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第 3 章 基因的本质
第 1 节 DNA 是主要的遗传物质
1.P 问题探讨20世纪中叶，科学家发现染色依主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，完竞哪
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一种是遗传物质呢?这个问题曾引起生畅学界激烈的争论。讨论：
（1）你认为遗传物质可能具有什么特点?
提示:遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定，等等。
（2）你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些?
提示; 这是一道开放性问题，答案并不唯一，只要提出正确的思路即可。例如，将特定的遗传物质转移给
其他生物，观察后代的性状表现，等等。
2.P 思考.讨论：证明DNA是遗传遗传物质的实验
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（1）艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病每作为实验材科具有哪些优点?
提示:细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点: (1) 个体很小，结构简单，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。易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。(2) 繁殖快，细菌
20~ 30 min就可繁殖-一代， 病毒短时间内可大量繁殖。
（2）从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么?在实际操作过程中最大的困难是什么?
提示:从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的
情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质(如糖类、脂质、蛋
白质等)。
（3）艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计?这对于你认识科学与技术之
间的相互关系有什么启示?
提示: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(学生可能回答出其他技术，但只
要回答出上述主要技术即可)。
科学成果的取得必须有技术手段作保证，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。
3.P 练习与应用
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一、概念检测
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质,加入培养基中，培
养不能合成组氨酸的枯草杆菌,结果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是(D)A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D. DNA
2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明(A)
A. DNA是遗传物质 B.遗传物质包括蛋白质和DNA C.病本中有DNA,但没有蛋白质 D.细菌中有DNA,但
没有蛋白质
二、拓展应用
1. T₂噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的 DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。
大肠杆菌裂解后，释放出的大量噬菌休却同原来的噬菌休一样具有蛋白质外壳。请分析子代噬菌休的蛋白
质外壳的来源。
提示:实验表明，噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA,而大多数蛋白质却留在大肠杆
菌外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基
酸为原料来合成蛋白质外壳的。
2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
提示:肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个特点:
能够精确地自我复制;能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程;具有储存遗传信
息的能力;结构比较稳定，等等。
第 2 节 DNA 的结构
1.P 问题探讨坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的双深旋遣型吸引着过往行人。
48你知道为什么将它作为高科技的标志吗?上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。
提示:本节的“问题探讨”主要是培养学生搜集资料、讨论和交流的能力。
2.P 思考•讨论
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（1）请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
① DNA是由几条链构成的?它具有怎样的立体结构?
提示:DNA是由两条链构成的。它的立体结构为: DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘
旋成双螺旋结构。
②DNA的基本骨架是由哪些物质组成的?它们分别住于DNA的什么部位?
提示:DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
③DNA中的碱基是如何配对的?它们位于DNA的什么部位?
提示:DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律: A一定与T
配对; G 一定与C配对。
（2）沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。
他们的这种工作方式给予你哪些启示?
提示:要善于利用他人的研究成果和经验;要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的;
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。
2.P 探究•实践:讨论：
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（1）DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息?
提示:DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，
使DNA储存了大量的遗传信息。
（2）DNA是如何维系它的遗传稳定性的?
提示: (1) 靠DNA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)。
（3）你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗?
提示:不一定要求学生答出半保留复制，可以引导学生从DNA的结构来进行推测，如从碱基，互补配对原
则出发去思考。
3.P 练习与应用】
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一、概念检测
1. DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基。(√)(2)在DNA的双链结构中，碱基的比例总是( A+G)/(T+C)=1。(√)
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①-⑩的名称。
① ②
③ ④
⑤ ⑥
⑦ ⑧
⑨ ⑩
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脱氧核苷酸 ⑧碱基对 ⑨氢键 ⑩一条脱氧核苷酸链的
片段
3.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b,则(C)
A. b≤0.5 B. b≥0.5 C.胞嘧啶为a( 1/2b-1)个 D.胞嘧啶为b( 1/2a-1)个
4.一条DNA单链的序列是5′ GATACC-3′,那么它的互补链的序列是(C)
A.5′-CTATGG-3′ B.5′-GATACC-3′ C.5′-GGTATC-3′ D.5′-CCATAG-3′
二、拓展应用
碱基互补配对原则对遗传信息的传通具有什么意义?
