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第1节　DNA是主要的遗传物质
高中生物学 必修2 遗传与进化 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
学习目标
1．【生命观念】：通过分析肺炎链球菌转化实验与噬菌体侵染细菌实验，理解DNA是绝大多数生物的遗传物质，认同遗传物质在生物遗传与变异中的核心地位。
2．【科学思维】：从实验现象出发，运用对照、归纳等方法，确切的论证“DNA是主要的遗传物质”这一科学结论。
3．【科学探究】：体会放射性同位素标记技术与酶解分离技术在单独控制变量中的作用，理解自变量控制中的“加法原理”与“减法原理”。
4．【社会责任】：认同科学知识在不断拓展与修正中前进，感悟科学家严谨求实的探索精神，增强运用科学知识服务社会的责任感。
情境导入
冬春季节，呼吸道传染病常有发生，其中不少由一类只含有蛋白质和RNA的病毒引起。科学家早在19世纪就曾困惑：决定生物遗传性状的，究竟是蛋白质还是核酸？在对遗传物质的探索中，人们先认为蛋白质是遗传物质，后又证实DNA是遗传物质，最终认识到绝大多数生物的遗传物质是DNA、少数病毒的遗传物质是RNA，从而得出“DNA是主要的遗传物质”的结论。
1．早期科学家为什么倾向于认为蛋白质是遗传物质？
2．从格里菲思、艾弗里到赫尔希和蔡斯，人类对遗传物质的认识经历了怎样的深化过程？
自主预学
任务一　对遗传物质的早期推测
1．20世纪早期，多数生物学家认为，________是生物体的遗传物质。
2．作出上述推测的理由：组成蛋白质的氨基酸________的排列顺序中可能蕴含着多种________。
3．对DNA的早期认识：(1)DNA是由许多________聚合而成的生物大分子；(2)组成DNA的脱氧核苷酸有________种。
任务二　肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌的类型：填写下表。
类型 S型细菌 R型细菌
菌落 表面________ 表面________
荚膜 ________ ________
有无致病性 ________ ________
2．格里菲思体内转化实验：按实验处理填写结果与结论。
实验处理 结果分析 结论
R型活菌注入小鼠 小鼠________ 加热致死的S型菌含有促使R型菌转化为S型菌的活性物质——________
S型活菌注入小鼠 小鼠________
加热致死的S型菌注入小鼠 小鼠________
R型活菌与加热致死的S型菌混合注入小鼠 小鼠________，且分离出的S型菌可遗传
3．艾弗里体外转化实验的结论：________才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
任务三　噬菌体侵染细菌的实验
1．实验者：________；实验方法：________技术。
图1　T2噬菌体结构及化学组成示意图
2．T2噬菌体由________和________组成，专门寄生在________体内。
3．增殖特点：在自身遗传物质的作用下，利用________体内的物质合成自身成分，进行大量增殖。
图2　T2噬菌体侵染大肠杆菌实验流程示意图
4．实验结论：________是噬菌体的遗传物质。
任务四　烟草花叶病毒感染烟草的实验与“DNA是主要的遗传物质”
1．烟草花叶病毒只含有________和________。
图3　烟草花叶病毒感染烟草的实验流程示意图
2．烟草花叶病毒的________控制病毒的正常增殖，________是它的遗传物质。
3．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________，因此说DNA是主要的遗传物质。
课堂探究
探究一　格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
图4　格里菲思体内转化实验流程示意图
1．S型细菌与R型细菌致病性差异与哪一种结构有关？该结构为什么能使细菌具致病性？
2．对照分析四组实验：第一组与第二组对照、第二组与第四组对照，分别能说明什么？
3．格里菲思的实验能直接证明DNA是遗传物质吗？为什么？
4．结合材料推测转化因子的物质种类，并说明理由。
