高中生物第1章人类探索遗传物质的历程第1课时人类探索遗传物质的历程教学案北师大版必修2 11页

第 1 课时 人类探索遗传物质的历程 [目标导读] 1.阅读教材 P4～P5 内容，说出人类寻找遗传物质历经的几个阶段。2.阅读教材 P6～P7 内容，概述从分子水平上研究遗传物质和遗传信息理论的兴起。 [重难点击] 寻找遗传物质的历程及基因概念的形成。 一 早期人们对遗传原因的猜测和寻找遗传物质 人们为了探索遗传的根源，走过了荆棘丛生的漫长道路。阅读教材 P4～P5 内容，探讨人们寻 找遗传物质的历程。 1．早期人们对遗传原因的猜测 (1)遗传是子代和亲代相似的现象。 (2)对遗传的认识仅停留在子女与父母的长相方面。 (3)古代神话中存在的半人半马的怪物，被说成是人和马杂交的产物，长颈鹿被认为是骆驼和 豹杂交所生等。这些观点属于“融合论”。 (4)认为遗传是“天赋”，是“神的安排”，因此是“无法改变的”；把贫苦人说成是“天生 卑贱”、“命中注定”等。于是诞生了“聪明天生论”、“人种优劣论”。 2．寻找遗传物质 (1)完善达尔文的“泛生论”观点，思考相关问题： ①此观点说明了遗传现象和发育的机制。 ②后来细胞学研究证明：血液中并没有这种微粒。 (2)完善魏斯曼的“种质论”观点，思考相关问题： ①由上图内容归纳种质论的内容 a．生物体分为种质和体质两部分，生物体的各部分并非都与遗传有关，与遗传有关的只是种 质，由种质决定体质。 b．种质可以世世代代独立遗传，而体质的变化不能遗传给后代。 ②意义：魏斯曼肯定了在有机体中只有一种细胞负责遗传，首次把遗传现象缩小到细胞的范 围，从细胞领域看遗传问题，大大推动了遗传学的发展。 小贴士 无论是达尔文的“泛生论”还是魏斯曼的“种质论”，都属于猜测阶段，而且这种猜 测缺乏必要的科学依据，尽管具有一定的意义，但仍然不能正确解释遗传现象。 (3)结合下面材料，理解孟德尔的遗传因子假说，回答问题。 ①内容：a.生物的每一个性状都是由遗传因子负责传递的，遗传下来的不是性状，而是遗传 因子； b．遗传因子呈颗粒状，在体细胞内成对存在，在生殖细胞里单个存在； c．杂交后的遗传因子仍保持独立，不融为一体，在杂种产生配子时，不同的遗传因子互不影 响地彼此分离开来，并被分配到不同的配子里，完整地遗传给下一代。 ②意义：孟德尔第一个用实验的手段来阐明遗传现象，并在此基础上提出了遗传因子的分离 规律和自由组合规律，被称为“遗传学的奠基人”。 (4)结合教材，归纳萨顿的遗传染色体学说的内容 ①1903 年，美国遗传学家沃尔特·萨顿发现生殖细胞形成时染色体的行为和孟德尔的定律有 着惊人的相似，因此推测染色体是联系亲代与子代的桥梁，正是染色体携带着孟德尔所说的 遗传因子从亲代传给子代，这就是遗传的染色体学说。 ②1909 年，丹麦遗传学家约翰逊首次使用基因一词代表遗传因子。 (5)阅读教材，分析摩尔根的基因论 ①摩尔根在一群红眼果蝇中发现了一只白眼雄果蝇，他让白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，得 到的子一代再互相交配，结果出人意料：在子二代果蝇中，白眼果蝇都是雄性的。这表明控 制果蝇眼色的基因位于性染色体上，染色体是基因的载体。 ②摩尔根和他的学生们利用白眼果蝇做了大量实验，又发现了几个基因位于 X 染色体上，证 明一条染色体上有许多基因，并由此提出了基因的连锁遗传规律。 1926 年，摩尔根提出了基因学说：基因位于染色体上，基因在染色体上呈线性排列。 归纳提炼 活学活用 1．下列关于基因和染色体关系的叙述，错误的是( ) A．染色体是基因的载体 B．基因在染色体上呈线性排列 C．一条染色体上有一个基因 D．体细胞(细胞核)中基因成对存在，染色体也成对存在 答案 C 解析 摩尔根的实验表明染色体是基因的载体；基因和染色体存在着明显的平行关系，基因 在染色体上呈线性排列，这也说明一条染色体上有多个基因；基因和染色体在体细胞中都成 对存在。 