生物人教版 (2019)第2节 基因表达与性状的关系学案设计

基因表达与性状的关系

一、基因表达产物与性状的关系

实例1：皱粒豌豆的形成

皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，使细胞内淀粉含量降低。豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效的保留水分，显得圆圆胖胖，十分饱满，淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。

实例2：白化症状的形成

正常人的皮肤、毛发等处存在酪氨酸酶，能将酪氨酸转变为黑色素，如果一个人基因异常缺少酪氨酸酶，这个人就不能合成黑色素，从而表现白化症状。

结论一：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。

实例3：囊性纤维化的病因

囊性纤维化患者支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年死于肺部感染。在70%的患者中，编码一种转运蛋白—CFTR蛋白的基因缺少了3个碱基，CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，CFTR的空间结构发生变化，转运氯离子的功能出现异常，导致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，最终使肺部功能受损。

实例4：镰刀型细胞贫血症的病因

正常的血红蛋白基因编码的血红蛋白组成的红细胞结构正常，呈圆饼状；异常的血红蛋白基因中一个碱基发生替换，导致血红蛋白中一个氨基酸发生改变，编码的血红蛋白结构异常，由此组成的红细胞结构异常，呈镰刀状。红细胞运输氧的能力下降，易破裂，导致溶血死亡。

结论二：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

二、基因的选择性表达与细胞分化

实例：同一生物体内不同类型的细胞都源于受精卵的分裂和分化，每一个细胞中基因是相同的，却出现了形态、结构和生理功能的差异，其原因是不同类型的细胞中，表达的基因不同。一类是在所有细胞中都表达的基因，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；另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因，如胰岛素基因、血红蛋白基因。

结论：细胞分化的本质是基因的选择性表达，基因的选择性表达与基因表达的调控有关。

三、表观遗传

实例1：柳穿鱼花的形态结构遗传

柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关，不同类型的柳穿鱼花体内Lcyc基因的序列相同，两种花表达的情况不同。一种在开花时Lcyc基因表达，一种不表达，研究发现，该基因不表达的原因是该基因被高度甲基化，即多个碱基连接甲基基团。并且该性状可遗传。

实例2：小鼠毛色的遗传

某实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。纯种的黄色体毛与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代基因型相同，却表现出不同的体色，有许多介于黄色和黑色之间的类型。其原因是，控制体色的基因序列没有改变，但是在Avy基因的上游有一段特殊的碱基序列决定该基因的表达水平，该序列有多个可发生DNA甲基化的位点，没有甲基化时，小鼠表现为黄色，甲基化后Avy基因的表达受到抑制。甲基化程度越高，受到的抑制越明显，体毛的颜色越浅。

实例3：基因组成相同的同卵双胞胎具有微小的可区分的差异；一个蜂群中，蜂王和工蜂都由受精卵发育而来，但在形态、结构、生理和行为等方面截然不同；男性吸烟者体细胞内甲基化水平升高、精子活力下降。

结论：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，为表观遗传。该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、基因与性状的关系

实例1：人的身高是多个基因决定的，每个基因对身高有一定的作用；某植物的花色可能由两对等位基因决定，双显性时为紫色，单显性时为红色，双隐性为白色。

结论一：一个性状可以受到多个基因的影响。

实例2：水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。

结论二：一个基因可影响多个性状。

实例3：同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出两种不同的形态。后天的营养和体育锻炼对人的身高具有重要作用。将孵化的残翅果蝇放在比正常温度高的环境中培养，可长成长翅果蝇，但在正常温度下，后代仍是残翅果蝇。

结论三：生物体的性状不完全由基因决定，环境对性状也有重要的影响。即表现型是基因型和环境共同作用的结果。

归纳总结：基因与性状的关系整合图解如下

例题1  如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RNA聚合酶的催化，②过程需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不同

D. 过程①②③表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状

答案：B

解析：本题考查基因对性状的控制，难度中等。同一个体的体细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的，所含基因相同，A错误。过程①为转录，②为翻译，转录合成RNA，需要RNA聚合酶的催化；翻译合成多肽，需要tRNA运载氨基酸，B正确。基因2通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状，故④⑤的结果存在差异的根本原因是发生了基因突变，C错误；过程①②③表明基因通过控制酶的合成控制生物体的代谢，进而控制生物体的部分性状，D错误。

