配套K12学习学年高中生物 第4章 基因的表达 第2节 基因对性状的控制学.docx

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配套K12学习学年高中生物第4章基因的表达第2节基因对性状的控制学

第2节　基因对性状的控制

[学习目标]　1.理解中心法则的内容及应用。

2.阐述基因、蛋白质与性状的关系。

一、中心法则的提出及其发展

1．提出者：

克里克。

2．内容

①DNA的复制：

遗传信息从DNA流向DNA。

②转录：

遗传信息从DNA流向RNA。

③翻译：

遗传信息从RNA流向蛋白质。

3．发展

发展内容

信息流动

举例

RNA自我复制

遗传信息从RNA流向RNA

烟草花叶病毒

RNA逆转录合成DNA

遗传信息从RNA流向DNA

艾滋病病毒（HIV）

4.完善后的中心法则

例1

　下图为中心法则部分遗传信息的流动方向示意图，下列有关说法正确的是（　　）

A．过程1、2一般发生在RNA病毒体内

B．过程1、3、5一般发生于肿瘤病毒的体内

C．过程2、3、4发生于具细胞结构的生物体内

D．过程1～5不可能同时发生于同一个细胞内

答案　C

解析　1为逆转录过程，只能在病毒侵入宿主细胞后发生，该生理过程不会发生于病毒体内，A、B项错误；肿瘤病毒侵入宿主细胞后，在宿主细胞内增殖，需进行逆转录、合成病毒RNA、指导合成其蛋白质外壳等生理过程，因此1～5能同时发生于宿主细胞内，D项错误。

例2

　中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，下列说法不正确的是（　　）

A．a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是DNA的复制、转录、翻译、逆转录

B．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c，需要逆转录酶参与的过程是d

C．a、b、c过程只发生在真核细胞中，d、e过程只发生在原核细胞和一些病毒中

D．在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所相同，但需要的关键酶种类不同

答案　C

解析　图解中a、b、c、d、e分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。

c过程进行的场所是核糖体，在合成蛋白质时需要tRNA运载氨基酸，d过程需要逆转录酶；a、b、c过程在细胞生物中均能发生，d、e只发生在RNA病毒的寄主细胞中。

在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所都是细胞核，但所需的关键酶不同，前者需要DNA聚合酶和解旋酶等，后者需要RNA聚合酶。

思维启迪

　“三看法”判断中心法则各过程

“一看”模板

“二看”原料

“三看”产物

生理过程

DNA

脱氧核苷酸

DNA

DNA复制

核糖核苷酸

RNA

转录

RNA

脱氧核苷酸

DNA

逆转录

核糖核苷酸

RNA

RNA复制

氨基酸

蛋白质（或多肽）

翻译

二、基因、蛋白质与性状的关系

1．基因控制性状的途径

（1）间接途径

①途径：

基因

酶的合成

细胞代谢

生物体的性状。

②举例：

人白化病的形成。

控制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

①途径：

基因

蛋白质结构

生物体的性状。

②举例：

囊性纤维病。

编码CFTR蛋白（跨膜蛋白）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。

2．基因与性状间的对应关系

（1）生物体的绝大多数性状受单个基因控制。

（2）生物体的有些性状是由多个基因决定的，如人的身高。

（3）生物体的性状还受环境条件的影响，是生物的基因和环境条件共同作用的结果。

例3

　如图表示基因与性状之间的关系示意图，下列相关说法中，错误的是（　　）

A．过程①、②共同体现了遗传信息的表达功能

B．基因控制生物体的性状有间接控制和直接控制两种方式，直接控制是通过控制酶的合成实现的

C．密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上

D．蛋白质结构具有多样性的根本原因是DNA上的遗传信息千变万化

答案　B

解析　基因通过控制酶的合成来控制生物体的性状属于间接控制。

例4

　下面关于基因、蛋白质、性状之间关系的叙述中，错误的是（　　）

A．生物体的一切性状完全由基因控制，与环境因素无关

B．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

C．基因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

D．基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质得以表达

答案　A

解析　表现型＝基因型＋环境条件；基因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；也可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；基因表达就是指基因的转录和翻译。

