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第4单元
遗传的分子基础
第1课时　遗传物质的发现
内容索引
核心体系
学习目标
活动方案
检测反馈
学 习 目 标
学习目标　1. 概述DNA是主要的遗传物质的探索历程。2. 探索相关实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的作用。
核 心 体 系
活 动 方 案
下图1为格里菲思所做的肺炎链球菌体内转化实验；图2是艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验。请分析实验过程和结果,回答下列问题。
活动一　分析格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化
实验
图1
图2
(1) 实验①②对比说明：____________________________________。
(2) 实验②③对比说明：____________________________。
(3) 实验②③④对比说明：加热杀死的S型细菌能使部分________型细菌转化为________型细菌。
(4) 综合图1实验能得出什么结论？
【答案】 S型细菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌。
R型细菌无致病性，S型细菌有致病性
加热致死的S型细菌无致病性
R
S
(5) 艾弗里的实验在格里菲思实验的基础上做了哪些方面的改进？设计第五组实验的目的是什么？
【答案】 改进：将S型细菌的成分进行分离，分别观察对细菌转化的作用；由体内实验改成体外实验，更有利于条件控制和结果观察。目的：与“以 S型细菌的DNA与R型细菌混合培养”的实验形成对照，进一步证明DNA是“转化因子”。
(6) 根据图2实验能得出什么结论？
【答案】 DNA是使R型细菌转化的“转化因子”。
下图为放射性同位素 32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图，请根据实验过程回答下列问题。
活动二　分析噬菌体侵染细菌的实验
(1) 锥形瓶中的培养液是用来培养_____________，其营养成分中__________(填“含有”或“不含有”)含有 32P。32P标记的是T2噬菌体的__________，________(填“能”或“不能”)用培养液直接培养得到含放射性标记的噬菌体。为什么？
【答案】噬菌体营寄生生活，应先通过放射性同位素标记的培养基培养大肠杆菌，再利用标记的大肠杆菌培养噬菌体。
大肠杆菌
不含有
DNA
不能
(2) 用 32P标记进行上述实验时，离心后放射性同位素主要分布在试管中__________(填“上清液”或“沉淀物”)中。试分析：若测定发现在搅拌离心后的上清液中也含有一定量的放射性，最可能原因是什么？
【答案】培养时间较短，有部分噬菌体(含P元素)尚未侵入大肠杆菌，仍存在于培养液中，离心后出现在上清液中；培养时间过长，复制增殖后的噬菌体从大肠杆菌中释放出来。
沉淀物
(3) 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验时，若用放射性同位素 35S标记__________，经过搅拌、离心培养后放射性同位素主要分布在__________(填“上清液”或“沉淀物”)中。此时，若测定发现沉淀物中含有一定的放射性，最可能的原因是什么？
【答案】沉淀中有少量放射性，原因是搅拌、离心不彻底，部分亲代噬菌体(含S元素)仍吸附在大肠杆菌的表面，随大肠杆菌离心到沉淀物中。
蛋白质
上清液
(4) 请你为赫尔希和蔡斯设计一个给T2噬菌体标记上 32P的实验。
【答案】 配制适合培养大肠杆菌的培养基，在培养基中加入用32P标记的脱氧核苷酸，作为合成DNA的原料。在培养基中接种大肠杆菌，培养一段时间后再接种T2噬菌体，继续进行培养。在培养液中提取出所需要的T2噬菌体，其体内的DNA被标记上32P。
(5) 上述实验中，能否用 15N来标记噬菌体的DNA，为什么？
【答案】 不能，DNA和蛋白质中都含有N元素，无法区分。
(6) 赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌实验得出什么结论？
【答案】 DNA是遗传物质。
(7) 试从设计思路的角度分析，艾弗里的肺炎链球菌实验与赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验谁更具说服力？为什么？
【答案】 后者更具说服力。后者的实验设计思路是利用同位素标记法将DNA和蛋白质区分开，经搅拌离心培养后单独观察两种同位素的分布情况，而艾弗里实验中提取的DNA中仍含有少量的蛋白质杂质。
(8) 子代噬菌体中的DNA和蛋白质的来源分别是什么？
【答案】 子代噬菌体的DNA分子的一条链是亲代噬菌体保留的，另一条链是以亲代噬菌体的DNA母链为模板，按照碱基互补配对原则，利用大肠杆菌中的脱氧核苷酸为原料合成的；子代噬菌体的蛋白质是以亲代噬菌体的DNA为模板，利用大肠杆菌中的氨基酸合成的。
车前草病毒(HRV)和烟草花叶病毒(TMV)都没有DNA，但是它们含有RNA，结构如下图所示。它们侵染植物后导致的植物症状不同(如下图 a、b所示)。将病毒的RNA和蛋白质分离，使其单独感染植物。然后，将不同病毒的RNA与蛋白质之间重新组合形成“杂种”病毒，然后使其感染植物。请回答下列问题。
活动三　分析烟草花叶病毒的分离和重组实验
(1) 图a、图b表现出不同症状，其根本原因是什么？
【答案】 TMV和HRV具有不同的RNA。
(2) 请在图中直接画出叶片①、叶片②、叶片③表现出的感染症状。
(3) 请画出叶片③中繁殖产生的子代病毒的图示。
(4) 从以上感染实验可知，起感染作用的是什么？
【答案】 RNA。
(5) 该实验的设计思路是什么？
【答案】 将病毒的RNA和蛋白质分离，单独研究它们各自的遗传功能。
(6) 以上实验可以得出什么结论？
【答案】 TMV和HRV的遗传物质是RNA。
检 测 反 馈
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1 [学生用书P113] 下列关于生物遗传物质的探索过程涉及的相关实验的叙述，正确的是(　　)
A. S型菌因菌体有荚膜，在显微镜下观察其表面光滑
B. 将S型菌的DNA注入小鼠体内，小鼠死亡
C. 用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的细菌，搅拌不充分会影响放射性的分布
D. 用32P标记的T2噬菌体侵染未标记的细菌，子代噬菌体均含有32P
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【解析】 S型菌有荚膜，形成的菌落表面光滑，肉眼可见，A错误；S型菌的DNA没有侵染能力，因此将S型菌的DNA直接注入小鼠体内，小鼠正常存活，B错误；用35S标记的T2噬菌体(标记蛋白质)侵染未标记的细菌，蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，若搅拌不充分，放射性会随大肠杆菌在沉淀物中出现，影响放射性分布，C正确；用32P标记的T2噬菌体(标记DNA)侵染未标记的细菌，根据半保留复制原则可知，子代噬菌体只有一部分含有32P，D错误。
【答案】 C
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2 [学生用书P113]在T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列行为不会发生的是(　　)
