[学习目标] 1.描述科学实验揭开了DNA分子结构之谜。(重点) 2.理解实验开启生物科学王国的大门。(难点)
知识点一| 科学实验揭开了DNA分子结构之谜
1．现代生物科学的三大基石
2．生物科学新时代开始的标志
人类基因组计划的完成。
3．生物科学取得的成就
(1)1953年，沃森和克里克确立了DNA分子双螺旋结构模型，开创了生物科学的新纪元。
(2)孟德尔的遗传实验、格里菲斯等的肺炎球菌实验、赫尔希等的噬菌体实验、富兰克林与威尔金斯给出的DNA晶体结构的X射线衍射照片等，都为揭开DNA分子结构之谜奠定了坚实的基础。
探讨：DNA分子结构之谜的揭开有怎样的生物学意义？
提示：使人们对生物学的研究深入到分子水平。
探讨：科学研究成果对人类的影响都有利吗？
提示：不一定。科学是一把“双刃剑”，给人们带来生活便利的同时，也会带来负面影响。
生物科学取得的成就
经历时期
成就
16～18世纪
解剖学、生理学、分类学、胚胎学等一些分支学科的先后建立和发展
19世纪
生物科学全面发展，在这期间创立了现代生物科学的三大基石
20世纪
生物科学的面貌发生了巨大的变革，从静态的、定性描述性的学科向动态的、定量实验性的学科转化
21世纪
在生物科学的宏观层面，现代生态学已发展成为以人类活动为研究主体的、多层次的综合性学科
1．下列各项说法不正确的是( )
A．16～18世纪，生物科学的一些分支学科先后建立和发展
B．19世纪是生物科学全面发展的世纪，在此期间创立了现代生物科学的三大基石
C．20世纪生物科学发生了巨大变革，DNA分子双螺旋结构的建立标志着生物科学新时代的开始
D．21世纪生物科学是最活跃的学科之一
C [20世纪生物科学的面貌发生了巨大变革，人类基因组计划的完成标志着生物科学新时代的开始。]
2．下列选项中不属于现代生物科学的“三大基石”范畴的是( )
A．细胞学说 B．自然选择学说
C．中性学说 D．自由组合定律
C [19世纪创立了细胞学说、生物进化论和遗传理论，它们被誉为现代生物科学的三大基石。]
知识点二| 实验开启生物科学王国的大门
1．从1665年胡克首次使用“细胞”的概念，到1838年施莱登和1839年施旺分别独立提出“细胞学说”，这是科学家积170余年的实验成果所获得的重大发现。
2．2007年美国人卡佩奇、史密斯与英国人埃文斯共同创立了基因靶向技术。
3．克隆羊“多利”是英国生物科学家们进行277次克隆实验的结果。它的诞生宣告了生物科学与技术的又一次大跨越。
4．20世纪70年代初，袁隆平利用其助手发现的自然不育株作为杂交水稻的育种材料，提出了水稻杂种优势利用的观点。
探讨：稻谷培育与哺乳动物克隆在生殖方式上有何不同？
提示：前者是有性生殖，后者是无性生殖。
探讨：生物科学的发展分为哪几个阶段？
提示：生物科学的发展阶段：描述性生物学阶段、实验性生物学阶段、分子生物学阶段。
对生物科学几次重大发现的分析
(1)细胞学说：该学说是显微技术在生物科学中的重大发现，从此将研究生物科学的水平由个体水平带入细胞水平，确定了细胞是生物结构和功能的基本单位的科学论断。
(2)DNA分子的结构：揭示了遗传物质的基本结构状况——规则的双螺旋结构，从而将对生物性状的研究从表面转入到了本质。DNA分子结构的发现为基因工程、PCR技术、DNA分子杂交等技术打下了理论基础，给生产和生活的各个方面带来革命性的影响。
(3)袁隆平的杂交水稻：人口迅速增多为粮食生产带来了极大的压力，提高亩产量是解决这一问题的唯一途径。袁隆平运用了杂种优势的特性，一次次地刷新了水稻的亩产量，为世界粮食问题做出了重大的贡献。
(4)哺乳动物的克隆：采用细胞核移植技术和胚胎移植技术培育出的克隆羊“多利”，证明了动物无性繁殖也是可行的，因为动物细胞核也具有全能性。该技术在拯救濒危物种和医学方面有重大意义。
1．下列关于生物学实验的叙述正确的是( )
A．“细胞学说”认为一切生物都是由细胞发育而来的，并由细胞和细胞产物所构成
B．在肺炎球菌转化实验的基础上，格里菲斯确立了DNA双螺旋结构模型
