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第六单元　遗传的分子基础
第1课　DNA是主要的遗传物质
[复习目标]　1.通过遗传物质的发现历程，理解生命的延续和发展。(生命观念)　2.通过噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析，培养逻辑分析能力。(科学思维)　3.通过放射性同位素标记法在实验中的应用，培养实验设计以及对实验结果分析的能力。(科学探究)
考点一　肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌的类型
2．两个转化实验的分析
(1)格里菲思的体内转化实验
(2)艾弗里的体外转化实验
[教材深挖]
(必修2 P46思考·讨论，节选)从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？
提示：从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质(如糖类、脂质、蛋白质等)。
[易错辨析]
1．有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。(√)
2．格里菲思实验中，第四组死亡小鼠身上分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而来的。(×)
3．格里菲思的实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状。(×)
4．在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化。(√)
5．艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。(×)
1．比较“两个”转化实验的“三个”不同特点
2．归纳概括肺炎链球菌转化的实质
(1)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)转化的实质是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。
命题点1　围绕肺炎链球菌的体内转化实验考查科学探究
1．(2021·全国乙卷)在格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热致死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是(　　)
A．与R型细菌相比，S型细菌的毒性可能与荚膜多糖有关
B．S型细菌的DNA能够进入R型细菌细胞指导蛋白质的合成
C．加热致死S型细菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响
D．将S型细菌的DNA经DNA酶处理后与R型细菌混合，可以得到S型细菌
解析：选D。在格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热致死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌，S型细菌与R型细菌最主要的区别是前者具有多糖类的荚膜，后者不具有多糖类的荚膜，故S型细菌的毒性可能与荚膜多糖有关，A合理；加热致死的S型细菌其蛋白质已经被破坏，而分离出的S型细菌有毒性，即具备活性蛋白，可推出S型细菌的DNA能够进入R型细菌细胞中指导蛋白质的合成，B合理；加热可使蛋白质变性，由实验结果R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌可知，S型细菌的遗传物质未受影响，即加热致死S型细菌使其蛋白质功能丧失而其DNA功能可能不受影响，C合理；S型细菌的DNA经DNA酶处理后，无法完成DNA的复制、转录及翻译等过程，故与R型细菌混合后，无法得到S型细菌，D不合理。
2．(2022·湖南四大名校联考)用肺炎链球菌甲、乙进行如下的转化实验，对此有关叙述中正确的是(　　)
①活菌甲注射到小鼠A体内，小鼠A存活；
②死菌乙注射到小鼠B体内，小鼠B存活；
③活菌甲与死菌乙混合培养后，注射到小鼠C体内，小鼠C死亡。
A．活菌甲是无荚膜的S型细菌，活菌乙是有荚膜的R型细菌
B．能从死亡的小鼠C血液中分离出活菌甲和乙，甲的数量要远多于乙
C．R型细菌转化为S型细菌的原理是基因突变
D．该实验证明了DNA是使R型细菌转化为S型细菌的转化因子
解析：选B。活菌甲注射到小鼠体内，小鼠存活，则说明活菌甲是无荚膜的R型细菌，则活菌乙是有荚膜的S型细菌，A错误；死亡的小鼠C血液中能分离出活菌甲和乙，甲的数量要远多于乙，因为只有少数R型细菌转化为了S型细菌，B正确；R型细菌转化为S型细菌的原理是基因重组，C错误；该实验不能证明DNA是使R型细菌转化为S型细菌的转化因子，D错误。
命题点2　围绕艾弗里的体外转化实验考查科学思维与科学探究
