知识学习31DNA是主要的遗传物质教学案.docx

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知识学习31DNA是主要的遗传物质教学案

3.1DNA是主要的遗传物质教学案

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　　　　人教版必修二生物

　　一、对遗传物质的早期推测（阅读教材P42～43）

　　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，虽然对DNA已有一定的认识，但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（阅读教材P43～44）

　　．实验材料：

肺炎双球菌。

　　2．体内转化实验

　　过程与现象

　　结论：

加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子。

　　3．体外转化实验

　　过程和现象

　　实验结论：

DNA是遗传物质。

　　三、噬菌体侵染细菌的实验（阅读教材P44～46）

　　．实验过程和现象

　　2．实验结论：

DNA是真正的遗传物质。

　　四、生物的遗传物质（阅读教材P46）

　　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

　　重点聚焦

　　．肺炎双球菌的转化实验是如何进行的？

结果说明了什么？

　　2．赫尔希和蔡斯是如何对噬菌体进行标记的？

噬菌体侵染细菌的实验结论是什么？

　　3．为什么说DNA是主要的遗传物质？

　　[共研探究]

　　肺炎双球菌又称肺炎链球菌，直径0.5～1.5微米，可以分为S型和R型两种类型。

结合教材P43图3－2、P44图3－3，回答下列问题：

　　．由教材P43图3－2格里菲思的体内转化实验得出

　　R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量多。

　　格里菲思实验没有将细菌中各组分分开，因此，该实验只能证明S型细菌体内含有转化因子，不能证明转化因子是哪种物质。

　　格里菲思的转化实验中，对照组是第一至三组，即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，即向健康小鼠体内注射R型活细菌和加热杀死的S型细菌的混合液。

　　2．由教材P44图3－3艾弗里的体外转化实验得出

　　在艾弗里第一组实验中，大多数是R型细菌，只有少数R型细菌转化为S型细菌，转化效率很低。

　　艾弗里实验第三组，设计了R型细菌与S型细菌DNA加DNA酶混合培养，目的是：

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。

　　3．实验设计

　　艾弗里实验的单一变量是：

向R型细菌培养基中加入从S型细菌中提取的不同物质。

　　将可能作为“转化因子”的各种物质分别进行实验，目的是：

进行相互对照，可对实验结果进行对比分析，得出结论，同时避免其他物质的干扰。

　　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。

　　4．请分析格里菲思的肺炎双球菌转化实验和艾弗里转化实验的关系。

　　提示：

肺炎双球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质。

艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。

　　[总结升华]

　　．肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的比较

　　项目

　　体内转化实验

　　体外转化实验

　　培养细菌

　　在小鼠体内

　　体外培养基

　　实验对照

　　R型细菌与S型细菌的毒性对照

　　S型细菌各组成成分的作用进行对照

　　巧妙构思

　　用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化

　　将物质提纯分离后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用

　　实验结论

　　S型细菌体内有“转化因子”

　　S型细菌的DNA是遗传物质

　　联系

　　所用材料相同

　　体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸

　　两实验都遵循对照原则、单一变量原则

　　2.实验拓展分析

　　在加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。

　　转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去，说明S型细菌的DNA是遗传物质。

　　[对点演练]

　　．判断正误

　　艾弗里所做的实验既能证明DNA是遗传物质，也能证明蛋白质不是遗传物质。

　　高温处理过的S型细菌蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应。

　　艾弗里的肺炎双球菌转化实验中转化的有效性与R型细菌的DNA的纯度有密切关系。

　　解析：

蛋白质高温变性的原因是空间结构遭到破坏，肽键依然存在，而双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应的实质是与肽键反应。

转化的有效性与S型细菌的DNA纯度有关，纯度越高，转化越有效。

　　答案：

√　×　×

　　2．肺炎双球菌有许多类型，有荚膜的S型细菌有毒性，能引起人患肺炎或引起小鼠患败血症死亡，无荚膜的R型细菌无毒性。

如图为细菌转化实验，相关说法错误的是

　　A．丙组为空白对照，实验结果为小鼠不死亡

　　B．能导致小鼠患败血症死亡的有甲、丁两组

　　c．戊组实验表明，加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型细菌

　　D．丁组产生的有毒性的肺炎双球菌不能将该性状遗传给后代

　　解析：

选D　含有荚膜的肺炎双球菌是甲、乙、丁三组，煮沸处理能使有荚膜的肺炎双球菌失去毒性，所以只有甲、丁两组能导致小鼠死亡。

戊组加S型细菌的蛋白质后试管中长出的是无毒性的R型细菌，丁组产生的有毒性的S型细菌是由遗传物质改变引起的，可以遗传给后代。

　　[共研探究]

