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第20课时 DNA是主要的遗传物质
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基础梳理
一、格里菲斯的肺炎双球菌的转化实验
1、格里菲斯实验所用的肺炎双球菌有两种，S型是_________，R型是___________。（①有荚膜，②无荚膜，③菌落表面光滑，④菌落表面粗糙）
2、注射S型活菌的小鼠_______，注射R型活菌的小鼠_____，注射加热杀死的S型菌后小鼠 _______，将R型菌与加热杀死的S型菌混合，再注射给小鼠，小鼠_______。（A 死亡，B 不死亡）。
3、格里菲斯的实验结论是：加热杀死的S型菌中，含有能使R型菌转化的_____________。
二、艾弗里的转化实验
1、艾弗里等人为了弄清格里菲斯所说的转化因子是什么物质，对S型菌中的物质进行了_______和_______，将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质加入到培养了R型菌的培养基中，结果发现，只有加入了________的培养基中的R型菌才能转化成S型菌。为了进一步证实DNA能使R型菌转化，用__________处理DNA，发现处理后，不能使R型菌转化。
2、艾弗里的结论是：________________________________ _________________。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1、由于艾弗里提取的DNA纯度不高，仍混有________，因此，有人对艾弗里的实验结论表示怀疑。赫尔希和蔡斯利用______________技术，设计了更有说服力的实验。
2、实验中，分别用_______标记噬菌体的蛋白质，用________标记噬菌体的DNA，让噬菌体侵染细菌。一段时间后，搅拌、离心，发现用_______标记的一组，放射性主要出现在上清液中，而用_______标记的一组，放射性主要出现在沉淀物中。进一步对释放出的子代噬菌体检测，可以检测到_______标记的________，而不能检测到_______标记的____ _______。
3、他们二人的实验表现，噬菌体侵染细菌时，_________进入到细菌的细胞中，而___________留在外面。因此子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的___________遗传的。DNA是____________________。
四、DNA是主要的遗传物质
后来的研究证明，遗传物质除了DNA外，还有RNA。遗传物质是RNA的生物是________________，如____________。DNA是主要的遗传物质中“主要”的含义是____________ _________________________。
考点突破
考点一、肺炎双球菌的转化实验
1、转化的过程，实质上是S型肺炎双球菌的控制荚膜合成的质粒进入到R型菌中，并且在R型菌中表达，这样R型菌就出现了荚膜，转化成了S型菌。
（1）荚膜是肺炎双球菌细胞体的一种结构，也是由相应的基因控制的。
（2）相应的基因在质粒上，质粒有能力进入R型菌，并且有能力进R型菌细胞中表达。
2、转化的结果：
（1）并不是所有的R型菌都有质粒进入，同时质粒进入后也不一定都能表达，因此，并不是全部的R型菌都能转化成S型菌。
（2）转化形成的S型菌内，控制荚膜合成的基因将一直存在，并在肺炎双球菌的增殖而复制传给后代，因此，它们的子代仍然是有荚膜的S型菌。
3、和格里菲斯和艾弗里实验不符合的几种可能情况
（1）注射R型活菌，导致小鼠死亡——可能是其中混有S型菌，也可能是注射的R型菌数量太多，超过了小鼠的免疫能力。
（2）将加热杀死的S型菌和活的R型菌混合，给小鼠注射，小鼠不死亡——可能是加热时温度过高，破坏了S型菌的DNA，也可能是时间太短或其它原因，没有R型菌发生转化或转化成的S型菌太少，不足以使小鼠致病。
（3）艾弗里实验中，加DNA的一组未转化——DNA的结构可能被破坏，或转化的数目太少，形成的菌落不明显。
（4）艾弗里的实验中，加其它物质的组发生了转化——提取不纯，有关物质中混有DNA
（5）加入DNA酶后，仍然有转化现象——酶已失去活性，反应条件不适合等。
例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→加入R型菌→注射入小鼠
②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
