第1讲 遗传物质的探索历程
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遗传物质的探索历程19世纪时,孟德尔连续8年得豌豆杂交实验发现了遗传规律。
他将能遗传给下一代并决定下一代性状的物质称作遗传因子。
然而遗传因子具体是什么物质呢?这成为接下来百多年间生物学家们研究的重点。
何为遗传物质呢?首先我们先来了解下。
遗传物质即亲代与子代之间传递遗传信息的物质。
具有以下几个特点:1在细胞的生长和繁殖过程中能够精确的复制自己;2能储存巨大的遗传信息;3能指导蛋白质的合成,从而控制新陈代谢和生物的性状;4能在后代之间传递遗传信息;5结构稳定,并能产生可遗传的变异。
下面我们来追随着科学家们对遗传物质的发现历程:19世纪末,科学家认为细胞功能与遗传性状的主控者为细胞核1871年,米歇尔发现脓的细胞核中有酸性物质,进而发现了核酸。
他从伤口的粘稠脓液中用酒精沉淀出了酸性物质。
1889年,阿曼特纯化了核酸,并确认核酸的组成物质为核苷酸。
科学家们得出了遗传物质为染色体,然而究竟是蛋白质还是DNA呢?这个问题又困扰了科学家们几十年。
直到1928年,格里菲斯所做的用肺炎双球菌感染小家鼠的实验。
肺炎双球菌基本上可以分为两个类型或品系。
一个是有毒的光滑类型,简称为S型。
一个是无毒的粗糙类型,简称为R型。
S型的细胞有相当发达的荚膜(或称为被囊)包裹着。
荚膜由多糖构成,其作用是保护细菌不受被感染的动物的正常抵抗机制所杀死,从而使人或小家鼠致病(对人,它能导致肺炎;对小家鼠,则导致败血症)。
但在加热到致死程度后,该类型的细菌便失去致病能力。
由于荚膜多糖的血清学特性不同、化学结构各异,S型又可分成许多不同的小类型,如SⅠ、SⅡ、SⅢ等。
而R型细胞没有合成荚膜的能力,所以不能使人或小家鼠致病。
它不能合成荚膜的原因在于一个控制UDPG一脱氢酶的基因发生了突变,R,S两型可以相互转化。
1928年,格里菲斯将肺炎球菌SⅡ在特殊条件下进行离体培养,从中分离出R型。
当他把这种R型的少量活细菌和大量已被杀死的SⅢ混合注射到小家鼠体内以后,出乎意外,小家鼠却被致死了。
《人类探索遗传物质的历程》讲义遗传,这个看似神秘却又无处不在的生命现象,一直以来都吸引着人类不断地探索和研究。
从最初对遗传现象的简单观察,到逐渐深入了解遗传物质的本质,人类走过了漫长而曲折的道路。
在早期,人们已经注意到生物的子代与亲代之间存在着相似性。
例如,农民们发现种植的农作物,其后代往往具有与亲本相似的性状;动物饲养者也观察到,动物的幼崽在很多方面继承了双亲的特征。
但那时,对于遗传的理解仅仅停留在表面,还无法解释其内在的机制。
19 世纪,孟德尔通过豌豆杂交实验,为遗传学的发展奠定了重要的基础。
他精心挑选了具有不同性状的豌豆进行杂交,然后对后代的性状表现进行了细致的观察和统计分析。
孟德尔发现,生物的遗传并不是简单的混合,而是遵循着一定的规律。
他提出了遗传因子(即基因)的概念,并总结出了分离定律和自由组合定律。
然而,孟德尔的研究成果在当时并未引起足够的重视。
直到 20 世纪初,随着更多科学家的重复实验和进一步研究,孟德尔的遗传定律才重新被发现和认可。
20 世纪初,摩尔根以果蝇为实验材料,进一步研究了遗传规律。
他发现基因位于染色体上,并且通过染色体的行为来解释遗传现象。
这一发现使得遗传学与细胞学紧密地结合起来,为深入理解遗传机制提供了重要的线索。
随着科学技术的不断进步,人们开始思考遗传物质究竟是什么。
当时,有两种主要的观点:一种认为蛋白质是遗传物质,因为蛋白质的结构和功能非常复杂多样;另一种则认为是 DNA(脱氧核糖核酸)。
在 20 世纪 20 年代,科学家发现染色体主要由蛋白质和 DNA 组成。
但由于蛋白质的复杂性,很多人倾向于认为蛋白质是遗传物质。
直到 1944 年,艾弗里等人通过肺炎双球菌的转化实验,有力地证明了 DNA 才是遗传物质。
他们从有荚膜的肺炎双球菌中提取出各种成分,分别与无荚膜的肺炎双球菌混合培养,结果发现只有 DNA 能使无荚膜的肺炎双球菌转化为有荚膜的肺炎双球菌。
这一实验首次证明了DNA 是遗传物质,但由于当时实验技术的限制,这一结论仍然受到一些质疑。
2、实验过程(你的想法是否与艾弗里不谋而合?恭喜你,有科学家的潜质哦!)3、实验结论:才是R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(DNA是遗传物质,蛋白质等不是遗传物质)4、遗传物质能携带遗传信息,控制生物体的特定性状,并通过细胞增殖过程将遗传信息传递给后代的物质,称为遗传物质。
【实验设计的关键思路】是应当设法把DNA与蛋白质等其他成分分开,单独的、直接的去观察它们的作用【思考】艾弗里的实验有何缺陷?资料:艾弗里实验的缺陷艾弗里的试验引起了人们的注意,但是,并不是所有的人都信服这一结果。