3．(2022·潍坊模拟)对于艾弗里肺炎链球菌体外转化实验，一些科学家认为“DNA可能只是在细胞表面起化学作用，形成荚膜，而不是起遗传作用”。同时代的生物学家哈赤基斯从S型肺炎链球菌中分离出了一种抗青霉素的突变型细菌(记为抗-S，它能产生分解青霉素的酶)，提取它的DNA，并将其与对青霉素敏感的R型细菌(记为非抗-R)共同培养。结果发现，某些非抗-R型细菌被转化为抗-S型细菌并能稳定遗传，从而否定了这些科学家的错误认识。下列关于哈赤基斯实验的分析中，正确的是(　　)
A．将提取的抗-S型细菌的DNA与非抗-R型细菌共同培养，在培养基上只会出现光滑型菌落
B．哈赤基斯的转化实验不仅证明了DNA是转化因子，还证明了DNA是主要的遗传物质
C．哈赤基斯的实验进一步证明了DNA可以从一个生物个体转移到另一个生物个体内
D．哈赤基斯的实验证明了抗-S型细菌的DNA中的所有基因在非抗-R型细菌中都能表达
解析：选C。将提取的抗-S型细菌的DNA与非抗-R型细菌共同培养，在培养基上既有光滑型菌落，也有粗糙型菌落，A错误；哈赤基斯的实验不仅证明了DNA是转化因子，还证明了DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质，B错误；哈赤基斯的实验也能说明DNA可以从一个生物个体转移到另一个生物个体内并能够表达，C正确；哈赤基斯的实验证明了抗-S型细菌的DNA中，抗青霉素的基因和控制荚膜合成的基因在非抗-R型细菌中都能表达，不能证明所有的基因都能在非抗-R型细菌中表达，D错误。
考点二　噬菌体侵染细菌的实验
1．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌
(1)T2噬菌体的结构及生活方式
(2)T2噬菌体的复制式增殖
2．实验过程及结果
(1)标记噬菌体
(2)已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
3．实验结果分析
(1)噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在细胞外。
(2)子代噬菌体的各种性状，是通过亲代噬菌体的DNA遗传的。
4．结论：DNA是遗传物质。
[教材深挖]
　(必修2 P45相关信息改编)为什么不能用18O和14C标记细菌，再用被标记的细菌来培养噬菌体？
提示：DNA和蛋白质都含有O和C，用这两种元素标记，结果是噬菌体的蛋白质外壳和DNA都被标记，导致进行噬菌体侵染细菌实验时，不能确定是哪一种物质进入细菌，从而不能确定哪一种物质是遗传物质。
[易错辨析]
1．T2噬菌体可利用宿主体内的物质大量增殖。(√)
2．噬菌体侵染细菌的实验获得成功的原因之一是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。(√)
3．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。(×)
4．用1个35S标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌，裂解释放的子代噬菌体中只有2个含35S。(×)
5．噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA控制蛋白质的合成。(√)
　噬菌体侵染细菌实验中“保温”与“搅拌”对放射性检测结果的影响
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
命题点1　围绕噬菌体侵染细菌实验考查科学思维
1．某研究人员进行“噬菌体侵染细菌的实验”时，分别用同位素32P、35S、18O和14C对噬菌体以及大肠杆菌成分做了如下标记，第一组：用35S标记噬菌体、用32P标记大肠杆菌；第二组：未标记噬菌体、用18O标记大肠杆菌；第三组：用14C标记噬菌体、未标记大肠杆菌。实验过程中大肠杆菌均未发生裂解，下列分析正确的是　(　　)
A．第一组中，子代噬菌体均不含有35S和32P
B．第二组中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的氧元素有18O和16O
C．一般来说，第三组中，子代噬菌体的DNA分子中不一定含有14C
D．第二、三组经一段时间保温后离心，两组在沉淀物和上清液中均能检测到放射性
解析：选C。在第一组实验中，由于宿主大肠杆菌用32P标记，用35S标记的噬菌体蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，所以从大肠杆菌体内合成的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的100%、0，A错误；第二组实验中，合成子代噬菌体的原料来自大肠杆菌，所以子代噬菌体蛋白质外壳中存在的氧元素是18O，B错误；一般来说，第三组实验中，由于DNA分子的半保留复制，亲代DNA分子进入寄主细胞后复制多次，子代噬菌体的DNA中不一定含有14C的母链，C正确；第二组与第三组实验经过一段时间培养后离心，由于大肠杆菌均未发生裂解，所以第二组检测到放射性的主要部位是沉淀物，第三组检测到放射性的部位是沉淀物和上清液，D错误。
