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第一节　核酸是遗传物质
学习目标
1.基于肺炎链球菌与噬菌体侵染细菌实验的分析,认同DNA是遗传物质。
2.基于对烟草花叶病毒感染和重建实验分析,认同有些病毒的遗传物质是RNA。
3.通过证明核酸是遗传物质的相关实验,学会实验设计的科学方法。
一、DNA是遗传物质
1.染色体的组成与功能
染色体
2.20世纪50年代之前,“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是不正确的。相比较而言,含有20种氨基酸的蛋白质大分子倒是能够提供无限数量的排列组合。
二、DNA是遗传物质的直接证据
1.肺炎链球菌转化实验
(1)格里菲思活体肺炎链球菌转化实验。
①S型菌与R型菌的比较。
比较项目 S型菌 R型菌
菌落 光滑 粗糙
菌体 有多糖类的胶状荚膜(使菌体不易受到宿主正常防护机制的破坏) 无多糖类荚膜
毒性 有毒性,是人类肺炎和小鼠败血症的病原体 无毒
②格里菲思活体肺炎链球菌转化实验过程及结论。
(2)艾弗里离体肺炎链球菌转化实验。
①艾弗里离体肺炎链球菌转化实验过程及结论。
说明:DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率越高。
②离体肺炎链球菌转化实验的结论。
DNA是遗传物质,DNA赋予了生物的遗传特性。
　(1)肺炎链球菌活体转化实验证明在加热杀死的S型菌中存在DNA这种转化因子。(　×　)
提示:肺炎链球菌活体转化实验并未涉及对DNA分子的研究。
(2)活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,这就证明了DNA是遗传物质。(　×　)
提示:活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,只能证明可能存在某种转化因子。
(3)向培养R型菌的培养基中加入多糖类物质,也能得到S型菌。(　×　)
提示:向培养R型菌的培养基中加入多糖类物质,由于多糖类物质不是“转化因子”,因此不能得到S型菌。
(4)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验不仅证明了遗传物质是DNA,还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。(　√　)
(5)离体细菌转化实验证明DNA是转化因子的同时,也证明DNA的纯度越高,转化效率越高。(　×　)
提示:DNA纯度越高,转化效率越高不是艾弗里离体细菌转化实验的结论。
2.噬菌体侵染细菌的实验分析
(1)T2噬菌体的结构及生活方式。
(2)放射性同位素标记噬菌体。
(3)已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌的实验操作过程。
(4)实验结论:在噬菌体中,保证亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA,即DNA是遗传物质。
(1)噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要遗传物质。(　×　)
提示:噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是噬菌体的遗传物质。
(2)噬菌体侵染细菌实验中,离心的目的是把吸附在细菌上的噬菌体残留部分和细菌分开;搅拌的目的是使细菌沉到试管底部,噬菌体残留部分位于上层。(　×　)
提示:搅拌的目的是把吸附在细菌上的噬菌体残留部分和细菌分开;离心的目的是使细菌沉到试管底部,噬菌体残留部分位于上层。
(3)噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。(　×　)
提示:由于DNA的复制具有半保留性,因此噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体少部分带有32P标记。
(4)在噬菌体侵染细菌的实验中,采用同位素标记技术,在侵染实验前要获得同时含有32P与35S标记的噬菌体,才能进行实验。(　×　)
提示:不是同时,而是用分别含有32P与35S标记的噬菌体进行实验,否则将无法区分放射性是由32P放出还是由35S放出,这将无法确定发挥遗传作用的物质。
(5)用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体外壳都含35S。(　√　)
三、有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病毒的感染和重建实验
(1)烟草花叶病毒的结构模型图。
(2)烟草花叶病毒的感染实验。
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,蛋白质不是遗传物质。
(3)烟草花叶病毒的重建实验。
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,而不是提供蛋白质的株系。
　(1)烟草花叶病毒的感染和重建实验证明含RNA的生物中RNA是遗传物质。(　×　)
提示:该实验证明在只有RNA而没有DNA的病毒中,RNA是遗传物质。
(2)烟草花叶病毒的感染实验中,用RNA酶处理过的RNA不会使烟草出现感染病毒的症状。(　√　)
(3)用烟草花叶病毒侵染烟草时需要保持病毒的结构完整才能够成功感染。(　×　)
提示:不需要,烟草花叶病毒感染实验中,将病毒的RNA与蛋白质分离后,分别用于感染烟草,单独的RNA可以使烟草患病,可见不需要完整的病毒结构。
四、生物体内的遗传物质
遗传物质 生物类型 举例
DNA 细胞生物 细菌、真菌、动物、植物等
DNA病毒 T2噬菌体等
RNA RNA病毒 烟草花叶病毒、冠状病毒、小儿麻痹病毒、脑炎病毒、流感病毒、HIV等
　(1)DNA是动植物主要的遗传物质。(　×　)
提示:动植物的遗传物质为DNA,DNA是生物体主要的遗传物质。
(2)RNA可以是某些细菌的遗传物质。(　×　)
提示:RNA是某些病毒的遗传物质,细菌的遗传物质为DNA。
(3)酵母菌的遗传物质是DNA,细胞中的碱基和核苷酸都是四种。(　×　)
提示:酵母菌属于真核生物,酵母菌的遗传物质为DNA,酵母菌细胞中含有DNA和RNA,细胞中共有5种碱基,8种核苷酸。
任务一　肺炎链球菌转化实验分析
1.活体肺炎链球菌转化实验出现相关实验结果的原因分析
(1)将有生物活性的R型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠正常,说明R型肺炎链球菌不具有致死性。
(2)将有生物活性的S型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠死亡,说明S型肺炎链球菌具有致死性。
(3)将没有生物活性的S型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠正常,说明失去活性的S型肺炎链球菌不具有致死性。
(4)将有生物活性的R型肺炎链球菌和没有生物活性的S型肺炎链球菌同时注入小鼠体内,小鼠死亡,并从患病致死的小鼠血液中分离出活的S型菌,说明无活性的S型肺炎链球菌具有转化作用,能使R型肺炎链球菌转化为具有致死性的S型肺炎链球菌。
2.活体肺炎链球菌转化实验与离体转化实验的比较
比较项目 活体肺炎链球菌 转化实验 离体肺炎链球菌 转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里
培养细菌的场所 小鼠(体内) 培养基(体外)
实验结果 加热后杀死的S型菌能使R型菌转化成S型菌 S型菌的DNA使R型菌转化成S型菌
实验结论 S型菌中有“转化因子” S型菌的DNA是遗传物质
联系 ①实验材料相同,都是肺炎链球菌(R型菌和S型菌); ②活体肺炎链球菌转化实验是基础,仅说明S型菌中有“转化因子”,离体肺炎链球菌转化实验进一步证明“转化因子”是DNA; ③两个转化实验都遵循对照原则
[迁移应用]
