生物科学史实验总结完整版PDF版.docx
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生物科学史实验总结完整版PDF版
科学史实验总结
科学史实验内容：
一、细胞核的功能（必修1P52）；
二、细胞膜结构的研究历程（必修1P66）；三、酶本质的探索（必修1P81）；
四、光合作用的研究历程（必修1P101）；
五、DNA是遗传物质的实验证据（必修2P43）；六、DNA半保留复制的实验证据（必修2P53）；七、生长素的发现历程（必修3P47）；
一、细胞核的功能（必修1P52）；
实验内
容
实验过程
实验结论
实验分析
黑白两种美西螈细胞核移植
美西螈皮肤颜色的遗传是由细胞核控制的
无对照组，可将白色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到黑色美西螈去核的卵细胞中，对形成的重组细胞进行培养
作为对照（互为对
照）
横缢蝾螈受精卵
蝾螈的细胞分裂和分化是由细胞核控制的
既有相互对照，又有自身对照
变形虫切割实验
变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核控
制的
既有相互对照，又有自身对照
伞藻嫁接与核移植
伞藻”帽”的形状是由细胞核控制的
伞藻核移植实验可排除假根中其他物质的影响，从而证明实验结论
二、生物膜结构的探索历程（必修1P65-74）
1、欧文顿：
1895年他曾用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行地上万次的试验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：
凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
于是他提出：
膜由脂质组成的。
2、20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。
化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。
3、1925年，荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单层分子，测得単分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
他们由此得出结论：
细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
4、罗伯特森：
1959年他在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，结合其他科学家的工作提出了生物膜的模型：
所有的生物膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。
他把生物膜描述成静态的统一结构。
5、1970年，科学家通过荧光标记的小鼠细胞和人细胞细胞融合实验（用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子），提出假说：
细胞膜具有流动性。
6、1972年，桑格和尼克森，在“单位膜”模型基础上提出“流动镶嵌模型”，强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性，为多数人所接受。
7、1988年美国科学家阿格雷成功地将构成水通道的蛋白质分离出来。
肾小球的滤过作用
和肾小管的重吸收作用，都与水通道的结构和功能有直接的关系。
8、1998年美国科学家麦金农测出了钾离子通道的立体结构。
三、酶本质的探索（必修1P78-81）
1、斯帕兰札尼：
意大利人，生理学家。
1773年他通过实验证实胃液具有化学性消化作用。
2、1857年法国微生物学家巴斯德通过显微观察，提出酿酒中的发酵是由于酵母菌的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精。
3、德国化学家李比希认为引起发酵是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
4、德国人化学家毕希纳把酵母细胞放在石英砂中用力研磨，加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液，并用这种提取液成功地进行了酒精发酵。
他将酵母细胞中引起发酵的物质成为酿酶。
5、1926年，美国化学家萨姆纳从刀豆种子中提取到脲酶的结晶（用丙酮做溶剂），并用多种方法证明脲酶是蛋白质。
他因此荣获1946年诺贝尔化学奖。
脲酶
（NH2）2CO（尿素）+H2O
2NH3+CO2
6、20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也有生物催化作用。
四、光合作用的探究历程（必修1P100-102）
年代
发现者
实验设计思路及现象
实验结论
1771
年
普利斯特利
①点燃的蜡烛与绿色植物放在密闭玻璃罩内，蜡烛燃烧较长时间。
②小鼠与植物放在密闭玻璃罩内，现象时小鼠存活较长时间。
植物能够更新空气。
（但是他没有发现光在植物更新空气中的作
用。
）
1779
年
英格豪斯
做了500多次重复实验。
植物绿叶在光照条件下才能更新空气。
（但不了解植物吸收和释放
的究竟是什么。
）
1864
年
萨克斯
把绿色叶片放在暗处几小时，目的是消耗叶片中原有营养物质，然后一半曝光，另一半遮光一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现曝光部分变蓝，遮光
部分不变蓝。
（需用酒精隔水加热给叶片褪色）
光合作用的产物有淀粉。
1880
年
恩格尔曼
在黑暗、没有空气的环境中用极细的光束照射水绵，发现好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；若临时装片暴露在光下，则细菌分布在叶绿体
所有受光的部分。
（密封的装片中含有可以为水绵提
供CO2的Na2CO3溶液。
）
光合作用的放氧部位是叶绿体。
恩格尔曼的第二个实验：
他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇的发现大量的好氧型细菌聚集
在红光和蓝紫光区域。
