1、第四单元生物的生殖和发育、遗传与 变 异、生 物 的 进 化第19讲细 胞 质 遗 传 与 基 因 的 结 构【考纲搜索】(1)细胞质遗传的特点;(2)细胞质遗传的物质基础(雄性不育在育种中的应用不作要求);(3)原核细胞和真核细胞的基因结构;(4)人类基因组研究。【分析预测】原核细胞和真核细胞的基因结构特点是易考点，要注意区别，掌握基因的非编码区和编码区的功能，比较编码区的结构差异。细胞质遗传是高考命题的难点，要弄清细胞质遗传的细胞学基础和特点，并结合细胞核遗传和细胞质遗传的特点，掌握判断某性状的遗传是核遗传还是质遗传的基本方法，关注细胞质遗传在育种中的运用。该部分内容往往与细胞结构、遗传变
2、异等知识综合命题，增大了考试的难度。一、知识概述1.细胞质遗传细胞质遗传的特点细胞质遗传细胞质遗传的概念及其基础概念：真核生物有一些性状是通过内的遗传物质控制的物质基础：细胞质内含有控制遗传性状的细胞质基因，它位于、叶绿体内的上，细菌上也有细胞质基因细胞质线粒体DNA质粒特点：母系遗传。不论正交还是反交，F1性状总是与相同原因：受精卵中的几乎全部来自卵细胞，细胞质内遗传物质控制的性状实际上是由传给子代杂交后代不出现一定的分离比例原因：原始生殖细胞在减数分裂时，细胞质中的遗传物质地分配到子细胞中去母本性状细胞质基因卵细胞随机地、不均等2.基因的结构基因的结构真核细胞的基因结构原核细胞的基因结构编
3、码区：能转录为mRNA，指导蛋白质合成，即能编码的区段非编码区：不能转录为mRNA，不能编码的区段包括编码区上游和编码区下游两部分存在调控遗传信息表达的核苷酸序列最重要的是位于编码区上游的结合位点，可控制RNA聚合酶的结合；而编码区下游则有终止子存在，可控制RNA聚合酶的停止、脱落蛋白质蛋白质RNA聚合酶编码区间断的、不连续的外显子：能编码的序列内含子：不能编码的序列非编码区有调控遗传信息表达的核苷酸序列编码区上游：存在RNA聚合酶结合位点编码区下游：存在终止子蛋白质蛋白质3.人类基因组研究人类基因组：人体DNA分子所携带的全部遗传信息，人类单倍体基因组：由条双链的DNA分子组成(包括122号
4、常染色体DNA与X、Y染色体DNA，估计有30亿个碱基对，33.5万个基因)人类基因组计划的任务：分析测定人类基因组的核苷酸序列主要内容：绘制人类基因组四张图，即遗传图、图、图和图24物理序列转录遗传图：基因或DNA标记(多态性遗传标记)在染色体上以遗传距离表示相对位置的图(连锁图)物理图：DNA序列上的DNA标记之间实际距离的图，以DNA上核苷酸数目多少表示(Kb：千对；Mb：百万对)序列图：人类基因组的核苷酸序列图转录图：人类基因组只有1%5%DNA序列为编码序列；而一个人体细胞，一般只有0.1%基因是表达的人类基因组研究的意义对各种疾病，尤其是各种遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义对进一
5、步了解基因表达的调控机制，细胞的生长、分化和个体发育的机制以及生物进化具有重要意义推动生物高新技术的发展并产生巨大的经济效益二、要点归纳紫茉莉质体的遗传1.紫茉莉植株及枝条绿色植株只含绿色枝条(只含叶绿体)绿色枝条(只含叶绿体)花斑植株 白色枝条(只含白色体)花斑枝条(既有叶绿体又有白色体)白色植株(不能存活)要点12.紫茉莉枝条颜色的遗传(1)绿色紫茉莉枝条颜色的遗传绿色紫茉莉细胞只含有叶绿体，产生的卵细胞内也只含有叶绿体，受精后仍发育为绿色紫茉莉(图示如下)。(2)白色紫茉莉枝条颜色的遗传(3)花斑紫茉莉枝条颜色的遗传花斑紫茉莉植株上有三种细胞，产生卵细胞及受精卵后的发育情况如下：注意：(
