第4章 基因的表达 试卷

第4章  基因的表达

解读章首图文

培养学习志向·勇担社会责任

章引言第一段承接第3章，首先说明DNA结构和基因本质的揭示极大地促进了生物学的研究，并提出“基因又是如何起作用的呢？”的问题，以此激发我们继续探究的兴趣，而这个问题既是本章的中心问题，也是理解基因的本质后会产生的疑问。接下来，章引言以转入苏云金杆菌抗虫蛋白基因的转基因棉创设情境，并说明转入的是基因，得到的却是蛋白质，简单回答了基因如何起作用的问题。然后，章引言给出了基因的表达的概念，呼应了本章标题。最后，章引言继续设问，3个问题分别指向本章的重要概念和学科核心素养。例如，“基因的表达过程是怎样的？”指向本章的重要概念；“为什么一种生物的基因能在另一种生物中表达呢？”“各种生物的基因表达过程有什么共同点呢？”则指向了生物进化观。由此可见，章引言围绕着重要概念和学科核心素养创设情境、设计问题，而层层递进的问题设计引导我们思考，进一步激发我们学习新知识的欲望。

与章引言凸显基因的表达相呼应的，是一幅呈现基因表达全过程(包括转录和翻译过程)的章题图。这幅图展示了分别发生在细胞核和细胞质中的转录和翻译过程，以及正在通过核孔的mRNA、正在运输氨基酸的tRNA。不仅显示了基因表达的动态过程，还渗透了结构与功能相适应的生命观念。构图设计与深邃的星空相似，增加了分子水平上基因表达的神秘感，有利于激发同学们学习的兴趣和展开丰富的想象。

章首页的小诗言简意赅地阐明了基因表达的意义和特点，提示我们思考生命为什么如此和谐与统一，为形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念作铺垫。通过阅读章首页，同学们可以初步建立遗传信息的传递和表达是一个动态过程的基本认识。

理清本章架构

初识概念体系·具备系统思维

第1节　基因指导蛋白质的合成

【主干知识梳理】

一、RNA的结构与种类

1．RNA的结构

2．RNA与DNA的比较

3．RNA的种类及其作用

(1)

(2)

(3)

二、遗传信息的转录

1．概念图解

2．过程

三、遗传信息的翻译

1．密码子

(1)概念：mRNA上决定1个氨基酸的个相邻的碱基。

(2)

2．tRNA：RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。

3．翻译

(1)概念图解

(2)过程

四、中心法则

1．提出者：克里克。

2．图解：

3．中心法则的发展

补充后的中心法则图解

4．生命是物质、能量和信息的统一体

在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。

【教材微点发掘】

1.如图为tRNA的结构示意图(教材第67页图46变式)，据图回答有关问题：

(1)图中的tRNA携带的氨基酸是甲硫氨酸，判断依据是图中tRNA的反密码子是UAC，其对应的密码子是AUG，根据密码子表可以确定AUG是甲硫氨酸的密码子。

(2)在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？

提示：tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基。在折叠区域碱基配对，存在氢键。

(3)每种tRNA只能识别并转运种氨基酸，每种氨基酸可能由一种或几种tRNA转运。

(4)为什么说tRNA是真正起“翻译”作用的结构？

提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，因此tRNA是真正起“翻译”作用的结构。

2．下图表示一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链的现象(教材第69页旁栏图)。请回答有关问题：

(1)图中每个核糖体是共同合成一条多肽链，还是分别合成一条完整的多肽链？

提示：每个核糖体分别合成一条完整的多肽链。

(2)图中合成的4条多肽链是否相同？判断依据是什么？

提示：相同，因为它们结合的模板mRNA相同。

(3)图中翻译的方向是从左向右，判断的依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

(4)图中所示的翻译特点，其意义是少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。

 教材问题提示

思考·讨论1(教材第66页)

1．可以从所需条件、过程中的具体步骤所表现出的规律等角度进行分析。例如，转录与复制都需要模板，都遵循碱基互补配对原则，等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。

2．DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶等；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。

3．转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链(非模板链)的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。

思考·讨论2(教材第67页)

1．这是一道开放性问题，可以从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子的使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。

2．这是一道开放性问题，根据这一事实能想到地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。

新知探究(一)　遗传信息的转录

【拓展·深化】

1．转录的场所、条件和产物

2．转录有关问题分析

(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。

(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。

(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。

(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。

(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。

(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。

3．三类核糖核酸的比较

[思考·探究]

(1)RNA为什么适合做DNA的信使？

提示：①RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。②RNA是另一种核酸，也是由四种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。③RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。

(2)转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？

提示：①转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。②相同点：a.碱基数目相等；b.都含A、G、C 3种碱基。不同点：RNA中含有U，DNA中含有T。

【典题·例析】

[典例1]　下列关于洋葱根尖细胞遗传信息转录过程的叙述，正确的是(　　)

A．一个DNA可转录出多个不同类型的RNA

B．以完全解开螺旋的一条脱氧核苷酸链为模板

C．转录终止时成熟的RNA从模板链上脱离下来

D．可发生在该细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中

[解析]　基因是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有多个基因，不同基因转录形成的RNA不同，因此一个DNA分子经过转录可以形成多个不同类型的RNA分子，A正确；一个DNA分子上有多个基因，转录时不会完全解开螺旋，且转录过程中边解旋边转录，B错误；真核生物细胞核内转录出的RNA，需要在核中加工后形成成熟的RNA，C错误；洋葱根尖细胞无叶绿体，D错误。

[答案]　A

[典例2]　下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是(　　)

A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右

B．图中RNA与a链碱基互补

C．图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对

D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量

[解析]　依图示可知，RNA聚合酶的移动方向是从左向右，A正确；RNA与a链上碱基除U与T不同外，其他碱基相同，不能互补，B错误；图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的U配对，C错误；RNA聚合酶本身具有解旋功能，转录不需要解旋酶的参与，D错误。

[答案]　A

易错提醒—————————————————————————————————

与转录有关的两个注意点

(1)转录时，需要解旋，但不需要解旋酶参与。因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。

(2)转录时，RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。

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【应用·体验】

1．如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．该过程可发生在线粒体内

B．该过程与DNA复制时碱基互补配对方式完全相同

C．该过程涉及ATP的消耗

D．游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞

解析：答案：B　题图所示为人体细胞中发生的转录过程。该过程主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体中，A正确；该过程的碱基互补配对方式有A—U，而DNA复制过程没有，B错误；转录过程需要消耗ATP，C正确；在转录过程中，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞，D正确。

2．下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　　)

A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来

B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补

解析：答案：C　转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，产物包括tRNA、rRNA和mRNA，A正确；三种RNA对应的基因不同，同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；真核细胞的线粒体、叶绿体中含有DNA，也可以通过转录合成RNA，C错误；转录过程遵循碱基互补配对原则，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。

新知探究(二)　遗传信息的翻译

【探究·深化】

[问题驱动]　

如图是翻译过程的示意图，请据图回答下列问题：

(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？

提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。

(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？

提示：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸；终止密码子：UAA，不编码氨基酸。

(3)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？

提示：①⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。

(4)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？

提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。

[重难点拨]　

(一)转录与翻译的比较

(二)遗传信息、密码子、反密码子的比较

(三)转录、翻译过程中的四个易错点

(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。

(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。

(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T，而是A—U。

(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。

(四)原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别

(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。

(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，即边转录边翻译。过程如图所示：

图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译，翻译的方向是从下到上。

【典题·例析】

[典例1]　下图表示某细胞内发生的一系列生理变化，X 表示某种酶。据图分析，下列有关叙述错误的是(　　)

A．X为RNA聚合酶，该酶主要在细胞核中发挥作用

B．该图中最多含5 种碱基、8种核苷酸

C．过程Ⅰ仅在细胞核内进行，过程Ⅱ仅在细胞质内进行，图示中X 和核糖体的移动方向相同

D．b部位发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C

[解析]　图中过程Ⅰ表示转录，其中a为DNA分子，b为DNA模板链，X为RNA聚合酶。转录主要在细胞核内进行，因此RNA聚合酶主要存在于细胞核，A正确。该图中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5种碱基(A、C、G、T、U)和8种核苷酸，B正确。过程Ⅰ为转录，主要在真核生物的细胞核内进行；过程Ⅱ为翻译，在细胞质中的核糖体上进行，图示中X 和核糖体的移动方向相同，C错误。b部位表示以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程，发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。

[答案]　C

[典例2]　已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的一条多肽链失去的水分子的个数为(　　)

A．20个　　　　　　　 B．15个

C．16个  D．18个

[解析]　该信使RNA碱基序列为A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……—C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子，则该序列的第6、7、8三个碱基构成起始密码子(AUG)，倒数第5、6、7三个碱基构成终止密码子(UAG)，即编码氨基酸的碱基个数为5＋40＋3＝48，则此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为48÷3＝16。该肽链在脱水缩合过程中产生的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝16－1＝15。故选B。

[答案]　B

方法规律—————————————————————————————————

基因表达过程中的相关数量计算

由上图可知，在不考虑终止密码子等条件下，基因中碱基数目∶mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝6∶3∶1。

由于在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的序列(如终止密码子)，在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA 的DNA片段。因此，如果蛋白质中的氨基酸数为n，则对应的mRNA分子中的碱基数最少为3n，DNA(基因)中的碱基数最少为6n。

