31DNA是主要的遗传物质.docx
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31DNA是主要的遗传物质
DNA是主要的遗传物质
了解
1.对遗传物质的早期推测
2.实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的作用
理解
1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程[来源:
Z§xx§k.Com][来源:
学科网][来源:
Zxxk.Com][来源:
学,科,网]
2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程
应用
1.总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程
2.设计实验证明RNA也是遗传物质
1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程
2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。
20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
。
二、肺炎双球菌的转化实验
1．肺炎双球菌
种类
项目
S型细菌
R型细菌
菌落特点
表面光滑
表面粗糙
菌体特征
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
毒性有无
有
无
2．体内转化实验——格里菲思的实验
（1）实验过程及现象：
（2）结论：
加热杀死的S型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）设计思路：
将提纯的S型细菌的DNA、蛋白质和荚膜多糖等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，单独研究它们各自的功能。
（2）实验过程及结果：
（3）结论：
使R型细菌产生稳定遗传变化的物质是DNA，而不是蛋白质、多糖及DNA的水解产物。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1．T2噬菌体
（1）结构：
（2）生活方式：
寄生。
（3）增殖特点：
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。
2．实验方法
放射性同位素标记法。
3．过程及现象：
（1）标记噬菌体：
第1步
标记大肠杆菌
①大肠杆菌＋含35S的培养基→含3
5S的大肠杆菌；
②大肠杆菌＋含32P的培养基→含32P的大肠杆菌
第2步
标记T2噬菌体
①T2噬菌体＋含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体；
②T2噬菌体＋含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
（2）噬菌体侵染大肠杆菌：
①含35S的噬菌体＋细菌
搅拌、离心
②含32P的噬菌体＋细菌
搅拌、离心
4．实验分析
（1）T2噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
（2）子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA来遗传的。
5．结论
DNA是T2噬菌体的遗传物质。
四、RNA是遗传物质的实验证据
（1）烟草花叶病毒的组成：
蛋白质和RNA。
（2）侵染过程：
烟草
花叶
（3）结论：
烟草花叶病毒的RNA控制其性状，即RNA是遗传物质。
五、生物的遗传物质
遗传物质
生物种类
结果
结论
DNA
所有细胞生物及部分病毒
绝大多数生物的遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
RNA
部分病毒
一、肺炎双球菌转化实验
1．仔细观察并分析教材P43图3－2、P44图3－3肺炎双球菌的转化实验，讨论交流下列问题：
（1）格里菲思的转化实验中有无设计对照实验？
若有，则对照组和实验组分别是第几组？
怎样
设计的？
提示：
有对照设计。
对照组是第一至三组，分别向健康小鼠体内注射R型活细菌、S型活细菌，加热杀死的S型细菌。
实验组是第四组，向健康小鼠体内注射R型活细菌和加热杀死的S型细菌混合液。
（2）在艾弗里第一组（S型细菌DNA和R型活细菌混合培养）实验中，所有R型细菌全部都转化为S型细菌吗？
提示：
没有。
大多后代是R型细菌，因转化效率很低，只有少数R型细菌转化为S型细菌。
（3）艾弗里实验第三组，设计了R型细菌与S型细菌DNA加D
NA酶混合培养，分析设计该组实验的目的是什么？
提示：
DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸，分解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，说明DNA必须保持完整性，才能完成其功能。