C．“多利”羊所有性状均由供核母体决定
D．袁隆平利用自然不育株作为杂交水稻的育种材料，提出了水稻杂种优势利用的观点，打破了世界上自花受粉作物育种的禁区
D [“细胞学说”认为一切动植物都是由细胞构成的；沃森和克里克确立了DNA双螺旋结构模型；肺炎球菌转化实验证明了DNA是转化因子；“多利”羊所有性状由核、质基因共同决定。]
2．红茶菌液是一种传统的活菌饮料，制作流程是制备红茶糖液―→接种红茶菌种―→发酵―→红茶菌液。据此回答问题。
(1)在接种之前，红茶糖液要先煮沸后冷却，这是为了__________________
________________________________________________________________。
(2)马铃薯去皮鲜切后，很容易发生由多酚氧化酶(PPO)催化的酶促褐变，严重影响外观。为了探究红茶菌液对鲜切马铃薯的保鲜作用及机理，某研究小组进行了如下实验：
①实验步骤：将鲜切马铃薯条随机均分为A、B、C三组，其中A组(实验组)处理液是________，B组是红茶糖液，C组是________。用各组处理液浸泡鲜切马铃薯条30 min，取出后进行相同的风干、冷藏处理。将马铃薯条保存5天，____________，并进行记录(结果如图所示)。
②为保证实验的科学性，还需要控制的无关变量有__________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
③实验结论：__________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] 如何设置A、B、C三组实验是该题的难点。由红茶菌液的制作流程及该实验的探究目的，能够确定C组为空白对照，应用蒸馏水处理，A组为实验组，应用红茶菌液处理。实验要遵循单一变量、等量原则等。
[答案] (1)清除培养液中杂菌，防止高温杀死红茶菌种
(2)①红茶菌液 蒸馏水 每天(或定时)测定各组PPO活力 ②各组处理液的量要相等，鲜切马铃薯条数量相同、形状大小一致 ③红茶菌液对鲜切马铃薯有一定的保鲜(或防褐变)作用，这种作用可能是由红茶糖液发酵所引起的(答出“可能与红茶菌种或发酵有关”都可)
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
1.细胞学说、生物进化论和遗传理论被誉为现代生物科学的三大基石。
2.人类基因组计划的完成标志着生物科学新时代的开始。
3.沃森和克里克确立了DNA分子双螺旋结构模型，开创了生物科学的新纪元。
4.威尔金斯被列为DNA分子双螺旋结构发现的第三人，而富兰克林则是DNA分子双螺旋结构发现的真正的“幕后英雄”。
5.生物进化论和细胞学说的创立、基因靶向技术的发明、多利羊的诞生和杂交水稻的成功培育等都证明了实验开启了生物王国的大门。
1．1953年，确立DNA分子的双螺旋结构模型的科学家是( )
A．沃森和克里克 B．胡克
C．施莱登和施旺 D．富兰克林
A [1953年，沃森和克里克确立了DNA分子的双螺旋结构模型。]
2．19世纪30年代，施莱登和施旺分别独立提出( )
A．细胞学说 B．分离定律
C．进化学说 D．中心法则
A [分离定律是孟德尔提出的；进化学说最早是拉马克提出的；中心法则是克里克提出的；细胞学说是德国科学家施莱登和施旺分别独立提出的。]
3．19世纪是生物学全面发展的世纪，这期间创立了哪些生物学理论( )
①细胞学说 ②分子生物学 ③生物进化论 ④遗传理论
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
C [分子生物学是在DNA结构发现以后才兴起的分支学科，时间是在1953年。其他几个分支学科都是在19世纪创立的。]
4．克隆羊“多利”的实例说明了( )
A．动物细胞具有全能性
B．动物细胞的细胞核具有全能性
C．不同种类的生物之间不存在生殖隔离