[技法提炼]　“两看法”判断子代噬菌体标记情况
命题点2　围绕噬菌体侵染细菌实验考查科学探究
2．(2022·江苏三模)在T2噬菌体侵染细菌的实验中，若赫尔希和蔡斯的假设是：噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，蛋白质是噬菌体的遗传物质。则支持该假设的预期结果是(　　)
选项 第一组的放射性 第二组的放射性
上清液 沉淀物 子代噬菌体 上清液 沉淀物 子代噬菌体
A 高 低 有 低 高 无
B 低 高 有 高 低 无
C 高 低 无 低 高 有
D 低 高 无 高 低 有
解析：选B。第一组实验用35S标记噬菌体，则标记的是蛋白质，若噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，则上清液中放射性低，而沉淀物中放射性高，且子代噬菌体含有放射性；第二组实验用32P标记噬菌体，则标记的是DNA，若噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，则上清液中放射性高，而沉淀物中放射性低，且子代噬菌体无放射性。
3．科研人员用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，探究保温时间与沉淀物中放射性强度的关系，结果如图。有关叙述不正确的是(　　)
A．用含32P的大肠杆菌培养T2噬菌体，标记噬菌体DNA
B．b点时离心速度减慢会导致沉淀物放射性强度降低
C．保温时间过长、过短都会导致上清液中放射性增强
D．若用35S标记的T2噬菌体进行实验，结果将相似
解析：选D。噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养基上独立生存，因此要标记噬菌体的DNA，应该用含32P的大肠杆菌培养T2噬菌体，A正确；离心的目的是让噬菌体的蛋白质外壳与细菌分层，若b点时离心速度减慢会导致分层不彻底，可能会导致沉淀物的放射性强度降低，B正确；由图可知，保温时间过长、过短都会导致沉淀物中放射性减弱，即导致上清液中放射性增强，C正确；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳没有进入细菌，离心后放射性分布在上清液中，因此与本实验结果不同，D错误。
考点三　烟草花叶病毒感染实验及遗传物质
1．烟草花叶病毒对烟草叶的感染实验
(1)实验过程及现象
(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。
2．探索结论
DNA是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。
3．加法原理与减法原理
在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。
(1)加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素，称为“加法原理”，如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”。
(2)减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素，称为“减法原理”，如艾弗里肺炎链球菌转化实验中每个组特异性去除一种物质。
[易错辨析]
1．DNA是所有生物的遗传物质。(×)
2．酵母菌的遗传物质主要是DNA。(×)
3．病毒的遗传物质是DNA或RNA。(√)
4．艾滋病病毒的遗传物质是DNA。(×)
　探究“遗传物质”种类的3种方法
命题点1　围绕烟草花叶病毒的实验考查科学思维与科学探究
1．(2022·福建厦门模拟)烟草花叶病毒有S型和R型两种株系，研究人员进行了如下实验：
第①组：S型株系侵染烟草→烟草出现Ⅰ型病斑
第②组：R型株系侵染烟草→烟草出现Ⅱ型病斑
第③组：R型株系蛋白质和S型株系RNA构建的重组病毒侵染烟草→烟草出现Ⅰ型病斑
第④组：S型株系蛋白质和R型株系RNA构建的重组病毒侵染烟草→烟草出现Ⅱ型病斑
根据实验结果分析，下列叙述错误的是(　　)
A．S型病毒和R型病毒可寄生在烟草细胞内
B．S型病毒和R型病毒所携带的遗传信息不完全相同
C．S型病毒和R型病毒的遗传物质为RNA
D．第③④组中的子代病毒全为重组病毒
解析：选D。烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，S型病毒和R型病毒可寄生在烟草细胞内，A、C正确；S型病毒和R型病毒的RNA上碱基的排列顺序不同，所携带的遗传信息不完全相同，B正确；用S(R)型株系蛋白质和R(S)型株系RNA构建的重组病毒感染烟草，发挥遗传效应的是R(S)型株系的RNA，烟草应出现Ⅱ(Ⅰ)型病斑，且从烟草细胞中分离的子代病毒为R(S)型株系，D错误。
命题点2　围绕遗传物质的类型考查科学探究
2．最近某科研小组在某动物体内发现一种新型病毒，为了确定该病毒的分类，科研工作者们进行了如下讨论，正确的是(　　)
A．甲的方法是检测病毒增殖时产生酶的种类，若有DNA聚合酶，则为DNA病毒
