1、第2節 基因對性狀的控制從容說課本節內容在新課標中的描述是“舉例說明基因與性狀的關系”，屬于理解的層次。教材主要介紹了“中心法則”及其完善發展的過程，說明了基因、蛋白質與性狀的關系，并通過具體事例來闡明基因是如何通過影響蛋白質的合成從而影響生物的性狀的。教材用小字部分簡要地介紹了細胞質遺傳，指出細胞質中線粒體和葉綠體中也有少量的DNA，其中的遺傳基因只能通過母親傳給下一代。本節中教材還通過開始的“問題探討”和結尾的“技能訓練”引出基因型與表現型之間的關系，說明即使基因型完全相同，但其表達過程可能受到環境因素的影響而呈現出不同的表現性狀出來。最后指出在生物體中基因與性狀并不是簡單的線性關系，而是

2、基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間多種因素共同精細地調控生物的性狀，再一次強調了生物是一個錯綜復雜的開放的系統，學習生物一定要建立系統觀。這一節實際上是對“基因指導蛋白質合成的過程”與第一模塊的“蛋白質的功能”的綜合，上一節中剛講完基因是如何控制蛋白質的合成的，那么學生就會問基因控制蛋白質的合成到底與生物的性狀特征有什么關系呢？與生物的遺傳有什么關系呢？學生會很自然地這樣去思考，提出這些問題，但他們的知識是能回答的，關鍵是要老師能點撥學生從蛋白質的功能去想，以前提過蛋白質是生命活動的主要承擔者和體現者，這樣就把兩節知識連接上了。然后再從兩節的內容中概括出規律性的東西，即“中心法則”，這

3、是生命體系中最核心最簡約最本質的規律，掌握中心法則對生命本質的把握有著重要的作用。學習的升華就是不斷將新舊知識建立聯系，從而達到豁然開朗的境界。老師在這一章的教學中要注意對學生思維的引導和點撥。在列舉具體事例說明基因、蛋白質、性狀關系時，主要又是用一些表現異常的例子，如白化病、囊性纖維病等，這里為將來學習基因突變與遺傳病乃至生物的進化打下伏筆。所以本節在前后知識關聯上具有重要的紐帶作用。三維目標1.知識與技能（1）說出中心法則的發展歷程，明確中心法則中遺傳信息的流向。（2）舉例說明基因、蛋白質與性狀之間的關系。（3）舉例說明基因間的相互作用及對生物的性狀的精細調控。2.過程與方法（1）從遺傳現

4、象的實例入手，分析本質原因。（2）點撥思維，建立新舊知識的聯系。3.情感態度與價值觀（1）樹立生命的本質觀，“中心法則”是生命體系中最核心、最簡約、最本質的規律。（2）樹立辯證唯物主義的系統觀念，生物是一個錯綜復雜的系統。教學重點1.中心法則的建立與發展。2.基因、蛋白質與性狀的關系。3.基因型與表現型之間的關系。教學難點1.中心法則的建立與發展。2.基因、蛋白質與性狀之間的關系。教具準備多媒體演示課件（中心法則圖解、白化病病因圖解、囊性纖維病的病因圖解、基因型與表現型關系圖解）課時安排1課時教學過程課前準備本節教學以理論為主，關鍵是讓學生建立新舊知識之間的聯系，基因、蛋白質與性狀之間的聯系，

5、這種聯系通過圖表來呈現會有更好的條理，所以課前準備，老師主要制作多媒體課件，給學生呈現清晰的中心法則圖解、白化病病因圖解、囊性纖維病的病因圖解、基因型與表現型關系圖解。情境創設課件展示“基因指導蛋白質合成過程”圖，與同學們一起回顧復習轉錄和翻譯過程。圖421在上一節課中我們詳細地學習了基因指導蛋白質合成過程，現在請你根據這幅圖，畫出一張流程圖，簡要地表示出其中的遺傳信息傳遞方向。下面大家可以以小組的形式討論一下。（學生：DNARNA蛋白質）師生互動1.中心法則的提出與發展其實生命的本質就是遺傳信息的流動，整個生命的核心問題就是如何保證遺傳信息能夠沿著正確的方向準確無誤、順暢及時地進行流動。剛才

