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第2节基因表达与性状的关系学有目标——新课程标准必明1.概述基因、蛋白质与性状的关系2.概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果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记在平时——核心语句必背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，叫做表观遗传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[理清主干知识]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――→控制――→控制代谢过程――→控制生物性状。(2)直接控制：基因――→控制――→控制生物性状。酶的合成蛋白质结构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。2．基因的选择性表达与基因表达的有关。三、表观遗传1．概念：生物体基因的碱基序列保持，但基因表达和表型发生的现象，叫做表观遗传。2．特点：表观遗传现象普遍存在于生物体的的整个生命活动过程中。基因的选择性表达调控不变可遗传变化生长、发育和衰老四、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的关系，一个性状可以受的影响，一个基因也可以影响。2．生物体的性状不完全是由基因决定的，对性状也有着重要影响。一一对应多个基因多个性状环境[诊断自学效果]1．判断下列叙述的正误(1)基因与性状的关系是一对一的线性关系。()(2)基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。()(3)生物体的基因型相同，表现型就一定相同。()(4)基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。()×√×√2．如图为喜马拉雅兔在受到低温作用后毛色的变化，这种变化最可能是()A．遗传对基因表达的作用B．环境对基因表达的作用C．同源染色体上基因的重排D．环境引起基因突变解析：冰块(低温)处理后毛色发生变化，该部位的基因没有变化，最可能是环境对基因表达的影响。答案：B3．(2019·太原期末)下列说法正确的是()A．生物体的性状只由基因控制B．基因和性状之间是一一对应的关系C．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状D．基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状解析：生物的性状是基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境相互作用的结果，A错误；基因与性状不是简单的线性关系，大多数情况下，一个基因控制一个性状，有的情况下，一个基因与多个性状有关，一个性状也可能由多个基因共同控制，B错误；基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，C正确；基因可以通过控制酶的合成控制细胞代谢进而间接控制生物的某些性状，D错误。答案：C4．同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是细胞分化的结果，下列说法错误的是()A．细胞分化发生在生物体的整个生命进程中B．未离体的体细胞不会表现出全能性C．细胞分化是蛋白质种类和数量改变的结果，是分化的根本原因D．细胞分化是基因选择性表达的结果解析：细胞分化发生在生物体的整个生命进程中，A正确；未离体的体细胞不会表现出全能性，离体的体细胞才会表现出全能性，B正确；细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，C错误；细胞分化是基因选择性表达的结果，D正确。答案：C新知探究一基因、蛋白质与性状的关系[在探究中学通]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种途径？另一条途径是什么？提示：图中反映了基因对性状的间接控制，即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。另一条途径是直接控制，即基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(2)牵牛花的颜色只受一对基因控制吗？提示：不是。牵牛花的颜色主要由花青素决定，而花青素的合成是由多对基因共同控制的。(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关，这说明了什么？提示：说明环境因素也会影响生物体的性状。(4)牵牛花的叶肉细胞是否也含有基因①②③？也能全部表达吗？提示：牵牛花的叶肉细胞也含有基因①②③，但不能全部表达。[在深化中提能]1．基因对性状控制的两种途径2．基因与性状的关系(1)基因与性状的关系一个基因决定一种性状多个基因决定一种性状一个基因影响多种性状(2)基因控制性状还受到环境的影响，生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果。(3)基因与基因、基因与基因表达产物、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。3．基因、蛋白质和性状的关系[典例]如图表示人体内基因对性状的控制过程。下列相关叙述正确的是()A．基因1和基因2可出现在人体内的同一个细胞中B．图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的催化C．