1、第第 2 2 节节 基因表达与性状的关系基因表达与性状的关系 基因表达产物与性状的关系 自主梳理 (1)基因都是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的。() 提示：基因还可以通过控制酶的合成来控制代谢进程，进而控制生物体的性状。 (2)人白化病的成因是控制酪氨酸酶的基因异常，导致酪氨酸酶不能合成。() 典例 1 (2019 聊城一中期中)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： 从图中不能得出的结论是( ) A.花的颜色由多对基因共同控制 B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢 C.牵牛花颜色的表现受到相关酶的控制 D.若基因不表达，则基因也不表达 解析
2、 由图可知，花青素的合成是由多对基因共同控制的，A 正确；基因 分别通过控制酶 1、2、3 的合成来控制花青素的合成，B 正确，C 正确；基因具 有独立性，基因不表达，基因和基因仍然能够表达，D 错误。 答案 D 对点练 1 (2019 兰州一中期末)酶 A、B、C 是大肠杆菌的三种酶，每种酶只能 催化下列反应链中的一个步骤， 其中任意一种酶的缺失均能导致该菌因缺少化合 物丁而不能在基本培养基上生长。 化合物甲 酶 化合物乙 酶 化合物丙 酶 化合物丁 现有三种营养缺陷型突变体， 在添加不同化合物的基本培养基上的生长情况如下 表： 突变体 添加物 突变体 a (酶 A 缺陷) 突变体 b (酶
3、 B 缺陷) 突变体 c (酶 C 缺陷) 化合物乙 不生长 不生长 生长 化合物丙 不生长 生长 生长 由上表可知：酶 A、B、C 在该反应链中的作用顺序依次是( ) A.酶 A、酶 B、酶 C B.酶 C、酶 A、酶 B C.酶 B、酶 C、酶 A D.酶 C、酶 B、酶 A 解析 突变体 a 缺乏酶 A，在基本培养基上添加化合物乙和丙均不能生长，说明 酶 A 催化丙转化为丁的过程；突变体 b 缺乏酶 B，在基本培养基上添加化合物 乙不能生长，添加丙能生长，说明酶 B 催化乙转化为丙的过程；突变体 c 缺乏 酶 C， 在基本培养基上添加化合物乙和丙均能生长， 说明酶 C 催化甲转化为乙的
4、过程。酶 A、B、C 在该反应链中的作用顺序依次是酶 C、酶 B、酶 A，D 正确。 答案 D 联想质疑 豌豆皱粒的形成原因： 编码淀粉分支酶的基因突变， 导致淀粉分支酶不能合成； 体现了基因对性状的间接控制。 淀粉没有甜味，而蔗糖有甜味，所以皱粒豌豆同时也是甜的，圆粒豌豆同时也是 非甜的。这说明基因与生物的性状之间具有什么样的对应关系？ 提示：一对基因可以控制两对相对性状。 基因的选择性表达与细胞分化 自主梳理 (1)在一个细胞中的所含的全部基因都一定表达。() 提示：细胞中的基因进行选择性表达。 (2)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。() 典例 2 (2019 乐山联考)同一生物体内
5、的不同组织细胞之间，不同的是( ) A.染色体上的基因 B.细胞质中的 tRNA C.遗传密码的种类 D.细胞质中的 mRNA 解析 同一生物体内不同组织细胞中，染色体上的基因都相同，A 错误；同一生 物体内不同组织细胞中，细胞质中的 tRNA 都相同，B 错误；同一生物体内不同 组织细胞中，遗传密码的种类都相同，C 错误；同一生物体内不同组织细胞中选 择性表达的基因不同，因此细胞质中的 mRNA 不同，D 正确。 答案 D 对点练 2 (2019 永城实验高中期末)人的胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血 红蛋白，据此推测胰岛细胞中( ) A.只有胰岛素基因 B.比人受精卵基因要少 C.有胰岛
6、素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因 D.既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因 解析 胰岛细胞含有该个体全部的基因，A 错误；胰岛细胞是由受精卵有丝分裂 而来的，所含的基因与受精卵相同，B 错误；胰岛细胞除了含有胰岛素基因，还 有血红蛋白基因和其他基因，C 错误，D 正确。 答案 D 联想质疑 “管家基因”是指所有细胞中均要稳定表达的一类基因， 其产物是对维持细胞 基本生命活动所必需的。 “奢侈基因”是指不同类型细胞中特异性表达的基因， 奢侈基因的产物赋予各 种类型细胞特定的形态结构特征与功能。 (1)同一生物体的不同细胞， 形态结构和生理功能差异很大， 这种现象称为什么？ 其本质是什么
7、？ 提示：细胞分化；基因的选择性表达。 (2)基因的选择性表达与性状有何关系？ 提示：基因的选择性表达是生物体多种性状形成的基础。 表观遗传 自主梳理 (1)表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物体整个生命活动过程中。() 提示： 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。 (2)表观遗传现象中基因的碱基序列发生了可遗传的变化。() 提示：表观遗传现象中，生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发 生了可遗传的变化。 典例 3 (2019 成都外国语学院附中期末)柳穿鱼是一种园林花卉，其花的形态结 构与 Lcyc 基因的表达直接相关。A、B 两株柳穿鱼体内
