第五单元讲遗传变异与生物的进化

1/24第五单元遗传变异与生物的进化高考预览本单元包括高中生物学必修第六章、第七章和选修第三章的内容，主要介绍了以下几个知识块：遗传的物质基础、遗传的基本规律、生物的变异、生物的进化。每个知识块相对独立又相互联系。本单元的知识在高考中具有重要的地位，特别是在理科综合试题中。近几年的理综试题中，几乎每年都有一个遗传变异方面的大综合简答题。分析近几年理综生物试题和生物单科试题，以下考点出现频率较高：（1）DNA是主要的遗传物质（实验分析）；（2）核酸的结构、复制；（3）基因的表达；（4）细胞质遗传与基因结构；（5）基因工程简介；（6）基因的分离规律和自由组合规律；（7）伴性遗传；（8）基因突变、基因重组、染色体变异；（9）生物的进化。高考命题趋向高考命题强调综合能力和表达能力的考查，无论是理科综合试题还是生物单科试卷中多是围绕一个中心点设计学科内综合题，遗传学部分与其它章节联系广泛，许多考点往往成为这里的学科内综合的“中心点”。主要在以下几点成为命题的热点、焦点。（1）当今社会的一些热点、焦点问题，例如细胞工程、基因工程、酶工程、克隆、人类基因组计划等都与遗传和变异的内容密切相关，它们都是命题的切入点；（2）细胞分裂图像与染色体（DNA）变化曲线图相联系，减数分裂与有丝分裂示意图的识别，减数分裂与遗传的基本定律的综合（即细胞遗传学），减数分裂与种子的基因型的关系等；（3）对基因工程的考查主要是基因工程操作的工具和步骤，细胞质遗传主要考查细胞质遗传的特点，同时注意本单元知识和相关章节内容的渗透，可能是今年高考的一个非常重要的命题趋势。备考方略根据高考命题的高频考点以及今后的命题趋向，对于本单元的复习，今后应注意以下几个方面，来提高复习效率：①本单元知识点多，概念多，而且需运用概念、原理、定律解释的生命现象和解决的实践问题也比较多，因此，在进行复习时，要始终抓住“能力”这个核心，抓住主干知识，进行联系性复习，突出重点知识进行复习。对该部分内容，我们可以以中心法则为主线，从DNA（基因）→RNA→蛋白质（性状），联系DNA结构与复制、染色体与基因、减数分裂、遗传规律的产生、生物的遗传与变异、基因工程与应用、生物进化等有关知识，先经过自己思考、分析、归纳，然后在老师的帮助下构建完整的知识体系。②有关现代生物进化理论知识的复习，一是理解、掌握有关的基本概念；二是理解、掌握新物种形成（生物进化）的基本观点；三是能够运用有关理论，举例说明某种生物的进化过程等。③复习本单元内容时，应重视知识间的密切联系，特别强调与遗传和变异有关内容的联系与综合。例如：减数分裂的知识与遗传三大基本定律的联系；个体发育与基因表达知识的联系；多倍体被子植物的个体发育与减数分裂、双受精等知识的联系；减数分裂的知识与性2/24别决定、伴性遗传和人类染色体异常遗传病的联系等。这样，在知识的迁移和综合的过程中，对所学知识才会有全面深刻的理解，思维能力才会不断提高。第26讲DNA是主要的遗传物质走进高考第一关：教材关合作梳理知识体系DNA是主要的遗传物质遗传物质的主要载体是①________:因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，且绝大部分位于染色体上，所以染色体便成为DNA的主要载体肺炎双球菌的转化实验体内转化实验［格里菲思（英）］(1)无毒R活菌→小鼠（②________）(2)有毒S活菌→小鼠（③________）(3)有毒S死菌→小鼠（④________）(4)R活菌+S死菌→小鼠（⑤________）肺炎双球菌的转化实验体外转化实验［1944年艾弗里（美）］结论:⑥____________________________噬菌体侵染细菌的实验噬菌体基本结构外壳：蛋白质内部：DNA分子过程及结论3/24结论：⑦________是主要的遗传物质（经过大量实验证实），⑧________是极少数生物（如烟草花叶病毒）的遗传物质自我校对：①染色体②不死亡③死亡④不死亡⑤死亡⑥DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质⑦DNA⑧RNA解读高考第二关：考点关考点1DNA是遗传物质的直接证据——肺炎双球菌转化实验1.实验原理肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验是证明DNA是遗传物质的两个经典实验。