遗传物质发现的实验及其内容：

1、遗传物质：
①概念：能单独传递遗传信息的物质。
②遗传物质的主要载体是染色体。
③作为遗传物质应具备的特点是：
a、分子结构具有相对稳定性；
b、能自我复制，保持上下代连续性；
c、能指导蛋白质合成；
d、能产生可遗传变异。
2、实验：包括肺炎双球菌转化实验、艾弗里证明DNA是遗传物质的实验（肺炎双球菌体外转化实验）、T₂噬菌体侵染细菌的实验（用分别含有放射性同位素³⁵S和放射性同位素³²P培养基培养大肠杆菌。）、烟草花叶病毒的感染和重建实验。
实验证明DNA是主要的遗传物质，少部分生物的遗传物质是RNA。
（1）肺炎双球菌转化实验：
①肺炎双球菌

	S型细菌	R型细菌
菌落	光滑	粗糙
菌体	有多糖类荚膜	无多糖类荚膜
毒性	有毒性，使小鼠患败血症死亡	无毒性

②肺炎双球菌体内转化实验
a、研究者：1928年，英国科学家格里菲思。
b、实验材料：S型和R型肺炎双球菌、小鼠。
c、实验原理：S型肺炎双球菌使小鼠患败血病死亡；R型肺炎双球菌是无毒性的。
d、实验过程：


e、结论：加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌。
（2）艾弗里证明DNA是遗传物质的实验（肺炎双球菌体外转化实验）：
a、研究者：1944年，美国科学家艾弗里等人。
b、实验材料：S型和R型肺炎双球菌、细菌培养基等。
c、实验设计思路：把DNA与其他物质分开，单独直接研究各自的遗传功能。
d、实验过程及分析

e、实验分析：①只有S型细菌的DNA能使R型细菌发生转化。 ②DNA被水解后不能使R型细菌发生转化。
d、实验结论：①S型细菌的DNA是“转化因子”，即DNA是遗传物质。 ②同时还直接证明蛋白质等其他物质不是遗传物质。
（3）T₂噬菌体侵染细菌的实验：
a、研究着：1952年，赫尔希和蔡斯。
b、实验材料：T₂噬菌体和大肠杆菌等。
c、实验方法：放射性同位素标记法。
d、实验思路： S是蛋白质的特有元素，DNA分子中含有P，蛋白质中几乎不含有，用放射性同位素³²P和放射性同位素³⁵S分别标记DNA和蛋白质，直接单独去观察它们的作用。
e、实验过程：标记细菌→标记噬菌体→用标记的噬菌体侵染普通细菌→搅拌离心。


科学家首先用放射性同位素³⁵S标记了一部分噬菌体的蛋白质，并用放射性同位素³²P标记了另一部分噬菌体的DNA，然后，用被标记的T₂噬菌体分别去侵染细菌（上图），当噬菌体在细菌体内大量增殖时，生物学家对被标记物质进行测试。
f、测试的结果表明，噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，而是留在细菌的外部，噬菌体的DNA却进入了细菌体内，可见，噬菌体在细菌内的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的。即结论：在噬菌体中，亲代和子代间具有连续性的物质是DNA，即子代噬菌体的各种性状是通过亲代 DNA传给后代的，DNA才是真正的遗传物质。



体内转化实验与体外转化实验的比较：

	体内转化实验	体外转化实验
实验者	格里菲思	艾弗里及同事
培养细菌	用小鼠（体内）	用培养基（体外）
实验原则	R型细菌与S型细菌的毒性对照	S型细菌各成分作用的相互对照
实验结果	加热杀死的S型细菌能使R型细细菌转化为S型细菌	S型细菌的DNA使R型菌转化为S型细菌
实验结论	S型细菌体内有“转化因子”	S型细菌的DNA是遗传 物质
两实验联系：	(1)所用材料相同，都是肺炎双球菌R型和S型 (2)体内转化实验是基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA (3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则

肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较：

1．实验设计思路比较

	艾弗里实验	噬菌体侵染细菌实验
思路相同	设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能
处理方式有区别	直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养	同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素（32P和35S）

 2．两个实验遵循相同的实验设计原则——对照原则
3．实验结论比较
(1)肺炎双球菌转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
(2)噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内。
知识点拨：

1、上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析：
①用³²P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：
a．保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射陡。
b．保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性含量升高。
②用³⁵S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量³⁵S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
2、关于噬菌体侵染细菌实验中放射性元素的去向问题
①若用³²P和³⁵S标记病毒而宿主细胞未被标记，相当于间接地将核酸和蛋白质分开，只在子代病毒的核酸中有³²p标记。
②若用³²p和³⁵S标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均有标记元素。
③若用C、H、O、N等标记病毒而宿主细胞未被标记，则只在子代病毒的核酸中有标记元素。
④若用C、H、O、N等标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均可找到标记元素。
3、标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，只能在宿主细胞中繁殖后代，所以在培养基中它是不能繁殖后代的。
4、噬菌体侵染细菌实验只能证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。除此之外，还能证明DNA能进行自我复制，DNA控制蛋白质的合成。
5、两个实验都不能证明DNA是主要的遗传物质。
6、细胞生物（包括原核和真核生物）含有两种核酸（DNA和RNA），遗传物质是DNA；病毒没有细胞结构，只有一种核酸（DNA病毒、RNA病毒）。
7、DNA有四种碱基（AGCT），四种脱氧核苷酸。RNA有四种碱基（AGCU），四种核糖核苷酸。
知识拓展：