B．乙的方法是检测病毒核酸中嘌呤碱基和嘧啶碱基的数量，若嘌呤数≠嘧啶数，则一定为RNA病毒
C．丙的方法是用含放射性尿苷的宿主细胞培养，若子代病毒有放射性，则为RNA病毒
D．丁的方法是分析该病毒的变异频率，若病毒的变异频率较低，则该病毒为DNA病毒
解析：选C。对于逆转录病毒，在其增殖的过程中，先进行逆转录，形成DNA，再进行DNA复制、转录和翻译过程，因此，若增殖过程中产生了DNA聚合酶，只能说明该病毒在增殖过程中，进行了DNA复制过程，并不能判定其遗传物质为DNA，A错误；病毒的遗传物质是DNA或RNA，而DNA通常为双链，RNA通常为单链，但在少数病毒体内也发现了单链DNA和双链RNA，根据嘌呤数≠嘧啶数，不能判定该病毒的遗传物质为RNA，B错误；尿苷中的尿嘧啶是RNA特有的，若子代病毒具有放射性，说明该病毒一定为RNA病毒，C正确；双链DNA或RNA的变异频率低于单链DNA或RNA的变异频率，因此，变异频率只能作为判定核酸是双链或单链的证据之一，不足以确定核酸的类型，D错误。
3．(经典高考题)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路；(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
解析：(1)在用放射性同位素标记法对新病毒进行鉴定时，要找出DNA和RNA在化学组成上的区别。题中假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，就是引导考生从DNA和RNA的碱基组成上进行分析。因此，使病毒中的DNA或RNA的特殊碱基(DNA为胸腺嘧啶，RNA为尿嘧啶)带上标记，根据病毒中放射性标记的检测结果就可做出判断。由于病毒不能在培养基上独立生活，其增殖时的原料只能来自宿主细胞，所以实验中需配制两种培养基，记为甲组和乙组，甲组含有放射性标记的尿嘧啶，乙组含有放射性标记的胸腺嘧啶，分别加入等量的宿主细胞使宿主细胞带上相应标记，之后接种新病毒，培养一段时间后，收集病毒并检测其放射性。(2)本实验有两种不同的结果：一种是甲组有放射性，乙组无，则该新病毒为RNA病毒；另一种为乙组有放射性，甲组无，则该新病毒为DNA病毒。
答案：(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，则为RNA病毒；反之为DNA病毒。
[真题演练]
1．(2022·浙江1月选考)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，通过稀释涂布平板法分离后观察菌落或鉴定细胞形态得到实验结果
解析：选D。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，通过稀释涂布平板法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。
2．(2022·湖南卷)T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生(　　)
A．新的噬菌体DNA合成
B．新的噬菌体蛋白质外壳合成
C．噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA
D．合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合
解析：选C。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，其DNA会在大肠杆菌体内复制，合成新的噬菌体DNA，A不符合题意；T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，只有DNA进入大肠杆菌，T2噬菌体会用自身的DNA和大肠杆菌的氨基酸等来合成新的噬菌体蛋白质外壳，B不符合题意；噬菌体在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录出RNA，C符合题意；合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合，合成蛋白质，D不符合题意。
3．(2022·浙江6月选考)下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是(　　)
A．需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌
B．搅拌是为了使大肠杆菌内的噬菌体释放出来
C．离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌
D．该实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
解析：选C。实验过程中需单独用32P标记的噬菌体和35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，A错误；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，B错误；大肠杆菌的质量大于噬菌体，离心的目的是为了沉淀培养液中的大肠杆菌，C正确；该实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。