6、1)若受精卵中只含有白色体，则发育成的植株为白化苗，将无法存活。(2)花斑植株上白色枝条的营养物质可由邻近枝条转移过来。(3)无论是有丝分裂还是减数分裂，质基因都是随机的、不均等分配。(4)紫茉莉枝叶颜色的遗传遵循细胞质遗传，而紫茉莉花色的遗传是核遗传中的不完全显性。要点2细胞质遗传与细胞核遗传的比较项目细胞质遗传细胞核遗传基因载体质基因(线粒体、叶绿体DNA分子上)核基因(位于染色体DNA上)传递途径卵细胞卵细胞和精子各占1/2传递特点及机理受精卵中的细胞质几乎都来自卵细胞，受细胞质遗传控制的性状，实际是由卵细胞遗传给子代的减数分裂形成生殖细胞时，细胞质内的遗传物质随机地、不均等地分配到子细
7、胞中受精卵的细胞核内的染色体一半来自父方，一半来自母方F1减数分裂形成配子时，等位基因分离(非同源染色体上的非等位基因自由组合)，形成了不同类型但数目相等的配子项目细胞质遗传细胞核遗传子代性状总表现出母本性状父本、母本性状都有可能表现正交、反交结果不同，表现母系遗传结果相同，总是表现显性性状性状分离比F1可有性状分离，但无一定性状分离比F1有一定的性状分离比(31)是否遵循孟德尔遗传规律不遵循孟德尔遗传规律进行有性生殖时遵循孟德尔遗传规律续表注意：(1)细胞质遗传时正、反交结果不同，子代性状始终与母本性状一致，而核遗传中伴X染色体的遗传，正、反交结果也可以不同，表现为子代性状与性别有关。(2)
8、植物果皮、种皮表现为母本性状是因为果皮、种皮是母体的一部分，是母体体细胞发育而来，属细胞核遗传。(3)生物的遗传是细胞核遗传和细胞质遗传共同作用的结果。原核细胞与真核细胞的基因结构1.原核细胞与真核细胞的基因结构及比较(1)原核细胞基因的结构：(2)真核细胞基因的结构：要点3(3)真、原核细胞基因结构的比较相同点：都有编码区、非编码区，在非编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在编码区上游均有RNA聚合酶结合位点。不同点：原核细胞的基因中编码区是连续的，无外显子和内含子之分；真核细胞的基因中编码区是不连续的，分为能编码蛋白质的外显子和不能编码蛋白质的内含子。2.DNA、基因及基因的表达之间的
9、数目关系(1)DNA、基因、基因的表达(以原核细胞的基因为例)(2)数目关系：氨基酸数目mRNA的碱基数目基因(DNA)的碱基数目=136(至少)(3)真核生物中氨基酸数目基因中碱基数6的原因分析：基因结构中存在不能编码蛋白质的非编码区。编码区中内含子部分不能编码蛋白质。外显子中含有与转录为终止密码子相对应的脱氧核苷酸序列。(4)在数量上外显子比内含子多1个。(5)编码区在整个基因中所占比例较小，而具调控作用的非编码区所占比例较大，说明了真核细胞基因结构及其功能的复杂性。注意：(1)非编码区与非编码序列不能混淆非编码区位于原核细胞基因和真核细胞基因的编码区的上游和下游，而非编码序列除包括非编码
10、区外还包括真核细胞基因的编码区中的内含子。(2)终止子和终止密码不能混淆终止子存在于DNA上，起终止转录的作用；终止密码子存在于mRNA上，起终止翻译的作用。(2007江苏)下图为一个真核基因的结构示意图，根据图中所示，对该基因特点叙述正确的是()A.非编码区是外显子，编码区是内含子B.非编码区对该基因转录不发挥作用C.编码区是不连续的D.有三个外显子和四个内含子真核细胞的基因结构包括非编码区和编码区，其中编码区是不连续的，有内含子和外显子之分，基因的非编码区上游含有RNA聚合酶结合位点，对基因的转录有调控作用。外显子是基因编码区中能够编码蛋白质的序列，内含子是基因编码区中不能编码蛋白质的序列