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【应用·体验】

1．一个mRNA分子有m个碱基，其中(G＋C)有n个；由该mRNA指导合成的蛋白质有两条肽链。则控制该mRNA合成的DNA分子至少含有的(A＋T)数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是(　　)

A．m、(m/3)－1  B．m、(m/3)－2

C．2(m－n)、(m/3)－1  D．2(m－n)、(m/3)－2

解析：答案：D　由题意可知，mRNA分子有m个碱基且(G＋C)的数目为n，则此mRNA分子中(A＋U)的数目为(m－n)，控制其合成的DNA分子模板链中(A＋T)的数目至少为(m－n)，整个双链DNA分子中(A＋T)的数目至少为2(m－n)；由mRNA分子有m个碱基可知，以其为翻译模板可合成最多含m/3个氨基酸的蛋白质分子，而此蛋白质分子有两条肽链，则脱去的水分子数最多应为(m/3)－2。故选D。

2．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题(可能用到的密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU丝氨酸、UAC酪氨酸)：

(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有____________________________。

(2)图中含有核糖的是________(填数字)。由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________________________________________。

(3)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_________________________________________________。

解析：分析图示过程可知，a为DNA复制，b为转录，c为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译过程，即图中b和c，DNA复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。(2)RNA中含有核糖，图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的碱基顺序组成的密码子，指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸。(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基组成。

答案：(1)b、c　解旋酶和DNA聚合酶

(2)②③⑤　甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸

(3)一个密码子由三个相邻的碱基组成

新知探究(三)　中心法则及其发展

【探究·深化】

[问题驱动]　

由中心法则可知，遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。据此思考下列问题：

(1)据中心法则推测DNA、RNA产生的途径有哪些？

提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录，RNA的产生途径有RNA的复制及转录。

(2)线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？

提示：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。

(3)正常的人体细胞中可以发生哪些遗传信息的流动途径？

提示：DNA的复制、转录、翻译过程。

(4)下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？

提示：A—DNA复制，B—转录，C—RNA复制，D—逆转录，E—翻译。

[重难点拨]　

1．中心法则体现了DNA的两大基本功能

(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。

(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。

2．不同生物的遗传信息传递过程

(1)以DNA为遗传物质的生物

主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下：

(2)以RNA为遗传物质的生物

①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：

②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：

【典题·例析】

[典例1]　如图为中心法则图解，下列有关叙述正确的是(　　)

A．过程③发生在含有逆转录酶的病毒体中

B．正常植物细胞中能够体现①～⑤过程

C．①～⑤过程中都能发生碱基互补配对

D．③过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则

[解析]　由图可知，①是DNA复制、②是转录、③是逆转录、④是RNA复制、⑤是翻译。逆转录过程发生在寄主细胞中；正常植物细胞中能够体现DNA复制、转录、翻译过程，没有逆转录、RNA复制过程；DNA复制、转录、逆转录、RNA复制、翻译都能发生碱基互补配对；逆转录过程中碱基互补配对时，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的原则。故选C。

[答案]　C

[典例2]　如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是(　　)

A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸

B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶

C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸

D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶

[解析]　若X是mRNA，Y 是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此管内必须加入氨基酸，A符合题意；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，因此不需要加入逆转录酶，而需要加入RNA聚合酶等，B不符合题意；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此不需要加入脱氧核苷酸，C不符合题意；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，因此需要加入逆转录酶，D不符合题意。

[答案]　A

方法规律—————————————————————————————————

“三看法”判断中心法则各过程

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【应用·体验】

1．下图表示生物界的中心法则，下列有关叙述正确的是(　　)

A．健康的人体内可以发生图中所有过程

B．烟草花叶病毒侵入宿主细胞后发生①→②→③→④的过程

C．⑤过程需要逆转录酶的参与

D．该图揭示了遗传信息传递的一般规律

解析：答案：D　分析题图可知，健康的人体内可以发生图中①DNA复制、②转录和③翻译过程，A错误。烟草花叶病毒是RNA病毒，侵入宿主细胞后发生⑤RNA复制和⑥翻译过程，B错误。④逆转录过程需要逆转录酶的参与，C错误。该图揭示了遗传信息传递的一般规律，D正确。

2．下面是几种抗菌药物的抗菌机理以及中心法则的图解。

①青霉素：抑制细菌细胞壁的合成；②环丙沙星：抑制细菌DNA解旋酶的活性；③红霉素：能与细菌细胞中的核糖体结合以阻止其发挥作用；④利福平：抑制RNA聚合酶的活性。下列有关说法错误的是(　　)

A．环丙沙星会抑制a过程，利福平将会抑制b过程

B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递和表达的作用

C．过程d涉及的氨基酸最多有20种、tRNA最多有64种

D．e过程需要逆转录酶

解析：答案：C　由题干信息可知，环丙沙星会抑制细菌DNA解旋酶的活性，故可抑制细菌DNA的复制过程(a过程)。利福平会抑制RNA聚合酶的活性，故可抑制DNA的转录过程(b过程)。红霉素能与核糖体结合以阻止其发挥作用，故可抑制细菌的翻译过程(d过程)。青霉素抑制细菌细胞壁的合成，其不影响遗传信息的传递和表达过程。e过程是逆转录过程，需要逆转录酶。翻译过程涉及的氨基酸最多有21种、tRNA最多有61种。故选C。

科学视野——RNA干扰技术

RNA干扰是指小分子双链RNA可以特异性地降解或抑制同源mRNA表达，从而抑制或关闭特定基因表达的现象(如图)。

人们只要知道了某种疾病的致病基因，就可以设计出针对该基因mRNA的小分子干扰RNA(siRNA)，抑制或封闭该致病基因的表达，从而达到治疗疾病的目的。在理论上，通过siRNA几乎可以治疗所有的疾病，包括肿瘤、传染病、遗传性疾病等，因而siRNA受到学术界普遍的关注，是目前最为热门的生命科学研究领域，也是未来最有发展前途的新药开发领域。

【素养评价】

1．反义RNA最早是在大肠杆菌中发现的，它能与特定mRNA相结合从而抑制相关基因表达，许多实验证明真核生物中也存在反义RNA。下列有关反义RNA的叙述，不合理的是(　　)

A．反义RNA分子中，每个核糖均连接两个磷酸基团

B．反义RNA可能是相应基因中的互补链转录的产物

C．反义RNA和mRNA相结合后，导致mRNA不能和核糖体结合

D．对反义RNA的研究成果，最终可应用于肿瘤的治疗

解析：答案：A　反义RNA分子中大多数核糖都与两个磷酸相连，只有链的末端的核糖只连接一个磷酸，A错误；反义RNA能与特定mRNA相结合，说明其可能是相应基因中的互补链转录的产物，B正确；反义RNA和mRNA相结合后，导致mRNA不能和核糖体结合，从而抑制翻译过程，C正确；对反义RNA的研究成果，最终可应用于肿瘤的治疗，抑制肿瘤细胞的代谢和繁殖，D正确。

2．微RNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类重要的基因表达调控因子。如图表示线虫细胞中微RNA(lin­4)调控lin­14基因表达的相关作用机制，请回答下列问题：

(1)过程A需要以________________为原料，该过程还能发生在线虫细胞内的____________中；在过程B中能与①发生碱基互补配对的分子是________，①上同时结合多个核糖体的意义是____________________________________。

(2)图中最终形成的②③上氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。图中涉及的遗传信息的传递方向为__________________________。

(3)由图可知，微RNA(lin­4)调控基因lin­14表达的机制是RISC­miRNA复合物抑制________过程。

解析：(1)过程A是转录，转录过程除了需要酶的催化作用外，还需要四种游离的核糖核苷酸为原料，以及由ATP提供的能量等；线虫细胞是真核细胞，且是动物细胞，DNA存在于细胞核和线粒体中，因此转录过程发生的场所是细胞核和线粒体；过程B是翻译，翻译过程中mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对。①mRNA上同时结合多个核糖体的意义是利用少量的mRNA在短时间内合成大量的蛋白质。(2)②③是以同一条mRNA为模板合成的，因此最终形成的肽链②③上氨基酸序列相同。图中包含了转录和翻译过程，故涉及的遗传信息的传递方向为DNA→RNA→蛋白质。(3)分析题图可知，微RNA(lin­4)形成RISC­miRNA复合物抑制翻译过程进而调控基因lin­14的表达。

答案：(1)核糖核苷酸　线粒体　tRNA　能在短时间内合成大量的蛋白质　(2)相同　DNA→RNA→蛋白质　(3)翻译

[课时跟踪检测]

[理解·巩固·落实]

1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。

(1)遗传信息转录的产物只有mRNA。(×)

(2)转录可以在细胞核中进行，也可以发生在线粒体和叶绿体中。(√)

(3)翻译过程不需要酶的催化，但需要消耗ATP。(×)

(4)一个mRNA上可同时结合多个核糖体，共同完成一条肽链的合成。(×)

(5)正常情况下，真核生物细胞内可发生中心法则的每个过程。(×)

(6)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(×)

2．下列关于转录的叙述，正确的是(　　)

A．基因的两条链都作为转录的模板

B．遇到终止密码子时转录过程就停止

C．转录过程只可能发生在细胞核中

D．转录过程所需原料是核糖核苷酸

解析：答案：D　转录过程中，一个基因只有一条链可作为模板，A错误；遇到终止密码子时翻译过程就停止，B错误；基因的转录主要发生在细胞核中，也发生在线粒体和叶绿体中，C错误；转录合成RNA，所需原料是核糖核苷酸，D正确。

