实验开启生物科学王国的大门
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明目标、知重点难点
简述生物科学是21世纪最活跃学科的依据。(重点)
了解生物科学实验的重要性。
一、阅读教材P2～3分析科学实验揭开了DNA分子结构之谜
1．现代生物科学的三大基石：细胞学说、生物进化论和遗传理论。
2．生物科学新时代开始的标志：人类基因组计划的完成。
3．科学实验揭开了DNA分子结构之谜
(1)富兰克林提供的DNA具有螺旋结构的X射线衍射照片成为发现DNA具有双螺旋结构的主要实验依据。
(2)沃森和克里克确立了DNA分子双螺旋结构模型。
二、阅读教材P4完成实验开启生物科学王国的大门
实验名称
有关内容
细胞学说创立
19世纪30年代，施莱登和施旺，分别独立提出“细胞学说”
基因靶向技术
卡佩奇、史密斯与埃文斯通过基因靶向技术敲除了一万多个小鼠基因，确定了单个基因在健康和疾病中的作用
稻谷培育
新纪元
20世纪70年代初，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
哺乳动物克隆
1997年，英国科学家们采用哺乳动物体细胞成功克隆出绵羊“多利”
判一判
(1)生物科学的发展是从动态、定量实验性向静态、定性描述性学科转化的。(×)
(2)富兰克林所做的实验与DNA双螺旋结构的建立无关。(×)
(3)克里克用物理学方法研究染色体和DNA的结构，也开展拍摄DNA的X射线衍射图像的实验。(×)
(4)科学实验创立了细胞学说、基因靶向技术、多利羊的诞生、杂交水稻的培育等。(√)
连一连
科学实验揭开了DNA分子结构之谜[学生用书P2]
19世纪是生物科学全面发展的世纪。结合教材P2～3内容完成以下探究。
探究1 完成下列问题，了解为揭开DNA分子结构之谜奠定基础的实验
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。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。
探究2 观察下图，完成科学实验揭开DNA分子结构之谜的过程
威尔金斯实验室，富兰克林拍到了DNA具有螺旋结构的X射线衍射照片→威尔金斯将照片提供给沃森和克里克→沃森和克里克深入研究→在1953年建立了DNA分子双螺旋结构模型。
1．DNA分子双螺旋结构模型的建立使人们对生物学研究从细胞水平深入到分子水平。
2．DNA分子双螺旋结构模型的确立离不开前人的科学实验结果。
突破1 20世纪以后的生物科学成果
1．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
解析：选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。
突破2 揭开DNA分子结构之谜
2．下列几个科学家的探索时间先后排序正确的是( )
①沃森和克里克确立DNA双螺旋结构
②孟德尔的遗传实验
③格里菲斯等的肺炎球菌转化实验
④赫尔希等的噬菌体实验
⑤富兰克林给出的DNA晶体结构的X射线衍射图
A．①②③④⑤
B．⑤①②③④
C．②③④⑤①
D．②③⑤①④
解析：选C。其时间顺序如下：孟德尔的遗传实验，提出了遗传因子的假设；格里菲斯和艾弗里等指出遗传物质就是DNA；赫尔希等的噬菌体实验更直接有力地证明了DNA是遗传物质；富兰克林给出的DNA晶体结构的X射线衍射照片等，为沃森和克里克确立DNA双螺旋结构做出重要贡献；1953年沃森和克里克确立DNA双螺旋结构。
实验开启生物科学王国的大门[学生用书P2]
生物科学是一门实验科学，从某种意义上说，生物科学实验技术和方法的创新，是推动生物科学理论飞速发展的直接动力。结合教材P4内容完成以下探究。
(1)DNA分子结构之谜被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。
(2)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。
1．科学实验与生物科学发展密切相关。
2．由科学实验带来的生物科学的发展对人类的生活、生产和社会发展产生重大影响。
3．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。
突破1 细胞学说
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
解析：选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。
突破2 生物学实验
2．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
解析：选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；肺炎球菌体内转化实验证明DNA是转化因子；“多利”羊所有性状由核、质基因共同决定。
核心知识小结
[网络构建]
[关键语句]
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。
人类基因组计划的完成标志着生物科学新时代的开始。
沃森和克里克确立了DNA分子双螺旋结构模型。
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”。
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是开启生物王国大门的钥匙。
[随堂检测] [学生用书P3]
知识点一 科学实验揭开了DNA分子结构之谜
1．下列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
解析：选C。生物科学是一门历史悠久的学科，它从静态的、定性描述性的学科向动态的、定量实验性的学科方向发展；现代生态学已成为多层次的综合性学科。
