第3章基因的本质教案.docx
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第3章基因的本质教案
第3章基因的本质
第1节DNA是主要的遗传物质
【课标定位】
1.阐述肺炎双球菌转化实验的过程及结论。
2.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论，理解DNA是主要的遗传物质。
【教材回归】
一、DNA是遗传物质的实验证据
（一）肺炎双球菌的转化实验
1.两种肺炎双球菌的特点
主要特点
种类
菌落
菌体
毒性
S型细菌
表面光滑
有多糖类的荚膜
有毒性，可使人患肺炎或使小鼠患败血症死亡
R型细菌
表面粗糙
无多糖类的荚膜
无毒性
2.格里菲思的转化实验——体内转化实验
（1）实验原理
S型细菌可使小鼠患败血症死亡。
（2）实验过程及结果
实验过程
实验结果
①将R型活细菌注入小鼠体内
小鼠不死亡
②将S型活细菌注入小鼠体内
小鼠死亡，并从小鼠体内分离出S型活细菌
③将加热杀死的S型细菌注入小鼠体内
小鼠不死亡
④将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后注入小鼠体内
小鼠死亡，并从小鼠体内分离出S型活细菌
（3）实验推论
加热杀死的S型细菌中含有某种促成R型活细菌转化为S型活细菌的转化因子。
3.艾弗里的转化实验——体外转化实验
（1）实验设计思路
设法将DNA与其他物质（如多糖、蛋白质等）分开，单独研究它们各自的功能。
（2）实验过程、结果及结论
实验过程
实验结果
实验结论
只有加入S型细菌完整的DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，并且DNA的纯度越高，转化就越有效
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA才是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质
（二）噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯实验
1.噬菌体
（1）噬菌体的结构
由头部和尾部两部分组成。
头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部内含有DNA。
（2）噬菌体的增殖
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，在侵染大肠杆菌后就会在其自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身的组成成分而进行大量增殖，当增殖到一定数量后大肠杆菌裂解并释放出大量的子代噬菌体。
2.实验方法
放射性同位素标记法。
3.实验过程、结果及结论
二、RNA是遗传物质的实验证据——烟草花叶病毒感染烟草实验
（一）烟草花叶病毒的组成
由蛋白质和RNA组成。
（二）实验过程
（三）实验结论
在RNA病毒中，RNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。
三、DNA是主要的遗传物质
生物类型
所含核酸
遗传物质
举例
细胞生物
真核生物
DNA和RNA
DNA
人、动物、植物、酵母菌等
原核生物
细菌、蓝藻、乳酸菌、硝化细菌等
非细胞生物
大多数病毒
只含有DNA
DNA
T2噬菌体
极少数病毒
只含有RNA
RNA
HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒等
备注
由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质
【要点突破】
一、肺炎双球菌的转化实验分析
实验
比较项目
体内转化实验（格里菲思实验）
体外转化实验（艾弗里实验）
培养细菌
用小鼠（体内）
用培养基（体外）
实验对照
R型细菌与S型细菌的毒性比较
S型细菌各成分作用的相互对照
实验结果
加热杀死的S型细菌能够使R型细菌转化为S型细菌
S型细菌完整的DNA才能使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
联系
①所用材料相同，都是肺炎双球菌（R型和S型）；②体内转化实验是基础，仅说明S型细菌体内有转化因子，体外转化实验进一步证明了转化因子是DNA；③两实验都遵循对照原则、单一变量原则
特别提示：
①由于DNA的变性温度较蛋白质的变性温度高，因此，加热杀死的S型细菌因蛋白质变性而失活，但DNA仍具有活性。
②由R型活细菌转化成的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，这表明这种性状的转化是可以遗传的。
③格里菲思当时并不知道转化因子是什么物质，其实验未能证明DNA是遗传物质。
④肺炎双球菌转化作用的实质：
S型细菌的DNA与R型细菌的DNA进行重组，R型细菌获得S型细菌的遗传信息而转化为S型细菌。
二、噬菌体侵染细菌的实验分析
1.噬菌体侵染细菌的过程
2.实验误差分析
（1）用32P标记的感染实验，上清液中含有少量放射性的原因：
