1、第三章 基因的本质第三章 基因的本质第1节 DNA是主要的遗传物质一、教学目标 1.知识方面总结人类对遗传物质的探索过程。分析证明DNA是主要的遗传物质的实验设计思路。2. 情感态度与价值观方面认同与人合作在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。认同人类对遗传物质的认识是不断深化不断完善的过程。3.能力方面探讨实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的作用二、教学重点和难点1.教学重点（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。（2）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。2.教学难点肺炎双球菌转化实验的原理和过程。三、教学方法讨论法、 演示法、探究法四、教学课时2五、教学过程教学内
2、容教师组织和引导学生活动教学意图章引言引导学生阅读并思考P41章引言阅读思考引入新课问题探讨引导学生完成 “问题探讨”并提示。提示1.（1）具有贮存大量遗传信息的潜在能力； （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）在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己，使得前后代具有一定的连续性；（4）结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。遗传物质必须稳定，要能贮存大量的遗传信息，可以准确地复制出拷贝，传递给下一代等。2.这是一道开放性的题，答案并不惟一，只要提出正确的思路即可。阅读思考回答以已知推特点，自然引入新课。一、对遗传物
3、质的早期推断问20世纪20年代，人们为什么会认为蛋白质是遗传物质？到20世纪30年代呢？一道学生带着这些问题阅读课本P4243。阅读思考从历史背景了解人们的推测。二、肺炎双球菌的转化实验通过确凿的实验证据首先向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的是美国科学家艾弗里，而艾弗里的实验又是在英国科学家格里菲思的肺炎双球菌转化实验的基础上进行的。请看这个著名的经典实验：出示R型细菌和S型细菌的菌体和菌落图，让学生对图指出何者是R型菌体？何者是S型菌体？菌落各是怎样？毒性呢？以加深学生对两种细菌的了解。问肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤？各看到哪些象？第四组的实验结果说明了什么？艾弗里及其同事的设计思路是什
4、么？他们的研究结果说明了什么？学生阅读教材P43P44，边看书边看图解，回答上述问题。（1） 体内转化 1928年 英国 格里菲思 活R，无毒 活小鼠 活S，有毒 小鼠 死小鼠 杀死的S，无毒 活小鼠 活R + 杀死的S，无毒 死小鼠 转化因子是什么？ （分离出活S） “在肺炎双球菌的转化实验中，为什么加热杀死的S型细菌还能使R型活细菌转化为S型活细菌？讲述蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80100 的温度范围内，蛋白质将会失活，DNA双链将解开；当温度降至55 左右时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性却不能恢复。（2）体外转化 1944年 美国 艾弗里 多糖或蛋白质 R型活S
5、DNA + R型 培养基 R型 + S型 DNADNA酶 R型 转化因子是DNA 。阅读思考回答弄懂肺炎双球菌转化实验的原理和过程。第2课时三、噬菌体侵染细菌的实验介绍噬菌体侵染细菌的过程：吸附注入（DNA）复制子代噬菌体的DNA和合成子代噬菌体的蛋白质组装子代噬菌体释放。噬菌体侵染细菌的实验亲代噬菌体原宿主细菌内子代噬菌体实验结论32P标记DNA无32P标记DNADNA有32P标记DNA是遗传物质35S标记蛋白质无35S标记蛋白质外壳蛋白无35S标记阅读思考回答列表比较一目了然旁兰思考题提示因为硫仅存在于T2噬菌体的蛋白质组分中，而磷则主要存在于 DNA的组分中。用14C和18O等元素是不可
6、行的，因为 T2噬菌体的蛋白质和DNA分子的组分中都含有这两种元素。思考回答思考与讨论提示1.细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。（2）繁殖快。细菌2030 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。2.最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等（学生可能回答出其
7、他的技术，但只要回答出上述主要技术就可以）。科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。思考讨论回答总结从实验过程并得出以下结论：（1）DNA是转化因子，是遗传物质，而蛋白质不是。（因为艾弗里及其同事对S型细菌中的物质进行了提纯和鉴定，他们将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，结果发现：只有加入DNA，R型细胞才能够转化为S型细菌。）（2）遗传物质是DNA。（因为DNA进入了细菌体内复制，并复制合成自身的蛋白质。所以在子代噬菌体内，没有亲代噬菌体内蛋白质被标记的元素。）（3）RNA也可以是遗传物质。
8、归纳总结。从三个实验的结论中，拓展出下列规律：（1）非细胞结构的生物体内，只有一种核酸，只有一种遗传物质，即DNA或RNA；（2）在具有细胞结构的生物体内，有DNA和RNA两种核酸，但DNA是主要的遗传物质；（3）染色体是DNA的主要载体；（4）遗传物质控制蛋白质的合成，并由蛋白质表达遗传信息。总结归纳培养学生的归纳总结能力作业练习一二第2节DNA分子的结构一、教学目标1. 知识方面识记构成DNA分子的基本单位、核苷酸种类、碱基种类、元素种类。DNA分子的平面结构和空间结构。碱基互补配对原则。 2. 情感态度与价值观方面认识到与人合作的在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的