④⑤过程形成的结果存在差异，根本原因是血红蛋白结构的不同D．①②③和①②④⑤过程均体现出基因通过控制蛋白质的结构直接控制人体的性状[解析]人体中所有的体细胞都是由受精卵有丝分裂形成的，都含有该个体全部的基因，因此基因1和基因2可出现在人体内的同一个细胞中，A正确；图中①表示转录，该过程需要RNA聚合酶的催化，②表示翻译过程，该过程需要tRNA转运氨基酸，tRNA不具有催化功能，B错误；④⑤过程形成的结果存在差异，根本原因是基因突变，C错误；图中①②④⑤途径表明基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，①②③说明基因可以通过控制酶的合成控制细胞代谢，D错误。[答案]A[在应用中落实]1．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．基因可通过控制酶的合成进而控制生物的性状C．隐性基因控制的性状不一定得到表现D．基因型相同，表型就相同解析：一对相对性状可由一对或多对基因控制；基因可通过控制酶的合成或蛋白质的结构来控制生物的性状；隐性基因控制的性状可能被显性性状掩盖，如Aa表现为A基因控制的性状；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，表型不一定相同。答案：D2．如图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。从图中可得出()A．一种物质的合成只受一个基因的控制B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达D．若基因③不存在，瓜氨酸仍可合成精氨酰琥珀酸解析：基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状。由示意图可知，精氨酸的合成需要酶①②③④的参与，而它们分别受基因①②③④的控制。基因具有一定的独立性，基因②不表达时，基因③④仍可表达，只是无法合成精氨酸。若基因③不存在，酶③不能合成，则瓜氨酸→精氨酰琥珀酸的途径不能进行。答案：B新知探究二细胞分化及表观遗传[在探究中学通]1．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＋＋＋－－＋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。分析上述检测结果，思考讨论：(1)这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？提示：输卵管细胞只能合成卵清蛋白，不能合成珠蛋白和胰岛素；红细胞只能合成珠蛋白；胰岛细胞只能合成胰岛素。(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？提示：在不同细胞内表达的基因不同。(3)该资料说明细胞分化的本质是什么？提示：细胞分化的本质就是基因的选择性表达。2．阅读教材P73“思考·讨论”，回答下列问题：(1)资料1和资料2中柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？提示：基因中的部分碱基被甲基化，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。(2)资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？提示：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。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。(3)总结表观遗传的概念。提示：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，叫做表观遗传。[在深化中提能]1．细胞分化的机制(1)不同细胞中基因“执行情况”不同，即基因选择性表达，如胰岛细胞中胰岛素基因表达，抗体基因关闭，而浆细胞则与之相反。(2)由于基因的选择性表达，导致含遗传信息相同的细胞中mRNA和蛋白质各不相同，从而导致出现细胞形态、结构或生理功能的“与众不同”(即分化)。2．对细胞分化过程的理解(1)从细胞水平分析：细胞的形态、结构和功能发生改变。(2)从亚显微结构水平分析：细胞器的数目及细胞质基质成分和功能发生改变。(3)从分子水平分析：①蛋白质角度：蛋白质种类、数量、功能发生改变。②基因角度：基因选择性表达，即遗传信息的执行情况不同，这是细胞分化的根本原因。[在应用中落实]3．下列关于细胞分化的叙述，正确的是()A．细胞分化既能使细胞数目增加，也能使细胞种类增加B．细胞分化不受遗传物质的控制C．细胞分化后细胞表面结构以及细胞器的种类和数量可能会改变D．细胞分化使细胞趋向全能化，有利于提高细胞代谢的效率解析：细胞分化能使细胞种类增加，但不能使细胞数目增加，A错误；细胞分化的实质是基因选择性表达，受遗传物质的控制，B错误；细胞分化后细胞表面结构以及细胞器的种类和数量可能会改变，C正确；细胞分化使细胞全能性降低，而不是使细胞趋向全能化，D错误。答案：C4．干细胞的研究一直是科技热点之一。干细胞是指在个体发育过程中能自我复制，并在一定条件下能分化的原始细胞。下列有关造血干细胞的说法，正确的是()A．造血干细胞比受精卵分化程度低B．造血干细胞分化出各类血细胞，表现了细胞的全能性C．细胞分化的本质是基因的选择性表达，但是人体内不同细胞中也会有相同基因的表达D．造血干细胞分化过程中遗传物质发生了改变解析：造血干细胞比受精卵分化程度高，A错误；造血干细胞分化出各类血细胞，但没有形成完整个体，因此不能表现细胞的全能性，B错误；细胞分化的本质是基因的选择性表达，但是人体内不同细胞中也会有相同基因的表达，C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，遗传物质不发生改变，D错误。答案：C