2021届高考生物人教版一轮创新教学案：一、生命科学史

特色专题　素养提升

一、生命科学史

一、考试说明对“获取信息能力”的要求

1．能从提供的材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题。

2．关注对科学、技术和社会发展有重大影响的、与生命科学相关的突出成就及热点问题。

二、生物学重大发现(生命科学史)的启迪

　生命科学发现史能够提供给我们的不仅仅是成为结论的知识，更是科学探究过程中所体现的思想和方法。后者是高中生物新课程中重点强调的，同样也会成为高考考查的重要方向。

三、教材为我们提供的生物学重大发现

1．细胞学说

2．细胞膜结构模型的研究

3．酶的发现过程

4．光合作用发现史

5．孟德尔遗传定律的研究过程

6．肺炎双球菌转化实验

7．噬菌体侵染细菌实验

8．DNA双螺旋结构的发现

9．DNA半保留复制的探究过程

10．基因和染色体关系的发现

11．遗传密码的破译

12．生长素的发现

13．促胰液素的发现……

四、典型例题

1．请回答下列与研究细胞膜结构有关的问题

(1)1895年，Overton研究各种未受精卵细胞的透性时，发现胆固醇、甘油等脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜相对困难；另外有人发现细胞膜会被蛋白酶水解，这些事实表明组成细胞膜的主要成分中有____________________。

(2)科学家在进行细胞膜化学成分的分析时，需制备较纯净的细胞膜。从真核细胞分离出纯的细胞膜较为困难，因为会有细胞内其他的膜混杂。哺乳动物细胞内其他的膜结构有________________________________。而人或哺乳动物的成熟红细胞，没有内膜系统，将其用________处理后，造成红细胞破裂，再将溶出细胞外的物质冲洗掉，剩下的结构就是较纯净的细胞膜。

(3)1970年，科学家进行人鼠细胞的融合实验，过程如下图所示：

这个实验说明________________________；原因是________________________________________。

答案　(1)脂质(磷脂)和蛋白质

(2)细胞核膜、线粒体膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜　蒸馏水

(3)细胞膜具有一定的流动性　构成细胞膜的蛋白质分子(抗原)是可以运动的

2．某小组在“探究绿叶在光下制造淀粉”的活动中，作出的假设是：绿叶在光照下能够合成淀粉。据此假设该小组设计如表实验方案，请据表回答相关问题：

(1)实验前，将天竺葵放在黑暗中一昼夜的目的是________________________。

(2)全班同学们讨论后认为：按上述实验方案进行实验，并不能对“绿叶在光照下能够合成淀粉”的假设进行探究，应将甲组的环境条件改为：____________________。

(3)该实验的实验现象是________________________。

(4)根据该实验过程，我们最后得出的实验结论是：________________________。

答案　(1)把叶片中原有的有机物耗尽或转运走

(2)黑暗、适宜温度、充足空气

(3)甲组叶片不变蓝，乙组叶片变蓝

(4)绿叶在光照下能够合成淀粉

解析　(1)实验前，将天竺葵放在黑暗中一昼夜的目的是将叶片中原有的淀粉转运走或耗尽，排除原有的淀粉对实验结果的干扰。这样实验中用碘液检验的淀粉只可能是叶片在实验过程中制造的，而不是叶片在实验前贮存的。

(2)对照实验是唯一变量实验，从表格中可看出，甲组、乙组有两个变量：光和温度，所以按上述实验方案进行实验，并不能对“绿叶在光照下能够合成淀粉”的假设进行探究。根据“绿叶在光照下能够合成淀粉”的假设，该实验的唯一变量是光照，其他条件相同且适宜，所以应将甲组的环境条件改为：黑暗、适宜的温度、充足空气。

(3)(4)光照下天竺葵叶片能进行光合作用制造淀粉，因此滴加碘液后变蓝色；黑暗环境中天竺葵叶片因缺乏光，没有进行光合作用，不能制造淀粉。因此甲组植物叶片滴加碘液后不变蓝，乙组植物叶片变蓝。根据实验得出结论：绿叶在光照下能够合成淀粉。

