【內容】
第三章：遺傳與基因工程
第一節(jié)：細胞質遺傳 第二節(jié)：基因的結構。
【重點與難點】
重點：細胞質遺傳的特點和形成這些特點的原因，原核細胞和真核細胞的基因結構。
難點：細胞質遺傳在實踐中的應用，原核細胞和真核細胞在基因結構上的區(qū)別。
【延伸與拓展】
第一節(jié)：細胞質遺傳
人們在研究細胞核內染色體上的基因傳遞方式時發(fā)現(xiàn)了遺傳的三大規(guī)律。那么，細胞質內的基因（位于線粒體與葉綠體的DNA上面）傳遞方式及特點是怎樣的呢？
一、細胞質遺傳的特點
典型實例：紫茉莉質體的遺傳
紫茉莉的葉片中有兩種類型質體即：
葉綠體：含有葉綠素、呈綠色
紫茉莉的質體
白色體：無色素、白色
而紫茉莉的枝條有三種：綠色、白色、花斑色（綠、白相間），它們所含有的質體如下：
枝條類型綠色白色花斑色
質體種類葉綠體白色體葉綠體
白色體
柯倫斯經(jīng)過多年的雜交實驗，結果如教材P43表3－1，其中“接受花粉的枝條”是母本，“提供花粉的枝條”是父本，由表中所列結果可以發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律：無論父本是何種性狀，F(xiàn)1總是表現(xiàn)出母本的性狀，我們把這樣的遺傳現(xiàn)象稱為母系遺傳，也有學者稱為偏母遺傳。
此后的許多學者在其他生物的雜交實驗中，也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。如藏報春、玉米、棉花、天竺葵、菜豆的葉綠體遺傳；水稻、高粱的雄性不育遺傳以及微生物中的鏈孢霉線粒體遺傳。
二、母系遺傳的細胞學基礎
我們知道在卵細胞中含有大量的來自母方的細胞質，而精子中只含有響晴的來自父方的細胞質，在受精時，精子只是其細胞核部分進入了卵細胞中，而來自父方的細胞質很少甚至不能進入卵細胞。因此，由受精卵發(fā)育成的F1，其細胞質中的遺傳物質幾乎全部來自母方，所以在F1中，受細胞質內遺傳物質控制的性狀遺傳??細胞質遺傳總是表現(xiàn)妯母本的性狀，即母系遺傳。
三、母系遺傳的特點（與核遺傳的區(qū)別）
第一，F(xiàn)1表現(xiàn)為母系遺傳，即正反交的結果不一樣；
第二，雜交后代的表現(xiàn)類型無一定的分離比例（這是由于減數(shù)分裂產(chǎn)生生殖細胞時，細胞質中的遺傳物質是隨機地不均等地分配到生殖細胞中，同時，受精卵在有絲分裂形成新個體時，細胞質也是不均等分裂）。
雜交過程如下圖：
受精 受精
由上圖可見：親本產(chǎn)生配子時，細胞核遺傳物質均等分配，而細胞質中遺傳物質則不均等分配，在F1中，細胞核遺傳物質一半來自父方，一半來自母方，所以正反交結果一樣；細胞質的遺傳物質則來自母方，所以正反交結果就不一樣。
四：細胞質遺傳在實踐中的應用（選學）
水稻雄性不育系的培育過程：
1.在水稻的細胞核中：R－可育，r－不育；在水稻的細胞質中：S－可育，N－不育，水稻能否可育是由細胞核和細胞質基因共同作用的結果（見下表）
細胞質基因
細胞核基因SN
RRS(RR)
雄性可育N(RR)
雄性可育
RrS(Rr)
雄性可育N(Rr)
雄性可育
rrS(rr)
雄性不育N(rr)
雄性可育
2. 生產(chǎn)雜交種過程圖解 雄性不育系留種圖解
在上圖中，N(RR)與雄性不育系S(rr)雜交產(chǎn)生的后代S(Rr)是可育的，故稱N(RR)為恢復系；
N(rr) 與雄性不育系S(rr)雜交產(chǎn)生的后代S(rr)仍是雄性不育，故稱N(rr)為保持系。
在整個生產(chǎn)雜交種的過程中，共用到三種類型即：S(rr)、N(RR)、N(rr)，故將這種生產(chǎn)方法稱為“三系法”。
第二節(jié)：基因的結構
一、原核細胞的基因結構
原核細胞的基因結構可下圖來表示：
非編碼區(qū)特別是編碼區(qū)上游的RNA聚合酶結合位點，可以調控DNA指導蛋白質合成的過程。
原核細胞的基因轉錄過程如下圖：
二、真核細胞的基因結構
與原核細胞的基因相比，不同的是：真核細胞的編碼區(qū)是間隔的即編碼區(qū)由可編碼的部分（稱外顯子）和不可編碼的部分（稱內顯子）相間排列。
其轉錄過程與原核生物大致相同，所不同的是，它所轉錄出的RNA同時含有由外顯子轉錄出的部分和內顯子轉錄出的部分，轉錄結束后，需要將RNA中由內顯子轉錄出的部分剪掉，然后將若干后由由外顯子轉錄出的部分的RNA拼接起來，才能形成完整的mRNA。
三、人類基因組研究
“人類基因組”是指人體DNA所攜帶的全部遺傳信息。包括1－22號常染色體和X、Y染色體，共24種染色體的24個DNA分子上的遺傳信息，這24個DNA分子上構有30億個堿基對，約有3－5萬個基因。
“人類基因組計劃”就是分析測定人類基因組的核苷酸序列，其主要任務是繪制出人類基因組的4張圖：遺傳圖(基因在染色體上的位點)、物理圖(測量出基因的距離)、序列圖(測定基因的堿基排列次序)、轉錄圖(測定基因轉錄形成RNA時的堿基配對)。參與 這項計劃的有六個國家：中國、美國、英國、法國、德國和日本。