　　如图为用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，根据图示并结合教材内容回答下列问题：

　　．噬菌体是营寄生生活的病毒，宿主是大肠杆菌细胞，噬菌体的化学组成是DNA和蛋白质。

　　2．同位素标记法

　　噬菌体属于病毒，病毒无细胞结构，专营活细胞内寄生生活，病毒在普通培养基上无法生存，不能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。

　　S仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，用35S标记噬菌体的蛋白质，标记元素所在部位对应于图1的④。

P主要存在于DNA中，用32P标记噬菌体的DNA，标记元素所在部位对应于图1的①。

　　T2噬菌体的蛋白质、DNA中均含有c、N元素，用14c和15N同位素进行标记无法将DNA和蛋白质区分开。

　　3．图2中T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再进行⑦⑧过程，短时间保温的目的是防止已被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。

⑦⑧分别代表搅拌、离心过程。

其中⑧的目的之一是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒。

　　4．实验误差分析：

测定发现在搅拌、离心后的上清液中含有0.8%的放射性，最可能的原因是培养时间较短，有部分噬菌体未侵入大肠杆菌，仍存在于培养液中。

　　[总结升华]

　　．噬菌体侵染细菌实验过程

　　实验过程

　　实验组别

　　一

　　二

　　设计思路

　　S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素，用不同的放射性同位素分别标记DNA和蛋白质，直接地、单独地观察它们的作用

　　标记大肠

　　杆菌

　　含35S的培养基＋无标记的大肠杆菌→含35S的大肠杆菌

　　含32P的培养基＋无标记的大肠杆菌→含32P的大肠杆菌

　　标记噬菌

　　体

　　无标记的噬菌体→侵染含35S的大肠杆菌→含35S的噬菌体

　　无标记的噬菌体→侵染含32P的大肠杆菌→含32P的噬菌体

　　噬菌体侵

　　染细菌

　　含35S的噬菌体＋无标记的大肠杆菌→混合培养

　　含32P的噬菌体＋无标记的大肠杆菌→混合培养

　　实验结果

　　上清液放射性很高，沉淀物放射性很低

　　上清液放射性很低，沉淀物放射性很高

　　实验分析

　　噬菌体侵染细菌时，含32P的噬菌体DNA进入了细菌体内，而含35S的噬菌体蛋白质外壳并未进入细菌体内

　　结论

　　DNA是真正的遗传物质

　　2.噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析

　　用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因：

　　①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。

　　②噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，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，使上清液出现放射性。

　　用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：

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。

　　【易错易混】　噬菌体侵染细菌实验中应注意的两个易误点

　　含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养，因为病毒营专性寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。

　　噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质，但并没有证明蛋白质不是遗传物质。

　　[对点演练]

　　3．证明DNA是遗传物质的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，正确的技术手段是

　　A．用化学方法把DNA和蛋白质分开

　　B．用32P和35S分别标记T2噬菌体和大肠杆菌

　　c．用32P和35S同时标记T2噬菌体

　　D．用标记过的大肠杆菌去培养T2噬菌体

　　解析：

选D　分别用32P和35S培养大肠杆菌，用正常的噬菌体侵染被标记的大肠杆菌，最后用分别标记的噬菌体再侵染正常的大肠杆菌，观察噬菌体的DNA还是蛋白质注入细菌细胞内后能产生子代噬菌体。

　　．艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。

据表可知

　　实验组号

　　接种菌型

　　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

　　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

　　解析：

选c　由①②③组比较可知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，而蛋白质、荚膜多糖以及DNA水解产物都不是S型细菌的转化因子，但不能说明DNA是主要的遗传物质。

