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第1节　DNA是主要的遗传物质
[学习目标]　1.阐述肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的方法和过程。2.阐明DNA是主要遗传物质的结论。
一、对遗传物质的早期推测
二、肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌体
有无致病性 有 无
2.格里菲思的体内转化实验
(1)过程与现象。
(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S型活细菌的活性物质——转化因子。
3.艾弗里的体外转化实验
(1)实验过程及结果。
(2)结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(3)“加法原理”和“减法原理”
①与常态比较,人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如,“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。
②与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如,艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验者:赫尔希和蔡斯。
2.实验方法:放射性同位素标记技术。
3.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)噬菌体的结构。
(2)噬菌体的生活方式:专门寄生在大肠杆菌体内。
(3)T2噬菌体的增殖。
①合成T2噬菌体的DNA的模板:进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
②合成T2噬菌体的DNA的原料:大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
③合成T2噬菌体的蛋白质的原料:大肠杆菌的氨基酸;场所:大肠杆菌的核糖体。
4.实验过程
5.实验结果及分析
(1)放射性同位素在离心管中的分布情况表明:噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在细胞外。
(2)子代噬菌体的标记情况表明:子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的DNA遗传的。
6.实验结论:DNA才是噬菌体的遗传物质。
四、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(只含有蛋白质和RNA)、烟草。
(2)实验过程。
(3)结论:烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2.DNA是主要的遗传物质: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。因此,DNA是主要的遗传物质。
判断正误
(1)格里菲思利用肺炎链球菌的体内转化实验证明DNA是遗传物质。(　　)
【答案】 ×
【提示】 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验证明存在转化因子,能将R型菌转化为S型菌。
(2)艾弗里运用“减法原理”证明DNA是主要的遗传物质。(　　)
【答案】 ×
【提示】 艾弗里运用“减法原理”证明了DNA是遗传物质,并未证明DNA是主要的遗传物质。
(3)为获得放射性标记的T2噬菌体,可分别用含 35S 和32P的人工培养基培养噬菌体。(　　)
【答案】 ×
【提示】 病毒没有细胞结构,不能独立代谢,应该先分别用含有35S和32P的培养基培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体,从而获得放射性标记的T2噬菌体。
(4)用含35S的噬菌体侵染细菌,离心后,可在沉淀物中发现大量的放射性物质。(　　)
【答案】 ×
【提示】 用含35S的噬菌体侵染细菌,离心后,沉淀物中的放射性很低。
(5)病毒的遗传物质是DNA或RNA。(　　)
【答案】 √
任务一　分析肺炎链球菌的转化实验　　　　　　 　　　　　 　　　　　
探究1　分析格里菲思的体内转化实验,提升科学探究能力
　　在格里菲思第④组实验中,小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如下图所示,据图思考并回答下列问题。
(1)ab段R型细菌数量减少的原因是小鼠体内形成大量的抗R型细菌的抗体,致使R型细菌数量减少。
(2)bc段R型细菌数量增多的原因是b点之前,已有少量R型细菌转化为S型细菌,S型细菌能降低小鼠的免疫力,造成R型细菌大量繁殖。
(3)后期出现的大量S型细菌是由R型细菌转化成的S型细菌繁殖而来的。
(4)在上述转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时所需转化因子、原料、能量分别由哪方提供
【提示】 所需转化因子来自S型细菌,而原料和能量均来自R型细菌。
探究2　分析艾弗里的体外转化实验
　　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下图所示,思考并回答下列问题。
(1)该实验对变量的控制采取的原理是“减法原理”。
(2)步骤①中,对酶的处理时间有什么要求 为什么
【提示】 酶处理时间要足够长,以使反应物完全水解。
(3)步骤②中,甲或乙的加入量有什么要求 理由是什么
【提示】 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。
(4)从控制自变量的角度,艾弗里实验的基本思路是什么
【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。
核心归纳
1.肺炎链球菌体内和体外转化实验的比较
2.肺炎链球菌转化的实质
肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传信息,即发生了基因重组,从而使R型细菌转化为S型细菌。
3.加热的作用原理
(1)加热会使蛋白质变性失活,这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活,酶等生命体系失去其相应功能,细菌死亡。
(2)加热时,DNA的结构也会被破坏,但当温度降低到55 ℃左右时,DNA的结构会恢复,进而恢复活性。
典型例题
1.某科研小组在格里菲思实验的基础上增加了相关实验,实验过程如下图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
[A] 活菌甲在培养基上形成的菌落表面光滑
[B] 加热致死菌乙中的某种物质能使部分活菌甲转化成活菌乙
[C] 通过实验②,鼠2的血液中只能分离出活菌乙
[D] 鼠5死亡的原因是死菌甲中的某种物质能使死菌甲转化成活菌乙
【答案】 B
【解析】 由实验①可知,活菌甲不会导致小鼠死亡,由实验④可知,活菌乙会导致小鼠死亡,因此活菌甲、乙分别对应R型细菌和S型细菌,所以活菌甲在培养基上形成的菌落表面粗糙;实验②是将活菌甲和加热致死菌乙混合后注射到鼠2体内,活菌甲不具有致死效应,因此可推知加热致死菌乙中的某种物质能使部分活菌甲转化成活菌乙,从而导致鼠2死亡;实验②中加热致死菌乙的某种物质不能将全部的活菌甲转化成活菌乙,还有部分活菌甲没有被转化,因此鼠2的血液中既能分离出活菌乙,也能分离出活菌甲;鼠5死亡的原因是活菌乙本身就具有致死效应。
2.为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化因子是DNA还是蛋白质,进行了肺炎链球菌体外转化实验,其基本过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 甲组培养皿中有R型及S型菌落,推测转化因子存在于S型菌的提取物中
[B] 乙组培养皿中有R型及S型菌落,推测转化因子不是蛋白质
[C] 丙组培养皿中只有R型菌落,推测转化因子是DNA
[D] 该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
【答案】 D
【解析】 甲组培养皿中有R型和S型菌落,说明发生了细菌的转化,由此可推测S型菌的提取物中存在转化因子;乙组实验中蛋白酶可将提取物中的蛋白质水解,乙组培养皿中有R型及S型菌落,推测转化因子不是蛋白质;丙组实验中的DNA酶可将提取物中的DNA水解,若丙组培养皿中只有R型菌落,推测转化因子是DNA;该实验能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA。
任务二　分析噬菌体侵染细菌的实验　　