同时证明了DNA是遗传物质。
（4）从对照实验设计角度分析：
①艾弗里实验的单一变量是什么？
提示：
向R型细菌培养基中加入从S型细菌提取的不同物质。
②将可能作为“转化因子”的各种物质，分别进行实验的设计意图是什么？
提示：
进行相互对照，可对实验结果进行对比分析，得出结论，同时可避免其他物质的干扰。
（5）在肺炎双球菌转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？
提示：
将DNA与蛋白质、多糖等其他物质分开，单独地、直接地观察每种物质的作用。
2．判断正误：
（1）格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。
（×）
（2）艾弗里实验中DNA＋R型活菌培养基上生存的细菌都是S型菌。
（×）
（3）肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
（×）
二、T2噬菌体侵染细菌的实验
1．仔细观察教材P45图3－6，探讨下列有关问题：
（1）实验中为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记？
能利用14C和15N同位素进行标记吗？
试说明理由。
提示：
①因为S仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，而P主要存在于DNA中，故用35S和32P分别标记蛋白质和DNA。
②不能。
因为T2噬菌体的蛋白质和DNA中均含有这两种元素，无法将DNA和蛋白质区分开。
（2）请根据噬菌体的代谢特点，分析能否直接利用分别含放射性同位素35S和32P的培养基培养噬菌体？
说明原因。
提示：
不能。
因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的
独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活，病毒在普通培养基上无法生存。
（3）在T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再搅拌、离心、检测放射性。
分析控制短时间的原因是什么？
提示：
短时间，防止已被T2噬菌体侵染的大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体、干扰实验结果。
（4）噬菌体侵染大肠杆菌实验，除证明DNA是遗传物质外，还能得出哪些结论？
提示：
本实验还能间接证明DNA是遗传物质的两个特点：
①DNA使前后代保持一定的连续性（即DNA复制）。
②DNA能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈代谢过程和性状。
2．判断正误：
（1）用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，若实验中搅拌不充分，会造成上清液中有很高的放射性。
（×）
（2）噬菌体侵入大肠杆菌后，进行DNA复制和蛋白质合成的原料来自自身携带的物质。
（×）
（3）用含32P的普通培养基培养T2噬菌体，可标记噬菌体的DNA。
（×）
三、生物的遗传物质（连线）
1．肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
（1）实验思路：
实验名称
艾弗里实验
噬菌体侵染细菌实验
思路
设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究各自的作用
处理方式
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：
分别用35S和32P标记噬菌体的蛋白质和DNA
（2）实验结论：
都证明DNA是遗传物质。
（3）两个实验体现出DNA作为遗传物质的特点：
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。
[特别提醒]
（1）这两个实验都不能说明DNA是主要的遗传物质。
（2）这两个实验的关键之处都是设法将各成分分开，单独观察各自的作用。
（3）在艾弗里的实验中，导致小鼠死亡的真正原因是S型活细菌，而不是其DNA。
2．不同生物的核酸种类及其遗传物质
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和RNA
DNA
RNA
存在场所
细胞核、线粒体、叶绿体
质粒、拟核区
蛋白质的外壳内
蛋白质的外壳内
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
结论
DNA是主要的遗传物质
[特别提醒]
（1）细胞内既有DNA，又有RNA，但只有DNA是遗传物质。
（2）染色体不是遗传物质，但却是遗传物质的主要载体。
[例1] （2011·广东高考）艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表．从表可知（ ）
实验组号
接种菌型
加入S型菌物质
培养皿长菌情况
①
R
蛋白质
R型
②
R
荚膜多糖
