最新学年高中生物 第3章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质学案 新人教版必修2.docx

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最新学年高中生物第3章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质学案新人教版必修2

第1节　DNA是主要的遗传物质

一、肺炎双球菌的转化实验

1．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。

2．肺炎双球菌类型

项目

S型细菌

R型细菌

菌落

表面光滑

表面粗糙

菌体

有无毒性

有

无

3.格里菲思的体内转化实验

实验过程

结果分析

结论

①R型活细菌

小鼠不死亡

R型细菌无毒性

加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌

②S型活细菌

小鼠死亡

S型细菌有毒性

③加热杀死的S型细菌

小鼠不死亡

加热杀死的S型细菌已失活，毒性消失

小鼠死亡

S型活细菌

R型细菌转化为S型细菌，且性状可以遗传

4.艾弗里的转化实验

（1）实验过程及结果

（2）结论：

DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

例1

　某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：

①S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠

②R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠

③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠

④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠

以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（　　）

A．存活，存活，存活，死亡

B．存活，死亡，存活，死亡

C．死亡，死亡，存活，存活

D．存活，死亡，存活，存活

答案　D

解析　能使小鼠死亡的是活的S型细菌，而不是S型细菌的DNA。

①中有活的R型细菌，无毒性，小鼠存活；②中有活的S型细菌，小鼠死亡；③中有S型细菌的DNA和无活性的R型细菌，无活性的R型细菌无法转化成活的S型细菌，S型细菌的DNA无法使小鼠死亡；④中只有R型细菌的DNA，无法使小鼠死亡。

例2

　艾弗里及其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。

由表可知（　　）

实验组号

接种菌型

加入S型细菌的物质

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

答案　C

解析　第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与R型细菌转化为S型细菌无关，A、B项错误；第③组实验说明DNA与R型细菌转化为S型细菌有关，第④组实验说明DNA被水解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，C项正确；①～④只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质，D项错误。

易错易混

　肺炎双球菌转化实验的几个易错点

（1）转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是小部分R型细菌被转化成S型细菌。

（2）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恢复又逐渐恢复活性。

（3）体内转化实验的结论是S型细菌体内有“转化因子”，没有证明“转化因子”是DNA，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA。

二、噬菌体侵染细菌的实验

1．实验者：

赫尔希和蔡斯。

2．实验方法：

放射性同位素标记法。

3．实验材料：

T2噬菌体（如图所示）。

4．实验过程

（1）标记T2噬菌体

（2）侵染细菌

5．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。

6．实验结论：

DNA才是真正的遗传物质。

例3

　赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部分组合是（　　）

A．①②B．①③

C．①④D．③④

答案　A

解析　组成噬菌体蛋白质的基本单位是氨基酸，而P是噬菌体DNA组成成分之一——磷酸的构成元素，对照图解标号被标记的部分应分别选择①②。

例4

　为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“T2噬菌体侵染大肠杆菌”的实验（T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内）。

下图中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。

下列关于本实验及病毒、细菌的叙述正确的是（　　）

A．图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32P标记的无机盐

B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照

C．噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律

D．若本组实验B（上清液）中出现放射性，则不能证明DNA是遗传物质

答案　B

解析　由题干信息可知，图中亲代噬菌体已用32P标记，则锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明DNA是遗传物质，还应设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组为相互对照实验；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；若本组实验B（上清液）中出现放射性，可能是实验时间较长，大肠杆菌裂解导致的，也可能是部分噬菌体的DNA未侵入大肠杆菌，经搅拌、离心到上清液中。