例题2  下列关于基因、蛋白质与性状的关系的叙述不正确的是（　　）

A. 基因能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. 基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

C. 人的身高可能是由多个基因决定，其中每一个基因对身高都有一定的作用

D. 若生物的某性状发生改变，则控制该性状的基因的脱氧核苷酸序列一定发生改变

答案：D

解析：本题考查基因对性状的控制、表观遗传、基因与性状的关系，难度中等。基因能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正确；基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，B正确；人的身高高矮不一，可能是由多个基因决定，其中每一个基因对身高都有一定的作用，C正确；生物性状改变还可能是碱基甲基化导致的结果，脱氧核苷酸的序列不变，D错误。

（答题时间：30分钟）

1. 下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是（    ）

A. 基因型不同的两个人，可能会由于环境因素而身高相同

B. 抗维生素D佝偻病的发生是由于少儿时期缺乏营养素造成的

C. 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

D. 色盲男子的女儿至少是色盲基因的携带者，这是由遗传因素决定的

2. 如图是基因的作用及基因与性状的关系示意图，据图分析不正确的是（    ）

A. ①过程是转录，它以DNA的一条链为模板合成mRNA

B. ①过程发生的场所与该基因复制的场所一定相同

C. ③过程中只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP即可完成

D. ⑤过程可以表示酪氨酸酶与人类肤色的关系

3. 下列关于基因对性状控制的叙述错误的是（    ）

A. 白化病患者缺乏酪氨酸酶，体现基因通过控制酶的合成间接控制生物性状

B. 同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同，体现性状是由基因和环境共同作用的结果

C. 原发性高血压与多对基因表达产物有关，体现基因与基因相互作用控制同一性状

D. 抗生素阻止细菌内RNA和mRNA的结合，体现抗生素可通过影响转录而影响性状

4. 判断下列有关基因与性状关系的叙述，错误的是（    ）

A. 由基因产物呈现的性状①、②、③、④可知同一个基因会影响多种性状

B. 若⑧为表达出的异常血红蛋白呈现的性状“红细胞呈镰刀型”，可说明基因通过酶的合成来控制代谢，进而控制生物体的性状

C. 上述图示可表明基因与性状并非简单的线性关系

D. 生物的性状除了受基因控制外，还可能受环境条件的影响

5. 下列有关基因与性状的叙述，正确的是（　　）

A. 生物体中一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定

B. 血红蛋白基因中有一个碱基对发生改变，血红蛋白结构一定发生改变

C. 生物的性状由基因决定，同时受环境影响，二者共同对生物的性状起作用

D. 囊性纤维病说明基因通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物性状

6. 如图为苯丙氨酸部分代谢途径示意图。苯丙酮尿症是由于苯丙氨酸羟化酶基因突变所致。患者的苯丙氨酸羟化酶失活，苯丙氨酸转化为酪氨酸受阻，组织细胞中苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积，表现为智力低下、毛发与皮肤颜色较浅等症状。下列分析错误的是（    ）

A. 一个基因可能会影响多个性状表现

B. 生物的一个性状只受一个基因的控制

C. 基因可通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制性状

D. 在婴幼儿时期限制对苯丙氨酸的摄入可缓解患者的病症

7. 水稻分蘖(茎基部发生分枝)受多个基因控制，水稻MADS基因家族能控制侧芽分化和分蘖过程。重力因素通过影响HSFA2D基因进而影响LAZY1基因的表达，最终调控分蘖的方向。相关说法错误的是

A. 水稻分蘖过程受到多个基因的共同调控   

B. 每个基因可以独立控制生物的某个性状

C. MADS基因可以控制水稻分蘖等多个性状

D. LAZY1基因的表达受环境和其它基因影响

8. 某种两性花的植物，可以通过自花传粉或异花传粉繁殖后代。在25℃条件下，基因型为AA和Aa的植株都开红花，基因型为aa的植株开白花，但在30℃的条件下，各种基因型的植株均开白花。下列说法不正确的是（    ）

A. 不同温度条件下同一植株花色不同，说明环境能影响生物的性状

B. 在25℃的条件下生长的白花植株自交，后代中不会出现红花植株

C. 若要探究一开白花植株的基因型，最简单可行的方法是在25℃条件下进行杂交实验

D. 在30℃的条件下生长的白花植株自交，产生的后代在25℃条件下生长可能会出现红花植株

9. 下面为基因与性状的关系示意图，请据图回答：

（1）基因的表达是指基因通过指导__________的合成来控制生物的性状。

（2）①过程合成mRNA，在遗传学上称为_______________；与DNA的复制不同，这一过程的特点是以DNA的__________链为模板，以__________为原料且以__________替代A与T配对。