提示：学生还未学习DNA的复制，因此，不一定能说出碱基互补配对原则在DNA复制过程中的意义。
教师可引导学生根据碱基互补配对原则，推测DNA的复制方式，进而引导学生思考碱基互补配对原则对
遗传信息传递的意义（根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗
传信息传递的准确性）。
第 3 节 DNA 的复制
1.P 问题探讨沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道:“值得注意的是，我们提
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出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。”讨论：
（1）碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的?提示:碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一对应关系，暗示 DNA的复制可能需要先
解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
（2）这句话中为什么要用“可能”二字?这反映科学研究具有什么特点?
提示:科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
2.P 思考•讨论：证明DNA半保留复制的实验讨论：
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（1）请运用演绎推理来分析实验过程，完成上述实验预期，填写图中的方框。
提示:细胞分裂一次后，方框中填¹⁵N/¹⁴N-DNA ;细胞再分裂一次后，试管上部的方框中填¹⁴N/¹⁴N-DNA,试
管中部的方框中填¹⁵N/¹⁴N-DNA。
（2）假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的?
提示:假如全保留复制是正确的，第一代的结果:一半的细胞中DNA是¹⁵SN/¹⁵SN-DNA,另一半的细胞中
DNA是¹⁴N/¹⁴N-DNA ;第二代的结果: 1/4 的细胞中DNA是¹⁵N/¹⁵SN-DNA, 3/4 的细胞中DNA是¹⁴N/¹⁴N-
DNA。
3.P 旁栏思考题第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式?
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提示:第一代只出现一条居中的 DNA 条带，这个结果排除了全保留复制的方式。
3.P 练习与应用
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一、概念检测
1.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。(×)
(2)在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成
的。(×)
2.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是(B )
A.复制均在细胞核内进行 B.碱基互补配对原则保证了复制的准确性
C.1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子 D.游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链
3.将DNA双链都被¹⁵N标记的大肠杆菌放在含有“N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是
(C)
A.所有的大肠杆菌都含有¹⁵N B.含有¹⁵N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为
1/2
C.含有¹⁵N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4 D.含有¹⁵N的DNA分子占全部DNA分子的比例
为1/8
二、拓展应用1.虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制10⁹个碱基
对，就会产生1个错误。诸根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个
错误?这些错误可能产生什么影响?
提示：可能有6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响（这一问可由学生作开放式回答。
2.已知果蝇的基因组大小为18 x 108 bp( bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的
速率一般为50-100 bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作 DNA
复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
提示：说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始 DNA复制，由此
加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
第 4 节 基因通常是有遗传效应的 DNA 片段
1.P 问题探讨我国科学家将外源生长激素基周导入鲤鱼的受精卵，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，
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转基因鲤鱼的生长速率加快。据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上
才能发挥作用。讨论：（1）为什么转基因鲤鱼的生长速率更快?
提示：因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA中，并发挥了促进生长激索合成的功能，而生长
激素可使鲤鱼的生长速率加快。
（2）导入的外源基因是1个 DNA分于，还是DNA分于的一段脱氧械苷酸序列?
提示：导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
2.P 思考•讨论：分析基因与DNA的关系讨论：
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（1）生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗?生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数
相同吗?如果不同，说明了什么?
提示：生物体内的DNA分子数目小于基因数目，生物体内所有基因的破基总数小于DNA分子的碱基总数。
这说明基因是DNA片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
（2）你如何理解基因具有遗传效应?本节“问题探讨”中提捉到的生长激素基因的遗传效应是什么?
提示:此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能够指
导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是使鲤鱼的
生长速率加快。
（3）请从DNA 水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系，又能体现基因的作用。
提示:基因是有遗传效应的DNA片段。
3.P 思考•讨论：分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性讨论
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（1）如果是100个碱基对组成1个基因，可能组合威多少种基因?
提示:4100个。
（2）怎祥理解DNA的多祥性和特开性?你能从DNA的结构特点分析生物体具有多祥性和特异性的原因吗?