[典例1-1] (温州十校联合体期中)在格里菲思所做的肺炎链球菌活体转化实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的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。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(　C　)
A.从病死小鼠中也可分离得到R型活细菌
B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C.S型菌的部分染色体整合到R型活细菌完成转化
D.加热杀死S型菌可使其蛋白质变性而失活
解析:格里菲思实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内,死亡的小鼠体内可分离得到R型和S型活细菌;S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成;S型菌是原核生物,无染色体;加热杀死S型菌可使其蛋白质变性而失活。
[典例1-2] (宁波三锋教研联盟期中)1944年,科学家艾弗里和他的同事们宣布S型菌体内具有转化活性的物质为DNA。他们对S型菌的粗提取液进行多次分离和提纯,并测定提纯物的转化能力,其结果均指向了同一物质——脱氧核糖核酸。为进一步确定该物质,他们用不同的酶去破坏该物质的生物活性,结果表明胰蛋白酶、RNA酶等对该物质的生物活性无影响,但DNA酶可以使该物质失去转化能力。下列关于艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验的叙述,错误的是(　A　)
A.该实验用到了分离、提纯、离心和同位素示踪等技术
B.分离得到的各种物质须分别与活的R型菌进行混合培养,以完成相关转化实验
C.胰蛋白酶、RNA酶等处理粗提取液后,不影响转化,表明蛋白质和RNA不是“转化因子”
D.DNA酶处理S型菌的粗提取液后,失去转化能力,表明DNA是促使转化的物质
解析:艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验用到了分离、提纯和离心等技术,但没有涉及同位素示踪技术;分离得到的各种物质须分别与活的R型菌进行混合培养,以完成相关转化实验,发现只有加入DNA,R型细菌才能转化为S型细菌,说明DNA是遗传物质;酶具有专一性,胰蛋白酶、RNA酶等处理粗提取液后,不影响转化,表明蛋白质和RNA不是“转化因子”;DNA酶处理S型菌的粗提取液后,失去转化能力,说明DNA分子被催化分解而失去功效,从而表明DNA是促使转化的物质。
任务二　噬菌体侵染细菌的实验分析
1.噬菌体侵染细菌实验中的同位素标记及检测
(1)同位素标记法。
用示踪元素标记的化合物,其化学性质不变。科学家通过追踪示踪元素标记的化合物,可以弄清化学反应的详细过程,这种科学研究方法叫作同位素标记法。
(2)“两看”法分析子代噬菌体的放射性元素。
2.噬菌体侵染细菌实验的误差分析
(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。
3.离体肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
比较项目 离体肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验
设计思路 设法将DNA与其他物质分开,单独地、直接地研究它们各自的遗传功能
处理方法 直接分离:分离S型菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质,分别与R型菌混合培养 同位素标记法:分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA
结论 ①证明DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质; 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; ②说明DNA能控制蛋白质的合成; ③说明DNA能自我复制
[迁移应用]
[典例2-1] (衢州期末)“噬菌体侵染细菌的实验”中检测到悬浮液和沉淀物中的放射性情况如图。下列叙述正确的是(　A　)
A.搅拌不充分会导致①中沉淀物含有少量放射性
B.离心速率不够,导致②组沉淀物的放射性增强
C.噬菌体DNA复制的模板、原料、能量、酶均由细菌提供
D.为获得被标记的噬菌体,可用含32P或35S的培养基直接培养噬菌体
解析:搅拌不充分,噬菌体的蛋白质外壳不能和大肠杆菌充分分离,会导致①中沉淀物含有少量放射性;离心后沉淀物中是被感染的大肠杆菌,悬浮液中是噬菌体外壳,若离心速率不够,则部分原本应该出现在沉淀物的大肠杆菌会出现在悬浮液中,沉淀物的放射性强度会减弱;噬菌体DNA复制的模板由噬菌体自身提供;噬菌体是病毒,需在宿主细胞内才能增殖,为获得被标记的噬菌体,可用含32P或35S的培养基直接培养其宿主细胞也就是大肠杆菌,使大肠杆菌带上标记,再用带标记的大肠杆菌培养噬菌体。
[典例2-2] (浙江台金七校联盟期中)如图甲是加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化曲线,图乙是噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列有关叙述错误的是(　C　)
A.图甲中的实线代表R型细菌,虚线代表S型细菌
B.为获得图乙中带标记的噬菌体,应在含有被标记细菌的培养基中培养
C.图乙中如果噬菌体和细菌混合培养后不经过搅拌,悬浮液中的放射性增强
D.加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内不会出现S型细菌
解析:加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内,S型细菌起始数量为0,随后部分R型细菌转化成了S型细菌,而R型活细菌起始数量不为0,所以图甲中的实线代表R型细菌,虚线代表S型细菌;为获得图乙中带标记的噬菌体,由于病毒无细胞结构,需要依赖活细胞增殖,应在含有被标记细菌的培养基中培养;图乙中的实验如果没经过搅拌过程,则很多噬菌体会附着在细菌表面,经过离心后会进入沉淀物中,使得沉淀物中的放射性增强;加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内,由于缺少R型细菌均不会发生转化,故不会出现S型细菌。
任务三　综合分析遗传物质探索的实验
DNA是主要的遗传物质
[迁移应用]
[典例3] 下列关于“核酸是遗传物质的证据”相关实验的叙述,正确的是(　B　)
A.S型菌和R型菌的结构不同是遗传物质有选择地发挥作用的结果
B.用烟草花叶病毒的RNA去感染烟草,烟草会出现感染病毒的症状
C.S型菌的DNA与R型菌混合,液体悬浮培养后可直接观察到粗糙型菌落
D.T2噬菌体侵染细菌的实验中保温时间过长或过短均会导致悬浮液放射性升高
解析:S型菌和R型菌的结构不同是由于其遗传物质不同。烟草花叶病毒的遗传物质为RNA,用烟草花叶病毒的RNA去感染烟草,烟草会出现感染病毒的症状。菌体形成菌落才能直接观察到,因此需要在固体培养基上培养后才能直接观察到。用32P标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌实验中,保温时间过短,噬菌体DNA未侵入大肠杆菌,保温时间过长,大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体,均会导致悬浮液中放射性升高;而用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌实验中,保温时间过长或过短均不会影响悬浮液放射性
含量。第一节　核酸是遗传物质
学习目标
1.基于肺炎链球菌与噬菌体侵染细菌实验的分析,认同DNA是遗传物质。
2.基于对烟草花叶病毒感染和重建实验分析,认同有些病毒的遗传物质是RNA。
3.通过证明核酸是遗传物质的相关实验,学会实验设计的科学方法。
一、DNA是遗传物质
1.染色体的组成与功能
染色体
2.20世纪50年代之前,“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是 的。相比较而言,含有20种氨基酸的 大分子倒是能够提供无限数量的排列组合。
二、DNA是遗传物质的直接证据
1.肺炎链球菌转化实验
