资料简介
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
一、肺炎双球菌的转化实验
1.两种肺炎双球菌的比较:
类型 R型菌 S型菌
菌体有无荚膜 无 ___
菌落表面形态 _____ 光滑
致病性 无毒性 ___毒性
粗糙
有
有
2.格里菲思的体内转化实验:
(1)实验过程:
(2)分析上述实验完成下列问题(连一连)。
(3)实验推论:已经被加热杀死的S型细菌中含有一种
“_________”,能使R型细菌转化为S型细菌。转化因子
3.艾弗里的体外转化实验:
(1)实验过程:
(2)实验结论:S型细菌的____是“转化因子”,是使R型
细菌产生稳定遗传变化的物质。
DNA
二、噬菌体侵染细菌实验
1.实验材料:__________________。
(1)T2噬菌体的结构及生活方式:
T2噬菌体和大肠杆菌
(2)T2噬菌体的增殖:
增殖需要的条件 内容
模板 ____________
合成噬菌体DNA的原料 大肠杆菌提供的________
_______
合成噬菌
体蛋白质
原料 _________________
场所 _________________
噬菌体的DNA
4种脱氧
核苷酸
大肠杆菌的氨基酸
大肠杆菌的核糖体
2.实验方法:___________法。该实验中用___________分
别标记噬菌体的蛋白质和DNA。
3.实验过程:
(1)标记噬菌体:
同位素标记 35S、32P
(2)侵染细菌:
4.实验结果分析:
(1)噬菌体侵染细菌时,其____进入细菌细胞中,而_____
_______留在外面。
(2)子代噬菌体的各种性状是通过________遗传的。
5.结论:____是遗传物质。
DNA 蛋白
质外壳
亲代DNA
DNA
【激疑】
以细菌或病毒作为遗传物质探索的实验材料具有哪些
优点?
提示:细菌和病毒作为实验材料,具有两个优点:
(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。
(2)繁殖快。
三、生物类型、代表生物与遗传物质的种类(连一连)
知识点一 肺炎双球菌的转化实验
1.肺炎双球菌两个转化实验的比较:
(1)区别:
体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲思 艾弗里及其同事
细菌
培养 小鼠体内 体外培养基
实验
构思
用加热杀死的S型
细菌注射到小鼠体
内作为对照实验来
说明确实发生了转
化
将物质提纯分离后,直接、
单独地观察某种物质在实
验中所起的作用
体内转化实验 体外转化实验
观察
指标 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型
实验
结论
加热杀死的S型细
菌体内有转化因子
S型细菌的DNA是遗传物质
,蛋白质等不是遗传物质
(2)联系:
①所用的材料相同。
②体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验
则是前者的延伸。
③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。
2.对S型细菌和R型细菌转化的理解:
(1)转化原理: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,氢键断裂,但缓慢冷却
时,其结构可恢复。
(2)转化实质: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。
(3)一般情况下,转化率很低,形成的S型细菌很少,转化
后形成的S型细菌可以遗传下去,快速繁殖形成大量的S
型细菌,说明S型细菌的DNA是遗传物质。
【思考·讨论】
1.将加热杀死的S型细菌和DNA酶与R型细菌一起加入试
管中,培养后将所得的细菌注入小鼠体内,小鼠是否死
亡?为什么?(科学思维)
提示:不死亡。由于DNA酶将加热杀死的S型细菌的DNA
水解,无法将R型细菌转化为S型细菌,所以小鼠不死亡。
2.R型细菌转化为S型细菌后,该S型细菌培养的后代是
哪种类型的细菌?(生命观念)
提示:S型细菌。
【素养案例】
(2019·淄博高一检测)肺炎双球菌有许多类型,有荚膜
的S型细菌有毒性,能引起人患肺炎或引起小鼠患败血
症死亡,无荚膜的R型细菌无毒性。如图为所做的细菌
转化实验。下列相关说法错误的是 ( )
世纪金榜导学号
A.c组为空白对照,实验结果为小鼠不死亡
B.能导致小鼠患败血症死亡的有a、d两组
C.e组实验表明,加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还
是无毒性的R型细菌
D.d组产生的有毒性的肺炎双球菌不能将该性状遗传给
后代
【解题导引】抓住两个关键:
(1)R型细菌无毒性,不能使小鼠患败血症;S型细菌有毒
性,能使小鼠患败血症死亡。
(2)遗传物质在亲子代之间具有稳定性和连续性。
【解析】选D。c组没有处理,肺炎双球菌无荚膜,为空
白对照,实验结果为小鼠不死亡,A项正确。a组没有处
理,肺炎双球菌有荚膜;d组加入的是S型肺炎双球菌的
DNA,能使无荚膜的肺炎双球菌转化为有荚膜的肺炎双
球菌,所以能导致小鼠死亡的有a、d两组,B项正确。
e组中是R型细菌+S型细菌的蛋白质,而S型细菌的蛋白
质不是转化因子,不能将R型细菌转化为S型细菌,小鼠
仍存活,所以加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是
无毒性的R型细菌,C项正确。d组产生的有毒性的肺炎
双球菌,能将该性状遗传给后代,D项错误。
【素养·探究】——母题追问
(1)科学思维——分析与讨论
上题实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、
原料、能量分别由哪方提供?其转化的实质是什么?
