人教版高中生物必修2示范教案第三章：基因的本质

第3章 基因的本质
●章节规划
《基因的本质》的知识点有：对遗传物质的认识过程——DNA是主要的遗传物质、DNA分子结构、DNA的复制以及基因是有遗传效应的DNA片段等四个部分，要求是分析肺炎球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的结果，证实DNA是遗传物质；从其他的科学实验还证明有些病毒没有DNA，只有蛋白质和RNA，证实RNA也是遗传物质。通过对这些实验的分析得出结论：DNA是主要的遗传物质。第2节《DNA分子的结构》内容不是很多，但有一个动手制作，所以安排2课时。本节的知识是后续知识的基础，了解人们认识DNA结构的过程对掌握科学研究的方法十分重要。通过讲故事的方式使学生在了解了DNA分子的结构的基础上还能得到更多的启示：科学成果的取得不仅要有科学的思维，还要有锲而不舍的精神以及善于利用前人的成果和与他人的合作品质。所以本节如何引导学生分析该科学成果取得的过程比记住DNA分子的结构更重要。搜集J.D·沃森和F.H.C·克里克建立DNA分子双螺旋结构模型的资料，在其基础上让学生动手制作一个DNA分子双螺旋结构模型。第3节《DNA的复制》可通过学生熟悉的“copy”引入新课，使抽象的内容形象化。第4节的内容通过分析材料来得出结论：一个DNA分子上含有多个基因，再结合以前学过的染色体的知识，让学生顺理成章地理清染色体、DNA、基因之间的关系。最后用数学方法推算碱基排列的多样组合方式，让学生归纳出脱氧核苷酸特定的排列顺序不但构成了每个DNA分子的特异性还决定了DNA分子的多样性。
第1节 DNA是主要的遗传物质
●从容说课
《DNA是主要的遗传物质》主要讲述 DNA是遗传物质的直接证据——“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”。本节首先通过“问题探讨”将“DNA和蛋白质究竟谁是遗传物质”的问题提出，供大家讨论，让学生知道这个问题好长时间一直困扰着人们。然后教材交代了科学家们研究这个过程的实验的设计思想，即把组成染色体的主要成分——DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用，然后再讲述实验过程，这样有利于学生科学思维方法的培养。为了使学生更全面地理解DNA是遗传物质这一结论，教材在“肺炎双球菌的转化实验”的教学内容上进行了详细介绍。在讲述“噬菌体侵染细菌的实验”时，利用“同位素标记”的研究方法来进行说明。这样既符合科学的研究过程，又可以很自然地使学生导出DNA是遗传物质的结论，并且能使学生受到科学方法的教育。
《DNA是主要的遗传物质》这一小节在第3章中占有重要位置，学生只有真正理解这部分内容，才能在生物性状遗传和变异的复杂现象中，从根本上懂得生物遗传和变异的实质和规律。而证明DNA是遗传物质的直接证据，则是“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌”这两个经典实验，因此这两个实验的原理和过程是本小节的重点。
“探究科学发现过程来学习科学研究方法”是本节内容的难点，这也正是我们要让学生真正掌握的东西。教材按照科学家的探索历程以问题的形式引领学生层层深入进行思考，让学生理解这两个实验的最关键的设计思路就是把DNA和蛋白质区分开，分别观察它们的作用。在本节的教学过程中，要注重将实验过程的探究与科学方法的学习相结合，充分发挥学生的主体作用，使学生在探索学习中，得到科学研究方法的训练。
●三维目标
1.知识与技能
（1）总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。
（2）知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。
（3）理解DNA是主要的遗传物质。
2.过程与方法
（1）通过肺炎双球菌的转化实验，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练学生逻辑思维的能力。
（2）用“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。
3.情感态度与价值观
遗传的物质主要是DNA，也有RNA，这从遗传和变异的角度，强调了生命的物质性，有利于辩证唯物主义世界观的树立。
●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。
●教学难点
1.如何理解DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质。
2.探究科学发现过程来学习科学研究方法。
●教具准备
肺炎双球菌转化实验的彩色图；噬菌体侵染实验的Flash动画。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
学生预习，并收集有关遗传物质研究过程的资料。
［情境创设］
通过对孟德尔规律的学习以及细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，我们已经知道生物的遗传和变异与细胞中的染色体有关，人们认识到染色体在生物的传种接代中具有重要作用。染色体的主要成分是蛋白质和DNA。那么，这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？
［师生互动］
染色体在生物的传种接代中具有重要作用。染色体的主要成分是蛋白质和DNA。那么，这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？人们对遗传物质的认识和当时的科学研究水平是分不开的。
问：20世纪二三十年代人们对蛋白质和DNA的认识水平如何？
答：当时对蛋白质的认识水平是它是由多种氨基酸连接而成的。对DNA的认识水平是它是由许多个脱氧核苷酸聚合成的生物大分子。
问：当时认为遗传物质是哪种物质？为什么会有这样的观点？
答：当时认为蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。原因是人们对DNA的了解很少，而且构成DNA的脱氧核苷酸只有四种，把它和生物多样性很难联系在一起，反而构成蛋白质的氨基酸种类较多，和生物的多样性联系在一起看似容易理解。
问：从这个事实你能得出什么启示？
答：科学发展过程是一个不断纠正错误的过程。
问：向蛋白质是遗传物质这个观点提出挑战的学者是谁？它凭何提出质疑？
答：艾弗里。他在总结格里菲思实验的基础上提出遗传物质是DNA而不是蛋白质这一重要观点。
（一）肺炎双球菌的转化实验
大家先来学习格里菲思实验
出示R型细菌和S型细菌的菌体和菌落图，让学生对图3－1－1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。
图3－1－1 肺炎双球菌转化实验
学生阅读教材P43，边看书边看图解，回答下列问题：
问：肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤？各看到哪些现象？
答：实验过程可分为四大步骤：注射无毒性的R型活细菌，小鼠正常；注射有毒性的S型活细菌，小鼠患败血症死亡；注射加热杀死了的S型细菌，小鼠正常；注射“R型活细菌+杀死的S型细菌”，小鼠患败血症死亡。
问：你如何理解第三步骤中的加热杀“死”？
答：加热的温度一般不超过60 ℃。所谓的死只是它没有了独立的感染能力，并不代表转化因子的彻底破坏。
问：第四组的实验结果说明了什么？
答：第四组的实验结果表明，被加热杀死的S型细菌中，存在着使R型活细菌转变成S型细菌的“转化因子”。这一“转化因子”究竟是什么物质，当时的格里菲思并不知道。
问：单凭格里菲思实验能不能证明DNA就是遗传物质？
答：不能。因为杀死的S型细菌中含有蛋白质、多糖以及DNA等物质，还不能说明是哪种物质起了“转化因子”的作用，还是共同起作用。
艾弗里在格里菲思的基础上又进行了进一步的实验。（图3－1－2）
图3－1－2 艾弗里实验
问：艾弗里及其同事的设计思路是什么？
答：把它们分开单独观察它们的作用，就可以证明何种物质为“转化因子”了。艾弗里和他的同事设法从S型活细菌中提取DNA、蛋白质、糖类及无机物，分别与R型细菌混合培养，其结果是，只有加入DNA的，R型才转化为S型细菌。这一结果表明：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
问：在艾弗里的实验的第（3）步中你得出什么结论？