　　下图为赫尔希和蔡斯进行的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验过程,请分析并回答下列问题。
(1)本实验采用的是放射性同位素标记技术,为什么用32P和35S进行标记
【提示】 P是噬菌体DNA特有的元素,S是噬菌体蛋白质特有的元素,用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,可以单独地观察它们各自的作用。
(2)能否用 32P和 35S同时标记噬菌体 并说明理由。
【提示】 不能用32P和35S同时标记噬菌体,因为若用32P 和35S同时标记噬菌体,离心后上清液和沉淀物中均会有放射性,无法判断噬菌体遗传物质的成分。
(3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,发现沉淀物中也有少量放射性,可能是什么原因造成的
【提示】 可能是搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面,随大肠杆菌离心到沉淀物中。
(4)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,发现上清液中放射性也较高,可能是什么原因造成的
【提示】 保温时间过短,部分噬菌体来不及侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中;保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌细胞内增殖后释放出子代,经离心后分布于上清液中。
核心归纳
1.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高,原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。
(2)搅拌要充分——如果搅拌不充分,35S组部分噬菌体蛋白质外壳与细菌没有分离,噬菌体蛋白质外壳与细菌共存于沉淀物中,这样会造成沉淀物中放射性偏高。
2.不同元素标记后子代放射性的判断
典型例题
3.(2025·昭通期中)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌的实验证实了DNA是遗传物质。下列关于该实验的叙述,正确的是(　　)
[A] 实验中可用15N代替32P标记DNA
[B] 噬菌体的蛋白质外壳是在大肠杆菌的遗传物质指导下合成的
[C] 噬菌体DNA合成的原料来自大肠杆菌
[D] 实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【答案】 C
【解析】 N是蛋白质和DNA共有的元素,若用15N代替32P标记噬菌体的DNA,则其蛋白质也会被标记,且15N不具有放射性,因此实验中不能用15N代替32P标记DNA;噬菌体的蛋白质外壳是在噬菌体的DNA指导下合成的;子代噬菌体DNA合成的原料来自大肠杆菌;该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA。
4.(2025·丹东期末)下列有关噬菌体侵染细菌实验的叙述,正确的是(　　)
[A] 可以用醋酸杆菌代替大肠杆菌
[B] 用含有放射性同位素 35S的培养基培养T2噬菌体
[C] 35S标记组发现沉淀物有少量放射性,原因是保温时间过长
[D] 32P标记组,子代噬菌体中可检测到32P
【答案】 D
【解析】 不可以用醋酸杆菌代替大肠杆菌,因为T2噬菌体只能侵染大肠杆菌;噬菌体为病毒,不具有独立的代谢功能,故不能用含有放射性同位素35S的培养基直接培养T2噬菌体;在35S标记组发现沉淀物有少量放射性,原因可能是搅拌不充分,使带有放射性的噬菌体外壳没有和细菌分离进入沉淀物中,而保温时间过长不会影响放射性分布情况。
任务三　分析生物的遗传物质
已知烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟草叶片,但两者致病斑不同。有人用这两种病毒做实验,具体步骤和结果如下图所示,思考并回答下列问题。
(1)c表示用TMV的蛋白质外壳感染烟草叶片,结果是烟草叶片上不出现病斑。
(2)d表示用HRV的RNA感染烟草叶片,结果是烟草叶片上出现病斑。
(3)f表示TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA组成的“杂种病毒”产生的后代是HRV。
(4)该实验的结论是TMV和HRV的遗传物质是RNA,而不是蛋白质。
(5)如何理解DNA是主要的遗传物质
【提示】 细胞内既有DNA,又有RNA,其遗传物质是DNA;病毒只含有一种核酸:DNA或RNA,含有哪种核酸,该核酸就是该病毒的遗传物质;DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说的,而某种生物的遗传物质是唯一的。
核心归纳
　遗传物质的探索思路
典型例题
5.(2025·崇左期末)下图为“DNA是主要的遗传物质”论证模型。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 人们曾认为蛋白质是遗传物质,可能是因为蛋白质的氨基酸排列顺序多种多样
[B] 艾弗里在肺炎链球菌体外转化实验中对自变量的控制采用了“加法原理”
[C] 证据2的实验中可用C、H的同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质
[D] “主张DNA是主要的遗传物质”是通过完全归纳法得出的
【答案】 A
【解析】 在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,每个实验组加入相应的酶特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,利用的是“减法原理”;DNA和蛋白质中都含有C、H,因此噬菌体侵染细菌的实验中,不能用C、H的同位素标记噬菌体;“主张DNA是主要的遗传物质”是通过不完全归纳法得出的。
6.下图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程,据图推断,下列说法错误的是(　　)
[A] 该实验中水和苯酚的作用是使病毒的蛋白质和RNA分离
[B] 该实验设计思路和肺炎链球菌的体外转化实验完全相同
[C] 该实验证明TMV的遗传物质是RNA
[D] 该实验中接种RNA组和接种蛋白质组互为对照
【答案】 B
【解析】 题述实验设计思路是将RNA和蛋白质分离,再分别验证其作用;肺炎链球菌体外转化实验是分别加入蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处理,探究细胞提取物的转化活性。二者的实验设计思路不完全相同。
随堂检测　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.格里菲思在小鼠身上进行了著名的肺炎链球菌转化实验,下列关于该实验的结论,错误的是(　　)
[A] 说明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
[B] 说明R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌
[C] 说明R型活细菌是无致病性的
[D] 说明加热致死的S型细菌是无致病性的
【答案】 A
【解析】 格里菲思的肺炎链球菌转化实验能够证明,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,不能证明DNA是遗传物质。
2.(2025·南通期末)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验,用加热致死的S型细菌制成提取液,经下表所示的处理后,分别加入含有R型活菌的培养基中。一段时间后,培养基上无S型细菌出现的实验组别是(　　)
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
【答案】 D
【解析】 ④组中DNA酶能够将DNA水解,进而导致DNA无法发挥其转化作用,不会出现S型细菌,①②③组均含有DNA,可以发挥转化作用,能够出现S型细菌。
3.(2025·临沂期末)赫尔希与蔡斯用32P标记T2噬菌体与无标记的细菌培养液混合,一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述正确的是(　　)
[A] 用 32P标记的是T2噬菌体的碱基胸腺嘧啶
[B] 离心前混合时间长短不会影响实验结论的研究
[C] 实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离
[D] 上清液中有少量放射性也是DNA是遗传物质的有力证据
【答案】 C
