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实验探究生物的遗传物质
易错归因
对肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验的实验环节和操作原理理解不到位。
典型易错题
例1（2022·浙江·高考真题）S型肺炎链球菌的某种“转化因子”可使R型菌转化为S型菌。研究“转化因子”化学本质的部分实验流程如图所示
下列叙述正确的是（ ）
A．步骤①中，酶处理时间不宜过长，以免底物完全水解
B．步骤②中，甲或乙的加入量不影响实验结果
C．步骤④中，固体培养基比液体培养基更有利于细菌转化
D．步骤⑤中，通过涂布分离后观察菌落或鉴定细胞形态得到实验结果
【答案】D
【解析】艾弗里实验将提纯的DNA、蛋白质和RNA等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，结果发现：只有加入DNA，R型细菌才能够转化为S型细菌，并且DNA的纯度越高，转化就越有效；如果用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA，就不能使R型细菌发生转化。说明转化因子是DNA。题干中利用酶的专一性，研究“转化因子”的化学本质。步骤①中、酶处理时间要足够长，以使底物完全水解，A错误；步骤②中，甲或乙的加入量属于无关变量，应相同，否则会影响实验结果，B错误；步骤④中，液体培养基比固体培养基更有利于细菌转化，C错误；S型细菌有荚膜，菌落光滑，R型细菌无荚膜，菌落粗糙。步骤⑤中，通过涂布分离后观察菌落或鉴定细胞形态，判断是否出现S型细菌，D正确。故选D。
解题技巧
1．肺炎链球菌的两个转化实验
（1）体内转化实验和体外转化实验比较
项目 体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲思 艾弗里及其合作者
细菌培养场所 小鼠体内 体外培养基
实验构思 用S型活细菌、R型活细菌、加热后的S型死细菌对照，说明加热杀死的S型细菌与R型细菌混合组确实发生了转化 S型细菌的细胞提取物用DNA酶、RNA酶、蛋白酶、酯酶等降解相应的物质，用降解溶液与R型细菌混合培养，观察能否使R型细菌发生转化
实验过程 a. R型活细菌小鼠不死亡b. S型活细菌小鼠死亡 c. 加热后的S型死细菌小鼠不死亡 d. R型活细菌+加热后的S型死细菌小鼠死亡S型活细菌
观察指标 小鼠是否患败血症死亡 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 构成S型细菌的DNA、RNA、蛋白质等物质中，只有DNA能使R型细菌转化为S型细菌
（2）三点提醒：
①转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中。
②艾弗里的实验思路实际是用酶解法分别去除细胞提取物中某种成分后，观察能否将R型细菌转化。
③加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的，温度降低后蛋白质活性也不可恢复；而加热会使DNA双链解旋，随温度的降低DNA仍可恢复活性。
2．噬菌体侵染细菌实验
（1）实验过程
科学家 赫尔希和蔡斯
实验过程 ①标记细菌 细菌 + 含35S的培养基含35S的细菌 细菌 + 含32P的培养基含32P的细菌 ②标记噬菌体 含35S的细菌 + 噬菌体35S标记的噬菌体 含32P的细菌 + 噬菌体32P标记的噬菌体 ③噬菌体侵染细菌 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 + + 细菌 细菌 ④搅拌、离心、检测放射性
（2）过程分析
关键环节 目的 误差分析
保温 让噬菌体侵染细菌，完成生命活动 保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高，原因分别是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来
搅拌 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 搅拌不充分，35S组部分噬菌体与细菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，造成沉淀物中放射性偏高
离心 让上清液中析出较轻的T2噬菌体颗粒，若噬菌体吸附在大肠杆菌上，则随大肠杆菌沉淀 离心速度过快、时间过长，噬菌体会随大肠杆菌一起沉淀；离心速度慢，时间过短，部分大肠杆菌可能未沉淀下来
（3）易错警示
①噬菌体需用含有细菌的培养基培养，因为病毒是营寄生生活的，脱离了细菌，噬菌体不能正常生存。
②用32P标记的噬菌体侵染细菌，新形成的子代噬菌体中仅部分含有放射性。