6、大家概括的也是生命中的一條遺傳信息流動方向。下面我們來回顧一下歷史：1928年，格里菲思（F.Griffith）首次觀察到肺炎雙球菌的轉化現象。1944年，艾弗里（O.Avery）等發現轉化因子是DNA。1952年，赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）進行噬菌體的侵染實驗，證明新的噬菌體顆粒是由DNA復制的，從而使人們的注意力從蛋白質轉向核酸分子上。一時間，許多不同專業的科學家從不同的角度對DNA進行廣泛深入的研究，并且認識到闡明DNA的化學結構在了解基因如何復制上將是主要的一步。后來1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）綜合各方面的研究，建構了DN

7、A的雙螺旋結構模型。DNA雙螺旋結構完美地說明了遺傳物質的遺傳、結構和生化的主要特征，成為生物科學史上的里程碑，標志著分子生物學的正式誕生，極大地促進了對生物體內遺傳信息貯存、傳遞和轉移規律的研究。這一模型本身就隱含著一個明顯的特征，揭示了DNA分子何以復制其自身。這種半保留復制機制得到科恩伯格（A.Kornberg）、梅塞爾森（M.Meselson）和泰勒（J.H.Taylor）等人的證實。DNA半保留復制機制闡明了遺傳信息世代間的傳遞方式。然而，遺傳信息究竟以什么方式控制遺傳呢？許多學者都曾指出，基因是以某種方式通過細胞代謝而起作用的，但缺乏令人信服的證據。1902年，加羅德（A.Carr

8、od）關于先天性代謝缺陷的研究可以看作是這一領域里實驗研究的開端，而之后比德爾（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）的工作則強有力地證明了基因突變引起了酶的改變，而且每一種基因一定控制著一種特定酶的合成，從而于1941年提出了一個基因一種酶的假說。一個基因一種酶假說暗示了基因的作用是指導蛋白質分子的最后構型，從而決定其特異性。這對人們認識基因控制蛋白質生物合成具有很大的啟發作用，促進了對基因和蛋白質線性對應關系的認識，為以后的研究指明了方向。DNA雙螺旋結構和一個基因一種酶假說分別從結構上和功能上闡述了遺傳物質的基本特征，把“基因是什么”和“基因如何起作用”這兩個重要問題聯系在一起了。

9、在蛋白質的合成過程還沒有搞清楚之前，克里克就預見了這個遺傳信息流動的一般規律，他在1957年提出一個中心法則：遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質。概括如圖（422）：圖422中心法則在后來蛋白質的合成過程被揭示后獲得公認，中心法則實質上蘊涵著核酸和蛋白質這兩類生物大分子之間的相互聯系和相互作用，而其產生和發展則與人類對核酸結構和功能的認識密切相關。但隨著實驗數據的積累，人們發現其中心法則也存在一些不足之處。我們看書本P69的三個資料。你如何分析這三個資料？你認為這些資料是否推翻了傳統的中心法則？為什么？（學生：沒有推翻傳統的中心法則，因為從蛋白質的合成過程

10、來看，傳統的中心法則中指出的遺傳信息流動是沒有錯的，這里的資料只是指出了新的遺傳信息的流動方向）既然是新遺傳信息流動方向，中心法則應該全面地反映遺傳信息的傳遞規律，你認為對傳統的中心法則應作如何的修改？（學生：遺傳信息可以從RNA反過來流向DNA，如致癌RNA病毒）（學生：遺傳信息可以從RNA流向RNA，如RNA腫瘤病毒）（學生：遺傳信息可以從蛋白質流向蛋白質，如瘋牛病病毒）很好，這三個補充，哪個是確信無疑的了呢？哪個還只是可能正確的？（學生：遺傳信息可以從RNA反過來流向DNA，如致癌RNA病毒；遺傳信息可以從RNA流向RNA，如RNA腫瘤病毒，這兩個是已經被科學家確認了的。遺傳信息可以從蛋