【解析】 碱基胸腺嘧啶不含P,32P标记的是T2噬菌体DNA的磷酸基团;如果离心前混合时间过长,可能使一些含32P的子代噬菌体从细菌中释放出来,导致上清液中放射性升高,如果离心前混合时间过短,则部分噬菌体没有侵染细菌,会导致上清液中放射性升高;实验中可能有少量噬菌体未侵入细菌中,或子代噬菌体释放出来,导致上清液有少量放射性,这不能证明DNA是遗传物质。
4.(2025·延安期末)DNA是主要遗传物质的内涵是(　　)
[A] 细胞中核遗传物质是DNA,而其余部分为RNA
[B] 具有细胞结构的生物其遗传物质都是DNA
[C] 真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
[D] 绝大多数生物的遗传物质是DNA,仅有部分病毒的遗传物质是RNA
【答案】 D
【解析】 DNA是主要遗传物质的内涵是指绝大多数生物的遗传物质是DNA,仅有部分病毒的遗传物质是RNA。
5.(2025·广州期末)科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验,下列叙述正确的是(　　)
[A] 肺炎链球菌体内转化实验中,加热致死的S型菌的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性
[B] 肺炎链球菌体外转化实验中,利用自变量控制的“加法原理”,将“S型菌DNA+DNA酶”加入R型活菌的培养基中,结果证明DNA是转化因子
[C] 噬菌体侵染细菌实验中,用放射性同位素分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA,发现其DNA进入宿主细胞后,利用自身原料和酶完成自我复制
[D] 烟草花叶病毒实验中,以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染,结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状
【答案】 D
【解析】 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验未单独研究每种物质的作用,在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,S型菌的DNA分子可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性;在肺炎链球菌的体外转化实验中,利用自变量控制中的“减法原理”设置对照实验,通过观察只有某种物质存在或只有某种物质不存在时,R型菌的转化情况,最终证明了DNA是遗传物质;噬菌体为DNA病毒,其DNA进入宿主细胞后,利用宿主细胞内的原料和酶完成自我复制;烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染,结果发现RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状,而蛋白质不能使烟草出现花叶病斑性状。
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
　　某研究小组发现了一种全新的病毒,为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA,做了如下实验。回答下列问题。
　　(1)实验步骤:
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干,随机均分成四组,编号为A、B、C、D。
②将表格补充完整,并将配制的溶液分别注入小白鼠体内。
组别 A B C D
注射 溶液 该病毒核酸提取物和RNA酶 该病毒核酸提取物和 DNA酶 该病毒核酸提取物 等量生 理盐水
③相同条件下培养一段时间后,观察比较各组小白鼠的发病情况。
　　(2)结果预测及结论:
①若A、C组小白鼠发病,B、D组小白鼠未发病,说明DNA是该病毒的遗传物质。
②若B、C组小白鼠发病,A、D组小白鼠未发病,说明RNA是该病毒的遗传物质。
课时作业
(时间:30分钟　分值:47分)
第1～7题每题3分,第8题6分,共计27分。
基础对点练
知识点1　肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验的部分过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　)
[A] S型肺炎链球菌的菌落粗糙,R型肺炎链球菌的菌落光滑
[B] S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热杀死的S型菌后的小鼠仍存活
[C] 从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌只有S型而无R型
[D] 该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的
【答案】 D
【解析】 有荚膜的S型肺炎链球菌的菌落光滑,无荚膜的R型肺炎链球菌的菌落粗糙;注射加热杀死的 S型菌后的小鼠仍存活的原因是S型菌的蛋白质经加热后变性失活,而S型菌的DNA经加热后并未失活;从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌有 S型也有R型;该实验证明加热杀死的S型菌中,一定有一种物质能把某些R型菌转化为S型菌,并未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的。
2.(2025·哈尔滨期中)艾弗里和他的同事将S型肺炎链球菌进行破碎处理,设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质,过滤得到细胞提取物,然后进行下图所示实验。下列有关该实验的叙述错误的是(　　)
[A] 本实验为对照实验,利用了酶具有专一性的特性
[B] 混合培养后出现的S型菌与原S型菌的遗传信息相同
[C] ①～⑤组实验结果中,可以得到S型菌的组别为①②③④
[D] 本实验利用了“减法原理”,实验组特异性地去除了某种物质
【答案】 B
【解析】 肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传信息,故混合培养后出现的S型菌与原S型菌的遗传信息存在差异。
3.(2025·廊坊期中)艾弗里通过实验发现S型细菌中的DNA能促使R型细菌转化,某兴趣小组为进一步验证艾弗里的结论,进行了以下4个实验,则实验后小鼠存活的情况依次是(　　)
①S型细菌的DNA+DNA酶→加入R型细菌→注入小鼠　②R型细菌的DNA+DNA酶→加入S型细菌→注入小鼠　③R型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注入小鼠　④S型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注入小鼠
[A] 存活、存活、存活、死亡
[B] 存活、死亡、存活、死亡
[C] 死亡、死亡、存活、存活
[D] 存活、死亡、存活、存活
【答案】 D
【解析】 实验①:由于S型细菌的DNA被DNA酶水解,所以R型细菌不会转化成S型细菌,小鼠存活;实验②:加入的S型细菌能使小鼠死亡;实验③:由于高温加热后R型细菌失去活性,不能繁殖,所以加入S型细菌的DNA后也不会转化为S型细菌,小鼠存活;实验④:高温加热后S型细菌失去活性,加入R型细菌的DNA,无致病性,所以小鼠存活。
知识点2　噬菌体侵染细菌实验
4.某实验小组进行了若干组实验,实验设计如下表所示。若噬菌体全部侵入大肠杆菌且大肠杆菌未裂解,则理论上放射性只存在于沉淀物中的是(　　)
实验组 ① ② ③ ④
T2噬菌体 无标记 32P标记 35S标记 14C标记
大肠杆菌 14C标记 无标记 无标记 无标记
[A] ①② [B] ①③ [C] ②③ [D] ②④
【答案】 A
【解析】 ①组噬菌体利用大肠杆菌中的原料合成自身的组成成分,由于大肠杆菌被14C标记,则子代噬菌体有放射性物质,只存在于沉淀物中,①符合题意;②32P标记噬菌体的DNA,侵染未被标记的大肠杆菌,32P标记的DNA进入大肠杆菌,离心后放射性只存在于沉淀物中,②符合题意;③35S标记噬菌体的蛋白质外壳,侵染未被标记的大肠杆菌,放射性出现在上清液中,③不符合题意;④14C标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳,亲代噬菌体的蛋白质外壳有放射性,分布在上清液中,子代噬菌体的DNA有放射性,分布在沉淀物中,④不符合题意。
5.(2025·大理期末)如下图所示,赫尔希和蔡斯用 32P和35S分别标记T2噬菌体后,再分别侵染未被标记的细菌,经过搅拌和离心后,对上清液和沉淀物中的放射性进行分析。下列叙述错误的是(　　)
[A] 为了获得32P标记的T2噬菌体,需先用含32P的培养基培养大肠杆菌
[B] 离心的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与细菌分离
[C] 保温时间过短或过长,都可能导致甲组上清液的放射性升高
[D] 乙组的子代噬菌体中都不含有35S的标记