因为,艾弗里的试验中提取的DNA的纯度最高时也还有0.02%的蛋白质。
三、 1952年赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验自主阅读书本62页积极思维及黑体文字,思考下列问题:1、认识噬菌体的结构,回顾DNA和蛋白质的元素组成。
2、试验的方法是什么?3、分析实验过程以及结论1、实验材料——T2噬菌体T2噬菌体:一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
DNA (C、H、O、N、P)蛋白质(C、H、O、N、S)T2噬菌体的核酸是,存在于,尾部及头部外侧为。
生活方式是,宿主细胞为,(能/不能)直接在培养基上繁殖。
2、实验过程①同位素标记噬菌体(为什么用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质外壳和DNA?如何标记T2噬菌体?)②标记后的T2噬菌体侵染大肠杆菌③离心分离④放射性检测3、分析与结论:(1)该实验表明噬菌体侵染细菌时,DNA和蛋白质这两种物质中只有哪种物质进入了细菌体内?只有DNA进入到细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。
(2)该实验说明子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA还是蛋白质遗传的?结论:子代噬菌体的各种性状是通过亲代的遗传的。
(即才是真正的遗传物质)【思考】所有生物的遗传物质都是DNA吗?四、1956年烟草花叶病毒感染烟草实验P62-63——证明RNA是遗传物质的实验1、烟草花叶病毒组成:________和蛋白质。
2025年高考生物遗传学知识点遗传学作为高中生物的重要组成部分,在高考中占据着相当重要的地位。
以下为您梳理 2025 年高考可能涉及的生物遗传学知识点。
一、遗传物质的探索历程1、格里菲斯的肺炎双球菌体内转化实验他通过将活的 S 型菌、加热杀死的 S 型菌、活的 R 型菌分别注入小鼠体内,得出了加热杀死的 S 型菌中存在某种“转化因子”,能使 R 型菌转化为 S 型菌的结论。
2、艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验艾弗里从 S 型活细菌中提取出了 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 时,R 型细菌才能转化为 S 型细菌,从而证明了 DNA 才是使 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质。
3、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验他们用放射性同位素标记法,分别用35S 标记噬菌体的蛋白质外壳,用32P 标记噬菌体的DNA,然后让标记的噬菌体去侵染未标记的细菌,结果表明噬菌体的 DNA 进入了细菌细胞,而蛋白质外壳留在了外面,进一步证明了 DNA 是遗传物质。
二、DNA 的结构和功能1、 DNA 的双螺旋结构DNA 由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。
外侧是脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架,内侧是碱基通过氢键连接形成碱基对,碱基配对遵循碱基互补配对原则(A 与 T 配对,G 与 C 配对)。
2、 DNA 的复制DNA 的复制是半保留复制,发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
复制需要模板、原料、能量和酶等条件。
复制过程是边解旋边复制,保证了遗传信息的准确传递。
3、 DNA 的功能DNA 具有储存遗传信息、传递遗传信息和表达遗传信息的功能。
基因是有遗传效应的 DNA 片段,基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状。
三、基因的表达1、转录转录是以 DNA 的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA 的过程。
转录主要在细胞核中进行,需要 RNA 聚合酶等参与。
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。
《人类探索遗传物质的历程》讲义在生命的奥秘中,遗传物质的探索一直是科学家们孜孜以求的重要课题。