4．(2022·山东卷)液泡膜蛋白TOM2A的合成过程与分泌蛋白相同，该蛋白影响烟草花叶病毒(TMV)核酸复制酶的活性。与易感病烟草品种相比，烟草品种TI203中TOM2A的编码序列缺失2个碱基对，被TMV侵染后，易感病烟草品种有感病症状，TI203无感病症状。下列说法错误的是(　　)
A．TOM2A的合成需要游离核糖体
B．TI203中TOM2A基因表达的蛋白与易感病烟草品种中的不同
C．TMV核酸复制酶可催化TMV核糖核酸的合成
D．TMV侵染后，TI203中的TMV数量比易感病烟草品种中的多
解析：选D。从“液泡膜蛋白TOM2A的合成过程与分泌蛋白相同”，可知TOM2A最初是在游离的核糖体中以氨基酸为原料开始多肽链的合成，A正确；由题干信息可知，与易感病烟草相比，品种TI203中TOM2A的编码序列缺失2个碱基对，并且被TMV侵染后的表现不同，说明品种TI203发生了基因突变，所以两个品种TOM2A基因表达的蛋白不同，B正确；烟草花叶病毒(TMV)的遗传物质是RNA，所以其核酸复制酶可催化TMV的RNA(核糖核酸)的合成，C正确；TMV侵染后，TI203品种无感病症状，也就是叶片上没有出现花斑，推测是TI203感染的TMV数量比易感病烟草品种中的少，D错误。
[长句特训]
　(2022·山西孝义模拟)科学家曾一度以为蛋白质是遗传物质，经过科研人员一系列相关实验，最终意识到DNA才是生物界中主要的遗传物质。后来科学家发现一种称为朊粒的病原微生物(PrPS)，其只有蛋白质、没有核酸，能够侵染牛脑组织，并将牛脑组织中的PrPC蛋白转为PrPS。回答下列问题：
设问形式1　事实表述类命题
(1)格里菲思将加热杀死的S型菌与活的R型菌混合后注入小鼠体内，小鼠死亡，并从其体内分离出活的____________________菌。
设问形式2　思维推理类命题
(2)艾弗里用蛋白酶处理S型菌的提取物并与R型活菌混合，培养皿中依然出现了S型菌，说明___________________。
设问形式3　科学探究类命题
(3)科研小组欲模拟蔡斯与赫尔希的噬菌体侵染细菌实验，采用35S标记的朊病毒侵染牛脑组织。
①如何获得35S标记的朊病毒：________________________。
②模拟实验过程中不需要搅拌，理由是__________________________。
③离心后获得上清液和沉淀物，放射性主要集中在______________________。
解析：(1)由格里菲思的肺炎链球菌转化实验可知，加热杀死的S型菌与活的R型菌混合，加热杀死的S型细菌的DNA进入R型活细菌的细胞内，使部分R型活细菌转化为S型活细菌，注入小鼠体内后，小鼠死亡，因此在死亡的小鼠体内存在着S型和R型两种细菌。(2)由艾弗里体外转化实验可知，酶具有专一性，所以蛋白酶处理S型菌的提取物，只分解了蛋白质，而培养皿中依然出现了S型菌，说明蛋白质不是遗传物质。(3)①由题意可知，朊病毒能够侵染牛脑组织，所以要获得被35S标记的朊病毒，就先用含35S的培养基培养牛脑组织，再用朊病毒侵染被35S标记的牛脑组织，一段时间后获得35S标记的朊病毒。②根据蔡斯与赫尔希的噬菌体侵染细菌实验可知，搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，而由题意可知，朊粒的病原微生物(PrPS)，其只有蛋白质、没有核酸，能够侵染牛脑组织，并将牛脑组织中的PrPC蛋白转为PrPS，所以朊病毒全部侵入牛脑组织，模拟实验过程中不需要搅拌。③由题意可知，朊粒的病原微生物(PrPS)，其只有蛋白质、没有核酸，能够侵染牛脑组织，并将牛脑组织中的PrPC蛋白转为PrPS，所以朊病毒全部侵入牛脑组织，所以离心后获得上清液和沉淀物，放射性主要集中在沉淀物。
答案：(1)S型菌和R型　(2)蛋白质不是遗传物质　(3)①先用含35S的培养基培养牛脑组织，再用朊病毒侵染牛脑组织一段时间获得35S标记的朊病毒　②朊病毒全部侵入牛脑组织　③沉淀物
第1课　DNA是主要的遗传物质
[基础练透]
1．(2022·道里区三模)对照实验中，控制自变量时，与常态相比，人为增加某种影响因素，称为“加法原理”，反之为“减法原理”。艾弗里及同事用肺炎链球菌做实验，实验结果如表。由此可知(　　)
实验组号 接种菌型 加入不同处理的S型细菌细胞提取物 培养皿长菌情况
① R 不作处理 R型、S型
② R 蛋白酶 ？
③ R RNA酶 R型、S型
④ R 酯酶 R型、S型
⑤ R DNA酶 R型
A．②培养皿中只出现R型细菌
B．该实验控制自变量采用了“加法原理”，因为不同组中加入了不同的酶
C．该实验说明S型细菌的细胞提取物中含转化因子，而转化因子很可能就是DNA
D．①～⑤说明DNA是主要的遗传物质