D．以上叙述都不正确
B [“多利”羊的产生是通过核移植技术完成的，该实例证明了动物细胞的细胞核具有全能性。]
5．探究性实验是培养探究精神的重要过程。一般说来，探究实验的第一步是( )
A．设计实验 B．作出假设
C．收集整理信息 D．根据现象提出问题
D [探究性实验的第一步一般是在观察现象的基础上提出问题。]
课件47张PPT。绪论 实验开启生物科学王国的大门科学实验揭开了DNA分子结构之谜细胞学说人类基因组计划沃森和克里克遗传衍射照片噬菌体肺炎球菌实验开启生物科学王国的大门细胞因靶向基细胞学说277杂种优势利用自然不育株袁隆平技术生物科学点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(一)
(建议用时：45分钟)
[基础达标练]
1．下列关于细胞学说及其建立过程的叙述，不正确的是( )
A．离不开技术的支持
B．需要理性思维和实验的结合
C．论证了动植物的统一性
D．标志着生物学的研究进入分子水平
D [细胞学说的建立标志着生物学的研究进入到细胞水平；沃森和克里克的发现使遗传学和生物学的研究进入分子水平。]
2．下列表述中属于细胞学说内容的是( )
A．细胞是生命系统的基本单位
B．一切植物和动物都是由细胞构成的
C．细胞是由蛋白质、核酸等重要物质组成的
D．所有的细胞均包括细胞膜、细胞核、细胞质等几部分
B [A项不是细胞学说的内容。细胞学说的主要内容是一切动植物都是由细胞构成的。细胞分为原核细胞和真核细胞，原核细胞没有细胞核。]
3．关于生物科学发展的叙述，正确的是( )
A．生物科学是近些年才活跃起来的学科，历史短暂
B．生物科学从静态的、定量实验的学科向动态的、定性实验的方向发展
C．细胞学说、生物进化论和遗传理论是现代生物科学的三大基石
D．目前，现代生态学仍属于单一性质的学科
C [生物科学是一门历史悠久的学科，它从静态的、定性描述性的向动态的、定量实验的方向发展，现代生态学已成为多层次的综合性学科。]
4．标志着生物科学新时代开始的是( )
A．人类基因组计划的完成
B．抗虫棉的诞生
C．重组DNA技术
D．用荧光标记研究人类染色体
A [“人类基因组计划”与“阿波罗登月计划”及“曼哈顿原子弹计划”一起被誉为20世纪科学史上的三个里程碑，它对于人类基因理论的研究和各种疾病，尤其是遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义。同时，这一计划的实施将推动生物高新技术的发展。重组DNA技术即基因工程，抗虫棉是基因工程的产物，用荧光标记研究人类染色体说明生物科学的研究已从表象深入到生命活动的本质。]
5．以下生物科学成果不属于20世纪以后的是( )
A．动物解剖学
B．证明DNA是遗传物质
C．提出DNA双螺旋结构模型
D．转基因技术的发展
A [解剖学、生理学、分类学、胚胎学等一些分支学科是在16～18世纪先后建立和发展的。]
6．下列关于细胞学说的说法正确的是( )
A．一切生物都是由细胞构成的
B．最早使用细胞这一名词的是施莱登
C．细胞学说的创立人是施莱登和施旺
D．细胞学说的创立人是罗伯特·胡克
C [罗伯特·胡克第一个使用显微镜发现了细胞，并首次使用“细胞”这个名词。施莱登和施旺先后分别提出了细胞学说，这是科学家积170余年的实验成果所获得的重大成就。]
7．恩格斯把细胞学说列为19世纪自然科学的“三大发现”之一。下面关于细胞学说的意义理解不正确的是( )
A．使生物界的有机结构的多样性因细胞这一共同特征而统一起来
B．证明了生物之间存在着亲缘关系
C．和达尔文的生物进化论一样奠定了生物学的基础，推动了生物科学的发展
D．为达尔文进化论和能量转化与守恒定律奠定了生物学基础
D [细胞学说把动物和植物统一到均由细胞构成这一基础之上，使人们看到了生物界的共性和统一性，也说明了生物之间存在着亲缘关系，将生命科学的研究引领到细胞水平。细胞学说和达尔文的生物进化论奠定了生物学的基础，推动了生物科学的发展。]
