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第3章 基因的本质
第1节　DNA是主要的遗传物质
课时目标 1.运用结构与功能观，理解DNA作为遗传物质的原因。(生命观念)
2．运用归纳与概括等方法，理解肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的异同。(科学思维)
3．掌握探究生物遗传物质相关实验的实验方法、过程及结论。(科学探究)
4．感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。(社会责任)
一、肺炎链球菌的转化实验
1．格里菲思的实验
(1)实验过程及结果
(2)实验结论：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 的活性物质—— 。
2．艾弗里的实验
(1)制备细胞提取物：将加热致死的S型细菌破碎，去除
，制成细胞提取物。
S型活细菌
转化因子
绝大部分糖类、
蛋白质和脂质
(2)实验过程及结果
(3)实验结论： 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
DNA
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．实验方法：利用 技术。
2．实验过程及现象
(1)标记T2噬菌体
放射性同位素标记
(2)标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，检测上清液和沉淀物中的放射性
3．结论： 才是噬菌体的遗传物质。
DNA
三、DNA是主要的遗传物质
1．RNA是遗传物质的实验证据
(1)实验材料：烟草花叶病毒(只含有 和 )、烟草。
(2)实验过程
蛋白质
RNA
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 ，不是 。
2．DNA是主要的遗传物质
因为绝大多数生物的遗传物质是 ，所以说 是主要的遗传物质。
RNA
蛋白质
DNA
DNA
◆名师点睛
1．肺炎链球菌类型的比较
项目 S型细菌 R型细菌
菌体 有多糖类的荚膜 无多糖类的荚膜
菌落 表面光滑 表面粗糙
致病性 有 无
2．格里菲思的实验没有证明DNA是转化因子(遗传物质)。
3．细胞内既有DNA，又有RNA，但只有DNA是遗传物质。
4．染色体不是遗传物质，但染色体是遗传物质的主要载体。
5．自变量控制中的原理
(1)加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。
(2)减法原理：与常态相比，人为去除某种影响因素。
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
×
×
√
×
×
◆思维启迪
1．标记噬菌体时，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：噬菌体是病毒，营寄生生活，不能直接用培养基培养噬菌体。
2．分析比较格里菲思的肺炎链球菌转化实验和艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
提示：格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但转化因子是哪种物质并没有证明。艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。
任务一 肺炎链球菌的转化实验
1．格里菲思的体内转化实验的实验分析
(1)第一组与第二组实验对比，说明__________具有致病性。
(2)第二组与第三组实验对比，说明加热致死的S型细菌____________。
(3)第一组与第四组实验对比，说明加热致死的S型细菌中含有________
____。
(4)在第四组实验中，格里菲思从小鼠体内同时分离出了S型活细菌和R型活细菌，这说明加热致死的S型细菌______________________。
(5)该实验能不能证明DNA是遗传物质？请说明理由。
答案：(1)S型活细菌
(2)失去致病性
(3)转化因子
(4)使部分R型活细菌转化为S型活细菌
(5)不能证明。加热致死的S型细菌中含有多种物质，无法确认是哪种物质起了作用。
2．艾弗里的体外转化实验的实验分析
(1)艾弗里的体外转化实验中DNA酶、酯酶、RNA酶的作用分别是什么？
(2)在艾弗里的体外转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？
答案：(1)DNA酶催化DNA水解，酯酶催化脂质水解，RNA酶催化RNA水解。
(2)最关键的实验设计思路是将S型细菌的细胞提取物分别进行不同的处理，再进行转化实验，单独、直接地观察它们的作用效果。
1．肺炎链球菌体内转化实验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 艾弗里和他的同事
培养方式 小鼠体内 体外培养基
实验对照 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌各成分的作用相互对照
实验结果 加热致死的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
项目 体内转化实验 体外转化实验
实验结论 加热致死的S型细菌体内有转化因子 S型细菌的遗传物质是DNA
联系 ①所用材料相同，都是肺炎链球菌(R型和S型)
②体内转化实验是基础，仅说明加热致死的S型细菌体内有转化因子；体外转化实验证明转化因子是DNA
③都遵循实验设计的对照原则、单一变量原则
2.对S型细菌和R型细菌转化的理解