R型
③
R
DNA
R型、S型
④
R
DNA（经DNA酶处理）
R型
A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
[解析] 本题考查肺炎双球菌转化实验，意在考查分析问题的能力、获取信息的能力和实验探究能力。
由①、②、③组相比较可知DNA是S型细菌的转化因子，再通过④组可进一步证明DNA是S型细菌的转化因子，蛋白质、多糖以及DNA水解产物都不是S型细菌的转化因子，A错误、C正确；从表中不能得出B项的结论；表中信息不能说明DNA是S型细菌的主要遗传物质，D错误。
[答案] C
[例2] （2013·新课标卷Ⅱ改编）在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是（ ）
①孟德尔的豌豆杂交实验 ②摩尔根的果蝇杂交实验 ③肺炎双球菌转化实验 ④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
A．①② B．②③
C．③④D．①④
[解析] 本题考查了教材中的基本实验，意在考查考生对教材实验的识记能力和理解能力。
孟德尔通过豌豆杂交实验发现了基因的分离定律和自由组合定律。
摩尔根通过果蝇杂交实验说明了基因位于染色体上。
肺炎双球菌转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌实验均证明了DNA是遗传物质，C项正确。
[答案] C
同位素标记法在噬菌体侵染实验中的应用分析
（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，具体见下表：
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
1．一百多年前，人们就开始了对遗传物质的探索历程。
对此有关叙述错误的是（ ）
A．最初认为遗传物质是蛋白质，是因为推测氨基酸的多种排列顺序可能蕴含遗传信息
B．格里菲思通过肺炎双球菌的转化实验得出DNA是遗传物质的结论
C．噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力，是因为其蛋白质与DNA能分开研究
D．艾弗里提出了DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
解析：
格里菲思肺炎双球菌的转化实验证明S型细菌中存在一种“转化因子”，证明该“转化因子”是DNA的科学家是艾弗里，他提取S型细菌的蛋白质、多糖、DNA等与R型细菌混合，证明了只有加入DNA时，才可以实现R型细菌的转化。
答案：
B
2．艾弗里细菌转化实验中，为了弄明白什么是遗传物质，他设计了有关实验，下列选项所列的实验过程中，培养基中有光滑菌落产生的是（ ）
A．S型菌的蛋白质＋R型菌
B．S型菌的多糖＋R型菌
C．S型菌的DNA＋R型菌
D．S型菌的多糖＋S型菌的蛋白质＋R型菌
解析：
表面光滑的是S型菌落，表面粗糙的是R型菌落。
在A、B、D中所利用的蛋白质和多糖不是遗传物质，菌落中只有R型菌落，C项中加入了S型菌的DNA，所以可以使R型菌进行转化，出现S型菌落。
答案：
C
3．赫尔希通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括以下5个步骤，其先后顺序为（ ）
①标记大肠杆菌 ②分别标记噬菌体 ③放射性检测 ④离心分离 ⑤侵染未标记的大肠杆菌
A．①②⑤④③ B．④⑤②①③
C．⑤②①④③D．⑤②①③④
解析：
在T2噬菌体侵染细菌的实验中，由于噬菌体专营活细胞寄生生活，所以只能先利用放射性同位素先标记大肠杆菌，再利用已标记的大肠杆菌培养噬菌体，标记噬菌体，然后再利用标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌经短时间培养、搅拌、离心后再检测放射性。
答案：
A
4．（2012·重庆高考）针对耐药菌日益增多的情况，利用噬菌体作为一种新的抗菌治疗手段的研究备受关注。
下列有关噬菌体的叙述，正确的是（ ）
A．利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质
B．以宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸
C．外壳抑制了宿主菌的蛋白质合成，使该细菌死亡
D．能在宿主菌内以二分裂方式增殖，使该细菌裂解
解析：
噬菌体是一种专门寄生在细菌细胞内的病毒，在噬菌体侵染细菌的过程中，是以细菌氨基酸为原料合成子代噬菌体的蛋白质；合成子代噬菌体的核酸是以噬菌体DNA为模板而不是以细菌DNA为模板；当噬菌体在宿主菌内增殖到一定程度后，会使宿主菌裂解死亡，而不是噬菌体外壳蛋白抑制了宿主菌的蛋白质的合成而使其死亡；噬菌体是病毒，不以二分裂方式增殖。
答案：
A
5．若一个35S标记的大肠杆菌被一个32P标记的噬菌体
侵染，裂解后释放的噬菌体（ ）
A．一定有35SB．只有35S
C．可能有35SD．只有32P
解析：
32P标记的是噬菌体的DNA,35S标记的是大肠杆菌的蛋白质，噬菌体侵染细菌后以细菌的氨基酸和核苷酸为原料合成自身的蛋白质和DNA，所以新合成的噬菌体一定有35S。