③实验过程中，搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
④噬菌体侵染细菌的实验能证明DNA是噬菌体的遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质。
同类题练习
1．（2022·山东·三模）经过了几十年的争论和实验，生物遗传物质是什么这个悬而未决的问题得到解决。下列关于人类在探索遗传物质实验中的说法，错误的是（ ）
A．格里菲思肺炎链球菌转化实验的检测指标有两个
B．艾弗里的实验中，向细胞提取物中添加酶利用了加法原理
C．T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验需分别对蛋白质和DNA进行同位素标记
D．探究烟草花叶病毒遗传物质的实验需要将病毒的蛋白质和RNA分离、纯化，分别侵染烟草
2．（2021·安徽·肥东县综合高中模拟预测）下列有关“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（　　）
A．子代噬菌体中不能检测出35S标记的蛋白质
B．实验中搅拌是为了裂解细菌和释放噬菌体
C．实验结果证明了DNA是主要的遗传物质
D．用35S和32P的培养基分别培养噬菌体
3．（2022·浙江·二模）下列关于肺炎链球菌体内及体外转化实验以及T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的叙述，正确的是（ ）
A．三个实验的设计思路都是将DNA和蛋白质分开来、单独研究
B．肺炎链球菌的体内转化实验证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
C．体外转化实验中S型菌DNA与活的R型菌混合，在液体培养基中培养后可观察到两种菌落
D．用32P标记的一个噬菌体在不含放射性的大肠杆菌内增殖4代，具有放射性的噬菌体占总数的1/8
4．（2022·湖北·模拟预测）探究遗传物质的经典实验中，科学家们利用细菌、病毒等材料，进行了肺炎链球菌转化实验以及噬菌体侵染细菌实验。下列相关叙述正确的是（ ）
A．艾弗里利用小鼠和肺炎链球菌设计并进行体内转化实验，证明DNA是遗传物质
B．用RNA酶去除S型细菌提取物中的RNA并与R型菌混合培养，结果无R型菌出现
C．噬菌体侵染细菌的实验中，搅拌的目的是将噬菌体的蛋白质外壳与DNA分开
D．噬菌体侵染细菌的实验中，保温时间过长，对上清液蛋白质的放射性强度无影响
5．（2022·河南开封·模拟预测）在探究DNA是遗传物质的过程中，科学家利用肺炎链球菌及T2噬菌体等实验材料进行了多项实验。下列相关叙述错误的是（ ）
A．格里菲思的实验中具有荚膜的S型菌较R型菌更易在小鼠体内存活并繁殖
B．艾弗里的体外转化实验是先将S型菌各种成分分离，再分别与R型活菌混合
C．用35S标记的T2噬菌体侵染细菌，保温时间过长几乎不影响上清液中35S的含量
D．让T2噬菌体侵染用放射性32P标记的细菌，搅拌离心后上清液中一定无放射性
6．（2021·浙江绍兴·二模）1943年3月，艾弗里在洛克菲勒理事会上首次介绍了肺炎链球菌体外转化实验过程，主要步骤如下：
①用去氧胆酸盐溶液处理S型双球菌，再加乙醇得到乳白色沉淀。
②用盐溶液溶解沉淀，再用氯仿抽提去除蛋白质，最后加乙醇得到沉淀。
③用盐溶液溶解沉淀，加多糖水解酶处理4～6h后，再用氯仿抽提并用乙醇沉淀。
④用盐溶液溶解沉淀制得细胞提取物，加入R型活菌混合培养，观察到转化成功。
相关叙述错误的是（　　）
A．步骤①中去氧胆酸盐处理的目的可能是破碎S型菌细菌，释放胞内物质
B．步骤②得到的沉淀中含有DNA
C．步骤③选择多糖水解酶去除溶液中的多糖利用了酶的专一性
D．步骤④中转化成功的标志是R型菌全部转化为S型菌
7．（2022·安徽·淮北市教育科学研究所一模）如图甲表示加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化；图乙是噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤示意图。下列相关叙述错误的是（ ）
A．图甲中的实线代表S型细菌，虚线代表R型细菌
B．据图甲可知，只有一部分R型细菌转化为S型细菌
C．若图乙中的噬菌体被32P标记，则上清液中的放射性很低
D．图甲和图乙现有的实验环节，均不能证明DNA是遗传物质
8．（2022·广东广州·二模）烟草花叶病毒（TMV）和车前草花叶病毒（HRV）是两种亲缘关系较近的RNA病毒。将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后，用两种RNA分别感染烟草植株的叶片，叶片上出现不同形状病灶，用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶。将一种RNA与另一种病毒的蛋白质重组，得到两种杂交体，再用杂交体分别感染烟叶，烟叶上也出现病灶，病灶类型与杂交体的RNA种类有关而与蛋白质种类无关。下列叙述正确的是（ ）