提示:实现转化时遗传物质来自S型细菌,原料和能量均
来自R型细菌;转化实质为“基因重组”。
(2)生命观念——结构与功能观
上题实验中“煮沸”是否已导致DNA和蛋白质变性?
提示:煮沸过程中,S型细菌的蛋白质变性失活,但是其
内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。
【素养·迁移】
科学家为探究转化因子的本质,进行了如图所示的一组
实验。该组实验不能得到的结果或结论是 ( )
A.实验2只出现R型菌落
B.实验1、3均出现R型和S型菌落
C.DNA是转化因子
D.DNA纯度越高转化效率就越高
【解析】选D。三组实验中,自变量是培养基加入的酶
种类,实验1中加入RNA酶,由于R型细菌的遗传物质是
DNA,加入的是加热杀死的S型细菌的DNA,所以RNA酶不
起作用,R型细菌可能发生转化,出现R型和S型菌落,同
理推出实验3也出现R型和S型菌落,B项正确。
实验2中加入DNA酶,破坏了S型细菌的DNA,R型细菌不发
生转化,只出现R型菌落,A项正确。三个实验说明DNA是
转化因子,C项正确。本实验未涉及DNA纯度这个变量,
所以不能得出“DNA纯度越高转化效率就越高”的结论
,D项错误。
【补偿训练】
肺炎双球菌转化实验的部分过程如图所示。下列叙述
正确的是 ( )
A.S型肺炎双球菌的菌落为粗糙的,R型肺炎双球菌的菌
落是光滑的
B.S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热杀死的S型
菌后的小鼠仍存活
C.从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌只有S型菌而无
R型菌
D.该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引
起的
【解析】选D。S型肺炎双球菌的菌落光滑,R型肺炎双
球菌的菌落粗糙,A错误;S型菌的DNA经加热后变性失活,
但温度降低后其活性可恢复,S型菌的相关蛋白质经加
热后失活,注射加热杀死的S型菌后的小鼠存活,B错误
;S型菌中某种物质可促使部分R型菌转化为S型菌,因此
从死亡小鼠中分离得到S型菌和R型菌,C错误;该实验证
明S型菌中存在某种转化因子,但不能证明转化因子是S
型菌的DNA,D正确。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题:
(1)病毒营寄生生活,T2噬菌体只能侵染大肠杆菌,而不
能侵染其他细菌。
(2)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,必须依赖活细胞生存。
2.T2噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验
的比较:
比较项目 T2噬菌体侵染细
菌实验
肺炎双球菌体外转化实
验
设计思路 设法将DNA和其他物质分开,单独研究它们
各自不同的功能
处理
方法
放射性同位素标
记法:分别标记
DNA和蛋白质的特
征元素
直接分离法:分离S型细
菌的多种组成物质,分别
与R型细菌混合培养
比较项目 T2噬菌体侵染细
菌实验
肺炎双球菌体外转化实
验
检测结果
的方式 检测放射性位置 观察菌落类型
结论 DNA是遗传物质 DNA是遗传物质,蛋白质
等不是遗传物质
3.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”
与“离心搅拌”:
(1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P
组的上清液中出现放射性,原因是部分噬菌体未侵染细
菌或子代噬菌体被释放出来。
(2)“离心搅拌”要充分——如果离心搅拌不充分,35S
组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离,噬菌体与细菌共存
于沉淀物中,这样造成沉淀物中出现放射性。
【思考·讨论】
1.噬菌体侵染细菌实验中,为什么要分别用35S和32P标
记噬菌体?为什么不能用14C、3H和18O进行标记?(科学思
维)
提示:35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在
同一个噬菌体上,因为放射性检测时,只能检测到存在