答：只有完整的DNA才能进行转化。脱氧核苷酸没有转化作用。
问：从艾弗里的研究成果你有何启示？
答：现行科学研究要有科学的思路。艾弗里在这个实验中最关键的思路就是“DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用”。 另外还可以告诉人们科学研究就是在总结前人经验的基础上进行的。一个伟大的研究成果是许多科学家共同努力的结果。
问：艾弗里的实验是否完美？
答：不完美。因为他所提取的DNA仍含有少量的蛋白质，所以有人对实验结论仍有怀疑。
（二）噬菌体侵染细菌的实验
出示T2噬菌体模式图：（图3－1－3）
图3－1－3 T2噬菌体的模式图
学习完各部分结构名称后，由学生归纳：
它的头部和尾部都具蛋白质的外壳，头内部含有DNA。噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒。
出示T2噬菌体侵染细菌的实验过程图。
学生阅读课本P44～P45，然后回答问题：
问：放射性同位素35S和放射性同位素32P用于标记噬菌体的何种成分？有什么目的？
答：从元素组成来看，由于蛋白质分子中含S而不含P，DNA分子中含P而不含S。这样，就可让一部分噬菌体只标记蛋白质而不标记DNA，另一部分噬菌体只标记DNA而不标记蛋白质，从而分别观察这两种大分子物质的变化和作用。
问：噬菌体在细菌体内的增殖是在何物质的作用下完成的？根据是什么？
答：噬菌体在细菌体内的增殖是在噬菌体DNA的指导下完成的，因为对被标记物质进行测试，结果表明噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，只有噬菌体的DNA才进入细菌体内。
问：这个实验的结果说明了什么？
答：实验结果表明：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
问：简述噬菌体侵染细菌的过程。
答：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。
（三）DNA是主要的遗传物质
（1）某些病毒的遗传物质是RNA。
如烟草花叶病毒，不含有DNA，只含有蛋白质和RNA。对这些病毒来说，RNA就起着遗传物质的作用。
（2）绝大多数生物的遗传物质是DNA。
虽然少数病毒的遗传物质是RNA，但绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
［教师精讲］
核酸是生物体的遗传物质，这一点已经不容怀疑。不同的生物所含遗传物质的种类有所不同，绝大多数的生物含有DNA和RNA，这时起决定作用的是DNA。只有极少数的病毒只有RNA，只有在此时，RNA才作为遗传物质。
［评价反馈］
1.下列各项中，是遗传物质的是
①核糖核酸 ②腺嘌呤 ③噬菌体DNA ④脱氧核糖核酸 ④核苷酸
A.①②③④⑤ B.①③④⑤ C.①②③ D.①③④
解析：核糖核酸是某些病毒（如烟草花叶病毒）的遗传物质；腺嘌呤只是核苷酸的一种原料，且核苷酸本身也不是遗传物质，只是遗传物质的基本组成单位；脱氧核糖核酸是所有具有细胞结构的生物和某些病毒的遗传物质。
答案：D
2.噬菌体的侵染实验中，起决定作用的是
A.子代噬菌体的组装和释放
B.利用细菌结构和原料，噬菌体DNA多次复制
C.利用细菌结构和原料，合成噬菌体外壳蛋白质
D.噬菌体的DNA注入活细菌内
解析：在噬菌体中，DNA是遗传物质，所以它能否复制决定其他过程能否进行。
答案：B
3.噬菌体侵染实验过程中，进行搅拌分离，上清液是
A.蛋白质外壳
B.完整的细菌
C.完整的噬菌体
D.噬菌体和细菌的混合物
解析：分离过程实际上就是根据物质的大小、质量来决定所处的位置；较大的处在下层，较小的处在上层。
答案：A
4.下列各项中，肺炎双球菌转化实验的关键一步是
A.区别S型细菌和R型细菌
B.无荚膜菌不会使小白鼠死亡
C.有荚膜菌可使无荚膜菌的后代长出荚膜
D.灭活的有荚膜菌可使无荚膜菌的后代长出荚膜
解析：能否转化是细菌转化实验的关键。
答案：D
5.生物的遗传物质有细胞核遗传和细胞质遗传，细胞核遗传是主要的。控制细胞核遗传和细胞质遗传的物质是
A.DNA和RNA B.DNA或RNA C.DNA D.RNA
解析：具有细胞结构的生物都是以DNA为遗传物质的。细胞质中遗传物质主要存在于叶绿体和线粒体中。
答案：C
6.用甲种病毒的RNA和乙种病毒的蛋白质外壳组成一种转基因的病毒丙，以病毒丙侵染宿主细胞，在宿主细胞中产生大量子代病毒，子代病毒具有的特征是
A.甲种病毒的特征 B.乙种病毒的特征
C.丙种病毒的特征 D.子代特有的特征
解析：子代的特征只与其上代的遗传物质有关，上代的遗传物质是A。
答案：A
［课堂小结］
（一）肺炎双球菌的转化实验——证明DNA是遗传物质
实验材料
实验方法
现象
1
粗糙型（R）肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠健康
2
光滑型（S）肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠死亡
3
灭活（S）型肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠健康
4
灭活（S）型肺炎双球菌+粗糙型（R）肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠死亡
5
粗糙型（R）肺炎双球菌+分别加入S型肺炎双球菌分离成分
多糖或蛋白质
分别感染老鼠
老鼠健康
DNA＋DNA酶
老鼠健康
DNA
老鼠死亡
结果：只有DNA能使R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌，并使老鼠死亡。转化作用的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。
（二）菌体侵染细菌的实验——证明DNA是遗传物质
1.T2噬菌体的结构及特点
生活方式：寄生
2.过程：吸附——注入——合成——组装——释放
噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构及原料，由本身的核酸物质操纵的。
（三）生物的遗传物质
核酸（包括DNA和RNA）是生物的遗传物质；
具有细胞的生物的遗传物质是DNA；
病毒的遗传物质是DNA或RNA；
所以每种生物的遗传物质只能是DNA或RNA。
［布置作业］
P46 一、基础题，二、拓展题 1。
［课后拓展］
病毒的研究逐渐深入以后，发现有很多种病毒不含DNA，而是由核糖核酸（RNA）和蛋白质组成。用RNA病毒做的病毒重建实验证明，在只有RNA而不含DNA的病毒中，遗传物质是RNA。
Fraenkel Conrat（1956）用一种RNA病毒——烟草花叶病毒（tobaccomosaic Virus，TMV）作为实验材料。TMV有一个圆筒状蛋白质外壳，由很多个相同的蛋白质亚基组成。外壳内有一条单链的RNA分子沿着其内壁在蛋白质亚基间盘旋着。TMV中94％是蛋白质，6％是RNA。现在要证明在这种RNA病毒中的遗传物质是RNA而不是蛋白质。
科学家做了如图3－1－4的实验：① 把TMV在水和苯酚中振荡，使TMV的蛋白质和RNA分开，②分别用来感染烟草。只用TMV的蛋白质无法感染烟草；可是，只用TMV的RNA就能感染烟草。
图3－1－4 TMV病毒对烟草的感染
请分析：（1）这个实验说明病毒RNA进入烟草细胞后有何变化？
（2）通过实验你能得出什么结论？
答案：
（1）病毒RNA进入烟叶细胞后进行复制增殖，生成正常的病毒子代。
（2）RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
●板书设计
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
1.DNA是遗传物质的证据
（1）肺炎双球菌的转化实验过程和结论。
（2）噬菌体侵染细菌实验的过程和结论。
2.DNA是主要的遗传物质
（1）某些病毒的遗传物质是RNA。
（2）绝大多数生物的遗传物质是DNA。
●习题详解
一、练习（课本P46）
（一）基础题
1.（1）解析：染色体是遗传物质的载体，其中的蛋白质就不是遗传物质。
答案：×
（2）解析：病毒中有RNA是遗传物质的，但也有DNA是遗传物质的（如噬菌体）。
答案：×
2.解析：原核生物没有成形的细胞核，所以DNA裸露存在于细胞质中。
答案：C
3.解析：他们的实验发现只有用32P标记的物质才能感染细菌，而32P标记的只是DNA。
