人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系导学案

这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系导学案，共12页。学案主要包含了基因表达产物与性状的关系，基因的选择性表达与细胞分化，表观遗传，基因与性状的对应关系等内容，欢迎下载使用。
一、基因表达产物与性状的关系
1．基因控制生物性状的两种途径
(1)间接控制：基因__酶的合成__代谢过程生物性状。
(2)直接控制：基因__蛋白质结构__生物性状。
2．基因控制性状的实例(连线)
二、基因的选择性表达与细胞分化
1．细胞分化的本质是__基因的选择性表达__。
2．基因的选择性表达与基因表达的__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__，但基因表达和表型发生__可遗传变化__的现象，叫作表观遗传。
2．特点：表观遗传现象普遍存在于生物体的__生长、发育和衰老__的整个生命活动过程中。
四、基因与性状的对应关系
1．基因与性状的关系并不是简单的__一一对应__的关系，一个性状可以受__多个基因__的影响，一个基因也可以影响__多个性状__。
2．生物体的性状不完全是由基因决定的，__环境__对性状也有着重要影响。
〔学霸记忆〕
1．基因控制生物体性状的途径：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；②基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2．细胞分化的本质是基因的选择性表达。
3．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。
4．基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，一个性状可以受多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状，同时环境对性状也有重要影响。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)基因都是通过控制酶的合成来控制性状的。( × )
(2)豌豆的皱粒和圆粒这对相对性状的形成说明基因可以通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物体的性状。( √ )
(3)生物的表型是生物的基因型和环境条件共同作用的结果。( √ )
(4)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。( × )
(5)表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变。( × )
(6)表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等。( √ )
〔思考〕
1．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：
(1)图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径？除此之外，另一条途径是什么？
提示：图中反映的途径是基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)牵牛花的颜色是只由一对基因控制的吗？
提示：不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。
(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关，这说明什么？
提示：生物体的性状也受环境影响。
(4)牵牛花的叶肉细胞中是否也含有基因①②③？也能全部表达吗？
提示：牵牛花的叶肉细胞中也含有基因①②③，但是由于基因进行选择性表达，这3个基因在叶肉细胞中不一定能够表达。
2．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。水中的叶比空气中的叶要细小狭长一些。
(1)水毛茛两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？(生命观念)
提示：水毛茛两种形态的叶，其细胞的基因组成是相同的。
(2)叶形的差异是否是表观遗传的结果？最可能是由什么因素引起的？(科学思维)
提示：叶形的差异不是表观遗传的结果。因为同一株植株出现不同的叶型，最可能是环境因素引起的。
课内探究·名师点睛
知识点
基因表达产物与性状的关系
要点归纳
1．实例：豌豆皱粒和白化病的形成
(1)图解：
(2)途径：基因酶的合成代谢过程生物体的性状。
2．基因与性状的关系
(1)基因与性状的关系并非简单的一一对应的线性关系，可以是多个基因决定一个性状，也可以是一个基因与多个性状有关，一个性状可受多个基因影响。
(2)生物的性状不仅由基因决定，还受环境条件的影响，是基因和环境条件共同作用的结果，即表型＝基因型＋环境条件。
(3)生物的性状是通过基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间的相互作用来精确控制的。
归纳整合
基因表达的产物对性状控制的两种方式：
典例剖析