(1)转化原理：加热致死的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)转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。
肺炎链球菌转化实验的认识误区
由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌被转化，形成的S型细菌数量很少，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。
D
解析：
S型细菌的菌落表面光滑，R型细菌的菌落表面粗糙，A错误；S型细菌的蛋白质经过加热后失活，但其DNA经加热后没有失去活性，B错误；S型细菌中的DNA能将部分R型细菌转化为S型细菌，因此从死亡小鼠体内分离出的肺炎链球菌有S型细菌和R型细菌，C错误；该实验证明加热致死的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R型细菌转化为S型细菌是S型细菌的DNA引起的，D正确。
C
解析：
本实验设计思路是设法将DNA和蛋白质分开，单独观察它们各自的作用，A正确；甲组实验作对照，而乙、丙两组实验中分别加入了蛋白酶和DNA酶，相当于这两组实验分别研究了S型细菌的蛋白质和DNA的作用，因此，这两组均是该实验中的实验组，B正确；由于蛋白酶和DNA酶能分别催化蛋白质和DNA水解，所以该实验控制自变量用到了减少提取物中成分的方法，利用的原理是“减法原理”，C错误；实验结束后，由于甲、乙组中S型细菌的DNA结构完整，因而会引起R型细菌发生转化，将出现两种菌落，D正确。
任务二 噬菌体侵染细菌的实验
图1为T2噬菌体两种组成成分的部分结构示意图，图2为用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图。
[问题探究]
1．本实验采用放射性同位素标记技术，为什么用35S和32P进行标记？35S和32P分别标记图1中的哪些结构？
答案：S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于DNA分子中，用放射性同位素35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA，可以单独地观察它们各自的作用。其中35S标记图1中的④，32P标记图1中的①。
2．能否用14C和18O标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？
答案：不能用14C和18O标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含C和O。不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为放射性检测时只能检测到放射性存在的部位，不能确定是何种元素的放射性。
3．图2中T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再进行⑦⑧过程。⑦⑧分别代表______和________过程，其中⑦的目的是______________________________________________________________，⑧的目的是____________________________________________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________。
答案：搅拌　离心　使吸附在细菌上的噬菌体(蛋白质外壳)与细菌分离　让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
1．实验结果及误差分析
(1)用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌
(2)用含35S的噬菌体侵染大肠杆菌
2．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
项目 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
方法 将分别除去蛋白质、RNA、脂质、DNA等成分的S型细菌的细胞提取物与R型细菌混合培养 分别用同位素35S、32P标记噬菌体的蛋白质和DNA，侵染未被标记的大肠杆菌
项目 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
结论 ①证明DNA是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质
②说明了遗传物质可发生可遗传的变异 ①证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质
②说明DNA能控制蛋白质的合成
③证明DNA能自我复制
3.同位素标记法在噬菌体侵染细菌的实验中的应用分析
(1)标记元素：若用32P和35S，则分别标记了DNA和蛋白质，若用C、H、O等，则同时标记了DNA和蛋白质。
(2)标记对象：标记对象不同对应结果不同。
标记对象 噬菌体 细菌 子代噬菌体
DNA 32P 31P 32P(少数)、31P(全部)
蛋白质 35S 32S 32S
DNA和
蛋白质 14C、3H、
18O、15N 12C、1H、
16O、14N C、H、O、N的
两种同位素都有
有关噬菌体侵染细菌实验的三点提醒
(1)实验中，只有DNA进入细菌体内，DNA复制和蛋白质合成所需要的原料、能量和场所等均由宿主细胞提供。
(2)实验中，在沉淀物中的放射性较高时，在上清液中放射性并不是0；在上清液中放射性较高时，在沉淀物中放射性也并不是0。
