分子遺傳學(xué)試題解題研究

分子遺傳學(xué)的內(nèi)容主要有：DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程，DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制，基因的概念和基因的表達(dá)。由于以基因的結(jié)構(gòu)和功能研究為中心內(nèi)容的分子遺傳學(xué)，改變了整個生物學(xué)的面貌，使人們對生命現(xiàn)象的認(rèn)識越來越接近生命的本質(zhì)，因此分子生物學(xué)的內(nèi)容還包括：基因突變及其利用，基因工程，人類遺傳病的監(jiān)測和預(yù)防，以及對生物多樣性和生物進(jìn)化等方面的解釋等等。

一、解答分子與細(xì)胞類試題失誤歸因

【例1】（全國理綜改編）人體神經(jīng)細(xì)胞與肝細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不同，其根本原因是這兩種細(xì)胞的 （ ）

A. DNA堿基排列順序不同 B.轉(zhuǎn)運(yùn)RNA不同

C. 信使RNA不同 D.基因的選擇性表達(dá)

【答案】D

【解題思路】人體神經(jīng)細(xì)胞與肝細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不同，是其細(xì)胞分化的結(jié)果，而細(xì)胞分化的原因又是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。所以，人體神經(jīng)細(xì)胞與肝細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不同是這兩種細(xì)胞中基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。

【失誤歸因】有一些人認(rèn)為，人體神經(jīng)細(xì)胞與肝細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不同的根本原因是兩種細(xì)胞中的信使RNA不同。其實，在生物學(xué)問題中，談到“根本原因”，必須深入到基因表達(dá)的層次中去尋找答案。人體神經(jīng)細(xì)胞與肝細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不同，是一個細(xì)胞分化的問題，細(xì)胞分化的根本原因是“選擇性基因表達(dá)”?；虻倪x擇性表達(dá)的直接結(jié)果是轉(zhuǎn)錄了不同的信使RNA，其次是在不同信使RNA的指導(dǎo)下合成了不同的蛋白質(zhì)，最后由不同的蛋白質(zhì)體現(xiàn)出細(xì)胞不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。

由以上分析可知，人體神經(jīng)細(xì)胞與肝細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不同，其根本原因是這兩種細(xì)胞內(nèi)基因的選擇性表達(dá)，而兩種細(xì)胞的“信使RNA不同”，只是由于基因選擇性表達(dá)這個根本原因產(chǎn)生的結(jié)果。

【解題思路】（1）由于噬菌體不能用培養(yǎng)基直接培養(yǎng)，所以標(biāo)記噬菌體首先要用相關(guān)同位素標(biāo)記細(xì)菌，然后用噬菌體感染相應(yīng)細(xì)菌，以達(dá)到標(biāo)記噬菌體的目的。（2）用噬菌體分別感染有32P和35S標(biāo)記的大腸桿菌，可以獲得由32P標(biāo)記DNA和由35S標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體。（3） 第三步過程中，攪拌的作用是讓試管中侵染細(xì)菌后的噬菌體外殼與細(xì)菌細(xì)胞分離。離心的作用是讓試管中的液體分成密度較小的上清液（主要含噬菌體外殼）和密度較大的沉淀物（主要含細(xì)菌細(xì)胞）。（4） 艾弗里最早發(fā)現(xiàn)了DNA是遺傳物質(zhì)，由于蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀念在當(dāng)時人們的思想里根深蒂固，他們懷疑艾弗里實驗中的DNA純度不夠，不認(rèn)同艾弗里的偉大發(fā)現(xiàn)。噬菌體只由DNA和蛋白質(zhì)兩種物質(zhì)構(gòu)成，赫爾希和蔡斯假設(shè)，用噬菌體侵染細(xì)菌后，如果能確定是噬菌體的哪種物質(zhì)進(jìn)入了細(xì)菌細(xì)胞，就可以肯定進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的那種物質(zhì)就是遺傳物質(zhì)。噬菌體侵染細(xì)菌的實驗只能證明噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA。DNA是主要的遺傳物質(zhì)的意思是絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以，這一結(jié)論是在對許多生物的遺傳物質(zhì)進(jìn)行研究才得出的。

【失誤歸因】考生對本題解答出現(xiàn)錯誤主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）以為標(biāo)記噬菌體是以培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體進(jìn)行直接標(biāo)記。（2）用兩種帶有不同的標(biāo)記的細(xì)菌分別標(biāo)記噬菌體后，只會得到一種標(biāo)記（32P或35S）的噬菌體。（3）不清楚“攪拌”和“離心”的作用。（4）以為最早發(fā)現(xiàn)DNA是遺傳物質(zhì)的科學(xué)家是赫爾希和蔡斯。（4）以為噬菌體侵染細(xì)菌的實驗證明了DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