【答案】 B
【解析】 噬菌体属于病毒,无细胞结构,不能直接用培养基培养,为了获得32P标记的T2噬菌体,需先用含32P的培养基培养大肠杆菌,再用被标记的大肠杆菌培养T2噬菌体。噬菌体侵染细菌的实验中,搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离;离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。甲组用32P标记的噬菌体侵染细菌,标记的是噬菌体的DNA,若保温时间过长,细菌裂解,子代噬菌体释放出来,则上清液中放射性升高;保温时间过短,部分噬菌体的DNA没有进入大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液放射性升高。由于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不进入细菌内,故乙组的子代噬菌体中都不含有35S的标记。
知识点3　DNA是主要的遗传物质
6.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述,错误的是(　　)
[A] DNA是绝大多数生物的遗传物质
[B] 某些生物的遗传物质是RNA
[C] 在真核生物中,DNA是主要的遗传物质
[D] HIV、SARS病毒的遗传物质均为RNA
【答案】 C
【解析】 除RNA病毒的遗传物质是RNA外,其他生物的遗传物质都是DNA;真核生物的遗传物质只能是DNA;HIV、SARS病毒都是RNA病毒,其遗传物质均为RNA。
7.(2025·莆田期末)现有新发现的一种感染A细菌的病毒B,科研人员设计了下图所示两种方法来探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA。一段时间后检测甲、乙两组子代病毒B的放射性和丙、丁两组子代病毒B的产生情况。下列相关说法正确的是(　　)
[A] 同位素标记法中,若换用3H标记上述两种核苷酸不能实现实验目的
[B] 酶解法中,向丙、丁两组分别加入DNA酶和RNA酶应用了“加法原理”
[C] 若甲组产生的子代病毒B无放射性而乙组有,则说明该病毒的遗传物质是RNA
[D] 若丙组能产生子代病毒B而丁组不能产生,则说明该病毒的遗传物质是DNA
【答案】 C
【解析】 核苷酸的元素组成为C、H、O、N、P,两种核苷酸都含有H元素,同位素标记法中,若换用3H标记上述两种核苷酸,仍能通过检测甲、乙两组子代病毒的放射性判断出病毒B的遗传物质是DNA还是RNA,能实现实验目的;酶解法中,向丙、丁两组分别加入DNA酶和RNA酶应用了“减法原理”;若甲组产生的子代病毒B无放射性而乙组有,说明子代病毒中含有32P标记的尿嘧啶核糖核苷酸,说明该病毒的遗传物质是RNA;若丙组能产生子代病毒B而丁组不能产生,说明RNA被RNA酶水解后病毒无法增殖产生子代,所以该病毒的遗传物质是RNA。
综合提升练
8.(2025·马鞍山期中)研究人员将噬菌体A的蛋白质外壳和噬菌体B的DNA重组形成重组噬菌体,用重组噬菌体、噬菌体A和噬菌体B对不同类型的铜绿假单胞菌(P1、P2)进行侵染,不同噬菌体对P1和P2的吸附率如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 三种噬菌体都利用铜绿假单胞菌的核糖体合成自身蛋白质外壳
[B] 噬菌体A对P1,噬菌体B对P2有更好的杀灭效果
[C] 噬菌体对铜绿假单胞菌的吸附主要取决于其DNA的种类
[D] 重组噬菌体侵染细胞后形成的子代噬菌体是噬菌体B
【答案】 C
【解析】 由题图可知,噬菌体A对P1,噬菌体B对P2的吸附率更高,说明噬菌体A对P1,噬菌体B对P2有更好的杀灭效果;重组噬菌体对铜绿假单胞菌的吸附率与噬菌体A相似,重组噬菌体是由噬菌体A的蛋白质外壳和噬菌体B的DNA重组形成的,所以噬菌体对铜绿假单胞菌的吸附主要取决于其蛋白质外壳;重组噬菌体是由噬菌体A的蛋白质外壳和噬菌体B的DNA重组形成的,所以重组噬菌体侵染细胞后形成的子代噬菌体是噬菌体B。
9.(8分)结合遗传物质发现的相关实验,回答下列问题。
(1)通过肺炎链球菌的转化实验,格里菲思推论:已经加热致死的S型细菌中,含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的　　　　　　　。
(2)艾弗里及其同事进行肺炎链球菌转化实验,该实验证明了 　　　　　　　　　　　。
(3)赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术完成实验,进一步表明DNA才是真正的遗传物质。实验包括4个步骤:①T2噬菌体与大肠杆菌混合培养;②35S和32P分别标记T2噬菌体;③放射性检测;④离心分离。该实验步骤的正确顺序是　　　　　　(填序号)。
(4)用32P标记的T2噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌,搅拌、离心后放射性物质主要分布在
　　　　　　(填“上清液”或“沉淀物”)中。
【答案】 (每空2分)
(1)活性物质(转化因子)
(2)DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
(3)②①④③
(4)沉淀物
【解析】 (3)噬菌体侵染细菌实验的步骤为②35S和32P分别标记T2噬菌体→①T2噬菌体与大肠杆菌混合培养→④离心分离→③放射性检测。
(4)32P标记的是T2噬菌体的DNA,侵染未被标记的大肠杆菌,搅拌、离心后DNA主要位于沉淀物中的大肠杆菌内。
10.(12分)(2025·武汉期末)1952年,赫尔希和蔡斯用放射性同位素标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌,以研究噬菌体的蛋白质和DNA在侵染细菌过程中的功能。请回答下列有关问题。
(1)实验开始前,分别用　　　　　　　　　　　　　　　培养噬菌体,得到蛋白质被35S标记的噬菌体和DNA被32P标记的噬菌体。然后,分别用两组带标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌。
(2)侵染一段时间后,进行搅拌、离心得到上清液和沉淀物,之后检测上清液中的放射性,得到下图所示的实验结果。
实验结果表明,当搅拌时间在2～5 min时,上清液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%左右,由此可以推断出 　。
图中被侵染细菌的存活率曲线基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明 　 。
(3)进一步检测发现,细菌裂解后释放出的噬菌体可以检测到32P标记的DNA,但不能检测到35S标记的蛋白质,该现象说明: 　。
(4)噬菌体对宿主细胞的侵染具有特异性,这主要与宿主细胞膜上具有识别作用的　　　　(物质)有关,依据这一特点,我们可以选择特定种类的噬菌体去侵染裂解相应的致病菌,来治疗某些细菌感染引起的疾病,如消化道感染、肺部感染等。相对常规的抗生素治疗,噬菌体疗法的优势是　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。
【答案】 (每空2分)
(1)35S和32P标记的大肠杆菌
(2)DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌　细菌没有被裂解,子代噬菌体没有被释放
(3)DNA可以在亲子代之间保持连续性,蛋白质不能在亲子代之间保持连续性(噬菌体的遗传物质是DNA)
(4)蛋白质　靶向性强;不会使细菌产生抗性(答出一点即可)
【解析】 (1)噬菌体是病毒,必须寄生在活细胞内才能生存,实验开始前,分别用含35S和32P标记的大肠杆菌培养噬菌体,得到蛋白质被35S标记的噬菌体和DNA被32P标记的噬菌体。然后,分别用两组带标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌。
(2)35S标记的是蛋白质,32P标记的是DNA,当搅拌时间在2～5 min时,上清液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%左右,而上清液中主要是噬菌体外壳,沉淀物中主要是被噬菌体侵染的细菌,由此可以推断出DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌。题图中被侵染细菌的存活率曲线基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明细菌没有裂解,子代噬菌体没有被释放出来。
(3)细菌裂解后释放出的噬菌体可以检测到32P标记的DNA,但不能检测到35S标记的蛋白质,说明:DNA可以在亲子代之间保持连续性,蛋白质不能在亲子代之间保持连续性,即噬菌体的遗传物质是DNA。