这两个著名实验的设计思路和原理基本相同，即设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用，从而证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。2.实验过程1928年格里菲思实验：1944年艾弗里实验：3.结论:DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质特别提醒：(1)在格里菲思实验中。S型细菌体内的DNA热稳定性高，当与R型细菌混4/24合培养时，S型细菌DNA进入R型细菌体内，这叫DNA的转导。其结果在S型细菌的DNA的控制下，利用R型细菌体内的化学成分，合成了S型细菌的DNA和蛋白质，从而组成了具有毒性的S型细菌。（2）本实验体现了一个完整的科学发现过程，即发现问题提出假说实验验证得出结论。格里菲思的工作相当于前两步，艾弗里的工作相当于后两步。（3）加热杀死的S型细菌能使R型活细菌发生转化的原因：加热到一定温度，蛋白质的分子结构（空间结构）会被破坏而变性，从而丧失生物活性。而蛋白质是一切生命活动的体现者和主要承担者，因此，加热引起蛋白质变性是导致S型细菌死亡的原因。实验表明，把DNA溶液加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，部分分离的单链又可得以重聚，恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致DNA变性。例析1某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：①S型菌的DNA+DNA酶R型菌②R型菌的DNA+DNA酶S型菌③R型菌+DNA酶S型菌的DNA④S型菌+DNA酶R型菌的DNA以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（）A.存活，存活，存活，死亡B.存活，死亡，存活，死亡C.死亡，死亡，存活，存活D.存活，死亡，存活，存活解析：①中DNA酶能够将DNA水解成脱氧核苷酸，而脱氧核苷酸不是遗传物质，不能够将R型转化为S型细菌，因此小鼠能够存活；②中本来就是有毒的S型，因此小鼠死亡；③由于高温加热，可导致R型菌死亡和DNA酶变性失活，注入小鼠体内的只是S型菌的DNA，因此小鼠存活；④由于高温加热导致S型菌死亡和DNA酶变性失活，注入小鼠体内的只是R型菌的DNA，因此小鼠存活。答案：D互动探究1R型肺炎双球菌菌体无多糖类的荚膜，是无毒性细菌；S型肺炎双球菌菌体有多糖类的荚膜，是有毒性细菌，可使人患肺炎或使小鼠患败血病。科学家艾弗里及其同事利用肺炎双球菌来探究什么是遗传物质的问题。实验器材、用具：S型细菌、R型细菌、DNA水解酶、培养基、培养皿等。艾弗里等人先做了以下三组实验：①S型细菌的蛋白质+R型活细菌培养基R型菌落；②S型细菌荚膜中的多糖+R型活细菌培养基R型菌落；③S型细菌的DNA+R型活细菌5/24培养基R型菌落+S型菌落。（1）艾弗里等人后来发现上述实验步骤并不严密，于是又做了第四组实验，请按照①②③中表达式格式写出第四组实验方法和结果：④____________________________________________________________。（2）上述实验可以得出的结论是__________________________________________________________________。（3）该实验最关键的设计思路是___________________________________________________________________。（4）肺炎双球菌具有的细胞器是________，其控制遗传性状的基因主要位于________中。答案：（1）④S型细菌的DNA+DNA水解酶+R型活细菌培养基R型菌落（2）DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质（3）把S型细菌的DNA与蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地观察DNA和蛋白质等物质的作用（4）核糖体拟核6/24考点2噬菌体侵染细菌的实验过程注：上清液中含未侵染的T2噬菌体和侵染后T2噬菌体外壳，沉淀物中含被感染的细菌。