A．实验结果说明病毒RNA也可独立完成完整的生命活动
B．因两种病毒RNA的亲缘关系较近，故二者的核苷酸含量相同
C．在被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中能收集到子代杂交体
D．实验证明了RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是
9．（2022·重庆·三模）探究生物遗传物质的实验很多，如肺炎链球菌体内转化实验、肺炎链球菌体外转化实验、噬菌体侵染细菌的实验和烟草花叶病毒侵染烟草实验。下列有关实验的分析正确的是（ ）
A．肺炎链球菌体内转化实验的结果为体外转化实验提出问题奠定了实验基础
B．噬菌体侵染细菌的实验结果能有效消除人们认为体外转化实验中所用蛋白质仍有少量核酸的疑问
C．烟草花叶病毒侵染烟草的实验结果能作为DNA是生物遗传物质的证据
D．四个实验所涉及的实验原理都是设法区分每一种物质，单独地直接地观察每一种物质的作用
10．（2022·广西·钦州市第三中学模拟预测）1952年，赫尔希和蔡斯利用同位素标记法，完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，实验包括4个步骤：①标记的噬菌体与细菌混合；②35S和32P分别标记噬菌体； ③放射性检测； ④离心分离。
（1）该实验步骤的正确顺序是______________。
A．①②④③ B．④②①③ C．②①④③ D．②①③④
（2）下图中锥形瓶内的培养液是用来培养___________，其内的营养成分中能否含有32P？_______。
（3）如果让放射性同位素主要分布在图中离心管的上清液中，则获得该实验中的噬菌体的培养方法是______。
A．用含35S的培养基直接培养噬菌体
B．用含32P培养基直接培养噬菌体
C．用含35S的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体
D．用含32P的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体
（4）用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现上清液中有放射性物质存在，这些放射性物质的来源可能是（两种可能）_____________________________
_____________________________________________________________________________。
同类题练习参考答案
1．B 【解析】肺炎链球菌转化实验包括格里菲思体内转化实验和艾弗里体外转化实验，其中格里菲思体内转化实验证明S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化为S型细菌；艾弗里体外转化实验证明DNA是遗传物质。T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P标记噬菌体→噬菌体与大肠杆菌混合培养→噬菌体侵染未被标记的细菌→在搅拌器中搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。格里菲思肺炎链球菌转化实验的检测指标：一个是看小鼠是否死亡，另一个就是看能否从死亡的小鼠体内分离得到S型活细菌，检测指标是两个，A正确；艾弗里实验中，向细胞提取物中添加酶去除其中的某种物质，利用了减法原理，B错误；T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验需分别对蛋白质和DNA进行同位素标记，C正确；探究烟草花叶病毒遗传物质的实验需要将病毒的蛋白质和RNA分离、纯化，分别侵染烟草，D正确。故选B。
2．A 【解析】噬菌体侵染细菌的实验：（1）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。（2）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。（3）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。由于含35S标记的蛋白质外壳没有进入细菌，所以实验中细菌裂解释放出的噬菌体不能检测出35S标记的蛋白质，A正确；实验过程中，搅拌的目的是为了让蛋白质外壳与噬菌体分离，B错误；“DNA是主要的遗传物质”的含义是针对所有的生物，绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA，所以DNA是主要的遗传物质，而该实验中噬菌体的遗传物质是DNA，只证明了DNA是遗传物质，而没证明DNA是主要的遗传物质，C错误；噬菌体是病毒，不能独立在培养基上生存，所以不能用含有放射性同位素35S和32P的培养基培养噬菌体，应该先用35S和32P的培养基分别培养细菌，细菌被标记以后，再用被标记的细菌去培养噬菌体，D错误。故选A。