光合作用主要是利用红光和蓝紫
光。
1941
鲁宾和
实验方法：
同位素标记法。
进行两组实验：
光合作用释放的
年
卡门
第一组：
H2O，CO2→现象是释放的氧气全是O2
1818
第二组：
H2O，C18O2→现象是释放的氧气全是O2
氧气来自水。
20世
纪40
年代
卡尔文
用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性。
CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，
称为卡尔文循环。
补充：
1、1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，但不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。
2、1845年，德国的梅耶，提出植物进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。
五、DNA是遗传物质的实验证据（必修2P43）；
1．肺炎双球菌的转化实验
（1）格里菲思的体内转化实验
①实验材料：
肺炎双球菌
Ⅰ．R型肺炎双球菌：
表面没有多糖的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙（rough），
无毒。
Ⅱ．S型肺炎双球菌：
表面有多糖的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑（smooth），有
毒，可导致小鼠得坏血病死亡，或使人得肺炎。
②实验过程及实验现象：
Ⅰ．R型活细菌注射小鼠，小鼠不死亡。
Ⅱ．S型活细菌注射小鼠，小鼠死亡。
Ⅲ．加热杀死的S型细菌注射小鼠，小鼠不死亡。
Ⅳ．R型活细菌和加热杀死的S型细菌注射小鼠，小鼠死亡，且从小鼠体内分离得到S型活细菌。
③实验分析
Ⅰ．根据实验a、b，说明R型活细菌无毒性，S型活细菌有毒性。
Ⅱ．根据实验c，说明加热杀死的S型细菌无毒性。
Ⅲ．根据实验d，说明无毒性的R型活细菌在与加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，且这种性状的转化是可以遗传的。
④得出实验结论：
加热杀死的S型细菌中有转化因子。
（2）艾弗里的体外转化实验
①实验过程：
R型S型
②分析实验过程：
Ⅰ．只有加入S型细菌的DNA，R型细菌才能转化为S型细菌。
Ⅱ．S型细菌的DNA加入DNA酶后不能使R型活细菌发生转化。
（3）得出实验结论：
S型细菌的“转化因子”是DNA，即DNA是遗传物质。
实验总结：
体内转化实验
体外转化实验
实验者
格里菲思
艾弗里及其同事
培养细菌
在小鼠体内
体外培养基
实验原则
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌各成分的作用进行对照
实验结果
加热杀死的S型细菌能使R型细菌转
化为S型细菌。
S型细菌的DNA能使R型细菌转化为
S型细菌。
实验结论
S型细菌体内有“转化因子”
S型细菌的DNA是遗传物质
巧妙构思
用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体
将物质提纯分离后，直接地、单独地
内作为对照实验来说明确实发生了
转化。
观察某种物质在实验中所起的作用。
联系
（1）所用材料相同。
（2）体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸。
（3）两实验都遵循对照原则、单一变量原则。
3.噬菌体侵染细菌的实验
（1）实验者：
赫尔希、蔡斯。
（2）实验材料：
T2噬菌体和大肠杆菌。
（3）实验方法：
同位素标记法，该实验中用35S、32P分别标记蛋白质和DNA。
（4）实验步骤及结果和结论
①标记大肠杆菌
方法：
分别用含32P和35S的培养基培养大肠杆菌。
结果：
分别获得含32P和35S的大肠杆菌。
②标记噬菌体：
方法：
分别用含32P和35S的大肠杆菌培养噬菌体。
结果：
分别获得含32P标记了DNA的噬菌体，和含35S标记了蛋白质的噬菌体。
③让噬菌体侵染细菌
Ⅰ．侵染/保温：
分别用含32P标记了DNA的噬菌体和含35S标记了蛋白质外壳的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌。
Ⅱ．搅拌：
使吸附于细菌上的噬菌体外壳与细菌分离。
Ⅲ．离心：
让上清液中析出重量较轻的噬菌体外壳，而沉淀物中留下大肠杆菌（部分被感染）。
④结果检测
Ⅰ．用35S标记的噬菌体侵染时：
a.上清放射性很高。
b.沉淀物放射性很低。
c.新形成的噬菌体未检测到放射性。
Ⅱ．用32P标记的噬菌体侵染时：
a．上清放射性很低。
b．沉淀物放射性很高。
c．新形成的噬菌体检测到放射性。
⑤结论
Ⅰ．噬菌体侵染细菌时DNA进入细菌细胞内，而蛋白质外壳留在外面。
Ⅱ．子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的，DNA才是真正的遗传物质。
4.RNA也是遗传物质的实验
（1）实验材料：
烟草花叶病毒和烟草，烟草花叶病毒由RNA和蛋白质组成。
（2）
过程及结果：
（3）实验结果与结论：
烟草花叶病毒的RNA能自我复制，控制生物的遗传性状，因此RNA
是它的遗传物质。
（4）生物的遗传物质：
绝大多数生物，包括具有细胞结构的生物和大部分病毒的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
六、DNA半保留复制的实验证据（必修2P53）；1．方法：
同位素标记法、密度梯度离心技术。
2.原理：
含15N的双链DNA密度大，含14N的双链密度小，一条链含14N、一条链含15N
的双链DNA分子密度居中。
3.实验假设：
DNA以半保留的方式复制。
4.实验预期：
离心之后应出现3种DNA带。
①重带：
密度最大，为两条链都是15N标记的亲代双链DNA。
②中带：
密度居中，一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带：
密度最小，两条链都为14N标记的子代双链DNA。
5.实验结果：
①亲代DNA取出离心，全部都是重带
②子一代DNA取出离心，全部都是中带
③子二代DNA取出离心，一般为中带、一半为轻带
6.