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】S型菌的DNA被DNA酶水解后，不能转移和表达，不能导致R型菌的转化，小鼠不死亡；不论R型菌如何，不会导致S型菌变化，小鼠死亡；实验③中，R型菌已死亡，即使加入S型菌的DNA，也不可能转化成S型菌。因此，在四个实验中，①③④小鼠均能存活，只有②小鼠死亡。
【答案】D
变式1、格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌的转化实验，证实了（ ）
① DNA是遗传物质 ②RNA是遗传物质 ③DNA是主要的遗传物质 ④蛋白质不是遗传物质 ⑤糖类不是遗传物质 ⑥DNA能产生可遗传的变异
A．①④⑤⑥ B. ②④⑤⑥
C.②③⑤⑥ D. ③④⑤⑥
【解析】艾弗里通过体外转化实验，证明了DNA是遗传物质，蛋白质、脂质、糖类、RNA不是遗传物质，转化本身可解释为发生了可遗传的变异。同时，没有研究RNA病毒的遗传情况，不能得出RNA是遗传物质、DNA是主要的遗传物质的结论。
【答案】A
考点二、噬菌体侵染细菌的实验
1、采用这两种同位素进行标记的原因
S只存在于蛋白质中，P几乎都存在于DNA中。
2、标记的方法
分别中含32P的原料（脱氧核苷酸）和S35的原料（氨基酸）培养大肠杆菌，再让噬菌体侵染含32P或35S的大肠杆菌。这样，噬菌体的DNA或蛋白质外壳将被32P或35S标记。
3、实验中搅拌、离心的目的是让较小和噬菌体和较大的细菌分开，按照实验预期，离心的结果，上清液中含有噬菌体侵染细菌后留在细胞外面的蛋白质外壳，而下层则是被噬菌体侵染的细菌，噬菌体的DNA位于细菌内部，分布在下层沉淀物中。因此，用P32标记噬菌体，沉淀物中有放射性，而用S35标记噬菌体，上清液有放射性。这是严格按实验预期的结果。
但实验中并不完全是这样，若时间过短，有的噬菌体没有侵染细菌，或由于时间过长，子代噬菌体可能已经组装完成释放出来，上清液中也会出现含P32标记的噬菌体。另一方面，S35标记的蛋白质外壳，在搅拌、离心过程中可能没有和大肠杆菌分离，仍结合在大肠杆菌的表面，离心时处于沉淀物中。
例2．赫尔希通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括4个步骤；①培养噬菌体，②35S和32P标记噬菌体，③放射性检测，④离心分离。实验步骤的先后顺序为：
A．①②④③ B．④②①③
C．②①④③ D．②①③④
【解析】实验步骤是先对噬菌体进行标记（标记方法是先用含放射性同位素的原料培养大肠杆菌，再使噬菌体侵染大肠杆菌），再使标记后的噬菌体侵染大肠杆菌，即培养噬菌体，然后进行离心、检测放射性。
【答案】C
变式2、在证明DNA是遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记噬菌体的DNA和蛋白质，在下图中标记元素所在部位依次是
A．①④ B．②④
C．①⑤ D．③⑤
【解析】P元素存在于DNA分子中的磷酸中，即部位①，S元素存在于氨基酸的R基上，即部位④
【答案】A
考点三、探索烟草花叶病毒的遗传物质是RNA的实验
1、研究烟草花叶病毒的遗传物质时，人们已确信遗传物质是DNA，但对烟草花叶病毒的遗传物质是DNA还是RNA还不能确定。
2、研究方法是：第一步，分离出烟草花叶病毒的核酸，分成A、B两份。第二步，向A中加入DNA水解酶，向B中加入RNA水解酶，第三步，用处理后A液和B液分别感染烟草，观察是否出现病斑。最后的实验结果是烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
此后，科学家又进行了病毒的重组实验，进一步证明了核酸是病毒的遗传物质。
例3．科学家从烟草花叶病毒（TMV）中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验（见下表）中，不可能出现的结果是
A．实验① B．实验② C．实验③ D．实验④
实验编号 实验过程 实验结果
病斑类型 从病斑中分离的病毒类型
① a型TMV感染植物 a型 a型
② b型TMV感染植物 b型 b型
③ 组合病毒（a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA）感染植物 b型 a型
④ 组合病毒（b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA）感染植物 a型 a型
【解析】本题考查的是病毒遗传物质的特点。烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而蛋白质不是遗传物质，因此在③中，组合病毒的遗传物质是b型的，因此病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型也应是b型的。
【答案】C
