资源简介

3.1 DNA 是主要的遗传物质 导学案
核心素养
1.生命观念：通过对 DNA 是主要遗传物质相关实验的学习，理解遗传信息的传递和变异，形成遗传物质决定生物性状的生命观念。
2.科学思维：分析肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验，培养归纳、演绎、推理等科学思维能力，能基于证据对遗传物质的本质进行逻辑推理。
3.科学探究：领悟科学家探究遗传物质的实验设计思路，提升实验设计、实施以及分析实验结果的能力，培养科学探究精神。
4.社会责任：了解遗传物质研究的意义，关注与遗传相关的社会议题，树立正确的科学价值观，培养社会责任感。
教学重难点
肺炎链球菌的转化实验过程及结论，包括格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验。
噬菌体侵染细菌的实验过程及结论，理解该实验如何证明 DNA 是遗传物质。
理解 DNA 是主要遗传物质的内涵，明确大多数生物的遗传物质是 DNA，少数生物（如某些病毒）的遗传物质是 RNA。
基础知识梳理
知识点一：对遗传物质的早期推测
1.20 世纪 20 年代，大多数科学家认为______是生物体的遗传物质。原因是氨基酸多种多样的______可能蕴含着遗传信息。蛋白质由______种氨基酸组成，这些氨基酸通过______键连接成多肽链，多肽链再经过盘曲、折叠形成具有特定空间结构的蛋白质。
2.20 世纪 30 年代，人们认识到 DNA 的基本组成单位是______，它是由一分子______、一分子______和一分子含氮碱基组成。组成 DNA 的含氮碱基有______种，分别是______（A）、______（T）、______（G）、______（C）。虽然对 DNA 结构有了一定认识，但由于对其结构没有清晰的了解，当时认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
知识点一
1.蛋白质；排列顺序；21；肽
2.脱氧核苷酸；脱氧核糖；磷酸；4；腺嘌呤；胸腺嘧啶；鸟嘌呤；胞嘧啶
知识点二：肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲思的体内转化实验
实验材料：肺炎链球菌有两种类型，一种是______（S 型）细菌，菌落______，菌体有______，是有毒性的；另一种是______（R 型）细菌，菌落______，菌体没有______，是无毒性的。
实验过程及现象
将无毒性的 R 型活细菌注射到小鼠体内，小鼠______。
将有毒性的 S 型活细菌注射到小鼠体内，小鼠______，并从死亡小鼠体内分离出______细菌。
将加热杀死的 S 型细菌注射到小鼠体内，小鼠______。
将无毒性的 R 型活细菌与加热杀死的 S 型细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠______，并从死亡小鼠体内分离出______细菌。
实验结论：加热杀死的 S 型细菌中含有某种 “转化因子”，能将______转化为______，这种转化是可以遗传的。但格里菲思并未确定这种 “转化因子” 是什么物质。
2.艾弗里的体外转化实验
实验设计思路：将 S 型细菌的______、蛋白质和多糖等物质分开，单独地、直接地观察它们各自的作用，以确定转化因子。
实验过程及现象
将 S 型细菌的 DNA 与 R 型活细菌混合培养，培养基上出现了______细菌和______细菌。
将 S 型细菌的蛋白质与 R 型活细菌混合培养，培养基上只出现______细菌。
将 S 型细菌的多糖与 R 型活细菌混合培养，培养基上只出现______细菌。
将 S 型细菌的 DNA 用______处理后，再与 R 型活细菌混合培养，培养基上只出现______细菌。
实验结论：______才是使 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质，即______是遗传物质，______不是遗传物质。
知识点二
1.光滑；光滑；荚膜；粗糙；粗糙；荚膜；存活；死亡；S 型；存活；死亡；S 型；R 型细菌；S 型细菌
2.DNA；S 型；R 型；R 型；R 型；DNA 酶；R 型；DNA；DNA；蛋白质和多糖