3．(2020·全国卷Ⅲ)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)

A．一种反密码子可以识别不同的密码子

B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合

C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成

D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变

解析：答案：C　由图示分析可知，I与U、C、A均能配对，因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子，A正确；密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则，碱基对之间通过氢键结合，B正确；由图示可知，tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形，C错误；由于密码子的简并性，mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变，从图示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出，D正确。

4．下列有关遗传信息传递过程的叙述，错误的是(　　)

A．DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则

B．核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程

C．DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸

D．DNA复制和转录都是以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板

解析：答案：D　DNA复制是以DNA的两条链为模板进行的，而转录以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板。

5．基因、遗传信息和密码子分别是指(　　)

①mRNA上核苷酸的排列顺序　②基因中脱氧核苷酸的排列顺序　③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基　④tRNA上一端的3个碱基　⑤mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基　⑥有遗传效应的DNA片段

A．⑤①③　　　　　 B．⑥②⑤

C．⑤①②  D．⑥③④

解析：答案：B　基因通常是有遗传效应的DNA片段；遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序；密码子是位于mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。故选B。

6．(2020·全国卷Ⅲ)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是(　　)

A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质

B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽

C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等

D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的 RNA分子

解析：答案：B　遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA，mRNA进行翻译合成蛋白质，A正确；以DNA的一条单链为模板可以转录出mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA可以编码多肽，而tRNA的功能是转运氨基酸，rRNA是构成核糖体的组成物质，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，而DNA分子上还含有不具遗传效应的片段，因此DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；染色体DNA分子上含有多个基因，由于基因的选择性表达，一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。

7．(2021年1月新高考8省联考·河北卷)生物大分子之间的相互结合在生物体的生命活动中发挥重要作用。下列叙述正确的是(　　)

A．蛋白质与DNA结合后都能调控基因表达

B．RNA聚合酶与起始密码子结合启动转录的起始

C．RNA与蛋白质的结合在细胞生物中普遍存在

D．DNA与RNA的结合可发生在HIV中

解析：答案：C　DNA和DNA水解酶结合后无法调控基因表达，A错误；RNA聚合酶结合在启动子上，从转录复合体组装开始转录，B错误；RNA主要分为mRNA、tRNA和rRNA，rRNA与蛋白质组成核糖体，在翻译过程中mRNA、tRNA都与核糖体结合，所以RNA与蛋白质的结合在细胞生物中普遍存在，C正确；HIV是人类免疫缺陷病毒，病毒没有细胞结构，是异养生物，病毒只有寄生在其他生物的活细胞中利用宿主细胞内的代谢系统和营养物质才能进行生命活动，所以DNA与RNA的结合发生在宿主细胞中，D错误。

8．某研究人员利用酵母菌成功合成了氨基酸序列为PheProLys的三肽。三种氨基酸的密码子见表：

据此分析，下列叙述正确的是(　　)

A．一种氨基酸可以由多种密码子编码，但只能由一种tRNA转运

B．控制该三肽合成的基因只有9对脱氧核苷酸

C．合成该三肽过程中需要mRNA、tRNA和rRNA参与

D．mRNA上编码该三肽的核苷酸序列可能为AAGGGAUUC

解析：答案：C　由于密码子的简并性，一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定，因此也可以由一种或多种tRNA转运，A错误；控制该三肽合成的mRNA中对应氨基酸的密码子有3个，还有不编码氨基酸的终止密码子，因此根据碱基互补配对的原则，该基因中至少含有12个碱基对，B错误；合成该三肽过程中，需要以mRNA为模板，以tRNA为搬运工具，以rRNA参与组成的核糖体为翻译场所，C正确；mRNA上编码三肽的核苷酸序列为AAGGGAUUC时，AAG编码赖氨酸，GGA不清楚编码氨基酸的种类，但不能编码脯氨酸，UUC编码苯丙氨酸，与题干信息中的氨基酸序列不符，D错误。

9．(多选)下图是某细胞内遗传信息的传递过程，下列说法正确的是(　　)

A．图示表示真核细胞中遗传信息的转录和翻译

B．⑤上含有的氨基酸数目与④上含有的密码子数目是一致的

C．参与图示过程的RNA有mRNA、tRNA和rRNA

D．如果终止密码子为UAA，则与该密码子配对的反密码子为AUU

解析：答案：AC　图示细胞核有核膜，故表示真核细胞中遗传信息的转录和翻译，A正确；⑤上含有的氨基酸数目比④上含有的密码子数目少，因为mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，B错误；参与图示过程的RNA有mRNA、tRNA和rRNA，C正确；没有与终止密码子互补配对的反密码子，D错误。

10．如图表示真核生物核DNA遗传信息传递的部分过程。据图回答问题：

(1)①、③表示的遗传信息传递过程依次是_______、________。

(2)②过程发生的场所是______________________，③过程中可能存在的碱基互补配对方式是______________________________。

(3)DNA与RNA分子在组成上，除碱基不同外，另一个主要区别是___________________

_________________________________________________________。

(4)若②过程形成的mRNA含有1 000个碱基，其中鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基总数的60%，则该DNA片段至少含有腺嘌呤和胸腺嘧啶的碱基对________个。

解析：(1)据图分析可知，①是DNA复制，②是由DNA到RNA的转录过程，③是由RNA到蛋白质的翻译过程。(2)②转录发生的场所是细胞核、叶绿体、线粒体，在翻译过程中存在的碱基互补配对方式是A与U，G与C。(3)DNA中含有脱氧核糖和特有的含氮碱基T，RNA中含有的是核糖和特有的含氮碱基U，所以除了碱基不同外，就是五碳糖不同，DNA中是脱氧核糖，RNA中是核糖。(4)如果mRNA中含有1 000个碱基，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基总数的60%，那么A和U占该链的40%，即400个，根据碱基互补配对原则，在其模板链中A和T占该链的40%，即400个，在另一条链中也是400个，在整个DNA片段中至少有400对。

答案：(1)复制　翻译　(2)细胞核、叶绿体、线粒体

A与U配对(A—U)，G与C配对(C—G)　(3)五碳糖不同(DNA中是脱氧核糖，RNA中是核糖)　(4)400

[迁移·应用·发展]

11．(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是(　　)

①同位素标记的tRNA　②蛋白质合成所需的酶

③同位素标记的苯丙氨酸　④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸　⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液

A．①②④　　　　　　　 B．②③④

C．③④⑤  D．①③⑤

解析：答案：C　在体外合成同位素标记的多肽链，需要有翻译合成该多肽链的模板——mRNA，人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸是合成mRNA所需要的原料；还需要有合成该多肽链的原料——同位素标记的氨基酸(苯丙氨酸)。此外，合成该多肽链还需要核糖体、相关酶以及能量等，可由除去了DNA和mRNA的细胞裂解液提供。故选C。

12．如图表示生物细胞中基因的表达过程，下列相关判断错误的是(　　)

A．图示现象不可能发生在人体细胞的核基因表达过程中

B．一个基因可在较短时间内合成多条肽链

C．一条多肽链的合成需要多个核糖体的共同参与

D．图示过程中既有DNARNA之间的碱基配对，也有RNARNA之间的碱基配对

解析：答案：C　图示为转录和翻译过程同时发生，表示原核细胞基因表达的过程，而人体细胞的细胞核具有核膜，核基因转录发生在细胞核，翻译发生在细胞质中的核糖体上，A正确；由图可知，一个mRNA分子可相继与多个核糖体结合，加快了翻译的速度，因此一个基因可在较短时间内合成多条肽链，B正确；一条多肽链的合成只需要一个核糖体的参与，C错误；图示为转录和翻译过程，该过程中既有DNARNA之间的碱基配对，也有RNARNA之间的碱基配对，D正确。

13．(多选)图甲是果蝇体细胞内基因表达过程示意图，图乙是tRNA的结构示意图。请据图判断下列说法，正确的是(　　)

A．图甲中过程①需要DNA聚合酶，过程⑦需要RNA聚合酶

B．图甲中②③④⑤完全合成后，它们的氨基酸排列顺序相同

C．图乙中c是反密码子，能与图甲中的mRNA上的密码子互补配对

D．图乙中a可以携带多种氨基酸，b处通过氢键连接形成双链区

解析：答案：BC　图甲中过程①需要RNA聚合酶，过程⑦需要蛋白质合成酶，A错误；图甲中②③④⑤完全合成后，它们的氨基酸排列顺序相同，因为合成它们的模板是同一条mRNA，B正确；图乙中c是反密码子，与图甲中的mRNA上的密码子互补配对，C正确；图乙中a可以携带一种氨基酸，b处通过碱基之间的氢键连接形成双链区，D错误。

14．人们通过对青霉素、链霉素、四环素、氯霉素等抗生素研究发现，抗生素之所以能够杀死细菌等病原体而对人体无害，其原因是抗生素能够有效地阻断细菌细胞内的蛋白质合成，而不影响人体细胞内蛋白质的合成。于是人们对此现象提出了以下两点假设：

Ⅰ.抗生素能阻断细菌DNA的转录过程，而不影响人体DNA的转录过程；

Ⅱ.抗生素能阻断细菌转运RNA的功能，而不影响人体转运RNA的功能。

接下来需要对这些假设逐一进行实验验证。请写出你的验证性实验的基本思路，并对实验结果和结论进行预测。(不要求写具体的实验步骤)