9、重要作用。认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程3. 能力方面制作DNA双螺旋结构模型。就科学家探索基因的本质的过程和方法进行分析和讨论，领悟模型方法在这些研究中的应用。二、教学重点和难点1.教学重点制作DNA分子双螺旋结构模型。2.教学难点（1）DNA分子结构的主要特点三、教学方法讨论法、 演示法四、教学课时2五、教学过程教学内容教师组织和引导学生活动教学意图问题探讨引导学生思考讨论回答，老师提示。思考讨论回答收集资料的能力。一、DNA双螺旋结构模型的构建成旁栏思考题目“思考与讨论”引导学生阅读课文P4749。提示1.（1）当时科学界已经发现的证据有：组成N分子的单位是脱氧核苷酸
10、；N分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；（2）英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的的射线衍射图谱；（3）美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法（1950年），即按照射线衍射分析的实验数据建立模型的方法（因为模型能使生物大分子非常复杂的空间结构，以完整的、简明扼要的形象表示出来），为此，沃森和克里克像摆积木一样，用自制的硬纸板构建N结构模型；（4）奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果:腺嘌呤（）的量总是等于胸腺嘧啶（）的量，鸟嘌呤（）的量总是等于胞嘧啶（）的量这一碱基之间的数量关系。2.沃森和克里克根据当时掌握的资料，最初尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，在这些模型中，他们将碱基
11、置于螺旋的外部。在威尔金斯为首的一批科学家的帮助下，他们否定了最初建立的模型。在失败面前，沃森和克里克没有气馁，他们又重新构建了一个将磷酸核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。 沃森和克里克最初构建的模型，连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的，即A与A、T与T配对。但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律。1952年，沃森和克里克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息：腺嘌呤（）的量总是等于胸腺嘧啶（）的量，鸟嘌呤（）的量总是等于胞嘧啶（）的量。于是，沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，最终，构建出了正确的DNA模型。提示1.略。2
12、.主要涉及物理学（主要是晶体学）、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法；建构模型的方法等。现代科学技术中许多成果的取得，都是多学科交叉运用的结果；反过来，多学科交叉的运用，又会促进学科的发展，诞生新的边缘学科，如生物化学、生物物理学等。3.要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。阅读思考完成旁栏思考题目和思考与讨论培养学生的自学能力与自我探究能力。思考、讨论和合作能力二、DNA分子的结构出示DNA模型，学生阅书第
13、50页，指着模型进解说过归纳，结构的主要特点是：两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构（简要解释“反向”，一条链是5 3 ，另一条链是3 5 ，不宜过深）。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。碱基互补配对原则：两条链上的碱基通过氢键（教师对“氢键”要进行必要的解释）连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：AT、GC（A一定与T配对，G一定与C配对）。可见，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了（可在黑板上练习一道题以巩固互补配对原则）。教师设问，学生思考后，由教师回答：设问一：碱基配对时，为什么嘌呤碱
14、不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。设问二：为什么只能是AT、GC，不能是AC，GT呢？这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的摩尔数比例均为1：1。某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18，那么鸟嘌呤的分子数占（ ）A9 B18 C32% D36答案：C阅读理解记住学生训练 拓展学生思维，更好理解新知识 应试能力3.DNA的特性师生共同活动，学生讨论
15、和教师点拨相结合。稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与Pi交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致DAN分子的稳定性。多样性：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有 种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的多样性。特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。听讲配合老师回答知识拓展小结本节课我们学习了DNA的化学组成，DNA的