从最初的模糊猜测到如今的精准理解,人类在这条道路上经历了漫长而曲折的历程。
早在古代,人们就已经注意到生物特征的传承现象。
例如,农民们通过选育优良的种子来获得更好的作物收成,这实际上就是在利用遗传规律,尽管他们当时并不明白其中的原理。
但真正对遗传物质的科学探索,始于 19 世纪。
孟德尔是遗传学的奠基人。
他通过豌豆杂交实验,发现了遗传的基本规律。
孟德尔精心选择了具有明显相对性状的豌豆,如高茎和矮茎、圆粒和皱粒等。
经过多年的杂交实验和仔细观察记录,他提出了遗传因子的概念。
孟德尔认为,生物的每一个性状都是由遗传因子控制的,这些遗传因子在生殖细胞形成时会彼此分离,进入不同的配子中。
当雌雄配子结合时,遗传因子又重新组合,从而决定了子代的性状。
孟德尔的发现具有开创性意义,然而在当时却没有引起足够的重视,直到几十年后才被重新发现和认可。
随着科学技术的不断进步,20 世纪初,科学家们对遗传物质的本质有了更深入的思考。
当时,有两种主要的观点:一种认为蛋白质是遗传物质,因为蛋白质的种类繁多,结构复杂;另一种则认为是核酸。
1928 年,格里菲斯进行了著名的肺炎双球菌转化实验。
他将无毒性的 R 型肺炎双球菌和有毒性的 S 型肺炎双球菌分别注射到小鼠体内,发现 R 型菌不会使小鼠患病,而 S 型菌会导致小鼠死亡。
但当他将加热杀死的S 型菌和活的R 型菌混合后注射给小鼠时,小鼠却患病死亡,并且在其体内检测到了 S 型菌。
格里菲斯认为,在加热杀死的 S 型菌中存在一种“转化因子”,能够使 R 型菌转化为 S 型菌,但他并不清楚这种转化因子究竟是什么。
后来,艾弗里等人对格里菲斯的实验进行了改进和深入研究。
他们将 S 型菌的各种成分,如蛋白质、多糖、DNA 等分别提取出来,与 R型菌混合,观察哪一种成分能够使 R 型菌发生转化。
结果发现,只有DNA 能够使 R 型菌转化为 S 型菌,从而证明了 DNA 是遗传物质。
第1讲DNA是主要的遗传物质一、选择题1.一百多年前,人们就开始了对遗传物质的探索历程。
对此有关叙述错误的是( )A.孟德尔的豌豆杂交实验证明了遗传因子是DNAB.在艾弗里肺炎双球菌转化实验中,只有加入S型菌的DNA才会发生转化现象C.噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力,是因为其蛋白质与DNA能完全分开D.最初认为遗传物质是蛋白质,是推测氨基酸的多种排列顺序可能蕴涵遗传信息【解析】孟德尔用豌豆进行杂交实验,发现了基因的分离定律和自由组合定律。
【答案】A2.格里菲思(F.Griffith)用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验,此实验结果( )A.证明了DNA是遗传物质B.证明了RNA是遗传物质C.证明了蛋白质是遗传物质D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质【解析】格里菲思的肺炎双球菌转化实验证明了加热杀死的S型菌中有使R型菌转化为S型菌的”转化因子”,并没有证明”转化因子”是哪一种物质。
【答案】D3.用35S标记的T噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,经过一段时间的保温,搅拌、离心2后发现放射性主要分布在上清液中,沉淀物的放射性很低,对于沉淀物中还含有少量的放射性的正确解释是( )A.经搅拌与离心后还有少量含有35S的T噬菌体吸附在大肠杆菌上2B.离心速度太快,较重的T噬菌体有部分留在沉淀物中2C.T噬菌体的DNA分子上含有少量的35S2D.少量含有放射性35S的蛋白质进入大肠杆 菌内【解析】在噬菌体侵染细菌的实验中,搅拌并离心的目的是将吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离。
但由于技术的限制,经上述操作之后,还有少量的噬菌体吸附在大肠杆菌上,导致下层的沉淀物中也带有少量放射性。
【答案】A4.在肺炎双球菌的转化实验中,在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中,依次分别加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖,经过培养,检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是( )A.3和4B.1、3和4C.2、3和4D.1、2、3和4【解析】能引起R型菌向S型菌转化的是DNA,所以当加入S型菌的DNA时,能发生转化现象,但只有一部分细菌发生转化,其余大部分细菌仍为R型菌。