3．D 【解析】在格里菲思体内转化实验、艾弗里体外转化实验和T2噬菌体侵染细菌这三个实验中，只有肺炎链球菌的体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的设计思路是将DNA和蛋白质分开来、单独研究，A错误；格里菲思体内转化实验证明S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化为S型细菌；不能证明证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质，B错误；S型菌DNA与活的R型菌混合，在固体培养基中培养后可观察到两种菌落，C错误；32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染细菌时，只有DNA分子进入细菌并作为模板控制子代噬菌体合成，而合成子代噬菌体的原料均来自细菌。用32P标记的噬菌体在不含放射性的大肠杆菌内增殖4代，根据DNA半保留复制特点，具有放射性的噬菌体占总数为2/24=1/8，D正确。故选D。
4．D 【解析】格里菲思利用小鼠和肺炎链球菌设计并进行体内转化实验，证明存在“转化因子”，但未能证明该转化因子的本质，此后艾弗里用体外转外实验证明转化因子是DNA，A错误；由于肺炎链球菌的遗传物质是DNA，用RNA酶去除S型细菌提取物中的RNA并与R型菌混合培养，不影响DNA的作用，故结果中仍有R菌和S菌出现，B错误；在噬菌体侵染细菌的实验中，搅拌的目的是使噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分离开来，C错误；噬菌体侵染细菌的实验中，保温时间过长，子代噬菌体会裂解释放，影响上清液中DNA的含量，但对上清液蛋白质的放射性强度无影响，D正确。故选D。
5．D 【解析】具有荚膜的S型菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内存活并繁殖，A正确；艾弗里的体外转化实验是先将S型菌的各种成分提取分离，再分别与R型活菌混合培养，B正确；用35S标记的T2噬菌体侵染细菌，即使保温时间过长，释放的子代噬菌体也没有放射性，故搅拌离心后，上清液放射性几乎不受保温时间的影响，C正确；用T2噬菌体侵染含32P标记的细菌，经搅拌离心后，理论上上清液中不含放射性，但是实际上，受到操作等因素的影响，有放射性的子代T2噬菌体被释放出来，会导致上清液具有少量的放射性，D错误。故选D。
6．D 【解析】在艾弗里证明遗传物质是DNA的实验中，艾弗里将S型细菌的DNA、蛋白质、糖类等物质分离开，单独的、直接的观察它们各自的作用。另外还增加了一组对照实验，即DNA酶和S型活菌中提取的DNA与R型菌混合培养。用去氧胆酸盐溶液处理S型链球菌，使其破碎并释放胞内物质，再加乙醇得到乳白色沉淀，A正确；步骤②运用的原理是核酸复合物在低盐浓度下因溶解度降低而沉淀，加入氯仿后除去蛋白质，加入酒精后DNA析出为沉淀，因此沉淀中有DNA，B正确；步骤③选择多糖水解酶去除溶液中的多糖利用了酶的专一性，C正确；步骤④中转化成功的标志是细菌培养基上出现S型菌菌落，同时也有R型菌菌落，D错误。故选D。
7．A 【解析】题图分析：甲图中AB段由于细菌刚进入小鼠体内，小鼠还没有产生相应的抗体，所以R型细菌会增多，随后由于机体免疫系统的作用，R型细菌数量减少，同时该实验中部分R型菌转化成了S型菌，S型菌的大量增殖对小鼠的免疫功能损害，R型细菌然后大量增殖。乙图中从理论上讲，乙图中35S放射性只会出现在上清液中，但在实际操作中沉淀物中也会出现部分放射性。若乙图中的实验如果没经过搅拌过程或搅拌不彻底，则很多噬菌体会附着在细菌表面，经过离心后会进入沉淀物中，使得沉淀物中的放射性增强。图甲中的实线代表R型细菌，虚线代表S型细菌，由于部分R型细菌转化成S型细菌，因而S型细菌的起点为0，且随着S细菌的大量繁殖，R型细菌也随之大量繁殖，A错误；由于图甲中的S型菌数量从0开始，且注射进入小鼠的细菌中并没有S型菌，据此可推测，只有一部分R型细菌转化为S型细菌，且S型细菌可以繁殖后代，B正确；32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染细菌时DNA进入细菌，若图乙中的噬菌体被32P标记，经过搅拌离心后进入沉淀物中，因此沉淀物中放射性高，上清液中的放射性很低，与图乙的实验结果相反，C正确；图甲所示的实验结果可证明S型细菌中存在某种转化因子，能将R型细菌转化为S型细菌，但不能证明DNA是遗传物质，图乙中，35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，而噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳没有进入细菌，需要再设置被32P的标记噬菌体进行侵染实验，随后通过实验结果的相互对照得出DNA是遗传物质的结论，即图甲和图乙现有的实验环节，均不能证明DNA是遗传物质，D正确。故选A。
