第4章 第2节 基因表达与性状的关系.docx

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第4章第2节基因表达与性状的关系

第2节　基因表达与性状的关系

一、基因表达产物与性状的关系

1．间接途径：

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。

（1）途径：

基因

酶的合成

代谢过程

生物体的性状。

（2）举例

①豌豆的圆粒与皱粒

圆粒豌豆：

淀粉含量高→成熟时吸水胀大；

皱粒豌豆：

编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱→淀粉分支酶异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟时失水皱缩。

②人白化病的形成：

编码酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。

2．直接途径：

基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

（1）途径：

基因

蛋白质的结构

生物体的性状。

（2）举例

囊性纤维化：

编码CFTR蛋白（一种转运蛋白）的基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。

（1）基因只能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状（　　）

（2）基因是通过控制蛋白质的合成来控制生物性状的（　　）

答案　

（1）×　

（2）√

如图表示基因与性状之间的关系示意图，据图回答下列问题：

（1）过程①和②分别代表什么过程？

两者合称是什么？

提示　①代表转录，②代表翻译，两者合称基因的表达。

（2）囊性纤维化患者肺功能严重受损，其患病的直接原因和根本原因是什么？

提示　囊性纤维化的直接原因是CFTR蛋白结构异常；根本原因是编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基。

二、基因的选择性表达与细胞分化

1．基因类型

（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。

2．细胞分化的本质：

基因的选择性表达。

3．细胞分化的结果

由于基因的选择性表达，导致来至同一个体的体细胞中mRNA和蛋白质不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态和功能。

（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）在一个细胞中所含的基因都一定表达（　　）

（3）同一个体的不同组织细胞形态、功能不同是基因选择性表达的结果（　　）

（4）不同个体的不同组织细胞形态、结构不同是基因不同造成的（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）√

根据课本P72的思考·讨论，回答下列问题：

（1）这三种细胞的基因组成是否相同？

它们合成的蛋白质种类是否相同？

提示　这三种细胞都属于同一只鸡的体细胞，是经过有丝分裂而来的，因此基因组成相同，但合成的蛋白质种类不同。

（2）三种细胞中都有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因，但是都只检测到了一种基因的mRNA，这说明了什么？

提示　在高度分化的体细胞中，基因是选择性表达的。

（3）是不是这三类细胞中表达的基因完全不相同？

如不是，请举例说明。

提示　不是。

控制细胞基本生命活动的基因在所有细胞中都能表达，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等。

三、表观遗传及基因与性状的对应关系

1．表观遗传

（1）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。

（2）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。

（3）表观遗传的类型有DNA的甲基化；组蛋白的甲基化和乙酰化等。

（4）实例：

蜂王和工蜂。

2．基因与性状间的对应关系

（1）基因控制生物体的性状

（2）生物体的性状还受环境条件的影响。

（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。

（1）表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变（　　）

（2）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（　　）

（3）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（　　）

（4）基因与性状是一一对应的关系（　　）

（5）生物体的一个性状有时受多个基因的影响（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）√

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，回答下列问题：

（1）图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径？

除此之外，另一条途径是什么？

提示　图中反映的途径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；另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

（2）牵牛花的颜色是只由一对基因控制的吗？

提示　不是。

牵牛花的颜色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　生物体的性状也受环境因素的影响。

1．生物体的性状受DNA或RNA控制，但靠蛋白质来体现。

2．基因对性状的控制有两条途径：

一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；二是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

3．同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA、rRNA的种类没有差异。

4．一般而言，一个基因决定一个性状，但有些基因可决定或影响多个性状，一个性状也可受多个基因影响。

5．生物体的性状是由基因和环境条件共同决定的。

6．表观遗传普遍存在于生物体整个生命活动过程中。

1．如图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．精氨酸的合成只受一对基因的控制

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．四个基因位于同一条染色体上

答案　B

2．（2020·郑州模拟）下列关于基因、蛋白质与性状的关系的描述中，正确的是（　　）

A．中心法则总结了遗传信息在细胞内的DNA、RNA和蛋白质间的传递规律

B．基因与基因之间是独立的，不会相互作用

C．基因控制性状，基因改变则性状也一定随之改变

D．编码CFTR蛋白的基因增加了3个碱基，导致CFTR蛋白缺少一个苯丙氨酸而患囊性纤维化

答案　A

解析　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，B错误；基因控制性状，但是基因的改变不一定引起性状的改变，C错误；机体患囊性纤维化是编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基，从而导致CFTR蛋白缺少一个苯丙氨酸，D错误。