(1)格里菲思活体肺炎链球菌转化实验。
①S型菌与R型菌的比较。
比较项目 S型菌 R型菌
菌落
菌体 多糖类的胶状荚膜(使菌体不易受到宿主正常防护机制的破坏) 无多糖类荚膜
毒性 毒性,是人类肺炎和小鼠败血症的病原体 无毒
②格里菲思活体肺炎链球菌转化实验过程及结论。
(2)艾弗里离体肺炎链球菌转化实验。
①艾弗里离体肺炎链球菌转化实验过程及结论。
说明:DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率越高。
②离体肺炎链球菌转化实验的结论。
是遗传物质, 赋予了生物的遗传特性。
　(1)肺炎链球菌活体转化实验证明在加热杀死的S型菌中存在DNA这种转化因子。( )
(2)活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,这就证明了DNA是遗传物质。( )
(3)向培养R型菌的培养基中加入多糖类物质,也能得到S型菌。( )
(4)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验不仅证明了遗传物质是DNA,还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。( )
(5)离体细菌转化实验证明DNA是转化因子的同时,也证明DNA的纯度越高,转化效率越高。( )
2.噬菌体侵染细菌的实验分析
(1)T2噬菌体的结构及生活方式。
(2)放射性同位素标记噬菌体。
(3)已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌的实验操作过程。
(4)实验结论:在噬菌体中,保证亲代与子代之间具有连续性的物质是 ,即 是遗传物质。
(1)噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要遗传物质。( )
(2)噬菌体侵染细菌实验中,离心的目的是把吸附在细菌上的噬菌体残留部分和细菌分开;搅拌的目的是使细菌沉到试管底部,噬菌体残留部分位于上层。( )
(3)噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。( )
(4)在噬菌体侵染细菌的实验中,采用同位素标记技术,在侵染实验前要获得同时含有32P与35S标记的噬菌体,才能进行实验。( )
(5)用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体外壳都含35S。( )
三、有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病毒的感染和重建实验
(1)烟草花叶病毒的结构模型图。
(2)烟草花叶病毒的感染实验。
①实验过程及现象。
②实验结论: 是烟草花叶病毒的遗传物质, 不是遗传物质。
(3)烟草花叶病毒的重建实验。
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 的株系,而不是提供 的株系。
　(1)烟草花叶病毒的感染和重建实验证明含RNA的生物中RNA是遗传物质。( )
(2)烟草花叶病毒的感染实验中,用RNA酶处理过的RNA不会使烟草出现感染病毒的症状。( )
(3)用烟草花叶病毒侵染烟草时需要保持病毒的结构完整才能够成功感染。( )
四、生物体内的遗传物质
遗传物质 生物类型 举例
细胞生物 细菌、真菌、动物、植物等
DNA病毒 T2噬菌体等
RNA病毒 烟草花叶病毒、冠状病毒、小儿麻痹病毒、脑炎病毒、流感病毒、HIV等
　(1)DNA是动植物主要的遗传物质。( )
(2)RNA可以是某些细菌的遗传物质。( )
(3)酵母菌的遗传物质是DNA,细胞中的碱基和核苷酸都是四种。( )
任务一　肺炎链球菌转化实验分析
1.活体肺炎链球菌转化实验出现相关实验结果的原因分析
(1)将有生物活性的R型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠正常,说明R型肺炎链球菌不具有致死性。
(2)将有生物活性的S型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠死亡,说明S型肺炎链球菌具有致死性。
(3)将没有生物活性的S型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠正常,说明失去活性的S型肺炎链球菌不具有致死性。
(4)将有生物活性的R型肺炎链球菌和没有生物活性的S型肺炎链球菌同时注入小鼠体内,小鼠死亡,并从患病致死的小鼠血液中分离出活的S型菌,说明无活性的S型肺炎链球菌具有转化作用,能使R型肺炎链球菌转化为具有致死性的S型肺炎链球菌。
2.活体肺炎链球菌转化实验与离体转化实验的比较
比较项目 活体肺炎链球菌 转化实验 离体肺炎链球菌 转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里
培养细菌的场所 小鼠(体内) 培养基(体外)
实验结果 加热后杀死的S型菌能使R型菌转化成S型菌 S型菌的DNA使R型菌转化成S型菌
实验结论 S型菌中有“转化因子” S型菌的DNA是遗传物质
联系 ①实验材料相同,都是肺炎链球菌(R型菌和S型菌); ②活体肺炎链球菌转化实验是基础,仅说明S型菌中有“转化因子”,离体肺炎链球菌转化实验进一步证明“转化因子”是DNA; ③两个转化实验都遵循对照原则
[迁移应用]
[典例1-1] (温州十校联合体期中)在格里菲思所做的肺炎链球菌活体转化实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的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。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.从病死小鼠中也可分离得到R型活细菌
B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C.S型菌的部分染色体整合到R型活细菌完成转化
D.加热杀死S型菌可使其蛋白质变性而失活
[典例1-2] (宁波三锋教研联盟期中)1944年,科学家艾弗里和他的同事们宣布S型菌体内具有转化活性的物质为DNA。他们对S型菌的粗提取液进行多次分离和提纯,并测定提纯物的转化能力,其结果均指向了同一物质——脱氧核糖核酸。为进一步确定该物质,他们用不同的酶去破坏该物质的生物活性,结果表明胰蛋白酶、RNA酶等对该物质的生物活性无影响,但DNA酶可以使该物质失去转化能力。下列关于艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验的叙述,错误的是( )
A.该实验用到了分离、提纯、离心和同位素示踪等技术
B.分离得到的各种物质须分别与活的R型菌进行混合培养,以完成相关转化实验
C.胰蛋白酶、RNA酶等处理粗提取液后,不影响转化,表明蛋白质和RNA不是“转化因子”
D.DNA酶处理S型菌的粗提取液后,失去转化能力,表明DNA是促使转化的物质
任务二　噬菌体侵染细菌的实验分析
1.噬菌体侵染细菌实验中的同位素标记及检测
(1)同位素标记法。
用示踪元素标记的化合物,其化学性质不变。科学家通过追踪示踪元素标记的化合物,可以弄清化学反应的详细过程,这种科学研究方法叫作同位素标记法。
(2)“两看”法分析子代噬菌体的放射性元素。
2.噬菌体侵染细菌实验的误差分析
(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。
3.离体肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
比较项目 离体肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验
设计思路 设法将DNA与其他物质分开,单独地、直接地研究它们各自的遗传功能
处理方法 直接分离:分离S型菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质,分别与R型菌混合培养 同位素标记法:分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA
结论 ①证明DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质; 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; ②说明DNA能控制蛋白质的合成; ③说明DNA能自我复制
[迁移应用]
[典例2-1] (衢州期末)“噬菌体侵染细菌的实验”中检测到悬浮液和沉淀物中的放射性情况如图。下列叙述正确的是( )
A.搅拌不充分会导致①中沉淀物含有少量放射性
B.离心速率不够,导致②组沉淀物的放射性增强
C.噬菌体DNA复制的模板、原料、能量、酶均由细菌提供
D.为获得被标记的噬菌体,可用含32P或35S的培养基直接培养噬菌体
[典例2-2] (浙江台金七校联盟期中)如图甲是加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化曲线,图乙是噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列有关叙述错误的是( )
A.图甲中的实线代表R型细菌,虚线代表S型细菌
B.为获得图乙中带标记的噬菌体,应在含有被标记细菌的培养基中培养
C.图乙中如果噬菌体和细菌混合培养后不经过搅拌,悬浮液中的放射性增强
D.加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内不会出现S型细菌
任务三　综合分析遗传物质探索的实验
DNA是主要的遗传物质
[迁移应用]
[典例3] 下列关于“核酸是遗传物质的证据”相关实验的叙述,正确的是( )
A.S型菌和R型菌的结构不同是遗传物质有选择地发挥作用的结果
B.用烟草花叶病毒的RNA去感染烟草,烟草会出现感染病毒的症状
C.S型菌的DNA与R型菌混合,液体悬浮培养后可直接观察到粗糙型菌落
D.T2噬菌体侵染细菌的实验中保温时间过长或过短均会导致悬浮液放射性升高
含量。第一节　核酸是遗传物质
素养测练
基础达标练
题组一　肺炎链球菌转化实验
1.1944年,细菌学家艾弗里等人进行了离体细菌转化实验。下列操作没有涉及的是(　D　)
A.破碎处理
B.悬浮培养
C.菌株鉴定
D.同位素标记
解析:艾弗里实验是将S型菌的各种成分分开(破碎处理),然后将DNA、蛋白质、荚膜多糖、DNA+DNA酶分别与R型菌混合培养(悬浮培养),结果四组都出现了R型菌,但是只有第3组(加入DNA)出现了S型菌(进行菌株鉴定),说明将R型菌转化为S型菌的转化因子是DNA。该实验没有涉及同位素标记。
2.(浙江7月学考)肺炎链球菌的转化实验中,使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是(　D　)
A.S型细菌的多糖
B.S型细菌的蛋白质
C.S型细菌的脂质
D.S型细菌的DNA
解析:S型细菌的DNA是转化因子,能将R型细菌转化为S型细菌,S型细菌的DNA是使R型细菌发生稳定遗传变异的物质。
3.艾弗里等人进行了肺炎链球菌离体转化实验,基本流程如图所示。下列叙述错误的是(　A　)
A.裂解S型细菌前需将其加热杀死
B.①②③④培养液中都能分离出R型细菌
C.只有③培养液中能转化出S型细菌
D.实验证明DNA是肺炎链球菌的遗传物质
解析:裂解S型细菌前无须将其加热杀死,加热杀死是格里菲思所做的小鼠体内转化实验所用的手段;由于①②③④培养液中均加入R型活菌,且③中只有部分R型细菌转化为S型细菌,所以①②③④培养液中都能分离出R型细菌;实验结果显示,只有③培养液中能转化出S型细菌;通过实验,只有DNA能够使R型细菌转化为S型细菌,所以实验证明DNA是肺炎链球菌的遗传物质。
题组二　噬菌体侵染细菌实验
(杭州S9联盟期中)阅读下列资料,完成下面4～5小题。
　　T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,它的化学组成中约60%是蛋白质,40%是DNA。如图表示噬菌体侵染细菌实验的过程。
4.下列关于该实验的叙述,正确的是(　D　)
A.噬菌体中只含核糖体一种细胞器
B.搅拌的目的是使噬菌体与细菌充分混合
C.噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质
D.为达到预期实验效果,噬菌体与细菌混合培养的时间并不是越长越好
解析:噬菌体是病毒,没有细胞结构,不含核糖体等细胞器;搅拌的目的是使吸附在细菌表面的噬菌体的蛋白质外壳与细菌分开;噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质,但没有证明DNA是主要的遗传物质;噬菌体与细菌混合培养的时间过长时,大肠杆菌裂解,子代噬菌体释放,影响实验结果,因此为达到预期实验效果,噬菌体与细菌混合培养的时间并不是越长越好。
5.若有一组用放射性32P标记的噬菌体进行实验,下列说法正确的是(　C　)
A.要获得32P标记的噬菌体可用含32P的培养基培养
B.32P标记的是噬菌体的蛋白质成分
C.该组实验结果是悬浮液中放射性很低,沉淀物放射性很高
D.实验中可用14C代替32P标记DNA
解析:噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能在培养基上独立生存,因此不能用培养基直接培养噬菌体;32P标记的是噬菌体的DNA;32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体侵染细菌时DNA进入细菌并随着细菌离心到沉淀物中,因此该组实验结果是悬浮液中放射性很低,沉淀物放射性很高;DNA和蛋白质均含有C,不可用14C代替32P。
6.(金华一中期中)某研究人员分别进行了如下三组实验:
①35S标记的T2噬菌体+不含放射性的细菌
②32P标记的T2噬菌体+不含放射性的细菌
③3H标记的T2噬菌体+不含放射性的细菌
下列相关分析正确的是(　B　)
A.T2噬菌体分别在含35S、32P和3H的细菌内进行分裂增殖
B.若第②组保温时间过长,则离心后上清液中放射性偏高
C.若第③组进行搅拌不充分,则离心后沉淀物中没有放射性
D.比较第①②组的实验结果,说明DNA是主要的遗传物质
解析:噬菌体没有细胞结构,但其生活离不开细胞,所以在细菌中增殖,但由于细菌没有被标记,所以噬菌体没有在含35S、32P和3H的细菌内进行分裂增殖;若第②组保温时间过长,会导致细菌破裂,子代噬菌体释放出来,从而导致离心后上清液中放射性偏高;由于噬菌体DNA分子中含有3H,且DNA进入了细菌细胞内,离心后沉淀物中必定有放射性;比较第①②组的实验结果,说明DNA是其遗传物质,但不能证明DNA是主要的遗传物质。
题组三　烟草花叶病毒感染和重建实验
7.(衢州月考)某种烟草花叶病毒(TMV)能够侵染烟草,使烟草患花叶病。从TMV中提取出物质X和物质W,再用这两种物质分别感染烟草,结果发现,只有物质X能使烟草感染病毒患花叶病。结合所学知识判断,物质X和物质W可能是(　C　)
A.DNA、蛋白质
B.DNA、多糖
C.RNA、蛋白质
D.RNA、多糖
解析:烟草花叶病毒是一种RNA病毒,烟草花叶病毒是由RNA和蛋白质组成的,其中RNA是遗传物质,根据题意,只有物质X能使烟草感染病毒患花叶病,因此物质X为RNA,物质W为蛋白质。
8.烟草花叶病毒感染和重建的实验示意图如下。下列叙述正确的是(　D　)
A.降解成RNA和蛋白质时可用胰蛋白酶处理
B.图中A型后代的外壳是蛋白质B
C.若用DNA酶处理该病毒,会使其失去感染力
D.该实验可证明RNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
解析:胰蛋白酶可以分解蛋白质,降解后只能得到RNA,所以降解过程不能用胰蛋白酶;图中A型后代的外壳是蛋白质A;烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,若用DNA酶处理不会水解RNA,不影响病毒的感染力;RNA A+蛋白质B感染烟草,子代病毒为TMV A,RNA B+蛋白质A感染烟草,子代病毒为TMV B,两组实验相互对照可以说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,蛋白质不是遗传物质。
题组四　综合分析遗传物质探索的实验
(嘉兴平湖模拟)阅读下列资料,回答下面9～10小题。