(4)噬菌体对宿主细胞的侵染具有特异性,这主要与宿主细胞膜上具有识别作用的蛋白质有关。可以选择特定种类的噬菌体去侵染裂解相应的致病菌,来治疗某些细菌感染引起的疾病,噬菌体疗法靶向性强,且不会像使用抗生素一样,使细菌产生抗性。第1节　DNA是主要的遗传物质
课时作业
(时间:30分钟　分值:47分)
第1～7题每题3分,第8题6分,共计27分。
基础对点练
知识点1　肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验的部分过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　)
[A] S型肺炎链球菌的菌落粗糙,R型肺炎链球菌的菌落光滑
[B] S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热杀死的S型菌后的小鼠仍存活
[C] 从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌只有S型而无R型
[D] 该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的
【答案】 D
【解析】 有荚膜的S型肺炎链球菌的菌落光滑,无荚膜的R型肺炎链球菌的菌落粗糙;注射加热杀死的 S型菌后的小鼠仍存活的原因是S型菌的蛋白质经加热后变性失活,而S型菌的DNA经加热后并未失活;从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌有 S型也有R型;该实验证明加热杀死的S型菌中,一定有一种物质能把某些R型菌转化为S型菌,并未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的。
2.(2025·哈尔滨期中)艾弗里和他的同事将S型肺炎链球菌进行破碎处理,设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质,过滤得到细胞提取物,然后进行下图所示实验。下列有关该实验的叙述错误的是(　　)
[A] 本实验为对照实验,利用了酶具有专一性的特性
[B] 混合培养后出现的S型菌与原S型菌的遗传信息相同
[C] ①～⑤组实验结果中,可以得到S型菌的组别为①②③④
[D] 本实验利用了“减法原理”,实验组特异性地去除了某种物质
【答案】 B
【解析】 肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传信息,故混合培养后出现的S型菌与原S型菌的遗传信息存在差异。
3.(2025·廊坊期中)艾弗里通过实验发现S型细菌中的DNA能促使R型细菌转化,某兴趣小组为进一步验证艾弗里的结论,进行了以下4个实验,则实验后小鼠存活的情况依次是(　　)
①S型细菌的DNA+DNA酶→加入R型细菌→注入小鼠　②R型细菌的DNA+DNA酶→加入S型细菌→注入小鼠　③R型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注入小鼠　④S型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注入小鼠
[A] 存活、存活、存活、死亡
[B] 存活、死亡、存活、死亡
[C] 死亡、死亡、存活、存活
[D] 存活、死亡、存活、存活
【答案】 D
【解析】 实验①:由于S型细菌的DNA被DNA酶水解,所以R型细菌不会转化成S型细菌,小鼠存活;实验②:加入的S型细菌能使小鼠死亡;实验③:由于高温加热后R型细菌失去活性,不能繁殖,所以加入S型细菌的DNA后也不会转化为S型细菌,小鼠存活;实验④:高温加热后S型细菌失去活性,加入R型细菌的DNA,无致病性,所以小鼠存活。
知识点2　噬菌体侵染细菌实验
4.某实验小组进行了若干组实验,实验设计如下表所示。若噬菌体全部侵入大肠杆菌且大肠杆菌未裂解,则理论上放射性只存在于沉淀物中的是(　　)
实验组 ① ② ③ ④
T2噬菌体 无标记 32P标记 35S标记 14C标记
大肠杆菌 14C标记 无标记 无标记 无标记
[A] ①② [B] ①③ [C] ②③ [D] ②④
【答案】 A
【解析】 ①组噬菌体利用大肠杆菌中的原料合成自身的组成成分,由于大肠杆菌被14C标记,则子代噬菌体有放射性物质,只存在于沉淀物中,①符合题意;②32P标记噬菌体的DNA,侵染未被标记的大肠杆菌,32P标记的DNA进入大肠杆菌,离心后放射性只存在于沉淀物中,②符合题意;③35S标记噬菌体的蛋白质外壳,侵染未被标记的大肠杆菌,放射性出现在上清液中,③不符合题意;④14C标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳,亲代噬菌体的蛋白质外壳有放射性,分布在上清液中,子代噬菌体的DNA有放射性,分布在沉淀物中,④不符合题意。
5.(2025·大理期末)如下图所示,赫尔希和蔡斯用 32P和35S分别标记T2噬菌体后,再分别侵染未被标记的细菌,经过搅拌和离心后,对上清液和沉淀物中的放射性进行分析。下列叙述错误的是(　　)
[A] 为了获得32P标记的T2噬菌体,需先用含32P的培养基培养大肠杆菌
[B] 离心的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与细菌分离
[C] 保温时间过短或过长,都可能导致甲组上清液的放射性升高
[D] 乙组的子代噬菌体中都不含有35S的标记
【答案】 B
【解析】 噬菌体属于病毒,无细胞结构,不能直接用培养基培养,为了获得32P标记的T2噬菌体,需先用含32P的培养基培养大肠杆菌,再用被标记的大肠杆菌培养T2噬菌体。噬菌体侵染细菌的实验中,搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离;离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。甲组用32P标记的噬菌体侵染细菌,标记的是噬菌体的DNA,若保温时间过长,细菌裂解,子代噬菌体释放出来,则上清液中放射性升高;保温时间过短,部分噬菌体的DNA没有进入大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液放射性升高。由于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不进入细菌内,故乙组的子代噬菌体中都不含有35S的标记。
知识点3　DNA是主要的遗传物质
6.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述,错误的是(　　)
[A] DNA是绝大多数生物的遗传物质
[B] 某些生物的遗传物质是RNA
[C] 在真核生物中,DNA是主要的遗传物质
[D] HIV、SARS病毒的遗传物质均为RNA
【答案】 C
【解析】 除RNA病毒的遗传物质是RNA外,其他生物的遗传物质都是DNA;真核生物的遗传物质只能是DNA;HIV、SARS病毒都是RNA病毒,其遗传物质均为RNA。
7.(2025·莆田期末)现有新发现的一种感染A细菌的病毒B,科研人员设计了下图所示两种方法来探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA。一段时间后检测甲、乙两组子代病毒B的放射性和丙、丁两组子代病毒B的产生情况。下列相关说法正确的是(　　)
[A] 同位素标记法中,若换用3H标记上述两种核苷酸不能实现实验目的
[B] 酶解法中,向丙、丁两组分别加入DNA酶和RNA酶应用了“加法原理”
[C] 若甲组产生的子代病毒B无放射性而乙组有,则说明该病毒的遗传物质是RNA
[D] 若丙组能产生子代病毒B而丁组不能产生,则说明该病毒的遗传物质是DNA
【答案】 C
【解析】 核苷酸的元素组成为C、H、O、N、P,两种核苷酸都含有H元素,同位素标记法中,若换用3H标记上述两种核苷酸,仍能通过检测甲、乙两组子代病毒的放射性判断出病毒B的遗传物质是DNA还是RNA,能实现实验目的;酶解法中,向丙、丁两组分别加入DNA酶和RNA酶应用了“减法原理”;若甲组产生的子代病毒B无放射性而乙组有,说明子代病毒中含有32P标记的尿嘧啶核糖核苷酸,说明该病毒的遗传物质是RNA;若丙组能产生子代病毒B而丁组不能产生,说明RNA被RNA酶水解后病毒无法增殖产生子代,所以该病毒的遗传物质是RNA。
综合提升练
8.(2025·马鞍山期中)研究人员将噬菌体A的蛋白质外壳和噬菌体B的DNA重组形成重组噬菌体,用重组噬菌体、噬菌体A和噬菌体B对不同类型的铜绿假单胞菌(P1、P2)进行侵染,不同噬菌体对P1和P2的吸附率如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 三种噬菌体都利用铜绿假单胞菌的核糖体合成自身蛋白质外壳
[B] 噬菌体A对P1,噬菌体B对P2有更好的杀灭效果
[C] 噬菌体对铜绿假单胞菌的吸附主要取决于其DNA的种类
[D] 重组噬菌体侵染细胞后形成的子代噬菌体是噬菌体B
【答案】 C