部位,不能确定是何种元素的放射性。噬菌体的蛋白质
和DNA中均含有C、H、O三种元素,所以不能标记这三种
元素。
2.如果用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的一组搅拌剧
烈,实验结果会出现怎样的异常现象?(科学思维)
提示:搅拌剧烈会导致大肠杆菌细胞被破坏,释放出其
中的子代噬菌体,32P标记的一组上清液中放射性也较高。
【素养案例】
（2019·江苏高考）赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大
肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的
叙述正确的是( )
A.实验中可用15N代替32P标记DNA
B.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的
C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【解析】选C。因为N是蛋白质和DNA共有的元素，若用
15N代替32P标记噬菌体的DNA，则其蛋白质也会被标记，
A项错误；噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA在大
肠杆菌体内编码的，B项错误；噬菌体的DNA合成的模
板来自噬菌体自身的DNA，而原料来自大肠杆菌，C项
正确；该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA，D项错
误。
【素养·探究——情境迁移】
赫尔希和蔡斯研究了T2噬菌体的蛋白质和DNA在侵染大
肠杆菌过程中的功能,搅拌离心后的实验数据如图所示,
请分析:
(1)图中被侵染的大肠杆菌的存活率基本保持在100%,
本组数据的意义是什么?(科学思维)
提示:作为对照组,以证明大肠杆菌未裂解。
(2)细胞外的32P含量有30%,原因可能是什么?(科学思维
)
提示:有部分标记的噬菌体还没有侵染大肠杆菌。
【方法规律】“二看法”判断子代噬菌体的标记情况
【素养·迁移】
(2019·长沙高一检测)图1、图2表示T2噬菌体侵染大
肠杆菌的相关实验,某同学据图分析总结出几个结论,
你认为正确的是 ( )
A.甲处的噬菌体一定含有放射性
B.乙处的噬菌体一定不含放射性
C.图1能证明DNA是遗传物质,而不能证明蛋白质不是遗
传物质
D.图2增设一组35S标记的T2噬菌体作对照,就能证明DNA
是遗传物质,同时也能证明蛋白质不是遗传物质
【解析】选A。分析图1可知,培养T2噬菌体的大肠杆菌
已被32P或35S标记,故甲处的子代噬菌体一定含有放射
性,A正确;用含有32P标记的T2噬菌体侵染未被标记的大
肠杆菌后,释放的子代噬菌体中,有部分含有放射性,B
错误;图1中用含有32P或35S的大肠杆菌培养T2噬菌体,
获得被标记的子代噬菌体,证明了T2噬菌体增殖时的原
料来自大肠杆菌,不能证明DNA是遗传物质,C错误;图2
增设一组35S标记的T2噬菌体作对照,可说明在T2噬菌体
增殖过程中,起遗传效应的物质是DNA,因为被35S标记的
蛋白质没有进入大肠杆菌中,故不能证明蛋白质不是遗
传物质,D错误。
【补偿训练】
(2017·全国卷Ⅱ改编)在证明DNA是遗传物质的过程中
,T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列
与该噬菌体相关的叙述,正确的是 ( )
A.T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖
B.T2噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质
C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核
酸中
D.人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型相同
【解析】选C。T2噬菌体只能侵染大肠杆菌,不能侵染
肺炎双球菌,A错误;病毒没有细胞结构,不能独立生活
,T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质,B错误;T2噬菌
体侵染大肠杆菌时,其DNA进入大肠杆菌,以大肠杆菌的