8、Lcyc 基因的碱基序列完 全相同，只是植株 A 的 Lcyc 基因在开花时表达，植株 B 的 Lcyc 基因被高度甲 基化(Lcyc 基因有多个碱基连接了甲基)，开花时不能表达，从而导致 A、B 植株 的花明显不同。将 A、B 植株作亲本进行杂交，F1的花与植株 A 相同，F1自交 的 F2中绝大部分植株的花与植株 A 相同，少部分植株的花与植株 B 相同，科学 家将这种特殊的遗传方式称作表观遗传。据此判断，下列有关说法错误的是 ( ) A.上述柳穿鱼的杂交情况说明植株 B 的 Lcyc 基因发生了隐性突变 B.细胞中基因表达与否以及表达水平的高低会导致生物的性状发生差异 C.表观遗传能够使
9、生物体在基因的碱基序列不变的情况下发生可遗传的性状改 变 D.基因组成完全相同的同卵双胞胎具有的微小差异可能与表观遗传有关 解析 因为 A、B 两株柳穿鱼体内 Lcyc 基因的碱基序列完全相同，只存在能否 表达的差异，说明没有发生基因突变，A 错误；从 A、B 植株作亲本进行杂交的 F1和 F2情况分析，植株 B 的 Lcyc 基因碱基与植株 A 相同，仅因被高度甲基化 后不能表达， 基因不表达会使其花的性状与植株 A 的出现明显差异， B 正确； A、 B 植株的差异在 F2中重新出现，说明细胞中基因表达与否以及表达水平的高低 会导致生物的性状发生改变并遗传下去，属于可遗传变异，C 正确；表
10、观遗传即 为碱基序列相同的情况下，性状表现出现差异的现象，推测基因组成相同的同卵 双胞胎具有微小差异与表观遗传有一定关系，D 正确。 答案 A 对点练 3 (2020 山东省实验中学高一月考)下列哪项不属于表观遗传的特点 ( ) A.对表型的影响可遗传给后代 B.DNA 分子碱基可能连接多个甲基基 团 C.甲基化导致 DNA 碱基序列发生改变 D.可由组蛋白的某些修饰导致 解析 表观遗传对表型的影响，可以遗传给后代，使后代出现同样的表型，A 不 符合题意；一段碱基序列中可能存在多个可发生 DNA 甲基化修饰的位点，所以 DNA 分子碱基可能连接多个甲基基团，B 不符合题意；甲基化不会导致 DN
11、A 碱 基序列发生改变，但会抑制相关基因表达，进而对表型产生影响，C 符合题意； 除了 DNA 甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基 因的表达，D 不符合题意。 答案 C 联想质疑 (1)影响表观遗传的因素有哪些？ 提示：DNA 的甲基化，组蛋白的甲基化、乙酰化等。 (2)从表观遗传的角度分析，吸烟对于男性有何危害？ 提示：使人体细胞内 DNA 的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生 影响；精子活力下降，精子中 DNA 甲基化水平明显升高。 如何评价基因决定生物体的性状这一观点？ 提示：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
12、基因或染色体上其他成分的修饰，调控基因的表达，进而影响生物体的 性状。 基因与性状之间的关系 自主梳理 (1)基因与性状的关系是一一对应的关系() 提示：基因与性状的关系不总是一一对应的。 (2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响() 典例 4 (2020 河南省鹤壁高中高一月考)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 解析 基
13、因与性状并不都是简单的线性关系，有的性状受多对基因控制，一对基 因也可能对多对性状产生影响，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，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，A 错误；由于多个密码子可编码同一种氨基酸，所以血红蛋白 基因中有一个碱基对发生改变，血红蛋白结构不一定发生改变，B 错误；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，C 正确；囊 性纤维病的致病原因是由于基因中缺失三个相邻碱基，使控制合成的跨膜蛋白 CFTR 缺少一个苯丙氨酸，CFTR 改变后，其转运 Cl 的功能发生异常，导致肺 部黏液增多、细菌
14、繁殖，该病例说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性 状，D 错误。 答案 C 对点练 4 (2020 泉州市高一期末)下列关于基因、蛋白质和性状三者间关系的叙 述，错误的是( ) A.基因与性状之间并不都是一一对应的关系 B.基因可以直接体现生物体的性状 C.蛋白质的功能可以影响生物体的性状 D.生物体的性状受基因和环境的共同影响 解析 基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系，A 正确；基因通过控制蛋 白质的合成来控制生物体的性状，基因不能直接体现生物体的性状，B 错误；蛋 白质是生命活动的主要承担者，因此蛋白质的功能可以影响生物体的性状，C 正 确；生物体的性状受基因和环境的共同影响，