2．下列各项说法中不正确的是( )
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
解析：选C。20世纪生物科学发生了巨大变革；21世纪人类基因组计划的完成标志着生物科学新时代的开始。
3．下列属于生物科学向着多学科交叉和融合的方向发展的事例的是( )
A．科学家进行人类基因组测序
B．带有荧光标记的人类染色体
C．应用X射线晶体衍射法测定DNA结构
D．利用发酵罐生产药品、食品
解析：选C。现代生物科学向着微观和宏观、基础理论与开发应用等方面全方位地发展。生物科学与数学、物理、化学、信息技术等学科之间的大综合、大交叉将在不同侧面，从不同层次揭开生命之谜，其具体事例如应用X射线晶体衍射法测定DNA结构。
知识点二 实验开启生物科学王国的大门
4．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
解析：选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，打破了世界上自花授粉作物育种的禁区。
5．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
解析：选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。细胞学说是德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺分别独立提出的。
6．为了探究洋葱鳞茎组织细胞中是否含有过氧化氢酶，某生物兴趣小组进行了如下实验：
课题名称：探究洋葱鳞茎组织细胞中是否含有过氧化氢酶。
假设：洋葱鳞茎组织细胞中含有过氧化氢酶。
实验过程：
第一步：称取新鲜的洋葱鳞茎5 g，切碎后放入研钵中，加入少许二氧化硅(石英砂)和5 mL蒸馏水，充分研磨，然后将研磨液过滤到试管中，获得洋葱鳞茎提取液备用；
第二步：取两支洁净的试管，编号A、B，并在两支试管中各加入3%的过氧化氢溶液3 mL；
第三步：向A、B试管中分别滴加等量的______________和清水；
第四步：观察实验结果，得出结论。
根据以上材料分析回答：
(1)将上述步骤补充完整，第三步应滴加等量的______________________和清水。
(2)制备洋葱鳞茎组织提取液时，加入二氧化硅(石英砂)的目的是________。
(3)第四步可以直接通过观察气泡生成量记录实验结果。请预期：
若________________________________________________________________________，
则假设成立，说明洋葱鳞茎中含有过氧化氢酶；
若________________________________________________________________________，
则假设不成立。
(4)若要验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，可在过氧化氢酶溶液中加入________试剂。
解析：本实验的原理是过氧化氢酶能催化过氧化氢分解产生氧气，实验过程中通过观察气泡产生的多少和速率判断过氧化氢是否发生反应。(1)第三步中向两支试管分别加入等量的洋葱鳞茎组织提取液和清水。(2)提取组织样液时加入二氧化硅能使研磨更充分。(3)如果A试管气泡量多于或速率快于B试管，说明洋葱鳞茎中含有过氧化氢酶，否则假设不成立。(4)蛋白质与双缩脲试剂反应成紫色。
答案：(1)洋葱鳞茎组织提取液
(2)研磨充分
(3)A试管中有大量气泡生成，B试管中只有少量气泡生成 A、B试管中现象相似，都只有少量气泡生成
(4)双缩脲
7．回答下列有关“实验开启生物科学王国的大门”的相关问题：
(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
8．以下是科学家在研究生物体的遗传和变异时做过的一些实验。根据实验分析回答下列问题：
(1)实验1：检测豌豆染色体的组成成分，得到下列数据：DNA含36.5%，RNA含9.6%，蛋白质含47.9%，类脂和钙等含6.0%。由此可以推知组成染色体的主要成分是________和________。
(2)实验2：用35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA后，侵染未被标记的细菌，得到的子一代噬菌体的性状与亲代相似，而且只检测到32P。由此得到的结论是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验3：1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克根据对DNA的X光衍射结果，以及对DNA分子不同碱基之间数量关系的分析，提出DNA分子________________________________________________________________________
结构模型。
(4)实验4：育种工作者在研究番茄染色体变异时，用秋水仙素处理基因型为Aa的番茄幼苗，所获得的番茄植株是________倍体，基因型为________。
(5)调查人类遗传病时，最好选取群体中发病率较高的________基因遗传病。
答案：(1)DNA 蛋白质 (2)DNA是噬菌体的遗传物质
(3)双螺旋 (4)四 AAaa (5)单
[随堂检测] [学生用书P3]
知识点一 科学实验揭开了DNA分子结构之谜
1．下列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
解析：选C。生物科学是一门历史悠久的学科，它从静态的、定性描述性的学科向动态的、定量实验性的学科方向发展；现代生态学已成为多层次的综合性学科。