典例1 (2022·安徽省宿州市高一期末)在豌豆粒中，由于控制合成淀粉分支酶的基因中插入外来的DNA片段而不能合成淀粉分支酶，使得豌豆粒变得皱缩。此事实说明了( C )
A．基因是生物体性状的载体
B．基因能直接控制生物体的性状
C．基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状
D．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物体的性状
[解析] 控制合成淀粉分支酶的基因中插入外来的DNA片段而不能合成淀粉分支酶，淀粉分支酶的缺乏导致细胞内淀粉含量降低，游离蔗糖的含量升高，淀粉能吸水膨胀，而蔗糖不能，使得豌豆粒变得皱缩，此事实说明基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状，故选C。
变式训练1
(2022·广西梧州市高一期末)下列关于基因与性状关系的叙述，正确的是( D )
A．基因型改变生物性状一定改变
B．生物性状改变基因型一定改变
C．基因与性状呈一对一线性关系
D．基因可间接控制生物体的性状
[解析] 基因型改变，性状不一定改变，如AA变为Aa，一般情况下，仍体现出显性性状，A错误；性状改变，基因型不一定改变，可能是环境因素导致的，如同一棵水毛茛水下和水上叶片的性状不同，就是环境因素引起的，B错误；一种性状可能由一对或多对基因控制，C错误；基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物的性状，即基因可间接控制生物体的性状，如白化病的发生，D正确。故选D。
知识点
细胞分化及表观遗传
要点归纳
1．不同基因在不同细胞中的表达：
2．细胞分化的本质：基因的选择性表达。
[易错提醒] 细胞分化结果的两点警示
(1)细胞分化后遗传物质不变，mRNA和蛋白质的种类和数量不同，细胞器的种类和数量也会不同。
(2)不同的细胞中也可能含有相同的mRNA，如细胞基本生命活动所必需的ATP合成酶基因转录的mRNA等。
3．表观遗传：
(1)概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
(2)两个实例：
归纳整合
基因型相同的生物体，性状不一定相同的原因分析：
(1)表观遗传：影响了基因的表达过程，进而影响生物性状，可遗传。
(2)环境影响：影响酶的活性进而影响代谢过程，从而影响生物性状，不可遗传。
典例剖析
典例2 (2022·山东省临沂市沂水县高一期中)下列关于基因的表达和性状的关系的说法正确的是( A )
A．某些基因能在各种分化后的细胞中都表达
B．基因控制生物的性状都是通过控制酶的合成来进行
C．表观遗传的出现是由DNA甲基化造成的
D．表观遗传会受到环境影响，不能遗传
[解析] 某些基因能在各种分化后的细胞中都表达，例如膜蛋白基因在所有细胞中都表达，A正确；基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，B错误；表观遗传的出现可以由DNA甲基化造成，也可以由染色质构象变化等造成，C错误；表观遗传会受到环境影响，能够遗传，D错误。故选A。
变式训练2
(2022·山东省临沂市罗庄区高一下学期期末)DNA甲基化是在相关酶的作用下将甲基选择性地添加到DNA上的过程，能够在不改变DNA序列的前提下，改变生物的遗传表现，是化学修饰的一种形式。DNA甲基化与很多疾病的发生有关，下列说法正确的是( D )
A．若胞嘧啶经过甲基化和脱去氨基后成为胸腺嘧啶使所在DNA的稳定性增强
B．DNA甲基化一定会使生物的性状发生改变
C．DNA甲基化会改变DNA中碱基的数量
D．若甲基化发生在原癌基因中，细胞周期可能会受到影响
[解析] 由于A－T之间有2个氢键，C－G之间有3个氢键，因此添加甲基并脱氨基后的嘧啶胞会转化为胸腺嘧啶使所在DNA的稳定性降低，A错误；DNA甲基化不一定会使生物的性状发生改变，B错误；DNA甲基化是在相关酶的作用下将甲基选择性地添加到DNA上的过程，这不会改变DNA中碱基的数量，C错误；原癌基因负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的过程，因此若DNA甲基化发生在原癌基因中，细胞周期可能会受到影响，D正确。故选D。
指点迷津·拨云见日
一、根据“图示法”理解基因表达的作用
1．基因表达控制着生物的性状：
生物的某种性状可能由一个基因控制，也可能由多个基因同时控制；基因是遗传的基本单位，具有一定的独立性，一个基因的表达可以不受其他基因的影响。
(1)性状C受基因A和B的控制，如图：
(2)基因A控制性状B和性状C，如图：
2．基因表达决定了细胞的分化：
部分基因在组成个体的全部细胞中不是都表达，有的基因只在特定的细胞中表达，即细胞分化的实质是基因的选择性表达。
(1)图示：
(2)说明：C基因在A细胞和B细胞中都表达，而A基因只在A细胞中表达，B基因只在B细胞中表达。
典例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( B )
A．若基因a～e中只有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因，则该基因最有可能是基因b
B．据图可知，这5种细胞的遗传物质各不相同
C．若细胞3为胰岛细胞，则5种基因中最可能为胰岛素基因的是基因e
D．此图能说明细胞分化的实质
