资源简介

3.1DNA是主要的遗传物质学案
【学习目标】
概述DNA是遗传物质的探索过程。
阐述肺炎链球菌的转化实验的过程及结论。
阐述噬菌体侵染细菌的实验的过程及结论。
【学习重难点】
教学重点
（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
（2）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
教学难点
（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
（2）如何理解DNA是主要的遗传物质。
【预习新知】
对遗传物质的早期推测
1.蛋白质
（1）蛋白质是由多种 连接而成的生物大分子，各种氨基酸可以按照不同的
排列，形成不同的蛋白质。
（2）氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着 。因此，当时大多数科学家认为， 是生物体的遗传物质。
2.DNA
DNA是由许多 聚合而成的生物大分子，组成DNA分子的脱氧核苷酸有四种，每一种有一个特定的碱基，脱氧核苷酸的多种多样的排列顺序，也可能蕴含着 。由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲思的转化实验：
（1）两种肺炎链球菌的比较
特点 类型 菌落 荚膜 致病性
S型 光滑 有 有
R型 粗糙 无 无
（2）实验过程：
①R型活细菌， 无毒小鼠 不死亡
②S型活细菌，有毒小鼠 死亡
③加热杀死的S型细菌， 无毒 小鼠 不死亡
④R型活细菌+加热杀死的S型细菌， 有毒 小鼠 死亡
（3）实验结论：
从第4组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以推断：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质—— 转化因子
2.艾弗里的转化实验
（1）实验过程
①第1组：
②第2—4组：
③第5组：
（2）实验结果
①该实验证明了荚膜多糖、蛋白质、RNA、脂质等不是S型细菌的遗传物质
②该实验还证明了转化因子是 DNA
3.肺炎链球菌的体内和体外转化实验的比较
项目 体外转化实验 体内转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里
实验结果 用小鼠 用培养基
实验结论 加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型 S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型
两实验的联系 所用材料相同，都是肺炎链球菌（R型、S型） 体外转化实验是基础，仅说明加热至死的S型菌体内有转化因子，体外转化实验进一步证明转化因子是DNA 两实验都遵循对照原则、单一变量原则
噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体的结构：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，头部含有 DNA 。
2.T2噬菌体的增殖特点：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
3．T2噬菌体侵染细菌的过程：
4．实验过程：
5.实验结果：
亲代噬菌体 寄主细胞内 子代噬菌体 实验结论
32P标记DNA 有 有 DNA是遗传物质
35S标记蛋白质 无 无
6.实验结论：子代噬菌体的各种形状，是通过亲代的 DNA 遗传的。 DNA 才是噬菌体的遗传物质
7.RNA也是遗传物质的证据：
（2）实验结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。
8.最终结论：因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA ，所以说， DNA 是主要的遗传物质。
【易错提示】
（1）转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化成S型细菌；
（2）由于DNA的热稳定性比蛋白质要高，所以加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质永久变性失活，但其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性；
（3）艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组都通过添加特定的酶特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，利用了自变量控制中的“减法原理”。
（4）格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质。艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。
【深化探究】
一、肺炎链球菌的转化实验
[问题探究]
1．格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠
中是否只分离出S型活细菌？
提示：不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量较多。
2．R型菌转化为S型菌的实质是什么？
提示：转化的实质是基因重组。
归纳总结：
1．肺炎链球菌体内与体外转化实验的比较
项目 体内转化实验 体外转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里及其同事
细菌培养 在小鼠体内 体外培养基
实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 加热S型细菌提取物及其经酶处理后的作用对照
实验结果 加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA能使R型细菌转化为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
巧妙构思 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 将物质提取和经酶处理后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用
联系 ①所用材料相同；②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸；③两实验都遵循对照原则、单一变量原则
2.实验拓展分析
(1)在加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。
(2)转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去，说明S型细菌的DNA是遗传物质。
二、噬菌体侵染细菌的实验
[问题探究]
1．为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？
提示：因为噬菌体营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。
2．如果用 15N、32P、35S同时标记噬菌体后让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的放射性元素及其存在的部位分别在哪里？
提示：15N、32P，DNA。
归纳总结：
1．实验思路
S是蛋白质特有的元素，P几乎都存在于噬菌体DNA分子中，用放射性同位素 32P和 35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，直接地、单独地观察它们各自的作用。
2．实验结果分析
(1)由放射性的分布说明：35S标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，32P标记的DNA进入了宿主细胞内。
(2)由细菌裂解释放出的噬菌体，可以检测到32P标记的DNA，不能检测到35S标记的蛋白质，说明：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。
3．实验结论
(1)直接证明：DNA是噬菌体的遗传物质。