3．下列关于基因控制生物性状的叙述，错误的是（　　）

A．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，如白化病的发病机理

B．基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如豌豆的圆粒和皱粒的形成

C．基因中碱基排列顺序不发生改变也可能会导致生物体性状的改变

D．生物体的性状除了受基因控制外，还受环境因素的影响

答案　B

解析　豌豆的圆粒和皱粒的形成，体现了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，故B错误。

4．豌豆种子有圆粒和皱粒两种，如图为圆粒种子形成机制的示意图，下列相关说法不正确的是（　　）

A．图中显示了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．当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，细胞内淀粉的含量会上升

C．皱粒种子中蔗糖含量相对更高，味道更甜美

D．图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异

答案　B

解析　当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，会导致淀粉分支酶异常，活性大大降低，从而使淀粉的含量下降，B错误；皱粒种子中淀粉含量相对较低，而蔗糖含量相对较高，种子的甜度增加，C正确；图中①②过程分别为转录和翻译，都会发生碱基互补配对，其中转录过程中有T和A配对，而翻译过程中没有，D正确。

5．表观遗传现象产生的原因不包括（　　）

A．DNA中基因的甲基化

B．DNA中基因的碱基序列改变

C．构成染色体的组蛋白发生甲基化

D．构成染色体的组蛋白发生乙酰化

答案　B

解析　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而产生表观遗传现象。

但表观遗传时基因的碱基序列没有变化。

6．果蝇的翅有长翅和残翅两种，分别由基因A和a控制。

遗传学家曾做过这样的实验：

长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将孵化后4～7天的长翅果蝇幼虫放在35～37℃的环境中处理6～24小时后，得到了一些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。

请回答下列问题：

（1）果蝇的长翅和残翅是一对________性状，控制这一性状的基因互为______________。

（2）长翅果蝇幼虫经处理后得到的残翅果蝇的遗传物质________（填“发生”或“未发生”）改变，因为__________________________________________________________________。

（3）温度影响果蝇翅的发育，主要是因为温度影响果蝇发育过程中________的活性，而这种物质又是由基因经______________过程合成的。

（4）此实验说明生物体的性状是由__________________作用的结果。

答案　

（1）相对　等位基因　

（2）未发生　这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇　（3）酶　转录和翻译　（4）基因和环境共同

A组　基础对点练

题组一　基因表达产物与性状的关系

1．（2020·山东高二模拟）下列有关基因控制生物性状的实例分析，属于直接通过控制结构蛋白合成来控制生物体性状的是（　　）

A．白化病　B．苯丙酮尿症　C．囊性纤维化　D．豌豆粒形

答案　C

解析　白化病、苯丙酮尿症、豌豆粒形都是基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物体的性状，故A、B、D不符合题意；囊性纤维化属于基因直接通过控制结构蛋白合成来控制生物体的性状，C项符合题意。

2．白化病和黑尿病都是因为酶缺陷引起的分子遗传病，前者不能由酪氨酸合成黑色素，后者不能将尿黑酸转变为乙酰乙酸，排出的尿液中因含有尿黑酸，遇空气后氧化变黑。

如图表示人体内与之相关的一系列生化过程，据图分析下列叙述不正确的是（　　）

A．若一个皮肤角质层细胞控制酶B合成的基因异常，不会导致白化病

B．若一个胚胎干细胞控制酶D合成的基因异常，可能会导致黑尿病

C．白化病和黑尿病说明基因是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的

D．图中代谢过程可说明一个基因可影响多个性状，一个性状也可受多个基因控制

答案　C

解析　白化病和黑尿病是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程的，进而间接控制生物体性状的，而非直接控制，C项错误。

题组二　基因的选择性表达与细胞分化

3．（2019·广西南宁三中高一期中）下列关于细胞分化的描述正确的是（　　）

A．老年人体内没有细胞分化

B．细胞分化的方向是可逆转的

C．细胞分化使细胞功能趋向专门化

D．细胞分化增加了细胞的数量和种类

答案　C

解析　老年人体内也有细胞分化，A错误；细胞分化的方向是不可逆转的，B错误；细胞分化使细胞功能趋向专门化，如胰岛B细胞可以分泌胰岛素，C正确；细胞分化增加了细胞的种类，未增加细胞的数量，D错误。

4．细胞分化过程中，一般不会出现的是（　　）

A．DNA上的基因发生改变B．mRNA种类发生改变

C．蛋白质的种类发生改变D．细胞的功能发生改变

答案　A

解析　细胞分化的本质是基因的选择性表达，该过程中DNA上的基因不会发生改变；细胞分化后，细胞中蛋白质和mRNA的种类会发生改变；细胞分化后，细胞的形态、结构和功能会发生稳定性差异。