2．下列各项说法中不正确的是( )
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
解析：选C。20世纪生物科学发生了巨大变革；21世纪人类基因组计划的完成标志着生物科学新时代的开始。
3．下列属于生物科学向着多学科交叉和融合的方向发展的事例的是( )
A．科学家进行人类基因组测序
B．带有荧光标记的人类染色体
C．应用X射线晶体衍射法测定DNA结构
D．利用发酵罐生产药品、食品
解析：选C。现代生物科学向着微观和宏观、基础理论与开发应用等方面全方位地发展。生物科学与数学、物理、化学、信息技术等学科之间的大综合、大交叉将在不同侧面，从不同层次揭开生命之谜，其具体事例如应用X射线晶体衍射法测定DNA结构。
知识点二 实验开启生物科学王国的大门
4．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
解析：选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，打破了世界上自花授粉作物育种的禁区。
5．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
解析：选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。细胞学说是德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺分别独立提出的。
6．为了探究洋葱鳞茎组织细胞中是否含有过氧化氢酶，某生物兴趣小组进行了如下实验：
课题名称：探究洋葱鳞茎组织细胞中是否含有过氧化氢酶。
假设：洋葱鳞茎组织细胞中含有过氧化氢酶。
实验过程：
第一步：称取新鲜的洋葱鳞茎5 g，切碎后放入研钵中，加入少许二氧化硅(石英砂)和5 mL蒸馏水，充分研磨，然后将研磨液过滤到试管中，获得洋葱鳞茎提取液备用；
第二步：取两支洁净的试管，编号A、B，并在两支试管中各加入3%的过氧化氢溶液3 mL；
第三步：向A、B试管中分别滴加等量的______________和清水；
第四步：观察实验结果，得出结论。
根据以上材料分析回答：
(1)将上述步骤补充完整，第三步应滴加等量的______________________和清水。
(2)制备洋葱鳞茎组织提取液时，加入二氧化硅(石英砂)的目的是________。
(3)第四步可以直接通过观察气泡生成量记录实验结果。请预期：
若________________________________________________________________________，
则假设成立，说明洋葱鳞茎中含有过氧化氢酶；
若________________________________________________________________________，
则假设不成立。
(4)若要验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，可在过氧化氢酶溶液中加入________试剂。
解析：本实验的原理是过氧化氢酶能催化过氧化氢分解产生氧气，实验过程中通过观察气泡产生的多少和速率判断过氧化氢是否发生反应。(1)第三步中向两支试管分别加入等量的洋葱鳞茎组织提取液和清水。(2)提取组织样液时加入二氧化硅能使研磨更充分。(3)如果A试管气泡量多于或速率快于B试管，说明洋葱鳞茎中含有过氧化氢酶，否则假设不成立。(4)蛋白质与双缩脲试剂反应成紫色。
答案：(1)洋葱鳞茎组织提取液
(2)研磨充分
(3)A试管中有大量气泡生成，B试管中只有少量气泡生成 A、B试管中现象相似，都只有少量气泡生成
(4)双缩脲
7．回答下列有关“实验开启生物科学王国的大门”的相关问题：
(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
8．以下是科学家在研究生物体的遗传和变异时做过的一些实验。根据实验分析回答下列问题：
(1)实验1：检测豌豆染色体的组成成分，得到下列数据：DNA含36.5%，RNA含9.6%，蛋白质含47.9%，类脂和钙等含6.0%。由此可以推知组成染色体的主要成分是________和________。
(2)实验2：用35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA后，侵染未被标记的细菌，得到的子一代噬菌体的性状与亲代相似，而且只检测到32P。由此得到的结论是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验3：1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克根据对DNA的X光衍射结果，以及对DNA分子不同碱基之间数量关系的分析，提出DNA分子________________________________________________________________________
结构模型。
(4)实验4：育种工作者在研究番茄染色体变异时，用秋水仙素处理基因型为Aa的番茄幼苗，所获得的番茄植株是________倍体，基因型为________。
(5)调查人类遗传病时，最好选取群体中发病率较高的________基因遗传病。
答案：(1)DNA 蛋白质 (2)DNA是噬菌体的遗传物质
(3)双螺旋 (4)四 AAaa (5)单
课件32张PPT。绪 论 实验开启生物科学王国的大门绪 论 实验开启生物科学王国的大门细胞学说生物进化论螺旋结构DNA分子双螺旋结构施莱登施旺基因靶向技术单个基因袁隆平体细胞×××√细胞学说生物进化论遗传肺炎球菌噬菌体衍射照片富兰克林沃森和克里克双螺旋本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放