[解析] 由题图可知，5种细胞表达的基因不完全相同，说明基因在不同的细胞中选择性表达。蛋白质是生命活动的主要承担者，各种细胞中都需要合成蛋白质，核糖体是蛋白质合成的场所，故各种活细胞中均会合成核糖体蛋白质，控制核糖体蛋白质合成的基因在各种细胞中均会表达，故该基因最有可能是基因b，A正确；同一生物体内不同细胞都是由同一个受精卵分裂分化形成的，都含有相同的基因，因此图示5种细胞的遗传物质相同，B错误；胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，题图中基因e只在细胞3中表达，而其他基因至少在2种不同细胞中表达，若细胞3为胰岛细胞，则5种基因中最可能为胰岛素基因的是基因e，C正确；同一个体的5种细胞中表达的基因不完全相同，说明基因在不同的细胞中选择性表达，体现了细胞分化的实质，D正确。
二、表观遗传的理解和解题方法
1．比较表观遗传与基因控制生物性状遗传：
2．表观遗传的解题方法：
(1)为了区分甲基化的基因和正常基因，可以做个标注，如正常基因为A，甲基化的基因用A°等方式表示。然后就可以按照正常的遗传解题方式进行解题。
(2)当甲基化的基因和正常基因都存在时，生物性状表现出正常基因控制的性状。
典例4 (2022·黑龙江哈尔滨高一下月考)DNA分子碱基上连接一个“—CH3”，称为DNA甲基化，基因甲基化可以导致其不能转录。下列叙述正确的是( C )
A．基因甲基化一定对生物体不利
B．基因甲基化引起的变异都能传递给子代
C．基因型相同的生物表型可能不同
D．吸烟等不良生活习惯不影响DNA甲基化水平
[解析] 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。变异的有利或有害取决于生物的生存环境，基因甲基化可能对生物体不利，也可能对生物体有利，A错误；基因甲基化若发生在体细胞中，则不能遗传给子代，B错误；表型由基因型和外界环境共同决定，因此基因型相同的生物表型可能不同，C正确；吸烟会使人的体细胞内DNA甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响，D错误。
教材问题·解疑答惑
问题探讨☞P71
1．提示：基因组成一样。
2．提示：环境影响了基因的表达，进而影响了生物的性状。
思考·讨论☞P72
1．提示：输卵管细胞合成了卵清蛋白，没有珠蛋白和胰岛素；红细胞中合成了珠蛋白，没有卵清蛋白和胰岛素；胰岛细胞合成了胰岛素，没有卵清蛋白和珠蛋白。因同一生物体不同类型的细胞中基因都是相同，但是基因进行了选择性表达。
2．提示：同一生物体不同类型的细胞中基因都是相同，但是基因进行了选择性表达。
思考·讨论☞P73
1．提示：控制性状的基因碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而影响了生物的性状。
2．提示：亲本植株A的Lcyc基因未被甲基化，可以正常表达，亲本植株B的Lcyc基因高度甲基化，不能表达，F1植株含有未甲基化的Lcyc基因和高度甲基化的Lcyc基因，未甲基化的Lcyc基因可以正常表达，F1植株的花与植株A的相似；F2植株中有仅含有正常的Lcyc基因的、仅含有甲基化的Lcyc基因的与含有正常的Lcyc基因和甲基化的Lcyc基因的，因此F2中有些植株的花与植株B的相似。
3．提示：基因相同，发生甲基化后不能正常表达，导致其性状不同，而且该性状可以遗传给子代；基因表达的产物影响了生物的性状。
批判性思维☞P74
提示：基因是内在因素，通过表达的产物来决定生物性状，环境是外在因素，通过影响基因的表达过程进而影响生物性状。
思维训练☞P75
提示：假说：高温条件下出现翅长接近正常的果蝇是环境温度影响的，其基因型不变。
解释：果蝇翅的发育需要经过酶的催化，残翅果蝇在较高温(31 ℃)时催化残翅发育的酶失去活性，从而使果蝇出现翅长接近正常的性状，但是基因型没有改变，因此子代在正常温度下仍然是残翅。
练习与应用☞P75
一、概念检测
1．(1)×
提示：基因与性状不是一一对应的关系，如人的身高就是由多个基因控制的。
(2)√
2．C 将含有人的凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中后，随着细胞有丝分裂，该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因；产生的生殖细胞中可能含有人的凝血因子基因，子代可能含有人的凝血因子基因；人的凝血因子能在羊的体内成功表达，说明人和羊共用一套遗传密码；乳汁中含有人的凝血因子但不含有凝血因子基因，基因位于细胞内，不会分泌到细胞外。
二、拓展应用
1．提示：有一定的道理，基因控制蛋白质的合成，进而控制生物的性状，导演是指导演员表演，通过演员的作品体现出来；基因可以通过控制酶的合成来影响细胞代谢，进而间接控制生物的性状，也可以通过控制蛋白质分子结构来直接控制性状。
2．(1)提示：①这些植物的某些性状可能不是由一个基因控制的或者容易受外在环境的影响，因此不能得出3∶1或者9∶3∶3∶1的比例。②这些植物不是严格的自花传粉、闭花受粉的植物，这些植物的基因型有多种，导致不能出现3∶1或者9∶3∶3∶1的比例。
(2)提示：实验具有可重复性，说明它遵循了这个实验中的必然规律，而不是偶然发生的。而遵循客观规律的实验结论也必然是可靠的、科学的。