15、D 正确。 答案 B 联想质疑 水毛茛叶的两种形态 (1)试举例说明一个性状可以受到多个基因的影响。 提示：人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。 (2)同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了不同的形态。 这说明生物的表型除受基因型控制外，还受什么因素影响？ 提示：环境因素。 思维导图 晨读必背 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。 基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物 体的性状。 2.细胞分化的本质就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.在大多
16、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。一个性状可以受到多个基因的影响。一个基 因也可以影响多个性状。同时，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。 教材答案与提示 一、问题探讨 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。 2.提示：这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。 二、练习与应用 概念检测 1.(1) (2) 2.C 拓展应用 1.提示：这种说法有一定的道理。基因通常是有遗传效应的 DNA 片段，DNA 上 特定的碱基排列顺序，蕴含着一定的遗传信息，可类比成组织者(导演)，负责整 部作品的呈现； 蛋白质是生命活动的主要承担者，
17、具体参与细胞的各项生命活动， 可类比成执行者(演员)；而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行为等 特征的总和，主要是由蛋白质参与完成的，可类比成呈现方式(作品)。当然，打 比方总会有比得不合理之处，因此，只能说有一定的道理。三者之间的关系是： 基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。 2.(1)提示：第一，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基 因控制一对性状和一对基因控制多对性状的情形；第二，核基因在染色体上呈线 性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状不遵 循自由组合定律；第三，某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传 规律；第四，
18、个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。 (2)提示：科学实验必须是可重复的，只有这样才能说明实验的现象和结果是一 种必然规律，而不是偶然发生的。科学实验的可重复性包括两方面：第一，实验 样本量足够大，在相同实验条件下要有足够的重复观察次数；第二，任何实验结 果的可靠性应经得起独立重复实验的考验， 重复实验是检查实验结果可靠性的唯 一方法。由于生物多样性的存在，不同生物的背景条件隐蔽且不一致(如山柳菊 以无性生殖为主)，导致生命世界的很多现象具有独特性，不能用统一的定律解 释。因此，生命科学实验的可重复性是有一定前提和条件限制的。 3.提示：这是一道开放性问题，意图是让学生学
19、会查阅资料，并不要求学生给出 标准答案。资料显示：哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然 X 染色体数量不同， 但 X 染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个过程称为剂量补偿。 雌猫比雄猫多出 1 条 X 染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的 1 条 X 染色体就会随机发生固缩失活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细 胞通过有丝分裂产生的子细胞也保留相同的染色体失活状态。 对于基因型为 XBXO的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因 B 的 X 染色体失活， XB就不能表达，而另一条 X 染色体上的 XO表达，那么由该细胞增殖而来的皮 肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因