变式3、如图所示，甲、乙两种不同的病毒，经病毒重建形成“杂交病毒”丙，用丙病毒侵染植物细胞，在植物细胞内产生的新一代病毒可表示为
【解析】病毒的性状由内部的核酸决定
【答案】D
课时作业
1.下列关于格里菲思的肺炎双球菌的转化实验的叙述，正确的是（ ）
A.加热杀死的有荚膜肺炎双球菌能使小白鼠致死
B.可以用3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸来研究R型肺炎双球菌中DNA的复制
C.加热杀死的S型肺炎双球菌和活R型肺炎双球菌混合培养后感染小白鼠能使其致死
D.该实验证明DNA是遗传物质，而多糖类不是
【解析】加热杀死的有荚膜肺炎双球菌没有致病性，不能使小白鼠致死，但是和活R型肺炎双球菌混合培养后，由于发生转化作用，产生了S型细菌，感染小白鼠能使其致死。尿嘧啶核糖核苷酸是RNA的组成成分，不是DNA的组成成分。格里菲思的实验只是证明了转化因子的存在，并没有证明DNA是遗传物质，也没有证明多糖等不是遗传物质。
【答案】C
2．关于艾弗里的肺炎双球菌转化实验的叙述中错误的是（ ）
A．需对S型细菌中的物质进行提取、分离和鉴定
B．配制培养基的成分应适合噬菌体生长和繁殖
C．转化的有效性与提取的DNA纯度密切相关
D．实验证明了DNA是遗传物质而蛋白质不是
【解析】噬菌体是寄生在细菌体内的，因此培养基直接培养的是细菌。
【答案】B
3．“肺炎双球菌的转化实验”证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。得出这一结论的关键是（ ）
A．用S型活细菌和加热杀死后的R型细菌分别对小白鼠进行注射，并形成对照
B．用杀死的S型细菌与无毒的R型细菌混合后注射到小白鼠体内，测定小白鼠体液中抗体的含量
C．从死亡小白鼠体内分离获得了S型细菌
D．将S型细菌的各种因子分离并分别加入到各培养基中，培养R型细菌，观察是否发生变化
【解析】实验的关键就是设法把DNA和蛋白质等其他物质分开，单独地、直接地观察各种物质的作用。
【答案】D
4．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，以下实验步骤的先后顺序为（ ）
①用分别含有35S和32P的培养基培养细菌②利用培养基培养噬菌体③用噬菌体分别与含有35S和32P的细菌混合培养④放射性检测⑤离心分离
A．①③⑤④B．①③④⑤
C．①②③④⑤D．②①③⑤④
【解析】噬菌体不能用一般培养基培养，应先获得分别由35S和32P标记的细菌，再让噬菌体分别侵染被35S和32P标记的细菌，从而获得分别用35S和32P体标记的噬菌体，与无标记的细菌混合培养，再离心分离，最后进行放射性检测。
【答案】A
5．科学家用含有15N的培养基培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌培养T2噬菌体，待大肠
杆菌解体后15N（ ）
A．不出现在T2噬菌体中
B．仅发现于T2噬菌体的DNA中
C．发现于T2噬菌体的外壳和DNA中
D．仅发现于T2噬菌体的外壳中
【解析】噬菌体在大肠杆菌中增殖时，所用原料(氨基酸和脱氧核苷酸)都来自大肠杆菌。
由于大肠杆菌在含15N的培养基中培养，所以大肠杆菌内的氨基酸和脱氧核苷酸都含
15N。因此，在子代噬菌体的蛋白质和DNA中都含有15N。
【答案】C
6.噬菌体侵染细菌的实验中，对噬菌体蛋白质合成的正确叙述是（ ）
A.原料、模板和酶来自细菌
B.模板和酶来自细菌，核糖体和氨基酸原料来自噬菌体
C.指导蛋白质合成的DNA来自细菌，氨基酸原料来自噬菌体
D.指导蛋白质合成的DNA来自噬菌体，核糖体、酶和氨基酸原料来自细菌
【解析】在噬菌体侵染细菌的实验中，只有噬菌体的DNA进入细菌，在细菌体内最终形成了新的噬菌体。所以指导蛋白质合成的DNA来自噬菌体，而核糖体和酶、原料等均来自细菌。
【答案】D
7．有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如图：
一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是（ ）
选项 放射性 S元素 P元素
A 全部无 全部32S 全部31P
B 全部有 全部35S 多数32P，少数31P
C 少数有 全部32S 少数32P，多数31P
D 全部有 全部35S 少数32P，多数31P
【解析】图解中家禽体细胞标记32P，H5N1病毒寄生后被32P标记。将含32P的H5N1寄生在35S的家禽体细胞中则子代新合成的蛋白质全部含35S，而子代中只有少数含有32P的核酸，故D结果正确。
【答案】D
8．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液的放射性占15%，沉淀物的放射性占85%。上清液带有放射性的原因可能是（ ）