核苷酸为原料,合成子代噬菌体的DNA,而核苷酸中含有
P,则培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的
核酸中,C正确;人体免疫缺陷病毒为RNA病毒,T2噬菌体
为DNA病毒,二者所含核酸类型不同,D错误。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
1.烟草花叶病毒侵染烟草实验:
(1)过程及结果:
(2)结论:RNA是遗传物质。
2.生物的遗传物质不同:
生物
类型
细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核
生物 DNA病毒 RNA病毒
实例
动物、
植物
和真菌等
细菌、蓝
藻等
T2噬菌体
等
HIV、烟草
花叶病毒
等
核酸
种类
DNA和
RNA
DNA和
RNA DNA RNA
生物
类型
细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核
生物 DNA病毒 RNA病毒
遗传
物质 DNA DNA DNA RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数生物的
遗传物质是RNA
结论 DNA是主要的遗传物质
【思考·讨论】
1.病毒中有几种核酸、核苷酸、五碳糖和碱基?病毒的
遗传物质是否都是RNA?(生命观念)
提示:1种、4种、1种和4种;不一定,如T2噬菌体的遗传
物质是DNA。
2.细胞核中的遗传物质是DNA,那么细胞质中的遗传物
质是DNA还是RNA?(科学思维)
提示:细胞质中的遗传物质也是DNA。
【素养案例】
(2019·淄博高一检测)下列关于生物遗传物质的叙述
中,哪一项是正确的 ( )
A.细胞生物的遗传物质是DNA,非细胞生物的遗传物质
是RNA
B.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是
RNA
C.T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物
质
D.自然界中以DNA为遗传物质的生物类型较多
【解题导引】
(1)明确生物的遗传物质可以是DNA,也可以是RNA。
(2)明确遗传物质在亲子代之间具有稳定性和连续性。
【解析】选D。细胞生物包括真核生物和原核生物,遗
传物质都是DNA;自然界中以DNA为遗传物质的生物类型
较多,所以DNA是主要的遗传物质;T2噬菌体侵染细菌的
实验证明了DNA是遗传物质。
【素养·探究】——母题追问
(1)科学思维——分析与讨论
上题B选项前者细胞中的“核酸”和“遗传物质”是否
相同?为什么?
提示:不相同。因为真核细胞中有DNA和RNA两种核酸,
但是遗传物质只是DNA。
(2)生命观念——结构与功能观
上题C选项所述生物与HIV中碱基种类是否相同?解释原
因。
提示:不相同。T2噬菌体中含有胸腺嘧啶(T),而不含尿
嘧啶(U);HIV中含有尿嘧啶(U),而不含胸腺嘧啶(T)。
【素养·迁移】
(2019·洛阳高一检测)如图是某种高等植物的病原体
的遗传过程实验,实验表明这种病原体 ( )
A.寄生于细胞内,通过RNA遗传
B.可单独生存,通过蛋白质遗传
C.寄生于细胞内,通过蛋白质遗传
D.可单独生存,通过RNA遗传
【解析】选A。由以上分析可知,该病原体是RNA病毒,
只能寄生在活细胞中才能生存,通过RNA遗传,A正确;由
以上分析可知,该病原体是RNA病毒,不可单独生存,不
能通过蛋白质遗传,B错误;由以上分析可知,该病原体
是RNA病毒,只能寄生在活细胞中才能生存,不能通过蛋
白质遗传,C错误;由以上分析可知,该病原体是RNA病毒,
不能单独生存,通过RNA遗传,D错误。
【补偿训练】
如图表示T2噬菌体、乳酸菌、酵母菌和家兔体内遗传
物质组成中五碳糖、碱基和核苷酸的种类,其中与实际
情况相符的是 ( )
A.T2噬菌体 B.乳酸菌
C.酵母菌 D.家兔
【解析】选A。T2噬菌体是DNA病毒,其遗传物质为DNA,
含有1种五碳糖、4种碱基和4种脱氧核苷酸,A正确;乳
酸菌、酵母菌、家兔都含有DNA和RNA两种核酸,但遗传
物质都是DNA,含有1种五碳糖、4种碱基和4种脱氧核苷
酸,B、C、D错误。
【课堂回眸】
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