5．（2020·福建漳州华安一中高一下月考）下列哪个案例能说明人体细胞已经发生分化（　　）

A．进行ATP的合成B．进行呼吸酶的合成

C．合成血红蛋白D．存在血红蛋白基因

答案　C

解析　细胞分化的本质是基因的选择性表达，所有细胞都存在血红蛋白基因，D不符合题意；ATP是细胞的直接能量来源，而ATP主要来自细胞的呼吸作用，因此只要是活细胞都要进行呼吸酶和ATP的合成，A、B不符合题意；能合成血红蛋白的细胞是已经分化的红细胞，C符合题意。

题组三　表观遗传及基因与性状的对应关系

6．下列有关表观遗传的叙述，不正确的是（　　）

A．生物表观遗传中基因表达发生改变

B．生物表观遗传中表型发生改变

C．生物表观遗传中基因的碱基序列发生改变

D．生物表观遗传现象可以遗传给下一代

答案　C

解析　生物表观遗传是指基因的碱基序列保持不变，但基因的表达和表型发生可遗传的变化现象。

7．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。

下列相关叙述不正确的是（　　）

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，可能会影响生物体的性状

D．DNA甲基化，可能会影响细胞分化

答案　A

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

8．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，体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状

B．同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同，体现性状由基因和环境共同决定

C．原发性高血压与多对基因表达产物有关，体现基因与基因共同作用控制性状

D．抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合，体现基因表达产物通过影响转录而影响性状

答案　D

解析　抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合，体现基因表达产物通过影响翻译的过程而影响性状，D错误。

9．基因型为AA和Aa的玉米，在有光条件下发育成绿色幼苗，在无光条件下发育成白化幼苗；基因型为aa的玉米，无论有无光照均发育成白化幼苗，由此可见（　　）

A．性状完全由基因决定，与环境无关

B．性状完全由环境决定，与基因无关

C．性状不仅受基因的控制，还会受到环境的影响

D．无光条件下，基因决定性状；有光条件下，环境决定性状

答案　C

解析　基因型为AA和Aa的玉米，在有光条件下发育成绿色幼苗，在无光条件下发育成白化幼苗，这说明性状不仅受基因的控制，也会受到环境的影响，A、B、D项错误，C项正确。

10．下图为生物体内遗传信息的传递与表达过程，请据图回答下列问题：

（1）比较图一与图二，所需要的条件除模板有所不同之外，________和________也不同。

图二过程进行时碱基之间遵循________________原则。

（2）与图一中A链相比，C链特有的化学组成是________和__________。

（3）基因中由于碱基缺失导致一种转运蛋白异常，使个体患上囊性纤维化，体现了基因控制性状的方式是________________________________________________________________。

答案　

（1）酶　原料　碱基互补配对　

（2）核糖　尿嘧啶　（3）基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

解析　

（1）图一是基因表达过程中的转录，模板是DNA的一条链，原料是4种核糖核苷酸，还需要RNA聚合酶；图二是DNA的复制过程，模板是DNA的双链，需要DNA聚合酶等，原料为游离的脱氧核苷酸；所以所需要的条件中模板、酶和原料等不同。

图二过程进行时碱基之间遵循碱基互补配对原则。

（2）图一中C链（RNA）与A链（DNA）相比，C链特有的化学组成是核糖和尿嘧啶。

B组　综合强化练

11．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中，错误的是（　　）

A．由材料①②可知，生物体的表型是由基因型决定的

B．由材料①③可知，生物体的表型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，生物体的表型是由基因型和环境共同作用的结果

答案　B

解析　①和②、②和③实验中，都只有一个变量，可以得出相应结论。

而①和③实验中温度和基因型都不同，所以不能判断表型是由温度还是由基因型决定的，或是由它们共同决定的。

12．如图为人体内基因对性状的控制过程，据图分析下列叙述正确的是（　　）

A．①②⑥⑦过程在人体所有的细胞中均能发生

B．基因1和基因2不可能出现在同一细胞中

C．⑤⑥⑦反映了基因对生物体性状的间接控制方式

D．人体衰老引起白发的原因是⑥⑦过程不能完成

答案　C

解析　由于基因的选择性表达，①②过程发生在人体未成熟的红细胞内，而⑥⑦过程发生在人体皮肤、毛发等细胞内，A错误；人体的不同体细胞都是由受精卵经有丝分裂而来，每一个体细胞内含有的基因相同，B错误；⑤⑥⑦反映了基因通过控制酶的合成对生物体性状的间接控制方式，C正确；人体衰老引起白发的原因是酪氨酸酶的活性降低，并不是酪氨酸酶不能合成，D错误。