①保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌，经离心后分布于上清液中；②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌细胞内增殖后释放出子代噬菌体，经离心后分布于上清液中。
（2）用35S标记的感染实验，沉淀物中含有少量放射性的原因：
搅拌不充分，少量含35S的噬菌体蛋白质外壳仍吸附在大肠杆菌表面，随大肠杆菌离心到沉淀物中。
3.实验结果分析
（1）噬菌体侵染细菌的实验，除了证明DNA分子是遗传物质以外，还说明DNA分子能够进行自我复制（使前后代保持一定的连续性）并指导蛋白质的合成。
（2）肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验都只能证明DNA是遗传物质，而不能证明DNA是主要的遗传物质。
特别提示：
用35S和32P能够分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA的原因：
硫仅存在于T2噬菌体的蛋白质中（氨基酸的R基中），而磷几乎都存在于DNA中（脱氧核苷酸的磷酸中）。
三、实验设计思路
证明DNA分子是遗传物质时，科学家们最关键的实验设计思路是：
设法把DNA分子与蛋白质分子区分开，然后直接地、单独地去观察DNA分子和蛋白质分子的作用。
四、生物的遗传物质
1.准确地说，细胞生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA，生物的遗传物质是DNA或RNA。
2.在真核生物中，DNA主要存在于细胞核中的染色体上，少量存在于细胞质中的线粒体和叶绿体中，因此它们都是遗传物质的载体，但染色体是遗传物质的主要载体。
〖达标自测〗
1.某校生物兴趣小组在培养有R型活细菌的A、B、C、D四支试管中，分别加入S型细菌的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经培养后可检测到S型细菌的试管是（A）
A.试管AB.试管BC.试管CD.试管D
2.下列有关肺炎双球菌和T2噬菌体的叙述中，正确的是（B）
A.T2噬菌体可寄生在乳酸菌体内B.T2噬菌体头部和尾部的外壳是蛋白质
C.S型细菌可使人和小鼠患肺炎死亡D.R型细菌在培养基上形成的菌落表面光滑
3.若用3H、15N、32P、35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，则在产生的子代噬菌体中能够检测到的放射性同位素是（B）
A.可在外壳中检测到3H、15N、35SB.可在DNA中检测到3H、15N、32P
C.可在外壳中检测到15N、35S、32PD.可在DNA中检测到15N、32P、35S
【自我校对】
一、
（一）1.光滑有有粗糙无无2.
（1）S型细菌
（2）不死亡死亡S不死亡死亡
S（3）转化因子3.
（1）DNA
（2）DNA越高DNADNA
（二）1.
（1）蛋白质DNA
（2）自身遗传物质大肠杆菌大量2.同位素3.蛋白质DNA短时间分离上清液沉淀物去向上清液沉淀物蛋白质DNADNA蛋白质DNA
二、
（一）蛋白质RNA（三）RNA蛋白质
三、DNA和RNADNA只含有DNADNA只含有RNARNA绝大多数主要
第2节DNA分子的结构
【课标定位】
理解DNA分子双螺旋结构的主要特点以及DNA分子的多样性和特异性。
【教材回归】
一、DNA分子的结构
（一）结构层次
（二）空间结构——规则的双螺旋结构
主要特点
①两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构。
②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架；碱基排列在内侧。
③两条脱氧核苷酸链之间的碱基按照碱基互补配对原则通过氢键形成碱基对，将两条脱氧核苷酸长链连接起来
碱基互补配对原则
DNA两条链之间的碱基只能是：
A与T配对（A=T）、G与C配对（G≡C）
二、DNA分子的特性
稳定性
由于构成DNA分子的脱氧核糖与磷酸交替连接的顺序是稳定不变的，两条链之间的碱基互补配对的关系是稳定不变的，这就构成了DNA分子的稳定性
多样性
组成DNA分子的碱基虽然只有4种，而且配对的方式只有2种，但是构成DNA分子碱基对的排列顺序、数量、A-T与G-C的比例是千变万化的，如由N个碱基对构成的DNA分子可有4N种碱基排列顺序，这就构成了DNA分子的多样性
特异性
每个特定的DNA分子具有其特定的碱基对排列顺序、数量和比例，这就构成了DNA分子的特异性
【要点突破】
一、DNA分子的结构
1.脱氧核苷酸结构图
A——腺嘌呤
G——鸟嘌呤
T——胸腺嘧啶
C——胞嘧啶
P
含氮碱基
脱氧核糖
32
1
54
（图中数字标记的是脱氧核糖中5个碳原子的位置）
磷酸
一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，构成脱氧核苷酸的含氮碱基有4种，因而构成DNA的脱氧核苷酸共有4种：
腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
2.平面结构
（1）一条脱氧核苷酸链