A. 合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合
B. 噬菌体蛋白质外壳的原料来自细菌的氨基酸
C. 噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA
D. 子代噬菌体由其DNA及蛋白质外壳组装而成
【答案】 C
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3 [学生用书P113]下列有关噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是(　　)
A. 用乳酸菌替代大肠杆菌进行实验，可获得相同的实验结果
B. 32P标记的噬菌体侵染细菌，保温时间的长短会影响实验结果
C. 子代噬菌体的DNA全部来自亲代，蛋白质全部来自大肠杆菌
D. 35S标记的噬菌体侵染细菌，沉淀物中出现放射性可能是基因突变造成的
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【答案】 B
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4 [学生用书P113]为研究R型肺炎链球菌转化为S型的转化因子是DNA还是蛋白质，进行了下图所示的转化实验。对本实验作出的分析，错误的是(　　)
1
甲组　　　　　　　　　乙组　　　　　　　　　丙组
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A. 本实验通过酶解去除单一成分进行研究
B. 甲、乙组培养基中只有S型菌落出现
C. 蛋白酶处理结果显示提取物仍有转化活性
D. 本实验结果表明DNA使R型菌发生转化
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【答案】 B
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5 [学生用书P114]下列关于“噬菌体侵染细菌”的实验的叙述，正确的是(　　)
A. 分别用含有放射性同位素35S 和放射性同位素32P 的培养基培养噬菌体
B. 分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养
C. 用35S 标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D. 32P、35S 标记噬菌体的侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
1
【答案】 C
6 [学生用书P114] (多选)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有(　　)
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
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【解析】 噬菌体是病毒没有细胞结构，要想得到含32P的亲代噬菌体，应该先用含有32P的培养基培养细菌，再用噬菌体与含有32P的细菌混合培养，A错误；噬菌体侵染大肠杆菌时，蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，只有DNA进入了大肠杆菌，因此搅拌的目的是使噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分开，B正确；噬菌体侵染细菌过程中，上清液是质量较轻的亲代噬菌体的蛋白质外壳或噬菌体，沉淀物中质量较重的含子代噬菌体的大肠杆菌，32P标记噬菌体的DNA分子，侵入大肠杆菌中，参与子代噬菌体的DNA和蛋白质合成，若子代噬菌体裂解后或亲代噬菌体DNA未完全侵入大肠杆菌，则上清液含有放射性，因此含32P的亲
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代噬菌体侵染细菌后，在图中B(上清液)、C(沉淀物)处都可检测到32P，C正确；用35S标记的噬菌体侵染细菌，而35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体在侵染细菌时，蛋白质外壳没有进入细菌内，经过搅拌离心后，蛋白质外壳分布在上清液中，保温培养时间长短不会影响图中B处放射性强度，D错误。
【答案】 BC
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7 [学生用书P114]在探究生物的遗传物质的相关实验研究中，有如下的实验过程或理论解释。
Ⅰ. 下图1是关于肺炎链球菌R型菌的转化过程图，据研究，并非任意两株R型细菌与S型细菌之间的接触都可发生转化，凡能发生转化的，其R型细菌必须处于感受态，能产生一些感受态特异蛋白，包括膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。
Ⅱ. 下图2是关于肺炎链球菌的体外转化实验过程图。
Ⅲ. 下图3是噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的检测数据。
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图1　　　　　　　　　图2　　　　　　　　　图3
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请回答下列问题。
(1) 图1中，步骤______是将S型细菌加热杀死的过程，S型细菌的DNA双链片段与A细胞膜表面的相关DNA结合蛋白结合，其中一条链(a)在___________________酶的作用下水解，另一条链(b)与感受态特异蛋白结合进入R型细菌细胞内。完成步骤④后，这条链(b)在相关酶的作用下，形成______(填“单”或“双”)链整合进R型菌的DNA中，这种变异属于_____________。
(2) 图2中，实验最关键的设计思路是__________________________ __________________________________________。
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①
核酸(DNA水解)
双
基因重组
把S型细菌的DNA和蛋白质
等分开，单独观察它们在细菌转化中的作用
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(3) 图3中所示实验中，以噬菌体为研究材料，利用______________ ________的技术，分别用32P 和35S 标记噬菌体，用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中 DNA和蛋白质的位置变化。实验结果表明：________(填整数)min后的曲线变化基本上可说明DNA与蛋白质实现分离。图中“被侵染细菌”的存活率曲线基本保持在100%，这组数据的意义是作为对照组，以证明______________________________________。
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放射性同位素
标记
2
细菌没有裂解，无子代噬菌体释放出来
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