答案：D
（二）拓展题
1.提示：T2噬菌体的蛋白质外壳虽然没有进入大肠杆菌细胞中，但是它的DNA进入了，在大肠杆菌的细胞中，噬菌体利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成子代噬菌体的蛋白质外壳。
2.提示：从肺炎双球菌的转化实验和噬菌体的侵染实验可以看出，作为遗传物质应该具备以下条件：能够精确自我复制；能够指导蛋白质的合成；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定。这些条件DNA都是具备的，它分别通过半保留复制、中心法则、DNA的多样性以及稳定的双螺旋结构来实现其基本功能。
二、问题探讨（课本P42）
1.提示：遗传物质必须稳定，才能准确地复制并传递给下一代，并且还能储存大量的遗传信息。
2.提示：提取物质，导入另一种生物，看导入新物质的生物能否有新的表现，然后再看这种新表现能在后代中继续保持，就可能认为是遗传物质。
三、本节聚焦（课本P42）
1.科学家通过实验发现生物体中的染色体、蛋白质和DNA在生物的遗传中十分重要，但究竟哪种物质是遗传物质呢？就是设法将DNA和蛋白质分开，然后单独地、直接地观察这两种物质的作用，发现只要导入了DNA，生物的特征就保护下来了，但导入蛋白质并没有使生物的特征保护下来，从而证明DNA是遗传物质。
2.绝大多数的生物具有DNA，它决定生物的特征。但是还有一部分生物没有DNA，只有RNA，这时RNA就起到了遗传物质的功能。所以对绝大多数的生物来说还是由DNA来决定生物的特征的，所以说DNA是主要的遗传物质。
四、旁栏思考题（课本P45）
提示：在上述实验中，因为S元素仅存在于蛋白质的组分中，P元素则主要存在于DNA的组分中。所以基本可以认定含S元素的就是蛋白质，含P元素的就是DNA。不可以用14C和18O来标记，因为这两种元素都可在蛋白质和DNA中作为组分存在，无法确定哪种物质进入了噬菌体。
五、思考与讨论（课本P46）
1.提示：细菌和病毒作为实验材料，具有的优势是：（1）细菌是细胞生物，病毒无细胞结构，所以它们个体小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的改变。
（2）繁殖快，可以在较短的时间看出实验现象，得出实验结论。
2.提示：关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，然后直接地、单独地观察它们的作用。
3.提示：艾弗里采用的主要技术手段是：细菌的培养技术；细菌的分离技术和鉴定技术；物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段是：噬菌体的培养技术；同位素标记技术；物质的离心分离技术；物质的鉴定技术等。
科学技术是相互支持的，任何科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要科学原理为基础。
第2节 DNA分子的结构
●从容说课
本节内容首先是以讲故事的形式介绍DNA分子的双螺旋结构模型的建立过程。故事首先出场的是英国伦敦皇家学院的晶体衍射专家维尔金斯和年轻的女科学家弗兰克林。他们拍摄出来非常清晰的DNA分子的X射线衍射照片，为分析DNA结构提供了重要的依据和证据。这些证据的展示，就是要学生总结这两位科学家所应用的多种研究方法，明白一个道理：科学研究不但要有深厚的专业知识，还要有广博的知识面。对于沃森和克里克来说，两人的组合就是一个黄金搭档。物理学家克里克是毕业于伦敦大学，他曾参加过用X射线研究血红蛋白的分子结构，在研究X射线衍射照片方面有很高的造诣。沃森是年轻有为的分子生物学家，他对生物学中的大分子非常熟悉。两人的合作就是一个强强联手。在借鉴了许多科学家研究成果的基础上，沃森和克里克建立了很多种双螺旋和三螺旋模型，但很快就知道是错误的。奥地利生物化学家查哥夫的研究成果再一次给了他们成功的启示。查哥夫发现：（1）在DNA样本中，A的数目总是和T的数目相等，C的数目总是和G的数目相等。即：（A＋G）∶（T＋C）=1。（2）（A＋T）∶（C＋G）的值具有物种特异性。沃森和克里克吸收了美国生物化学家查哥夫的研究成果，经过深入的思考，终于建立了DNA的双螺旋结构模型，并把这个模型用金属材料制成之后与拍摄的X射线衍射照片比较，发现二者完全相符。这个成果的探究历史，蕴含着科学思想和科学精神，让学生从中吸取营养，对培养他们科学研究方法的掌握及与人合作的能力大有好处。
DNA分子的结构部分是本节知识的重点和难点，学习这部分要利用现成的模型教具，让学生有一个直观的印象，然后分步解剖这些结构的组成，就形成了从空间结构→平面结构→单链结构→基本单位的教学顺序，这样使学生对DNA的认识层层细化，培养学生对事物的认知能力。
为了更形象地说明DNA是如何由四种基本组成单位构成，以及碱基、磷酸分别与脱氧核糖的相连，让学生动手来制作DNA模型，让学生在动手中对前面的知识得以巩固和提高。同时掌握一种重要的科学方法——模型建构。
●三维目标
1.知识与技能
（1）理解DNA分子的结构特点。
（2）制作DNA分子双螺旋结构模型。
2.过程与方法
（1）培养观察能力、分析理解能力：通过观察DNA结构模型及制作DNA双螺旋结构模型来提高观察能力、分析和理解能力。
（2）通过分析DNA结构模型的建立过程，培养学生发现问题、解决问题、应用最新研究成果以及与人合作的能力。
3.情感态度与价值观
通过DNA的结构和复制的学习，探索生物界丰富多彩的奥秘，从而激发学生学科学、用科学、爱科学的求知欲。
●教学重点
1.理解DNA分子的结构特点；
2.制作DNA分子双螺旋结构模型。
●教学难点
理解DNA分子的结构特点。
●教具准备
DNA双螺旋结构模型。
●课时安排
本节内容需安排两个课时进行教学：
第1课时 DNA双螺旋结构模型的构建
第2课时 DNA的结构及模型的制作
第1课时
●教学过程
［课前准备］
学生收集沃森、克里克、威尔金斯的简介；收集有关DNA研究过程的资料。
［情境创设］
有同学去过北京中关村高科技园吗？那里有个独特形状的雕塑，那是以何为蓝本制作的呢？（展示雕塑图）那是一个DNA雕塑。DNA结构模型的创立是许多科学家智慧的结晶。它的结构创立过程就是一个科学方法和科学精神的完美结合过程。
［师生互动］
DNA作为遗传物质已经不容置疑，但是它怎样决定生物的性状，要回答这些问题，必须要弄清DNA的结构。
在DNA结构的研究过程中，沃森和克里克的研究成果，让世人终于认清了这个生命现象决定者的真面目——DNA双螺旋结构。
请1～2位同学根据自己找的资料来介绍一下这两位科学家的重要成果。如不全面可补充，主要介绍的内容应包括：1953年4月25日，英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森（J.Watson，1928～）和英国的克里克（F.H.C.Crick，1916～2004）在英国剑桥大学合作的成果，DNA双螺旋结构的分子模型，这一成就后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志。1962年，沃森、克里克和维尔金斯（伦敦皇家学院）三人共同获得了诺贝尔生物医学奖。
问：这一成果为何在当时引起了极大的关注？
答：它第一次揭示了生命本质的决定者的真面目——双螺旋结构，使人们对遗传物质的认识水平步入了分子水平。
问：它的研究是不是一帆风顺的？
答：不是。
介绍研究过程：DNA双螺旋结构模型的建立过程中，威尔金斯和弗兰克林这两位科学家却比沃森和克里克研究得还要早。1951年，威尔金斯在DNA结构的研究中，采用了Ｘ射线衍射法，得到了一张非常清楚的DNA的Ｘ射线衍射图谱。
问：沃森和克里克从DNA的衍射图谱中受到了什么启示？
答：从这个图谱中，这两位科学家和其他科学家一起分析有关数据得出结论：DNA是螺旋的。
问：从方法上有何变化？
答：开辟了一种新的研究DNA的方法，就是从研究组成为主，转为研究结构为主。
问：是不是从此一切问题迎刃而解了呢？
答：没有。做了不同的螺旋模型，但结果很快被否定了。
介绍查哥夫的研究成果
1952年，查哥夫（E.Chargaff）在已进行多年的对各种DNA样品的组分研究中发现，DNA中四种核苷酸的量并不一定是相等的。但是，在各种DNA中嘌呤的量和嘧啶的量总相等，而且腺嘌呤的量和胸嘧啶的量相等；鸟嘌呤的量和胞嘧啶的量相等。沃森在开始研究碱基之间连接的方式时，先将同样的碱基成对地安排在两条链上。例如，使腺嘌呤和腺嘌呤配对，胸腺嘧啶和胸腺嘧啶配对等。他认为这样还可以说明DNA的模板作用。这个模型被晶体学家J·多诺休（Donohue）否定。多诺休根据他对类似的小分子化合物所作的晶体衍射研究，主张碱基是以酮式结构存在的，而不是沃森在建立模型时所用的烯醇式。于是沃森只好继续寻找各种配对的可能性。就在这时，沃森发现腺嘌呤和胸腺嘧啶，以及鸟嘌呤和胞嘧啶各自成对后，两类碱基对具有相似的形状，而且发现这样的配对恰恰可以解释查哥夫测定的DNA碱基比例的数据。