[情境材料]蛋白质与核酸对高温的耐受力不同：在80~100 ℃时蛋白质失活、DNA双链解开，温度降至55 ℃以下时DNA双链可重新恢复，但蛋白质活性不能恢复。
典例精析1
在格里菲思实验中进行了如下四组处理：①将无毒的R型活菌注入小鼠，小鼠存活；②将有毒的S型活菌注入小鼠，小鼠死亡；③将加热致死的S型菌注入小鼠，小鼠存活；④将R型活菌与加热致死的S型菌混合注入小鼠，小鼠死亡，并从其分离出的S型活菌的后代仍具致病性。据实验判断下列叙述正确的是( )。
A．整个实验证明了DNA是转化因子
B．实验①③均可作为实验④的对照
C．实验④中死亡小鼠体内S型活菌的毒性不能稳定遗传
D．实验④中R型活菌全部突变形成S型活菌
探究二　艾弗里曼肺炎链球菌体外转化实验
图5　艾弗里体外转化实验基础组示意图
图6　艾弗里肺炎链球菌体外转化实验流程示意图
1．向细胞提取物中加入蛋白酶的作用是什么？设置该组的目的是什么？它属于对照组还是实验组？
2．艾弗里体外转化实验中最关键的实验设计思路是什么？其遵循了自变量控制中的哪一原理？
3．格里菲思体内转化实验与艾弗里体外转化实验在实验材料与观察指标上各有什么特点？
典例精析2
图7　艾弗里体外转化实验五组处理示意图
将加热致死的S型菌破碎后去除大部分糖类、蛋白质、脂质，得细胞提取物，分五组：①不做处理，②加蛋白酶，③加RNA酶，④加酯酶，⑤加酶A，分别与R型菌混合培养观察菌落类型。下列叙述错误的是( )。
A．第①组为对照组，第②~⑤组为实验组
B．实验思路是去除某物质后观察提取物是否仍具转化效应
C．第②~④组的菌落类型中有光滑的S型细菌
D．第⑤组的酶A为DNA酶，可证明DNA是主要的遗传物质
探究三　加法原理与减法原理
在对照实验中，控制自变量可采用“加法原理”（人为增加某种影响因素）或“减法原理”（人为去除某种影响因素），有的实验设计两者兼用。
1．艾弗里转化实验中，向提取物分别加入蛋白酶、酯酶等，体现了“加法原理”还是“减法原理”？
2．格里菲思实验中将R型活菌与加热致死的S型菌混合后注射小鼠，体现了哪一原理？
典例精析3
在对照实验中，控制自变量可采用“加法原理”或“减法原理”。下列实验设计中只采用了“加法原理”的是( )。
A．验证Mg是植物必需元素时，缺Mg培养液作实验组
B．验证光是光合作用条件时，实验组做遮光处理
C．格里菲思将R型活菌与加热致死的S型菌混合后注射小鼠
D．艾弗里实验中各实验组分别添加蛋白酶、酯酶或DNA酶
探究四　噬菌体侵染细菌的实验分析
图8　T2噬菌体侵染大肠杆菌实验流程图
1．选用T2噬菌体作实验材料具有哪些优点？
2．为何不能直接用含35S和32P的培养基培养T2噬菌体？
图9　32P标记组上清液与沉淀物放射性分析示意图
3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中出现少量放射性的原因是什么？
图10　35S标记组上清液与沉淀物放射性分析示意图
4．用35S标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中出现少量放射性的原因是什么？
典例精析4
用放射性同位素标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，搅拌后离心，检测上清液与沉淀物放射性。下列叙述错误的是( )。
A．离心前需搅拌，目的是使大肠杆菌外的T2噬菌体外壳与大肠杆菌分离
B．用35S标记的噬菌体侵染，若培养时间过长，将导致上清液放射性增加
C．用32P标记的噬菌体侵染，新形成的子代噬菌体部分含放射性
D．用32P标记的噬菌体侵染，若沉淀物放射性偏弱，可能是少量噬菌体未侵染大肠杆菌
方法点拨　“二看法”判断子代噬菌体的标记情况
图11　“二看法”判断子代噬菌体标记情况的流程图
一看标记生物：被标记的是细菌，则子代噬菌体全部被标记；被标记的是噬菌体，则转入二看。二看标记元素：P标记则子代部分含放射性；S标记则子代无放射性；C、H等共有元素则子代含放射性。
探究五　RNA病毒的遗传物质
图12　烟草花叶病毒与车前草病毒重组实验示意图
1．某一种只含RNA和蛋白质的病毒，其含有几种核酸、核苷酸、五碳糖和碱基？
2．若要证明某RNA病毒的遗传物质是RNA，基本实验思路是什么？
典例精析5
烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能侵染烟草叶片，且都由蛋白质和RNA组成。用TMV的蛋白质外壳与HRV的RNA重组后侵染烟草叶片。下列关于该实验的叙述错误的是( )。
A．本实验运用了对照原则
B．重组病毒的后代是HRV
C．该实验说明HRV的遗传物质主要是RNA
D．c、d组实验中自变量的处理方法为“减法原理”
分层训练
A组　基础巩固
1．判断正误。
(1)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。　　( )
(2)分别用含35S和32P的培养基培养T2噬菌体，可获得标记的噬菌体。　　( )
(3)细胞生物遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。　　( )
(4)T2噬菌体侵染实验中，32P标记组为实验组，35S标记组为对照组。　　( )
(5)生物细胞核内的遗传物质为DNA，细胞质内的遗传物质为RNA。　　( )
2．在格里菲思实验中，将无毒的R型活菌与加热致死的S型菌混合后注射小鼠，小鼠死亡并从其体内分离出有毒性的S型活菌。结合所学知识，下列推测不合理的是( )
A．S型菌的毒性可能与多糖荚膜有关
B．S型菌的DNA能进入R型菌指导荚膜的合成
C．加热致死的S型菌蛋白质失活，但DNA功能可能不受影响
D．将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可得到S型菌
3．下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述，正确的是( )
A．格里菲思实验中，S型菌的荚膜使R型菌转化为有荚膜的S型菌
B．格里菲思体内转化实验对遗传物质是蛋白质的观点提出了质疑
C．艾弗里实验中，蛋白质也能使部分R型菌转化为S型菌并可稳定遗传
D．艾弗里实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化为S型菌
B组　素养提升
4．某团队对S型菌的细胞提取物进行分组处理（对照组①、酶处理组②~⑤），分别与R型菌混合培养（如图13~15）。回答下列问题。
图13　艾弗里体外转化实验第①组示意图
图14　艾弗里体外转化实验酶处理组示意图
图15　艾弗里体外转化实验DNA酶处理组示意图
(1)该实验的自变量如何控制？第①组与第②~⑤组在实验中分别起什么作用？
(2)第②~④组培养基上的菌落类型有哪些？这说明了什么？
(3)第⑤组用DNA酶处理，实验结果如何？该结果能说明什么？
5．某团队从下表①~④组中选择两组模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验。结果显示第一组放射性主要分布在沉淀物，第二组主要分布在上清液。该团队选择的两组是( )
实验组 T2噬菌体 大肠杆菌
① 未标记 15N标记
② 32P标记 35S标记
③ 3H标记 未标记
④ 35S标记 未标记
A．①和④　　B．②和③　　C．②和④　　D．④和③
参考答案
情境导入
1．因为蛋白质的结构具有多样性，不同生物体的蛋白质差异很大，氨基酸的排列顺序蕴含多种遗传信息，故认为蛋白质是遗传物质。
2．从“蛋白质是遗传物质”的推测，到格里菲思发现“转化因子”，再到艾弗里证实“DNA是遗传物质”、赫尔希和蔡斯证实“DNA是噬菌体的遗传物质”，认识不断深化。
自主预学
任务一：1．蛋白质；2．多种多样、遗传信息；3．(1)脱氧核苷酸；(2)4。
任务二：1．光滑、粗糙；有、无；有、无。
任务二：2．不死亡、转化因子；死亡；不死亡；死亡。
任务二：3．DNA。
任务三：1．赫尔希和蔡斯、放射性同位素标记；2．DNA、蛋白质、大肠杆菌；3．大肠杆菌；4．DNA。
任务四：1．蛋白质、RNA；2．RNA、RNA；3．DNA、RNA。
探究一
1．荚膜（多糖荚膜）的差异。S型菌有荚膜，能抵抗吞噬细胞的吞噬，利于在宿主体内生存繁殖；R型菌无荚膜，易被吞噬消灭。
2．第一组与第二组对照说明R型菌无致病性、S型菌有致病性；第二组与第四组对照说明加热致死的S型菌可使R型菌转化为有致病性的S型菌。
3．不能。格里菲思实验未单独分离观察DNA的作用，只能说明加热致死的S型菌中有转化因子能使R型菌转化为S型菌。
4．转化因子可能是DNA。因加热致死的S型菌中蛋白质已失去活性，而DNA降温后仍能恢复活性。
典例精析1
B。