　　资料1:1944年,艾弗里用提纯的S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质分别与R型细菌混合培养,后来又用DNA酶降解DNA成分,再用降解溶液与R型细菌混合培养,检测R型细菌能否被转化为S型细菌。
　　资料2:1952年,赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为材料,进行了实验:用放射性同位素35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA,再用分别标记的噬菌体侵染大肠杆菌,得到了明确的实验结果。
9.两个经典实验有着相似的科学思维,其设计思路是(　C　)
A.运用离心法把各种物质分离开来
B.通过检测放射性同位素来得出结论
C.把DNA和蛋白质分开来研究得出结果
D.艾弗里的实验比赫尔希和蔡斯的实验更科学
解析:艾弗里实验没有采用离心法;艾弗里实验没有采用同位素标记法;两个经典实验有着相似的科学思维,其设计思路是把DNA和蛋白质分开来研究得出结果;由于噬菌体侵染细菌时将DNA和蛋白质彻底分开,因此赫尔希和蔡斯的实验比艾弗里的实验更科学。
10.下列关于两个经典实验的叙述,错误的是(　A　)
A.艾弗里的实验证明了DNA纯度越高,R型细菌的转化效率就越高
B.艾弗里实验中DNA降解后与降解前,R型细菌转化为S型细菌的能力发生了变化
C.赫尔希和蔡斯实验中用32S标记噬菌体时,放射性主要出现在上清液中
D.赫尔希和蔡斯实验还能证明DNA进行了复制和控制有关蛋白质的合成
解析:DNA纯度越高,R型细菌的转化效率就越高不是艾弗里实验证明的;艾弗里实验中DNA降解后与降解前,R型细菌转化为S型细菌的能力发生了变化,说明DNA是转化因子;赫尔希和蔡斯实验中用35S标记噬菌体时,由于35S标记的是噬菌体的蛋白质,噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳留在细菌外,经过搅拌离心,分布在上清液中;赫尔希和蔡斯实验还能证明DNA进行了复制和控制有关蛋白质的合成。
综合提升练
11.下表表示肺炎链球菌转化的相关实验资料。
实验 实验过程 实验结果
实验 一 R型活菌与完整的S型死菌混合后注射到小鼠体内 小鼠死亡
实验 二 R型活菌与完整的S型死菌混合在试管中进行培养 出现S型 活菌
实验 三 将提取到的S型菌荚膜结构与R型活菌混合在试管中并进行培养,一定时间后将培养液涂布到固体培养基上 没有出现 S型菌 菌落
实验 四 用冷酒精(能使DNA析出)处理S型菌匀浆液,离心后获得悬浮液和沉淀物两部分,并分别与R型活菌混合在试管中进行培养,一定时间后将培养液涂布到固体培养基上
下列叙述错误的是(　D　)
A.实验一和实验二的实验结果不能说明完整的S型菌是发生转化的必要条件
B.实验二中S型活菌遗传信息与S型死菌不完全相同
C.实验三可说明组成荚膜结构物质的功能很可能与转化因子不同
D.实验四中最可能出现S型菌落的是悬浮液与R型活菌混合组
解析:由表格可知,实验一、实验二的自变量是R型活菌与完整的S型死菌混合后的培养方式(体内培养还是体外培养),故不能说明完整的S型菌是发生转化的必要条件;实验二中“R型活菌与完整的S型死菌混合在试管中进行培养”,试管中出现的S型活菌,是S型死菌的部分DNA整合到R型活菌的DNA中,故实验二中S型活菌遗传信息与S型死菌不完全相同;由实验三的结果可推知S型菌的荚膜结构不能使R型活菌转化为S型菌,而转化因子可使R型活菌转化为S型菌,说明组成荚膜结构物质的功能很可能与转化因子不同;实验四中用冷酒精(能使DNA析出)处理S型菌匀浆液,离心后S型菌的DNA在沉淀物中,最可能出现S型菌落的是沉淀物与R型活菌混合组。
12.(绍兴模拟)将用荧光染料标记某种成分的T2噬菌体与大肠杆菌混合培养,定时取样、搅拌、离心,并检测沉淀物中的荧光强度,结果如图所示。下列叙述错误的是(　A　)
A.上述实验可证明蛋白质不是噬菌体的遗传物质
B.实验中被荧光染料标记的T2噬菌体成分是DNA
C.搅拌是否充分会影响ab段的荧光强度
D.bc段荧光强度下降是大肠杆菌细胞破裂所致
解析:根据题图可知,随着培养时间的延长,沉淀物中的荧光强度先增加后减少,说明标记的是进入大肠杆菌的DNA,随着保温时间的延长,进入大肠杆菌的DNA逐渐增加,但保温时间过长,会导致子代噬菌体被释放后随着离心分离到上清液中,因此实验中被荧光染料标记的T2噬菌体成分是DNA,通过该实验不能证明蛋白质不是噬菌体的遗传物质;搅拌不充分,有少量未侵染的噬菌体会吸附在大肠杆菌上并随之进入沉淀物中,使ab段的荧光强度增加;bc段荧光强度下降是大肠杆菌细胞破裂,子代噬菌体被释放并通过离心分布到了上清液中所致。
13.为了研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,利用如图装置进行了实验。先将两种类型菌株分别加入U型管左、右两臂内,U型管中间隔有微孔滤板。实验过程中在U型管右臂端口将培养液缓慢地吸过来压过去,让两菌株共享一种培养液,吸压过程也会导致少量菌体破裂。一段时间后取U型管两臂菌液涂布培养,左臂菌液只出现S型菌落,右臂菌液同时出现S型、R型两种类型菌落。下列叙述错误的是(　C　)
A.微孔滤板不允许肺炎链球菌通过
B.R型菌转化成S型菌不需要两者直接接触
C.S型菌的部分染色体片段整合到R型菌完成转化
D.左臂菌液涂布只出现S型菌表明R型菌的DNA不能使S型菌发生转化
解析:为了研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,微孔滤板不允许肺炎链球菌通过,允许DNA等分子通过;涂布培养左臂菌液只出现S型菌落,右臂菌液同时出现S型、R型两种类型菌落,则证明R型菌转化为S型菌时不需要两者直接接触;S型菌、R型菌属于细菌,二者都不存在染色体;一段时间后取U型管两臂菌液涂布培养,左臂菌液只出现S型菌落,右臂菌液同时出现S型、R型两种类型菌落,说明R型菌的DNA不能使S型菌发生转化。
14.阅读下列资料。
　　资料1:T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,它的化学组成中约60%是蛋白质、40%是DNA。对这两种物质的分析表明,仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中。
　　资料2:1952年,赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素35S、32P标记的T2噬菌体去侵染细菌,侵染一段时间后,用搅拌器搅拌,然后离心得到悬浮液和沉淀物,检测悬浮液中的放射性,得到如图所示的实验结果。待细菌裂解后检测释放出来的子代噬菌体,发现其大小、形状等都与原来噬菌体一致。
请回答下列问题。
(1)为获得标记的噬菌体,首先用　　　　(填“含有”或“不含有”)放射性标记的培养基培养大肠杆菌,再用其培养噬菌体。为区别两组实验的结果,应分别用　　　　和　　　　标记噬菌体的DNA和蛋白质。
(2)资料2中,搅拌的目的是 　。
结果表明,当搅拌时间在2～5 min时,悬浮液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的90%和30%左右,由此可以推断出　　　　进入细菌,　　　　没有进入细菌。图中“被侵染的细菌”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)子代噬菌体的性状与原噬菌体一致,说明噬菌体的性状是通过亲代的　　　　遗传的。
解析:(1)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,若要大量制备带标记的噬菌体,需先用含有放射性标记的培养基培养大肠杆菌,再用噬菌体去侵染大肠杆菌从而得到标记的噬菌体。32P标记的是噬菌体的DNA,35S标记的是噬菌体的蛋白质。
(2)搅拌的目的是将噬菌体和细菌分离,由于32P标记噬菌体的DNA,35S标记的是噬菌体的蛋白质,实验结果表明当搅拌时间在2～5 min时,悬浮液中的 35S 和32P分别占初始标记噬菌体放射性的90%和30%,证明DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌。图中“被侵染的细菌”的存活率曲线基本保持在100%,其作为对照,以证明细菌没有裂解,没有子代噬菌体释放出来。
(3)亲子代噬菌体的性状相同,是通过亲代的DNA遗传的,从而证明了DNA是遗传物质。