特别提醒：噬菌体侵染细菌后，合成子代噬菌体蛋白质外壳所需的原料——氨基酸全部来自细菌，而组成子代噬菌体的DNA既有来自侵入细菌的亲代噬菌体的，也有利用细菌体7/24的原料——脱氧核苷酸新合成的。例析2有人模仿科学家赫尔希和蔡斯所做的“T2噬菌体侵染细菌的实验”设计了下列实验（如图示），试图证明“噬菌体的遗传物质是DNA”。结果:几乎所有的32P位于沉淀物中的大肠杆菌细胞内。结论：以上实验说明的“T2噬菌体中，亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质”。我们认为，仅用该实验步骤还不足以严密论证以上结论，请在上述实验的基础上补充相应的实验方法、步骤，并预测结果。（1）步骤①标记：将大肠杆菌放在含35S的培养基中培养一段时间，然后用__________________________________。②侵染：用35S标记的T2噬菌体侵染________。③搅拌：把噬菌体和大肠杆菌的混合液放到搅拌器中搅拌，使吸附在大肠杆菌细胞壁上的________脱落下来。④离心：以1000r/min的速度转动，由于________________，而噬菌体则存在于________，从而使噬菌体和细菌相互分离开。⑤检测和记录结果：_______________________________________。（2）结果预测：____________________________解析：噬菌体是由DNA和蛋白质的外壳组成，本实验只证明了DNA的作用，而不能证明蛋白质的去向，故应再做一实验证明蛋白质的作用，具体操作如下：①标记：将大肠杆菌放入含35S的培养基中培养一段时间，然后用T2噬菌体侵染大肠杆菌，使35S标记T2噬菌体的蛋白质。②侵染：用被35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，混合10分钟。③搅拌：把噬菌体和大肠杆菌的混合液放到搅拌器中搅拌，使吸附在大肠杆菌细胞壁上的噬菌体外壳脱落下来。④离心：以1000转/分的速度转动，由于噬菌体比细菌轻，离心时可以使大肠杆菌沉淀下来，而噬菌体则存在于上清液中，从而使噬菌体和细菌相互分离开来。⑤检测和记录结果：分别测定沉淀物和上清液中的放射性示踪元素。结果预测：几乎所有的35S位于上清液中的噬菌体外壳内。答案：（1）①T2噬菌体侵染大肠杆菌，使35S标记T2噬菌体的蛋白质外壳②未标记的大肠杆菌，混合10min③噬菌体外壳④噬菌体比细菌轻，离心时可以使大肠杆菌沉8/24淀下来上清液中⑤分别测定沉淀物和上清液中的放射性示踪元素（2）几乎所有的35S位于上清液中的噬菌体外壳内互动探究2-1下列关于噬菌体侵染细菌实验的相关叙述中，不正确的是（）A.证明DNA是“注入”细菌体内的物质，可用同位素32P、35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质B.侵染过程中的“合成”阶段，以噬菌体的DNA为模板，而氨基酸、核苷酸、ATP、酶、场所等条件均由细菌细胞提供C.搅拌的目的是为了分离噬菌体的DNA和蛋白质D.若用32P对噬菌体双链DNA标记，再转入培养有细菌的普通培养基中让其连续复制n次，则含31P的DNA占子代DNA总数的比例为1解析：搅拌是为了将噬菌体未注入部分和细菌分离。任何病毒一旦离开活的细胞，都不能单独地进行生命活动，因为只有依靠细胞为它提供各种原料、能量、酶及场所它才能表现出各项生命活动。DNA复制是半保留复制，不管复制多少次，子代的每一个DNA分子中至少有一条是重新合成的。答案：C互动探究2-2为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，你认为同位素标记的方案应为（）A.用14C或3H培养噬菌体，再去侵染细菌B.用18O或32P培养噬菌体，再去侵染细菌C.将一组噬菌体用32P和35S标记D.一组用32P标记DNA，另一组用35S标记蛋白质外壳解析：用32P和35S分别标记DNA和蛋白质外壳，35S仅存在于噬菌体的蛋白质外壳中，32P仅存在于噬菌体的DNA中，而14C、18O