【解析】整个实验证明了加热致死的S型细菌中存在某种转化因子能促使R型活菌转化为S型活菌，不能证明DNA是遗传物质，A错误；实验①和实验④的自变量为是否注入加热致死的S型细菌，实验③和实验④的自变量为是否加入R型活菌，在实验①③作为对照的前提下，实验④的结果能说明S型菌中有转化因子，B正确；④中分离出的S型活菌的后代仍具致病性，说明其毒性可稳定遗传，C错误；④中只有部分R型菌转化为S型菌，D错误。
探究二
1．蛋白酶可水解细胞提取物中的蛋白质；目的是观察蛋白质是否参与转化；该组属于实验组。
2．关键思路是利用减法原理，除去提取物中的蛋白质、RNA、脂质等成分后，再单独观察细胞提取物的转化作用。
3．两者所用材料相同，体内转化实验是基础，体外转化实验是其延伸；均遵循对照原则和单一变量原则。
典例精析2
D。
【解析】第①组为对照组，第②~⑤组为实验组，A正确；实验思路是去除某物质后观察转化效应，B正确；第②~④组含S型菌DNA，可使部分R型菌转化为S型菌，菌落光滑，C正确；第⑤组酶A为DNA酶，只能证明DNA是遗传物质，不能证明DNA是主要的遗传物质，D错误。
探究三
1．体现了减法原理，即人为去除相应成分后再观察转化结果。
2．将R型菌与加热致死的S型菌混合，人为增加了一影响因素，体现了加法原理。
典例精析3
C。
【解析】验证Mg是植物必需元素，缺Mg培养液作实验组属于减法原理，A不符合；遮光处理是减法原理，B不符合；格里菲思将R型菌与加热致死的S型菌混合后注射，属于加法原理，C符合；艾弗里实验中添加蛋白酶、酯酶或DNA酶，均为去除相应成分，属减法原理，D不符合。
探究四
1．T2噬菌体仅含DNA和蛋白质，其DNA和蛋白质能自然完全分离，便于分别观察。
2．T2噬菌体是专性寄生于细菌的病毒，只能在细菌体内繁殖，不能直接用培养基培养。
3．保温时间过短，部分噬菌体未侵染细菌而留在上清液；或保温时间过长，细菌裂解后释放的子代噬菌体进入上清液。
4．搅拌不充分，含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附于大肠杆菌表面，随大肠杆菌离心至沉淀物。
典例精析4
B。
【解析】搅拌目的使大肠杆菌外蛋白质外壳与大肠杆菌分离，A正确；35S标记蛋白质外壳，外壳未进入细菌，故培养时间长短对结果无影响，B错误；32P标记DNA，DNA进入细菌并参与子代噬菌体合成，故子代部分含放射性，C正确；若沉淀物放射性偏弱，可能因少量噬菌体未侵染而滞留上清液，D正确。
探究五
1．该病毒只有一种核酸（RNA），四种核苷酸，一种五碳糖（核糖），四种碱基。
2．设法将该病毒的RNA与蛋白质分离，单独、直接地观察它们各自对子代是否有遗传效应。
典例精析5
C。
【解析】a、b组分别用TMV和HRV侵染烟草叶片，运用对照原则，A正确；用TMV蛋白质外壳与HRV的RNA重组得重组病毒，其后代为HRV，B正确；该实验只能证明HRV的遗传物质是RNA，不能说明其“主要是RNA”，C错误；c、d组为减法原理处理，D正确。
分层训练
1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
2．D。
【解析】S型菌的毒性可能与多糖荚膜有关，A合理；S型菌的DNA可能进入R型菌指导荚膜合成，B合理；S型菌加热致死后蛋白质失活，但DNA功能可能不受影响，C合理；DNA经DNA酶处理后水解，与R型菌混合不能得到S型菌，D不合理。
3．D。
【解析】使R型菌转化为S型菌的转化因子是DNA而非荚膜，A错误；格里菲思实验证明S型菌中存在转化因子，未对“蛋白质是遗传物质”提出质疑，B错误；转化因子是DNA而非蛋白质，C错误；DNA酶水解DNA后提取物失去转化能力，D正确。
4．(1)①为对照组，其余为实验组；(2)同时含R型、S型菌落，说明DNA使R型菌转化为S型菌；(3)仅长出R型菌落，说明DNA被DNA酶水解后失去转化能力。
5．C。
【解析】①组中15N为稳定同位素，检测不到放射性；②组32P标记噬菌体DNA、35S标记大肠杆菌，DNA进入细菌，放射性主要分布在沉淀物；③组3H标记噬菌体DNA和蛋白质外壳，上清液与沉淀物均有放射性；④组35S标记噬菌体蛋白质外壳，放射性主要分布在上清液。故第一、二组应为②和④，C符合题意。

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