（3）②过程称为__________，需要的“搬运工”和细胞器分别是__________、__________。

（4）人的白化症状是由于控制酪氨酸酶的基因异常所致，这属于基因对性状的__________（直接/间接）控制。

10. 果蝇翅的形状有3种类型：长翅、小翅和残翅，由两对等位基因（Gg和Hh）共同决定。其中G、g位于常染色体上. 当个体中G和H基因同时存在时，表现为长翅，G基因不存在时，表现为残翅. 两个纯合品系的果蝇进行杂交实验，结果如下表：

请回答：

（1）据表分析可推出H，h这对基因位于______染色体上，理由是_______。

（2）正交实验的F2中小翅个体的基因型是______、______。

（3）反交实验中，F2的表现型(不分雌雄)及比例是______。

（4）纯种长翅果蝇的幼虫，在25℃条件下培养，成虫均表现为长翅，若在35℃条件下培养，成虫均表现为残翅，但基因型不改变，这种现象称为“表现模拟”. 现有一只残翅雌果蝇，请设计一个实验判断它是否属于“表型模拟”。（只考虑G、g这对基因）

实验方法：让上述残翅雌果蝇与______雄果蝇杂交，产生的幼虫在______条件下长成成虫，观察成虫的翅型。

结果与结论：

①若成虫______，则说明该残翅雌果蝇属于“表型模拟”。

②若成虫______，则说明该残翅果蝇不属于“表型模拟”。

1. B  解析：本题考查基因型、性状与环境的关系，难度中等。表现型是具有特定基因型的个体所表现出的性状，是由基因型和环境共同决定的，所以基因型不同的两个人，可能会由于环境因素而身高相同，A正确；抗维生素D佝偻病是遗传病，B错误；叶绿素的合成需要光照，某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，说明这种变化是由环境造成的，C正确；红绿色盲是伴X染色体隐性遗传病，色盲男子（XbY）的女儿是XBXb或XbXb，至少是携带者，D正确。

2. C  解析：本题考查基因与性状的关系，难度中等。转录是以DNA分子的一条链为模板合成RNA的过程，A正确。转录和复制都是以DNA为模板进行的，特定的基因在细胞中分布是不变的，所以同一个基因的复制和转录场所相同，B正确。③过程是翻译，该过程还需要tRNA转运氨基酸，C错误。⑤过程表示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，D正确。

3. D  解析：本题考查基因对性状的控制机制以及性状与环境的关系，难度中等。白化病患者缺乏酪氨酸酶，体现基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而间接控制生物性状，A正确；同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同，说明生物性状受基因控制，同时还受环境影响，B正确；原发性高血压为多基因遗传病，体现了基因与基因相互作用控制同一性状，C正确；抗生素阻止细菌内RNA和mRNA的结合，体现抗生素可通过影响翻译而影响性状，D错误。

4. B  解析：本题考查基因与性状的关系，难度中等。由基因产物呈现的性状①、②、③、④可知同一个基因会影响多种性状，故A正确；若⑧为表达出的异常血红蛋白呈现的性状“红细胞呈镰刀型”，可说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，故B错误；基因与性状并非简单的线性关系，故C正确；生物的性状除了受基因控制外，还可能受环境条件的影响，即表现型=基因型+环境，故D正确。

5. C  解析：本题考查基因与性状的关系，难度中等。生物体中，一个基因可能决定多种性状，一种性状可能由多个基因决定，A错误；由于密码子的简并性（多个密码子编码同一种氨基酸），控制人的血红蛋白的基因中有一个碱基对发生改变，血红蛋白的结构不一定发生改变，B错误；生物的性状由基因决定，还受环境条件的影响，是基因和环境共同作用的结果，C正确；囊性纤维病说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，D错误。