1．判断正误

（1）中心法则表示的是遗传信息的流动过程（　　）

（2）遗传信息只能从DNA流向RNA，进而流向蛋白质（　　）

（3）基因只能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状（　　）

（4）基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，一个性状可能由多个基因控制（　　）

（5）基因型相同的个体，其表现型一定相同（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2．下图所示过程中，正常情况下在动植物细胞中能发生的是（　　）

A．①②④B．②③④

C．②③⑤D．①③⑤

答案　A

解析　正常情况下，在动植物细胞中发生的遗传信息的传递和表达过程是DNA的复制、转录和翻译，对应图中的①②④。

3．下列关于遗传信息传递的叙述中，错误的是（　　）

A．线粒体和叶绿体遗传信息的传递遵循中心法则

B．DNA中的遗传信息是通过转录传递给mRNA的

C．DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序

D．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则

答案　D

解析　DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递为

，同样遵循中心法则。

4．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。

在分析基因型和表现型相互关系时，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

答案　B

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

5．如图代表人体内苯丙氨酸的部分代谢途径。

结合图形，联系已有知识，回答以下问题：

（1）某人是苯丙酮尿症患者，但肤色正常，其原因是食物中可能含有________________。

（2）防治苯丙酮尿症的有效方法是食疗，即要尽量减少饮食中的____________的量。

（3）一对正常的夫妇生了一个既患苯丙酮尿症又患白化病的女儿和一个正常的儿子。

这个正常儿子的基因型是__________________。

（4）从苯丙酮尿症的患病机理可以看出基因与性状的关系是___________________。

答案　

（1）酪氨酸　

（2）苯丙氨酸　（3）AABB或AABb或AaBB或AaBb　（4）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　

（1）苯丙酮尿症患者缺少酶1，所以苯丙氨酸不能转化成酪氨酸，而有黑色素产生说明酪氨酸还有其他来源，如食物。

（2）由于缺乏酶1，苯丙氨酸会转变为苯丙酮酸，对幼儿产生毒害，减少苯丙酮酸的含量，则需要减少苯丙氨酸的摄入量。

（3）由于双亲正常，但生了一个两病均患的女儿，则双亲基因型均为AaBb，所以正常儿子只要满足A_B_即可。

（4）苯丙酮尿症是由于缺乏酶1所致，根本原因是相应基因发生改变。

[对点训练]

题组一　中心法则的提出及发展

1．（2017·滨州期末）下图是人胰岛素基因的遗传信息流动情况，下列有关叙述正确的是（　　）

A．①过程以核糖核苷酸为主要原料

B．胰岛B细胞中存在图中①②③过程

C．皮肤生发层细胞中只存在图示的①过程

D．参与③过程的氨基酸和tRNA种类数相同

答案　C

2．科学家发现，一种动物能否被驯化并和人类友好相处，取决于这种动物的“驯化基因”。

在生物体中，基因控制性状表现的主要途径是（　　）

A．RNA→蛋白质（性状）

B．RNA→DNA→蛋白质（性状）

C．DNA→蛋白质（性状）

D．DNA→RNA→蛋白质（性状）

答案　D

解析　DNA→RNA→蛋白质是细胞生物基因控制性状表现的主要途径；只有少数逆转录病毒和具有RNA复制酶的病毒分别以RNA→DNA→RNA→蛋白质和RNA→蛋白质为控制性状的途径；DNA→蛋白质还没有在生物体内发现。

3．（2017·辽宁省实验中学期末）如图表示某种生理过程，下列与此图相关的叙述中不正确的是（　　）

A．图中的“能量”直接来源于ATP水解

B．若X、Y均表示DNA，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶

C．若X是RNA，则Y只能是蛋白质，图中“原料”为氨基酸

D．若X是DNA，Y是RNA，则此过程要以X为模板，酶是RNA聚合酶

答案　C

解析　ATP是生命活动的直接能源物质，图中的“能量”直接来源于ATP水解，A正确；若X、Y均表示DNA，该过程为DNA的复制过程，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶，B正确；若X是RNA，则Y可能是蛋白质、RNA或DNA，该过程可能为翻译、RNA的复制或逆转录过程，C错误；若X是DNA，Y是RNA，则此过程是转录过程，要以DNA为模板，酶是RNA聚合酶，D正确。

