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高中生物必修二 第三章 基因的本质
一、基因本质的证明过程
1、艾弗里的肺炎双球菌的转化实验
（1）肺炎双球菌的毒性
S型细菌：菌体表面有多糖类的荚膜，形成的菌落表面光滑（smooth），有毒性
R型细菌：菌体表面没有荚膜，形成的菌落表面粗糙（rough），无毒性

（2）体内转化实验
①R型活细菌注射活鼠→小鼠不死亡
②S型活细菌注射活鼠→小鼠死亡，从体内分离出S型活细菌
③加热后杀死的S型死细菌注射活鼠→小鼠不死亡
④加热后杀死的S型死细菌和R型活细菌混合后注射活鼠→小鼠死亡，从体内分离出S型活细菌和R型细菌
⑤得到推论：被加热杀死的S型细菌中，含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”，这种转化因子将无毒的R型活细菌转化为S型活细菌。

（3）体外转化实验
①往含有R型活细菌的培养基中加入S型菌的DNA → R型菌和S型菌
②往含有R型活细菌的培养基中加入S型菌的蛋白质或荚膜多糖 → R型菌
③往含有R型活细菌的培养基中加入S型菌的DNA和DNA酶 → R型菌
④结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，而蛋白质不是。
（即DNA是遗传物质）

（4） 转化的实质是基因重组而不是基因突变，R型细菌吸收了S型细菌的DNA，整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得新的遗传信息，表现出S型细菌的性状。
（5） 发生转化的只有少部分R型细菌

2、艾弗里的噬菌体侵染大肠杆菌实验
（1）噬菌体(高中所学唯一的DNA病毒)
①结构:DNA(含有P)和蛋白质外壳(含有S)
②增殖方式:侵染大肠杆菌后，利用大肠杆菌内的物质合成自身组成成分，进行大量增殖，达到一定数量后，大肠杆菌裂解释放大量噬菌体
（2）方法:同位素标记法
（3）实验过程:

注意:
①应先在含有放射性同位素或放射性同位素的培养基中培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌培养噬菌体，从而得到蛋白质含有或DNA含有的噬菌体。
②混合后要经过短时间的保温(保证DNA注入细菌且细菌不能裂解)并不断搅拌(使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离)
③搅拌后离心(让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌)

（4）实验结论:噬菌体侵染细胞时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的，DNA是真正的遗传物质。
（不能证明蛋白质不是遗传物质）

3、DNA是主要的遗传物质
①绝大多数生物以DNA为遗传物质
②RNA病毒以RNA为遗传物质(烟草花叶病毒、SARS病毒、HIV病毒、禽流感病毒等)

二、 DNA分子的结构（双螺旋结构）
1、提出者：沃森和克里克
2、基本单位:4种脱氧核苷酸（A、G、C、T）
3、主要特点：
（1）由两条脱氧核苷酸链构成，反向平行盘旋形成双螺旋结构
（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，通过磷酸二酯键连接，排列在外侧，构成基本骨架；
（3）碱基排列在内侧，通过氢键连接成碱基对
（4）碱基配对的原则：碱基互补配对原则
①腺嘌呤（A）一定与胸腺嘧啶（T）配对，由2个氢键连接（轮廓为尖型）
②鸟嘌呤（G）一定与胞嘧啶（C）配对，由3个氢键连接（轮廓为圆形）
【A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，组成的DNA分子具有稳定的直径】
（5） G—C碱基对的比例越高，DNA分子越稳定（原因：有3个氢键）

4、 相关关系
（1） 每个DNA分子中，有2个游离磷酸基团；
（2） 脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数；
（3） 单链中相邻的碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接
（4） 碱基的计算规律
①互补的两个碱基数量相等
A=T、C=G
②任意两个不互补的碱基数量之和占总碱基数的50%
A+G= A+C= G+T= C+T= (A+G+C+T)/2

③在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链中以及整个DNA分子中都相等
在一条链中A+T或C+G所占比例为n%，则在另外一条链上以及整个DNA分子中，A+T或C+G所占比例都为n%
④非互补碱基之和所占比例在两条链中互为倒数
若一条链中：A1+G1/T1+C1=m；则在另一条链中A1+G1/T1+C1=1/m

三、 DNA的半保留复制
1、 提出者：沃森和克里克
2、 半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因而被称为半保留复制。
3、 主要场所：细胞核（细胞质中叶绿体、线粒体中也可以发生）
4、 时期：有丝分裂间期和减速第一次分裂前的间期
5、 特点：①边解旋边复制 ②半保留复制

6、 过程：
（1）解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把双链解开（断开氢键）
（2）合成子链：各自合成与母链互补的一段子链
①模板：解开的每一段母链
②原料：细胞中游离的4中脱氧核苷酸
③原则：碱基互补配对原则
④酶：DNA聚合酶
（3） 形成两个子代DNA分子：每条新链和与之对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
（4） 结果：一个DNA分子经过复制形成了两个完全相同的DNA分子。

7、 意义：
DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。

8、 复制能够精确地进行，原因在于：
①DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板
②碱基互补配对原则保证了复制能够精确进行

9、 半保留复制的实验依据（大肠杆菌）
（1） 实验方法：同位素示踪法、离心技术
（2） 实验原理：两条链都含的DNA分子密度大；两条链都含的DNA分子密度小；一条链含、一条链含的DNA分子密度居中
（3） 实验预测：
①重带（密度最大）：两条链都含的DNA分子
②中带（密度居中）：一条链含、一条链含的DNA分子
③轻带（密度最小）：两条链都含的DNA分子
（4） 结果分析：
①未繁殖立即提取DNA，离心→全为重带
②细胞分裂一次后提取DNA，离心→全为中带
③细胞分裂两次后提取DNA，离心→一半中带，一半轻带
④细胞分裂多次后提取DNA，离心→出现中带、轻带且轻带的比例更大
（5） 实验结论：DNA的复制是以半保留复制的方式进行的。

10、 影响DNA复制的外界因素
（1） 温度、PH值→影响酶活性→影响DNA复制
↓
（2）氧气浓度→影响细胞呼吸→影响能量供给→影响DNA复制

11、 关于DNA分子复制的相关计算
将一个被标记的DNA转移到含的培养基中培养复制若干代;
（1） 子代DNA分子数：个
①无论复制多少次，含有的DNA分子始终都是2个
②含有的DNA分子有个
③只含有的DNA分子有个
（2） 子代DNA分子的脱氧核苷酸链总链数：条
①无论复制多少次，含有的脱氧核苷酸链总链数始终都是2条
②含有的脱氧核苷酸链总链数有个
（3） 消耗的脱氧核苷酸数：亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸a个
①经过n次复制，共消耗的该种脱氧核苷酸为个
②第n次复制，消耗的该种脱氧核苷酸为个

四、基因与DNA的关系
1、遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。
2、基因是具有遗传效应的DNA片段。
3、DNA分子的多样性和特异性：
①碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。
②碱基特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性。
③DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。

4、 染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系：

a：4种脱氧核苷酸
b：基因
c：DNA
d：染色体

5、 人类基因组计划：
（1）目的是测定人类基因组的全部DNA序列
（2）测定24条染色体，包括22条常染色体+X+Y。
（3）中国是参与这一计划唯一的发展中国家，承担其1%的测序任务。

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