3．提示：如果雌猫的染色体组成为XOXB，由于X染色体会在胚胎发育早期随机失活，即一条X染色体高度卷曲，失去生理活性，细胞中只有一条X染色体上的基因表达，因而猫毛色存在2种不同的表型。由于失活是随机的，所以猫毛色的颜色呈黑黄相间。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·中央民族大学附属中学高一期中)金鱼藻纯合红花(RR)与白花(rr)杂交，杂合体在强光低温下开红花，而在遮阴高温下开白花，这一事实说明( B )
A．性状的表现与基因无关
B．性状的表现由基因和环境因素共同决定
C．性状的表现由环境因素决定
D．基因组成相同，生物体的性状表现一定不同
[解析] 由题意知，金鱼藻纯合红花(RR)与白花(rr)杂交，杂合子Aa在强光低温下开红花，而在遮阴高温下开白花，这说明表型是基因型与环境共同决定的，B正确，A、C、D错误，故选B。
2．(2022·河北省唐山一中高一月考)下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是( D )
A．两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同
B．某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的
C．O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的
D．高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是由环境决定的
[解析] 基因型完全相同的两个人，可能会由于营养等环境因素的差异导致身高不同，反之，基因型不同的两个人，也可能因为环境因素导致身高相同，A正确；在缺光的环境中，绿色幼苗由于叶绿素合成受影响而变黄，B正确；O型血夫妇的基因型均为ii，两者均为纯合子，所以后代基因型仍然为ii，表现为O型血，这是由遗传因素决定的，C正确；高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，是由于亲代是杂合子，子代出现了性状分离，是由遗传因素决定的，D错误。
3．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。
4．果蝇的翅有长翅和残翅两种，分别由A和a控制。遗传学家曾做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25 ℃，将孵化后4～7天的长翅果蝇幼虫放在35～37 ℃的环境中处理6～24小时后，得到了一些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。请回答下列问题：
(1)果蝇的长翅和残翅是一对__相对__性状。控制这一性状的基因互为__等位基因__。
(2)残翅果蝇的遗传物质__未发生__(填“发生”或“未发生”)改变，因为__这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇__。
(3)温度影响果蝇翅的发育，主要是因为温度影响果蝇发育过程中__酶__的活性。而这种物质又是由基因经__转录和翻译__过程合成的。
(4)此实验说明生物的性状是由__基因和环境共同__控制的。
[解析] (1)果蝇的残翅和长翅是一对相对性状，由一对等位基因控制。(2)残翅果蝇的后代仍为长翅，这说明此过程遗传物质未发生改变。(3)果蝇翅的发育过程需要酶的催化作用，而温度又影响酶的活性，所以温度升高会影响果蝇翅的发育。(4)由题意可知生物的性状是基因和环境共同作用的结果。
课标要求
核心素养
1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因的选择性表达，生物的性状主要通过蛋白质表现。
2．概述某些基因碱基序列不变但基因表达和表型改变的表观遗传现象。
1．结合豌豆皱粒、白化病和囊性纤维化产生机理，理解生物的性状是由基因决定的。(生命观念)
2．通过分析不同类型细胞中DNA和RNA的检测结果，理解细胞分化的本质是基因的选择性表达。(科学探究)
3．结合柳穿鱼花的形态结构和小鼠的毛色的遗传，理解某些基因序列不变但表型改变的表观遗传现象。(科学思维)
类型
合成蛋白质的类型
举例
所有细胞中都表达
维持细胞基本生命活动所必需的
核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因
某类细胞中特异性表达
不是维持细胞基本生命活动所必需的
卵清蛋白基因、胰岛素基因
实例
柳穿鱼花的形态结构的遗传
某实验小鼠毛色的遗传
现象
植株A与植株B杂交，F1的花与植株A相似，F1自交，F2花的形态结构有两种
纯种的黄色体毛的小鼠(AvyAvy)与纯种的黑色体毛的小鼠(aa)杂交，子代出现了多种毛色的Avya小鼠
原因
F1中含有能表达的Lcyc基因，因此F1的花与植株A相似；依据基因分离定律，得出F2中大约3/4植株含有能表达的Lcyc基因，因此大部分植株的花与植株A相同，大约1/4的植株含有不能表达的甲基化Lcyc基因，少部分植株的花与植株B相似
Avy基因的前端有多个可发生DNA甲基化修饰的位点，这些位点甲基化后，Avy基因表达受到抑制。甲基化程度越高，Avy基因表达受抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深
项目
表观遗传
基因控制的遗传
控制性状方式
甲基化等影响基因表达
是否含有相应的基因
碱基序列
不变
改变
显隐性
隐性
显性或隐性
传递给下一代
可以
可以