1、实验设计的基本思路是设法把 DNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用。
2、加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活； DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打断，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
3、转化因子的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
4、T₂噬菌体
（1）结构：

（2）T₂噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T₂噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
 5、侵染特点及过程
①进入细菌体内的是噬菌体的DNA，噬菌体的蛋白质外壳留在外面不起作用。
②噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成 →组装→释放五个过程。
6、增殖特点：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分，进行增殖。

染色体变异：

1、染色体变异分为染色体结构变异和数目变异。
（1）染色体结构变异
①概念：排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。
②类型：在自然条件或人为因素的影响下，染色体结构的变异主要有以下4种：缺失、重复、倒位、易位。 ③结果：染色体结构变异都会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的改变。

类型	定义	实例	示意图
缺失	一条正常染色体断裂后丢失某一片段引起的变异。	猫叫综合征
重复	染色体增加某一片段引起的变异。一条染色体的某一片段连接到同源的另一条染色体上，结果后者就有一段重复基因。	果蝇棒状眼
倒位	染色体中某一片段位置颠倒180°后重新结合到原部位引起的变异。基因并不丢失，因此一般生活正常。	—
易位	染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起的变异	人慢性粒细胞白血病

2、染色体数目变异
（1）染色体数目变异的种类
①细胞内的个别染色体增加或减少。
②细胞内染色体数日以染色体组的形式成倍地增加或减少，
（2）染色体组
①概念：细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息，这样的一组染色体叫做一个染色体组。
②条件：
a、一个染色体组中不含有同源染色体；
b、一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同；
c、一个染色体组中含有控制生物性状的一整套基因。
（3）单倍体和多倍体比较

项目		单倍体	多倍体
概念		体细胞中含有本物种配子染包体数目的个体	体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
成因	自然成因	由配子直接发育成个体，如雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来	外界环境条件剧变
	人工诱导	花药离体培养	用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
发育起点		配子	受精卵或合子
植株特点		植株弱小	茎秆粗壮，叶片、果实和种子比较大，营养物质含量丰富，发育延迟，结实率低
可育性		高度不育	可育，但结实性差
应用		单倍体育种	多倍体育种

注：①二倍体：有受精卵发育而成，体细胞中含有两个染色体组的个体。
②染色体组：细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。
3、染色体变异在实践中的应用
(1)单倍体育种

例：

②优点：明显缩短育种年限，后代一般是纯合子。
(2)多倍体育种
①方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
②成因：秋水仙素抑制纺锤体的形成。
 
④实例：二倍体无子西瓜的培育。

表解基因重组、基因突变和染色体变异的不同：

项目	基因重组	基因突变	染色体变异
概念	因基因的重新组合而发生的变异	基因结构的改变，包括DNA碱基对的替换、增添和缺失	染色体结构或数目变化而引起的变异
类型	①非同源染色体上的非等位基因自由组合；②同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换	①自然状态下发生的——自然突变；②人为条件下发生的——人工诱变	①染色体结构变异；②染色体数目变异
鉴定方法	光学显微镜下均无法检出，可根据是否有新性状或新性状组合确定		光学显微镜下可检出
适用范围	真核生物进行有性生殖的过程中发生	任何生物均可发生（包括原核生物、真核生物及非细胞结构的生物）	真核生物遗传中发生
生殖类型	自然状态下只在有性生殖中发生	无性生殖和有性生殖均可发生	无性生殖和有性生殖均可发生
产生机理	由基因的自由组合和交叉互换引起	基因的分子结构发生改变的结果	染色体的结构或数目发生变化的结果
细胞分裂	在减数分裂中发生	无丝分裂、有丝分裂、减数分裂均可发生	有丝分裂和减数分裂中均可发生
产生结果	只改变基因型，未发生基因的改变，既无“质”的变化，也无“量”的变化	产生新的基因，发生基因“种类”的改变，即有“质”的变化，但无“量”的变化	可引起基因“数量”的变化，如增添或缺失几个基因
意义	生物变异的来源之一，对生物进化有十分重要的意义	生物变异的根本来源，提供生物进化的原材料	对生物进化有一定意义
育种应用	杂交育种	诱变育种	单倍体、多倍体育种