解析：选C。蛋白酶能将蛋白质水解，但蛋白质不是转化因子，因此有部分R型细菌转化为S型细菌，故②培养皿中会出现R型细菌和S型细菌，A不符合题意；该实验控制自变量采用了“减法原理”，因为不同组中加入了不同的酶，酶与相应底物反应，减少了某种影响因素，B不符合题意；该实验说明S型细菌的细胞提取物中含转化因子，而转化因子很可能就是DNA，C符合题意；①～⑤能说明DNA是遗传物质，但不能说明DNA是主要的遗传物质，D不符合题意。
2．(2022·泰安四模)将含有R型肺炎链球菌的培养液加入试管甲，将加热杀死的S型肺炎链球菌破碎后得到的细胞提取物放入试管乙，并在试管乙中加入一定量的RNA酶；将试管甲、乙中的液体混合得到试管丙。下列关于该实验的分析，正确的是(　　)
A．加热杀死的S型肺炎链球菌中蛋白质和核酸均失去功能
B．试管乙中加入RNA酶的目的是催化转录过程合成mRNA
C．此实验并不能证明何种物质是S型肺炎链球菌的遗传物质
D．试管甲、乙混合后，试管丙中S型肺炎链球菌的数量多于R型
解析：选C。加热杀死的S型肺炎链球菌中蛋白质失去功能，但核酸(DNA)没有失去功能，A错误；试管乙中加入RNA酶的目的是催化RNA水解，B错误；RNA酶不能水解DNA、蛋白质和多糖荚膜等，所以此实验并不能证明何种物质是S型肺炎链球菌的遗传物质，C正确；试管甲、乙混合后，试管丙中只有少量R型细菌转化为S型细菌，所以S型肺炎链球菌的数量少于R型，D错误。
3．(2022·江苏徐州模拟)如图为肺炎链球菌不同品系间的转化，在R型菌转化为S型菌的过程中，有关叙述错误的是(　　)
A．加热杀死的S型菌中的拟核DNA降解为多个较短的DNA片段
B．转化产生的S型菌中的capS是由R型菌中的capR发生基因突变产生
C．S型菌因有荚膜的保护，所以小鼠的免疫系统不易将其清除
D．若将R型菌的DNA与S型菌混合，荚膜的存在不利于S型菌转化为R型活菌
解析：选B。据图可知，加热杀死的S型菌中的拟核DNA降解为多个较短的DNA片段，与R型菌混合后，其中一个片段与R型菌DNA重组，A正确；转化产生的S型菌中的capS是与R型菌中的capR发生基因重组产生的，B错误；S型菌因有荚膜的保护，所以小鼠的免疫系统不易将其清除，C正确；S型菌外有荚膜的保护，若将R型菌的DNA与S型菌混合，荚膜的存在不利于S型菌转化为R型活菌，D正确。
4．如图1中的噬菌斑(白色区域)，是在长满大肠杆菌的培养基上，由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的不长细菌的透明小圆区，它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现利用培养基培养并连续取样，得到噬菌体在侵染大肠杆菌后数量的变化曲线(如图2)，下列叙述错误的是(　　)
　
图1　　　　　　　　　图2　
A．培养基中加入含35S或32P的营养物质，则放射性先在细菌中出现，后在噬菌体中出现
B．曲线a～b段，细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成
C．限制c～e段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解
D．曲线b～c段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代
解析：选D。T2噬菌体必须寄生在大肠杆菌中，依赖大肠杆菌提供繁殖所需的原料，培养基中加入含35S或32P的营养物质，则放射性先在细菌中出现，后在噬菌体中出现，A正确；曲线a～b段，细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成，为噬菌体繁殖准备物质基础，B正确；限制c～e段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解，C正确；曲线b～c段所对应的时间内噬菌体数量扩大了10倍，而不是繁殖了10代，D错误。
5．(2022·淄博三模)用T4噬菌体侵染大肠杆菌，一段时间后，在培养基中加入放射性元素标记的物质X。提取菌体内的RNA、T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA，检测发现只有RNA具有放射性。将放射性RNA分别与上述DNA杂交，结果如表。下列说法错误的是(　　)
T4噬菌体DNA 大肠杆菌DNA
放射性RNA 有杂交带 无杂交带
A．物质X可能为放射性物质标记的尿嘧啶核糖核苷酸
B．菌体内的放射性RNA转录自大肠杆菌DNA
C．在杂交带的双链区存在A—U、A—T碱基配对方式
D．大肠杆菌被T4噬菌体侵染后，自身基因的表达受到抑制
解析：选B。只有RNA具有放射性，而碱基U是RNA特有的碱基，因此物质X可能为放射性物质标记的尿嘧啶核糖核苷酸，A正确；菌体内的放射性RNA可与噬菌体的DNA形成杂交带，不能与大肠杆菌的DNA形成杂交带，说明其转录自噬菌体DNA，B错误；在RNA和DNA杂交带的双链区存在A—U、A—T碱基配对方式，C正确；菌体内的放射性RNA可与噬菌体的DNA形成杂交带，不能与大肠杆菌的DNA形成杂交带，说明大肠杆菌被T4噬菌体侵染后，自身基因的表达受到抑制，D正确。
6．(2022·湖北模拟)研究发现，一种病毒只含一种核酸(DNA或RNA)，病毒的核酸可能是单链结构也可能是双链结构。新病毒出现后，科研人员首先要确定该病毒的核酸种类和结构类型。以下探究相关说法不正确的是(　　)