(1)验证抗生素是否阻断细菌转录过程的实验。

①基本实验思路：设置甲、乙两组实验，进行体外模拟________________过程，甲组滴加适量的、一定浓度的______________________，乙组滴加等量的蒸馏水，其余条件__________。最后检测两组实验中__________的生成量。

②实验结果、结论：若甲、乙两组中RNA的生成量相等，则__________________________

______；若甲组中RNA生成量少于乙组中的RNA生成量，则_______________________。

(2)验证抗生素是否阻断细菌转运RNA功能的实验。

①实验基本思路：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②实验结果、结论：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：本实验为探究实验，采用对照法，实验中注意遵循单一变量原则和等量原则。由题干信息可知，抗生素能阻断细菌细胞内蛋白质的合成过程，可能发生在转录、翻译、tRNA的运输等过程中。(1)设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌DNA的转录过程。甲组滴加适量的、一定浓度的抗生素的水溶液，乙组滴加等量的蒸馏水，其余条件相同且适宜。最后检测两组实验中RNA的生成量。若甲、乙两组中RNA的生成量相等，则抗生素不阻断细菌DNA的转录过程；若甲组中RNA的生成量少于乙组RNA的生成量，则抗生素能阻断细菌DNA的转录过程。(2)设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌的翻译过程。甲组加入用抗生素处理后的各种转运RNA，乙组加入等量的未用抗生素处理的各种转运RNA。其余条件相同且适宜，最后检测两组实验中蛋白质的生成量。若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等，则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能；若甲组蛋白质的生成量少于乙组蛋白质的生成量，则抗生素能阻断细菌转运RNA的功能。

答案：(1)①细菌DNA的转录　抗生素的水溶液　相同且适宜　RNA　②抗生素不阻断细菌DNA的转录　抗生素能阻断细菌DNA的转录

(2)①设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌的翻译过程。甲组加入用抗生素处理后的各种转运RNA，乙组加入等量的未用抗生素处理的各种转运RNA。其余条件相同且适宜。最后检测两组实验中蛋白质的生成量

②若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等，则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能；若甲组中蛋白质生成量少于乙组中蛋白质的生成量，则抗生素能阻断细菌转运RNA的功能

第2节　基因表达与性状的关系

【主干知识梳理】

一、基因表达产物与性状的关系

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：

2．基因对生物性状的直接控制

(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

↓　　　　

↓　　　　

↓　　　　

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．细胞分化的本质：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，如核糖体蛋白基因、ATP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。

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，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。

2．实例：柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy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．基因与性状的关系

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。

(1)一个性状可以受到多个基因的影响。

(2)一个基因也可以影响多个性状。

(3)生物体的性状也不完全是由基因决定的，环境对性状也有着重要影响。

【教材微点发掘】

1．结合教材第71页图49分析：豌豆表现为皱粒的直接原因是淀粉合成受阻，含量降低，根本原因是编码淀粉分支酶的基因结构改变，控制淀粉合成的淀粉分支酶异常。

2．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，结果如下表所示(教材第72页“思考·讨论”)。回答有关问题：

注：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。

(1)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因的原因是三种细胞都是由受精卵经有丝分裂和细胞分化形成的。

(2)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中都只检测到一种mRNA的原因是基因的选择性表达。

(3)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中含有的mRNA和蛋白质不完全相同(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。

3．男性吸烟会把某些不良性状遗传给后代的原因是吸烟会使精子中DNA的甲基化水平明显升高，精子活力下降。

 教材问题提示

(一)思考·讨论1(教材第72页)

1．3种基因转录的mRNA分别出现在3种细胞中，表明每种细胞只合成3种蛋白质中的一种。因此，这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同，虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。

2．这一事实说明，细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。

(二)思考·讨论2(教材第73页)

1．略。

2．F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。因此，同时含有这两个基因的F1中，F1的花与植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B的相似。

3．略。

(三)批判性思维(教材第74页)

此问题旨在引导学生客观全面地评价基因决定生物体的性状的观点，性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境)相互作用的结果，并且环境能够通过对基因或染色体上其他成分的修饰，调控基因的表达，进而影响性状。

(四)思维训练(教材第75页)

果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。有些同学可能会在表观遗传方面思考，教师应提醒学生表观遗传是能够遗传的，而此段文字中表述的现象并未发生遗传。

新知探究(一)　基因表达产物与性状的关系

【探究·深化】

[问题驱动]　

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。

[重难点拨]　

一、基因对性状控制的两种途径

二、基因与性状的关系

1．基因与性状的关系

2．基因控制性状还受到环境的影响，生物性状是基因和环境共同作用的结果。

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。

【典题·例析】

[典例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

[解析]　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，A错误；图中①过程为转录，需要RNA聚合酶的催化，②过程为翻译，需要tRNA的协助，B错误；④⑤过程的结果存在差异的根本原因是基因结构的不同，C错误。故选D。

[答案]　D

[典例2]　下面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，则瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸

[解析]　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；基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物体的性状；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→精氨酸琥珀酸的途径不能进行。故选B。

[答案]　B

方法规律—————————————————————————————————

基因控制生物性状的途径的判断

(1)若生物性状直接由蛋白质体现，则应为基因控制蛋白质的结构直接控制生物性状。

(2)若体现生物性状所涉及的物质并非蛋白质(如植物激素)，则基因对其的控制往往是通过“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。

—————————————————————————————————————

【应用·体验】

1．(2021·淄博高一期末)根据以下材料：①藏报春甲(aa)在20 ℃时开白花；②藏报春乙(AA)在20 ℃时开红花；③藏报春丙(AA)在30 ℃时开白花。分析下列有关基因型和表型相互关系的说法，错误的是(　　)

A．由材料①②可知生物的性状表现是由基因型决定的

B．由材料①③可知生物的性状表现是由基因型和环境共同决定的

C．由材料②③可知环境影响基因型的表达

D．由材料①②③可知生物的性状表现是由基因型和环境共同作用的结果

解析：答案：B　材料①和③的温度和基因型都不同，所以不能判断性状表现是由温度还是基因型决定的，或是由它们共同决定的。故选B。

2．如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、ATP

C．人的囊性纤维化症和苯丙酮尿症都是基因通过控制蛋白质结构直接影响表现性状的

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

解析：答案：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；DNA复制以DNA双链为模板，需要DNA聚合酶和解旋酶的参与，A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错误。

新知探究(二)　基因的选择性表达与细胞分化

【探究·深化】

[问题驱动]　

(1)如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，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。

(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？

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)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。

[重难点拨]　

(一)细胞分化

1．细胞分化的标志

①分子水平：基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质，如卵清蛋白、胰岛素。

②细胞水平：形成不同种类的细胞。

(2)分化细胞表达的基因：所有管家基因和部分奢侈基因。

(3)细胞分化的“变”与“不变”

①不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。

②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。

(二)表观遗传

(1)表观遗传的原因：DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。

(2)表观遗传的特点

①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。

②不变性：基因的碱基序列保持不变。

③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲基化。

(3)理解表观遗传注意三个问题

①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。

②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。

③表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。

【典题·例析】

[典例1]　分别用β­珠蛋白基因、卵清蛋白基因和丙酮酸激酶(与细胞呼吸相关的酶)基因的片段为探针，与鸡的红细胞、输卵管细胞和胰岛细胞中提取的总RNA进行分子杂交，结果见表(注：“＋”表示阳性，“－”表示阴性)。下列叙述错误的是(　　)

A．在红细胞中，β珠蛋白基因处于活动状态，卵清蛋白基因处于关闭状态

B．输卵管细胞的基因组DNA中存在卵清蛋白基因，缺少β珠蛋白基因

C．丙酮酸激酶基因的表达产物对维持鸡细胞的基本生命活动很重要

D．上述不同类型细胞的生理功能差异与基因的选择性表达有关

[解析]　根据题意和表中内容分析可知，β珠蛋白基因在红细胞中表达，卵清蛋白基因在输卵管细胞中表达，丙酮酸激酶基因在三种细胞中都能表达，说明在红细胞中β珠蛋白基因处于活动状态，卵清蛋白基因处于关闭状态，A正确。由于鸡的体细胞是由一个受精卵分裂、分化而来的，体细胞中的遗传物质相同，因此，输卵管细胞的基因组DNA中既有卵清蛋白基因，又有β珠蛋白基因，但β珠蛋白基因在输卵管细胞中因关闭而无法表达，B错误。由于丙酮酸激酶基因控制丙酮酸激酶的合成，与细胞呼吸有关，所以该基因的表达产物能够保障鸡的正常细胞呼吸，对维持鸡的基本生命活动中能量的供应起重要作用，C正确。同一生物体不同的体细胞中基因组成相同，功能不同是细胞中基因选择性表达的结果，D正确。

[答案]　B

[典例2]　在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团(如图所示)。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果，下列有关叙述错误的是(　　)

A．被甲基化的DNA片段中遗传信息发生改变，从而使生物的性状发生改变

B．蜂群中蜜蜂幼虫发育成蜂王可能与体内重要基因是否甲基化有关

C．DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合

D．胞嘧啶和5′甲基胞嘧啶在DNA分子中都可以与鸟嘌呤配对

[解析]　从图示可以看出，DNA甲基化并没有改变DNA内部的碱基排列顺序，未改变DNA片段的遗传信息，A错误；由题干的“逻辑线”可推知“敲除DNMT3基因后，不能翻译DNMT3蛋白，DNA某些区域没有被甲基化，蜜蜂幼虫没有发育成工蜂(将发育成蜂王)”，B正确；DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合，导致转录和翻译过程变化，使生物表现出不同的性状，C正确；由题图可知，胞嘧啶和5′甲基胞嘧啶在DNA分子中都可以与鸟嘌呤配对，D正确。