　　2．若1个35S标记的大肠杆菌被1个32P标记的噬菌体侵染，裂解后释放的所有噬菌体

　　A．一定有35S，可能有32P　　　B．只有35S

　　c．一定有32P，可能有35S

　　D．只有32P

　　解析：

选A　子代噬菌体中S元素决定于大肠杆菌中氨基酸的组成元素；子代噬菌体中P元素决定于亲代噬菌体DNA与大肠杆菌中脱氧核苷酸的组成元素，所以子代噬菌体一定有35S，可能有32P。

　　3．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细胞核中的遗传物质是DNA　④细胞质中的遗传物质是RNA　⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA

　　A．①②③

　　B．②③④

　　c．②④⑤

　　D．③④⑤

　　解析：

选c　真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA；细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA；甲型H1N1流感病毒属于RNA病毒，遗传物质是RNA。

　　4．结合遗传物质的相关实验，请据图回答问题：

　　该图为艾弗里及其同事进行肺炎双球菌转化实验的一部分图解，如看到________的菌落，说明R型细菌转变成了S型细菌。

　　为了充分证明DNA是遗传物质，艾弗里还在培养R型细菌的培养基中加入___________________________________________________________________________________________________________________________________，进一步验证实验结果。

　　后来，赫尔希和蔡斯利用32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，在子代噬菌体中检测到被32P标记的DNA，表明DNA具有________性，说明DNA是遗传物质。

　　艾弗里的细菌体外转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验的共同设计思路都是把________________________________________________________，直接地、单独地观察它们的作用。

　　解析：

S型细菌有荚膜，所以形成的菌落表面光滑。

艾弗里利用酶的专一性，将S型细菌的DNA和DNA酶混合，可以进一步确认DNA是否是遗传物质。

作为遗传物质的条件之一是在亲子代之间是否具有连续性。

细菌体外转化及噬菌体侵染细菌的实验的共同设计思路是把DNA和蛋白质分开，直接地、单独地观察它们所起的作用。

　　答案：

表面光滑　S型细菌的DNA和DNA酶　连续　DNA和蛋白质分开

　　【基础题组】

　　．格里菲思的肺炎双球菌转化实验如下：

　　①将无毒的R型活细菌注入小鼠体内，小鼠不死亡；

　　②将有毒的S型活细菌注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡；

　　③将加热杀死的S型细菌注入小鼠体内，小鼠不死亡；

　　④将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后，注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡。

　　根据上述实验，下列说法不正确的是

　　A．整个实验证明DNA是转化因子

　　B．实验①、实验③可作为实验④的对照

　　c．实验②和实验④中的死亡小鼠体内都可分离到S型活细菌

　　D．重复做实验①与④，得到同样的结果，可排除S型活细菌由R型活细菌突变而来

　　解析：

选A　体内转化实验得到的结论是加热杀死的S型细菌存在转化因子，没有得出DNA是转化因子的结论。

　　2．已知有荚膜的肺炎双球菌可使小鼠患败血症而死亡，无荚膜的肺炎双球菌对动物无害。

现从有荚膜的肺炎双球菌体内提取出了DNA、蛋白质、多糖等物质，分别加入到培养无荚膜细菌的培养液中，一段时间后将培养液注射到小鼠体内，则图中结果不正确的是

　　解析：

选D　从有荚膜的肺炎双球菌体内提取的物质中，只有DNA才能使无荚膜的肺炎双球菌转化为有荚膜的肺炎双球菌，使小鼠致死，故A、B、c都正确。

D中虽然有DNA，但DNA酶会使DNA水解，致使无荚膜的肺炎双球菌不能转化为有荚膜的肺炎双球菌，小鼠应表现正常。

　　3．如图为肺炎双球菌转化实验中的基本步骤，有关说法正确的是

　　A．①②都要加热处理

　　B．③要将所有提取物与R型细菌共同培养

　　c．④的结果是只有S型或R型一种菌落

　　D．①④的结果可能是有S型、R型两种菌落

　　解析：

选D　①过程是将加热杀死的S型细菌和R型细菌混合培养，接种到固体培养基上，经④过程后，可以培养出S型、R型两种菌落，②过程是分离出S型细菌的DNA和蛋白质等大分子物质，经③过程分别和R型细菌混合培养，接种到固体培养基，经④过程后，可以培养出S型、R型两种菌落或R型一种菌落。