6. B  解析：本题考查基因与性状的关系，难度中等。根据题意可知，苯丙氨酸羟化酶基因突变，会导致苯丙酮尿症，患者的苯丙氨酸羟化酶失活，苯丙氨酸转化为酪氨酸受阻，苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积，表现智力低下，毛发与皮肤颜色较浅等症状，由此说明一个基因可以影响多个性状表现，A正确；据图可知，若控制酪氨酸酶的基因突变同样会使黑色素减少，出现毛发与皮肤颜色较浅等症状，说明生物的一个性状不只受一个基因控制，B错误；丙氨酸羟化酶基因突变，会导致苯丙氨酸羟化酶失活，苯丙氨酸转化为酪氨酸受阻，苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积，表现智力低下，毛发与皮肤颜色较浅等症状，表明基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制性状，C正确；苯丙氨酸羟化酶失活，苯丙氨酸转化为酪氨酸受阻，苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积，从而表现出苯丙酮尿症，如果婴儿期限制对苯丙氨酸的摄入，苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积减少，可缓解患者的病症，D正确。

7. B  解析：本题考查基因与性状的关系，难度较大。由“水稻分蘖受多个基因控制”可知，水稻分蘖过程受到多个基因的共同调控，A正确；并非每个基因都可以独立控制生物的某个性状，例如LAZY1基因，B错误；MADS基因家族能控制水稻侧芽的分化、分蘖过程，C正确；LAZY1基因的表达受重力因素和HSFA2D基因的影响，D正确。

8. C  解析：本题考查环境对生物性状的影响，难度较大。由题干知，基因型是AA和Aa的该植物在25℃条件下都开红花、而在30℃条件下均开白花，说明环境能影响生物的性状，A正确；由题干知，在25℃的条件下生长的白花植株的基因型是aa，此种基因型的个体自交后代的基因型仍为aa、表现为白花，后代中不会出现红花植株，B正确；探究一株植物的基因型是AA、Aa还是aa，最简单可行的方法是在25℃条件下进行自交，并在25℃的条件下培养后代，如果后代全部是红花植株、说明该植株的基因型为AA，如果都开白花、说明该植株的基因型为aa，如果既有开白花的植株，也有开红花的植株，则说明该植株的基因型为Aa，C错误；由题干知，在30℃的条件下，各种基因型的植株均开白花，所以在30℃的条件下生长的白花植株自交，产生的后代在25℃条件下生长可能会出现红花植株，D正确。

9. （1）蛋白质   （2） 转录    一条    核糖核苷酸    U   （3） 翻译    tRNA    核糖体  （4） 间接   

解析：本题考查基因的表达和基因对性状的控制，难度中等。

（1）基因的表达是指基因通过指导蛋白质的合成来控制生物的性状。

（2）图中①过程是以DNA为模板，指导RNA合成的过程，称为转录，转录与DNA复制不同，转录以DNA的一条链为模板，以4种核糖核苷酸为原料，以A与U配对替代A与T配对。

（3）图中②过程是以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程，称为翻译，“搬运工”为tRNA，场所为核糖体。

（4）基因控制性状的方式一种是通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，另一种是通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状，前者为直接控制，后者为间接控制。

10.（1）X    反交实验的F1中所有雌蝇均为长翅，所有雄蝇均为小翅   （2） GGXhY    GgXhY    （3）长翅：小翅：残翅=3：3：2   （4） 25℃条件下培养成的残翅    25℃    出现长翅性状    均为残翅   

解析：本题考查环境对性状的影响以及生物的遗传规律，难度较大。

分析题干信息可知：长翅个体基因型为G-XHX-、G-XHY；残翅个体基因型为gg--；小翅个体基因型为G-XhXh、G-XhY。

（1）翅型纯合品系的果蝇进行杂交实验，正交与反交结果不同，反交实验的F1中，所有雌蝇均为长翅、所有雄蝇均为小翅，说明基因位于性（X）染色体上。

（2）根据题干信息，正交实验中，F2长翅：小翅：残翅=9：3：4，F1长翅个体基因型为GgXHXh 、GgXHY，亲本的基因型是ggXHXH和GGXhY，F2中小翅个体的基因型是GGXhY、GgXhY。

（3）反交实验中，亲本的基因型是GGXhXh、ggXHY，F1基因型是GgXHXh、GgXhY，F2的长翅：小翅：残翅=3：3：2。

（4）实验方法：让上述残翅雌果蝇与25℃条件下培养成的残翅雄果蝇杂交，产生的幼虫在25℃条件下长成成虫，观察成虫的翅型。

结果与结论：

①若成虫出现长翅性状，则说明该残翅雌果蝇属于“表型模拟”。

②若成虫均为残翅，则说明该残翅果蝇不属于“表型模拟”。