11、白質流向蛋白質，如瘋牛病病毒，這個還沒有被完全確認）根據這個討論結果，請修改課本P68圖47的中心法則，結果如圖423所示。圖423中心法則是生命體系中最核心、最簡約、最本質的規律，掌握中心法則對生命本質的把握有著重要的作用。（1）中心法則是現代生物學的理論基石，中心法則第一次闡明了生物體內信息傳遞的規律，對以后大量關于基因性質的研究起到了指導作用，導致了現代生物學研究戰略的根本轉變。中心法則從一個全新的角度信息角度論證了生物界的統一性，不僅揭示了蛋白質合成中遺傳信息在不同物種間的統一性，而且也證明了同一物種不同世代間信息轉移的統一性。中心法則對生命物質基礎和生命主宰物質這兩個不同的概念給予了

12、實質性的回答。（2）中心法則為現代生物學理論的大統一奠定了基礎，遺傳、發育和進化是最基本的三大生命現象。對這三者的研究分別形成了遺傳學、胚胎學和進化論。長期以來，這三門學科各自在自己的領域內都取得了長足的進展，但在遺傳與發育、發育與進化的相互關系方面卻留下了大片空白，始終都沒有形成統一的解釋理論，追求統一性是科學和哲學的崇高使命。對生物界統一性的探討貫穿于生命科學發展的始終。生命科學中的每一次重大的理論突破，都從不同方面論證了生物界的統一性，而這種論證既標志著生命科學的綜合和發展，又為進一步的研究奠定了基礎，同時還會對哲學思想產生影響。如果說，遺傳學是生物學的核心，它提供了一個框架，生命的多樣

13、性及其過程可在其中被理解為一個理性的統一體，那么，就可以說，中心法則是遺傳學的核心，它提供了一個統一解釋的規律，使我們能夠更深刻地理解這個統一體。2.基因、蛋白質與性狀的關系上節課我們只講到在基因的指導下合成了蛋白質，那基因控制蛋白質的合成到底與基因控制生物的性狀特征有什么關系呢？與生物的遺傳有什么關系呢？其實我們是能回答出剛才提出的問題的，我們在必修1中已學過相關知識了，大家好好想想，蛋白質與生物性狀特征有什么關系？（學生：蛋白質是生命活動的主要承擔者和體現者）很好，蛋白質是如何承擔生命活動的呢？（學生：有些蛋白質具有運動的功能。例如，肌纖維中的肌球蛋白和肌動蛋白，是肌肉收縮系統的必要成分，

14、它們伴隨著肌原纖維的收縮而產生運動）（學生：有些蛋白質具有運輸的功能。例如，脊椎動物紅細胞里的血紅蛋白，在呼吸過程中都起著輸送氧的作用。血液中的脂蛋白有運輸脂質的作用）（學生：有些蛋白質對生命活動起調節作用。例如，胰島細胞分泌的胰島素能參與血糖的代謝調節，降低血液中葡萄糖的含量）（學生：有些蛋白質參與機體防御機能，如抗體）（學生：在物質進出細胞膜時，主動運輸和協助擴散都需要蛋白質作為載體）（學生：作為新陳代謝的催化劑酶絕大多數都是蛋白質。生物體內的各種化學反應幾乎都是在相應的酶參與下進行的）很好，大家思路一打開，可以回想到我們以前所學過的很多生理活動幾乎都離不開蛋白質，一方面蛋白質是構成生物體

15、的基本物質，在生物體的基本構造中蛋白質起著非常重要的作用，另一方面蛋白質又作為酶或激素對生命的新陳代謝起重要的調控作用。蛋白質也是細胞與細胞、細胞與環境之間進行信號交換的關鍵分子。所以說蛋白質是生命活動的主要承擔者，有不同的蛋白質就會使生物體呈現出不同的生理特征，而基因也正是通過控制合成不同的蛋白質，從而來調控生物的性狀特征的。下面我們再通過幾個具體的例子來看看基因、蛋白質與生物性狀特征之間的關系：例如我們前面剛學的豌豆有圓粒與皺粒這一對相對性狀，100多年前，孟德爾用遺傳因子的假設作出精彩的解釋，如何從基因的角度來解釋這一對相對性狀呢？大家閱讀一下課本P69，看這兩種豌豆在基因有什么不同？（

