4.2基因表达与性状的关系课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

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【例】下图中甲~丙表示真核生物遗传信息的传递和表达过程，其中①~⑤表示物质或结构。 2.基因控制蛋白质的合成这个过程就是基因的 ，包 含 和 两个阶段。 1. 温故而知新 （在草稿纸上默写出答案） ① ；② ；③ ；④ ；⑤ 。 DNA的复制 转录 翻译 RNA的复制 逆转录 表达 转录 翻译 4.2 基因表达 与性状的关系 问题探讨 4 空气中的叶 浸在水中的叶 讨论 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？ 扁平状 丝状 一样 基因 蛋白质 体现 性状 生命活动的主要承担者和体现者 如何控制？ 问题探讨 （趣味引入） （相同） （不同） 表达 5 教学过程 核心素养 引导学生建立生命的信息观，使学生形成生命使物质、能量和信息的统一体的生命观念。 基因与性状之间关系的复杂性，同时提升多角度、多因素分析复杂事件的方法和能力。植物柳穿鱼和动物小鼠的表观遗传实例，引导学生归纳DNA甲基化这种经典的表观遗传现象，是归纳法的再次应用。本节的“思维训练”训练了学生提出假说的能力。 通过“与社会的联系”帮助学生认识吸烟的危害，从而选择健康的方式，并提高社会责任感。 科学思维 生命观念 科学探究 社会责任 表观遗传的“思考讨论”活动，引导学生分析实验现象，提高学生的科学探究能力。 6 圆粒豌豆 皱粒豌豆 知识过渡 资料一：与圆粒豌豆不同的是，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，进而使细胞内淀粉含量降低。淀粉在细胞中具有保留水分的作用。当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效的保留水分，十分饱满；淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。 任务1：阅读并分析课本上的材料，并回答问题： 资料二：人的白化症状是由编码酪氨酸酶的基因异常而引起的。酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因异常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，从而表现出白化症状。 一、基因表达产物与性状的关系 1.合作分析：皱粒豌豆的形成机制？ 2.自主分析：人的白化症状形成机制？（写在草稿纸上） 3.由材料一、二可看出基因是通过什么途径控制性状的？ 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！（背！） Lenovo (L) - 豌豆的 皱粒 的形成机制 皱粒豌豆 编码淀粉分支酶的基因被 打乱 淀粉分支酶 ，活性大大 ； 淀粉合成 ； 淀粉含量 ,保留水分 ，失水而 。 模型建构 插入的DNA序列 异常 降低 少 皱缩 基因 酶 细胞代谢 性状 低 受阻 人的白化症状形成机制 模型建构 黑色素 白化症状 基因 性状 编码 异常 酪氨酸酶的基因 无法合成 ； 酪氨酸不能转变为 ； 缺乏黑色素表现 。 酪氨酸酶 酶 细胞代谢 皮肤和毛发颜色变淡，红膜半透明，眼球震颤、怕光。 正常气管 囊性纤维化气管 一、基因表达产物与性状的关系 4.分析：囊性纤维病的形成机制？ 5.通过材料三可看出基因还可以通过什么途径控制性状呢？ 资料三：囊性纤维化患者编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生改变，使CFTR转运氯离子的功能出现异常，患者支气管粘液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。 基因通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状！ 任务1：探究分析课本上的材料，并回答问题： 囊性纤维病形成机制 编码CFTR蛋白的基因 ； CFTR蛋白缺少 ，其 发生变化 CFTR 出现异常 支气管黏液 ，管腔受阻，细菌 ，肺部感染。 基因 功能 性状 模型建构 缺失3个碱基 苯丙氨酸 转运氯离子的功能 增多 繁殖 蛋白质结构 空间结构 基因 蛋白质的结构 生物性状 酶的合成 代谢 间接 基因、蛋白质、性状之间的关系 蛋白质 基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状； 生物体的性状虽然在形式上千差万别，但本质上都与蛋白质有关！ 模型建构 控制 控制 控制 直接 14 神经系统损害，智力低下，面部表情呆滞，头发细黄，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。 苯丙酮尿症 (课本P78)复习与提高 二、非选择题 2．在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致。人体内苯丙氨酸的代谢途径如下图所示。请回答下列问题。 （1）缺乏酶_______会导致人患白化病？ 尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露在空气中会变成黑色，这是尿黑酸症的普遍表现。缺乏酶_______会导致人患尿黑酸症. ⑤ ③ (课本P78)复习与提高 二、非选择题 2．在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致。人体内苯丙氨酸的代谢途径如下图所示。请回答下列问题。 （2）从这个例子可以看出，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。 胰岛细胞 红细胞 输卵管细胞 知识过渡 生物体多种性状的形成都是以细胞分化为基础的。 同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同，这是为什么呢? 项目 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因、核糖体蛋白基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰岛素mRNA 核糖体蛋白mRNA 卵清蛋白 珠蛋白 胰岛素 核糖体蛋白 输卵管细胞 + + + + + - - + + - - + 红细胞 + + + + - + - + - + - + 胰岛细胞 + + + + - - + + - - + + 讨论：1.3种细胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、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? 2.完善表格并分析：这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别? 有没有基因在3种细胞中都可以表达？ 举例 二、基因的选择性表达与细胞分化 任务2：分析表格（改编），并阅读P72最后一段，讨论： 不完全相同！ 有 基因的表达存在选择性 19 另一类是只在某类细胞中 ，如 、 …… 一类是在所有细胞中 ，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如 、 …… 二、基因的选择性表达与细胞分化 在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类： 都表达的基因 核糖体蛋白基因 ATP合成酶基因 特异性表达的基因 卵清蛋白基因 胰岛素基因 或可尝试开展对两类基因进行“命名”的活动，以进一步帮助学生理解这两类基因在细胞生命活动的作用，以及基因的选择性表达与细胞分化的关系！ 20 细胞分化的本质就是 ！ 基因的选择性表达 与 有关！ 基因表达的调控 基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的，这种调控会直接影响性状！ 5．人体的神经细胞和肌细胞的形态、结构和功能不同，是因为这两种细胞内（ ） A．tRNA不同 B．rRNA不同 C．mRNA不同 D．DNA上的遗传信息不同 (课本P78)复习与提高 一、选择题 C 正误判断 1.细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态，不可逆转 (　　) 2.在一个细胞中所有的基因都一定表达(　　) 3.细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因的表达存在差异(　　) 4.同一个体的不同组织细胞的形态、功能不同是基因选择性表达的结果(　　) 5.不同生物的细胞的形态、结构不同是基因不同造成的(　　) √ × √ √ √ 知识小结 表达 情况 知识导图 24 同卵双胞胎相似的原因？ 柳穿鱼花的形态 植株A 植株B 性状表现 两侧对称花 辐射对称花 Lcyc 基因 测序 表达 甲基化检测 基因的序列相同 表达 不表达 植株B的Lcyc基因被高度甲基化 两侧对称花 辐射对称花 Lcyc基因没有甲基化 Lcyc基因正常表达 Lcyc基因高度甲基化 Lcyc基因不表达 3 三、表观遗传 任务1：阅读课本P73资料，并思考讨论题 资料1 Lcyc基因的甲基化可以遗传吗? 两侧对称 辐射对称 两侧对称 LL L‘L‘ LL‘ L‘L‘ LL、LL’ F1 F2 P × × 两侧对称 辐射对称 基因的甲基化可以遗传 资料2 小鼠毛色遗传 3 3 三、表观遗传 讨论：小鼠性状改变的原因是什么？ 小鼠Avy基因的前端甲基化抑制了基因表达。 Avy基因甲基化程度 28 表观遗传 实例1.基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与 有关 生物体基因的碱基序列 ，但基因表达和表型发生_________________的现象。 表观遗传 保持不变 可遗传变化 3 3 三、表观遗传 蜂王 工蜂 三、表观遗传 实例2. 蜂群中蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的，但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同，表观遗传也在其中发挥了重要作用。 持续喂食蜂王浆 改喂食花粉和花蜜 吸烟 酗酒 暴食 熬夜 不良生活习惯 影响表观遗传的环境因素 吸烟会使人的体细胞内 ，对染色体上的 也会产生影响。