8．20世纪生物科学发展的方向不包括( )
A．从静态到动态
B．从定性描述到定量实验
C．宏观层面向现代生态学发展
D．微观层次向原子水平发展
D [20世纪，生物科学的面貌发生了巨大的变革，从静态的、定性描述性的学科向动态的、定量实验性的学科转化。同时，在生物科学的宏观层面上，现代生态学已发展成为以人类为研究主体的、多层次的学科。]
9．打破世界上自花受粉作物育种禁区的是( )
A．孟德尔 B．摩尔根
C．沃森和克里克 D．袁隆平
D [袁隆平利用其助手发现的自然不育株(雄性不育)作为杂交水稻的育种材料，提出了水稻杂种优势利用的观点，打破了世界上自花受粉作物育种的禁区。]
10．(1)从19世纪生物进化论和细胞学说的创立，到20世纪________双螺旋结构的确立，多利羊的诞生，生物科学的每一次重大发现都证明了______是开启生物科学王国大门的“钥匙”。
(2)________的诞生为胡克等人发现细胞和施莱登、________创立细胞学说，提供了最基本的条件。
(3)孟德尔的________、格里菲斯等人的________、赫尔希等人的________、富兰克林给出的________________等，为沃森和克里克确立DNA分子双螺旋结构模型，奠定了坚实的基础。
(4)克隆羊“多利”是英国生物科学家们进行了_____________
次实验的结果。
(5)中国的高产杂交水稻是袁隆平院士带领实验小组，经过千辛万苦找到________株，做过无数次杂交实验的成果。
[答案] (1)DNA分子 科学实验 (2)显微镜
施旺 (3)遗传实验 肺炎球菌实验 噬菌体实验 DNA晶体结构的X射线衍射图 (4)277 (5)自然不育
[能力提升练]
11．如图为DNA的双螺旋结构模式图。下列相关叙述错误的是( )
A．DNA分子的结构模型是1953年沃森和克里克构建的
B．该模型的构建是在富兰克林提供的DNA晶体结构的X射线衍射图的基础上进行的
C．DNA分子模型的构建将生物学的研究带进了分子水平
D．DNA分子的基本骨架是两条脱氧核苷酸链之间的碱基对
D [1953年沃森和克里克在富兰克林提供的DNA分子晶体结构的X射线衍射图的基础上，提出了双螺旋结构模型的构想并最终搭建成功，从此将生物科学的研究带进了分子水平的领域。DNA分子的基本骨架是由外侧的磷酸和脱氧核糖交替连接而成的。]
12．下表是某研究性学习小组调查土壤中螨类滋生与某化工厂重金属铬污染的相关性结果。根据表中信息，判断下列叙述不正确的是( )
采样位点距化工厂的距离(km)
0.01
1
10
30(远郊农田)
铬浓度(mg/kg)
0.25
0.21
0.12
0.08
螨类密度(个/m2)
16 480
2 265
1 047
1 069
A.污染区内螨类密度显著提高
B．实验采用取样器采集土样计算螨类数量
C．螨类可作为土壤铬污染的指示生物
D．螨类物种丰富度与铬污染相关
D [表中数据说明A、C选项说法是正确的；对土壤中螨类等小动物的调查不适合用样方法和标志重捕法，常用取样器取样的方法，故B也正确；丰富度是指群落中物种数目的多少，不是指某种生物个体数量的多少。故选D。]
13．下列关于遗传物质的叙述中，不正确的是( )
A．1953年沃森和克里克确立了DNA的双螺旋结构模型
B．肺炎球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质
C．大多数生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA
D．叶肉细胞中的遗传物质具有五种碱基、八种核苷酸
D [沃森和克里克构建了DNA的双螺旋结构模型。证明DNA是遗传物质的两个经典实验是肺炎球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验。凡是有细胞结构的生物，其遗传物质就是DNA，大部分病毒的遗传物质也是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA。叶肉细胞中的遗传物质是DNA，它含有四种碱基、四种核苷酸。]