二 从分子水平上研究遗传物质和遗传信息理论的兴起 20 世纪中叶，遗传学研究从细胞水平向分子水平过渡，遗传密码的破译使人们最终揭示了遗 传的本质。 1．从分子水平上研究遗传物质 (1)早期认识：用蛋白质的多样性解释遗传的复杂性和变异性顺理成章，因此人们认为蛋白质 就是基因，各种不同的氨基酸就是遗传信息的贮存单位。 (2)对核酸的研究 ①1928 年，格里菲斯进行了著名的肺炎双球菌转化实验，在此基础上，1944 年，艾弗里和他 的同事们进行了肺炎双球菌的体外转化实验，1952 年，美国生物学家赫尔希和蔡思又利用同 位素示踪法进行了噬菌体侵染细菌的实验。这一系列实验证明了携带遗传信息的物质不是蛋 白质而是 DNA。 ②1957 年，富兰克林·科瑞特通过烟草花叶病毒的拆合实验，证明在没有 DNA 的病毒中，RNA 是遗传物质。 2．遗传信息理论的兴起 阅读教材，思考下面的问题： (1)1953 年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克成功地提出了 DNA 的双螺旋结构模型。 他们认为，DNA 是由两条右旋但反向的链盘绕而成的，生命的遗传信息就贮存在“梯子”的 横档上(如图)。 (2)20 世纪 50 年代，迦莫夫提出了著名的三联体密码学说，认为 DNA 将遗传信息由细胞核传 送到细胞质，并决定蛋白质的合成。 (3)20 世纪 60 年代，美国生物化学家尼伦伯格和霍拉纳破解了遗传密码，发现基因中的遗传 信息是以密码的形式存在的。遗传密码具有通用性，即几乎所有的生物都共用一套遗传密码。 (4)所谓遗传信息是指 DNA 中 4 种核苷酸碱基的排列顺序。正是遗传信息决定了蛋白质的不同 性质。生物的性状是通过 DNA 所决定的蛋白质来表现，并通过 DNA 遗传下去的。 归纳提炼 活学活用 2．下列关于遗传信息理论的叙述中，不正确的是( ) A．DNA 双螺旋结构模型是由美国生物学家沃森和英国物理学家克里克共同构建的 B．20 世纪 50 年代，物理学家迦莫夫提出了著名的三联体密码学说 C．20 世纪 60 年代，美国生物化学家尼伦伯格和霍拉纳破译了遗传密码 D．有细胞结构的生物共用一套遗传密码，而病毒用另一套遗传密码 答案 D 解析 无论是有细胞结构的生物还是无细胞结构的生物——病毒，都使用同一套遗传密码。 当堂检测 1．无论病毒还是人，几乎所有生物都共用一套( ) A．DNA B．RNA C．蛋白质 D．遗传密码 答案 D 2．下列说法不正确的是( ) A．最初人们对遗传的认识仅停留在子代与亲代的长相方面 B．“泛生论”是由达尔文提出的 C．“种质论”是由魏斯曼提出的 D．遗传因子是由摩尔根提出的 答案 D 解析 遗传因子是由孟德尔提出的。 3．下列关于遗传信息的说法，不确切的是( ) A．基因的脱氧核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息 B．遗传信息是通过染色体上的基因传递的 C．生物体内的遗传信息主要贮存在 DNA 分子上 D．遗传信息即生物表现出来的性状 答案 D 解析 生物体的所有性状，都由一种特定的脱氧核糖核苷酸的排列顺序来控制，这种排列顺 序就是遗传信息。 4．探索遗传物质的过程是漫长的，直到 20 世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。 当时人们作出判断的理由不包括( ) A．不同生物的蛋白质在结构上存在差异 B．蛋白质与生物的性状密切相关 C．蛋白质比 DNA 具有更高的热稳定性，并且能够自我复制 D．蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息 答案 C 解析 蛋白质不具备热稳定性，也不能复制，故选 C 项。其他选项所述的蛋白质的特点，与 遗传物质应具备的特征一致，可作为遗传物质的理由。 