(3)标记噬菌体时应先标记细菌，再用噬菌体侵染被标记的细菌。因为噬菌体是无细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
A
A．A组实验中延长培养时间，试管 Ⅲ 中上清液的放射性会升高
B．B组试管 Ⅲ 中的子代噬菌体含35S
C．该实验利用放射性同位素标记和离心技术证明基因位于染色体上
D．大肠杆菌为噬菌体增殖提供了模板、原料和酶等
解析：
A组实验中，若延长培养时间，子代噬菌体释放增多，试管Ⅲ中上清液的放射性会升高，A正确；B组中噬菌体蛋白质外壳含35S，但子代噬菌体的蛋白质外壳利用的是大肠杆菌内的原料合成，不含35S，B错误；该实验利用放射性同位素标记和离心技术证明了DNA是遗传物质，而非证明基因位于染色体上，C错误；大肠杆菌为噬菌体增殖提供了原料、酶、场所等，但模板是噬菌体自身的DNA，D错误。
B
解析：
噬菌体中P几乎都存在于DNA中，S仅存在于蛋白质中，而H是DNA和蛋白质共有的元素，因此32P只标记DNA，35S只标记蛋白质，而3H可同时标记DNA和蛋白质。噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌内，利用细菌的脱氧核苷酸和氨基酸合成子代噬菌体的DNA和蛋白质，故在子代噬菌体中能找到3H和32P标记的DNA，不能找到35S和3H标记的蛋白质。故选B。
二看法分析噬菌体侵染细菌实验的放射性
任务三 DNA是主要的遗传物质
1．有同学认为玉米、果蝇、豌豆细胞内既有DNA又有RNA，因此它们的遗传物质是DNA和RNA。该同学的这种说法对吗？为什么？
答案：不对。一种生物的遗传物质只有一种。这些生物都具有细胞结构，遗传物质一定是DNA。
2．为什么说DNA是主要的遗传物质？
答案：因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
1．烟草花叶病毒(TMV)重建及其对烟草叶片的感染
(1)实验过程及现象
(2)结果分析与结论：重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系。
2．不同生物的遗传物质
生物类型 细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒
核酸 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA
遗传物质 DNA DNA DNA RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA
有关遗传物质的三点提醒
(1)并不是所有的核酸都能作为遗传物质，如细胞生物中的RNA。
(2)DNA并不是所有生物的遗传物质，如烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
(3)一种生物的遗传物质是唯一的，对某种生物不能说“主要遗传物质”。
D
A．本实验遵循了对照原则
B．实验过程中重组病毒的后代是HRV
C．若运用同位素标记法，不能选择15N标记
D．该实验说明HRV的遗传物质主要是RNA
解析：
在本实验中，a～e组之间可相互对照，说明本实验遵循了对照原则，A正确；重组病毒是由TMV的蛋白质外壳与HRV的RNA组成的，用重组病毒侵染烟草叶片，出现病斑的烟草叶片中提取的病毒为HRV，说明实验过程中重组病毒的后代是HRV，B正确；组成病毒的蛋白质外壳和RNA中均含有N，无法用15N将蛋白质外壳和RNA区分开，可见，若运用同位素标记法，不能选择15N标记，C正确；该实验设计的重组病毒
解析：
是由TMV的蛋白质外壳与HRV的RNA组成的，没有设计由HRV的蛋白质外壳与TMV的RNA组装成的重组病毒，也没有设计仅用HRV的蛋白质外壳侵染烟草叶片的实验，因此，该实验只能证明RNA是HRV的遗传物质，不能说明HRV的遗传物质主要是RNA，D错误。
D
解析：
生物的遗传物质是DNA或RNA，具有细胞结构的生物(包括原核生物和真核生物)的遗传物质是DNA，不具有细胞结构的病毒的遗传物质是DNA或RNA，所以以RNA为遗传物质的生物一定是没有细胞结构的病毒，A错误；原核生物的遗传物质是DNA，B错误；肺炎链球菌的细胞内既有DNA又有RNA，但DNA是遗传物质，DNA是主要遗传物质是针对整个生物界而言的，C错误；烟草花叶病毒侵染烟草实验证明了RNA是遗传物质，D正确。
生物遗传物质的判断
看清是问哪一种或哪一类生物的遗传物质，还是问整个生物界生物的遗传物质。
(1)如果是某种生物，那么其遗传物质是DNA或RNA。
(2)有细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质都是DNA，只有RNA病毒的遗传物质才是RNA。
(3)整个生物界生物的遗传物质主要是DNA。
病毒类型的判断——科学探究
研究表明，金柑花斑病是由一种新型病毒感染金柑叶片引起的。为探究金柑花斑病的病毒类型是DNA病毒还是RNA病毒，某研究小组采用的实验材料如下：长势相近的1年生金柑、Trizol试剂(用于DNA、RNA和蛋白质的分离)、DNA酶、RNA酶及实验需要的用具。
设计1：考查长句表达能力与生命观念
(1)核酸作为遗传物质具备的条件有_______________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________ (答出两点即可)。
设计2：考查实验设计与科学探究能力
(2)探究金柑花斑病的病毒类型，方法步骤如下：
①选择长势相近的1年生金柑，分为A、B两组。
②用____________处理金柑花叶病毒，将该病毒的核酸和蛋白质分开，取等量的核酸平均分成甲、乙两组。
③用DNA酶处理甲组，RNA酶处理乙组，培养一段时间后分别感染A、B组金柑。