问：通过吸取查哥夫的成果，两位科学家做出了模型，是不是就能说明模型是正确的？
答：不能。只能从化学成分上说明正确。
问：如何证明这个模型的正确性？
答：做出的模型与X射线衍射照片相比较，完全相符。不但从成分上证明正确，还从结构上证明模型的正确性。
问：从沃森和克里克建立DNA模型的过程中，你觉得他们和其他科学家是一种什么关系？
答：相互配合。沃森和克里克的合作本身就意味着不同学科之间的交叉和结合。
问：从他们的研究历程看对你有何启示？
答：研究的过程就是不断纠正自己的错误的过程，取对方之长，补自己之短的过程。
问：从这个研究过程你能不能得出科学研究的一般过程？
答：发现问题（DNA的结构是怎样的？）→解决问题（提出自己的模型）→验证（可以的模型不正确）→吸取最新知识，再解决问题（提出双螺旋模型）→验证（和X射线衍射图比较）→结论（DNA是双螺旋结构）。
［教师精讲］
DNA双螺旋结构模型的阐明是生物学发展过程中一个具有历史意义的里程碑，它的出现标志着分子生物学这门新学科的诞生。1962年，颁发诺贝尔生理学或医学奖时，同时授予沃森、克里克和维尔金斯。因弗兰克林已于1958年逝世而未被授予，但弗兰克林功不可没。
［评价反馈］
1.组成DNA分子的基本单位是___________，每个基本单位由__________、_________、 _______________三部分组成。
答案：脱氧核苷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 一分子磷酸
2.组成DNA的碱基有__________种，分别是____________________________。脱氧核苷酸有_________种,分别是______________________________________________________。
答案：4 A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶） 4 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
［课堂小结］
DNA结构模型的建立过程，实际上就是科学家密切合作的过程。沃森和克里克吸取了许多科学家当时最新的科研成果，所以可以说它是科学家精诚合作探究自然奥秘的典范。同时在这个过程中，可以看出科学家在研究中应用了多种研究方法，它应用了化学方法、物理方法以及生物学方法，这也反映出现代科学的发展方向——多学科交叉，相互作用，共同发展。
［布置作业］
根据提供的资料，从下列五个方面选取一个作为主题，来介绍遗传物质研究的过程及成果。（1）DNA是遗传物质的实验研究；（2）DNA双螺旋结构的发现及模型的制作；（3）基因结构及基因表达调控；（4）基因工程技术；（5）应用。
可以以两人或三人为一个小组进行资料组织，再以班级大组为单位，把五方面的内容组成一个整体，整理出最后的报告。
［课后拓展］
推荐书籍，供学生阅读。
《双螺旋——发现DNA结构的故事》刘望夷等译。
此书是沃森写的一本作者自己亲身经历的重大事件印象记。书中不仅有科学知识，亦有科学工作方法。此书最早分期在《大西洋月刊》上发表，后出单行本。1980年出版的英文新版本中，作者又加进了一些新内容。另外，在附录中收进了四篇文章，即沃森和克里克的两篇原始论文，以及斯坦特写的介绍DNA双螺旋与分子生物学的崛起和《双螺旋》一书作者及出版概况的两篇文章。
可到http://www.med8th.com/readingroom/slx/d1.htm上阅读。
●板书设计
第2节 DNA分子的结构
1.DNA结构模型构建过程中的主要事件
1951年，威尔金斯展示出了DNA的衍射图谱
1952年，查哥夫研究发现在DNA中A=T、G=C
1953年，克里克和沃森的论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》发表
1962年，沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔奖
●习题详解
一、问题探讨（课本P47）
解析：当代社会高科技中生物学领域的发展最为迅速，而生物学的发展又以遗传物质DNA的结构模型建立之后最为迅速，所以把DNA的结构作为高科技的标志反映出了高科技发展的主要特征。
二、本节聚焦（课本P47）
1.首先，沃森和克里克提出的双螺旋结构是建立在对其他科学研究成果的利用上。当时科学界已经发现的证据有：（1）DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。（2）英因科学家威尔金斯提供的DNA的X射线衍射图谱。（3）奥地利科学家查哥夫提供的重要信息：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。
其次，沃森和克里克进行了大量的细致的研究。最初根据掌握的资料，尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但这些模型都一一被否定了，但他们在失败面前没有放弃，不断吸收最新的研究成果，终于在1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型。并用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片进行比较，结果两者完全相符，更进一步验证了模型的正确性。
2.（1）DNA分子是由两条链反向平行盘旋成的双螺旋结构；（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧；（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，碱基之间通过碱基互补配对原则来对应，对应关系是A和T，G和C配对。
三、思考与讨论（课本P49）
1.（1）两条。两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。
（2）基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。脱氧核糖除了和磷酸相连之外还和内侧的碱基相连，磷酸只和脱氧核糖相连。脱氧核糖和磷酸位于DNA分子的外侧。
（3）DNA中的碱基配对是通过碱基互补配对原则进行的，即A和T，G和C配对。它们位于分子的内侧。
2.主要涉及物理学（如衍射图谱）、生物化学（碱基数目的对应相等关系）等。涉及的方法有X射线衍射结构分析方法；建构模型的方法等。通过对这些资料的分析使人们更加清楚地认识到现代生物学的发展是在应用多学科成果的基础上取得的，多学科的交叉运用，诞生了新的边缘学科，如生物化学、生物物理学等。
3.要善于利用他人的研究成果，要善于与他人交流沟通，要善于与人合作。
第2课时
●教学过程
［课前准备］
教师准备制作DNA双螺旋结构模型的实验材料；学生预习模型建构的原理及方法。
［情境创设］
已经知道DNA是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么，DNA为什么能起遗传作用呢？它有哪些结构特点能使其表现出这样的作用？
［师生互动］
1953年，沃森和克里克提出了著名的DNA双螺旋结构模型，为合理地解释遗传物质的各种功能奠定了基础。为了理解DNA的结构，先来学习DNA的化学组成。
（1）DNA的化学组成
问：组成DNA的基本单位是什么？这样的共识在双螺旋结构建立以前有的还是建立之后才有的？
答：组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，它由一个脱氧核糖、一个磷酸和一个含氮碱基组成。这样的共识在1950年前后就有了，所以是在双螺旋结构建立之前就有的。
问：每个基本单位由哪三部分组成？
答:每个脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成。
问：组成DNA的碱基有哪几种？脱氧核苷酸呢？DNA的每一条链是如何组成的？