第（1）（2）（4）的幾個問題主要是受思維定式的影響。第（3）個問題要加強(qiáng)理解和識記。第（4）個問題還可能是對噬菌體侵染細(xì)菌實驗的相關(guān)過程理解不透或不會表達(dá)引起的。

【失誤歸因】本題考查的內(nèi)容綜合性比較強(qiáng)。需要考生有良好的知識遷移和應(yīng)變能力?？忌菀装l(fā)生的錯誤主要有：不能將噬菌體增殖與DNA復(fù)制相聯(lián)系，不能正確判斷A選項的正誤；不能準(zhǔn)確理解DNA的半保留復(fù)制，導(dǎo)致對C選項的判斷失誤；不能將基因突變與密碼子的簡并性相聯(lián)系，導(dǎo)致D選項判斷錯誤。

【解題思路】（1）基因突變產(chǎn)生新基因，R基因的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果。（2）RS、SS基因型頻率分別是4%和1%，則RR的基因型頻率為95%，R的基因頻率為R/（R+S）=（4+2×95）/200=97%。（3）1967年中期停用了殺蟲劑，到1969年中期RR基因型幼蟲幾近消失，說明在不使用殺蟲劑的情況下，RR基因型的幼蟲比SS基因型的幼蟲適應(yīng)能力差。（4）由于RR基因型的幼蟲在不使用殺蟲劑的環(huán)境中適應(yīng)能力較差，當(dāng)該地區(qū)從此不再使用殺蟲劑的情況下，持續(xù)的選擇作用使R基因頻率越來越低，最終頻率最高的基因型是SS。

【失誤歸因】1. 有的考生一看到是有關(guān)生物進(jìn)化的題目，就想到自然選擇，這個本來沒有錯，但具體問題要具體分析，例如本題第（1）小題中，R基因出現(xiàn)的原因就不能答自然選擇，而要答基因突變。2. 基因頻率和基因型頻率的計算是近年來生物高考考查的熱點(diǎn)之一，在平時的學(xué)習(xí)訓(xùn)練中，必須加以重視，第（2）小題可以運(yùn)用遺傳平衡公式，以SS的基因型頻率為1%為切入點(diǎn)進(jìn)行計算。3. 第（3）和（4）小題組織答案緊扣現(xiàn)代生物進(jìn)化理論基本內(nèi)容進(jìn)行，特別要從種群基因頻率變化的角度分析生物進(jìn)化的問題。

二、內(nèi)化基因表達(dá)的學(xué)科理念，提升高考應(yīng)試技能

所有生物都需要獲得精確的信息指令來指導(dǎo)和控制其生長、代謝、運(yùn)動、分化和繁殖等，而分子水平上的信息傳遞或信息流動是一切生命活動必不可少的過程。信息傳遞包括由DNA分子攜帶的遺傳信息向后代的傳遞，還包括由基因攜帶的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄、翻譯過程合成蛋白質(zhì)而控制細(xì)胞與組織的結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)和其他化學(xué)物質(zhì)如激素還可以作為特殊的化學(xué)信號通過細(xì)胞的傳導(dǎo)途徑來調(diào)節(jié)相應(yīng)的細(xì)胞代謝。遺傳信息的傳遞和表達(dá)主要是基因的功能，基因的結(jié)構(gòu)和表達(dá)是任何生命現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，也是生物進(jìn)化和生物多樣性的本質(zhì)。運(yùn)用基因的理念認(rèn)識生命系統(tǒng)和解釋生命現(xiàn)象，有利于提高考生對生命現(xiàn)象的理解能力，從本質(zhì)上理解生命系統(tǒng)和生命現(xiàn)象，提高生物科學(xué)素養(yǎng)。

1.基因與生命本質(zhì)的統(tǒng)一性和生物多樣性

用基因的理念認(rèn)識生命，可以明確任何生物都是以核酸為遺傳物質(zhì)和生命信息的，都共用一套密碼子，都是以蛋白質(zhì)作為生命活動的承擔(dān)者。這說明千姿百態(tài)的生物界具有統(tǒng)一性。然而不同的生物的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)又都是不一樣的，哪怕是一卵孿生的兄弟（或姐妹），其遺傳物質(zhì)也是有差異的。由于不同的生物具有不同的遺傳物質(zhì)和生命信息，造成不同生物的特異性和生物多樣性。