[答案]　A

易错提醒—————————————————————————————————

表观遗传与表型模拟辨析

(1)相同点：表观遗传与表型模拟都是由环境改变引起的性状改变，遗传物质都没有改变。

(2)不同点：表观遗传是可以遗传的，表型模拟引起的性状改变是不可以遗传的。

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【应用·体验】

1．(2021·海口高一检测)细胞通过精准的调控，实现了基因对性状的控制。下列有关说法正确的是(　　)

A．同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类完全不同

B．柳穿鱼花的不同形态是由一对等位基因控制的

C．DNA的甲基化修饰能遗传给后代

D．基因能否表达是基因表达调控的唯一方式

解析：答案：C　同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同，A错误；柳穿鱼花的不同形态是表观遗传现象，不是由一对等位基因控制的，B错误；DNA的甲基化修饰能遗传给后代，C正确；基因表达调控包括基因能否表达以及表达水平的高低，D错误。

2．(2021年1月新高考8省联考·河北卷)DNA甲基化是指DNA中的某些碱基被添加甲基基团，此种变化可影响基因的表达，对细胞分化具有调控作用。基因启动子区域被甲基化后，会抑制该基因的转录，如图所示。研究发现，多种类型的癌细胞中发生了抑癌基因的过量甲基化。下列叙述错误的是(　　)

A．细胞的内外环境因素均可引起DNA的甲基化

B．甲基化的启动子区更易暴露转录模板链的碱基序列

C．抑癌基因过量甲基化后会导致细胞不正常增殖

D．某些DNA甲基化抑制剂可作为抗癌药物研发的候选对象

解析：答案：B　DNA甲基化是指DNA中的某些碱基被添加甲基基团，细胞的内外环境因素均可引起DNA的甲基化，从而影响基因的表达，进而调控细胞分化，A正确；从图中可以看出，基因包括启动子、转录区域、终止子等部分，启动子和转录区域为基因中不同的区段，基因启动子区域被甲基化后，会抑制该基因的转录，因此甲基化的启动子区不利于暴露转录模板链的碱基序列，B错误；抑癌基因主要阻止细胞不正常增殖，抑癌基因过量甲基化后，抑癌基因不能正常表达，会导致细胞不正常增殖，C正确；某些DNA甲基化抑制剂，可以抑制抑癌基因过量甲基化，阻止细胞癌变，可作为抗癌药物研发的候选对象，D正确。

科学视野——细胞质基因控制的性状

科学家用电子显微镜观察衣藻、玉米等植物叶绿体的超薄切片，发现在叶绿体的基质中有长度为20.5 nm左右的细纤维存在。用DNA酶处理，这种细纤维就消失。由此证明，这种细纤维就是叶绿体DNA。后来，科学家用生物化学的方法，证明了细胞的线粒体中也含有DNA。线粒体和叶绿体中的DNA，都能够进行半自主自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。为了与细胞核的基因相区别，将线粒体和叶绿体中的基因称作细胞质基因。,对人的线粒体DNA的研究表明，线粒体DNA的缺陷与数十种人类遗传病有关。这些疾病很多是与脑部和肌肉有关的。例如，线粒体肌病和神经性肌肉衰弱、运动失调及眼视网膜炎等。这些遗传病都只能通过母亲遗传给后代。

【素养评价】

1．下列关于线粒体DNA所控制的遗传过程的描述，错误的是(　　)

A．线粒体DNA所控制的性状不遵循孟德尔分离定律

B．线粒体DNA是由卵细胞传递给子代的

C．线粒体DNA所控制的性状不能遗传给儿子

D．线粒体DNA在细胞分裂时随机地分配到子细胞中

解析：答案：C　线粒体DNA所控制的性状不遵循孟德尔分离定律，A正确；线粒体DNA是由卵细胞传递给子代的，B正确；线粒体DNA所控制的性状能遗传给儿子，C错误；线粒体DNA在细胞分裂时随机地分配到子细胞中，D正确。

2．杨柳枝条颜色可呈现两种不同的相对性状，有的呈花斑绿色(一块白，一块绿)，有的呈全绿色。现以一株花斑绿色的杨柳作为母本，与一株全绿色杨柳杂交，杂交后代(F1)全部呈花斑绿色，下列说法肯定错误的是(　　)

A．母本可能为显性纯合个体

B．该性状可能由细胞质基因控制

C．该性状不可能为多对基因控制

D．F2中性状分离比有多种可能

解析：答案：C　子代与母本相同，说明母本可能是显性纯合子；该性状可能由细胞质基质控制，A、B正确；该性状可能由多对等位基因控制，C错误；由于不能确定该性状是由几对基因控制的，因此F2性状分离比有多种可能，D正确。

3．光敏色素在植物个体发育的过程中能促进种子的萌发、调节幼苗的生长和叶绿体的发育等。如图为光敏色素调节相关蛋白质合成的过程，请分析回答有关问题：

(1)图中活性调节蛋白的作用是____________________________________。若cab基因发生突变，则可能会影响光合作用的____________阶段。

(2)需要氨基酸作为原料的过程是图中__________(填序号)。该过程的开始和终止分别与mRNA上的________________________________有关。

(3)由图可知，遗传信息的转录过程发生在______________，叶绿体的发育受________________________中的遗传物质控制。

(4)叶绿体中植物吸收红光的色素主要是______________________________。叶绿体中的DNA复制需要DNA聚合酶的催化，若要探究该酶的合成是受细胞核基因还是细胞质基因编码，请你写出实验设计思路：_____________________________________________________。

解析：(1)由图可知，图中活性调节蛋白进入细胞核后促进rbcS基因和cab基因的转录。cab基因控制合成的蛋白质是类囊体薄膜的组成成分，而类囊体是光反应的场所，因此cab基因发生突变不能表达，则直接影响光合作用的光反应阶段。(2)需要氨基酸作为原料的是翻译过程，即图中②④过程。翻译过程的开始和终止分别与mRNA上的起始密码子和终止密码子有关。(3)由图可知，遗传信息的转录过程发生在细胞核和叶绿体中；叶绿体的发育受细胞核和细胞质(或细胞核和叶绿体)中的遗传物质共同控制。(4)叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。叶绿体中的DNA复制需要DNA聚合酶的催化，若要探究该酶的合成是受细胞核基因还是细胞质基因编码，可用药物抑制核基因的表达，再检测叶绿体中是否有DNA聚合酶的合成。

答案：(1)促进rbcS基因和cab基因的转录　光反应

(2)②④　起始密码子和终止密码子　(3)细胞核、叶绿体　细胞核和细胞质　(4)叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)　用药物抑制核基因的表达，检测叶绿体中是否有DNA聚合酶的合成

[课时跟踪检测]

[理解·巩固·落实]

1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。

(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一一对应的线性关系。(×)

(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。(√)

2．下列关于基因、蛋白质和性状之间关系的叙述，错误的是(　　)

A．基因可以控制性状

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

解析：答案：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。故选D。

3．人类镰状细胞贫血是由编码血红蛋白的基因异常引起的，这说明了(　　)

A．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

B．基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

C．基因与环境相互作用共同调控生物体的性状

D．基因和性状间不是简单的线性关系

解析：答案：B　人类镰状细胞贫血是由于编码血红蛋白的基因异常不能控制合成正常的血红蛋白，从而使红细胞形态结构异常，因此体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。故选B。

4．细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果。下列属于奢侈基因的是(　　)

A．血红蛋白基因　　　　 B．ATP合成酶基因

C．DNA解旋酶基因  D．核糖体蛋白基因

解析：答案：A　B、C、D项所述基因是所有活细胞中都表达的基因，而A项中血红蛋白基因只有在红细胞中才能表达，因此血红蛋白基因属于奢侈基因。

5．关于表观遗传的理解，下列说法正确的是(　　)

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：答案：C　环境因素会影响DNA的甲基化，A错误；DNA的甲基化影响基因的转录过程，B错误；表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律，C正确；DNA的甲基化不会导致基因的碱基序列改变，D错误。

6．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。下列相关叙述错误的是(　　)

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

解析：答案：A　DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基，这不会导致基因碱基序列的改变。故选A。

7．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，据图分析错误的是(　　)

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体的性状

D．基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病

解析：答案：C　由题图可知，基因1不正常而缺乏酶1，会导致苯丙氨酸不能合成酪氨酸，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来控制生物代谢过程，进而控制生物体的性状，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。

8．(2021·潍坊高一检测，多选)下列关于基因、蛋白质与性状的关系的描述，正确的是(　　)

A．皱粒豌豆种子中，编码淀粉分支酶的基因被打乱，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，淀粉含量低而蔗糖含量高

B．人类白化病症状是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状来实现的

C．一个基因可能会控制多个性状

D．囊性纤维化患者中，编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基，导致蛋白质结构异常，这种变异属于染色体结构变异

解析：答案：AC　皱粒豌豆种子中，编码淀粉分支酶的基因被打乱，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，淀粉含量低而蔗糖含量高，A正确；人类白化病症状是基因通过控制酶的合成而控制代谢过程，进而控制生物体的性状来实现的，B错误；基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，一种性状可能会由多个基因控制，或一个基因可能会控制多个性状，C正确；编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基，导致蛋白质结构异常，这种变异属于基因突变，D错误。