答：组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）；有四种脱氧核苷酸：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。DNA的每一条链由四种不同的脱氧核苷酸聚合而成多脱氧核苷酸链。
观察模型，分析问题：
问：DNA分子是这几种脱氧核苷酸连接在一起就可以了吗？
答：不可以。DNA分子具有特定的空间结构。
问：是由几条链构成的？
答：由两条链构成。且这两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
问：每条链的连接有什么特点？
答：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。
问：两条链之间的连接方式是怎样的？
答：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。
问：如果知道一条链上碱基的排列顺序，能不能判断出整条DNA的碱基顺序？
答：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。同样也就是知道整条DNA的碱基顺序。
学生动手：
为巩固DNA立体结构的有关知识，加深对DNA分子结构特点的理解，此时应让学生做模型建构。
一、实验原理
DNA分子具有特殊空间结构——规则的双螺旋结构。这一结构的主要特点是：
1.DNA分子由两条反向平行的脱氧核酸长链盘旋而成，每条长链是由脱氧核糖与磷酸交替连接形成，排列在外侧，构成基本骨架；
2.DNA分子两条链上碱基以氢键连接成对，碱基对位于螺旋结构内侧，每螺距有10对碱基。
二、目的要求
1.通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识；培养学生团结合作的精神。
2.通过集体创作DNA分子模型，能使学生体会到成功的喜悦，培养学生克服困难的勇气。
三、制作过程
1.材料准备（教师组织学生课前完成）
每小组准备硬塑方框2个（长约10 cm），细铁丝2根（长约0.5 m），球形塑料片（代表磷酸）若干，双层五边形塑料片（代表脱氧核糖）若干，4种不同颜色的长方形塑料片（代表4种不同碱基）若干，粗铁丝2根（长约10 cm），订书钉。
熟悉制作DNA分子模型用的各种零件所代表的物质。其中：
球形塑料片——代表磷酸；
双层五边形塑料片——代表脱氧核糖；
4种不同颜色的长方形塑料片——代表4种不同碱基。
2.具体制作过程
教师板书制作模型顺序：
制作脱氧核苷酸模型→制作多核苷酸长链模型→制作DNA分子平面结构模型→制作DNA分子的立体结构（双螺旋结构）。
指导学生制作：
从基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过订书针连接成“基本单位——脱氧核苷酸”模型，然后把脱氧核苷酸模型按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条DNA链，同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式用订书针连成两条链，将连好的两条链固定在硬塑方框上，最后旋转。
3.实验效果检查与评定
由每小组选一个代表介绍本小组的作品并说明DNA分子结构特点：
（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。并且碱基配对有一定规律：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。
老师与其他同学给予评价。
参考评选条件：
1.科学性 能够体现DNA分子结构的特点。包括DNA分子各个组件的比例是否科学，能否体现出碱基配对的情况，能否灵活转动成双螺旋，以及每个螺旋中的碱基数目是否正确等等。
2.艺术性 要美观大方。
3.实用性 便于拆卸，便于保存，能够反复使用。
4.超前性 利用该模型还可以作为DNA分子复制的适宜模型。
［教师精讲］
（1）DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的；（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧；（3）碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对， A与T之间以双键相连，C与G之间以三键相连。这些连接特点使得DNA在结构上具有以下的特点：（1）稳定性（从两个角度看它的相对稳定性：①DNA都是由磷酸连接着脱氧核糖；②碱基互补配对）；多样性（DNA分子的多样性由DNA上的碱基对的排列顺序及DNA本身的空间结构所决定）；特异性（对所有的DNA分子来说表现为多样性，但对每一种DNA分子来说，有其特定的脱氧核苷酸排列顺序，从而显示出单个的独特性）。
［评价反馈］
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
A.9％ B.18％ C.32% D.36％
解析：腺嘌呤占18%，那么胸腺嘧啶也占18%，鸟嘌呤和胞嘧啶共占有100%－2×18%=64%，且两者含量相等，所以各占32%。
答案：C
2.根据碱基互补配对原则，在A≠G时，双链DNA分子中，下列四个式子中正确的是
A.≠1 B. =1 C.=1 D. =1
解析：DNA中，A=T，G=C，所以A+G=T+C。
答案：B
3.分析一个DNA分子时，其一条链上=0.4，那么它的另一条链和整个DNA分子中的比例分别是
A.0.4和0.6 B.2.5和0.4 C.0.6和1.0 D.2.5和1.0
解析：一条链上A的个数等于对应链上的T的个数，一条链上G的个数等于对应链上C的个数，所以一条链＝0.4时，对应链上的关系为该链的比值的倒数，即2.5。整条链上A+C=T+G，所以它的比值为1。
答案：D
4.下列不是DNA结构特征的是
A. DNA双链极性反向平行
B.碱基按嘌呤与嘧啶，嘧啶与嘌呤互补配对
C. DNA分子排列中，两条长链上的脱氧核糖与磷酸排列千变万化
D. DNA螺旋沿中心轴旋移
解析：DNA两条链上脱氧核糖与磷酸的排列是交替排列、固定不变的。
答案：C
5.若DNA分子中一条链的碱基物质的量比为A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的物质的量比为
A.5︰4 B.4︰3 C.3︰2 D.5︰2
解析：一条链的A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则对应链上嘌呤数为C+T=4，对应链上嘧啶数为A+G=3，所以比值为4︰3。
答案：B
6.关于DNA的描述错误的是
A.两条链是平行排列的
B.DNA双链的互补碱基对之间以氢键相连
C.每一个DNA分子由一条多核苷酸链缠绕形成
D.两条链的碱基以严格的互补关系配对
解析：每一个DNA分子是由两条链按双螺旋方式盘旋而成的，而不是一条链缠绕而成。
答案：C
［课堂小结］
这节课在学习DNA结构的基础上来制作它的模型。
从知识结构角度来说，一要加深对DNA分子化学组成的理解，二要掌握DNA分子结构的立体构型及特点。
从实验过程角度来说，一要理解各组成物质如何形成脱氧核苷酸长链；二要理解掌握碱基互补配对原则如何进行；三要掌握一种常见的科学研究方法——模型建构法。
［布置作业］
P51一、基础题1；二、拓展题。
［课后拓展］
查资料找答案：
1.碱基配对时，为什么嘌呤碱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。
2.为什么只能是A—T，G—C，不能是A—C，G—T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的物质的量比例均为1∶1。
●板书设计
2.DNA分子的结构
（1）化学组成
（2）基本单位
①两链反向平行盘旋
（3）双螺旋结构 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架
③碱基排列在内侧，两条链上碱基通过氢键相连
4.碱基互补配对原则
●习题详解
一、练习（课本P51）
（一）基础题
1.（1）胞嘧啶 （2）腺嘌呤 （3）鸟嘌呤 （4）胸腺嘧啶 （5）脱氧核糖 （6）磷酸 （7）胸腺嘧啶脱氧核苷酸 （8）碱基对 （9）氢键 （10）一条脱氧核苷酸链的片段
2.解析：该DNA共有碱基8 000个，腺嘌呤的个数为（ 8 000－2 200×2）/2=1 800。
答案： C
3.解析：碱基和磷酸是分别和脱氧核糖连接的，它们两者之间没有直接相连。碱基和磷酸是分别和脱氧核糖的C－1和C－5上的羟基连接的。