5 ． (1) 子 代 和 亲 代 相 似 的 现 象 ， 称 为 ______________ 。 1841 年 ， 达 尔 文 提 出 ____________________来解释遗传现象。 (2)1882 年，德国动物学家魏斯曼提出了______________来解释遗传现象。魏斯曼肯定了在 有机体中只有一种细胞负责遗传，首次把遗传现象缩小到________________的范围，从细胞 领域看遗传问题，大大推动了遗传学的发展。 (3)在生物学上，第一个用实验的手段来阐明遗传现象的是奥地利学者____________。他认为： 生物的每一个性状都是由______________负责传递的，遗传下来的不是____________，而是 ________________；在此基础上，孟德尔提出了遗传因子的____________和____________规 律。因此，孟德尔被称为“______________________”。 (4)丹麦遗传学家约翰逊首次使用____________一词代表遗传因子。 答案 (1)遗传 泛生论 (2)种质论 细胞 (3)孟德尔 遗传因子 性状 遗传因子 分 离规律 自由组合 遗传学的奠基人 (4)基因 课时作业 基础过关 知识点一 早期人们对遗传原因的猜测和寻找遗传物质 1．达尔文的泛生论认为( ) A．生物体的各个部分都是由一些微粒控制的 B．生物体只有遗传现象，变异不发挥作用 C．受精卵发育时受到一种微粒的控制 D．控制生物体各部分发育的微粒固定在组织细胞中，不能进入血液 答案 A 解析 达尔文的泛生论的核心内容是认为生物体的各个部分的遗传和发育受到一些微粒的控 制，受精卵发育时受到各个部分微粒的控制，这些微粒可以随着血液流动。 2．下列不属于孟德尔的遗传学说内容的是( ) A．生物的性状受遗传因子的控制 B．在体细胞中遗传因子成对存在，在生殖细胞中成单存在 C．遗传因子位于染色体上 D．遗传因子能保持独立，不同的遗传因子互不融合 答案 C 解析 孟德尔的遗传因子是假设的物质，他并不了解遗传因子的具体位置。 3．首先把遗传现象缩小到细胞的范围，引导人们从细胞领域看待遗传问题的是( ) A．达尔文 B．魏斯曼 C．约翰逊 D．克里克 答案 B 解析 魏斯曼认为体内有负责遗传的细胞，把遗传缩小到细胞范围内。 4．下列关于萨顿和摩尔根的遗传研究的叙述中，不正确的是( ) A．萨顿的遗传染色体学说是在研究果蝇的染色体组成的基础上提出的 B．摩尔根通过研究果蝇的遗传现象，不仅证明了基因位于染色体上，还证明了基因在染色体 上呈线性排列 C．萨顿发现染色体和“遗传因子”具有平行关系，所以推论“遗传因子”在染色体上 D．首先提出“基因”这一概念的是丹麦遗传学家约翰逊 答案 A 解析 萨顿提出遗传染色体学说的基础是蝗虫的减数分裂(配子的形成过程)和受精作用，果 蝇是摩尔根所用的实验材料，不仅证明了“遗传因子”确实存在，而且知道了遗传因子的位 置以及排列方式。 知识点二 从分子水平上研究遗传物质和遗传信息理论的兴起 5．作为遗传物质，DNA 和蛋白质相比的优势不包括( ) A．分子量大 B．能精确地复制自己 C．结构稳定，一定条件下可变 D．对生物的性状和新陈代谢过程有决定作用 答案 A 解析 DNA 和蛋白质都具有分子量大的特点。DNA 和蛋白质相比结构稳定，一定条件下可变， 而且能精确地复制自己，对生物的性状和新陈代谢过程有决定作用。 6．所有病毒的遗传物质( ) A．都是 DNA B．都是 RNA C．是 DNA 和 RNA D．是 DNA 或 RNA 答案 D 解析 一种病毒只含有一种核酸，故其遗传物质是 DNA 或 RNA。 7．与证明 DNA 是遗传物质无关的实验是( ) A．格里菲斯的肺炎双球菌转化实验 B．烟草花叶病毒的拆合实验 C．艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验 D．噬菌体侵染细菌的实验 答案 B 解析 烟草花叶病毒属于 RNA 病毒，其拆合实验证明了 RNA 是遗传物质。 