4．（2016·海南，13）某种RNA病毒在增殖过程中，其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。

物质Y与脱氧核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖，那么Y抑制该病毒增殖的机制是（　　）

A．抑制该病毒RNA的转录过程

B．抑制该病毒蛋白质的翻译过程

C．抑制该RNA病毒的逆转录过程

D．抑制该病毒RNA的自我复制过程

答案　C

解析　RNA病毒的遗传物质需要经逆转录过程形成DNA，然后整合到真核宿主的基因组中，Y物质与脱氧核苷酸结构相似，应抑制该病毒的逆转录过程。

5．下图是四种遗传信息的流动过程，对应的叙述不正确的是（　　）

A．甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息的传递方向

B．乙可表示DNA病毒（如噬菌体）在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向

C．丙可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向

D．丁可表示RNA病毒（如烟草花叶病毒）在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向

答案　A

解析　胰岛细胞属于高度分化的细胞，不能进行DNA复制，A错误；DNA病毒（如噬菌体）的遗传物质是DNA，在宿主细胞内繁殖时既可以通过DNA分子的复制实现增殖，也可以通过转录和翻译过程实现遗传信息的表达，B正确；RNA病毒中的逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时，不能发生RNA的自我复制，首先RNA逆转录形成DNA，通过DNA将遗传信息传递给蛋白质，C正确；某些RNA病毒（如烟草花叶病毒）既可以实现RNA自我复制，也可以翻译形成蛋白质，D正确。

6．尿嘧啶核糖核苷（简称尿苷）在细胞内可以转化为尿嘧啶核糖核苷酸。

如果选用含有3H－尿嘧啶核糖核苷的营养液，处理活的小肠黏膜层，几小时后检测小肠绒毛，发现整个小肠黏膜层上均有放射性出现。

推测与之密切相关的过程是图中的（　　）

A．①B．②C．③D．①和②

答案　B

解析　小肠黏膜层上均有放射性出现是因为3H－尿嘧啶核糖核苷被利用，说明合成了mRNA，发生了转录过程。

题组二　基因、蛋白质与性状的关系

7．着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病，起因于DNA损伤。

深入研究后发现患者体内缺乏DNA修复酶，DNA损伤后不能修复而引起突变。

这说明一些基因（　　）

A．是通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状

B．是通过控制蛋白质分子的结构，从而直接控制生物的性状

C．是通过控制酶的合成，从而直接控制生物的性状

D．可以直接控制生物的性状，发生改变后生物的性状随之改变

答案　A

解析　基因对性状的控制有两种途径：

一是通过控制蛋白质的结构，从而直接控制生物性状；二是通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状。

8．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RNA聚合酶的催化，②过程不需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

答案　D

解析　基因1和基因2在人体的几乎所有细胞中都同时存在，A错误；①是转录，需要RNA聚合酶，②是翻译，需要tRNA携带氨基酸，B错误；④⑤过程的结果存在差异的根本原因是基因不同，C错误；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，D正确。

9．下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是（　　）

A．一对相对性状可由多对基因控制

B．基因可通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物体的性状

C．隐性基因控制的性状不一定得到表现

D．基因型相同，表现型就相同

答案　D

解析　一对相对性状可由一对或多对基因控制，A正确；基因可通过控制酶或蛋白质的合成来控制生物体的性状，B正确；隐性基因控制的性状可能被显性性状所掩盖，如Aa表现为A基因控制的性状，C正确；基因型与环境条件共同决定生物性状，因此基因型相同，环境不同时，表现型不一定相同，D错误。

10．黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素，其生物合成受多个基因控制，也受温度、pH等因素影响。

下列选项正确的是（　　）

A．环境因子不影响生物体的表现型

B．不产生黄曲霉毒素菌株的基因型都相同

C．黄曲霉毒素致癌是表现型

D．黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型

答案　D

解析　依据题干“黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素，其生物合成受多个基因控制，也受温度、pH等因素影响”可知，A项是错误的；由于是多基因控制的这一性状，所以不产生黄曲霉毒素菌株的基因型可能不相同；依据表现型的概念，可知黄曲霉毒素致癌不属于表现型，但黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型。