答案：B
（二）拓展题
因为A=T，G=C，所以A+G=A+C=T+C=T+G
所以（A+G）/（A+G+C+T）=（T+C）/（ A+G+C+T）=50%
也可以写成 （A+G）/（T+C）=（T+G）/（A+C）=（T+C）/（A+C）=……=1
规律概括为：在DNA双链中，任意两个不互补的碱基之和恒等 ，并为碱基总数的50%。
二、模型建构（课本P50）
讨论1.提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是4种脱氧核苷酸的排列顺序却是千变万化的，对应的两条链构成了碱基对的千变万化的排列顺序，这使得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相连。
第3节 DNA的复制
●从容说课
《DNA的复制》内容是本章的一个重点，本课在教材中所占的篇幅不大，但对这节课内容进行合理的拓展和延伸，利用这节内容让学生学习科学家的思维，培养学生的能力是一个很好的内容。为此可利用有关Flash或Authorware课件，将复制过程以及科学家如何研究DNA的复制具体化、直观化。
《DNA的复制》主要内容包括复制所需要的条件、复制过程及特点、领会DNA分子独特的双螺旋结构和碱基互补配对能力与复制的密切关系。本课不仅与DNA的结构有密切关系，也与有丝分裂、减数分裂、生物的生殖等知识有联系，并且与酶、ATP知识有关，同时也是对遗传规律进行科学解释的基础。所以在本课的学习过程中可以对选学内容DNA半保留复制的实验进行分析，并且联系生物科学的新进展等热点材料，进行分析、讨论和评价，可以培养学生的综合素质。
●三维目标
1.知识与技能
（1）概述DNA分子的复制过程；
（2）了解梯度离心的原理。
2.过程与方法
通过复制过程的实验的分析，学习分析实验的方法。
3.情感态度与价值观
分析经典实验，让学生领悟科学探究的魅力。
●教学重点
DNA复制的条件、过程和特点。
●教学难点
DNA分子的复制过程。
●教具准备
DNA复制过程的分步Flash动画。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
学生自找资料了解有关梯度离心的原理。教师准备有关DNA分子复制的早期推测的资料。
［情境创设］
生物亲代和子代之间是通过遗传物质——DNA来连接的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给下一代呢？
［师生互动］
1.教师提供如下资料：
最早期提出的DNA复制模型有三种：保留型复制（conservative replication）、半保留型复制（semiconservative replication）和分散型复制（dispersive replication）。在保留型复制的模型中，新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。半保留模型是一链旧模板，合成另一链，因此形成的分子是一半新的、一半旧的。分散模型复制的两个分子也是同时含有旧的和新的部分，但是其分配是随机组合的。沃森和克里克所推测的是半保留型的复制。他们认为原有的两链DNA会分开，每一链各作为一个模板用来复制新的部分，所以新合成的分子中有一旧链和一新链。
分析问题：（1）这些复制观点的提出你有何启示？
（2）这些观点各不相同，如何来证明哪个观点是正确的？
（3）要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
问题说明：（1）人类对科学的探究过程就是一个不断自我修正错误的过程。
（2）只能用实验来证明。
（3）最基本的思路就是能把复制的单链和原来的链作上标记，然后观察它在新DNA中出现的情况。
科学家就做了这样的实验，证明DNA是进行半保留复制的。（由于是选学内容，可作为课前准备，让学生自学实验证据，在课堂上可以直接应用这个结论）
2.DNA分子复制过程
展示动态的DNA分子复制过程的Flash，待学生看懂后，回答如下问题：
问：什么叫解旋？
答：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。
问：解旋的目的是什么？
答：解旋的目的就是为复制提供准确模板，解开的两条单链叫母链（模板链）。
问：什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？
答：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。复制一次形成子链一条。
问：简述“新”DNA的形成过程。
答：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，1个DNA分子→2个完全相同的DNA分子。一个DNA成为两个DNA，这两个DNA各含有原来的一条链。
问：是否是像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？
答：与洗相片不同。
问：为什么你认为是不同的呢？
答：因为DNA分子的复制结果并没有形成一个完整的、新的DNA分子。而是形成了一半新、一半旧的两个DNA分子。
问：DNA复制的必需条件有哪些？
答：DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量（ATP）和一系列的酶，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。
问：这样的复制有何意义？
答：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。
［教师精讲］
在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期，以母细胞DNA分子为模板，合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。复制的DNA何以保证准确呢？“准确”复制是因为：①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。
［评价反馈］
1.DNA分子的复制发生在细胞有丝分裂的
A.分裂前期 B.分裂中期 C.分裂后期 D.分裂间期
解析：DNA复制只在细胞分裂的间期进行。
答案：D
2.DNA分子的复制是以周围游离的为原料
A.脱氧核苷酸 B.磷酸 C.脱氧核糖 D.含N碱基
解析：DNA复制是以它的基本组成单位为原料的，即脱氧核苷酸。
答案：A
3.下列关于DNA复制的说法，其中不正确的是
A. DNA复制过程中需要酶的催化
B .DNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供
C .DNA分子是边解旋边复制的
D . DNA复制过程中两条母链均可作模板
解析：DNA复制过程需要的能量是由ATP直接提供的。糖类物质是最主要的能源物质，它的氧化过程能放出大量的能量，形成ATP。
答案：B
4.实验室里，让一个DNA分子（称第一代）连续复制三次，问：在第四代DNA分子中，有第一代DNA分子链的DNA分子占
A.100% B.75% C.50% D.25%
解析：复制三次，共有DNA8个，含有第一代的只有两个，所以是1/4，即25%。
答案：D
5.以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，经复制后的子链是
A.“—T—A—G—” B.“—U—A—G—”
C.“—T—A—C—” D.“—T—U—G”
解析：复制是按照碱基互补配对原则进行的，所以A对应T，T对应A，C对应G，所以排列只能是TAG。
答案：A
6.现有从生物体内提取的一个DNA分子（称第一代）和标记放射性同位素3H的四种脱氧核苷酸，要在实验室里合成新的DNA分子：
①除上述几种物质外，还必须有_________和_________，方能合成第二代的DNA分子。
②在第二代的DNA分子中，有_________条含3H的链。
③在第二代的DNA分子中，含有3H链的碱基序列相同吗？__________________。
④在第五代的全部DNA分子中，有_________条不含3H的链。
答案：①酶 ATP ②一 ③不同 ④两
［课堂小结］
DNA分子复制是DN A的主要功能之一，它是细胞分裂知识的延续，是理解遗传意义的分子基础。在细胞增殖周期的一定阶段，DNA发生精确复制，随之以染色体为单位将复制的DNA平均分配到两个子细胞中去，保证遗传的稳定；DNA复制过程中的差错导致遗传信息改变，使生物发生变异。