【解析】 由题图可知,噬菌体A对P1,噬菌体B对P2的吸附率更高,说明噬菌体A对P1,噬菌体B对P2有更好的杀灭效果;重组噬菌体对铜绿假单胞菌的吸附率与噬菌体A相似,重组噬菌体是由噬菌体A的蛋白质外壳和噬菌体B的DNA重组形成的,所以噬菌体对铜绿假单胞菌的吸附主要取决于其蛋白质外壳;重组噬菌体是由噬菌体A的蛋白质外壳和噬菌体B的DNA重组形成的,所以重组噬菌体侵染细胞后形成的子代噬菌体是噬菌体B。
9.(8分)结合遗传物质发现的相关实验,回答下列问题。
(1)通过肺炎链球菌的转化实验,格里菲思推论:已经加热致死的S型细菌中,含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的　　　　　　　。
(2)艾弗里及其同事进行肺炎链球菌转化实验,该实验证明了 　　　　　　　　　　　。
(3)赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术完成实验,进一步表明DNA才是真正的遗传物质。实验包括4个步骤:①T2噬菌体与大肠杆菌混合培养;②35S和32P分别标记T2噬菌体;③放射性检测;④离心分离。该实验步骤的正确顺序是　　　　　　(填序号)。
(4)用32P标记的T2噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌,搅拌、离心后放射性物质主要分布在
　　　　　　(填“上清液”或“沉淀物”)中。
【答案】 (每空2分)
(1)活性物质(转化因子)
(2)DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
(3)②①④③
(4)沉淀物
【解析】 (3)噬菌体侵染细菌实验的步骤为②35S和32P分别标记T2噬菌体→①T2噬菌体与大肠杆菌混合培养→④离心分离→③放射性检测。
(4)32P标记的是T2噬菌体的DNA,侵染未被标记的大肠杆菌,搅拌、离心后DNA主要位于沉淀物中的大肠杆菌内。
10.(12分)(2025·武汉期末)1952年,赫尔希和蔡斯用放射性同位素标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌,以研究噬菌体的蛋白质和DNA在侵染细菌过程中的功能。请回答下列有关问题。
(1)实验开始前,分别用　　　　　　　　　　　　　　　培养噬菌体,得到蛋白质被35S标记的噬菌体和DNA被32P标记的噬菌体。然后,分别用两组带标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌。
(2)侵染一段时间后,进行搅拌、离心得到上清液和沉淀物,之后检测上清液中的放射性,得到下图所示的实验结果。
实验结果表明,当搅拌时间在2～5 min时,上清液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%左右,由此可以推断出 　。
图中被侵染细菌的存活率曲线基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明 　 。
(3)进一步检测发现,细菌裂解后释放出的噬菌体可以检测到32P标记的DNA,但不能检测到35S标记的蛋白质,该现象说明: 　。
(4)噬菌体对宿主细胞的侵染具有特异性,这主要与宿主细胞膜上具有识别作用的　　　　(物质)有关,依据这一特点,我们可以选择特定种类的噬菌体去侵染裂解相应的致病菌,来治疗某些细菌感染引起的疾病,如消化道感染、肺部感染等。相对常规的抗生素治疗,噬菌体疗法的优势是　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。
【答案】 (每空2分)
(1)35S和32P标记的大肠杆菌
(2)DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌　细菌没有被裂解,子代噬菌体没有被释放
(3)DNA可以在亲子代之间保持连续性,蛋白质不能在亲子代之间保持连续性(噬菌体的遗传物质是DNA)
(4)蛋白质　靶向性强;不会使细菌产生抗性(答出一点即可)
【解析】 (1)噬菌体是病毒,必须寄生在活细胞内才能生存,实验开始前,分别用含35S和32P标记的大肠杆菌培养噬菌体,得到蛋白质被35S标记的噬菌体和DNA被32P标记的噬菌体。然后,分别用两组带标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌。
(2)35S标记的是蛋白质,32P标记的是DNA,当搅拌时间在2～5 min时,上清液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%左右,而上清液中主要是噬菌体外壳,沉淀物中主要是被噬菌体侵染的细菌,由此可以推断出DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌。题图中被侵染细菌的存活率曲线基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明细菌没有裂解,子代噬菌体没有被释放出来。
(3)细菌裂解后释放出的噬菌体可以检测到32P标记的DNA,但不能检测到35S标记的蛋白质,说明:DNA可以在亲子代之间保持连续性,蛋白质不能在亲子代之间保持连续性,即噬菌体的遗传物质是DNA。
(4)噬菌体对宿主细胞的侵染具有特异性,这主要与宿主细胞膜上具有识别作用的蛋白质有关。可以选择特定种类的噬菌体去侵染裂解相应的致病菌,来治疗某些细菌感染引起的疾病,噬菌体疗法靶向性强,且不会像使用抗生素一样,使细菌产生抗性。(共60张PPT)
第1节　DNA是主要的
遗传物质
第3章　基因的本质
1.阐述肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的方法和过程。2.阐明DNA是主要遗传物质的结论。
[学习目标]
预习案·自主学习
一、对遗传物质的早期推测
脱氧核苷
4
蛋白质
DNA
酸
二、肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落 表面 表面
菌体
有无致病性
光滑
粗糙
有
无
2.格里菲思的体内转化实验
(1)过程与现象。
死亡
不死亡
死亡
S型
R型
(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S型活细菌的活性物质—— 。
3.艾弗里的体外转化实验
(1)实验过程及结果。
转化因子
R型、S型
R型、S型
R型、S型
R型
(2)结论: 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(3)“加法原理”和“减法原理”
①与常态比较,人为 某种影响因素的称为“加法原理”。例如,“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。
②与常态比较,人为 某种影响因素的称为“减法原理”。例如,艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
DNA
增加
去除
三、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验者: 。
2.实验方法: 。
3.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)噬菌体的结构。
赫尔希和蔡斯
放射性同位素标记技术
DNA
蛋白质
(2)噬菌体的生活方式:专门寄生在大肠杆菌体内。
(3)T2噬菌体的增殖。
①合成T2噬菌体的DNA的模板:进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的
。
②合成T2噬菌体的DNA的原料:大肠杆菌提供的 。
③合成T2噬菌体的蛋白质的原料:大肠杆菌的氨基酸;场所:大肠杆菌的 。
遗传物质
四种脱氧核苷酸
核糖体
4.实验过程
高
低
低
高
5.实验结果及分析
(1)放射性同位素在离心管中的分布情况表明:噬菌体侵染细菌时, 进入细菌的细胞中,而 仍留在细胞外。
(2)子代噬菌体的标记情况表明:子代噬菌体的各种性状,是通过
遗传的。
6.实验结论: 才是噬菌体的遗传物质。
DNA
蛋白质外壳
亲代的DNA
DNA
四、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(只含有蛋白质和 )、烟草。
(2)实验过程。
RNA
不感染
感染
RNA
(3)结论:烟草花叶病毒的遗传物质是 。
2.DNA是主要的遗传物质:绝大多数生物的遗传物质是 ,只有极少数生物的遗传物质是 。因此, 是主要的遗传物质。
RNA
DNA
RNA
DNA
判断正误
(1)格里菲思利用肺炎链球菌的体内转化实验证明DNA是遗传物质。
(　　)
×
【提示】 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验证明存在转化因子,能将R型菌转化为S型菌。
(2)艾弗里运用“减法原理”证明DNA是主要的遗传物质。(　　)
×
【提示】 艾弗里运用“减法原理”证明了DNA是遗传物质,并未证明DNA是主要的遗传物质。