在一条脱氧核苷酸链中，一个脱氧核苷酸分子中的脱氧核糖上的3号碳原子与另一个脱氧核苷酸分子中的磷酸通过形成化学键（3´，5´—磷酸二酯键）而连接起来。
如下图所示：
（2）两条链之间的连接
两条脱氧核苷酸链之间通过碱基对之间的氢键连接起来：
A一定与T相互配对，两碱基之间形成两个氢键；G一定与C相互配对，两碱基之间形成三个氢键。
如下图所示：
3.空间结构——规则的双螺旋结构
（1）由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构。
（2）脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条脱氧核苷酸链之间的碱基按照碱基互补配对原则通过氢键形成碱基对。
二、DNA分子中各碱基之间的数量关系
1.在一个双链DNA分子中各碱基之间的基本数量关系：
（1）在整个DNA分子中，A与T等量，G与C等量，即嘌呤与嘧啶等量且各占50%。
（2）在整个DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和恒等，并为碱基总数的50%。
（3）一条DNA分子单链上的任意一个碱基与另一条DNA分子单链上互补的碱基等量。
2.在双链DNA分子中，一条DNA链上的各碱基之间没有必然的数量关系。
特别提示：
在一个DNA分子中，碱基对G≡C所占的比例越大，则该DNA分子的结构越稳定。
三、碱基比例在双链DNA中的共性与特异性
1.碱基比例在双链DNA中的共性
A/T、T/A、G/C、C/G、（A+C）/（T+G）、（A+G）/（T+C），在任何一个双链DNA分子中均相等且等于1，并且不会因为生物种类的不同而不同。
2.碱基比例在双链DNA中的特异性
（A+T）/（G+C）或（G+C）/（A+T）的比值在不同DNA分子中不同，是DNA分子具有多样性和特异性的具体表现。
〖达标自测〗
1.已知某DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，其中一条链（H链）所含的碱基中28%是腺嘌呤、24%是胞嘧啶，则与H链对应的另一条链上腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的（A）
A.26%、22%B.24%、28%C.14%、11%D.11%、14%
2.某双链DNA中的鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%，并测得该DNA一条链上的腺嘌呤占该链碱基的18%，则与其对应链上的腺嘌呤占该链碱基的比例是（C）
A.9%B.27%C.28%D.46%
3.假若某DNA分子的一条单链中（A+G）/（T+C）=0.4，则上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别为（B）
A.0.4、0.6B.2.5、1.0C.0.4、0.4D.0.6、1.0
【自我校对】
一、
（一）C、H、O、N、P磷酸含氮碱基脱氧核苷酸两双螺旋
（二）两反向平行脱氧核糖磷酸外碱基氢键碱基对ATGC
二、交替互补配对排列顺序数量比例4N排列顺序数量比例
第3节DNA的复制
【课标定位】
简述科学家对DNA分子复制的推测，分析DNA分子复制的过程及特点。
【教材回归】
一、对DNA复制的推测
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克，在提出DNA碱基特异性配对以后，又提出了DNA是通过半保留方式进行复制的假说。
二、DNA分子的复制
（一）复制的概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
（二）复制的时间
细胞分裂间期（包括有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期）。
（三）复制的场所
真核生物主要发生在细胞核中，此外还可发生在线粒体和叶绿体中。
原核生物主要发生在拟核中，此外还有细胞质（如质粒的复制）。
（四）复制的过程
1.DNA解旋
DNA利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，使碱基对之间的氢键断裂，两条螺旋的双链解开形成两条单链（母链）。
2.合成DNA子链
当DNA双链部分解开时，便以解开的两条母链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则各自合成与母链互补的一段子链。
3.形成子代DNA
随着DNA解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸。
同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，最后形成两个完全相同的DNA分子。
（五）复制的特点
1.边解旋边复制
局部解旋→合成一段子链→子链与母链盘绕成双螺旋结构→新的DNA分子。
2.半保留复制
新合成的每个DNA分子中都保留了亲代DNA分子中的一条模板链，即子代DNA=亲代DNA模板链+DNA子链。
（六）复制的意义
DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性。