A．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌
B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离
C．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体
D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中
【解析】理论上上清液中是不含有32P的，因为噬菌体的DNA全部注入到了大肠杆菌内，但在实际操作时，由于一部分噬菌体没有侵入大肠杆菌中或由于保温时间过长，大肠杆菌裂解，释放出噬菌体，经搅拌、离心后会进入上清液，产生误差。
【答案】C
9.下列有关遗传物质的描述错误的是（ ）
A.正常情况下，同一生物的不同组织，DNA结构一定相同，数量也一定相同
B.正常情况下，同一生物的不同组织，DNA结构一定相同，数量可能不同
C.细胞生物的遗传物质都是DNA
D.任何生物个体的遗传物质只有一种
【解析】正常情况下，同一生物的不同组织，细胞质中的DNA含量会有很大不同。任何一种生物，即使体内同时含有两种核酸，遗传物质也只能是其中的一种，如人的遗传物质是DNA，不能说人的遗传物质是DNA和RNA(当然可以说人的遗传物质是核酸)。
【答案】A
10.(2010·太原质检)关于DNA的分布，正确的是（ ）
A.真核细胞的细胞质不存在DNA
B.原核细胞如果含DNA就不含RNA
C.哺乳动物成熟红细胞都不含DNA
D.酵母菌细胞中的DNA都分布在细胞核和线粒体中
【解析】原核细胞和真核细胞都含有DNA和RNA，真核细胞的DNA主要分布在细胞核内，在细胞质中含有少量的DNA；哺乳动物成熟红细胞的细胞核和各种细胞器均退化，不含有DNA；酵母菌是真核生物，除细胞核和线粒体含有DNA外，细胞质中还含有质粒(小型环状DNA)。
【答案】C
11．下图为肺炎双球菌转化实验的图解。请回答：
(1)分析图A可以看出，加热杀死有毒的S型细菌与活的R型无毒的细菌混合注入小鼠体内，小鼠将_____________________________________，原因是________________________________________________________________。
(2)若用同位素标记法分别对蛋白质和DNA进行标记，可选用下列哪一组（ ）
A．14C和18OB．35S和32P
C．14C和32PD．35S和18O
(3)分析图B可以看出，该实验获得成功的最关键设计是__________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
【解析】(1)分析图A可以看出，加热杀死的有毒S型细菌与活的R型无毒的细菌混合后，可转化为有毒性的S型活细菌，小鼠将死亡。(2)蛋白质含有S，不含P元素，核酸含有P而不含S元素，因此可用35S和32P分别对蛋白质和DNA进行标记。(3)分析图B可知，加入S型细菌DNA，R型无毒的细菌发生转化，表现了S型细菌的性状，这说明S型细菌的DNA进入了R型细菌细胞中，实现对其性状的控制，也说明DNA是遗传物质。该实验获得成功的最关键设计是设法将DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察它们的作用。
【答案】(1)死亡死的S型细菌能使R型细菌转化成活的有毒的S型细菌，使小鼠死亡
(2)B(3)设法将DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察它们的作用
12.研究发现少数病毒(如烟草花叶病毒，简称TMV)体内仅有蛋白质和RNA两种化学成分，这类生物的性状(如TMV能感染正常烟草的叶片，使之出现相应的病斑)的遗传是受RNA还是蛋白质控制？请设计实验探究TMV的遗传物质。
(1)实验原理：
①利用水—苯酚溶液可以将TMV分离，获得TMV的蛋白质和RNA。
②_______________________________________________________________________________。
③_______________________________________________________________________________。
(2)实验材料：烟草花叶病毒、正常生长的烟草、苯酚、试管、玻璃棒等必需的实验器材。
(3)主要实验步骤：
①获得TMV的RNA和蛋白质：__________________________________________________。
②选择材料并分组：取正常生长的烟草植株，选取________________________________的三张叶片，分别编号A、B、C。