科学家
实验
实验结论
达尔文
胚芽鞘尖端产生某种影响，该影响传递到下部伸长区时，由于单侧光
的作用造成背光面比向光面生长快
鲍森·詹森
胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂片传递给下部
拜尔
胚芽鞘的弯曲生长是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀造
成的
实验结论：
DNA的复制方式是半保留复制。
七、生长素的发现历程（必修3P47）；
前三个实验实验初步证明尖端产生的影响可能是一种化学物质
温特
造成胚芽鞘弯曲的是一种化学物质，并命名为生长素
温特的实验进一步证明造成胚芽鞘弯曲的影响确实是一种化学物质
郭葛
（荷兰）
1934年郭葛等从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质——吲哚乙酸
1946年，人们从高等植物中分离出生长素，并确认它就是吲哚乙酸（IAA）。
附录：
其他高中生物涉及的科学史
一、细胞学说的建立过程（必修1P10-11）
1、维萨里：
比利时人，从人体解剖入手研究，发表了巨著《人体构造》，揭示了人体在器官水平的结构。
2、比夏：
法国人，他指出器官由低一层次的结构——组织构成，并把组织分为21种。
3、虎克：
英国人，细胞的发现者和命名者。
1665年，他用显微镜观察植物的木栓组织，发现由许多规则的小室组成，并把“小室”成为cell——细胞。
4、列文虎克：
荷兰著名磨镜技师，他用自制的显微镜观察，对红细胞和动物精子等活细胞进行了精确的描述。
5、1838年德国植物学家施莱登首先提出细胞是构成植物的基本单位，1839年动物学家施旺发表了研究报告《关于动植物的结构和一致性的显微研究》。
施莱登和施旺通过对动植物细胞的研究揭示细胞统一性和生物体结构统一性，建立了细胞学说。
6、耐格里：
德国人，用显微镜观察了多种植物生长点上新细胞的形成，发现新细胞的产生原来是细胞分裂的结果。
7、魏尔肖：
德国人，他在前人研究成果的基础上，1858年总结出“细胞通过分裂产生新细胞”（所有的细胞都来源于先前存在的细胞）。
二、蛋白质的探索历程（必修1P24-25）
1、英国科学家桑格经过10年努力，终于在1953年测得牛胰岛素全部氨基酸的排列顺序。
2、1965年我国科学家完成结晶牛胰岛素的全部合成（先分别合成两条链，最后将两条人工链合在一起）。
三、细胞结构的探索历程（必修1P51）
1、美国细胞生物家克劳德摸索出采用不同转速对破碎的细胞进行离心的方法（差速离心），将细胞内的不同细胞分开——定性定量分离细胞组分的经典方法。
2、比利时的德迪夫发现了溶酶体。
3、罗马尼亚的帕拉德，改进了电子显微镜，发现了核糖体和线粒体结构，1960年，帕拉德向人们描绘了一幅生动的细胞“超微活动图”，形象地揭示出分泌蛋白质合成并运输到细胞外的过程。
四、遗传基本规律的发现史（必修2P2-33）
1、奥地利的孟德尔是遗传学的奠基人。
他进行了长达8年的豌豆杂交实验，通过分析实验结果，发现了生物遗传的规律（假说—演绎法）。
1866年他发表论文《植物杂交试验》，提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子学说。
但未引起任何反响。
2、1900年，三位科学家重新发现孟德尔的工作，人们开始认识到孟德尔提出的理论的重要意义。
3、1909年，丹麦植物学家约翰逊，1909年给孟德尔的“遗传因子”重新起名为“基因”，并提出了表现型和基因型的概念。
4、德国动物学家魏斯曼预言：
在精子和卵细胞成熟的过程中存在减数分裂过程，后来被其他科学家的显微镜观察所证实。
。
5、1903年，美国遗传学家萨顿，1903年他用蝗虫细胞作材料，研究精子和细胞形成过程，研究中发现孟德尔假设的一对遗传因子即等位基因分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似，并由此提出了遗传因子（基因）位于染色体上的学说。
（类比推理法）
6、英国科学家摩尔根利用果蝇为实验材料，证实基因在染色体上呈线性排列（假说—演绎法），为现代遗传学奠定了细胞学基础，摩尔根被称为染色体遗传理论的奠基人，他还发现了基因的连锁互换定律，人们称之为遗传第三定律。
（必修2P32）
7、18世纪英国著名的化学家兼物理学家道尔顿，第1个发现了色盲症，也是第1个被发现的色盲症患者。
五、DNA分子的结构的发现史（必修2P47）
1、威尔金斯和富兰克林为沃森和克里克提供了DNA的X射线衍射物图谱。
2、奥地利查哥夫发现DNA分子中腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤
（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量，为著名的DNA双螺旋结构模型的建立提供了依据。