答案:(1)含有　32P　35S
(2)使吸附在细菌外的噬菌体与细菌分离　DNA　蛋白质　细菌没有裂解,子代噬菌体没有被释放出来
(3)DNA第一节　核酸是遗传物质
素养测练
基础达标练
题组一　肺炎链球菌转化实验
1.1944年,细菌学家艾弗里等人进行了离体细菌转化实验。下列操作没有涉及的是( )
A.破碎处理
B.悬浮培养
C.菌株鉴定
D.同位素标记
2.(浙江7月学考)肺炎链球菌的转化实验中,使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是( )
A.S型细菌的多糖
B.S型细菌的蛋白质
C.S型细菌的脂质
D.S型细菌的DNA
3.艾弗里等人进行了肺炎链球菌离体转化实验,基本流程如图所示。下列叙述错误的是( )
A.裂解S型细菌前需将其加热杀死
B.①②③④培养液中都能分离出R型细菌
C.只有③培养液中能转化出S型细菌
D.实验证明DNA是肺炎链球菌的遗传物质
题组二　噬菌体侵染细菌实验
(杭州S9联盟期中)阅读下列资料,完成下面4～5小题。
　　T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,它的化学组成中约60%是蛋白质,40%是DNA。如图表示噬菌体侵染细菌实验的过程。
4.下列关于该实验的叙述,正确的是( )
A.噬菌体中只含核糖体一种细胞器
B.搅拌的目的是使噬菌体与细菌充分混合
C.噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质
D.为达到预期实验效果,噬菌体与细菌混合培养的时间并不是越长越好
5.若有一组用放射性32P标记的噬菌体进行实验,下列说法正确的是( )
A.要获得32P标记的噬菌体可用含32P的培养基培养
B.32P标记的是噬菌体的蛋白质成分
C.该组实验结果是悬浮液中放射性很低,沉淀物放射性很高
D.实验中可用14C代替32P标记DNA
6.(金华一中期中)某研究人员分别进行了如下三组实验:
①35S标记的T2噬菌体+不含放射性的细菌
②32P标记的T2噬菌体+不含放射性的细菌
③3H标记的T2噬菌体+不含放射性的细菌
下列相关分析正确的是( )
A.T2噬菌体分别在含35S、32P和3H的细菌内进行分裂增殖
B.若第②组保温时间过长,则离心后上清液中放射性偏高
C.若第③组进行搅拌不充分,则离心后沉淀物中没有放射性
D.比较第①②组的实验结果,说明DNA是主要的遗传物质
题组三　烟草花叶病毒感染和重建实验
7.(衢州月考)某种烟草花叶病毒(TMV)能够侵染烟草,使烟草患花叶病。从TMV中提取出物质X和物质W,再用这两种物质分别感染烟草,结果发现,只有物质X能使烟草感染病毒患花叶病。结合所学知识判断,物质X和物质W可能是( )
A.DNA、蛋白质
B.DNA、多糖
C.RNA、蛋白质
D.RNA、多糖
8.烟草花叶病毒感染和重建的实验示意图如下。下列叙述正确的是( )
A.降解成RNA和蛋白质时可用胰蛋白酶处理
B.图中A型后代的外壳是蛋白质B
C.若用DNA酶处理该病毒,会使其失去感染力
D.该实验可证明RNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
题组四　综合分析遗传物质探索的实验
(嘉兴平湖模拟)阅读下列资料,回答下面9～10小题。
　　资料1:1944年,艾弗里用提纯的S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质分别与R型细菌混合培养,后来又用DNA酶降解DNA成分,再用降解溶液与R型细菌混合培养,检测R型细菌能否被转化为S型细菌。
　　资料2:1952年,赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为材料,进行了实验:用放射性同位素35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA,再用分别标记的噬菌体侵染大肠杆菌,得到了明确的实验结果。
9.两个经典实验有着相似的科学思维,其设计思路是( )
A.运用离心法把各种物质分离开来
B.通过检测放射性同位素来得出结论
C.把DNA和蛋白质分开来研究得出结果
D.艾弗里的实验比赫尔希和蔡斯的实验更科学
10.下列关于两个经典实验的叙述,错误的是( )
A.艾弗里的实验证明了DNA纯度越高,R型细菌的转化效率就越高
B.艾弗里实验中DNA降解后与降解前,R型细菌转化为S型细菌的能力发生了变化
C.赫尔希和蔡斯实验中用32S标记噬菌体时,放射性主要出现在上清液中
D.赫尔希和蔡斯实验还能证明DNA进行了复制和控制有关蛋白质的合成
综合提升练
11.下表表示肺炎链球菌转化的相关实验资料。
实验 实验过程 实验结果
实验 一 R型活菌与完整的S型死菌混合后注射到小鼠体内 小鼠死亡
实验 二 R型活菌与完整的S型死菌混合在试管中进行培养 出现S型 活菌
实验 三 将提取到的S型菌荚膜结构与R型活菌混合在试管中并进行培养,一定时间后将培养液涂布到固体培养基上 没有出现 S型菌 菌落
实验 四 用冷酒精(能使DNA析出)处理S型菌匀浆液,离心后获得悬浮液和沉淀物两部分,并分别与R型活菌混合在试管中进行培养,一定时间后将培养液涂布到固体培养基上
下列叙述错误的是( )
A.实验一和实验二的实验结果不能说明完整的S型菌是发生转化的必要条件
B.实验二中S型活菌遗传信息与S型死菌不完全相同
C.实验三可说明组成荚膜结构物质的功能很可能与转化因子不同
D.实验四中最可能出现S型菌落的是悬浮液与R型活菌混合组
12.(绍兴模拟)将用荧光染料标记某种成分的T2噬菌体与大肠杆菌混合培养,定时取样、搅拌、离心,并检测沉淀物中的荧光强度,结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A.上述实验可证明蛋白质不是噬菌体的遗传物质
B.实验中被荧光染料标记的T2噬菌体成分是DNA
C.搅拌是否充分会影响ab段的荧光强度
D.bc段荧光强度下降是大肠杆菌细胞破裂所致
13.为了研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,利用如图装置进行了实验。先将两种类型菌株分别加入U型管左、右两臂内,U型管中间隔有微孔滤板。实验过程中在U型管右臂端口将培养液缓慢地吸过来压过去,让两菌株共享一种培养液,吸压过程也会导致少量菌体破裂。一段时间后取U型管两臂菌液涂布培养,左臂菌液只出现S型菌落,右臂菌液同时出现S型、R型两种类型菌落。下列叙述错误的是( )
A.微孔滤板不允许肺炎链球菌通过
B.R型菌转化成S型菌不需要两者直接接触
C.S型菌的部分染色体片段整合到R型菌完成转化
D.左臂菌液涂布只出现S型菌表明R型菌的DNA不能使S型菌发生转化
14.阅读下列资料。
　　资料1:T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,它的化学组成中约60%是蛋白质、40%是DNA。对这两种物质的分析表明,仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中。
　　资料2:1952年,赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素35S、32P标记的T2噬菌体去侵染细菌,侵染一段时间后,用搅拌器搅拌,然后离心得到悬浮液和沉淀物,检测悬浮液中的放射性,得到如图所示的实验结果。待细菌裂解后检测释放出来的子代噬菌体,发现其大小、形状等都与原来噬菌体一致。
请回答下列问题。
(1)为获得标记的噬菌体,首先用　　　　(填“含有”或“不含有”)放射性标记的培养基培养大肠杆菌,再用其培养噬菌体。为区别两组实验的结果,应分别用　　　　和　　　　标记噬菌体的DNA和蛋白质。
(2)资料2中,搅拌的目的是 　。
结果表明,当搅拌时间在2～5 min时,悬浮液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的90%和30%左右,由此可以推断出　　　　进入细菌,　　　　没有进入细菌。图中“被侵染的细菌”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)子代噬菌体的性状与原噬菌体一致,说明噬菌体的性状是通过亲代的　　　　遗传的。(共50张PPT)