20、O 的 X 染色体失活， 则 XO不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此， 基因型为 XBXO的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。 随堂检测 1.(2019 静安区期末)来自同一个体的神经细胞和肝细胞有诸多差异，以下关于两 者的描述错误的是( ) A.核 DNA 不完全相同 B.RNA 不完全相同 C.蛋白质不完全相同 D.糖类不完全相同 解析 神经细胞和肝细胞是由同一个受精卵经分裂和分化后形成的， 细胞核具有 相同的遗传物质，即核 DNA 相同，A 错误。 答案 A 2.肠道病毒 EV71 为单股正链(RNA)病毒， 是引起手足口病的主要病原体之一。 下面为该病毒在宿主细胞
21、肠道内增殖的示意图。据图分析错误的是( ) A.图中物质 M 的合成场所是宿主细胞的核糖体 B.催化、过程的物质可能是 RNA 复制酶 C.图中RNA 具有催化RNA 形成RNA 的功能 D.若RNA 含有 7 500 个碱基，其中 AU 占 40%，子代RNA 形成过程共需 G 和 C 9 000 个 解析 图中的 M 物质是翻译产生的多肽链，由于 EV71 病毒没有细胞器，多肽 合成的场所是宿主细胞的核糖体；、过程是以 RNA 为模板合成 RNA 的过 程，需要的是 RNA 复制酶；图中催化RNA 形成RNA 的是物质 N，图中 RNA 的功能是作为翻译的模板翻译出新的蛋白质、作为复制的模
22、板形成新的 RNA，即病毒的组成成分之一；RNA 复制时，需要先以RNA 为模板合成 RNA，再以RNA 为模板合成RNA，相当于合成了一条双链 RNA，在这条双 链 RNA 中 AU，GC，根据题目中的条件，在病毒RNA 中 AU 占 40%， 则 GC 占 60%，所以合成子代RNA 的过程共需要 G 和 C 的数目是 7 500260%9 000(个)。 答案 C 3.已停止分裂的细胞，其遗传信息的传递情况可能是( ) A.DNADNARNA蛋白质 B.RNARNA蛋白质 C.DNARNA蛋白质 D.蛋白质RNA 答案 C 4.(2019 海淀区期末)许多基因的启动子(转录起始位点)内富
23、含 CG 重复序列，若 其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为 5甲基胞嘧啶， 就会抑制基因的转录。 下列 与之相关的叙述中，正确的是( ) A.在一条单链上相邻的 C 和 G 之间通过氢键连接 B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变 C.胞嘧啶甲基化会阻碍 RNA 聚合酶与启动子结合 D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关 解析 在一条脱氧核苷酸单链上相邻的 C 和 G 之间不是通过氢键连接，而是通 过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接，A 错误；胞嘧啶甲基化导致的是表 达过程中基因转录被抑制，对已经表达的蛋白质结构没有影响，B 错误；根据题 意“胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录”可推知，抑制的实质就
24、是阻碍 RNA 聚合 酶与启动子结合，C 正确；由于基因的表达水平与基因的转录有关，所以与基因 的甲基化程度有关，D 错误。 答案 C 5.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 由题干中“细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果”可知， 找出分化的细 胞中特殊成分的基因即可， 四个选项中 B、 C、 D 是所有活细胞中都表达的基因， 而 A 中血红蛋白基因是分化后的红细胞才表达的基因。 答案 A 6.(2019 兰州一中期末)下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径。请根据图示回答下 列问题
25、： (1)缺乏酶_会导致人患白化病。 (2)尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露于氧气会变 成黑色，这种症状称为尿黑酸症。缺乏酶_会使人患尿黑酸症。 (3)导致苯丙酮尿症的直接原因是由于患者的体细胞中缺少酶_，致使体 内的苯丙氨酸不能沿正常途径转变为酪氨酸，只能转变为苯丙酮酸。 (4)从以上实例可以看出，基因通过控制_来控制_，进而控制生 物体的性状。 解析 (1)人体缺乏黑色素而患白化病，酪氨酸合成黑色素需要酶催化，故缺 乏酶会导致人患白化病。 (2)由题图可知， 酶可将尿黑酸催化生成乙酰乙酸， 若在其他条件均正常的情况下，直接缺少酶会使尿黑酸在人体内积累，部分尿 黑酸随尿液排出，使人患尿黑酸症。(3)由题图可知，苯丙氨酸转变为酪氨酸需 要酶的催化，体细胞中缺少酶，会使体内的苯丙氨酸不能沿正常途径转变为 酪氨酸，只能转变为苯丙酮酸，故导致苯丙酮尿症的直接原因是患者的体细胞中 缺少酶。(4)以上实例均显示通过酶的催化作用来控制人体内的苯丙氨酸代谢 过程，故可以看出，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。 答案 (1) (2) (3) (4)酶的合成 代谢过程