3、1953年，沃森和英国科学家克里克共同提出了DNA分子双螺旋结构模型（模型构建法）。
之后不久，又发表了另一篇论文，提出了DNA分子半保留复制的假说。
4、1957年克里克预见了遗传信息传递的一般规律，提出中心法则。
5、尼伦伯格和马太成功破译了第一个遗传密码。
六、生物进化理论的发展史
1、拉马克，法国人，博物学家，生物进化论的先驱。
最先提出了生物进化的学说，认为生物是不断进化的，生物进化的原因是用进废退和获得性遗传。
（必修2P110）
2、达尔文，英国人，博物学家，生物进化论的主要奠基人。
1859年，他出版了科学巨著
《物种起源》，在书中提出以自然选择学说为核心的生物进化理论。
书中充分论证了生物的进化，并明确提出自然选择学说来说明进化机理。
他创立的进化论的影响远远超出了生物学的范围，它给予神创论和物种不变论以致命的打击，为辩证唯物主义世界观提供了有力的武器。
（必修2P111-112）
3、美国人生态学家斯坦利，提出了“收割理论”来说明捕食者在进化中的作用：
捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对
优势的局面，为其他物种的形成腾出空间。
捕食者的存在有利于增加物种多样性。
（必修2P123）
七、内环境稳态调节机制的发现（必修3P8）
1、法国人贝尔纳曾推测，内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节。
1857年，他提出“内环境”的概念，动物生活需要两个环境——机体细胞生活的内环境和整个有机体生活的外环境。
并推测内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节。
2、1926年美国生理学家坎农提出了“稳态”的的概念：
稳态不是恒定不变，而是一种动态的平衡。
并提出了稳态维持机制的经典解释：
内环境稳态是在神经调节和体液调节的共同作用下，通过机体各种器官、系统分工合作、协调统一而实现的。
3、目前普遍认为：
神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。
八、促胰液素的发现（必修3P23）
1、法国人生理学家沃泰默通过实验发现，把通向狗的上段小肠的神经切除，只留下血管，向小肠内注入稀盐酸时，仍能促进胰液分泌。
但是他却囿于定论，认为这是由于小肠上微小的神经难以剔去干净的缘故。
2、斯他林和贝利斯，在小肠黏膜提取液中发现了促使胰液分泌的物质——促胰液素（人们发现的第一种激素）。
1905年，他们提出了“激素”这一名称，并提出激素在血液中起化学信使作用的概念。
3、巴甫洛夫：
俄国人，生理学家，现代消化生理学的奠基人，他和他的学生们随后也得出斯他林和贝利斯结论。
1891年开始研究消化生理，在“海登海因小胃”基础上，他制成了保留神经支配的“巴甫洛夫小胃”，并创造了一系列研究消化生理的慢性实验方法，揭示了消化系统活动的一些基本规律。
为此，他荣获1904年诺贝尔生理学或医学奖。
20世纪初，他的研究重点转到高级神经活动方面，建立了条件反射学说。
九、种群与生态系统（必修3第67页、95页）
1、生态学家高斯，通过实验发现草履虫种群数量增长的“S”型曲线。
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，称为“S”型曲线。
2、美国生态学家林德曼，通过对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行的定量分析，发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减两个特点，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%。
补充
一、细胞学说建立的过程
1.比利时维萨里通过大量的尸体解剖研究，发表了巨著《人体构造》，揭示了人体在器官水平的结构。
2.法国的比夏指出器官由低一层次的结构——组织构成，并把组织分为21种。
3.英国虎克观察植物的木栓组织并命名为“cell”。
他既是细胞的发现者，也是细胞的命名者。
4.荷兰的列文虎克观察到不同形态的细菌、红细胞和精子等。
5.意大利的马尔比基广泛观察了动植物的微细结构。
6.施莱登首先提出细胞是构成植物体的基本单位。
7.施旺发表了《关于动植物的结构和一致性的显微研究》。
8.耐格里用显微镜观察了多种植物分生区新细胞的形成，发现新细胞的产生原来是细胞分裂的结果。
9.德国魏尔肖总结“细胞通过分裂产生新细胞”。
他认为“所有的细胞都来源于先前存在的细胞”。
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