11．下列关于基因、环境、蛋白质与性状关系的描述，正确的是（　　）

A．基因与性状呈线性关系，即一种性状由一个基因控制

B．生物有些性状可以由多个基因决定，但一个基因不会与多个性状有关

C．生物的性状表现是生物的基因型和环境条件共同作用的结果

D．只要基因型不同，即使环境条件相同，表现型也不会相同

答案　C

解析　基因与性状的关系复杂，一种性状可能由一个基因控制，也可能由多个基因控制；在生物体内，有的基因与多个性状有关；生物的性状表现既受基因型的控制，也受环境条件的影响；显性纯合子与杂合子（如基因型DD与Dd的个体）在相同的环境条件下，表现型相同。

12．下图表示细胞中蛋白质合成的部分过程，相关叙述不正确的是（　　）

A．丙的合成可能受到一个以上基因的控制

B．图示过程没有遗传信息的流动

C．过程a仅在核糖体上进行

D．甲、乙中均含有起始密码子

答案　B

解析　丙是由两条多肽链组成的，从图形可以看出由甲和乙这两条RNA链翻译得到，所以可能有两个基因分别转录合成甲和乙；遗传信息的流动包括传递和表达，遗传信息的表达包括转录和翻译，图示代表遗传信息表达中的翻译过程；过程a代表的是翻译过程，场所是核糖体；甲和乙都是RNA，都有起始密码子和终止密码子。

[综合强化]

13．作为生物学的核心规律之一，中心法则反映了遗传信息的传递规律。

请据图回答下列问题：

（1）a表示________过程，需要的原料为______________，需要解旋酶、________酶参与。

（2）RNA复制酶可以参与________（用字母表示）过程。

（3）人的口腔上皮细胞内可发生________（用字母表示）过程。

菠菜根尖分生区细胞中可发生________（用字母表示）过程。

（4）1970年，科学家在致癌的病毒中发现了逆转录酶，则此酶参与________（用字母表示）过程，该过程的模板是________，此病毒的遗传物质是________。

答案　

（1）DNA复制　脱氧核苷酸　DNA聚合　

（2）e　（3）b、c　a、b、c　（4）d　RNA　RNA

解析　

（1）题图中a表示DNA复制过程，需要脱氧核苷酸为原料。

（2）e为RNA的自我复制，需要RNA复制酶的参与。

（3）b是转录，c是翻译。

人体口腔上皮细胞没有DNA的自我复制过程，故只有b、c两过程。

根尖分生区细胞可以分裂，故有a、b、c三个过程。

（4）d为逆转录过程，模板为RNA，需要逆转录酶。

14．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%。

（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

15．下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成。

请据图回答下列问题：

（1）A、D试管中的产物是________，但A试管模拟的是________________过程，D试管模拟的是____________过程。

（2）B、C试管中的产物是________，但B试管模拟的是________________过程，C试管模拟的是______________过程。

（3）假如B试管中加入的DNA含有306个碱基，那么产物最多含有________个碱基，最多有________个密码子。

（4）E试管模拟的是________过程，在细胞中进行的场所是________，图中的原料为________，工具是________，产物是________。

（5）生物遗传信息传递的全过程可用下图表示

①请将此图解中a～e过程与前面图示A～E试管所模拟的过程对应起来：

a对应________，b对应________，c对应________，d对应________，e对应________。

②此图解中可在多数生物体内发生的过程是________，在少数生物体内发生的过程是________，人体内不能发生________过程。

③图解中的c过程要有________酶参与。

答案　

（1）DNA　DNA复制　逆转录　

（2）RNA　转录　RNA复制　（3）153　51　（4）翻译　核糖体　氨基酸　转运RNA　多肽（蛋白质）　（5）①A试管　B试管　D试管　C试管　E试管　②a、b、e　d、c　d、c

③逆转录

解析　依据各试管中加入的物质可推断所模拟的过程，依据加入的DNA的碱基数可推断转录产生的mRNA中的碱基数或密码子数。