　　4.如图表示用同位素32P、35S分别标记T2噬菌体的DNA和大肠杆菌的蛋白质，然后进行“噬菌体侵染细菌实验”，侵染后产生的子代噬菌体与亲代噬菌体形态完全相同，而子代噬菌体的DNA和蛋白质中含有的标记元素应是

　　A．31P、32P和35S　　B．31P、32P和32S

　　c．31P、32P和32S、35S

　　D．32P和32S、35S

　　解析：

选A　在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。

并且S仅存在于蛋白质中，99%的P都存在于DNA中。

当T2噬菌体侵染大肠杆菌时，噬菌体的DNA全部注入大肠杆菌细胞内，而其蛋白质外壳则留在细胞外面。

T2噬菌体的DNA进入细菌体内后，利用细菌的组成成分，来合成子代噬菌体的DNA和蛋白质，因此子代噬菌体的DNA都含31P、少数DNA含32P，所有子代噬菌体的蛋白质都含35S。

　　5．某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了以下4个实验：

　　①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌；④用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌。

　　以上4个实验，经过一段时间后离心，检测到放射性的主要部位分别是

　　A．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物和上清液

　　B．沉淀物、上清液、沉淀物、沉淀物和上清液

　　c．上清液、上清液、沉淀物和上清液、上清液

　　D．沉淀物、沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液

　　解析：

选D　用噬菌体侵染细菌一段时间后离心，上清液是噬菌体的蛋白质外壳，沉淀物是细菌。

用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，上清液是没有放射性的，放射性主要出现在沉淀物中。

用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌，放射性主要出现在DNA即沉淀物中。

用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌，放射性主要在沉淀物中。

用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌，含有放射性的物质是蛋白质和DNA，即放射性位于上清液和沉淀物中。

　　6．如图表示科研人员验证烟草花叶病毒遗传物质的实验过程，由此推断正确的是

　　A．烟草细胞的遗传物质是RNA

　　B．烟草细胞的细胞膜上有RNA的载体

　　c．感染烟草的病毒的蛋白质和TmV的相同

　　D．接种的RNA在烟草细胞中进行了逆转录

　　解析：

选c　从烟草花叶病毒中提取的RNA能使烟草感染病毒，而提取的蛋白质却不能使烟草感染病毒，这说明RNA是遗传物质，可在烟草细胞内合成TmV的蛋白质。

　　7．下列关于肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验的叙述，正确的是

　　A．都选用结构简单的生物作为实验材料，繁殖快、容易观察实验结果

　　B．格里菲思和艾弗里的肺炎双球菌转化实验都是在小鼠体内进行的

　　c．两个实验都运用了同位素示踪法

　　D．两个实验都证明了DNA是主要的遗传物质

　　解析：

选A　噬菌体是病毒，肺炎双球菌为原核生物，它们繁殖快，容易观察实验结果。

格里菲思的肺炎双球菌转化实验是在小鼠体内进行的，而艾弗里的肺炎双球菌转化实验是在小鼠体外进行的。

只有噬菌体侵染细菌的实验运用了同位素示踪法。

两个实验都证明了DNA是遗传物质。

　　8．遗传物质携带遗传信息，控制生物性状。

下列不能说明核酸是遗传物质的是

　　A．将加热杀死的S型细菌和活的R型细菌混合后注射到小鼠体内，最终能分离出活的S型细菌

　　B．由甲病毒的RNA与乙病毒的蛋白质重建而成的新病毒能感染细胞并增殖出完整的甲病毒

　　c．T2噬菌体的DNA进入宿主细胞后能产生完整的T2噬菌体

　　D．将S型细菌的DNA和R型细菌混合培养，培养基长出的菌落有R型和S型两种菌落

　　解析：

选A　证明核酸是遗传物质时，应将加热杀死的S型细菌的核酸与其他化学成分分离开，单独观察其作用，故选项A不能说明核酸是遗传物质。

　　【能力题组】

　　9．利用两种类型的肺炎双球菌进行相关转化实验。

各组肺炎双球菌先进行如图所示的处理，再培养一段时间后注射到不同小鼠体内。