14．某同学为探究促进动植物生长的激素(植物生长素和动物生长激素)对动植物的生长是否都能产生影响，设计了如下实验。请完成他的实验方案，并回答以下问题。
(1)探究植物生长素对动物生长的影响。
①选取同种、健康且发育状况一致的小鼠若干只，均分为甲、乙两组。
②甲组小鼠每天注射生理盐水2 mL，作为__________，乙组小鼠每天________________________。
③一段时间后，测量各组小鼠的________和________，并求平均值。
(2)实验结束后，发现___________________________________，其他同学认为可以得出结论：植物生长素对动物的生长没有影响。但该同学认为可能是生长素浓度过低导致的，因此他改进了实验方案，以________来处理多个实验组，进一步完善实验。
(3)一段时间后，实验结果仍然与第一次一致，该同学分析原因认为是动物细胞膜上不存在________________，故生长素不能促进动物生长。
(4)该同学转而探究动物生长激素对植物的生长是否起作用，他将小鼠垂体研磨液和等量清水分别加入两组栽培植物的花盆中，一段时间后测量，发现加入小鼠垂体提取物的一组生长较加清水的对照组明显。但是，其他同学认为可能是由于小鼠垂体研磨液中的某些成分被土壤中的________而产生了生长素类似物，从而得到这个结果。
[解析] 本题考查生长素和生长激素对动、植物生长的影响，意在考查考生对生物学问题进行初步探究，以及对实验方案做出评价和修订的能力。
[答案] (1)②对照组 注射等量的生长素溶液
③体长 体重 (2)两组小鼠体长及其体重平均值没有明显差异 不同浓度的植物生长素溶液(或具有浓度梯度的植物生长素溶液) (3)植物生长素受体蛋白
(4)分解者分解(或微生物分解)
15．下列甲～丁四幅图片都与生物科学的几次重大事件有关，请回答相关问题：
(1)甲图中的两位科学家创立了________，从此生物科学的研究进入了________水平。
(2)乙图中的两位年轻的科学家于1953年发表论文，公布了他们潜心构建的DNA分子结构模型。他们认为DNA分子的空间结构是______________。这一重大发现是在其他科学家的研究成果的基础上取得的。例如，富兰克林就为他们提供了DNA晶体结构的________________。
(3)丙图中是可爱的克隆羊“多利”，它是通过将一只绵羊的体细胞的细胞核移植到一个去核的卵细胞中培育而成的。将卵细胞作为细胞核的受体，原因是___________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)丁图是我国著名的水稻育种专家袁隆平，他将_____________作为杂交水稻的育种材料，提出了水稻________________________的观点，打破了世界上____________________的禁区，实现了大面积、大幅度提高水稻产量的梦想，为世界粮食问题做出了杰出的贡献。
[解析] (1)甲图中的两位科学家是施莱登和施旺，他们是细胞学说的创立者。细胞学说的创立，将生物科学的研究带进了细胞水平。(2)乙图是沃森和克里克，他们在其他科学家研究成果(如富兰克林的DNA晶体结构X射线衍射图)的基础上，构建了DNA分子的双螺旋结构模型。(3)克隆羊“多利”培育过程中，卵细胞作为体细胞核受体细胞的原因是卵细胞的体积大，含有的营养物质丰富且容易操作。(4)袁隆平培育杂交水稻的材料是偶然发现的自然不育株(雄性不育)，他提出了杂种优势利用的观点，对水稻进行了人工杂交育种，实现了水稻产量的历史性突破。
[答案] (1)细胞学说 细胞
(2)规则的双螺旋结构 X射线衍射图
(3)卵细胞体积大，营养物质丰富且容易操作
(4)自然不育株 杂种优势利用 自花受粉作物育种