8．D 【解析】病毒主要由核酸和蛋白质组成，烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）都是RNA病毒。病毒没有独立生存能力，生活离不开细胞，所以病毒的RNA也不能独立完成完整的生命活动，A错误；TMV和HRV虽然亲缘关系较近，但二者遗传物质不同，所以无法判断二者核苷酸的含量，B错误；由于病灶类型与杂交体的RNA种类有关而与蛋白质种类无关，所以被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中不能收集到子代杂交体，只能收集到TMV或HRV，取决于RNA的来源，C错误；根据题干信息“将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后，用两种RNA分别感染烟草植株的叶片，叶片上出现不同形状病灶，用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶”，说明RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是，D正确。故选D。
9．A 【解析】肺炎链球菌转化实验证明DNA是遗传物质，但由于当时技术水平的限制，艾弗里提纯的DNA中混有少量的蛋白质，因此其实验结论遭到后人的质疑。噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌，蛋白质外壳留在细菌外，这样到达DNA分子和蛋白质的彻底分离，因此其实验结果更具有说服力。烟草花叶病毒感染烟草实验说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，进而说明DNA是主要的遗传物质。格里菲思做的肺炎链球菌在小鼠体内转化的实验只能说明存在“转化因子”，没有证明DNA是主要的遗传物质，实验的结果为体外转化实验提出问题奠定了实验基础。A正确；赫尔希和蔡斯做的噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，实验结果并不能消除人们认为体外转化实验中蛋白质含有少量核酸的问题，B错误；烟草花叶病毒的感染和重建实验，说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，C错误；肺炎链球菌体内转化实验不是单独地直接地观察每一种物质的作用，D错误。故选A。
10．（1）C
（2）大肠杆菌 不能
（3）C
（4）没有侵入大肠杆菌的噬菌体或侵入大肠杆菌的噬菌体经增殖后释放出的子代噬菌体
【解析】噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P标记噬菌体→噬菌体与大肠杆菌混合培养→噬菌体侵染未被标记的细菌→在搅拌器中搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。
（1）噬菌体是病毒，是在活细胞中营寄生生活的生物，不能直接在培养基上培养，所以要先培养细菌，使细菌被标记，用噬菌体侵染被标记的细菌，再用被标记的噬菌体侵染未标记的细菌，保温、离心处理，检测放射性，因此顺序为②①④③，故选C。
（2）如果标记噬菌体，则先标记细菌，图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌的；根据图示：上清液测得放射性，说明标记的是S元素，根据实验的单一变量原则，培养液的营养成分不能含有32P。
（3）AB：噬菌体只能寄生在活细胞内，不能单独用普通培养基培养，AB错误；CD：已知放射性同位素主要分布在图中离心管的上清液中，说明该实验标记的是S元素，故应用含35S的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体，C正确、D错误。故选C。
（4）用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现上清液中有放射性物质存在，这些放射性物质的来源可能是有未注入DNA的噬菌体或者离心时间过长，子代噬菌体得以释放，经离心后到达上清液中。
答案第1页，共2页
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