24基因与基因表达产物、□25基因与环境之间存在着复杂的相互作用,这种相(3)总结：□23基因与基因、□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.易错判断1．表观遗传是不依赖于DNA序列变化的遗传现象.(√)2．DNA甲基化会改变基因的表达,导致基因控制的性状发生改变.(√)[例1] 黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的F1(Aa)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,甲基化不影响基因DNA复制.有关分析错误的是( )A．F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关B．甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合C．碱基甲基化不影响碱基互补配对过程D．甲基化是引起基因突变的常见方式解题分析不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,A基因上的二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化现象,显然体色差异与A基因甲基化程度有关,A正确；RNA聚合酶与该基因的启动子结合可以启动转录,启动子部位甲基化可能会导致RNA聚合酶不能与该基因的结合,B正确；碱基甲基化不影响DNA复制过程,而DNA复制过程有碱基互补配对过程,故碱基甲基化不影响碱基互补配对过程,C正确；基因突变是基因中碱基增添、缺失或替换导致基因结构的改变,而基因中碱基甲基化后基因序列不变,所以不属于基因突变,D错误.答案 D[例2] DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一.在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性.下列相关叙述不正确的是( ) A．DNA甲基化,会导致基因碱基序列的改变B．DNA甲基化,会导致mRNA合成受阻C．DNA甲基化,可能会影响生物的性状D．DNA甲基化,可能会影响细胞分化解题分析DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,这不会导致基因碱基序列的改变,A错误；DNA甲基化,会使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性,导致mRNA合成受阻,进而导致蛋白质合成受阻,这样可能会影响生物的性状,B、C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达,而DNA甲基化会导致mRNA 合成受阻,即会影响基因表达,因此DNA甲基化可能会影响细胞分化,D正确.答案 A1．下列属于基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的实例的是( )①人类的白化病②囊性纤维病③豌豆皱粒的形成A．①② B．③ C．①③ D．②答案 D2．下面关于基因、蛋白质、性状之间关系的叙述中,错误的是( )A．生物体的一切性状完全由基因控制,与环境因素无关B．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状C．基因可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D．基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质得以表达答案 A解析环境因素可以对生物体的性状产生影响,A错误.3．有人把分化细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”.“管家基因”在所有细胞中都处于活动状态,是维持细胞基本生命活动所必需的；而“奢侈基因”只在特定组织细胞中才处于活动状态.下列属于“管家基因”指导合成的产物是( )A．ATP水解酶B．血红蛋白C．胰岛素D．抗体答案 A解析ATP水解酶基因在所有细胞中都表达,属于管家基因,A正确；血红蛋白基因只在红细胞中表达,属于奢侈基因,B错误；胰岛素基因在胰岛B细胞中特异性表达,属于奢侈基因,C错误；抗体基因在浆细胞中特异性表达,属于奢侈基因,D错误.4．下列事件中,不属于表观遗传调控的是( )A．转运RNA出现差错B．组蛋白甲基化C．DNA甲基化D．组蛋白乙酰化答案 A解析表观遗传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,tRNA 出现差错,若不是由基因改变引起的,则其不可遗传,故不属于表观遗传调控.5．下列关于基因与性状关系的叙述,错误的是( )A．一对相对性状可由多对基因控制B．一对基因可以影响多个性状C．隐性基因控制的性状不一定得到表现D．基因型相同,表现型就相同答案 D解析一对相对性状可由一对或多对基因控制,A正确；一对基因也可以影响多个性状,B正确；隐性基因控制的性状可能被显性性状所掩盖,如Aa表现为A基因控制的性状,C正确；基因型与环境条件共同决定生物性状,因此基因型相同,环境不同时,表现型不一定相同,D错误.。