9．科学家曾做过这样的实验：野生长翅果蝇幼虫在25 ℃条件下培养皆为长翅，在35 ℃条件下处理6～24 h后培养得到残翅(已知野生果蝇皆为长翅)。如何解释这一现象呢？请你对出现残翅果蝇的原因提出你的假设，并进一步设计实验验证你的假设。

(1)假设：___________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)基因对性状的控制有两种情况：甲基因通过控制____________来控制代谢过程，进而控制生物的性状；乙基因通过控制______________直接控制生物的性状。以上假设中与性状有关的基因属于________(填“甲”或“乙”)基因。

(3)你认为基因、环境、性状三者的相互关系是怎样的？___________________________

__________________________________________________________________________。

解析：(1)由题干信息“野生长翅果蝇幼虫在25 ℃条件下培养皆为长翅，在35 ℃条件下处理6～24 h后培养得到残翅(已知野生果蝇皆为长翅)”，可推测在35 ℃条件下处理的果蝇幼虫，可能因温度高，改变了果蝇幼虫体内酶的活性，影响了果蝇的代谢，进而使果蝇由长翅转变为残翅，据此对出现残翅果蝇提出的假设是温度升高，酶的活性改变，通过影响代谢进而影响性状。(2)基因对性状的控制有两种情况：甲基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状；乙基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状；以上假设中与性状有关的基因属于甲基因。(3)基因和性状并不都是一一对应的关系，基因与基因、基因与基因产物、基因和环境之间存在着复杂的相互作用，基因、环境、性状三者的相互关系是生物体的性状不完全由基因决定，环境对性状也有重要影响(或生物的性状是基因与环境相互作用的结果)。

答案：(1)温度升高，酶的活性改变，通过影响代谢进而影响性状　(2)酶的合成　蛋白质的结构　甲　(3)生物体的性状不完全由基因决定，环境对性状也有重要影响(或生物的性状是基因与环境相互作用的结果)

10．周期性共济失调是一种由常染色体上的基因(用A或a表示)控制的遗传病，致病基因导致细胞膜上正常钙离子通道蛋白结构异常，从而使正常钙离子通道的数量不足，造成细胞功能异常。该致病基因纯合会导致胚胎致死。患者发病的分子机理如图所示。请回答下列问题：

(1)图中①表示的生理过程是____________。如果细胞的____________(填结构)被破坏，会直接影响图中结构C的形成。

(2)图中所揭示的基因控制性状的方式是________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)一个患周期性共济失调的女性与正常男性结婚生了一个既患该病又患红绿色盲的孩子(色盲基因用b代表)。这对夫妇中，妻子的基因型是______，这对夫妇再生一个只患一种病的孩子的概率是______________。

解析：(1)图中①过程表示以基因的一条链为模板合成物质B(mRNA)的转录过程。结构C为核糖体，而核仁与核糖体的形成有关，因此如果细胞的核仁被破坏，会直接影响结构C的形成。(2)图中的基因所编码的通道蛋白属于结构蛋白，因此图中所揭示的基因控制性状的方式是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(3)周期性共济失调是一种由常染色体上的基因控制的遗传病，该致病基因纯合会导致胚胎致死，据此可推知该病的遗传方式为常染色体显性遗传。红绿色盲属于伴X染色体隐性遗传病。一个患周期性共济失调的女性与正常男性结婚生了一个既患该病又患红绿色盲的孩子，说明在该对夫妇中，妻子的基因型为AaXBXb，丈夫的基因型为aaXBY，两者所生孩子患周期性共济失调的概率为1/2，患色盲的概率为1/4，因此这对夫妇再生一个只患一种病的孩子的概率是1/2×3/4＋1/2×1/4＝1/2。

答案：(1)转录　核仁　(2)基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状　(3)AaXBXb　1/2

[迁移·应用·发展]

11．(2021·青岛高一检测)SPL蛋白是植物中广泛存在的一类调控基因转录的分子。不同植物的SPL蛋白结构不同，但均有一个大约由80个氨基酸构成的结构相同的功能区，可识别并结合到某些基因的特定区域。SPL基因最初是从植物花序cDNA(由mRNA逆转录形成)文库中得到的。下列相关叙述正确的是(　　)

A．SPL是80个氨基酸构成的蛋白质

B．SPL可催化特定基因的翻译过程

C．SPL基因能在花序细胞中表达

D．SPL在不同植物中功能差异较大

解析：答案：C　由题干信息“不同植物的SPL蛋白结构不同，但均有一个大约由80个氨基酸构成的结构相同的功能区”，说明该蛋白的氨基酸会多于80个，A错误；SPL可识别并结合到某些基因的特定区域，可见其可催化特定基因的转录，B错误；SPL基因最初是由植物花序的mRNA逆转录得到的，且SPL是一种蛋白质，说明SPL基因能在花序细胞中表达，C正确；SPL在不同植物中功能类似，D错误。

12．ACC合成酶是植物体内乙烯合成的限速酶。下表是科学家以番茄ACC合成酶基因为探针，研究番茄果实不同成熟阶段及不同组织中该基因的表达情况。下列分析正确的是(　　)

注：“－”表示该基因不表达，“＋”表示该基因表达，“＋”的数目越多表示表达水平越高。

A．该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段无差异

B．橙红和亮红的果实细胞中该基因转录产物可能相对较多

C．绿果、雌蕊、叶片和根中无该基因及其转录产物，体现了细胞的基因选择性表达

D．果实中该基因表达水平高于叶片，说明前者的分化程度高于后者

解析：答案：B　根据表中信息可知，该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段具有显著差异，A错误；绿果、雌蕊、叶片和根中含有该基因，只是未表达，C错误；该基因的表达水平高低不能用于果实与叶片分化程度高低的比较，D错误。

13．表观遗传是指DNA序列不改变，而基因的表达发生可遗传的改变，DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CG岛”，其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5′甲基胞嘧啶后，但仍能与鸟嘌呤互补配对。细胞中存在两种DNA甲基化酶(如图1所示)，从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA，使其半甲基化；维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点，使其全甲基化。

(1)由上述材料可知，DNA甲基化________(填“会”或“不会”)改变基因转录产物的碱基序列。

(2)由于图2中过程①的方式是________________，所以其产物都是________甲基化的，因此过程②必须经过__________________的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。

(3)研究发现，启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质与启动子的结合，从而抑制________________________________。

(4)小鼠的A基因编码胰岛素生长因子2(IGF2)，a基因无此功能(A、a位于常染色体上)；IGF2是小鼠正常发育必需的一种蛋白质，缺乏时小鼠个体矮小。在小鼠胚胎中，来自父本的A及其等位基因能够表达，来自母本的则不能表达，检测发现，这对基因的启动子在精子中是非甲基化的，在卵细胞中则是甲基化的。

若纯合矮小雌鼠与纯合正常雄鼠杂交，则F1的表型应为______________；F1雌雄个体间随机交配，则F2的表型及其比例应为______________________。结合F1配子中A及其等位基因启动子的甲基化状态，分析F2出现这种比例的原因是__________________________

__________________________________________________________________________。

(5)5­氮杂胞苷(AZA)常用于临床上治疗DNA甲基化引起的疾病。推测AZA可能的作用机制之一是AZA在____________________过程中掺入DNA分子，导致与DNA结合的甲基化酶活性降低，从而降低DNA的甲基化程度；另一种可能的机制是AZA与“CG岛”中的________________竞争甲基化酶，从而降低DNA的甲基化程度。

解析：(1)DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一，而表观遗传是指DNA序列不改变，而基因的表达发生可遗传的改变，所以DNA甲基化不会改变基因转录产物的碱基序列。(2)图2中过程①的模板链都含甲基，而复制后都只含一个甲基，说明过程①的方式是半保留复制，所以其产物都是半甲基化的，因此过程②必须经过维持甲基化酶的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。(3)与基因启动子结合，催化基因进行转录的是RNA聚合酶。启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质(RNA聚合酶)与启动子的结合，不能合成mRNA，从而抑制基因的转录(或基因的表达)。(4)由于在小鼠胚胎中，来自父本的A及其等位基因能够表达，所以纯合矮小雌鼠与纯合正常雄鼠杂交，则F1的表型应为全部正常。由于卵细胞中的A及其等位基因由于启动子甲基化而不表达，精子中的A及其等位基因由于启动子非甲基化而表达；并且含A的精子∶含a的精子＝1∶1，所以F1雌雄个体间随机交配，则F2的表型及其比例应为正常∶矮小＝1∶1。(5)5­氮杂胞苷(AZA)常用于临床上治疗DNA甲基化引起的疾病。推测AZA可能的作用机制之一是AZA在DNA复制过程中掺入DNA分子，导致与DNA结合的甲基化酶活性降低，从而降低DNA的甲基化程度；另一种可能的机制是胞嘧啶在发生甲基化后转变成5′甲基胞嘧啶，但仍能与鸟嘌呤互补配对，所以AZA与“CG岛”中的胞嘧啶竞争甲基化酶，从而降低DNA的甲基化程度。

答案：(1)不会　(2)半保留复制　 半　 维持甲基化酶

(3)基因的表达(或基因的转录)　(4)全部正常　正常∶矮小＝1∶1　卵细胞中的A及其等位基因由于启动子甲基化而不表达，精子中的A及其等位基因由于启动子非甲基化而表达；并且含A的精子∶含a的精子＝1∶1　(5)DNA复制　胞嘧啶

阶段验收评价(三)　第3、4章　基因的本质　基因的表达

(时间：60分钟　满分：100分)