知识点三：噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：T 噬菌体，它是一种专门寄生在______体内的病毒，由______和______组成。T 噬菌体的头部和尾部的外壳是由______构成，头部内含有______。
2.实验方法：______，用______标记一部分噬菌体的蛋白质，用______标记另一部分噬菌体的 DNA。
3.实验过程及现象
标记噬菌体：在分别含有放射性同位素 S 和放射性同位素 P 的培养基中培养______，再用上述大肠杆菌培养______，得到蛋白质含有______标记或 DNA 含有______标记的噬菌体。
噬菌体侵染细菌：
用 S 标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，短时间保温后搅拌、离心，结果是上清液中放射性______，沉淀物中放射性______。原因是噬菌体______留在了外面，而进入大肠杆菌的是噬菌体的______。
用 P 标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，短时间保温后搅拌、离心，结果是上清液中放射性______，沉淀物中放射性______。原因是噬菌体的______进入了大肠杆菌，而留在外面的是噬菌体的______。
4.实验结论：在噬菌体中，亲代与子代之间具有连续性的物质是______，即______是遗传物质。
知识点三答案
1.大肠杆菌；DNA；蛋白质；蛋白质；DNA
2.同位素标记法； S； P
3.大肠杆菌；T 噬菌体； S； P；高；低；蛋白质外壳；DNA；低；高；DNA；蛋白质外壳
4.DNA；DNA
知识点四：DNA 是主要的遗传物质
1.绝大多数生物的遗传物质是______，如真核生物、原核生物以及 DNA 病毒。
2.少数病毒的遗传物质是______，如烟草花叶病毒、HIV 等。
3.因为______生物的遗传物质是 DNA，所以说 DNA 是主要的遗传物质。
知识点四答案
1.DNA
2.RNA
3.绝大多数
深化探究
1.对比格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验，分析它们的联系和区别。
提示：联系方面，两者都围绕肺炎链球菌展开，且目的都是探究遗传物质；格里菲思实验为艾弗里实验奠定了基础，发现了 “转化因子” 的存在。区别在于，格里菲思实验是在小鼠体内进行，无法确定转化因子的本质；艾弗里实验是体外实验，将 S 型细菌的各种成分分离，直接探究哪种成分是转化因子。从实验环境、探究深度等角度进一步分析二者差异。
2.噬菌体侵染细菌实验中，为什么选择 S 和 P 分别标记噬菌体的蛋白质和 DNA？
提示：考虑蛋白质和 DNA 的元素组成。蛋白质中含有 S 元素，而 DNA 中几乎不含 S 元素；DNA 中含有 P 元素，且 P 元素在 DNA 中含量较高，蛋白质中 P 元素含量很少。所以用 S 标记蛋白质， P 标记 DNA，可通过检测放射性的分布来区分噬菌体的蛋白质和 DNA 在侵染过程中的去向，从而探究遗传物质。从元素特异性角度深入思考实验设计的巧妙之处。
3.结合所学知识，分析生物遗传物质的多样性对生物进化的意义。
提示：从遗传物质决定生物性状、变异以及适应环境等方面分析。DNA 作为主要遗传物质，其多样性为生物的遗传变异提供了丰富的素材。在自然选择作用下，不同的遗传变异使生物在适应环境方面表现出差异，有利于生物在不同环境中生存和繁衍。对于以 RNA 为遗传物质的病毒，其遗传物质的变异频率相对较高，可能产生新的病毒类型，这对生物进化也有重要影响，如促进宿主生物的免疫进化等。从遗传与进化的关系层面深入探讨。
习题巩固
1.肺炎链球菌转化实验中，将加热杀死的 S 型细菌与 R 型活细菌混合后，注射到小鼠体内，在小鼠体内 S 型、R 型细菌含量的变化情况如图所示。下列有关叙述错误的是（ ）
A. 在死亡的小鼠体内存在着 S 型、R 型两种类型的细菌
B. 曲线 ab 段下降的原因是 R 型细菌被小鼠的免疫系统所消灭
C. 曲线 bc 段上升，与 S 型细菌在小鼠体内增殖导致小鼠免疫力降低有关
D. S 型细菌数量从 0 开始是因为加热杀死的 S 型细菌直接复活