16、立体结构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种，构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对原则，即AT、GC，通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的原因主要是碱基对的排列顺序千变万化，4种脱氧核苷酸排列的特定顺序，包括特定的遗传信息。每个DNA分子能够贮存大量的遗传信息。小结培养学生的总结能力模型构建 制作DNA双螺旋结构模型让学生做P50模型构建 制作DNA双螺旋结构模型，实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好，教师示范。提示1.DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，
17、但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基对千变万化的排列顺序使DNA储存了大量的遗传信息。2.（1）靠 DNA分子碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；（2）在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力（该点可不作为对学生的要求，教师可进行补充说明）。阅读思考动手动脑巩固知识加深理解第3节 DNA的复制一、教学目标1. 知识方面概述DNA分子的复制。2. 情感态度与价值观方面探讨DNA复制的生物学意义。二、教学重点和难点1.教学重点DNA分子复制的条件、过程和特点。2.教学难点DNA分子复制的过程。三、教学方法讨论法、 演示法、讲授法四、教学课时1五、教
18、学过程教学内容教师组织和引导学生活动教学意图问题探讨提示两个会徽所用的原料应该选自一块石材；应先制造模型，并按模型制作会徽；应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术熟练的师傅操作，或完全数控等。（以上可由学生根据自己的经验推测回答，事实是原料确实选自一块石材，但由于时间紧迫，两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的）。验证的最简单的方法是：将两个印章的图形盖在白纸上进行比较（学生也可能提出更科学、更现代化的方法）。阅读思考讨论回答引入新课讲述DNA既能作为遗传物质，就必须具有精确的自我复制能力，那它是怎样进行复制的呢？思考讨论引起思考引入新课一、对DNA分子复制的推测引导引导学生阅读课文P52，
19、沃森和克里克提出的著名的DNA双螺旋结构模型后，又发表了遗传物质自我复制的假说。进而总结出“半保留复制”的概念。讲述在复制过程中，原来双螺旋的两条链并没有被破坏，它们分成单独的链，每一条旧链作为模板再合成一条新链，这样在新合成的两个双螺旋分子中，一条链是旧的而另外一条链是新的，因此这种复制方式被称为半保留复制。阅读思考学新知识二、DNA半保留复制的实验证据讲述我们知道，当假说通过实践检验并被证明是正确的后，才能上升为科学理论。随着科学技术的发展，放射性同位素示踪技术被应用到DNA分子复制的研究中。下面我们来探讨一下DNA分子半保留复制的实验证据。讲述大家阅读课文P53，结合图3-12，利用物理
20、、化学知识体会科学家实验设计的方法、原理、步骤、结果、结论及它的巧妙之处。强调：该实验证明了DNA的复制是以半保留的方式进行的。看图思考培养严谨重视实的态度旁兰思考题1提示本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。思考回答拓展思维知识迁移三、DNA复制的过程1.概念：指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。2.时间：细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期3.场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体4.条件：模板：两条母链原料：四种脱氧核苷酸、能量（ATP）酶：DNA解旋酶、DNA聚合
21、酶等5.过程：解旋提供准确模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。合成互补子链：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。子、母链结合盘绕形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1DNA分子2个完全相同的DNA分子。6.特点：DNA分子是边解旋边复制的；是
22、一种半保留式复制。（即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。）7.“准确”复制的原因：DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。8.结果：一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子9. 意义：DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。学生思考下列问题：什么叫解旋？解旋的目的是什么？什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？简述“子链”形成的过程。DNA复制后两个子代DNA分子和亲代DNA分子是否完全相同？为什么？通过设问，学生回答，进一步让学生理解和巩固