第一节　核酸是遗传物质
第三章　遗传的分子基础
[学习目标]
1.基于肺炎链球菌与噬菌体侵染细菌实验的分析,认同DNA是遗传物质。
2.基于对烟草花叶病毒感染和重建实验分析,认同有些病毒的遗传物质是RNA。
3.通过证明核酸是遗传物质的相关实验,学会实验设计的科学方法。
读教材·相信我能行
梳理必备知识,储备素养根基
一、DNA是遗传物质
1.染色体的组成与功能
DNA
非组蛋白
2.20世纪50年代之前,“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是
的。相比较而言,含有20种氨基酸的 大分子倒是能够提供无限数量的排列组合。
不正确
蛋白质
二、DNA是遗传物质的直接证据
1.肺炎链球菌转化实验
(1)格里菲思活体肺炎链球菌转化实验。
①S型菌与R型菌的比较。
比较项目 S型菌 R型菌
菌落
菌体 多糖类的胶状荚膜(使菌体不易受到宿主正常防护机制的破坏) 无多糖类荚膜
毒性 毒性,是人类肺炎和小鼠败血症的病原体 无毒
光滑
粗糙
有
有
②格里菲思活体肺炎链球菌转化实验过程及结论。
S型活菌
不死亡
转化因子
(2)艾弗里离体肺炎链球菌转化实验。
①艾弗里离体肺炎链球菌转化实验过程及结论。
R型+S型
R型
稳定遗传变异
说明:DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率越高。
②离体肺炎链球菌转化实验的结论。
是遗传物质, 赋予了生物的遗传特性。
DNA
DNA
·思维点拨·
(1)肺炎链球菌活体转化实验证明在加热杀死的S型菌中存在DNA这种转化因子。(　 　)
×
提示:肺炎链球菌活体转化实验并未涉及对DNA分子的研究。
(2)活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,这就证明了DNA是遗传物质。(　 　)
×
提示:活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,只能证明可能存在某种转化因子。
(3)向培养R型菌的培养基中加入多糖类物质,也能得到S型菌。(　 　)
×
提示:向培养R型菌的培养基中加入多糖类物质,由于多糖类物质不是“转化因子”,因此不能得到S型菌。
(4)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验不仅证明了遗传物质是DNA,还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。(　 　)
√
(5)离体细菌转化实验证明DNA是转化因子的同时,也证明DNA的纯度越高,转化效率越高。(　 　)
×
提示:DNA纯度越高,转化效率越高不是艾弗里离体细菌转化实验的结论。
2.噬菌体侵染细菌的实验分析
(1)T2噬菌体的结构及生活方式。
P
S
细菌
(2)放射性同位素标记噬菌体。
含35S的大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
蛋白质外壳含35S
DNA含32P
(3)已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌的实验操作过程。
几乎没有放射性
没有35S
底层细菌
几乎
没有放射性
(4)实验结论:在噬菌体中,保证亲代与子代之间具有连续性的物质是 ,即 是遗传物质。
DNA
DNA
·思维点拨·
(1)噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要遗传物质。(　 　)
×
提示:噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是噬菌体的遗传物质。
(2)噬菌体侵染细菌实验中,离心的目的是把吸附在细菌上的噬菌体残留部分和细菌分开;搅拌的目的是使细菌沉到试管底部,噬菌体残留部分位于上层。
(　 　)
×
提示:搅拌的目的是把吸附在细菌上的噬菌体残留部分和细菌分开;离心的目的是使细菌沉到试管底部,噬菌体残留部分位于上层。
(3)噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。
(　 　)
×
提示:由于DNA的复制具有半保留性,因此噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体少部分带有32P标记。
(4)在噬菌体侵染细菌的实验中,采用同位素标记技术,在侵染实验前要获得同时含有32P与35S标记的噬菌体,才能进行实验。(　 　)
×
提示:不是同时,而是用分别含有32P与35S标记的噬菌体进行实验,否则将无法区分放射性是由32P放出还是由35S放出,这将无法确定发挥遗传作用的物质。
(5)用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体外壳都含35S。(　 　)
√
三、有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病毒的感染和重建实验
(1)烟草花叶病毒的结构模型图。
RNA
蛋白质亚单位
(2)烟草花叶病毒的感染实验。
①实验过程及现象。
蛋白质
RNA
烟草叶片不出现病斑
②实验结论: 是烟草花叶病毒的遗传物质, 不是遗传物质。
(3)烟草花叶病毒的重建实验。
①实验过程及现象。
RNA
蛋白质
出现病斑
B型
出现病斑
A型
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 的株系,而不是提供 的株系。
RNA
蛋白质
·思维点拨·
(1)烟草花叶病毒的感染和重建实验证明含RNA的生物中RNA是遗传物质。
(　 　)
×
提示:该实验证明在只有RNA而没有DNA的病毒中,RNA是遗传物质。
(2)烟草花叶病毒的感染实验中,用RNA酶处理过的RNA不会使烟草出现感染病毒的症状。(　 　)
√
(3)用烟草花叶病毒侵染烟草时需要保持病毒的结构完整才能够成功感染。
(　 　)
×
提示:不需要,烟草花叶病毒感染实验中,将病毒的RNA与蛋白质分离后,分别用于感染烟草,单独的RNA可以使烟草患病,可见不需要完整的病毒结构。
四、生物体内的遗传物质
DNA
遗传物质 生物类型 举例
细胞生物 细菌、真菌、动物、植物等
DNA病毒 T2噬菌体等
RNA病毒 烟草花叶病毒、冠状病毒、小儿麻痹病毒、脑炎病毒、流感病毒、HIV等
RNA
·思维点拨·
(1)DNA是动植物主要的遗传物质。(　 　)
×
提示:动植物的遗传物质为DNA,DNA是生物体主要的遗传物质。
(2)RNA可以是某些细菌的遗传物质。(　 　)
×
提示:RNA是某些病毒的遗传物质,细菌的遗传物质为DNA。
(3)酵母菌的遗传物质是DNA,细胞中的碱基和核苷酸都是四种。(　 　)
×
提示:酵母菌属于真核生物,酵母菌的遗传物质为DNA,酵母菌细胞中含有DNA和RNA,细胞中共有5种碱基,8种核苷酸。
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任务一　肺炎链球菌转化实验分析
1.活体肺炎链球菌转化实验出现相关实验结果的原因分析
(1)将有生物活性的R型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠正常,说明R型肺炎链球菌不具有致死性。
(2)将有生物活性的S型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠死亡,说明S型肺炎链球菌具有致死性。
(3)将没有生物活性的S型肺炎链球菌注入小鼠体内,小鼠正常,说明失去活性的S型肺炎链球菌不具有致死性。
(4)将有生物活性的R型肺炎链球菌和没有生物活性的S型肺炎链球菌同时注入小鼠体内,小鼠死亡,并从患病致死的小鼠血液中分离出活的S型菌,说明无活性的S型肺炎链球菌具有转化作用,能使R型肺炎链球菌转化为具有致死性的S型肺炎链球菌。
2.活体肺炎链球菌转化实验与离体转化实验的比较
比较项目 活体肺炎链球菌 转化实验 离体肺炎链球菌
转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里
培养细菌的场所 小鼠(体内) 培养基(体外)
实验结果 加热后杀死的S型菌能使R型菌转化成S型菌 S型菌的DNA使R型菌转化成S型菌