 知识点拨：染色体组数的判定

 1．染色体组数的判断方法
(1)根据细胞中染色体的形态判断

细胞内同一种形态的染色体有几条，则含有几个染色体组。如图A细胞内同种形态的染色体有3条，则该细胞中有3个染色体组；图C细胞内同一种形态的染色体有1条，则该细胞中有1个染色体组。
细胞内有几种形态的染色体，一个染色体组内就有几条染色体。如图A细胞内有3种形态的染色体，则该细胞的一个染色体组内就有3条染色体；如图C 细胞内有5种形态的染色体，则该细胞的一个染色体组内就有5条染色体。
(2)根据基因型判断
在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因出现几次，则含有几个染色体组，可简记为“同一英文字母无论大写还是小写，出现几次就含几个染色体组”。如图B细胞内控制同一性状的基因出现4次，则含有4个染色体组。
(3)根据染色体数目的形态数判断
染色体组的数目=染色体数／染色体的形态数
如图A细胞内共含有9条染色体，染色体的形态数是3种，9/3=3，则该细胞内含有3个染色体组；如图 B细胞内共含有8条染色体，染色体的形态数是2种， 8/2=4，则该细脆内含有4个染色体组；如图C细胞内共含有5条染色体，染色体的形态数是5种，5/5=1，则该细胞内含有1个染色体组。
2．一些细胞分裂图中的染色体组数判断（如图）

①减数第一次分裂的前期，染色体4条，生殖细胞中含有染色体2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有2个染色体组。
②减数第二次分裂的前期，染色体2条，生殖细胞中含有染色体2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有1个染色体组。
③减数第一次分裂的后期，染色体4条，生殖细胞中含有染色体2条，每个染色体组有、2条染色体，该细胞中有2个染色体组。
④有丝分裂后期，染色体8条，生殖细胞中含有染色体2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有4 个染色体组。

知识拓展：

1、基因突变是染色体的某一位点上基因中碱基对的改变，是分子水平的变异，而染色体变异则是比较明显的染色体结构或数目的变异，属于细胞水平的变异。
2、判定生物是单倍体、二倍体、多倍体的关键是看它的发育起点。若发育起点是配子，不论其体细胞中含有几个染色体组都叫单倍体。若发育起点是受精卵，其体细胞中有几个染色体组就叫几倍体。
 3、体细胞染色体组为奇数的单倍体与多倍体高度不育的原因：进行减数分裂形成配子时，同源染色体无法正常联会或联会紊乱，不能产生正常配子。
4、单倍体育种得到的一般是纯合子。二倍体生物的花粉经单倍体育种后，得到的一定是纯合子植株。四倍体等多倍体的花粉经离体培养、秋水仙素处理后，可能产生杂合子。如BBbb的花粉基因型有三种：BB、 Bb、bb，培养处理后基因型分别是BBBB、BBbb（杂合子）、bbbb。
5、用秋水仙素处理使植株染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，叫单倍体育种；若操作对象为正常植株，叫多倍体育种。不能看到“染色体数目加倍” 就认为是多倍体育种。
6、不同生物的变异类型不同，不同生殖方式所带来的变异类型亦不相同，探究变异原因与变异类型时首先应注意的是生物的不同种类和生殖方式。
(1)病毒的可遗传变异的来源——基因突变。
(2)原核生物可遗传变异的来源——基因突变。
(3)真核生物可遗传变异的来源：
①进行无性生殖时——基因突变和染色体变异；
②进行有性生殖时——基因突变、基因重组和染色体变异。

人类基因组计划：

1、概念：人类基因的测序并了解其组成、结构、功能和相互关系。英文简称HGP。
2、人类基因组计划的目的：测定人类基因组的全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息。
3、参加人类基因组计划的国家：美国、英国、德国、日本、法国和中国，中国承担1%的测序任务。
4、与人类基因组计划有关的几个时间
(l)正式启动时间：1990年。
(2)人类基因组工作草图公开发表时间：2001年 2月。
(3)人类基因组测序任务完成时间：2003年。
5、已获数据：人类基因组由大约31.6亿个碱基对组成，已发现的基因约为2.0万-2.5万个。
6、内容：绘制人类遗传信息的地图，主要包括遗传图、物理图、序列图、转录图等。
7、意义：对于人类疾病的诊断和预防等具有重要意义。同时有可能导致争夺基因资源、基因歧视等负面效应的出现。

知识拓展：

1、不同生物的基因组测序

生物种类	人类	果蝇	水稻	玉米
体细胞染色体数	46条	8条	24条	20条
基因组测序染色体	24条（22常+XY）	5条（3常+XY）	12条	10条
原因	X、Y染色体非同源区段基因不同		雌雄同株，无性染色体

2、人类基因组和染色体组不是一回事。人类基因组是包含24条染色体（22条常染色体及X、Y性染色体）上的DNA碱基序列，而人的一个染色体组仅包含23条（配子中的）染色体。
例  “人类基因组计划”测定了人体细胞内的24 条染色体，这24条染色体是(  )
A．44条常染色体中任意20条和X、Y染色体
B．随机抽取的24条染色体
C．24对同源染色体的各一条
D．22对常染色体各一条和X、Y染色体
思路点拨：本题考查人类基因组计划的相关内容。人体细胞内有46条染色体即22对常染色体和X、 Y性染色体，在测序时22对常染色体每对取一条即可，但X、Y性染色体分别具有不同的基因和碱基序列，要分别进行测序。答案D