(3)为获得放射性标记的T2噬菌体,可分别用含 35S 和32P的人工培养基培养噬菌体。(　　)
【提示】 病毒没有细胞结构,不能独立代谢,应该先分别用含有35S和32P的培养基培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体,从而获得放射性标记的T2噬菌体。
×
(4)用含35S的噬菌体侵染细菌,离心后,可在沉淀物中发现大量的放射性物质。
(　　)
×
【提示】 用含35S的噬菌体侵染细菌,离心后,沉淀物中的放射性很低。
(5)病毒的遗传物质是DNA或RNA。(　　)
√
探究案·互动探究
任务一　分析肺炎链球菌的转化实验
探究1　分析格里菲思的体内转化实验,提升科学探究能力
在格里菲思第④组实验中,小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如下图所示,据图思考并回答下列问题。
(1)ab段R型细菌数量减少的原因是
。
(2)bc段R型细菌数量增多的原因是
。
(3)后期出现的大量S型细菌是由 而来的。
小鼠体内形成大量的抗R型细菌的
抗体,致使R型细菌数量减少
b点之前,已有少量R型细菌转化为S型
细菌,S型细菌能降低小鼠的免疫力,造成R型细菌大量繁殖
R型细菌转化成的S型细菌繁殖
(4)在上述转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时所需转化因子、原料、能量分别由哪方提供
【提示】 所需转化因子来自S型细菌,而原料和能量均来自R型细菌。
探究2　分析艾弗里的体外转化实验
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下图所示,思考并回答下列问题。
(1)该实验对变量的控制采取的原理是 。
“减法原理”
(2)步骤①中,对酶的处理时间有什么要求 为什么
【提示】 酶处理时间要足够长,以使反应物完全水解。
(3)步骤②中,甲或乙的加入量有什么要求 理由是什么
【提示】 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。
(4)从控制自变量的角度,艾弗里实验的基本思路是什么
【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。
「核心归纳」
1.肺炎链球菌体内和体外转化实验的比较
2.肺炎链球菌转化的实质
肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传信息,即发生了基因重组,从而使R型细菌转化为S型细菌。
3.加热的作用原理
(1)加热会使蛋白质变性失活,这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活,酶等生命体系失去其相应功能,细菌死亡。
(2)加热时,DNA的结构也会被破坏,但当温度降低到55 ℃左右时,DNA的结构会恢复,进而恢复活性。
「典型例题」
1.某科研小组在格里菲思实验的基础上增加了相关实验,实验过程如下图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
[A] 活菌甲在培养基上形成的菌落表面光滑
[B] 加热致死菌乙中的某种物质能使部分活菌甲转化成活菌乙
[C] 通过实验②,鼠2的血液中只能分离出活菌乙
[D] 鼠5死亡的原因是死菌甲中的某种物质能使死菌甲转化成活菌乙
B
【解析】 由实验①可知,活菌甲不会导致小鼠死亡,由实验④可知,活菌乙会导致小鼠死亡,因此活菌甲、乙分别对应R型细菌和S型细菌,所以活菌甲在培养基上形成的菌落表面粗糙;实验②是将活菌甲和加热致死菌乙混合后注射到鼠2体内,活菌甲不具有致死效应,因此可推知加热致死菌乙中的某种物质能使部分活菌甲转化成活菌乙,从而导致鼠2死亡;实验②中加热致死菌乙的某种物质不能将全部的活菌甲转化成活菌乙,还有部分活菌甲没有被转化,因此鼠2的血液中既能分离出活菌乙,也能分离出活菌甲;鼠5死亡的原因是活菌乙本身就具有致死效应。
2.为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化因子是DNA还是蛋白质,进行了肺炎链球菌体外转化实验,其基本过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 甲组培养皿中有R型及S型菌落,推测转化因子存在于S型菌的提取物中
[B] 乙组培养皿中有R型及S型菌落,推测转化因子不是蛋白质
[C] 丙组培养皿中只有R型菌落,推测转化因子是DNA
[D] 该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
D
【解析】 甲组培养皿中有R型和S型菌落,说明发生了细菌的转化,由此可推测S型菌的提取物中存在转化因子;乙组实验中蛋白酶可将提取物中的蛋白质水解,乙组培养皿中有R型及S型菌落,推测转化因子不是蛋白质;丙组实验中的DNA酶可将提取物中的DNA水解,若丙组培养皿中只有R型菌落,推测转化因子是DNA;该实验能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA。
任务二　分析噬菌体侵染细菌的实验　
下图为赫尔希和蔡斯进行的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验过程,请分析并回答下列问题。
(1)本实验采用的是放射性同位素标记技术,为什么用32P和35S进行标记
【提示】 P是噬菌体DNA特有的元素,S是噬菌体蛋白质特有的元素,用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,可以单独地观察它们各自的作用。
(2)能否用 32P和 35S同时标记噬菌体 并说明理由。
【提示】 不能用32P和35S同时标记噬菌体,因为若用32P 和35S同时标记噬菌体,离心后上清液和沉淀物中均会有放射性,无法判断噬菌体遗传物质的成分。
(3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,发现沉淀物中也有少量放射性,可能是什么原因造成的
【提示】 可能是搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面,随大肠杆菌离心到沉淀物中。
(4)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,发现上清液中放射性也较高,可能是什么原因造成的
【提示】 保温时间过短,部分噬菌体来不及侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中;保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌细胞内增殖后释放出子代,经离心后分布于上清液中。
「核心归纳」
1.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高,原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。
(2)搅拌要充分——如果搅拌不充分,35S组部分噬菌体蛋白质外壳与细菌没有分离,噬菌体蛋白质外壳与细菌共存于沉淀物中,这样会造成沉淀物中放射性偏高。
2.不同元素标记后子代放射性的判断
「典型例题」
3.(2025·昭通期中)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌的实验证实了DNA是遗传物质。下列关于该实验的叙述,正确的是(　　)
[A] 实验中可用15N代替32P标记DNA
[B] 噬菌体的蛋白质外壳是在大肠杆菌的遗传物质指导下合成的
[C] 噬菌体DNA合成的原料来自大肠杆菌
[D] 实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
C
【解析】 N是蛋白质和DNA共有的元素,若用15N代替32P标记噬菌体的DNA,则其蛋白质也会被标记,且15N不具有放射性,因此实验中不能用15N代替32P标记DNA;噬菌体的蛋白质外壳是在噬菌体的DNA指导下合成的;子代噬菌体DNA合成的原料来自大肠杆菌;该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA。
4.(2025·丹东期末)下列有关噬菌体侵染细菌实验的叙述,正确的是(　　)
[A] 可以用醋酸杆菌代替大肠杆菌
[B] 用含有放射性同位素 35S的培养基培养T2噬菌体
[C] 35S标记组发现沉淀物有少量放射性,原因是保温时间过长
[D] 32P标记组,子代噬菌体中可检测到32P
D
【解析】 不可以用醋酸杆菌代替大肠杆菌,因为T2噬菌体只能侵染大肠杆菌;噬菌体为病毒,不具有独立的代谢功能,故不能用含有放射性同位素35S的培养基直接培养T2噬菌体;在35S标记组发现沉淀物有少量放射性,原因可能是搅拌不充分,使带有放射性的噬菌体外壳没有和细菌分离进入沉淀物中,而保温时间过长不会影响放射性分布情况。