【要点突破】
一、DNA分子的复制
场所
真核生物主要发生在细胞核中，此外还可发生在线粒体和叶绿体中。
原核生物发生在拟核和细胞质中（如质粒的复制）。
病毒发生在宿主细胞中
过程（边解旋边复制）
解旋
复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的能量，在DNA解旋酶的作用下，使碱基对之间的氢键断裂，从而把两条螺旋的双链解开
复制
当DNA分子的双链部分解开时，便以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链
螺旋
随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸。
同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，最后各自形成一个新的DNA分子
结果
一个DNA分子形成两个完全与亲代DNA分子相同的子代DNA分子
基本条件
模板（亲代DNA解旋后的两条链）、原料（游离的4种脱氧核苷酸）、能量（ATP）和酶（解旋酶和DNA聚合酶等）
特点
①边解旋边复制（局部解旋→复制）；②半保留复制（新合成的DNA都保留了亲代DNA的一条模板链，即子代DNA=亲代DNA模板链+DNA子链）
特别提示：
①DNA复制的前提：
DNA病毒在宿主细胞中繁殖时才复制，细胞生物（包括真核生物和原核生物）在细胞分裂时才复制（细胞不分裂DNA就不会复制）。
②DNA分子能够准确进行自我复制的原因：
DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对原则，保证了复制能够准确无误地进行。
③真核细胞中一个核DNA复制形成的两个DNA分别位于两条姐妹染色单体上，彼此分开于着丝点分裂时——有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，并分别进入两个子细胞中。
二、DNA分子复制的有关计算
一个DNA分子复制n代后，能形成2n个DNA分子，在这些DNA分子中，只有两个DNA分子含有第一代DNA的链。
一条链全部N原子被15N标记的DNA分子（0代），转移到含14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下表：
世代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸的特点
分子总数
DNA在离心管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
链总数
不同脱氧核苷酸链占全部链之比
15N-15N
14N-15N
14N-14N
15N链
14N链
0
1
全在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部
1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部
3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
…
…
…
…
…
…
…
…
…
n
2n
2/2n中部
1-2/2n上部
0
2/2n
1-2/2n
2n+1
1/2n
1-1/2n
特别提示：
①在运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应特别注意要求计算的是DNA分子数还是脱氧核苷酸链数。
②运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量的问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。
③在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。
〖达标自测〗
1.将DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的培养基中培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N的链与含15N的链之比是（A）
A.3：
1B.2：
1C.1：
1D.7：
1
2.蚕豆根尖细胞在含3H-胸腺嘧啶的培养基中完成一个细胞周期后，在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记情况是（B）
A.每条染色体的两条单体都被标记B.每条染色体都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中一条单体被标记D.每条染色体的两条单体都未被标记
3.用15N标记含有100个碱基对（胞嘧啶60个）的某DNA分子后，让其在含有14N的培养液中复制4次。
下列有关叙述中不正确的是（B）
A.含15N的DNA占全部DNA的l/8B.含14N的DNA占全部DNA的7/8
C.共需消耗腺嘌呤脱氧核苷酸600个D.复制结果共产生16个双链DNA分子
4.一个双链DNA分子为第一代，经过三次自我复制，在第四代DNA分子中含有第一代脱氧核苷酸长链的DNA分子有几个（B）