思维启迪

　同位素标记法在噬菌体侵染细菌实验中的应用分析

（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

项目

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

三、生物的遗传物质

1．RNA是遗传物质的实验证据

（1）实验材料：

烟草花叶病毒，只由蛋白质和RNA组成。

（2）实验过程

（3）结论：

烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。

2．绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA。

因此，DNA是主要的遗传物质。

归纳总结

　不同生物的遗传物质

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

遗传物质

DNA

DNA

DNA

RNA

例5

　（2018·滨州高一检测）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

答案　A

解析　水和苯酚的作用是将TMV的RNA与蛋白质分离开，A正确；能将TMV的蛋白质接种到正常烟草花叶细胞内，即TMV的蛋白质能进入烟草细胞中，B错误；通过该实验无法判断侵入烟草细胞的RNA是否进行了逆转录过程，C错误；本实验表明RNA是TMV的遗传物质，而不能表明RNA是TMV的主要遗传物质，D错误。

例6

　下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是（　　）

A．豌豆的遗传物质主要是DNA

B．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上

C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素

D．HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸

答案　B

解析　豌豆的遗传物质只有DNA；酵母菌的遗传物质DNA主要分布在染色体上，少量分布在细胞质中；T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含S元素；HIV的遗传物质是RNA，初步水解后产生4种核糖核苷酸。

1．判断正误

（1）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（　　）

（2）艾弗里证明转化因子是DNA而不是蛋白质（　　）

（3）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（　　）

（4）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（　　）

（5）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（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）×

2．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储存大量遗传信息

答案　C

解析　蛋白质的热稳定性较DNA差，且不能复制；其他选项所述的蛋白质的特点，与遗传物质应具备的特征一致。

3．肺炎双球菌转化实验证明了（　　）

A．基因位于染色体上

B．染色体是遗传物质的主要载体

C．DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质

D．在不含DNA的生物体内，RNA就是该生物的遗传物质

答案　C

4．下列有关核酸与遗传物质关系的叙述，不正确的是（　　）

A．DNA是绝大多数生物的遗传物质

B．有些生物的遗传物质是RNA

C．在真核生物中，DNA和RNA都是遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质

D．核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质

答案　C

解析　具有细胞结构的生物含有DNA和RNA两种核酸，但DNA是遗传物质，病毒只含有DNA或RNA一种核酸，其含有的这种核酸就是该病毒的遗传物质。

总之，大多数生物的遗传物质是DNA，即DNA是主要的遗传物质。

5．下图是噬菌体侵染细菌示意图，请回答下列问题：

（1）噬菌体侵染细菌的正确顺序应是____________。

（2）图中D表明噬菌体侵染细菌时，留在细菌外的是____________，注入细菌体内的物质是____________。

（3）图中E表明______________________________________________________。

（4）噬菌体侵染细菌实验得出了____________是遗传物质的结论。

答案　

（1）BDAEC　

（2）蛋白质外壳　噬菌体DNA　（3）噬菌体复制完成（产生性状完全相同的噬菌体后代）

（4）DNA

解析　噬菌体侵染细菌的过程可以分为五个步骤：

①吸附：

噬菌体用尾部的末端吸附在细菌表面；②侵入：

噬菌体通过尾轴把DNA全部注入到细菌细胞内，蛋白质外壳留在细胞外面不起作用；③生物合成：

在细菌体内，以噬菌体的DNA为模板，利用细菌的化学成分合成噬菌体的DNA和蛋白质分子；④组装：

新合成的DNA和蛋白质外壳组装成与亲代一模一样的子代噬菌体（结构、成分相同）；⑤释放：

子代噬菌体由于细菌的裂解而释放出来，再去侵染其他细菌（功能相同）。

由此可见，只有亲代的DNA参与了子代噬菌体的复制过程，蛋白质未参与，说明亲代的性状通过DNA传给后代，所以说DNA是遗传物质。

[对点训练]

题组一　肺炎双球菌的转化实验

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

答案　A

解析　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R型活细菌转化为S型细菌。

2．如图为肺炎双球菌转化实验中的基本步骤，下列有关说法正确的是（　　）

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

答案　D

解析　①过程是将加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合培养，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，不需加热处理，经③过程分别与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型两种菌落或R型一种菌落。

3．格里菲思的肺炎双球菌转化实验证实了（　　）

A．DNA是遗传物质

B．DNA是主要的遗传物质

C．蛋白质不是遗传物质

D．加热杀死的S型细菌中含有某种“转化因子”

