学年新教材高中生物第3章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质教学案新人教版必修第二册.docx

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学年新教材高中生物第3章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质教学案新人教版必修第二册

第1节　DNA是主要的遗传物质

学习目标

核心素养

1.掌握肺炎链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。

1.分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论，体验探究生物遗传物质的实验思路。

2.查阅相关资料，深入理解“烟草花叶病毒的感染实验”。

3.感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。

一、对遗传物质的早期推测

二、肺炎链球菌转化实验

1．肺炎链球菌的类型[连线]

2．肺炎链球菌转化实验的两个阶段

（1）格里菲思的体内转化实验

（2）艾弗里的体外转化实验

三、噬菌体侵染细菌的实验

1．T2噬菌体的结构与代谢

2．实验方法：

放射性同位素标记技术。

3．实验过程

－

↓

－

↓

－

4．实验结果及结论

亲代噬菌体

寄主细胞内

子代噬菌体

实验结论

32P标记DNA

有

有

DNA是遗传物质

35S标记蛋白质

无

无

四、DNA是主要的遗传物质

1．RNA是遗传物质的实验证据

（1）烟草花叶病毒的组成

组成

（2）侵染实验

（3）结论：

烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

2．DNA是主要的遗传物质

（1）连线生物类型与遗传物质的种类

（2）因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此DNA是主要的遗传物质。

判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）

1．高温处理过的S型细菌的蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应。

（　　）

2．格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。

（　　）

3．艾弗里实验中加热致死的S型菌的提取物加入R型菌的培养基上，最后生存的细菌都是S型菌。

（　　）

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

（　　）

5．烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质都是RNA。

（　　）

提示：

1.×　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。

2．×　格里菲思没有证明DNA是遗传物质，只证明了加热杀死的S型菌中含有某种转化因子。

3．×　艾弗里实验中加热致死的S型菌的提取物加入R型菌的培养基上生存的细菌不都是S型菌，大多数仍为R型菌。

4．√

5．×　烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而不能说明所有病毒的遗传物质都是RNA，有些病毒的遗传物质是DNA。

肺炎链球菌的转化实验

[问题探究]

1．格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠

中是否只分离出S型活细菌？

提示：

不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量较多。

2．R型菌转化为S型菌的实质是什么？

提示：

转化的实质是基因重组。

1．肺炎链球菌体内与体外转化实验的比较

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

细菌培养

在小鼠体内

体外培养基

实验原则

R型细菌与S型细菌的毒性对照

加热S型细菌提取物及其经酶处理后的作用对照

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能使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”

S型细菌的DNA是遗传物质

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

将物质提取和经酶处理后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用

联系

①所用材料相同；②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；③两实验都遵循对照原则、单一变量原则

2.实验拓展分析

（1）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。

（2）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。

1．在肺炎链球菌感染小鼠的实验中，下列实验结果不正确的是（　　）

A．注射R型菌后，小鼠不死亡

B．注射S型菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型菌

C．注射R型菌及热处理的S型菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型菌

D．注射S型菌及热处理的R型菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型菌

C　[注射R型菌及热处理的S型菌，S型菌的DNA使无毒的R型菌转化为有毒的S型菌，使小鼠死亡，从小鼠体内既能分离出S型菌，又能分离出R型菌。

]

2．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

B　[实验二中加入的DNA酶能分解S型细菌的DNA，R型细菌不能转化，所以只有R型细菌一种菌落，而实验一和实验三中均可产生R型细菌和S型细菌两种菌落。

]

噬菌体侵染细菌的实验

[问题探究]

1．为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？

提示：

因为噬菌体营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。

2．如果用15N、32P、35S同时标记噬菌体后让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的放射性元素及其存在的部位分别在哪里？

提示：

15N、32P，DNA。

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分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，直接地、单独地观察它们各自的作用。

2．实验结果分析

（1）由放射性的分布说明：

35S标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，32P标记的DNA进入了宿主细胞内。

（2）由细菌裂解释放出的噬菌体，可以检测到32P标记的DNA，不能检测到35S标记的蛋白质，说明：

子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。

3．实验结论

（1）直接证明：

DNA是噬菌体的遗传物质。

（2）间接证明：

①DNA能够自我复制，使生物体前后代保持一定的连续性，维持遗传性状的稳定性；

②DNA能控制蛋白质的生物合成，从而控制生物体的新陈代谢和性状。

（3）不能证明：

①DNA是主要的遗传物质；②蛋白质不是遗传物质。

4．噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析

（1）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保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后子代释放出来，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。

（2）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。

1．（2017·全国卷Ⅱ改编）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链球菌中复制和增殖

B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质

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．人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型相同

C　[T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎链球菌，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质，B错误；T2噬菌体侵染大肠杆菌时，其DNA进入大肠杆菌，以大肠杆菌的核苷酸为原料，合成子代噬菌体的DNA，而核苷酸中含有P，则培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人体免疫缺陷病毒为RNA病毒，T2噬菌体为DNA病毒，二者所含核酸类型不同，D错误。