③实验处理
A B C
用感染 用感染 用感染
④正常培养烟草植株，并注意观察__________________________。
(4)结果预测与结论：
①A、B叶出现病斑，C叶正常，并且用B叶病斑组织感染正常烟草叶片，仍出现相同病斑，说明__________________________________。
②____________________________________________________________________________________，说明TMV的RNA是遗传物质。
③若A、B、C都有病斑，并且用B、C叶病斑组织感染正常烟草叶片，仍出现相同病斑，说明___________________________________。
④若只有A叶出现病斑，B、C叶正常，并且用A叶病斑组织感染正常烟草叶片，仍出现相同病斑，说明：___________________________________。
【解析】根据题目要求探究的问题分析可知，不同病毒感染烟草所表现的症状是不同的，根据性状表现推测遗传物质是哪种物质，设置实验时要将TMV病毒的蛋白质与RNA分离，分别感染正常烟草植株，同时设置完整TMV感染作对照。实验观察时，以烟草叶片是否出现病斑为依据，预测实验结果时将所有可能的结果及相应结论全部预测出来，符合实验的探究性原则。
【答案】(1)②TMV能感染正常烟草使之出现相应病斑
③遗传物质能使生物性状保持相对稳定
(3)①水—苯酚溶液分离TMV，获得纯净的TMV蛋白质和RNA②生长状态基本相同③完整的TMVTMV的蛋白质TMV的RNA④相应叶片是否表现症状
(4)①TMV的蛋白质是遗传物质②A、C叶出现病斑，B叶正常，并且用C叶病斑组织感染正常烟草叶，仍出现相同病斑③TMV的RNA和蛋白质都可以作为遗传物质
④TMV的RNA和蛋白质结合在一起，共同作为遗传物质
13．1928年，英国细菌学家格里菲思想研制出能抗肺炎双球菌的疫苗。当时，他选择了两种肺炎双球菌：带有荚膜、有毒的S型细菌和没有荚膜、无毒的R型细菌。通过实验，格里菲思发现将加热杀死的S型细菌和R型活菌混合注射到小鼠体内，会使小鼠致死。检查死鼠血样，发现其体内竟然存在S型活菌。请依据上述材料回答下列问题。
(1)格里菲思根据实验得出的结论是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)小鼠体内产生的抗肺炎双球菌抗体的化学本质是________________________。
(3)有人设想抗R型细菌的抗体也可能抗S型细菌(R型细菌可以作为S型细菌的疫苗)。请为他设计一个实验验证这一想法。
实验目的：验证抗R型细菌的抗体也能抗S型细菌(R型细菌可以作为S型细菌的疫苗)。
实验原理：____________________________________。
实验材料：小鼠若干只、S型活菌、R型活菌、生理盐水、注射器等。(提示：可用生理盐水配制一定浓度的活菌液，但浓度和剂量不做要求。)
实验过程：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
实验预期：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
【解析】(1)在格里菲思年代，还没有提出基因的概念，在他的实验中，他提出加热杀死的S型细菌中必须含某种“转化因子”，使R型细菌转化成S型细菌。(2)抗体的化学本质是蛋白质(或免疫球蛋白)。(3)作为机体的免疫机制，动物体受到外界抗原性物质刺激可产生特异性抗体，将抗原消灭，这是该实验设计的原理。为探究抗R型细菌的抗体也可能抗S型细菌，需要按照对照原则进行实验设计，具体设计步骤见答案。实验预期结果应该有两种结果，一是若甲组小鼠存活，而乙组小鼠死亡，说明抗R型细菌的抗体也能抗S型细菌(R型细菌可以作为S型细菌的疫苗)；二是若甲、乙两组小鼠都死亡，说明抗R型细菌的抗体不能抗S型细菌(R型细菌不可以作为S型细菌的疫苗)。
【答案】(1)加热杀死的S型细菌中必然含某种“转化因子”，使R型细菌转化成S型细菌
(2)蛋白质(3)实验原理：动物体受到外界抗原性物质刺激可产生特异性抗体，将抗原消灭
实验过程：①取小鼠若干只，均等地分为两组，编号为甲组和乙组②在甲组体内注射用生理盐水配制的R型活菌液1mL，在乙组体内注射等量的生理盐水③一段时间后，再分别给甲、乙两组注射用生理盐水配制的S型活菌液1mL，观察两组小鼠的生活状况
实验预期：①若甲组小鼠存活，而乙组小鼠都死亡，说明抗R型细菌的抗体也能抗S型细菌(R型细菌可以作为S型细菌的疫苗)②若甲、乙两组小鼠都死亡，说明抗R型细菌的抗体不能抗S型细菌(R型细菌不可以作为S型细菌的疫苗

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