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第4章基因的表达第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。自主预习探新知一、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：基因通过控制来控制，进而控制生物体的性状。酶的合成代谢过程②举例：皱粒豌豆的形成编码的基因被插入的DNA序列打乱↓异常，活性大大降低↓合成受阻，含量降低↓淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩淀粉分支酶淀粉分支酶淀粉人的白化病的形成控制编码的基因异常↓不能合成↓不能转变为黑色素↓表现出白化症状酪氨酸酶酪氨酸酶酪氨酸(2)基因对生物性状的直接控制①实质：基因通过控制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↓CFTR蛋白缺少↓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，使肺功能严重受损蛋白质的结构3个碱基苯丙氨酸2．基因与性状的关系(1)基因通过其表达产物——来控制性状，细胞内及都是受到控制的。(2)基因与性状的关系并不都是简单的关系。①一个性状可以受多个控制；②一个基因可以影响多个；③生物体的性状也不完全是由决定的，对性状也有重要影响。蛋白质基因表达与否表达水平的高低线性基因性状基因环境二、基因的选择性表达与细胞分化1．生物体多种性状的形成，都是以为基础的。2．细胞分化的实质：。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，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：与基因表达的有关。细胞分化基因的选择性表达维持细胞基本生命活动所必需的调控三、表观遗传1．概念：生物体基因的保持不变，但和发生可遗传变化的现象。2．例子：蜂群中的蜂王和工蜂。碱基序列基因表达表观判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．白化病是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的。()2．核糖体蛋白基因几乎在所有细胞中表达。()3．同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。()4．基因与性状的关系是一对一的线性关系。()5．生物性状是由基因型和环境共同控制的。()6．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。()提示：1.×白化病是基因通过控制酶的合成控制代谢过程，从而控制生物体性状的。2．√3.√4．×生物体的一种性状有时受多个基因的影响，有些基因可以影响多种性状。5．√6．√合作探究攻重难[问题探究]1．生物的性状与基因和环境之间的关系是怎样的？提示：生物的性状是基因与环境共同作用的结果。2．生物体多种性状形成的原因是什么？提示：基因的选择性表达。基因表达产物与性状的关系[归纳总结]1．基因控制性状的方式直接途径间接途径方式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图解举例囊性纤维病：CFTR基因缺失3个碱基→CFTR蛋白结构异常→功能异常白化病：酪氨酸酶基因异常→缺少酪氨酸酶→酪氨酸不能转化为黑色素→白化病2.基因、蛋白质与性状之间的关系蛋白质是生命活动的主要承担者，基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状，基因表达受环境影响，所以生物的性状是基因和环境共同作用的结果。1．下图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知()A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中B．图中①过程需要RNA聚合酶的催化，②过程不需要tRNA的协助C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同D．过程①②③表明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D[人体细胞由同一个受精卵增殖、分化而来，基因1和基因2可出现在同一细胞中；图中①过程需要RNA聚合酶的催化，②过程需要tRNA的协助；④⑤过程的结果存在差异的根本原因是基因结构的不同。]2．下图表示基因的作用与性状的表现之间的关系，下列相关叙述正确的是()A．①过程与DNA复制的共同点是都以DNA的一条链为模板，在DNA聚合酶的作用下进行B．③过程直接需要的物质或结构有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖体、酶、ATPC．人的镰状细胞贫血是通过蛋白质间接表现性状的，苯丙酮尿症是通过蛋白质直接表现性状的D．HIV、大肠杆菌及T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程B[①过程是转录，是以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下进行的，A项错误；苯丙酮尿症是患者体内某种酶的合成受阻导致的，是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的，C项错误；T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞，不能侵染人体细胞，D项错误。][问题探究]1．生物的性状只由基因决定吗？一种基因只能控制一种性状吗？提示：不是；不是。2．表现遗传基因改变了吗？提示：没改变。基因与性状的对应关系和表观遗传[归纳总结]1．基因与性状的对应关系基因与性状的关系并非简单的线性关系，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。具体关系如下图所示：此外生物的性状还受环境条件的影响，生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果，如水毛茛，其裸露于空气中的叶为卵形，而沉于水中的叶却为丝状。注：若涉及的物质并非蛋白质(如植物激素)，则基因对其控制往往是通过“控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物体的性状”这一间接途径实现的。2．表观遗传的理解(1)不变：生物体基因的碱基序列保持不变。(2)变：基因表达和表型发生可遗传变化。1．