答案：
A
6．下列关于DNA是遗传物质的相关实验，请据图回答问题：
（1）过程①和②表明，将S型细菌的________和________与R型活细菌混合培养，其后代为________型细菌。
（2）过程③表明，将S型细菌的________与R型活细菌混合培养，________型细菌转化成________型细菌。
（3）过程④表明，转化成的________型细菌的后代也是有________性的________型细菌。
（4）实验最关键的设计思路是______________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）通过上述实验能证明DNA是主要的遗传物质而蛋白质等不是遗传物质吗？
_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
①②③分别表示用多糖、蛋白质、DNA与R型细菌混合培养，从图解中可以发现只有用S型细菌的DNA与R型细菌混合培养才会出现S型细菌，同时把转化成的S型细菌单独培养时，其后代都是S型细菌。
本实验最关键的设计思路是把具有荚膜的S型细菌的DNA和蛋白质等成分分开，单独地去观察它们在细菌转化过程中的作用。
通过上述实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
但不能证明DNA是主要的遗传物质。
答案：
（1）多糖 蛋白质 R
（2）DNA 部分R S （3）S 毒 S
（4）把具有荚膜的S型细菌的DNA和蛋白质等成分分开，单独地去观察它们在细菌转化过程中的作用
（5）不能。
上述实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质，但不能得出DNA是主要遗传物质的结论
一、选择题（每小题4分，共32分）
1．（2010·江苏高考）探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。
当时人们作出判断的理由不包括（ ）
A．不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B．蛋白质与生物的性状密切相关
C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D．蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息
解析：
不同的生物遗传物质不同，而不同生物体内的蛋白质结构也不同，蛋白质是生物性状的直接体现者，故推测遗传物质可能是蛋白质；与蛋白质相比DNA更耐高温，故DNA的热稳定性大于蛋白质，另外蛋白质也不能自我复制；由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故推测不同的氨基酸排列顺序可能贮存大量的遗传信息。
答案：
C
2．噬菌体外壳的合成场所是（ ）
A．细菌的核糖体B．噬菌体的核糖体
C．噬菌体基质D．细菌的拟核
解析：
噬菌体侵入细菌只注入自身的DNA，其后的增殖是利用细菌的原料和场所合成自身的DNA和蛋白质，所以其外壳是利用细菌的氨基酸，以细菌的tRNA为运载工具，在细菌的核糖体上合成
的。
答案：
A
3．（2011·江苏高考）关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（ ）
A．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体
B．分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养
C．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
解析：
噬菌体营寄生生活，不能用培养基直接培养；保温时间不能过长，若保温时间太长则可能有含32P子代的噬菌体释放出来，离心后存在于上清液中，导致上清液中也能检测到放射性。
用35S标记的是噬菌体的蛋白质，理论上应存在于上清液中，但可能因搅拌不充分而使部分噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，离心后存在于沉
淀物中；本实验可说明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质。
答案：
C
4．肺炎双球菌分为具有荚膜的S型菌株和不具有荚膜的R型菌株。
艾弗里分别提取了S型菌株的蛋白质、DNA和荚膜多糖等成分，再分别与活R型菌株混合后倒平板。
实验中最可能出现下列哪种现象，使艾弗里发现DNA是遗传物质（ ）
A．与DNA混合后所倒的平板出现的菌落全部是具有荚膜的
B．与蛋白质混合后所倒的平板出现的菌落全部都不具有荚膜
C．比较各种混合后所倒的平板，与DNA混合的那一组既有具有荚膜的菌落，又有不具有荚膜的菌落，其他组均为不具有荚膜的菌落
D．与多糖混合后所倒的平板没有出现具有荚膜的菌落
解析：
艾弗里实验成功的关键是进行了物质的提取分离，然后分别对每种物质进行研究。