DNA分子的半保留复制保证了DNA的精确拷贝，保证了遗传物质的稳定性。由于DNA的半保留复制，亲代DNA虽经多代复制，它的两条母链仍存在于后代而不会消失，这是解答DNA复制有关计算的关键。
［布置作业］
P54一、基础题1、2、3、4。
［课后拓展］
通过自查资料或教师提供的资料，介绍DNA复制过程中需要哪些酶。
资料：螺旋酶（helicases）又称为解旋酶，是促进DNA的两条互补链分离的一类酶。细胞中含有多种螺旋酶，它们的功能相互重叠或平行。这大概是由于许多反应都需要DNA螺旋的分离，特别是DNA的复制这个精确度要求特高的反应更是如此。绝大多数螺旋酶在解链过程中都需要水解ATP供应能量，它们具有依赖于DNA的ATPase活性。
DNA旋转酶：DNA在细胞内往往以超螺旋的状态存在，该酶的作用就是催化DNA分子不同超螺旋状态之间的转变。
DNA聚合酶：1957年，Arthur kornberg首次发现DNA聚合酶I ，后来又相继发现了DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ。三种DNA聚合酶分别简写为Pol I、Pol Ⅱ、Pol Ⅲ。DNA聚合酶只能使链按5′→3′方向生长。它形成的是短链，称为冈崎片段。
DNA连接酶：封闭DNA链上的缺口的酶。
●板书设计
第3节 DNA的复制
1. DNA分子复制过程：边解旋、边复制。
2.DNA分子复制的条件：酶、原料、能量、模板。
3.DNA分子复制的特点：非连续性的半保留复制。
4.DNA分子复制的结果：一个DNA分子→两个DNA分子。
5.DNA复制的概念：是指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA分子的过程。
6.DNA复制的生物学意义：保证了亲子两代之间性状相像。
●习题详解
一、练习（课本P54）
（一）基础题
1.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.模板 原料 能量 酶 双螺旋 碱基互补配对
3.解析：DNA连接酶的作用是将脱氧核苷酸短的片段连在一起；DNA酶常常指水解DNA的酶；DNA解旋酶是将DNA双螺旋解开；DNA聚合酶作用是将脱氧核苷酸连成短的片段。
答案：D
4.解析：四分体时期的每一条染色体含有一对姐妹染色单体，所以这时的一条染色体含两个双链DNA。
答案：B
（二）拓展题
人类基因组共有碱基为31.6亿对×2=6 320 000 000个，错误率为10－9，所以可能产生的错误的碱基个数约为 6 320 000 000×10－9 =6个。
可能影响会很大，如果此错误碱基刚好是转录链中决定一个密码子的第一个或者第二个碱基，那么就可能造成对应的密码子上决定的氨基酸种类发生了改变，进而可能造成蛋白质结构和功能的改变。
也可能没有影响。如果此错误碱基刚好是转录链中决定一个密码子的第三个碱基，根据密码子具有的兼并性，对应的密码子上决定的氨基酸种类发生任何改变，进而蛋白质结构和功能也和原来完全相同。
二、问题探讨（课本P52）
要将两个印章做的一模一样，首先要材料一样，最好用模型，然后对照同一模型来复制。如果可能的话就是用电脑复印的方式。由于人工误差会大一点，最好完全用数控方法来进行。
三、本节聚焦（课本P52）
1.沃森和克里克作出的推测主要有：DNA在复制时双螺旋将解开；互补的碱基之间氢键断裂；以解开的两条链分别为模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基配对原则，结合到作为模板的单链上，通过氢键将新合成的一条链和与之对应的模板结合成一个新的DNA分子。
2.用同位素示踪法，证实DNA分子是半保留复制。
3.DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制过程要模板、原料、能量和酶等基本条件。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地进行。
四、旁栏思考题（课本P53）
本实验是根据半保留复制原理来进行设计的。含15N的DNA放在只提供14N的环境中去培养，第一代是DNA一条链含有15N，另一条链含有14N，它的密度会小于只含15N的DNA，所以离心后它在试管中的位置是处于中间，相应的第二代中就有DNA，只含14N，它是最轻的，所以离心后它处于试管上层。
第4节 基因是有遗传效应的DNA片段
●从容说课
本节的课题“基因是有遗传效应的DNA片段”一句话点明了基因与DNA的关系。这一表述虽然言简意赅，但学生理解起来，难度较大。首先让学生认识到：一个DNA分子不等于一个基因，基因是DNA的片段；然后指导学生理解什么是有遗传效应的DNA片段。具体根据教材提供的资料分析（1）让学生得出一个DNA上有多个基因；然后分析材料（2），将海蜇的一段DNA转入鼠类，结果鼠类也有了原来没有的特征，让学生分析得出：所谓的遗传效应就是通过一定方式能决定生物的某个具体特征。还可以通过人的每个体细胞中有多少条染色体，多少个DNA分子，多少个基因这样的问题来说明前面这两个关键点。这样学生就会明确：一个DNA分子有许多基因，反过来讲，基因就是DNA分子的片段。此时教师追问学生：是否DNA的任何片段都可称为基因？让学生对这个课题有更深的理解。
基因具有遗传效应，对于生物体来说，不同的效应就意味着基因的不同，地球上的生物千差万别，那么基因如何保证包含的遗传信息各不相同呢？这个过程可通过探究活动来完成，即利用数学能力解决生物学问题。
●三维目标
1.知识与技能
（1）了解染色体、DNA和基因三者之间的关系以及基因的本质。
（2）了解多样性和特异性的原因。
2.过程与方法
（1）培养学生的逻辑思维能力，使学生掌握一定的科学研究方法。
（2）掌握分析材料的方法。
3.情感态度与价值观
通过介绍DNA技术，对学生进行科学价值观的教育。
●教学重点
1.基因是有遗传效应的DNA片段。
2.DNA分子的特异性和多样性。
●教学难点
脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性。
●教具准备
指纹识别的原理图。
●课时安排
1　课时
●教学过程
［课前准备］
教师准备关于基因这个概念的发展过程的资料。
［情境创设］
科学家通过实验已经证明DNA是主要的遗传物质，但在生活中常常听到的是：某人聪明，是他父母的基因好。还有科学家在进行人类基因组计划的研究，那么基因与DNA是什么关系呢？
［师生互动］
基因和DNA究竟是什么关系？阅读课本P55～P56资料。
问：从资料1你能得出什么结论？
答：从资料1可以看出大肠杆菌一个DNA上含有多个基因。说明基因是一段DNA。
问：从资料2你得出什么结论？
答：把海蜇的绿色荧光基因转入鼠的体内，鼠体内出现了以前没有的荧光。说明基因有遗传效应。它可以独立该DNA，其他的片段独立起作用。
问：从基因可以拼接但并不影响表达你能得出什么结论？
答：基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是结构单位。
问：从材料3你能得出什么结论？
答：人体中构成基因的碱基对组成比较少，所占比例不超过全部碱基总数的2%。这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
问：从材料4你能得出什么结论？
答：没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。说明基因能控制生物的性状。
问：综合以上材料你能得出什么结论？
答：把四个材料的结论放在一起我们就可以得出这样的结论：基因是有遗传效应的DNA片段，它是生物体遗传的功能单位和结构单位。
作为遗传物质它一定要蕴含大量的遗传信息，DNA是否足以储存大量的遗传信息？
问：若1个碱基对组成一个基因，4个碱基能形成多少种基因？。
答：只能形成4种。分别是A－T、T—A、G—C和C—G。形成的种数为41。
问：若2个碱基对组成一个基因，4个碱基能形成多少种基因？
答：可形成16种，形成的种数为42。
问：如果是10个碱基对能形成多少？
答：形成的种数为410。
问：通过这样的分析你认为DNA4种碱基排列顺序能不能储存丰富的遗传信息？