23、DNA复制的全过程。DNA分子连续复制演绎的计算规律已知某一DNA分子用15N标记（0代）将含有该标记DNA分子的细胞（或细菌）转移到只含14N的培养基中培养（进行DNA复制）若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表：世代DNA分子的结构特点脱氧核苷酸链的数量变换规律分子总数不同DNA分子占全部DNA分子之比单链总数不同脱氧核苷酸链占全部链之比只含15N分子含14N15N杂种分子只含14N分子含15N的链含14N的链0112112141/21/2241/21/281/43/4381/43/4161/87/8n2n2/2n12/2n2n11/2n11/2n学生填表培养学生的总结能
24、力小结1通过学习必须掌握DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。2目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面（l）DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。（2）把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据，与DNA有关。作业练习一二【典型例题】例1.如果将大肠杆菌的 DNA分子用 标记，然后将大肠杆菌移入 培养基上连续培养。从分析得知，第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同，其原因是_。若连续培养三代，此时，含 标记的DNA分子约占大肠杆菌DNA分子总量的多少？其原因是多少？【解析】 解题时，
25、可用下图表示双链DNA分子复制过程：从图解可知，第二代大肠杆菌的DNA分子是以亲代的DNA分子中两条母链分别为模板，根据碱基互补配对原则复制而成的。第二代大肠杆菌的DNA分子总量中，含 标记的为 （即 ）；第三代应为 （即 ）。【答案】 以亲代DNA为模板，根据碱基互补配对原则复制而成；25；因 DNA分子的复制方式为半保留复制。例2.将大肠杆菌置于含 的培养基中培养一段时间，然后把 DNA被 完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含 的普通培养基培养，使其繁殖两代形成 4个新个体，则它们的 DNA中含 的链与 的链的比是（ ）A3：1 B2：1 C1：1 D7：l【解析】本题考查“大肠杆菌只有
26、一个DNA分子”以及对“DNA分子具有双链结构”和“DNA半保留复制”的理解。 标记的DNA有两条含 的链，当利用含 的氮源来繁殖合成新DNA时，根据半保留复制的特点，新形成的 2个 DNA分子上应各有一条含 的链和一条含 的链，没有了 的来源，不论以后复制多少次，含 的链永远只是两条，而增加的新链都是含 的链。而题中形成了4个新个体，则只有4个DNA分子8条单链，只有两条含 ，其余六条含 ， 链： 链=6：2=3：1。【答案】A。【评点】DNA复制，是将两条链之间的氢链打开，形成两条单链，然后以单链为模板，按照碱基互补配对原则，再各形成一条新链。在什么培养基上复制，新链即含什么培养基上的物质
27、，再次复制仍如此，但是原DNA（亲代DNA）中的两条链上的物质永远不变。【知识扩展】DNA芯片近年来，世界上一些发达国家的研究机构和工业界开始构建一种缩微芯片实验室DNA芯片。目的是将生命科学研究中的许多不连续的分析过程，如样品制备、化学反应和分离检测等，通过采用类似集成电路制作过程中的半导体光刻加工的缩微技术，将其移植到一块1cm2见方的玻璃片上，并使其连续化和微型化。这与当年将数间房屋大小的分离元件计算机缩微成现在只有书本大小的笔记本式电脑有异曲同工之效。DNA芯片是一种缩小了的生物化学分析器，通过芯片上微加工获得的微米结构和生物化学处理结合，便可将成千上万的与生命相关的信息集成在一小块玻
28、璃芯片上。采用芯片可进行生命科学和医学中所涉及的各种生物化学反应，以达到对基因、抗原和活体细胞等进行测试分析的目的。通过分析可得到大量具有生物学、医学意义的信息。关于DNA芯片的设想可追溯到1989年，当时美国Affymetrix公司的科学家打算用许多分子研制一种硬币般大小的装置。他们想出一种巧妙的办法，利用光刻法与光化学合成法相结合，在一块平滑的玻璃片上，用不同的分子构建一个高密度网络。开始，他们把某些蛋白质堆放在玻璃片上，一名叫斯蒂芬福多的年轻科学家立即看出了采用DNA的可能性，他意识到，芯片上的DNA分子就好像一条条细细的分子“维可牢(velcro)”(“维可牢”是一种尼龙刺粘搭链，两面
29、相合即粘住，一扯即分开，用以替代服装上的纽扣等)可选择性地与某些基因，即DNA的短片段结合，从而检查出变异型基因。福多在理论上推定，让未知的DNA样品与分布在DNA芯片上已知的DNA序列接触，就能对其作出鉴定。因为DNA双螺旋的两条单核苷酸链总是遵循“碱基互补”的原则配对，即一条链上的A总是与另一条链上的T相结合，C也总是与G相结合。因此，当一条链上的碱基序列确定之后，即可推知另一条链上的碱基序列。这类带有已知DNA序列的芯片就能检测突变基因或碱基的各种改变。目前，DNA芯片主要有四种加工方法。(1)美国Affymetrix公司的光引导原位合成法。(2)美国Incytephaxmaceutical公司的化学喷射法，即将事先合成好的寡核苷酸探针喷射到芯片上的特定位置。(3)斯坦福大学的接触式点涂法，即利用高度精密机械手所带的移液头与玻璃芯片表面接触而将探针定位点滴到芯片上。(4)使用4支分别装有A、T、G、C核苷的压电喷头在芯片上的原位DNA探针合成法。DNA芯片的主要优点是使生化分析全过程自动化，生产成本低、防污染(芯片系一次性使用)，分析速度快，而且体积小，重量轻，便于携带。