8．现有两组实验数据： (1)测得豌豆中 DNA 有 84%在染色体上，14%在叶绿体上，2%在线粒体上； (2)进一步测得豌豆染色体的组成是 DNA 占%，RNA 占%，蛋白质占%。 这些实验数据表明( ) A．染色体是 DNA 的唯一载体 B．染色体主要由核酸和蛋白质组成 C．DNA 能传递遗传信息 D．蛋白质是遗传物质 答案 B 解析 题干列举的两组实验结果，一是说明 DNA 主要存在于染色体上，二是测定染色体组成 成分，B 项描述的正好是染色体的组成成分。 能力提升 9．下列关于人类对遗传物质的认识过程的叙述中，不正确的是( ) A．人类对遗传物质的认识经历了漫长的历程 B．达尔文的泛生论和魏斯曼的种质论具有一定的意义，至少否认了“天赋论” C．孟德尔的“遗传因子”与现在的基因一词等同 D．人类对遗传物质分子水平的研究是从沃森和克里克提出了 DNA 的双螺旋结构模型开始的 答案 D 解析 人类对遗传物质分子水平的研究是从证明 DNA 是遗传物质开始的，当证明了 DNA 是遗 传物质以后，才构建了 DNA 的双螺旋结构模型。 10．下列哪一组物质的基本组成单位是相同的( ) A．动物和植物的遗传物质 B．动物的肝糖原和抗原 C．人的胰岛素和性激素 D．植物的纤维素和维生素 答案 A 解析 动物和植物的遗传物质都是 DNA；抗原大多数是蛋白质；胰岛素是蛋白质，而性激素 属于脂质；纤维素是多糖，维生素多属于脂质。 11．我国学者童第周等从蝾螈(有尾两栖类)内脏中提取 DNA 注入金鱼的受精卵中，结果约有 1%的小金鱼在嘴后长有一根有尾两栖类的棒状平衡器，这个实验证明 DNA( ) A．分子结构相对稳定 B．能够自我复制 C．能控制蛋白质的合成 D．能产生可遗传的变异 答案 C 解析 棒状平衡器是一种性状，而生物性状是生物体的形态结构和功能的特征，在生物体细 胞的化学成分中，蛋白质是一种重要的化合物，既是构成细胞和生物体的重要物质，也是调 节细胞和生物体新陈代谢的重要物质，它是一切生命活动的体现者。某物质若能控制蛋白质 的合成，实质上就控制了生物体的一切生命活动。此题中该性状的出现，实际上是蛋白质表 达的结果，而蛋白质是由蝾螈内脏细胞的 DNA 控制合成的。 12．下列关于遗传物质的叙述中，不正确的是( ) A．进化早期生物的遗传物质是蛋白质 B．肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了遗传物质是 DNA C．大部分生物的遗传物质是 DNA，少数生物的遗传物质是 RNA D．RNA 是遗传物质的实验证据是烟草花叶病毒的拆合实验 答案 A 解析 由于早期人们对核酸认识较少，而对蛋白质的认识较多，且蛋白质具有多样性，所以 早期认为蛋白质是遗传物质。后来经过一系列实验证明遗传物质是核酸，其中肺炎双球菌的 转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了遗传物质是 DNA；烟草花叶病毒的拆合实验证明 在没有 DNA 的病毒中，RNA 是遗传物质。 13．下列关于 DNA 的叙述中，不正确的是( ) A．DNA 的组成元素有 C、H、O、N、P 等 B．DNA 双螺旋结构模型是由美国生物学家沃森和英国物理学家克里克构建的 C．DNA 是由两条链组成的规则的双螺旋结构 D．遗传密码在 DNA 中 答案 D 解析 DNA 是遗传信息的贮存物质，但遗传密码不存在其中。 14．(1)1957 年，富兰克林·科瑞特通过烟草花叶病毒的拆合实验，证明在没有 DNA 的病毒 中，______________是遗传物质。 (2)1953 年，美国生物学家__________________和英国物理学家____________________通过 对 DNA 的化学组成以及射线晶体学资料的分析，成功地提出了__________________________ 模型。