男性吸烟者的精力活力 ，精子中的DNA的甲基化水平明显 。 DNA的甲基化水平升高 组蛋白 下降 升高 建议学生向亲友和周围人群深入宣传戒烟的道理，培养学生的社会责任感！ 吸 烟 有 害 健 康 影响表观遗传的环境因素 ①DNA甲基化 ②构成染色体的 、 等修饰。（教材P74，相关信息） DNA 组蛋白 甲基化 组蛋白甲基化示意图 组蛋白发生甲基化 乙酰化 表观遗传中的基因修饰机制 3 3 四、基因和性状的关系 大多数情况下,基因和性状不是简单的一一对应的关系： ①一个基因 一种性状 控制 如：红绿色盲、白化病等 ②多个基因 一种性状 控制 如：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。 ③一个基因 多种性状 控制 如：研究发现水稻中的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的作用。 1、基因决定生物性状 34 2、生物性状还会受到环境等条件的影响 四、基因和性状的关系 1、基因决定生物性状 问题探讨 扁平状 丝状 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 表型 = 基因 + 环境 思维训练 刚孵化的残翅果蝇幼虫 31℃培养 翅长接近正常的果蝇 残翅果蝇 25℃下培养 它们产生的后代 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。 36 正误判断 1.吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达(　　) 2.柳穿鱼Lcyc基因的部分碱基发生甲基化修饰，抑制了基因的表达(　　) 3.DNA的甲基化仅通过影响翻译过程进而影响表型(　　) 4.表观遗传引起了表型的变化，又是可以遗传的，所以属于可遗传变异(　　) 5.基因的选择性表达与基因表达的调控有关(　　) 6.基因与性状的关系是一一对应的关系(　　) 7.生物体的一种性状有时受多个基因的影响(　　) × √ √ √ √ × √ 4．基于对基因与生物体性状关系的理解，判断下列表述正确的是（ ） A．生物体的性状主要是由基因决定的 B．每种性状都是由一个特定的基因决定的 C．基因都是通过控制酶的合成来控制性状的 D．基因的碱基序列相同，该基因决定的性状一定相同 (课本P78)复习与提高 A 一、选择题 练习与应用 一、概念检测 1. 个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。 （1）基因与性状之间是一一对应的关系。（ ） （2）细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因的表达存在差异。（ ） ✖ ✔ (课本P74) 综上所述，基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状。基因不同会导致可遗传的变异，基因相同的个体之间也会存在可遗传的性状差异。来自同一个受精卵的细胞，尽管基因组成都相同，也会出现形态、结构和功能的分化，即细胞分化，其实质是基因的选择性表达的结果。基因之所以能够选择性表达是由于细胞有调控基因表达的机制，细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。DNA甲基化等因素导致基因在其碱基序列不变的情况下，表达情况发生可遗传的变化，这就是表观遗传。 在大多数情况下，基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系，有的性状是由多个基因共同决定的，有的基因可影响多个性状。一般来说，性状是基因和环境共同作用的结果。 小 结 练习与应用 （课本P75） 一、概念检测 1.个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。 (1)基因与性状之间是一 一对应的关系。（ ） (2)细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因的表达存在差异。（ ） × √ 2.我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（ ） A.这项研究说明人和羊共用一套遗传密码 B.该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因 C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因 D.该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因 C 对于基因型为XBX0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O的X染色体失活，则X0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XBX0的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。 哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X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。 (课本P78)复习与提高 二、非选择题 1．我国科学家发现在体外实验条件下，某两种蛋白质可以形成含铁的杆状多聚体，这种多聚体能识别外界磁场并自动顺应磁场方向排列。编码这两种蛋白质的基因，在家鸽的视网膜中共同表达。请回答下列问题。 （1）家鸽视网膜细胞表达这两种蛋白质的基本过程是________________。 在视网膜细胞的细胞核中，编码这两种蛋白质的基因分别转录出相应的mRNA，mRNA通过核孔进入细胞质，在核糖体上进行翻译。 （2）家鸽所有细胞是否都含有这两个基因并进行表达（是/否） ， 判断的理由是 。 否 家鸽的所有细胞均由受精卵发育而来，因此所有的细胞都含有这两个基因，但这两个基因只在部分细胞（如视网膜细胞）中特异性表达，不会在所有细胞中都表达。 (课本P78)复习与提高 二、非选择题 1．我国科学家发现在体外实验条件下，某两种蛋白质可以形成含铁的杆状多聚体，这种多聚体能识别外界磁场并自动顺应磁场方向排列。编码这两种蛋白质的基因，在家鸽的视网膜中共同表达。请回答下列问题。 （3）如果这两个基因失去功能，家鸽的行为可能发生的变化是 。要验证你的推测，请设计实验来验证，写出你的实验思路： 。 无法合成有功能的含铁的杆状蛋白质多聚体，可能导致家鸽无法“导航”，失去方向感。 以A、B分别代表编码这两种蛋白质的基因。先设法去除家鸽的这两个基因（基因敲除），组别为①去除A基因，②去除B基因，③同时去除A基因和B基因，④不去除基因的家鸽（对照组）；分别测定4组家鸽视网膜细胞中是否有含铁的杆状蛋白质多聚体。如果有，进一步测定含量；然后在同一条件下放飞4组家鸽，观察它们的定向运动能力；实验要重复多次，确保可重复性。 练习与应用 一、概念检测 2.我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（ ） A.这项研究说明人和羊共用一套遗传密码 B.该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因 C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因 D.该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因 C (课本P74) 练习与应用 二、拓展应用 1. 有人说，“基因是导演，蛋白质是演员性状是演员的表演作品。”你认为这种说法有道理吗？为什么？请你整理总结基因、蛋白质和性状三者之间的关系。 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，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。 (课本P74) 练习与应用 二、拓展应用 2. 孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9:3:3:1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。 (1)为什么利用这些植物进行某些性状的杂交实验时，难以得出3:1和9:3:3:1的数量比?请运用所学知识对可能的原因作出推测。 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，基因在染色体上呈线性排列，某些基因可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状的遗传不遵循自由组合定律； 第三，某些植物进行无性生殖，性状的遗传也不遵循孟德尔遗传规律； 第四，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。 (课本P74) 练习与应用 二、拓展应用 2. 孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9:3:3:1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。 (2)你怎样看待科学实验的可重复性？ 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。 (课本P74) (课本P78)复习与提高 一、选择题 1．已知一段双链DNA中，鸟嘌呤所占的比例为20%，由这段DNA转录出来的mRNA中，胞嘧啶的比例是（ ） A．10% B．20% C．40% D．无法确定 D 2．一条肽链有500个氨基酸，则作为合成该肽链模板的mRNA和用来转录mRNA的DNA的碱基至少有（ ） A．500个和1000个 B．1000个和2000个 C．1500个和1500个 D．1500个和3000个 D 3．基因指导蛋白质合成的过程包括转录和翻译，下列相关叙述错误的是（ ） A．转录和翻译都遵循碱基互补配对原则 B．转录以核糖核苷酸为原料，翻译以氨基酸为原料 C．遗传信息既可以从DNA流向蛋白质，也可以从蛋白质流向DNA D．在真核细胞中，染色体上基因的转录和翻译是在细胞内的不同区室中进行的 (课本P78)复习与提高 一、选择题 C 本章小结 51 课 前 准 备 草稿纸和笔 Lavf55.33.100 $$