3．在研究生物的遗传物质的过程中，人们做了很多的实验进行探究，包括著名的“肺炎双球菌的转化实验”。

(1)某人曾重复了该实验，步骤如下图。请分析以下实验并回答问题：

A．将一部分S型细菌加热杀死；

B．制备符合要求的培养基，并分为若干组，将菌种分别接种到各组培养基上(接种菌种见上图中文字所示)；

C．将接种后的培养基放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落的生长情况(见上图)。

①本实验的对照组有________________________________________________________________________。

②本实验得出的结论是：________________________________________________________________________。

(2)请利用DNA酶作试剂，选择适当的材料和用具，设计实验方案，验证“促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA”，并预测实验结果，得出实验结论。

①设计方案：

第一步：从S型细菌中提取DNA；

第二步：______________________，然后分别处理：

第三步：________________________________________________________________________。

第四步：________________________________________________________________________。

②预测实验结果并得出结论：________________________________________________________________________。

答案　(1)①1、2、3组　②S型细菌中的某种物质(转化因子)能使R型细菌转化成S型细菌

(2)①第二步：制备符合要求的培养基

第三步：将R型细菌分别接种到三组培养基上

第四步：将接种后的培养基的装置放在适宜的温度下培养一段时间，观察菌落的生长情况

②A、C组中未长出S型细菌的菌落，只有B组培养基中出现了S型细菌的菌落；说明DNA分子可使R型细菌转化为S型细菌

4．1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能，请回答下列有关问题。

(1)噬菌体作实验材料具有的特点是________________。

(2)获得分别被32P或35S标记的噬菌体的方法是：

第一步：________________________________________________________________________

第二步：________________________________________________________________________

(3)用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中____________________变化。

(4)侵染一段时间后，用搅拌机搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中的放射性，得到如图所示的实验结果。

搅拌的目的是__________________，所以搅拌时间少于1 min时，35S标记组上清液中的放射性________。

实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，证明____________________________________________。图中“被侵染细菌”的存活率曲线基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明______________________________________________________，否则细胞外________放射性会增高。

(5)本实验证明在病毒传递和复制遗传特性中________起着重要作用。

答案　(1)结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)

(2)用含32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌　用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌

(3)DNA和蛋白质的位置

(4)将噬菌体和细菌分离　较低　DNA进入细菌，蛋白质没有进入细菌　细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来　32P

(5)DNA

解析　(1)噬菌体属于病毒，病毒是生物界最小的一种非细胞生物，并且结构简单，组成物质中只有蛋白质和核酸。

(2)赫尔希和蔡斯在实验时，由于噬菌体不能直接生活在培养基中，因此用含32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌的方法分别获得被32P和35S标记的噬菌体。

(3)其中32P标记的是噬菌体的DNA,35S标记的是噬菌体的蛋白质，从而追踪在侵染过程中DNA和蛋白质的位置变化。

(4)搅拌的目的是将噬菌体和细菌分离，所以搅拌时间过短时，35S标记组含有放射性的蛋白质外壳就会留在细菌表面而留在沉淀物中，从而使得上清液中的放射性较低。32P标记噬菌体的DNA,35S标记的噬菌体的蛋白质，实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，即蛋白质进入了上清液中，DNA随细菌进入了沉淀中，可以证明DNA进入细菌，蛋白质没有进入细菌。图中“被侵染细菌”的存活率曲线基本保持在100%，本组数据的意义是证明细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来，否则细胞外32P放射性会增高。

(5)由于DNA进入细菌中并且产生子代噬菌体，因此本实验证明病毒传递和复制遗传特性中DNA起着重要作用。

5．人类对遗传物质作用机理的探索经历了漫长的过程，请根据下列科学史实回答问题：

(1)噬菌体SP8 DNA分子的两条链碱基组成很不平衡，其中一条链富含嘌呤，另一条链富含嘧啶。1962年前后，Marmur和Doty用SP8侵染枯草杆菌后，从枯草杆菌中分离出RNA，与打开的SP8 DNA两条链进行分子杂交，发现噬菌体SP8侵染细菌后形成的RNA只与富含嘌呤的DNA链互补配对形成杂合分子，这一结果说明____________________________________________。

(2)科学家发现细胞中有三类RNA，一类是核糖体的组成成分，一类能与特定的氨基酸结合，还有一类合成后几小时就会降解，其中哪一类是将DNA的遗传信息传递给蛋白质的“信使”呢？