实验结论 S型菌中有“转化因子” S型菌的DNA是遗传物质
联系 ①实验材料相同,都是肺炎链球菌(R型菌和S型菌);
②活体肺炎链球菌转化实验是基础,仅说明S型菌中有“转化因子”,离体肺炎链球菌转化实验进一步证明“转化因子”是DNA;
③两个转化实验都遵循对照原则
[迁移应用]
[典例1-1] (温州十校联合体期中)在格里菲思所做的肺炎链球菌活体转化实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的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。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.从病死小鼠中也可分离得到R型活细菌
B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C.S型菌的部分染色体整合到R型活细菌完成转化
D.加热杀死S型菌可使其蛋白质变性而失活
C
解析:格里菲思实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内,死亡的小鼠体内可分离得到R型和S型活细菌;S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成;S型菌是原核生物,无染色体;加热杀死S型菌可使其蛋白质变性而失活。
[典例1-2] (宁波三锋教研联盟期中)1944年,科学家艾弗里和他的同事们宣布S型菌体内具有转化活性的物质为DNA。他们对S型菌的粗提取液进行多次分离和提纯,并测定提纯物的转化能力,其结果均指向了同一物质——脱氧核糖核酸。为进一步确定该物质,他们用不同的酶去破坏该物质的生物活性,结果表明胰蛋白酶、RNA酶等对该物质的生物活性无影响,但DNA酶可以使该物质失去转化能力。下列关于艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验的叙述,错误的是(　 　)
A.该实验用到了分离、提纯、离心和同位素示踪等技术
B.分离得到的各种物质须分别与活的R型菌进行混合培养,以完成相关转化实验
C.胰蛋白酶、RNA酶等处理粗提取液后,不影响转化,表明蛋白质和RNA不是“转化因子”
D.DNA酶处理S型菌的粗提取液后,失去转化能力,表明DNA是促使转化的物质
A
解析:艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验用到了分离、提纯和离心等技术,但没有涉及同位素示踪技术;分离得到的各种物质须分别与活的R型菌进行混合培养,以完成相关转化实验,发现只有加入DNA,R型细菌才能转化为S型细菌,说明DNA是遗传物质;酶具有专一性,胰蛋白酶、RNA酶等处理粗提取液后,不影响转化,表明蛋白质和RNA不是“转化因子”;DNA酶处理S型菌的粗提取液后,失去转化能力,说明DNA分子被催化分解而失去功效,从而表明DNA是促使转化的物质。
任务二　噬菌体侵染细菌的实验分析
1.噬菌体侵染细菌实验中的同位素标记及检测
(1)同位素标记法。
用示踪元素标记的化合物,其化学性质不变。科学家通过追踪示踪元素标记的化合物,可以弄清化学反应的详细过程,这种科学研究方法叫作同位素标记法。
(2)“两看”法分析子代噬菌体的放射性元素。
2.噬菌体侵染细菌实验的误差分析
(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。
3.离体肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
比较项目 离体肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验
设计思路 设法将DNA与其他物质分开,单独地、直接地研究它们各自的遗传功能
处理方法 直接分离:分离S型菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质,分别与R型菌混合培养 同位素标记法:分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA
结论 ①证明DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质; 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;
②说明DNA能控制蛋白质的合成;
③说明DNA能自我复制
[迁移应用]
[典例2-1] (衢州期末)“噬菌体侵染细菌的实验”中检测到悬浮液和沉淀物中的放射性情况如图。下列叙述正确的是(　 　)
A.搅拌不充分会导致①中沉淀物含有少量放射性
B.离心速率不够,导致②组沉淀物的放射性增强
C.噬菌体DNA复制的模板、原料、能量、酶均由细菌提供
D.为获得被标记的噬菌体,可用含32P或35S的培养基直接培养噬菌体
A
解析:搅拌不充分,噬菌体的蛋白质外壳不能和大肠杆菌充分分离,会导致①中沉淀物含有少量放射性;离心后沉淀物中是被感染的大肠杆菌,悬浮液中是噬菌体外壳,若离心速率不够,则部分原本应该出现在沉淀物的大肠杆菌会出现在悬浮液中,沉淀物的放射性强度会减弱;噬菌体DNA复制的模板由噬菌体自身提供;噬菌体是病毒,需在宿主细胞内才能增殖,为获得被标记的噬菌体,可用含32P或35S的培养基直接培养其宿主细胞也就是大肠杆菌,使大肠杆菌带上标记,再用带标记的大肠杆菌培养噬菌体。
[典例2-2] (浙江台金七校联盟期中)如图甲是加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化曲线,图乙是噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列有关叙述错误的是(　 　)
A.图甲中的实线代表R型细菌,虚线代表S型细菌
B.为获得图乙中带标记的噬菌体,应在含有被标记细菌的培养基中培养
C.图乙中如果噬菌体和细菌混合培养后不经过搅拌,悬浮液中的放射性增强
D.加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内不会出现S型细菌
C
解析:加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内,S型细菌起始数量为0,随后部分R型细菌转化成了S型细菌,而R型活细菌起始数量不为0,所以图甲中的实线代表R型细菌,虚线代表S型细菌;为获得图乙中带标记的噬菌体,由于病毒无细胞结构,需要依赖活细胞增殖,应在含有被标记细菌的培养基中培养;图乙中的实验如果没经过搅拌过程,则很多噬菌体会附着在细菌表面,经过离心后会进入沉淀物中,使得沉淀物中的放射性增强;加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内,由于缺少R型细菌均不会发生转化,故不会出现S型细菌。
任务三　综合分析遗传物质探索的实验
DNA是主要的遗传物质
[迁移应用]
[典例3] 下列关于“核酸是遗传物质的证据”相关实验的叙述,正确的是(　　)
A.S型菌和R型菌的结构不同是遗传物质有选择地发挥作用的结果
B.用烟草花叶病毒的RNA去感染烟草,烟草会出现感染病毒的症状
C.S型菌的DNA与R型菌混合,液体悬浮培养后可直接观察到粗糙型菌落
D.T2噬菌体侵染细菌的实验中保温时间过长或过短均会导致悬浮液放射性升高
B
解析:S型菌和R型菌的结构不同是由于其遗传物质不同。烟草花叶病毒的遗传物质为RNA,用烟草花叶病毒的RNA去感染烟草,烟草会出现感染病毒的症状。菌体形成菌落才能直接观察到,因此需要在固体培养基上培养后才能直接观察到。用32P标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌实验中,保温时间过短,噬菌体DNA未侵入大肠杆菌,保温时间过长,大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体,均会导致悬浮液中放射性升高;而用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌实验中,保温时间过长或过短均不会影响悬浮液放射性含量。

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