A.1个B.2个C.4个D.8个
5.将某细菌在含有15N的培养液中培养后，再转移到含有14N的培养液中培养，8小时后提取DNA分析得知，含15N的DNA所占比例为1/16，则该细菌的分裂周期是（C）
A.2小时B.4小时C.1.6小时D.1小时
6.若具有A个碱基对的某DNA片段中含有m个腺嘌呤，则该DNA片段完成第n次复制共需消耗多少个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸（B）
A.2n（A-m）B.2n-1（A-m）C.2n-1（A/2-m）D.1/2n-1
7.假若某DNA分子共有a个碱基，其中胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次共需消耗游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸（C）
A.7（a-m）个B.8（a-m）个C.7（a/2-m）个D.8（2a-m）个
【自我校对】
一、沃森克里克半保留
二、
（一）模板
（二）间间间（三）细胞核线粒体叶绿体拟核质粒（四）1.能量解旋碱基对氢键2.部分母链DNA聚合碱基互补配对互补3.解旋对应完全相同（五）1.局部一段2.模板（六）遗传信息
第4节基因是有遗传效应的DNA片段
【课标定位】
1.举例说明基因是有遗传效应的DNA片段。
2.掌握基因与DNA、染色体、遗传信息和性状之间的关系。
【教材回归】
一、基因与DNA的关系
（一）从数量上看
1.一个DNA分子上有许多个基因；2.一个DNA分子上所有基因的碱基总数小于DNA分子中的碱基总数，即DNA分子上有的碱基序列是没有遗传效应的（DNA分子上只有部分碱基参与了基因的组成）。
（二）从功能上看
基因是有遗传效应的DNA片段。
二、DNA片段中的遗传信息
（一）遗传信息的概念
DNA分子中脱氧核苷酸（碱基对）的排列顺序代表着遗传信息。
（二）遗传信息的特点
1.多样性
DNA分子的多样性决定着遗传信息的多样性，从而使得DNA分子能够储存足够数量的遗传信息。
2.特异性
DNA分子的特异性决定着每个特定的DNA分子储存着特定的遗传信息，控制着生物特定的遗传性状，不同的DNA分子储存着不同的遗传信息。
（三）遗传信息与生物体多样性和特异性的关系
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
【要点突破】
一、基因的概念
1.基因与脱氧核苷酸的关系
基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，基因中脱氧核苷酸排列顺序的多样性和特异性决定了基因的多样性和特异性。
2.基因与DNA的关系
基因是有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子上有许多个基因。
一个DNA分子上的碱基总数大于该DNA分子上所有基因的碱基总数。
3.基因与染色体的关系
基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体。
此外，线粒体和叶绿体也是基因的载体，因为线粒体和叶绿体中也含有少量的DNA。
4.脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体、遗传信息之间的关系
特别提示：
①RNA病毒（如HIV、SARS病毒）的基因和遗传信息均存在于RNA上，因为RNA病毒只含有RNA一种核酸，即基因和遗传信息并非只存在于DNA上。
②基因的化学本质——有遗传效应的DNA片段。
若将DNA分子分割成若干段，每一段就是DNA片段，其中有遗传效应（能控制生物性状）的片段就是基因，没有遗传效应（无控制生物性状功能）的片段（如相邻基因之间的间隔区段）就不是基因。
③同一生物体不同类型的体细胞中所含有的基因是相同的，因为它们是由同一个受精卵经过有丝分裂增殖而来的。
二、DNA片段中的遗传信息
1.并非DNA分子中所有脱氧核苷酸的排列顺序都储存着遗传信息，如基因之间间隔区段的脱氧核苷酸则没有储存着遗传信息，因为遗传信息仅指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。
2.DNA（基因）携带的是控制生物性状的遗传信息，并不是生物的性状。
生物的性状是不能从亲代传递给子代的，亲代传递给子代的只是DNA携带的遗传信息，在子代的个体发育过程中再由其表达为子代的性状，从而实现对生物性状的控制。
〖达标自测〗
1.科学分析发现，甲、乙两种生物的体细胞中DNA总量完全相同，而且4种含氮碱基的含量也是分别相等的。
下列有关甲、乙两种生物的叙述中正确的是（D）
A.两种生物的DNA数量相等B.两种生物的遗传信息一定相同
C.两种生物表现出来的性状相同D.两种生物的遗传物质都是DNA
2.基因研究最新发现表明，人体与小白鼠的基因大致相同，则人体与小白鼠的DNA分子中碱基序列相同的比例是（D）
A.20%B.80%C.100%D.无法确定
3.由120个碱基组成的某DNA分子片段，可因其碱基对的组成和序
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