2.基因與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和新陳代謝

組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要成分是蛋白質(zhì)。細(xì)胞代謝是指在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生一系列使細(xì)胞成分不斷更新的化學(xué)反應(yīng)，細(xì)胞的新陳代謝是一切生命活動的基礎(chǔ)。在細(xì)胞代謝中，酶起著非常重要的作用，而絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)都是基因控制合成的，也就是說細(xì)胞代謝實際上是由細(xì)胞內(nèi)的基因來調(diào)控的。

3.基因與生物的生長、發(fā)育和生殖

從現(xiàn)象上看，生物的生長是生物個體中生命物質(zhì)量的增加，而從實質(zhì)上看，生命物質(zhì)量的增加是基因表達(dá)和調(diào)控的結(jié)果。從現(xiàn)象上看，生物的發(fā)育是生物體在生長過程中，出現(xiàn)新的組織和器官的過程，而從實質(zhì)上看，則是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。從現(xiàn)象上看，生物的生殖是生物產(chǎn)生新個體，傳宗接代的過程，從實質(zhì)上看，則是基因在生物的上下代之間的傳遞過程。由于基因的傳遞，使生物個體的死亡轉(zhuǎn)變成了種族的不斷延續(xù)。

4.基因與遺傳和變異

從現(xiàn)象上看，生物的遺傳是生物性狀在生物的上下代之間的延續(xù)，從實質(zhì)上看，則是遺傳物質(zhì)在生物的上下代之間的傳遞。從現(xiàn)象上看，生物的變異是生物體的性狀在生物的上下代之間和在子代個體之間表現(xiàn)出差異的現(xiàn)象，而從實質(zhì)上看，則是基因重組或基因突變在生物性狀上的反映。

5.基因與生物進(jìn)化和生物多樣性

從現(xiàn)象上看，生物的進(jìn)化是生物在進(jìn)化過程中，形成了生物對環(huán)境的適應(yīng)性和生物多樣性，從實質(zhì)上看，是由于自然選擇使生物種群的基因頻率發(fā)生了定向改變。在生物進(jìn)化過程中，還出現(xiàn)了生物多樣性。人類保護(hù)生物多樣性有效措施是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)多樣性，其實質(zhì)是保護(hù)了基因多樣性。

6.基因與育種

傳統(tǒng)育種方法有兩個基本原則，一是要使品種具有優(yōu)良性狀，二是要能使品種盡可能地保持穩(wěn)定。從實質(zhì)上認(rèn)識這兩個原則，就是要在育種過程中要使品種具有優(yōu)良基因，并使之成為純合子，以保證其穩(wěn)定遺傳。在雜交育種的基礎(chǔ)上，人們又創(chuàng)新了一種大大縮短育種年限的方法——單倍體育種。

為了使所培育的品種具有優(yōu)良基因，采用的措施有誘發(fā)基因突變的誘變育種。在育種過程中，采用基因工程技術(shù)，向所培育的品種中直接導(dǎo)入優(yōu)良基因等方法，更是能夠定向獲得人們所需要的生物品種和生物產(chǎn)品。

7.基因與生態(tài)保護(hù)

生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，就是生物基因庫與環(huán)境相互作用，使生物與環(huán)境的共同進(jìn)化。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持保持了生物基因庫在生態(tài)系統(tǒng)中的相對穩(wěn)定。人類活動對生態(tài)系統(tǒng)有著非常大的影響，這個影響有正面的影響和負(fù)面的影響。如果人類活動是使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)遭到破壞，則生態(tài)系統(tǒng)往往會崩潰，生態(tài)系統(tǒng)的多樣性難以維持，從而會導(dǎo)致生物多樣性的喪失。相反，如果人類活動使生態(tài)系統(tǒng)朝著更復(fù)雜更穩(wěn)定的方向發(fā)展，則會促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)多樣性和生物多樣性的形成。人類活動還可以使生態(tài)系統(tǒng)得以休養(yǎng)和修復(fù)，使生態(tài)系統(tǒng)終止惡化并保持穩(wěn)定，向著有利于生態(tài)系統(tǒng)多樣性形成和穩(wěn)定的方向發(fā)展。

8.基因與人類的生活

由于新世紀(jì)已進(jìn)入后基因組時代，轉(zhuǎn)基因食品，基因工程疫苗，已步入尋常百姓家，基因食品和基因藥物已與我們的生活與健康發(fā)生著密切的關(guān)系。例如基因環(huán)保，基因產(chǎn)品也與我們的生產(chǎn)和發(fā)展都有著密切的聯(lián)系。當(dāng)然，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，要理性地認(rèn)識和對待基因產(chǎn)品，讓它在不影響生態(tài)安全和人類發(fā)展的情況下為人類造福。