答案　D

解析　格里菲思的肺炎双球菌转化实验证实了加热杀死的S型细菌中含有某种“转化因子”，但不能确定该“转化因子”的化学本质。

4．艾弗里等人为了弄清转化因子的本质，进行了一系列的实验，如图是他们所做的一组实验，则三个实验的培养皿中只存在一种菌落的为（　　）

A．实验一B．实验二

C．实验三D．实验一和三

答案　B

解析　实验二中加入的DNA酶能分解S型细菌的DNA，R型细菌不能发生转化，所以菌落只有一种，即R型菌落；实验一和实验三中产生的菌落均有两种。

5．在肺炎双球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是（　　）

A．3和4B．1、3和4

C．2、3和4D．1、2、3和4

答案　D

解析　2、3、4三支试管内只有R型细菌，因为没有S型细菌的DNA，所以都不会发生转化；1号试管因为有S型细菌的DNA，所以会使R型细菌发生转化，但是发生转化的R型细菌只是一部分，故试管内仍然有R型细菌存在。

题组二　噬菌体侵染细菌的实验

6．艾弗里的肺炎双球菌转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都能证明DNA是遗传物质，对这两个实验的研究方法可能有：

①设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应；②放射性同位素标记法。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．两者都运用了①和②

B．前者运用了①，后者运用了②

C．前者只运用了②，后者运用了①和②

D．前者只运用了①，后者运用了①和②

答案　D

解析　艾弗里的肺炎双球菌转化实验是设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应。

而赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌实验也是把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应，并且运用了放射性同位素标记法。

7．（2017·全国Ⅱ，2）在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。

下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是（　　）

A．T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖

B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质

C．培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中

D．人类免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同

答案　C

解析　T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎双球菌，所以不可以在肺炎双球菌中复制和增殖，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，所以在T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成mRNA和蛋白质，需要借助宿主细胞来合成mRNA和蛋白质，B错误；噬菌体侵染细菌时，其DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，复制及表达需大肠杆菌提供原料、酶和ATP，所以培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人类免疫缺陷病毒是RNA病毒，T2噬菌体是DNA病毒，因此二者的核酸类型和增殖过程不相同，D错误。

8．用32P标记S型肺炎双球菌的DNA,35S标记其蛋白质，将其加热杀死后与未标记的R型活细菌混合并注入小鼠体内。

一段时间后，从死亡的小鼠体内提取到活的S型和R型细菌。

下列有关元素分布的分析，最可能的情况是（　　）

A．部分S型细菌含有32P，不含35S

B．部分R型细菌含有32P和35S

C．所有S型细菌都含有32P，不含35S

D．所有R型细菌都含有35S，不含32P

答案　A

解析　由于加热杀死后的S型细菌与未标记的R型细菌混合并注入小鼠体内，能进入R型细菌起转化作用的是32P标记的DNA，而失去活性的蛋白质不能进入细菌，所以S型细菌利用自己的DNA的两条链为模板，用R型细菌的原料合成自身的DNA和蛋白质，因此小鼠体内的部分S型细菌含有32P，全部不含35S，A项正确。

9．（2017·曲阜高一检测）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

答案　B

解析　病毒的繁殖离不开细胞，要标记噬菌体，应先标记细菌细胞，A错误；本实验选用噬菌体作为实验材料是因为其只由蛋白质和DNA组成，B正确；实验中采用搅拌和离心等手段是为了把细菌和吸附在细菌上的噬菌体的蛋白质外壳分开，C错误；仅用35S标记噬菌体蛋白质外壳做侵染细菌实验，在新形成的噬菌体中没有检测到35S，只能说明蛋白质没有进入细菌内，而不能说明DNA是噬菌体的遗传物质，也不能说明蛋白质不是遗传物质，D错误。

10．如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染大肠杆菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的标记元素为（　　）