11、，在基因的编码区中外显子之间间隔内含子，即图示基因中有4个外显子、3个内含子。答案：C(2009宁夏)多数真核生物基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。这类基因经转录、加工形成的mRNA中只含有编码蛋白质的序列。某同学为检测某基因中是否存在内含子，进行了下面的实验：步骤：获取该基因的双链DNA片段及其mRNA；步骤：加热DNA双链使之成为单链，并与步骤所获得的mRNA按照碱基配对原则形成双链分子；步骤：制片、染色、电镜观察，可观察到图中结果。请回答：(1)图中凸环形成的原因是，说明该基因有个内含子。DNA中有内含子序列，mRNA中没有其对应
12、序列，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列能形成凸环77(2)如果先将步骤所获得的mRNA逆转录得到DNA单链，然后该DNA单链与步骤中的单链DNA之一按照碱基配对原则形成双链分子，理论上也能观察到凸环，其原因是逆转录得到的DNA单链中不含有序列。(3)DNA与mRNA形成的双链分子中碱基配对类型有种，分别是。A-U、T-A、C-G内 含子3(1)由题意知，基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。而mRNA中只含有编码蛋白质的序列。因此，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，
13、该单链DNA中无法与mRNA配对的序列能形成凸环；凸环部分即为内含子序列。(2)mRNA逆转录得到DNA单链，该DNA单链也不含有不编码蛋白质的序列，因此，逆转录得到的DNA单链中不含有内含子序列。(3)DNA中有4种碱基A、G、C、T，mRNA有4种A、G、C、U，DNA中的A与mRNA中 的 U，DNA中 T与 mRNA中 A，DNA中C与mRNA中G，DNA中G与mRNA中C，所以配对类型有3种。(2007江苏)藏报春的叶片有绿色、白色、花斑三种类型，属于细胞质遗传；花色由一对核基因R、r控制，基因型RR为红色，Rr为粉红色，rr为白色。(1)白花、花斑叶片植株接受花粉，红花、绿色叶片植
14、株提供花粉，杂交情况如图a所示。根据细胞质遗传和细胞核遗传的特点，向传递，而向传递。的叶片类型可能是。细胞核遗传物质细胞核和细胞质遗传物质绿色叶片、花斑叶片、白色叶片(2)假设图b中个体自交，后代出现绿色叶片植株花斑叶片植株白色叶片植株的比例是，这是因为细胞质遗传物质的分离具有的特点；后代出现红花、花斑叶片植株白花、花斑叶片植株的比例是。不定的11随 机 不均等本题主要考查生物的细胞质遗传和基因的分离定律。(1)依据生物生殖过程中遗传物质的分配特点，子代细胞核中染色体一半来自父本、一半来自母本；而由于受精卵中细胞质主要来自卵细胞，因此子代细胞质遗传物质主要来自母本。因此，在生殖过程中，母本传递给子代其细胞核和细胞质中的遗传物质，父本一般传递给子代其细胞核中的遗传物质。(2)叶片类型的遗传属于细胞质遗传，具有母系遗传的特点，即子代表现出母本性状。花斑株自交时，后代出现性状分离但没有固定的分离比，这是因为在减数分裂形成配子时，花斑植株细胞质中遗传物质是随机不均等分配到子细胞中的。花色的遗传属于细胞核遗传，它遵循孟德尔遗传规律，即杂合的粉红色个体自交后代中出现红花粉红花白花=121。