(2)间接证明：①DNA能够自我复制，使生物体前后代保持一定的连续性，维持遗传性状的稳定性；
②DNA能控制蛋白质的生物合成，从而控制生物体的新陈代谢和性状。
(3)不能证明：①DNA是主要的遗传物质；②蛋白质不是遗传物质。
4．噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
(1)用 32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因：
①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后子代释放出来，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。
(2)用 35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含 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。
三、DNA是主要的遗传物质
[问题探究]
1．只有DNA是遗传物质吗？
提示：不是，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少部分病毒的遗传物质是RNA。
2．若要证明只含有RNA和蛋白质的某病毒的遗传物质是RNA，其基本实验思路是什么？
提示：设法将其RNA和蛋白质分离开，然后单独地直接地观察各自的作用。
归纳总结：
1．RNA是遗传物质的证据——烟草花叶病毒侵染烟草实验
(1)实验分析如下表所示：
注射物 注射对象 症状
完整的TMV(烟草花叶病毒) 烟草 TMV的病斑
TMV的蛋白质 烟草 正常，无病斑
TMV的RNA 烟草 TMV的病斑
完整的HRV(车前草花叶病毒) 烟草 HRV的病斑
HRV的蛋白质 烟草 正常，无病斑
HRV的RNA 烟草 HRV的病斑
HRV的蛋白质＋TMV的RNA 烟草 TMV的病斑
TMV的蛋白质＋HRV的RNA 烟草 HRV的病斑
(2)实验结论：在没有DNA的生物体内，RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
2．生物体内核酸的种类及遗传物质的辨别
生物类型 所含核酸 遗传物质 举例
细胞生物 真核生物 DNA和RNA DNA 酵母菌、玉米、人
原核生物 细菌、蓝细菌
非细胞生物 大多数病毒 仅有DNA DNA T2噬菌体
极少数病毒 仅有RNA RNA HIV、SARS病毒
通过上述表格可以看出：
(1)生物的遗传物质是核酸，即DNA或RNA。
(2)既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遗传物质是DNA。
(3)只含RNA的病毒中，RNA才作为遗传物质。
(4)由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
【巩固训练】
1.下列关于科学家探究DNA是遗传物质实验的叙述，错误的是( )
A.给小鼠注射加热杀死的S型细菌，小鼠不死亡是因为S型细菌的DNA加热后变性
B.给小鼠注射加热杀死的S型细菌和R型活细菌，小鼠死亡，从死亡的小鼠体内可分离出活的S型细菌
C.用32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌实验中，如果保温时间过长，可能导致上清液的放射性增强
D.噬菌体侵染细菌实验中不能用14C和18O分别标记噬菌体的蛋白质和DNA
2.1952年，赫尔希和蔡斯完成了著名的T2噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤示意图。下列有关叙述正确的是( )
A.在含32P的培养基上培养，可直接获得含32P的亲代噬菌体
B.实验过程中，搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体(外壳)与细菌分离
C.含32P的亲代噬菌体侵染细菌后，在图中B、C处都可检测到32P
D.含35S的亲代噬菌体侵染细菌后，保温培养时间长短会影响图中B处放射性强度
3.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌，结果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是( )
A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D.DNA
4.如果用15N标记噬菌体并使其侵染没有标记的细菌，则关于子代噬菌体的叙述正确的是( )
A.在蛋白质外壳中有15N，在DNA中无15N
B.在蛋白质外壳中无15N，在DNA中有15N
C.在蛋白质外壳和DNA中均有15N
D.在蛋白质外壳和DNA中均无15N
5.下列关于遗传学的经典实验的叙述，正确的是( )
A.在艾弗里肺炎链球菌的转化实验中利用了自变量控制中的加法原理
B.在噬菌体侵染细菌的实验中需经过长时间保温后，进行搅拌、离心
C.T2噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是大肠杆菌的遗传物质
D.肺炎链球菌的转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质
6.下图是赫尔希和蔡斯做的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的部分图解。请回答下列问题：
（1）35S标记的是噬菌体的________，对该噬菌体进行标记的具体方法步骤是________。
（2）正常情况下，上清液的放射性___________________（填“高”或“低”）；如果搅拌不充分，会导致___________________放射性较高。
（3）噬菌体侵染细菌之后，合成子代噬菌体需要细菌提供的___________________。（选填“DNA模板”“脱氧核苷酸”“氨基酸”）
参考答案
1.答案：A
解析：给小鼠注射加热杀死的S型细菌，小鼠不死亡是因为S型细菌的蛋白质加热后变性，细菌不能繁殖，A错误；给小鼠注射加热杀死的S型细菌和R型活细菌，由于加热杀死的S型细菌的DNA可使R型活细菌转化成S型活细菌，所以小鼠死亡，从死亡的小鼠体内可分离出活的S型细菌，B正确；用32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌实验中，由于噬菌体的DNA能够进入大肠杆菌细胞内增殖，所以子代噬菌体含有32P，若长时间保温，细菌破裂，释放出子代噬菌体，会导致上清液的放射性增强，C正确；由于蛋白质和DNA中都有O和C，所以不能用14C和18O分别标记噬菌体的蛋白质和DNA，D正确。
2.答案：BC
解析：A、噬菌体是病毒，只能寄生在活细胞内，不能直接利用培养基中的物质，因而不可能在含32P的培养基上培养，直接获得含32P的亲代噬菌体，A错误； B、实验过程中，搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体（外壳）与细菌分离，便于离心后分层，B正确； C、含32P的亲代噬菌体侵染细菌后，在图中C处，可以检测到大量的放射性；在图中B处，可以检测到少量的放射性，C正确； D、35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，用35S标记的一组侵染实验，蛋白质外壳留在外面，因此含35S的亲代噬菌体侵染细菌后，保温培养时间长短不会影响图中B处放射性强度，D错误。
故选：BC。
3.答案：D
解析：决定生物性状的是遗传物质，细菌属于原核生物，遗传物质是DNA。
4.答案：B
5.答案：D
解析：A、在艾弗里肺炎链球菌的转化实验中通过酶解法分别除去蛋白质、DNA、RNA等成分，利用了自变量控制中的减法原理，A错误； B、保温是为了噬菌体完成吸附和侵入，如果保温时间过长，噬菌体可能继续后面的生物合成、裂解与释放，B错误； C、T2噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质，C错误； D、艾弗里等人的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质，D正确。
故选D。
6.答案：（1）蛋白质（外壳）；先用含35S的培养基培养大肠杆菌，再用标记的大肠杆菌培养噬菌体
（2）高；沉淀物
（3）脱氧核苷酸、氨基酸

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