高中生物第三章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质导学案新人教版必修.docx

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高中生物第三章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质导学案新人教版必修

第三章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质

　1.掌握肺炎双球菌体内和体外转化实验的过程和结论。

（重、难点）　2.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。

（重、难点）　3.理解DNA是主要遗传物质的结论。

一、对遗传物质的早期推测（阅读教材P42～P43）

二、肺炎双球菌的转化实验（阅读教材P43～P44）

1.肺炎双球菌的特点

种类

项目　　

S型细菌

R型细菌

菌落

表面光滑

表面粗糙

菌体

毒性

有毒性

无毒性

2.体内转化实验——格里菲思的实验

（1）原理：

S型细菌可使小鼠患败血症死亡。

（2）实验过程及现象

（3）结论：

加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子使R型活细菌转化为S型活细菌。

3.体外转化实验——艾弗里的实验

（1）原理：

只有加入DNA时，R型细菌才能够转化为S型细菌。

（2）过程

（3）结论：

DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

三、噬菌体侵染细菌的实验（阅读教材P44～P45）

1.噬菌体的结构

头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部内含有DNA。

如图：

2.噬菌体的代谢与增殖

（1）代谢：

能寄生在大肠杆菌体内，不能独立地进行新陈代谢。

（2）增殖：

在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身的组成成分。

3.噬菌体侵染细菌的过程

实验过程

被35S标记的噬菌体

被32P标记的噬菌体

第一步

用被标记的噬菌体侵染未标记的细菌

第二步

在搅拌器中搅拌，然后离心

续　表

实验过程

被35S标记的噬菌体

被32P标记的噬菌体

第三步

检测上清液和沉淀物中的放射性物质

实验结果

沉淀物的放射性很低；上清液的放射性很高

上清液的放射性很低；沉淀物的放射性很高

4.实验结果的进一步观察

（1）结果：

细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。

（2）表明：

噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。

5.实验结论：

DNA是遗传物质。

点拨　①上述方法为放射性同位素标记法。

②上清液主要是噬菌体的蛋白质外壳，沉淀物主要是被侵染的细菌。

四、RNA是遗传物质的实验证据（阅读教材P46）

1.烟草花叶病毒的组成：

蛋白质和RNA。

2.侵染过程

蛋白质

结果：

烟草

结果：

烟草

3．结论：

在某些病毒中RNA是遗传物质。

1．连线

2．判断

（1）20世纪30年代，人们认识到DNA的成分后，就确认DNA是遗传物质。

（×）

分析：

20世纪30年代，人们认识到DNA的成分后，由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，所以蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。

（2）格里菲思的实验结果没有具体证明哪一种物质是遗传物质。

（√）

分析：

格里菲思实验只提出“转化因子”，未证明什么是遗传物质。

（3）（2016·西宁市高一期末）艾弗里证明转化因子是DNA而不是蛋白质。

（√）

（4）1952年，赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体，证明T2噬菌体的遗传物质是DNA。

（√）

（5）（2016·河北正定中学高一检测）用含35S的噬菌体侵染细菌，经离心后，可在沉淀物中发现大量的放射性物质。

（×）

分析：

含35S的蛋白质外壳未进入细菌内，所以沉淀物中不会发现大量的放射性物质。

（6）真核生物细胞中的遗传物质都是DNA，原核生物细胞中的遗传物质都是RNA。

（×）

分析：

无论是真核生物还是原核生物，只要具有细胞结构，遗传物质就是DNA。

主题一　肺炎双球菌的转化实验[学生用书P50]

　结合下面两个实验分析转化因子是哪种物质。

　实验1

实验分析：

（1）a组说明R菌株无毒性。

（2）b组说明S菌株有毒性，使小鼠患败血症死亡。

（3）c组说明加热杀死的S菌株不能使小鼠死亡。

（4）d组说明加热杀死的S菌株能使R菌株转化为S菌株。

上述实验说明：

已经被加热杀死的S菌株中，必然含有某种促成这一转化的活性物质，即转化因子。

　实验2

实验分析：

（1）甲、乙、丙三组实验对照说明：

DNA是转化因子，蛋白质等其他物质不是转化因子。

（2）丁组实验的目的是证实DNA的分解产物不是转化因子，从反面证实了DNA是遗传物质。

格里菲思和艾弗里的实验比较

项目

体内转化实验

体外转化实验

实验者

格里菲思

艾弗里及其同事

培养细菌

用小鼠（体内）

用培养基（体外）

实验原则

R型细菌与S型细菌的毒性对照

S型细菌各成分作用的相互对照

实验结果

加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌

S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型细菌

实验结论

S型细菌体内有“转化因子”

DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质

两个实验

的联系

（1）所用材料相同，都是肺炎双球菌：

R型和S型；

（2）体内转化实验是基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA；

（3）两实验都遵循对照原则、单一变量原则

　转化因子的本质

1．艾弗里和同事用R型和S型细菌进行实验，结果如表所示。

从表中可知（　　）

实验组号

接种菌

加入S型细菌物质

培养皿

长菌情况

①

R型

蛋白质

R型

②

R型

荚膜多糖

R型

③

R型

DNA

R型、S型

④

R型

DNA（经DNA酶处理）

R型

A.①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子

B．②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性

C．③和④说明S型细菌的DNA是转化因子

D．①～④说明DNA是主要的遗传物质

肺炎双球菌转化的实质和影响因素

（1）在加热杀死的S型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为DNA也变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。

（2）转化的实质并不是基因发生突变，而是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。

（3）在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌，原因是转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系和菌体的状态等因素影响。

　肺炎双球菌转化实验的深度剖析

2．（2016·石家庄高一检测）肺炎双球菌有许多类型，有荚膜的有毒性，能引起人或动物患肺炎或败血症；无荚膜的无毒性，不能引起人或动物患病。

下图所示为1944年美国学者艾弗里和他的同事所做的细菌转化实验。

请回答：

（1）实验A中，老鼠患败血症死亡。

其他各组实验中老鼠的情况分别为：

B________，C________，D________，E________。

（2）不致病的肺炎双球菌接受了________________，使它的遗传特性发生了改变。

（3）肺炎双球菌的毒性与荚膜有关系，荚膜是一种毒蛋白，这说明蛋白质的合成由________控制。

（4）这个实验说明____________________________。

答案：

（1）能存活　能存活　死亡　能存活

（2）致病肺炎双球菌的DNA

（3）DNA

（4）DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质

遗传物质的特点

①具有稳定性。

②在细胞的生长和繁殖过程中能够精确地复制自己，使得前后代具有一定的连续性。

③能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。

④具有贮存大量的遗传信息的能力。

主题二　噬菌体侵染细菌的实验[学生用书P52]

　噬菌体的繁殖原理

　噬菌体侵染细菌实验分析

（1）实验思路

S是蛋白质特有的元素，P几乎都存在于噬菌体DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接地单独地观察它们各自的作用。