提示:碱基排列顺序的千变万化，构成了 DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个 DNA分
子的特异性。DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
（3）在刑侦领域，DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份。怙合脱氧核苷酸序列的多样性和特异性，你能
分析这一方法的科学依据吗?
提示:在人类的DNA中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以
像指纹一样用来鉴别身份。
（4）你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗?为什么?
提示:不是。基因的碱基序列都有特定的排列顺序。
4.P 练习与应用
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一、概念检测
1.科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分,因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是(B)
A.农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制 B.农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列
C.农杆菌和番薯的基因都是有遼传效应的DNA片段 D.农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了
番薯细胞
2整理总结染色体、DNA和基因三者之间的关系，并以你认为最简明
的形式表示出来。
提示：形式多样，用表格、图形、文字均可。
文字:基因是染色体.上具有遗传效应的 DNA 片段。
二、拓展应用
1.在严查偷猎野生动物的行动中，执法部门发现某餐馆出售的一种烤肉比较可疑，餐馆工作人员说是“山
羊肉”，经实验室检验，执法部门确定这种“山羊肉”来自国家二级保护动物班羚。你认为执法部门最可
能采取哪种检测方法?为什么?
提示：最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的 DNA具有特异性，只有将“山羊”的DNA与斑羚
的DNA进行比对，才能确定这种“山羊肉”是否来自国家二级保护动物斑羚。
2.我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种
技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢?请你从生物学
的角度评述人脸识别技术的可行性。
提示：人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多
样性。
5.P 复习与提高
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一、选择题
1.本章介绍的艾弗里的实验、赫尔希和蔡斯的实验都证明DNA是遗传物质，这两个实验在设计思路上的共
同点是(C)
A.重组DNA片段，研究其表型效应 B.去掉DNA片段，研究其表型效应
C.设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应 D.应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的
传递
2.在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述，正确的是(A)
A.氨基酸原料和酶来自细菌 B.氨基酸原料和酶来自噬菌体
C.氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体 D.氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌3.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)同属于RNA病毒，都可以使烟草患病。将TMV的RNA和HRV
的蛋白质外壳混合后感染烟草叶片，使烟草患病，可能观察到的现象是(A)
A.能检测到TMV的RNA和蛋白质 B.能检测到HRV的RNA和蛋白质
C.能检测到TMV的RNA和HRV的蛋白质 D.能检测到HRV的RNA和TMV的蛋白质
4.研究人员对数千种生物的DNA碱基序列进行测定发现，没有任何两个物种的DNA序列是- -样的。DNA
具有多样性的主要原因是(D)
A.DNA由4种碱基组成 B.DNA具有规则的双螺旋结构
C.DNA具有碱基互补配对的特点 D.DNA的碱基对有很
多种不同的排列顺序
二、非选择题
1.DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。
当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列
就会结合在一起，形成杂合双链区;在没有互补碱基序列的部位，
仍然是两条游离的单链(如右上图所示)。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近，
这是为什么?
提示:形成杂合双链区的部位越多，则 DNA 或基序列的致性越高， 说明在生物进化过程中，DNA 碱基
序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近。
2.科学家分析了多种生物DNA的碱基组成，一部分实验数据如以下两
表所示。据表回答下面的问题。
(1)不同生物的DNA中4种脱氧核背酸的比例相同吗?这说明DNA具有
什么特点?
提示:不同。这表明不同生物的 DNA 中脱氧核苷酸的组成不同，说明
DNA 的碱基排列顺序具有多样性。
(2)同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说
明DNA具有什么特点?为什么?不同生物的A、T之和与G、C之和的比
值不- -致，这说明了什么?为什么?
提示:同种生物不同器官细胞的 DNA 中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明同种生物 DNA 的碱基组成
具有一致性。这是因为同种生物不同器官的细胞中，DNA 序列是相同的。不同生物的 A、T 之和与 G、
C 之和的比值不一致，这说明不同生物 DNA 的碱基组成不同，表明了 DNA 的多样性。其原因是不同生物在漫长的进化过程中，形成了每种生物特有的 DNA 序列。
(3)除少数病毒外，所有生物的DNA都由4种相同的碱基组成，试从生命起源和进化的角度说明原因。
提示:说明生物是由共同祖先进化而来的。