研究人類基因組的意義是：各種疾病、尤其是各種病的診斷；進一步了解基因表達的調控機制；細胞的生長、分化和個體發(fā)育的機制及生物進化；推動生物高新技術的發(fā)展，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟意義。
【例題精講】
例1．小鼠的海拉細胞有氯霉素抗性，通過顯微操作，將對氯霉素無抗性的小鼠體細胞的核取出，注入去核的海拉細胞中，然后將這一新組合的細胞放到含有氯霉素的培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)它能夠持續(xù)分裂。試分析：
（1）控制氯霉素抗性的遺傳物質位于細胞的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（2）上述遺傳方式稱＿＿＿＿＿＿＿，它的特點是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
解析：本題主要考查細胞質遺傳的本質及表現(xiàn)出的特點
由題意可知，小鼠細胞對氯霉素有、無抗性屬于一對性狀，控制這一相對性狀的遺傳物質可能位于核中，也有可能位于細胞質中。
本題中將對氯霉素有抗性的海拉細胞的細胞質與氯霉素無抗性的細胞的細胞核重組成一新細胞，它在含有氯霉素的培養(yǎng)基中仍然持續(xù)分裂，說明它對氯霉素具有抗性，由此可分析得出決定細胞有無抗性的遺傳物質在細胞質中，這種性狀的遺傳應屬于細胞質遺傳。至于細胞質遺傳的特點也就迎刃而解了。
因此，本題的答案是：（1）細胞質中。（2）細胞質遺傳；母系遺傳、雜交后代不出現(xiàn)一定的分離比。
例2．人的一種凝血因子基因有186000個堿基對，能夠編碼2552個氨基酸。
（1）試計算在凝血因子中，外顯子的基因對占全部基因對的比例；
（2）從此比例中可以得出什么結論？
解析：本題主要考查真核細胞的基因結構和中心法則的有關知識。
由2552個氨基酸可推知，這些氨基酸需要mRNA上的2552?3個堿基來編碼，進而可以推導出基因中參與編碼的堿基對數(shù)為為7656，而這就是外顯子所含有的堿基對數(shù)；因此，外顯子的比例為：（7656?186000）?100%＝4%；在整個基因中，外顯子的堿基對數(shù)只占4%，說明在真核細胞中，基因結構的復雜性。
因此本題的答案是：（1）4%；（2）在原核細胞中，編碼堿基（外顯子）所占比例很小，說明真核細胞中基因結構的復雜性。
【練習題】
（1）下列哪組細胞器在遺傳上有一定的自主性（ �。�
A.細胞核、葉綠體 B.細胞核、線粒體 C.核糖體、葉綠體 D.葉綠體、線粒體
（2）下列與細胞質基因無關的性狀為（ ）
A.紫茉莉的花 B.高粱的雄性不育 C.藏報春花的綠葉 D.酵母菌的菌落
（3）在形成卵細胞的減數(shù)分裂中細胞質的遺傳物質分配特點是（ �。�
�、儆幸�(guī)律分配�、陔S機分配�、劬确峙洹、懿痪确峙�
A.①③ B.②③ C.②④ D. ①④
（4）一玉米雄性不育植株用恢復系（基因純合）花粉授粉，F(xiàn)1的基因型和表現(xiàn)型分別是（ �。�
A. S(Rr)、雄性可育 B. N(RR)、雄性可育 C .N(Rr)、雄性不育 D. S(rr)、雄性不育
（5）一對相對性狀甲性狀和乙性狀為細胞質遺傳，下列四種遺傳符合細胞質遺傳的特點的是（ �。�
A. ♀甲?♂乙→F1呈甲性狀 B. ♀甲?♂乙→F1呈乙性狀
C. ♀乙?♂甲→F1呈甲性狀 D. ♀乙?♂甲→F1呈乙性狀
（6）基因是由（ ）
A.編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成 B.外顯子和內含子兩部分組成
C.RNA聚合酶結合位點、外顯子、內含子組成 D. RNA聚合酶結合位點、外顯子組成
�。�7）真核細胞的一個基因只能編碼一種蛋白質，以下說法正確的是（ ）
A.它的編碼區(qū)有一個外顯子和一個內含子 B. 它的編碼區(qū)一個外顯子和多個內含子
C.它的編碼區(qū)有多個外顯子和一個內含子 D. 它的編碼區(qū)含有多個外顯子和內含子
�。�8）下列哪項是原核生物表達調控的特征（ �。�
A.翻譯的模板是轉錄后經(jīng)加工的mRNA B.轉錄完畢后再進行翻譯
C.轉錄和翻譯同時進行 D.基因表達調控的結果是產(chǎn)生了細胞的分化
�。�9）基因的重要功能是（ ）
A.儲存、傳遞遺傳信息 B.表達遺傳信息 C.能產(chǎn)生突變決定生物性狀 D.A.B.C.三項
（10）含有細胞質基因的是（ �。�
①染色體 ②核糖體�、劬�粒體 ④葉綠體�、葙|粒
A.① B.③④ C.②③④ D.③④⑤
答案：1.D 2.A 3.C 4.A 5.C 6.A 7.D 8.C 9.D 10.D
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