（2）实验方法：

放射性同位素标记法。

（3）实验过程

第一步：

标记细菌

细菌＋含35S的培养基→含35S的细菌

细菌＋含32P的培养基→含32P的细菌

第二步：

标记噬菌体

噬菌体＋含35S的细菌→含35S的噬菌体

噬菌体＋含32P的细菌→含32P的噬菌体

第三步：

噬菌体侵染细菌

含35S的噬菌体＋细菌→上清液放射性很高，沉淀物放射性很低

含32P的噬菌体＋细菌→上清液放射性很低，沉淀物放射性很高

实验分析：

35S标记的噬菌体外壳并未进入大肠杆菌内部，而32P标记的噬菌体DNA进入了大肠杆菌内部。

实验结论：

DNA是真正的遗传物质。

（1）噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌体内，那噬菌体进行繁殖的原料怎么获得？

提示：

细菌体内噬菌体DNA的复制和蛋白质合成所需的原料、酶、能量和场所等均由细菌提供，但代谢活动由噬菌体DNA控制。

（2）噬菌体侵染细菌的实验中，沉淀物中含有的物质主要是什么？

提示：

被侵染的大肠杆菌。

肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体

侵染细菌实验的比较

这两个实验都是证明DNA是生物的遗传物质的直接实验证据，两者在实验设计、实验结论等方面既有共性也有细微的差别。

（1）实验设计思路比较

实验类型

肺炎双球菌体外

转化实验

噬菌体侵染

细菌实验

思路相同

设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的遗传功能

处理方式

区别

直接分离：

分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养

同位素标记法：

分别标记DNA和蛋白质的特殊元素（32P和35S）

（2）两个实验遵循相同的实验设计原则：

一一对照原则

①肺炎双球菌体外转化实验中的相互对照

②噬菌体侵染细菌实验中的相互对照

（3）实验结论（或目的）比较

①肺炎双球菌体外转化实验的结论：

证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

②噬菌体侵染细菌实验的结论：

证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。

　噬菌体侵染细菌的过程

1．（2016·江苏淮安检测）下面是噬菌体侵染细菌实验的部分步骤示意图，对此实验的有关叙述正确的是（　　）

A．本实验所使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的

B．本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA

C．实验中采用搅拌和离心等手段是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性

D．在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA不是蛋白质

同位素标记法在噬菌体侵染细菌的实验中的应用分析

（1）用哪种标记元素。

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）注意标记对象是噬菌体还是细菌，标记对象不同对应结果不同，具体见表：

DNA

蛋白质

DNA和蛋白质

噬菌体

32P

35S

14C、3H、18O、15N

细菌

31P

32S

12C、2H、16O、14N

子代噬

菌体

32P（少数）、

31P（全部）

32S

C、H、O、N的两

种同位素都有

　实验误差分析

2．以下是赫尔希和蔡斯实验的过程和结果，关于此实验的分析和结论不正确的是（　　）

A．上清液的主要成分是细菌的培养基和噬菌体蛋白质外壳，沉淀物的主要成分是细菌菌体

B．此实验表明DNA是遗传物质

C．①实验说明噬菌体的标记部分进入了细菌

D．②实验说明噬菌体的标记部分进入了细菌

上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析

（1）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：

①保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；

②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性含量升高。

（2）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：

由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。

主题三　RNA也是遗传物质[学生用书P53]

结合下面实验过程，探究RNA病毒的遗传物质。

结论：

遗传物质是RNA而不是蛋白质。

1．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

多数病毒

少数病毒

核酸种类

DNA和RNA

DNA

RNA

遗传物质

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

结论

DNA是主要的遗传物质

2.对DNA是主要的遗传物质的理解

就整个生物界而言，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。

就某种生物而言，其遗传物质是DNA或RNA。

1．（2016·台州高一检测）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，由此可以判断（　　）

A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA

B.TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中

C.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程

D.RNA是TMV的主要遗传物质

2.（2016·青岛高一检测）下列关于遗传物质的说法，错误的是（　　）

①真核生物的遗传物质是DNA

②原核生物的遗传物质是RNA

③细胞核的遗传物质是DNA

④细胞质的遗传物质是RNA

⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA

A.①②③　　　　　　　　B.②③④

C.②④⑤D.③④⑤

（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）一种生物只能有一种遗传物质，在同一种生物体内，不存在“主要遗传物质”和“次要遗传物质”之分。

核心知识小结

[要点回眸]

[规范答题]

1.S型肺炎双球菌有荚膜，有毒；R型肺炎双球菌无荚膜，无毒。

2.在肺炎双球菌转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型活细菌转化为S型细菌，即转化因子是DNA。

3.T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S存在于蛋白质中，P几乎全部存在于DNA中。

4.肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。

5.烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

6.由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此说DNA是主要的遗传物质。

[随堂检测][学生用书P54]

1.肺炎双球菌的转化实验中，发生转化的细菌和含转化因子的细菌分别是（　　）

A.R型细菌和S型细菌

B.R型细菌和R型细菌

C.S型细菌和S型细菌

D.S型细菌和R型细菌

解析：

选A。

肺炎双球菌转化实验证明灭活的S型细菌体内有某种转化因子存在，它能使活的R型细菌转化为S型细菌。

2.（2016·甘肃兰州一中期中）噬藻体是一种感染蓝藻的病毒（主要由DNA和蛋白质组成），用32P标记的噬藻体感染蓝藻细胞，培养一段时间，再经搅拌、离心后进行放射性检测。