16、學生：皺粒豌豆中的DNA中插入了一段外來的DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因）導致蛋白質合成上有什么不同？（學生：皺粒豌豆中淀粉分支酶不能正常合成）酶的生理活性如何變化？（學生：因為沒有了淀粉分支酶，導致豌豆中游離的蔗糖不能合成為淀粉，蔗糖含量升高）這與豌豆的圓粒與皺粒又有什么關系呢？（學生：淀粉具有親水性，能吸水膨脹，而蔗糖卻不能，當豌豆成熟時，淀粉含量高的豌豆因能有效地保留水分，顯得圓鼓鼓的。而淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮）很好，我們可以簡要地用圖424來表述：圖424下面我們再看一個發生在我們人身上的例子：顯示白化病患者的圖片，白化病是一種較常見的皮膚及其附屬器官黑色素缺乏所引

17、起的疾病。這類病人通常是全身皮膚、毛發、眼睛缺乏黑色素，因此表現為眼睛視網膜無色素，虹膜和瞳孔呈現淡粉色，怕光，看東西時總是瞇著眼睛。皮膚、眉毛、頭發及其他體毛都呈白色或白里帶黃。人體表現出不同的膚色是由于人體皮膚中含有的黑色素多少不一的緣故。黑種人皮膚的黑色素最多，而黃種人皮膚中的黑色素較少，而白種人皮膚中的黑色素最少，因此皮膚的顏色表現出很大的差異。而患白化病的患者則是由于機體中缺少一種酶酪氨酸酶，患者體內的黑色素細胞不能將酪氨酸最終變成黑色素。那為什么會缺少酪氨酸酶呢？原來是白化病患者中控制酪氨酸酶形成的基因異常導致的。我們簡要表達如下：圖425從這兩個例子來看，大家可以總結出什么共同點

18、？（學生：兩個例子都是因基因通過控制酶的合成來控制代謝過程來控制生物體的性狀的）很好，下面我們再來看另外兩個例子：囊性纖維病是北美白種人中常見的一種遺傳病，主要表現為患者汗液中氯離子的濃度升高，支氣管被異常的黏液堵塞，常于幼年時死于肺部感染。研究表明，其病因是一個跨膜蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3個堿基引起的：圖426鐮刀型細胞貧血癥也是一種遺傳病。正常人的紅細胞成中央微凹的圓餅狀，而鐮刀型細胞貧血癥患者的紅細胞是彎曲的鐮刀狀（呈現圖片）。這樣的紅細胞容易破裂，使人患溶血性貧血，嚴重時會導致死亡。原來發現患者血紅蛋白分子的多肽鏈上與正常的血紅蛋白分子只有一個氨基酸不同。這是由于編碼血紅蛋白

19、的基因中一個堿基發生變化而引起的。圖427大家總結一下，這兩個病例有什么共同點？（學生：這兩個例子中說明基因是通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀的）綜上所述，我們可以看出基因是通過控制蛋白質的合成來控制生物的性狀的。不同的蛋白質使生物表現出不同的性狀，而如果蛋白質不能正常合成則可能使生物出現異常的性狀。3.基因型與表現型的關系剛才講到，由什么樣的基因決定合成什么樣的蛋白質，從而使生物表現出一定的性狀。我們來看下面一下例子：（呈現水毛茛圖）同一株的水毛茛，為什么祼露在空氣中的葉和浸在水中的葉，表現出了兩種不同的形態呢？先請問，兩種形態的葉，其細胞的基因組成一樣嗎？也就是說其基因型一樣嗎？（