在实验中，只有将提取的DNA与R型菌株混合后倒的平板出现了具有荚膜的菌落，说明DNA是遗传物质。
答案：
C
5．格里菲思用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，关于实验的结论不正确的是（ ）
A．说明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA
B．说明了R型活菌在一定条件下能够转化为S型菌
C．说明了R型活菌是无毒性的
D．说明了加热杀死的S型细菌是无毒性的
解析：
格里菲思的实验属于体内转化实验，不能证明遗传物质是什么，只能证明S型细菌含有能让R型细菌转化的转化因子。
答案：
A
6．肺炎双球菌转化实验中，在培养有R型细菌的A、B、C、D四个试管中，依次分别加入从S型活细菌中提取的如图所示的物质，经过培养，检查结果发现有R型细菌转化为S型细菌的是（ ）
解析：
A中S型细菌DNA被DNA酶水解，不能使R型细菌转化为S型细菌；S型细菌的蛋白质、多糖都不能使R型细菌发生转化；只有S型的菌的DNA使R型细菌转化为S型细菌。
答案：
B
7．下列是生物学发展史上的几个重要实验，其中没有应用放射性同位素示踪技术的是
（ ）
A．验证光合作用释放的氧全部来自水
B．噬菌体侵染细菌的实验
C．肺炎双球菌的转化实验
D．研究分泌蛋白的合成分泌途径
解析：
肺炎双球菌的转化实验是将构成细菌的各种成分分离后，单独研究各自的作用，并没有应用到同位素示踪技术。
答案：
C
8．将TMV型病毒的蛋白质与HRV型病毒的RNA结合在一起，组成一个组合型病毒，用这个病毒去感染烟草，则在烟草体内分离出来的子代病毒为（ ）
A．TMV型蛋白质和HRV型RNA
B．HRV型蛋白质和TMV型RNA
C．TMV型蛋白质和TMV型RNA
D．HRV型蛋白质和HRV型RNA
解析：
组合型病毒的核酸是由HRV病毒提供的，该组合型病毒侵染烟草细胞后，在HRV型RNA携带的遗传信息控制下合成出HRV型
蛋白质。
答案：
D
二、
非选择题（共18分）
9．（18分）下图为肺炎双球菌的转化实验中的一部分图解，请据图回答问题：
（1）该实验是________（填人名）所做的肺炎双球菌转化的实验图解。
（2）该实验是在________（填人名）的实验基础上进行的。
（3）在对R型菌进行培养之前，必须首先进行的工作是
____________________________________________________________________。
（4）依据上面图解的实验，可以做出________________的假设。
（5）为验证上面的假设，设计了如下图所示的实验：
在该实验中加入DNA酶，观察到的实验现象是_______________________________
________________________________________________________________________。
（6）通过上面两步实验，仍然不能说明________________________，为此设计了如下图所示的实验：
据此观察到的实验现象是________________________，该实验能够说明
____________________________。
解析：
艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验是在格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验的基础上实现的，体外转化实验的前提是分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质，依次观察各种成分的作用，其假设就是“DNA是遗传物质”。
如果加入了DNA酶，DNA被分解，R型菌就不会发生转化。
答案：
（1）艾弗里（及其同事）
（2）格里菲思
（3）分离并提纯S型菌的DNA、蛋白质、多糖等物质
（4）DNA是遗传物质 （5）培养基中只长R型菌 （6）蛋白质、多糖等不是遗传物质 培养基中只长R型细菌 蛋白质、多糖不是遗传物质
[教师备选题]
10．1952年，赫尔希和蔡斯利用同位素标记法完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤：
（1）写出以上实验的部分操作步骤：
第一步：
_____________________________________________________________。
第二步：
_________________________________________________________
____。
（2）以上实验结果说明：
_________________________________________________。
（3）若要大量制备用35S标记的噬菌体，需先用35S的培养基培养________，再用噬菌体去感染______________________________________________________________
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