13．（2019·安徽毛坦厂中学高一下期末）果蝇的灰体（B）对黑体（b）为显性，用含某种添加剂的食物喂养果蝇，所有果蝇都是黑体。

不考虑其他因素影响，下列有关果蝇的体色与基因型的关系的叙述，错误的是（　　）

A．食物中不含添加剂时，基因型相同的果蝇体色相同

B．食物中不含添加剂时，基因型不同的果蝇体色可能相同

C．若黑体果蝇甲×黑体果蝇乙→F1全部为灰体果蝇，则甲、乙的基因型均不可能为bb

D．果蝇的体色受基因控制，同时还受环境因素的影响

答案　C

解析　由题意分析可知，食物中不含添加剂时，基因型相同的果蝇体色相同，A正确；食物中不含添加剂时，基因型不同的果蝇体色可能相同，基因型为BB和Bb的果蝇均表现为灰体，B正确；当亲本中甲的基因型为bb，乙的基因型为BB，且乙用含某种添加剂的食物喂养时，甲、乙均表现为黑体，当F1的食物中不含添加剂时，F1全部表现为灰体，C错误。

14．DNA甲基化是指在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的结合

D．DNA的甲基化改变了原癌基因的脱氧核苷酸序列

答案　A

解析　据题意分析可知，DNA甲基化会导致基因表达的沉默，而基因组总体甲基化水平低会导致原来受抑制的基因如原癌基因被激活，故细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关，A正确；Dnmts酶会导致DNA甲基化，抑制Dnmts酶活性会导致甲基化水平降低，而基因组总体甲基化水平低可能会导致癌变，故抑制Dnmts酶活性可能提高细胞癌变的概率，B错误；DNA的甲基化可导致基因表达的沉默，阻碍RNA聚合酶与基因上的启动部位结合，密码子在mRNA上，C错误；DNA的甲基化会将甲基基团转移到胞嘧啶上，并没有改变原癌基因的脱氧核苷酸序列，D错误。

15．下面是关于基因、蛋白质和性状三者间关系的叙述，其中错误的是（　　）

A．一个基因可能控制多个生物性状

B．生物体的性状是由基因与外界环境共同控制的

C．基因控制性状都是通过控制蛋白质的结构来实现的

D．基因碱基序列发生改变不一定导致生物体性状也发生改变

答案　C

解析　一个基因可能控制多个生物性状，一个生物性状也可能受多个基因控制，A正确；生物体的性状不仅受基因控制，还受外界环境影响，B正确；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，C错误；由于密码子的简并，基因碱基序列发生改变后遗传密码发生了改变，但是控制合成的氨基酸的种类不一定发生改变，因此不一定导致生物体性状发生改变，D正确。

16．菱生活在淡水中，它的叶有两种形态：

沉于水中的呈细丝状，浮出水面的却薄而宽阔。

这个实例可以说明（　　）

A．基因对性状的表现具有决定性作用

B．环境对基因的表达有影响

C．性状的表现未必受基因的控制

D．环境是性状表现的决定因素

答案　B

解析　菱生活在不同环境中表型不同，说明环境对基因的表达有影响。

17．铁蛋白是细胞内储存多余Fe3＋的蛋白，铁蛋白合成的调节与游离的Fe3＋、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。

铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码子上游的特异性序列，能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。

当Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合，沿mRNA移动，遇到起始密码子后开始翻译（如下图所示）。

请回答下列问题：

（1）图中甘氨酸的密码子是__________________，铁蛋白基因中决定“

”的模板链碱基序列为________________________________________________________。

（2）Fe3＋浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了______________________________，从而抑制了翻译的起始；Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白mRNA能够翻译。

这种调节机制既可以避免________________对细胞的毒性影响，又可以减少__________________________________________________________。

（3）若铁蛋白由n个氨基酸组成，指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n，主要原因是__________________________________________________________________________。

答案　

（1）GGU　…CCACTGACC…　

（2）核糖体在mRNA上的结合与移动　Fe3＋　细胞内物质和能量的浪费　（3）mRNA两端存在不翻译的序列

18．油菜植物体内的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运向种子后有两条转变途径，如图甲所示，其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。

我国陈锦清教授根据这一机制培育出高产油菜，产油率由原来的34%提高到58%。

回答下列问题：

（1）据图甲分析，你认为提高油菜产油量的基本思路是____________________________。

（2）图乙表示基因B，α链是转录链，陈教授及助手诱导β链也能转录，从而形成双链mRNA，试回答：

①控制酶b合成的基因的基本单位是______________。

②控制酶a与酶b合成的基因在结构上的本质区别是____________________________。

③转录出的双链mRNA与图乙基因在化学组成上的区别是_______________________。

④为什么基因B经诱导后转录出双链mRNA就能提高产油量？

__________________________________________________________________________。

答案　

（1）抑制酶b合成，促进酶a合成　

（2）①脱氧核苷酸　②碱基对的数量及排列顺序不同　③mRNA中不含T含U，五碳糖为核糖　④双链mRNA不能翻译（不能与核糖体结合）形成酶b，而细胞能正常合成酶a，故生成的油脂比例高