A．在外壳中找到15N和35S

B．在DNA中找到15N和32P

C．在外壳中找到15N

D．在DNA中找到15N、32P和35S

答案　B

解析　用15N、32P、35S共同标记噬菌体，15N标记了噬菌体的DNA和蛋白质外壳，32P标记了噬菌体的DNA,35S标记了噬菌体的蛋白质外壳。

噬菌体侵染细菌过程中蛋白质外壳留在细菌外面，DNA进入细菌内部，在细菌中以噬菌体DNA为模板，利用细菌的原料合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳，由于DNA复制，故在子代噬菌体中能找到15N和32P标记的DNA，不能找到35S和15N标记的蛋白质。

题组三　生物的遗传物质

11．下列有关遗传物质的叙述，正确的是（　　）

A．生物细胞中DNA较多，所以DNA是主要的遗传物质

B．真核细胞内的DNA是遗传物质，原核细胞内的RNA是遗传物质

C．人体细胞核内的遗传物质是DNA，而细胞质内的遗传物质是RNA

D．病毒的遗传物质是DNA或RNA

答案　D

解析　绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质，A错误；只要细胞内存在DNA，DNA就是遗传物质，B、C错误。

12．如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验，实验表明这种病原体（　　）

A．寄生于细胞内，通过RNA遗传

B．寄生于细胞间，通过蛋白质遗传

C．寄生于细胞内，通过蛋白质遗传

D．寄生于细胞间，通过RNA遗传

答案　A

解析　从图示可看出，将RNA接种在叶片上，叶片出现了病斑；而将蛋白质外壳接种到叶片上，叶片上没有病斑。

所以该病原体是通过RNA遗传的。

[综合强化]

13．根据下列材料，分析回答问题：

材料1：

用同位素31P、32P和32S、35S分别作如下标记：

项目

噬菌体

大肠杆菌

脱氧核苷酸

32P

31P

氨基酸

32S

35S

材料2：

（1）用32P标记噬菌体的大致操作过程：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

（2）若材料1中的噬菌体和大肠杆菌分别换成烟草花叶病毒和烟叶细胞，则能说明________________________________________________________________________。

（3）分析材料2，A～D的结果中，哪项不正确？

说明理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）材料1、材料2共同说明的问题是________________。

答案　

（1）①在含有放射性32P的培养基中培养大肠杆菌

②再用上述大肠杆菌培养噬菌体

（2）RNA是遗传物质

（3）D；DNA分子被DNA酶分解掉，R型细菌不能转化成S型细菌，小鼠应为正常

（4）DNA是遗传物质

解析　

（1）由于噬菌体是病毒，必须寄生在活细胞中，所以需先用培养基培养细菌，再用细菌培养噬菌体。

（2）烟草花叶病毒的核酸是RNA，它可以侵染烟草的叶肉细胞，说明RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。

（3）由于DNA酶能够分解DNA分子，不存在DNA时就不能使R型细菌转化成S型细菌，所以小鼠不会死亡。

（4）材料1、材料2共同说明的是DNA是遗传物质。

14．1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能。

请回答下列有关问题：

（1）他们指出“噬菌体在分子生物学的地位就相当于氢原子在玻尔量子力学模型中的地位一样”。

噬菌体作为实验材料具有____________________的特点。

（2）通过________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

的方法分别获得被32P或35S标记的噬菌体，用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中______________________变化。

（3）侵染一段时间后，用搅拌器搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中的放射性，得到如图所示的实验结果。

搅拌的目的是______________________，所以搅拌时间少于1min时，上清液中的放射性________________。

实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，证明__________________________。

图中“被侵染细菌”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__________________________，否则细胞外____________放射性会增高。

（4）本实验证明病毒传递和复制遗传特性中________________起着重要作用。

答案　

（1）结构简单，只含有蛋白质和DNA（核酸）

（2）用分别含32P和35S的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P或35S标记的大肠杆菌　DNA和蛋白质的位置　（3）使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离　较低　DNA进入细菌，蛋白质没有进入细菌　细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来　32P　（4）DNA

15．某研究小组为探究某病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验，请你完成相关内容。

（1）实验原理：

_______________________________________。

（2）材料用具：

该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等