A．酶解法：分别用DNA酶和RNA酶处理两组新病毒的核酸，然后将处理过的核酸注入宿主细胞，观察能否产生子代病毒确定核酸类型
B．同位素标记法：分别用含放射性同位素标记的T和U的完全培养基培养病毒，一段时间后收集子代病毒并检测其放射性确定核酸类型
C．碱基测定法：为确定新病毒的核酸是单链结构还是双链结构，可对此新病毒核酸的碱基组成和比例进行测定分析
D．最终测定该病毒为单链RNA病毒，研制此病毒的疫苗很困难，原因是单链RNA分子结构不稳定，更容易产生变异
解析：选B。分别用DNA酶和RNA酶处理两组新病毒的核酸，然后将处理过的核酸注入宿主细胞，若用DNA酶处理的无子代，用RNA酶处理的有子代则是DNA病毒，反之，则为RNA病毒，此法能确定核酸类型，A正确；应分别用含放射性同位素标记的T和U培养宿主细胞，再接种病毒，一段时间后收集子代病毒并检测其放射性确定核酸类型，B错误；为确定新病毒的核酸是单链结构还是双链结构，可对此新病毒核酸的碱基组成和比例进行测定分析，双链中的嘌呤数与嘧啶数相等，C正确；最终测定该病毒为单链RNA病毒，研制此病毒的疫苗很困难，原因是单链RNA分子结构不稳定，更容易产生变异，即使研制出疫苗，可能病毒已经发生改变，进而导致疫苗不能起到预防的作用，D正确。
7．(多选)枯草杆菌有噬菌体M敏感型菌株(S型)和噬菌体M不敏感型菌株(R型)两种类型，噬菌体M能特异性地侵染S型细菌。实验小组用三组培养基分别培养S型菌株、R型菌株和S型＋R型混合菌株，一段时间后，向三组培养基中接入噬菌体M，枯草杆菌的数量变化如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．S型细菌能为噬菌体M的增殖提供模板、原料和相关的酶
B．混合培养后，R型细菌能使S型细菌转化为R型细菌
C．混合培养过程中，S型细菌诱导R型细菌发生了定向突变
D．S型枯草杆菌细胞膜上含有能被噬菌体M识别的受体
解析：选ABC。噬菌体M增殖的模板由自身提供，A错误；混合培养后，S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌，但R型细菌不能使S型细菌转化为R型细菌，B错误；混合培养过程中，S型细菌的DNA进入R型细菌，与R型细菌的DNA重组，这属于基因重组，C错误；据题干信息可知，S型枯草杆菌细胞膜上含有能被噬菌体M识别的受体，D正确。
8．科学家用去污剂裂解被加热致死的S型肺炎链球菌细胞，然后抽取裂解产物依次进行如图所示的肺炎链球菌转化实验(S型细菌有荚膜且具有毒性，能使小鼠患败血症，R型细菌无荚膜也无毒性)。回答下列问题：
(1)上述实验中，__________________对照能说明S型细菌的DNA是转化因子。
(2)除了通过观察注射后小鼠的生活情况来判断R型和S型细菌外，还可以通过什么方法区别R型和S型细菌？___________________。
(3)上述实验利用了酶具有____________的特点。
解析：(1)实验①和⑤形成对照，说明DNA水解后失去作用，R型活细菌不能再转化为S型细菌，从而证明了DNA是遗传物质。(2)R型细菌和S型细菌的结构是不同的，在显微镜下观察细菌有无荚膜可区分R型细菌和S型细菌，或观察菌落特征，菌落表面光滑的是有荚膜的S型细菌，菌落表面粗糙的是无荚膜的R型细菌。(3)本实验利用了酶具有专一性的特点。
答案：(1)①和⑤　(2)显微镜下观察细菌有无荚膜(或在固体培养基中培养，观察菌落特征，若菌落表面光滑，则为S型细菌，若菌落表面粗糙，则为R型细菌)　(3)专一性
[能力提升]
9．(2022·烟台二模)格里菲思在进行肺炎链球菌转化实验时，只有在小鼠体内才能成功，他将高温致死的S型细菌与R型活细菌，在培养基中混合培养时，很难得到转化现象。而艾弗里在培养基中加了一定量的抗R型细菌的抗体，在体外就比较容易观察到转化现象。下列说法不合理的是(　　)
A．抗R型细菌抗体使S型细菌的DNA较易进入R型细菌，易发生转化作用
B．R型细菌对小鼠免疫力的抵抗力较S型细菌弱，因此在小鼠体内容易转化成功
C．未加抗R型细菌抗体的培养基中R型细菌的竞争力较强，很难看到转化现象
D．可通过培养基上菌落的特征判断是否出现转化现象
解析：选A。由题意可知，在体外条件下，R型细菌在竞争中处于优势，故很难得到转化现象，A不合理；根据题意，格里菲思在进行肺炎链球菌转化实验时，只有在小鼠体内才能转化成功，而艾弗里在培养基中加了一定量的抗R型细菌的抗体就在体外成功重复了转化现象，说明S型细菌对小鼠免疫力的抵抗力更强，转化生成的S型细菌在与R型细菌的竞争中占优势，因此在小鼠体内容易转化成功，B合理；艾弗里在培养基中加了一定量的抗R型细菌的抗体，在体外就比较容易观察到转化现象，所以未加抗R型细菌抗体的培养基中R型细菌的竞争力较强，很难看到转化现象，C合理；R型细菌的菌落表面粗糙，S型细菌的菌落表面光滑，所以实验过程中，通过观察菌落的特征可以判断是否发生转化，D合理。
10．如图为T4噬菌体感染大肠杆菌后，大肠杆菌体内放射性RNA与T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA的杂交结果。下列叙述错误的是(　　)