④一段时间后，观察________________________。
设计3：考查实验结果的预测与语言表达能力
(3)预期实验结果和结论：
若______________________________________，则该病毒为RNA病毒；若____________________________________，则该病毒为DNA病毒。
答案：(1)在细胞生长和繁殖过程中能够准确地复制，具有遗传的连续性；储存大量遗传信息；结构比较稳定
(2)②Trizol试剂　④A、B组金柑叶片是否有花斑病出现
(3)A组金柑叶片出现花斑病，B组没有出现　B组金柑叶片出现花斑病，A组没有出现
解析：
(1)核酸作为遗传物质具备的条件有在细胞生长和繁殖过程中能够准确地复制，具有遗传的连续性；储存大量遗传信息；结构比较稳定等。(2)探究金柑花斑病的病毒类型是DNA病毒还是RNA病毒，自变量为DNA酶或者RNA酶处理该病毒的核酸，因变量为金柑叶片是否有花斑病出现。具体步骤：①分组编号，选择长势相近的1年生金柑，分为A、B两组。②由题意可知，Trizol试剂用于DNA、RNA和蛋白质的分离，因此本实验可用Trizol试剂处理金柑花叶病毒，将该病毒的核酸和蛋白质分
解析：
开。③用DNA酶处理甲组，RNA酶处理乙组，培养一段时间后分别感染A、B组金柑。④一段时间后，观察A、B组金柑叶片是否有花斑病出现。(3)预期实验结果和结论：若A组(DNA酶处理，没有DNA)金柑叶片出现花斑病，B组(RNA酶处理，没有RNA)没有出现，则该病毒为RNA病毒；若B组(RNA酶处理，没有RNA)金柑叶片出现花斑病，A组(DNA酶处理，没有DNA)没有出现，则该病毒为DNA病毒。
C
解析：
烟草花叶病毒的实验研究证明RNA是遗传物质，A错误；格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明加热致死的S型细菌中存在某种转化因子，但并未证明转化因子是DNA，B错误；赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验能证明DNA是遗传物质，C正确；艾弗里团队的肺炎链球菌转化实验证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质，D错误。
A
解析：
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验证明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，因此发生转化的细菌是R型细菌，含转化因子的细菌是S型细菌。故选A。
实验组别 ① ② ③ ④
加入的酶 未加 蛋白酶 RNA酶 DNA酶
A.① B．② C．③ D．④
D
解析：
艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，用加热致死的S型细菌制成提取液，经题表所示的处理后，分别加入含有R型活菌的培养基中，一段时间后，无S型细菌出现的组别是④，DNA酶能够将DNA水解，进而导致DNA无法发挥其转化作用，A、B、C组均含有DNA，可以发挥转化作用，能够出现S型细菌，D正确。
A
解析：
甲组：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，因此用35S标记的噬菌体侵染细菌，外壳吸附在大肠杆菌表面，若不进行搅拌，蛋白质外壳会随着细菌离心到沉淀物中，导致沉淀物的放射性强。乙组：32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，而合成子代噬菌体的原料都来自细菌，根据DNA半保留复制特点可知，32P标
解析：
记的噬菌体侵染细菌后，若保温时间过长，导致大部分细菌破裂，释放出子代噬菌体，经过离心后分布在上清液中，导致上清液有较强的放射性。故选A。
A
解析：
由题意知，新病毒的RNA来源于变种Y，因此由新病毒感染烟草后可以得到的病毒是变种Y，A正确。
6．请结合探究遗传物质的相关实验回答下列问题：
(1)肺炎链球菌的转化实验中格里菲思______(填“有”或“没有”)得出DNA是促使R型细菌转化为S型细菌的转化因子。
(2)赫尔希和蔡斯用____________________技术进一步证明 DNA是噬菌体的遗传物质。
(3)噬菌体侵染细菌实验中，实验步骤如下，请用数字填写该实验的正确顺序：____________。
①噬菌体与未被标记的大肠杆菌混合培养。
②用35S 和32P 分别标记噬菌体。
③放射性检测。
④离心分离。
(4)烟草花叶病毒是一种 RNA 病毒。烟草花叶病毒的感染实验证明________是遗传物质。
(5)后来的研究发现绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说__________是主要的遗传物质。
答案：(1)没有
(2)放射性同位素标记
(3)②①④③
(4)RNA
(5)DNA
解析：
(1)肺炎链球菌的转化实验中格里菲思没有得出DNA是促使R型细菌转化为S型细菌的转化因子，只是提出了在S型细菌中含有转化因子可以促使R型细菌转化为S型细菌，但并不确定具体是哪种物质。(2)赫尔希和蔡斯用放射性同位素标记技术进一步证明DNA是噬菌体的遗传物质。(3)噬菌体侵染细菌实验的正确顺序是②用35S和32P分别标记噬菌体→①噬菌体与未被标记的大肠杆菌混合培养→④离心分离→③放射性检测。(4)
解析：
烟草花叶病毒是一种RNA病毒。烟草花叶病毒的感染实验证明RNA是遗传物质。 (5)后来的研究发现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。

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