20、學生：一樣）那為什么基因一樣，卻呈現出不同的性狀呢？（學生：環境不同）我們再看到P71的技能訓練，長翅果蠅的幼蟲在不同的溫度下孵化，為什么會出現不同表現型的果蠅出來呢？（學生：環境也影響生物性狀）很好，那你能不能結合果蠅的這個例子，具體地解釋環境是如何影響生物的性狀的呢？（提示：從酶的角度來想）（學生：果蠅的翅的發育需要經過酶催化的反應，而酶是在基因指導下合成后，酶活性的發揮會受到環境中諸如溫度和pH的影響，在不同的溫度下酶活性不同，就導致果蠅的翅的發育狀態不同，出現兩種性狀）很好，從這里我們可以看出，基因雖然控制生物體的性狀，一般來說，有什么樣的基因就會出現什么性狀，即基因型決定表現型。但在

21、基因的表達過程中或表達后的蛋白質也可能受到環境因素的影響，即并不是有什么基因型一定會出現這種表現型，還與環境因素有關。4.生物體性狀的多基因因素前面所講的都是單個基因對生物體性狀的控制，但事實上，基因與性狀的關系并不都是這種簡單的線性關系。例如，人的身高、胖瘦就可能是由多個基因決定的，其中每一個基因對身高、胖瘦都有一定作用。同時，身高、胖瘦也不完全是由基因決定的，后天的營養和體育鍛煉等也有著重要的作用。多基因遺傳是指生物和人類的許多表型性狀由不同座位的較多基因協同決定，而非單一基因的作用。多基因遺傳時，每對基因的性狀效應是微小的，但不同基因可以通過累加作用而形成一個明顯的表型性狀。此外，多基因

22、遺傳性狀還受環境因素的影響。如人的身高、血壓、智力、長相都是多基因遺傳控制和環境共同作用的結果，甚至還有語言障礙、驚恐癥、閱讀不能癥、記憶力等，還有人類一些非先天性的正常行為，如性格、自尊、對社會的態度等都受多基因遺傳控制和后天環境的影響。所以，我們對生物體應用系統的觀點來看待。生物是一個系統的相互關聯的整體，基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間多種因素存在復雜的相互作用，共同地精細地調控生物的性狀。5.細胞質基因存在于細胞質結構中的遺傳物質，叫做細胞質基因，與核基因一樣具有穩定性、連續性和變異性。1962年，科學家用電子顯微鏡觀察衣藻、玉米，在電子密度較低的部分有20.5 nm左右的細

23、纖維存在，用DNA酶處理，這種纖維就消失。說明了葉綠體中存在DNA。Ris（9162）、Nass（1963）用電子顯微鏡觀察雞胚線粒體，小細絲能被DNA專一性的染料染色，被專一的DNA酶消化，不能被蛋白質酶或RNA酶消化。后來科學家也用電子顯微鏡照出游離的mtDNA鏈照片。說明線粒體中也有DNA。線粒體和葉綠體中的DNA中的基因都稱為細胞質基因。對人的線粒體DNA的研究表明，線粒體DNA的缺陷與數十種人類的遺傳病有關，這些疾病多與腦部和肌肉有關，例如：LHOH病：母系遺傳或非遺傳性，表現為視神經壞死引起的雙側中央視力喪失，伴有心臟節律失常、神經、血管、骨骼肌系統異常，往往成年發病，但無骨骼病或

24、嚴重的線粒體結構異常。NAPP病：母系遺傳，表現為色素視網膜炎、共濟失調、癲癇、癡呆、近端神經肌肉衰弱、感覺神經疾病及發育遲緩。一般會致死。Leigh綜合癥：母系遺傳或非遺傳性，幼年發病。線粒體腦肌病：乳酸中毒，中風樣發作綜合癥（MELAS），母系遺傳病。表現為身材矮小、多毛、頭痛、肌無力、運動誘發嘔吐、癲癇發作、再發性腦損傷，并引起偏癱、偏語。肌陣攣性癲癇和破損性紅肌纖維病：母系遺傳，臨床表現為肌陣攣性癲癇、全身性抽搐、小腦共濟失調和破損性紅肌纖維病等。線粒體肌病、肥厚性心肌病（MMC）：母系遺傳或非遺傳性，表現為骨骼肌異常及心肌病變。從這些疾病可以看出，這些遺傳病有什么特點？（學生：這些遺