A．可在培养基中加入3H－尿嘧啶用以标记RNA
B．参与分子杂交的放射性RNA为相应DNA的转录产物
C．第0 min时，与DNA杂交的RNA来自T4噬菌体及大肠杆菌的转录
D．随着感染时间增加，噬菌体DNA的转录增加，细菌基因活动受到抑制
解析：选C。尿嘧啶是RNA特有的碱基，可以用3H－尿嘧啶标记RNA，A正确；能与DNA杂交的RNA为相应DNA的转录产物，B正确；在第0 min时，大肠杆菌还没有被T4噬菌体感染，所以在大肠杆菌体内不存在T4噬菌体的DNA和RNA，C错误；从图中可以看出，随着感染时间增加，和T4噬菌体DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越高，说明噬菌体DNA的转录增加，而和大肠杆菌DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越低，说明其转录受到抑制，D正确。
11．(多选)如图表示某种DNA病毒侵染大肠杆菌的过程，下列有关叙述正确的是(　　)
A．该病毒DNA通过主动运输进入大肠杆菌
B．DNA转录的过程需要四种核糖核苷酸作为原料
C．遗传信息的正确表达依赖于碱基互补配对
D．多数子代病毒含有亲代病毒的DNA
解析：选BC。该病毒DNA通过胞吞进入大肠杆菌，A错误；DNA转录的产物为RNA，需要四种游离的核糖核苷酸为原料，B正确；遗传信息的表达包括转录和翻译，这两个过程都严格的遵循碱基互补配对原则，C正确；DNA的复制方式为半保留复制，少数子代病毒含有亲代病毒的DNA分子，D错误。
12．(2022·天津红桥一模)1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能，请回答下列有关问题：
(1)与肺炎链球菌相比，在赫尔希和蔡斯实验中，以噬菌体作为实验材料，该实验材料的优点是_______________________。
(2)实验中首先通过用含____________或____________的培养基分别培养大肠杆菌，再用未标记的噬菌体侵染上述细菌，可以获得____________的噬菌体。然后用获得的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。
(3)侵染一段时间后，用搅拌机搅拌，离心得到上清液和沉淀物，然后检测“被侵染的细菌”的存活率，以及上清液中的放射性，实验结果如图所示。
①搅拌的目的是_____________________________。
②当搅拌时间少于1分钟时，上清液中35S和32P的放射性较低，而搅拌时间足够长以后，上清液中35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，由此证明了____________________________________________。
③图中表明“被侵染的细菌”存活率保持在____________，通过该数据可以判断出，被侵染的细菌____(填“未”或“已”)裂解，否则胞外______放射性会增高。
(4)本实验证明病毒复制和传递遗传信息的过程中__________起着作用。
解析：(1)与肺炎链球菌相比，在赫尔希和蔡斯实验中，以噬菌体作为实验材料，该实验材料的优点是结构简单，仅含有DNA和蛋白质。(2)噬菌体没有细胞结构，不能独立代谢，故实验中首先通过用含35S或32P的培养基分别培养大肠杆菌，再用未标记的噬菌体侵染上述细菌，可以获得35S或32P标记的噬菌体。然后用获得的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。(3)①搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。②由于搅拌的目的是将吸附在细菌上的噬菌体和细菌分离，所以搅拌时间过短时，含有放射性的蛋白质外壳就会留在细菌表面，从而留在沉淀物中，使得上清液中的放射性较低。由于32P标记的是噬菌体的DNA，35S标记的是噬菌体的蛋白质，实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，可证明DNA进入了细菌，蛋白质没有进入细菌。③图中表明“被侵染的细菌”存活率基本保持在100%，通过该数据可以判断出，被侵染的细菌未裂解，否则子代噬菌体释放出来会使胞外32P放射性增高。(4)本实验结果显示病毒的DNA进入了细胞，而蛋白质没有进入细胞，可证明病毒的复制和传递遗传信息的过程中DNA起着重要的作用。
答案：(1)结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)　(2)35S(或32P)　32P(或35S)　35S或32P标记　(3)①使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离　②DNA进入了细菌，蛋白质没有进入细菌　③100%　未　32P　(4)DNA

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