一、选择题(共16小题，每小题3分，共48分)

1．下列关于基因、DNA和染色体的叙述，正确的是(　　)

A．细胞中所有的DNA片段都可称之为基因

B．真核细胞中所有的基因都位于染色体上

C．所有的非等位基因都位于非同源染色体上

D．等位基因一般位于同源染色体的相同位置上

解析：答案：D　基因通常是具有遗传效应的DNA片段，A错误；真核细胞中大多数的基因都位于染色体上，少数的基因位于线粒体、叶绿体中，B错误；同源染色体上也具有非等位基因，C错误；等位基因一般位于同源染色体的相同位置上，D正确。

2．下列有关DNA结构和复制的叙述，正确的是(　　)

A．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接

B．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团

C．具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制时需要(2n－1)×m个胸腺嘧啶

D．把DNA分子放在含15N的培养液中连续复制2代，子代DNA中含15N的占1/2

解析：答案：B　DNA聚合酶不能催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接，只能把游离的脱氧核苷酸连接到已存在的DNA片段上，A错误；由于DNA分子为双链结构，每条链的一端都有一个游离的磷酸基团，所以复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团，B正确；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要(2n－1)×m个胸腺嘧啶，C错误；DNA复制方式为半保留复制，把DNA分子放在含15N的培养液中连续复制2代，得到4个DNA分子，其中两个DNA分子的一条链含15N标记，一条链没有被标记，另外2个DNA分子的两条链都含15N标记，故子代DNA中含15N的占 100%，D错误。

3．下列关于遗传信息的物质基础的叙述，错误的是(　　)

A．从根本上讲，遗传信息的物质基础是基因中特定的脱氧核苷酸的排列顺序

B．RNA也可以作为遗传信息的物质基础

C．蛋白质中特定的氨基酸的排列顺序也是遗传信息的物质基础

D．DNA中特定的碱基对的排列顺序代表一定的遗传信息

解析：答案：C　在DNA分子中，碱基对的排列顺序储存着遗传信息，A、D正确；RNA病毒中，RNA是遗传物质，B正确；蛋白质中特定的氨基酸的排列顺序不储存遗传信息，C错误。

4．下列是人类探索遗传奥秘的几个经典实验，其中表述合理的是(　　)

A．格里菲思用肺炎链球菌感染小鼠的实验，证明了DNA是转化因子

B．赫尔希和蔡斯用噬菌体侵染细菌的实验，证明了噬菌体的遗传物质是DNA，而不是蛋白质

C．沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，提出了DNA半保留复制的假说

D．许多科学家相继研究，将逆转录和RNA复制纳入细胞生物的中心法则范畴

解析：答案：C　格里菲思用肺炎链球菌感染小鼠的实验，推论S型细菌体内存在转化因子，但没有证明转化因子是DNA，A错误；赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记的噬菌体，进行侵染大肠杆菌的实验，使人们确信DNA是遗传物质，但没有证明蛋白质不是遗传物质，B错误；沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，提出了DNA半保留复制方式的假说，C正确；科学家在研究某些RNA病毒的遗传信息的传递过程时，发现了RNA复制和逆转录过程，这是对中心法则的必要补充，但病毒没有细胞结构，D错误。

5．基因Ⅰ和基因Ⅱ在某条染色体DNA上的相对位置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．基因Ⅰ和基因Ⅱ的结构差别仅在于内部碱基对的排列顺序不同

B．基因Ⅰ中不一定具有遗传信息，但一定具有遗传效应

C．四分体时期，基因Ⅱ中的两条脱氧核苷酸链之间可能发生交叉互换

D．基因Ⅰ与基因Ⅱ位于同一条染色体上，减数分裂时一般不能发生分离

解析：答案：D　基因Ⅰ和基因Ⅱ的结构差别在于内部碱基对的数目、排列顺序不同，A错误；基因Ⅰ中既具有遗传信息也具有遗传效应，B错误；四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间可能发生交叉互换，C错误；基因Ⅰ与基因Ⅱ位于同一条染色体上，减数分裂时一般不能发生分离，D正确。

6．如果用35S标记的噬菌体去侵染32P标记的某个大肠杆菌，在产出的子代噬菌体的组分中，能够找到的放射性元素是(　　)

A．部分子代噬菌体的外壳中找到35S

B．所有子代噬菌体的外壳中都找到35S

C．部分子代噬菌体的DNA中找到32P

D．所有子代噬菌体的DNA中找到32P

解析：答案：D　合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到35S，A、B错误；合成子代噬菌体DNA的原料均由细菌提供，DNA的复制方式为半保留复制，大肠杆菌被32P标记，因此在子代噬菌体的DNA中都可以找到32P，C错误，D正确。

7．(2021年1月新高考8省联考·湖南卷)基因通常是有遗传效应的DNA片段。下列叙述错误的是(　　)

A．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧

B．DNA分子复制时，首先利用能量在解旋酶作用下解开双螺旋

C．不同DNA序列经转录和翻译都会得到不同氨基酸序列的蛋白质

D．以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程称为翻译

解析：答案：C　DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成了DNA的基本骨架，碱基排列在内侧，A正确；DNA分子复制时，需要消耗能量，在解旋酶作用下解开双链，B正确； 不同DNA序列，如果差别不大，转录后形成的mRNA序列差别也不大，由于密码子的简并性，翻译后可能形成氨基酸序列相同的蛋白质，C错误； 以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程称为转录，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程称为翻译，D正确。

8.图中α、β是真核细胞某基因的两条链，γ是另外一条多核苷酸链。下列说法正确的是(　　)

A．图中的酶是DNA聚合酶

B．γ链彻底水解后能生成6种小分子物质

C．该过程只发生在细胞核中

D．β链中碱基G占28%，则γ链中碱基A占22%

解析：答案：B　分析题干和题图信息可知，α、β是真核细胞某基因的两条链，γ是核糖核苷酸链，该过程是转录过程，图中的酶为RNA聚合酶，A错误；γ链彻底水解的产物是核糖，磷酸，A、G、C、U 4种碱基，共6种小分子物质，B正确；该过程主要发生在细胞核中，线粒体、叶绿体中也可以发生，C错误；γ链中碱基A与α链中的碱基T配对，β链中碱基G占28%，不能判断α链中碱基T的比例，因此不能判断γ链中碱基A的比例，D错误。

9．人或动物PrP基因编码一种蛋白(PrPc)，该蛋白无致病性。PrPc的空间结构改变后成为PrPsc(朊粒)，就具有了致病性。PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。据此判断，下列叙述正确的是(　　)

A．朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中

B．朊粒的增殖方式与肺炎链球菌的增殖方式相同

C．蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化

D．PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程

解析：答案：C　据题中信息可知，朊粒是PrP基因所编码的蛋白质空间结构变化后形成的，因此朊粒属于蛋白质，不能整合到宿主细胞的基因组中，A错误。肺炎链球菌的增殖方式为二分裂，与朊粒不相同，B错误。由题中信息可知，PrPc与朊粒的功能因空间结构的不同而不同，C正确。PrPc转变为PrPsc只是蛋白质空间结构发生了改变，不属于遗传信息的翻译过程，D错误。

10．根据以下材料：①藏报春甲(aa)在20 ℃时开白花；②藏报春乙(AA)在20 ℃时开红花；③藏报春丙(AA)在30 ℃时开白花。在分析基因型和表型相互关系时，下列说法错误的是(　　)

A．由材料①②可知，生物的性状表现是由基因型决定的

B．由材料①③可知生物的性状表现是由基因型和环境共同决定的

C．由材料②③可知环境影响基因型的表达

D．由材料①②③可知生物的性状表现是基因型和环境共同作用的结果

解析：答案：B　①和②、②和③实验中，都只有一个变量，而①和③实验中温度和基因型都不同，所以不能判断性状表现是由温度还是基因型决定，或是由它们共同决定的。故选B。

11．(2021·东营高一检测)DNA甲基化修饰是指在DNA甲基转移酶(Dnmts)的催化下，将甲基基团转移到胞嘧啶上的一种修饰方式。DNA的甲基化修饰可导致基因表达的沉默，基因组总体甲基化水平低会导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活，从而使细胞癌变，据此分析，下列说法正确的是(　　)

A．细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关

B．抑制Dnmts酶活性会降低细胞癌变的概率

C．DNA的甲基化会阻碍RNA聚合酶与基因上的密码子结合

D．DNA的甲基化改变了原癌基因的脱氧核苷酸序列

解析：答案：A　由题干信息“基因组总体甲基化水平低会导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活，从而使细胞癌变”可知，细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关；抑制Dnmts酶活性会降低DNA的甲基化水平，使细胞癌变的概率增加；密码子位于mRNA上；DNA的甲基化并不改变基因的碱基序列，只是调控了基因的表达。

12．如图所示为人体内M基因控制物质C的合成以及物质C形成特定空间结构的物质D的流程图解。下列相关叙述，正确的是 (　　)

A．图中①④过程参与碱基配对的碱基种类较多的是①过程

B．基因转录得到的产物均可直接作为蛋白质合成的控制模板

C．组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值大于1/6

D．图中物质D可能是人体内消化酶、呼吸酶等蛋白质

解析：答案：A　图中①④过程分别为转录、翻译，前者参与碱基配对的碱基种类较多，包括A、G、C、T、U 5种碱基，A正确；据图可知，基因转录得到的产物经剪切、拼接后才可作为蛋白质合成的控制模板，所以组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值小于1/6，B、C错误；呼吸酶不属于分泌蛋白，D错误。