1958年，Crick提出如下观点：核糖体RNA是“信使”——不同核糖体RNA编码不同的蛋白质，简称“一个核糖体一种蛋白质”。1961年，Jacob和Brenner对这个假说进行了检验，实验过程如图所示。

①该实验中，若核糖体上出现放射性，说明该核糖体正在__________________。

②已知噬菌体侵染细菌后，细菌的蛋白质合成立即停止，转而合成噬菌体的蛋白质。因此如果核糖体RNA是信使，那么实验结果将会是____________________；如果核糖体RNA不是信使，那么实验结果将会是____________________。

最终Brenner的实验结果证明核糖体RNA不是“信使”。

③RNA的合成过程叫做________，在此过程中，DNA________(填“全部”或“部分”)解螺旋，由________酶催化连接成RNA。如果某基因中含有30%的A，那么由其控制合成的RNA中U的含量________。

答案　(1)SP8侵染枯草杆菌形成的RNA是以DNA中富含嘌呤的链为模板转录的

(2)①翻译合成蛋白质　②轻核糖体有放射性，重核糖体无放射性　轻、重核糖体均有放射性　③转录　部分　RNA聚合　不确定

解析　(2)①由于氨基酸具有放射性，若核糖体上出现放射性，说明该核糖体正在合成蛋白质。

②根据题意，如果核糖体的RNA是“信使”，则不同的核糖体RNA编码不同的蛋白质，所以含15N的重核糖体翻译的应该是大肠杆菌的蛋白质，不含15N的轻核糖体翻译的是噬菌体的蛋白质，又因为噬菌体侵染细菌后，细菌的蛋白质合成立即停止，只进行噬菌体蛋白质的合成，所以实验结果是“轻核糖体有放射性，重核糖体无放射性”。如果实验结果是“轻、重核糖体均有放射性”，则表明核糖体RNA不是信使RNA。

③以DNA为模板合成RNA的过程称为转录；转录过程与DNA复制一样，在解旋酶和RNA聚合酶的作用下，边解旋边转录。转录只以DNA的一条链为模板进行，由于无法计算一条链中A的含量，那么由其控制合成的RNA中U的含量就不确定。

6．1902年，斯他林和贝利斯从小肠黏膜提取液中发现了促进胰液分泌的物质——促胰液素。他们的实验设计如下：

(1)假设一的实验结果是：胰液的分泌________(填“是”“不是”或“不只是”)由神经调节引起的，还可能与__________________________________有关。

(2)假设二的对照实验的处理方法是__________________________，假设成立的实验现象是______________。实验组中，盐酸的作用是________________________。

(3)上述实验证明胰液的分泌过程是由________调节完成的。

(4)当人们知道胰腺内的胰岛细胞能分泌胰岛素后，试图从磨碎的胰腺组织中直接提取胰岛素，但均未成功，其原因可能是胰岛素被____________分解了。

答案　(1)不只是　盐酸刺激后小肠产生的分泌物　(2)刮取从未经过盐酸刺激的狗的小肠黏膜并磨碎后，将提取液注入实验动物的血液中　检测不到大量胰液　刺激小肠黏膜产生促进胰液分泌的某种化学物质　(3)神经调节和体液　(4)胰腺分泌的胰蛋白酶

解析　(1)分析假设一，A、B、C、D的实验结果可知，胰液的分泌不只是由神经调节引起的，还可能与盐酸刺激后的小肠产生的分泌物有关。

(2)分析假设二可知，该实验的自变量是小肠黏膜产生的某种化学物质，因此对照组的实验应该不含有小肠黏膜产生的某种化学物质，因此按照实验设计的单一变量和对照原则，对照组的处理方法是取从未经过盐酸刺激的狗的小肠黏膜并磨碎后，将提取液注入实验动物的血液中，如果对照组检测不到大量胰液，说明假设成立。假设二的A中盐酸的作用是刺激小肠黏膜产生促进胰液分泌的某种化学物质。

(3)由假设一知，电刺激支配胰腺的神经，有少量胰液分泌，由假设二知，盐酸刺激小肠黏膜会生成促进胰液分泌的物质，所以胰液的分泌既受神经调节，又受体液调节。

(4)由于胰岛素的本质是蛋白质，胰腺分泌的胰蛋白酶可将胰岛素分解，因此从磨碎的狗的胰腺组织中提取不到胰岛素。