任务三　分析生物的遗传物质
已知烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟草叶片,但两者致病斑不同。有人用这两种病毒做实验,具体步骤和结果如下图所示,思考并回答下列问题。
(1)c表示用 感染烟草叶片,结果是烟草叶片上不出现病斑。
(2)d表示用 感染烟草叶片,结果是烟草叶片上出现病斑。
(3)f表示 组成的“杂种病毒”产生的后代是 。
(4)该实验的结论是 。
TMV的蛋白质外壳
HRV的RNA
TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA
HRV
TMV和HRV的遗传物质是RNA,而不是蛋白质
(5)如何理解DNA是主要的遗传物质
【提示】 细胞内既有DNA,又有RNA,其遗传物质是DNA;病毒只含有一种核酸:DNA或RNA,含有哪种核酸,该核酸就是该病毒的遗传物质;DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说的,而某种生物的遗传物质是唯一的。
「核心归纳」
遗传物质的探索思路
「典型例题」
5.(2025·崇左期末)下图为“DNA是主要的遗传物质”论证模型。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 人们曾认为蛋白质是遗传物质,可能是
因为蛋白质的氨基酸排列顺序多种多样
[B] 艾弗里在肺炎链球菌体外转化实验中对自变量的控制采用了“加法原理”
[C] 证据2的实验中可用C、H的同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质
[D] “主张DNA是主要的遗传物质”是通过完全归纳法得出的
A
【解析】 在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,每个实验组加入相应的酶特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,利用的是“减法原理”;DNA和蛋白质中都含有C、H,因此噬菌体侵染细菌的实验中,不能用C、H的同位素标记噬菌体;“主张DNA是主要的遗传物质”是通过不完全归纳法得出的。
6.下图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程,据图推断,下列说法错误的是(　　)
[A] 该实验中水和苯酚的作用是使病毒的蛋白质和RNA分离
[B] 该实验设计思路和肺炎链球菌的体外转化实验完全相同
[C] 该实验证明TMV的遗传物质是RNA
[D] 该实验中接种RNA组和接种蛋白质组互为对照
B
【解析】 题述实验设计思路是将RNA和蛋白质分离,再分别验证其作用;肺炎链球菌体外转化实验是分别加入蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处理,探究细胞提取物的转化活性。二者的实验设计思路不完全相同。
思维导图
随堂检测
1.格里菲思在小鼠身上进行了著名的肺炎链球菌转化实验,下列关于该实验的结论,错误的是(　　)
[A] 说明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
[B] 说明R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌
[C] 说明R型活细菌是无致病性的
[D] 说明加热致死的S型细菌是无致病性的
A
【解析】 格里菲思的肺炎链球菌转化实验能够证明,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,不能证明DNA是遗传物质。
2.(2025·南通期末)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验,用加热致死的S型细菌制成提取液,经下表所示的处理后,分别加入含有R型活菌的培养基中。一段时间后,培养基上无S型细菌出现的实验组别是(　　)
D
【解析】 ④组中DNA酶能够将DNA水解,进而导致DNA无法发挥其转化作用,不会出现S型细菌,①②③组均含有DNA,可以发挥转化作用,能够出现S型细菌。
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
3.(2025·临沂期末)赫尔希与蔡斯用32P标记T2噬菌体与无标记的细菌培养液混合,一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述正确的是(　　)
[A] 用 32P标记的是T2噬菌体的碱基胸腺嘧啶
[B] 离心前混合时间长短不会影响实验结论的研究
[C] 实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离
[D] 上清液中有少量放射性也是DNA是遗传物质的有力证据
C
【解析】 碱基胸腺嘧啶不含P,32P标记的是T2噬菌体DNA的磷酸基团;如果离心前混合时间过长,可能使一些含32P的子代噬菌体从细菌中释放出来,导致上清液中放射性升高,如果离心前混合时间过短,则部分噬菌体没有侵染细菌,会导致上清液中放射性升高;实验中可能有少量噬菌体未侵入细菌中,或子代噬菌体释放出来,导致上清液有少量放射性,这不能证明DNA是遗传物质。
4.(2025·延安期末)DNA是主要遗传物质的内涵是(　　)
[A] 细胞中核遗传物质是DNA,而其余部分为RNA
[B] 具有细胞结构的生物其遗传物质都是DNA
[C] 真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
[D] 绝大多数生物的遗传物质是DNA,仅有部分病毒的遗传物质是RNA
D
【解析】 DNA是主要遗传物质的内涵是指绝大多数生物的遗传物质是DNA,仅有部分病毒的遗传物质是RNA。
5.(2025·广州期末)科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验,下列叙述正确的是(　　)
[A] 肺炎链球菌体内转化实验中,加热致死的S型菌的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性
[B] 肺炎链球菌体外转化实验中,利用自变量控制的“加法原理”,将“S型菌DNA+DNA酶”加入R型活菌的培养基中,结果证明DNA是转化因子
[C] 噬菌体侵染细菌实验中,用放射性同位素分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA,发现其DNA进入宿主细胞后,利用自身原料和酶完成自我复制
[D] 烟草花叶病毒实验中,以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染,结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状
D
【解析】 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验未单独研究每种物质的作用,在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,S型菌的DNA分子可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性;在肺炎链球菌的体外转化实验中,利用自变量控制中的“减法原理”设置对照实验,通过观察只有某种物质存在或只有某种物质不存在时,R型菌的转化情况,最终证明了DNA是遗传物质;噬菌体为DNA病毒,其DNA进入宿主细胞后,利用宿主细胞内的原料和酶完成自我复制;烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染,结果发现RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状,而蛋白质不能使烟草出现花叶病斑性状。
联系实际 迁移应用
某研究小组发现了一种全新的病毒,为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA,做了如下实验。回答下列问题。
(1)实验步骤:
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干,随机均分成四组,编号为A、B、C、D。
②将表格补充完整,并将配制的溶液分别注入小白鼠体内。
组别 A B C D
注射 溶液 该病毒核酸提取物和RNA酶 该病毒核酸提取物和 该病毒核酸提取物
③相同条件下培养一段时间后,观察比较各组小白鼠的发病情况。
DNA酶
等量生理盐水
(2)结果预测及结论:
① ,说明DNA是该病毒的遗传物质。
② ,说明
。
若A、C组小白鼠发病,B、D组小白鼠未发病
若B、C组小白鼠发病,A、D组小白鼠未发病
RNA是该病毒
的遗传物质

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