答：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，但长链中碱基对的排列顺序是千变万化的，所以足以储存大量的遗传信息。如一个最短的DNA分子大约有4 000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44 000=102 408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。
问：你是如何理解多样性的？
答：不同的DNA碱基的个数不同，排列顺序是不同的，这样就形成了不同的DNA，所以DNA的多样性就是指4种碱基千变万化的排列顺序。
地球的生物特征就是由DNA决定的，对人类来说就有60亿，那么对于某个基因来说碱基排列完全相同情况会不会出现呢？
问：假如决定脸型的一个基因只有17个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？
答：417种。大约为172亿种。
问：这样的排列是否有机会都出现？
答：没有机会。因为人类的总数远远少于组合的可能数。
问：两人出现相同脸型的可能性有多大？
答：1/172亿。可能性太小，可以忽略不计。
问：你如何理解DNA的特异性？
答：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。这种排列是其他DNA没有的，可以理解为独有的。
［教师精讲］
基因是有遗传效应的DNA片段。这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应（指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能）。有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的DNA片段就不是基因。
基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状的基因之间的差别。归根到底，生物性状的遗传就是基因通过四种脱氧核苷酸的序列来传递和表达信息的。
［评价反馈］
1.下列关于DNA、基因、染色体的叙述错误的是
A.基因是有遗传效应的DNA区段
B.DNA是遗传信息的主要载体
C.DNA分子在染色体上成念珠状排列
D.DNA的相对稳定性决定染色体的相对稳定性
解析：DNA分子在染色体上成线性排列，而非念珠状。
答案：C
2.人类遗传信息的携带者是
A.DNA和RNA B.DNA或RNA C.DNA D.RNA
解析：人是有细胞结构的生物，所以是以DNA为遗传物质的。
答案：C
3.下列有关DNA与基因的关系的叙述中，正确的是
A.基因是碱基对随机排列而成的DNA片段
B.一个DNA分子上有许多个基因
C.DNA的碱基排列顺序就代表基因
D.组成不同的基因的碱基数量一定不同
解析：基因不是碱基随机排列而成的DNA片段，所以A项不对；只有有遗传效应的DNA片段才是基因，所以C项不对；基因不同但碱基数量可能相同，只要碱基的排列次序不同，就可以说明是不同的基因，故D项不对。
答案：B
4.DNA分子结构多样性的原因是
A.碱基配对方式的多样性 B.磷酸和脱氧核糖排列顺序的多样性
C.螺旋方向的多样性 D.碱基对排列次序的多样性
解析：DNA中碱基配对方式是固定的，只能A和T、G和C配对；磷酸和脱氧核糖的排列顺序是交替排列的；螺旋的方向是向右螺旋的。
答案：D
5.有关DNA的结构的叙述中，不正确的一项是
A.每个DNA分子都含有4种脱氧核苷酸
B.每个DNA分子中核糖上连接一个磷酸和一个碱基
C.DNA分子两条链中的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对
D.双链DNA分子中，某一段链上若含有30个胞嘧啶，就一定会同时有30个鸟嘌呤
解析：DNA上只有脱氧核糖，没有核糖，所以B项有错。
答案：B
6.DNA指纹技术也可以帮助人们确认亲子关系，这是因为
A.每个人的指纹大多相同
B.每个人的指纹是不同的
C.不同的个体的相同的组织中的DNA指纹是相同的
D.DNA技术是检测DNA上的碱基种类
解析：每个人的DNA是不同的，所以指纹是不同的，所以A项错；不同个体的相同组织中的DNA是不同的，所以指纹也是不同的；DNA技术是检测DNA上碱基的排列次序的特异性，并不是检测碱基种类。
答案：B
［课堂小结］
［布置作业］
P58一、基础题。
［课后拓展］
DNA扩增技术又称为PCR，中文译为聚合酶链式反应，其实是一种DNA的快速扩增技术，类似于DNA的天然复制过程。PCR由变性—退火—延伸三个基本反应步骤构成。PCR在人类社会生活中的应用也越来越广泛。比如说“DNA指纹”，科学家们只需要一根头发甚至一个细胞就可以完成DNA指纹的鉴定工作，这里实际上就要采用PCR技术，因为一个细胞中的DNA含量实在太少了，人们根本不可能检测到它的指纹；有了PCR技术就好办了，通过PCR技术把这个细胞中的DNA片段扩增1 000万倍，这样DNA量就足够作指纹鉴定了。PCR技术有如下几个特点：一是被扩增的DNA所需量极小，理论上讲一个分子就可以用于扩增了；二是扩增效率高，几个小时就扩增1 000万倍以上。1995年，美国科学家Mulis凭此成果获得了诺贝尔化学奖。
根据以上材料：（1）你认为DNA指纹对待检测样品有何要求?
（2）假如待检测样品很少，你有何方法增加样品?
提示：（1）待检样品应该是纯净的，不能含有其他生物的DNA。
（2）可进行DNA复制原理，进行DNA的扩增，以增加样品的数量。
●板书设计
第4节 基因是有遗传效应的DNA片段
1.基因是什么?
基因有遗传效应的DNA片段，它是生物体控制性状的功能单位和结构单位。
2.DNA片段如何蕴藏遗传信息?
4种碱基的排列顺序蕴藏着遗传信息。
3.DNA的特点：多样性、特异性、稳定性。
●习题详解
一、练习（课本P58）
（一）基础题
1.（1）√ （2）×
2.C
3.作为遗传物质它必须具备这样的条件：（1）能够准确地复制；（2）能够控制性状；（3）能够贮存大量的遗传信息；（4）结构比较稳定。而DNA就具备这样的特点，所以它可以作为遗传物质。
（二）拓展题
1.解析：基因是有遗传效应的DNA片段，不是随便一个DNA片段都可以作为基因。
答案：×
2.解析：基因在DNA上，但是DNA并不都是由基因组成，有的DNA片段并不是基因。
答案：×
3.解析：这一描述是生物学对这一概念特定术语的表达。
答案：√
二、问题探讨（课本P55）
提示：这样的排列就是要让学生知道碱基排列顺序是极其多样的。
三、本节聚焦（课本P55）
1.基因是有遗传效应的DNA片段。
2.一个DNA分子上常常含有多个基因，所以基因在DNA上的排列是线性的。每一个基因上特定的脱氧核苷酸的排列就构成了该基因特定的遗传信息。
3.一个DNA分子常常是由大量的脱氧核苷酸组成的。构成DNA的脱氧核苷酸的排列次序是千变万化的，加之构成DNA的脱氧核苷酸的数目不同，使得DNA分子具有了多样性。
四、资料分析（课本P55）
1.提示：生物体内的DNA分子数目与基因的数目不同，且前者数目小于后者的数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段（即一个DNA上含有多个基因），基因不是连续分布在DNA上的。DNA上的某些碱基序列并不构成基因，它把一个基因和另一个基因分隔开。
2.提示：基因具有遗传效应，是指基因能具体地决定某些功能或特征。它的具体表现就是能合成蛋白质来直接构成生物体，或者合成酶来调控生物体的生命活动。
3.提示：基因是具有遗传效应的DNA片段。
五、探究（课本P57）
1.提示：构成DNA的脱氧核苷酸的排列次序是千变万化的，它使得DNA分子具有了多样性。每一个DNA具有特定的脱氧核苷酸的排列次序，这又构成了第一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的基础。
2.提示：人类的DNA分子中，脱氧核苷酸的排列次序对每一个人来说几乎不可能相同，因此，每个人都有特定的脱氧核苷酸的排列次序。一个人的DNA可以作为本人特有的一种标记来鉴定个人身份。
3.提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。现存的生物都是经过千百万年进化的结果，它一定要有一定的遗传效应，而这种效应一定要适应特定的环境。遗传效应要靠蛋白质表现出来，而每种蛋白质都由特定的氨基酸按一定顺序连接而成。那么氨基酸为何能按一定顺序排列呢，原来它的排列就是由特定的脱氧核苷酸的排列次序来决定的。所以只有特定的脱氧核苷酸的排列次序才能决定特定的氨基酸排列顺序，才能构成一定的蛋白质，才能适应环境，也就是脱氧核苷酸的排列次序不能随便排列，即碱基不能随机排列。