人类白化病和苯丙酮尿症是由代谢异常引起的疾病，下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图中不能得出的结论是()A[苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系，而酶的合成是由基因控制的；若基因1发生变化，则多巴胺和黑色素的合成都受影响；多巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。]A．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状B．基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状C．一个基因可以控制多种性状D．一种性状可以由多个基因控制2．果蝇的黑体(v)与灰体(V)是一对相对性状，某实验小组对果蝇的这对相对性状进行遗传研究。如果用含有某种添加剂的食物喂养果蝇，所有的果蝇都是黑体，现有一只用含有该种添加剂的食物喂养的黑体雄果蝇，请设计一个实验探究其基因型。(1)应选取____________________果蝇与待测果蝇交配。(2)用________喂养子代果蝇。(3)通过观察子代果蝇性状，推断待测果蝇的基因型：①若子代________，则待测果蝇的基因型为VV；②________________________________________________；③________________________________________________。[解析](1)检测某动物的基因型，常用测交法，即选取多只用不含添加剂的食物喂养的黑体雌果蝇(vv)与待测雄果蝇交配。(2)用不含添加剂的食物喂养子代果蝇。(3)①若子代全为灰体，则待测果蝇的基因型为VV，即VV×vv→Vv；②若子代全为黑体，则待测果蝇的基因型为vv，即vv×vv→vv；③若子代既有灰体，也有黑体，则待测果蝇的基因型为Vv，即Vv×vv→Vv、vv。[答案](1)多只用不含添加剂的食物喂养的黑体雌(2)不含添加剂的食物(3)①全为灰体②若子代全为黑体，则待测果蝇的基因型为vv③若子代既有灰体，又有黑体，则待测果蝇的基因型为Vv[课堂小结]知识网络构建核心语句归纳1.基因控制生物性状的两条途径(1)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)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，生物体多种多样的性状都是以细胞分化为基础的。3.表观遗传是指生物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，该现象普遍存在于生物体生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。4.一个基因可能控制多种性状，一种性状也可能由多个基因控制。当堂达标固双基1．下列关于基因、蛋白质和性状之间关系的叙述，不正确的是()A．基因可以决定性状B．蛋白质的结构可以直接影响性状C．基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的D．蛋白质的功能可以控制性状D[蛋白质是生物体性状的直接体现者，但蛋白质是通过基因控制合成的，因此基因才是性状的控制者。基因可通过控制蛋白质的结构直接影响性状，也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。]A[由题干信息中的“缺乏DNA修复酶”推知，该现象是基因控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状的。]2．着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病，起因于DNA损伤。科研人员深入研究后发现患者体内缺乏DNA修复酶，DNA损伤后不能修复而引起突变。这说明一些基因()A．是通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状B．是通过控制蛋白质分子的结构，从而直接控制生物的性状C．是通过控制酶的合成，从而直接控制生物的性状D．可以直接控制生物的性状，发生改变后生物的性状随之改变3．下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过程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，则瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸B[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。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③和④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→精氨酸琥珀酸的途径不能进行。]4．取同种生物的不同类型的细胞，检测细胞中1～4基因的表达情况，结果如下表。已知4种基因分别是晶状体蛋白基因、胰岛素基因、呼吸酶基因、血红蛋白基因。则基因1和基因4分别最可能的是()细胞基因胰岛细胞晶状体细胞神经细胞1＋＋＋2－＋－3＋－－4－－－(“＋”表达，“－”未表达)A．晶状体蛋白基因、呼吸酶基因B．呼吸酶基因、血红蛋白基因C．胰岛素基因、血红蛋白基因D．胰岛素基因、晶状体蛋白基因B[题述3种细胞都需要ATP，故呼吸酶基因在3种细胞中都表达，基因1为呼吸酶基因；由于基因的选择性表达，胰岛素基因、晶状体蛋白基因和血红蛋白基因只可分别在胰岛B细胞、晶状体细胞和红细胞中表达，故基因1和4分别为呼吸酶基因和血红蛋白基因，B项正确。]5．兔的毛色黑色(W)与白色(w)是一对相对性状，与性别无关。下图所示两项交配中，亲代兔A、B、P、Q均为纯合子，子代兔在不同环境下成长，其毛色如下图所示，下列分析错误的是()A．兔C和兔D的基因型相同B．兔C与兔R交配得到子代，若子代在30℃环境下成长，其毛色最可能是全为黑色C．兔C与兔R交配得到子代，若子代在－15℃环境下成长，最可能的表型及其比例为黑色∶白色＝1∶1D．由题图可知，表型是基因和环境因素共同作用的结果B[兔A、B均为纯合子，所以后代兔C与兔D的基因型均为Ww，但两者的表型不同，A项正确；兔C(Ww)与兔R(ww)交配所得子代的基因型为Ww和ww，若子代在30℃环境中成长，则Ww和ww均表现为白色，B项错误；兔C(Ww)与兔R(ww)交配所得子代的基因型为Ww和ww，若子代在－15℃环境中成长，则Ww表现为黑色，ww表现为白色，比例是1∶1，C项正确；由题图可知，表型是基因和环境因素共同作用的结果，D项正确。]6．下图代表人体内苯丙氨酸的部分代谢途径。结合图形，联系已有知识，回答以下问题：(1)某人是苯丙酮尿症患者，但肤色正常，其原因是食物中可能含有________。(2)防治苯丙酮尿症的有效方法是食疗，即要尽量减少饮食中的________的量。(3)一对正常的夫妇生了一个既患苯丙酮尿症又患白化病的女儿和一个正常的儿子。这个正常儿子的基因型