2.艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了 DNA 是遗传物质。下列关于这两个实验的叙述正确的是（ ）
A. 二者都应用了同位素标记技术
B. 二者的设计思路都是设法把 DNA 与蛋白质分开，研究各自的效应
C. 艾弗里的实验设置了对照，赫尔希与蔡斯的实验没有对照
D. 二者都诱发了 DNA 突变
3.下列关于 “DNA 是主要的遗传物质” 的叙述，正确的是（ ）
A. 所有生物的遗传物质都是 DNA
B. 真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是 DNA，少部分病毒的遗传物质是 RNA
C. 动物、植物、真菌的遗传物质是 DNA，除此之外的其他生物的遗传物质是 RNA
D. 真核生物、原核生物的遗传物质是 DNA，其他生物的遗传物质是 RNA
4.用噬菌体去感染体内含 P 的细菌，在细菌解体后含 P 的是（ ）
A. 子代噬菌体 DNA
B. 子代噬菌体蛋白质外壳
C. 子代噬菌体所有部分
D. 子代噬菌体不含 P
5.噬菌体侵染细菌的实验中，对噬菌体衣壳蛋白合成的描述，正确的是（ ）
A. 氨基酸原料和酶来自细菌
B. 氨基酸原料和酶来自噬菌体
C. 氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体
D. 氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌
6.在证明 DNA 是遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别用 P 和 S 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
7.下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是（ ）
A. 豌豆的遗传物质主要是 DNA
B. 酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C. T 噬菌体的遗传物质含有硫元素
D. HIV 的遗传物质水解产生 4 种脱氧核苷酸
参考答案及解析
1.答案：D
解析：加热杀死的 S 型细菌不能直接复活，而是其 DNA 使 R 型细菌转化为 S 型细菌，D 错误；在死亡小鼠体内存在 S 型和 R 型细菌，A 正确；ab 段 R 型细菌数量下降是被小鼠免疫系统消灭，B 正确；bc 段 S 型细菌增殖使小鼠免疫力降低，R 型细菌数量上升，C 正确。
2.答案：B
解析：艾弗里实验没有用同位素标记技术，A 错误；两者设计思路都是将 DNA 与蛋白质分开研究各自效应，B 正确；赫尔希与蔡斯实验用 P 和 S 标记的噬菌体分别侵染细菌形成相互对照，C 错误；两个实验都没有诱发 DNA 突变，D 错误。
3.答案：B
解析：所有细胞生物（真核生物、原核生物）的遗传物质都是 DNA，大部分病毒的遗传物质是 DNA，少部分病毒（如烟草花叶病毒等）遗传物质是 RNA，所以说 DNA 是主要遗传物质，B 正确；A 错误，不是所有生物遗传物质都是 DNA；C 错误，除动物、植物、真菌外，原核生物遗传物质也是 DNA；D 错误，病毒遗传物质是 DNA 或 RNA。
4.答案：A
解析：噬菌体侵染细菌时，DNA 进入细菌并作为模板指导子代噬菌体合成，原料（核苷酸、氨基酸）、能量和酶都由细菌提供，所以细菌解体后，子代噬菌体 DNA 含有 P，蛋白质外壳不含 P，A 正确；B、C、D 错误。
5.答案：A
解析：噬菌体侵染细菌时，只有 DNA 进入细菌，衣壳蛋白合成时，氨基酸原料和酶都由细菌提供，噬菌体只提供 DNA 模板，A 正确；B、C、D 错误，酶和氨基酸都不是来自噬菌体。
6.答案：A
解析： P 存在于磷酸基团中，对应①； S 存在于氨基酸的 R 基中，在蛋白质中对应④，A 正确；②是脱氧核糖，⑤是肽键，B、C、D 错误。
7.答案：B
解析：豌豆遗传物质就是 DNA，不是主要是 DNA，A 错误；酵母菌是真核生物，遗传物质 DNA 主要分布在染色体上，B 正确；T 噬菌体遗传物质是 DNA，不含 S 元素，C 错误；HIV 遗传物质是 RNA，水解产生 4 种核糖核苷酸，D 错误。

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