25、傳病都是通過母系遺傳給后代的）那為什么細胞質遺傳主要通過母系遺傳呢？（學生：受精過程中，受精卵的細胞質主要是接受來自母親的卵細胞）教師精講“中心法則”及其完善發展的過程是本節的重要內容之一，中心法則是生命體系中最核心、最簡約、最本質的規律，掌握中心法則對生命本質的把握有著重要的作用。中心法則蘊涵著核酸和蛋白質這兩類生物大分子之間的相互聯系和相互作用，從一個全新的角度信息角度論證了生物界的統一性，不僅揭示了蛋白質合成中遺傳信息在不同物種間的統一性，而且也證明了同一物種不同世代間信息傳遞的統一性。中心法則對生命物質基礎（蛋白質）和生命主宰物質（核酸）這兩個不同的概念給予了實質性的回答。中心法則也為

26、現代生物學“遺傳”“發育”和“進化”的理論找到統一的理論基礎，它提供了一個統一解釋的規律，使我們能夠更深刻地理解這個統一體。基因、蛋白質與性狀的關系是本節的第二個重要內容。生物的性狀主要是由蛋白質的功能決定的，一種蛋白質執行什么樣的功能是由它的空間結構決定的，蛋白質的空間結構則取決于組成蛋白質的氨基酸的數目和種類，以及氨基酸的排列順序。而蛋白質的氨基酸的數目、種類及排列順序則由基因中的堿基的排列順序來編碼的。蛋白質在什么時間合成，合成的數量，合成后在什么部位發揮作用等等相關的調控信息也是由基因編碼的。基因型與表現型之間的關系，說明即使基因型完全相同，但其表達過程可能受到環境因素的影響而呈現出不

27、同的表現性狀出來。本節還指出在生物體中基因與性狀并不是簡單的線性關系，而是基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間多種因素共同地精細地調控生物的性狀的，再一次強調了生物是一個錯綜復雜的系統，學習生物一定要建立系統觀。評價反饋1.揭示生物體內遺傳信息傳遞一般規律的是A.基因的遺傳規律B.堿基互補配對原則C.中心法則D.自然選擇學說解析：此題考查中心法則的含義，中心法則反映的是遺傳信息的一般規律。答案：C2.甜豌豆的紫花對白花是一對相對性狀，由非同源染色體上的兩個相對基因共同控制，只有當同時存在兩個顯性基因（A和B）時，花中的紫色素才能合成，下列說法正確的是A.一種性狀只能由一種基因控制B.基因

28、在控制生物體的性狀上是互不干擾的C.每種性狀都是由兩個基因控制的D.基因之間存在著相互作用解析：同時存在兩個顯性基因（A和B）時花中的紫色素才能合成，說明這兩個基因共同控制花色這個性狀。答案：D3.觀賞植物藏報春，在2025 的條件下，紅色（A）對白色（a）為顯性，基因型為AA或Aa的藏報春開紅花，基因型為aa的藏報春開白花。但是，如果把開紅花的藏報春移到30 條件下，雖然基因型仍為AA或Aa，但新開的花全是白花，這說明了什么？解析：此題考查了基因型與表現型之間的關系。答案：基因的表達過程以有表達產生的酶的活性都可能受到環境的影響，說明基因對性狀的控制受到環境因素的影響。4.引發非典型性肺炎的SARS病毒為單鏈RNA病毒，復制不經過DNA中間體，使用標準密碼子。圖428為SARS病毒在宿主細胞內的增殖示意圖：圖428請概括出SARS病毒遺傳信息傳遞和表達的主要途徑：_。提示：要注意圖中的箭頭依次寫出：（病毒）RNA（互補）RNA（病毒）RNA蛋白質或RNA（自我復制）蛋白質。課堂小結本節我們主要學習了中心法則的提出及發展補充，清楚了生物體中幾種遺傳信息的傳