13．如图中的R环结构，是基因转录所形成的RNA链与双链DNA中的一条链杂交而组成的三链核酸结构。据图分析，R环中(　　)

A．嘌呤碱基数量与嘧啶碱基的数量一定相等

B．杂合链可能含有A、T、C、G、U五种含氮碱基

C．未配对的DNA单链可以转录形成mRNA

D．每条链内相邻核苷酸之间都以氢键进行连接

解析：答案：B　R环中DNA的嘌呤碱基数量与嘧啶碱基的数量相等，但RNA中嘌呤碱基数量与嘧啶碱基的数量不一定相等，因此R环中嘌呤碱基数量与嘧啶碱基的数量不一定相等，A不符合题意；杂合链中有DNA和RNA，因此可能含有A、T、C、G、U五种含氮碱基，B符合题意；R环中未配对的DNA单链不是模板链，不可以进行转录，C不符合题意；每条链内相邻核苷酸之间以磷酸二酯键进行连接，D不符合题意。

14．下图表示中心法则，下列有关叙述正确的是(　　)

A．过程①～⑦都会在人体的遗传信息传递和表达时发生

B．人体细胞内的过程③主要发生在细胞核中，产物都是mRNA

C．过程③存在A—U、C—G、T—A的碱基配对方式

D．过程⑤有半保留复制的特点，过程⑥发生在核糖体上

解析：答案：C　会在人体的遗传信息传递和表达时发生的为①DNA的复制、③转录、⑥翻译，A错误。人体细胞的过程③转录主要发生在细胞核中，产物是mRNA、rRNA、tRNA等，B错误。过程③转录，存在A—U、C—G、T—A的碱基配对方式，C正确。由于RNA一般为单链，过程⑤RNA的复制没有半保留复制的特点，DNA的复制有半保留复制的特点，D错误。

15．(多选)下图1中Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ表示哺乳动物一条染色体上相邻的三个基因，a、b为基因的间隔序列；图2为Ⅰ基因进行的某种生理过程。下列叙述正确的是(　　)

A．Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ基因在不同的细胞中表达情况可能不同

B．图2中甲为RNA聚合酶，丙中所含的五碳糖是核糖

C．若丙中(A＋U)占36%，则丙对应的乙片段中G占32%

D．基因指导合成的终产物不一定都是蛋白质

解析：答案：ABD　不同细胞的形成是细胞分化的结果，而细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，因此Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ基因在不同的细胞中表达情况可能不同，A正确；图2表示转录过程，甲为RNA聚合酶，丙为转录的产物mRNA，mRNA中所含的五碳糖是核糖，B正确；依据碱基互补配对原则可推知，若丙所示的mRNA中(A＋U)占36%，则丙所对应的乙(模板链)片段中(T＋A)占36%，但不能确定G占32%，C错误；基因指导合成的终产物不一定都是蛋白质，也可能是RNA或肽链等，D正确。

16．(多选)如图为小分子RNA干扰基因表达过程导致基因“沉默”的示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．ATP分子中脱去两个磷酸基团可成为组成小分子RNA的基本单位之一

B．小分子RNA能使基因“沉默”的原因是影响了基因表达的翻译过程

C．图中③过程中碱基互补配对原则是A—T、C—G、T—A、G—C

D．正常基因表达从DNA→RNA有碱基的互补配对，从RNA→蛋白质没有碱基的互补配对

解析：答案：AB　ATP分子中脱去两个磷酸基团后成为腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一，A正确；图示信息显示，小分子RNA能使基因“沉默”的原因是影响了基因表达的翻译过程，B正确；图示③过程是小分子RNA片段与mRNA之间的碱基互补配对，其配对原则是A—U、U—A、C—G、G—C，C错误；翻译过程中，mRNA与tRNA之间可发生碱基的互补配对，D错误。

二、非选择题(共4小题，共52分)

17．(10分)某生物兴趣小组用模型模拟的T2噬菌体侵染细菌实验的过程如下图，据图回答下列问题：

(1)请将上图T2噬菌体侵染细菌的标号进行排序__________________。

(2)T2噬菌体的遗传物质复制发生在图中______(用字母和箭头表示)过程之间，子代T2噬菌体的外壳是在细菌的______上合成的。

(3)以35S标记组为例，如果____________________，可能造成的结果是上清液和沉淀物都出现较强的放射性。

(4)T2噬菌体与细菌保温时间长短与放射性高低的关系图可能如下，下列关联中最合理的是________(甲组为35S标记的T2噬菌体，乙组为32P标记的T2噬菌体)。

A．甲组—上清液—① B．乙组—上清液—②

C．甲组—沉淀物—③  D．乙组—沉淀物—④

解析：(1)T2噬菌体侵染细菌的过程是吸附→注入DNA→合成DNA和蛋白质→装配→释放子代噬菌体，据此分析图示，则正确的排序是debfca。(2)DNA复制发生在T2噬菌体将自身的DNA分子注入细菌细胞内以后，以细菌体内的4种脱氧核苷酸为原料合成子代噬菌体的DNA，发生在图中e→b过程之间，子代T2噬菌体的外壳是在细菌的核糖体上合成的。(3)35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳。以35S标记组为例，如果搅拌不充分，会有部分35S标记的噬菌体仍然吸附在细菌表面，造成上清液和沉淀物都出现较强的放射性。(4)噬菌体侵染细菌时，DNA分子进入到细菌的细胞中，蛋白质外壳留在外面，因为噬菌体较轻，搅拌离心后，注入细菌细胞内的噬菌体的DNA分子随着细菌离心到沉淀物中，而噬菌体及其蛋白质外壳则存在上清液中。用32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中，32P标记的是噬菌体的DNA，在一定时间内，随着保温时间的延长，侵染到细菌细胞内的噬菌体的数目逐渐增多，沉淀物中放射性强度逐渐增加，上清液中放射性强度逐渐减少；超过一定时间，因噬菌体在细菌内增殖后释放的子代噬菌体经离心后分布于上清液中，因此沉淀物放射性强度逐渐减少，上清液中放射性强度逐渐增加，即乙组—上清液—②，乙组—沉淀物—③；同理，用35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，随着保温时间的延长，经搅拌、离心后，甲组—上清液—④，甲组—沉淀物的放射性强度应一直为零。

答案：(1)debfca　(2)e→b　核糖体　(3)搅拌不充分　(4)B

18．(14分)图甲表示某动物b基因正常转录过程中的局部图解；图乙表示该生物某个体的体细胞内部分基因和染色体的关系；该生物的黑色素产生需要如图丙所示的3类基因参与控制，三类基因的控制均表现为完全显性。请据图回答下列问题：

(1)能发生图甲所示过程的细胞结构有________________________；该过程一般不发生在细胞分裂的分裂期，原因是_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)图甲中，若b2为RNA链，当b2含碱基A和U分别为24%和18%时，则b1链所在的DNA分子中，G所占的比例为__________；该过程结束时，终止密码子位于__________(填“b1”或“b2”)链上。

(3)图乙中正常情况下，该生物细胞中含有b基因最多时为________个，b基因相互分离发生在________________________________________________________________________

(填时期)。

(4)由图乙所示的基因型可以推知，该生物体______(填“能”“不能”或“不能确定”)合成黑色素，其中基因A和a的本质区别是______________________。

(5)由图丙可以得出，基因可以通过__________________________________进而控制生物体的性状，某一性状可能受多对基因控制。

解析：(1)由于DNA主要分布在细胞核中，在动物细胞的线粒体中也有少量的DNA分布，所以能发生转录过程的细胞结构有细胞核和线粒体。由于细胞分裂的分裂期，染色质高度螺旋化变为染色体，DNA结构稳定，不容易解旋，所以图甲所示过程一般不发生在细胞分裂的分裂期。(2)若b2为RNA链，当b2含碱基A和U分别为24%和18%时，则A＋U＝42%，对应的DNA分子中T＋A＝42%。因此，b1链所在的DNA分子中，G所占的比例为(1－42%)÷2＝29%。密码子位于mRNA上，所以该过程结束时，终止密码子位于b2链上。(3)图乙所示的生物体的基因型为Aabb，该生物的体细胞在有丝分裂后期含有4个b基因。b基因相互分离发生在有丝分裂后期，也可发生在减数分裂Ⅰ后期和减数分裂Ⅱ后期。(4)由图丙可知，基因型为A_bbC_的个体才能合成黑色素，图乙所示生物体的基因型为Aabb，控制酶③的基因不能确定，所以不能确定该生物体是否能合成黑色素。基因A和a是等位基因，它们的本质区别是碱基对的排列顺序不同。(5)由图丙可以得出，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，某一性状也可能受多对基因控制。

答案：(1)细胞核和线粒体　分裂期染色质高度螺旋化变为染色体，DNA结构稳定，不容易解旋

(2)29%　b2　(3)4　有丝分裂后期、减数分裂Ⅰ后期和减数分裂Ⅱ后期

(4)不能确定　碱基对的排列顺序不同

(5)控制酶的合成来控制代谢过程

19．(14分)图甲为某真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，图乙为核DNA片段。请回答下列问题：

(1)从图中分析，基因表达过程中转录的发生场所有____________________。

(2)在过程②中，少量mRNA就可以在短时间内指导合成大量的蛋白质，其主要原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)Ⅱ代表的物质为________，其遗传信息的传递过程为_______________________。若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第________阶段。