他们认为，DNA 是由两条____________但________________的链盘绕而成的，活像一 个螺旋形的梯子，生命的遗传信息就贮存在“梯子”的____________。 (3)20 世 纪 50 年 代 ， 由 于 信 息 论 的 影 响 ， 物 理 学 家 迦 莫 夫 提 出 了 著 名 的 ______________________。 (4)20 世纪 60 年代，美国生物化学家尼伦伯格和霍拉纳破解了____________________。 (5)所谓遗传信息是指 DNA 中________________________________________。 (6)生物的性状是通过____________________所决定的________________来表现的，并通过 ________________遗传下去的。 (7)遗传密码的破译标志着遗传信息理论的兴起，导致了一门新科学即____________的出现。 答案 (1)RNA (2)沃森 克里克 DNA 的双螺旋结构 右旋 反向 横档上 (3)三联体密 码学说 (4)遗传密码 (5)4 种核苷酸碱基的排列顺序 (6)DNA 蛋白质 DNA (7)遗传工 程 15．根据生物的遗传现象，人们推测遗传物质应具备的特点有： ①在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制，使得前后代具有一定的连续性。 ②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。 ③具有多样性，能贮存大量的遗传信息。 ④结构稳定，在细胞中的含量相对稳定，保证物种的遗传稳定性。据此完成下列内容： (1)完成 DNA 和蛋白质的比较表 项目 DNA 蛋白质 组成元素 基本单位 细胞中的含量 结构稳定性 是否有多样性 细胞分裂时能否自我复制 (2)结合前面遗传物质应具备的条件判断：__________更可能是遗传物质。 答案 (1) 项目 DNA 蛋白质 组成元素 C、H、O、N、P C、H、O、N 等 基本单位 脱氧核糖核苷酸 氨基酸 细胞中的含量 含量较少 含量最多的有机物 结构稳定性 较稳定 易变性 是否有多样性 有 有 细胞分裂时能否自我复制 能 不能 (2)DNA 个性拓展 16．对以下材料进行分析，并得出结论。 材料 1 通过对生物传种接代过程的分析可知，细胞中的染色体数量在生殖和发育过程中的 变化如图所示(n 为生殖细胞中的染色体数)。 材料 2 通过对染色体化学成分的分析发现，染色体主要由 DNA 和蛋白质组成，其中 DNA 的 含量稳定，而蛋白质的含量不稳定。 材料 3 病毒只由核酸和蛋白质外壳组成，用病毒侵染相应的细胞，发现病毒的蛋白质外壳 都没有进入相应的被侵染的细胞，只有核酸注入被侵染的细胞，该细胞裂解后能释放出很多 新的病毒。 材料 4 研究发现，人类、动物、植物、原核生物的遗传物质是 DNA；病毒中有些种类的遗传 物质是 DNA，有些种类的遗传物质是 RNA。 (1)从遗传学的角度分析“材料 1”可以看出：染色体在生物传种接代中保持着________性和 ________性。 (2)通过“材料 2”可判断：________应该是遗传物质。 (3)分析“材料 3”，在病毒中起遗传作用的物质应该是________，该材料是证明________是 遗传物质的______证据。 (4)从“材料 4”中归纳出的结论是：________是主要的遗传物质。 答案 (1)稳定 连续 (2)DNA (3)核酸 核酸 直接 (4)DNA 解析 由材料 1 可知，染色体在亲子代个体之间保持连续性和稳定性；由材料 2 可知，DNA 含量稳定，具备遗传物质的条件；由材料 3 可知，在侵染细菌时，病毒的核酸进入宿主细胞， 并指导合成新病毒，核酸应为遗传物质，且该材料就是直接证据；由材料 4 总结得出绝大多 数生物的遗传物质是 DNA。