]

2．某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析正确的是（　　）

A．理论上，b和c中不应具有放射性

B．实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关

C．实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关

D．该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质

A　[35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，32P标记的是T2噬菌体的DNA，所以离心后，理论上，b和c中不应具有放射性，A正确；35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，T2噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，经搅拌后与细菌分开，所以若b中含有放射性，说明搅拌不充分，B错误；实验中c含有放射性与④过程中培养时间过长或过短有关，C错误；该实验只证明了DNA是遗传物质，没有证明蛋白质不是遗传物质，D错误。

]

DNA是主要的遗传物质

[问题探究]

1．只有DNA是遗传物质吗？

提示：

不是，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少部分病毒的遗传物质是RNA。

2．若要证明只含有RNA和蛋白质的某病毒的遗传物质是RNA，其基本实验思路是什么？

提示：

设法将其RNA和蛋白质分离开，然后单独地直接地观察各自的作用。

1．RNA是遗传物质的证据——烟草花叶病毒侵染烟草实验

（1）实验分析如下表所示：

注射物

注射对象

症状

完整的TMV（烟草花叶病毒）

烟草

TMV的病斑

TMV的蛋白质

烟草

正常，无病斑

TMV的RNA

烟草

TMV的病斑

完整的HRV（车前草花叶病毒）

烟草

HRV的病斑

HRV的蛋白质

烟草

正常，无病斑

HRV的RNA

烟草

HRV的病斑

HRV的蛋白质＋TMV的RNA

烟草

TMV的病斑

TMV的蛋白质＋HRV的RNA

烟草

HRV的病斑

（2）实验结论：

在没有DNA的生物体内，RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

2．生物体内核酸的种类及遗传物质的辨别

生物类型

所含核酸

遗传物质

举例

细胞生物

真核生物

DNA和RNA

DNA

酵母菌、玉米、人

原核生物

细菌、蓝细菌

非细胞生物

大多数病毒

仅有DNA

DNA

T2噬菌体

极少数病毒

仅有RNA

RNA

HIV、SARS病毒

通过上述表格可以看出：

（1）生物的遗传物质是核酸，即DNA或RNA。

（2）既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遗传物质是DNA。

（3）只含RNA的病毒中，RNA才作为遗传物质。

（4）由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。

误区警示：

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

1．下图所示为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．可单独生存，通过蛋白质遗传

C．寄生于细胞内，通过蛋白质遗传

D．可单独生存，通过RNA遗传

A　[由图可知，该病原体只由蛋白质外壳和RNA组成，所以是RNA病毒，遗传物质是RNA，病毒只能寄生在活细胞中，A正确。

]

2．下列关于生物遗传物质的说法正确的是（　　）

A．同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA

B．DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNA

C．真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNA

D．肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质

A　[同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA，A项正确；DNA是主要的遗传物质是指绝大多数生物的遗传物质是DNA，B项错误；真核生物的遗传物质都是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA，而DNA病毒的遗传物质是DNA，C项错误；肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，但没有证明DNA是主要的遗传物质，D项错误。

]

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句归纳

1.S型肺炎链球菌有荚膜，有致病性；R型肺炎链球菌无荚膜，无致病性。

2.在肺炎链球菌转化实验中，DNA才是使R型活细菌产生稳定遗传变化的物质。

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.肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了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。

1．下列有关遗传物质的叙述，正确的是（　　）

A．DNA是所有生物的遗传物质

B．酵母菌的遗传物质主要是DNA

C．艾滋病病毒的遗传物质是DNA或RNA

D．病毒的遗传物质是DNA或RNA

D　[具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，不具有细胞结构的病毒的遗传物质是DNA或RNA，一种生物体内的核酸可能有两种，但遗传物质只有一种。

]

2．肺炎链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

D．在不含DNA的生物体内，RNA是遗传物质

[答案]　C

3．噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是（　　）

A．在噬菌体DNA的指导下，用细菌的物质合成的

B．在细菌DNA的指导下，用细菌的物质合成的

C．在噬菌体DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的

D．在细菌DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的

A　[噬菌体侵染细菌时只将自己的DNA注入细菌中，其蛋白质外壳留在细菌外，而在细菌中合成出子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，子代噬菌体的蛋白质外壳是在噬菌体DNA的指导下，利用细菌的物质合成的。

]

4．某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，进行了如下实验：

①用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌；

②用未标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌；

③用3H标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。

一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是（　　）

A．沉淀物、上清液、沉淀物和上清液

B．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液

C．沉淀物、上清液、沉淀物

D．上清液、上清液、沉淀物和上清液

B　[在该实验中，沉淀物的主要成分是细菌，上清液的主要成分为噬菌体外壳。

①用32P只能标记噬菌体的DNA，在该实验中，噬菌体的DNA会进入细菌体内，放射性主要出现在沉淀物中；②直接标记细菌，放射性主要出现在沉淀物中；③用3H可以标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，在该实验中，噬菌体的蛋白质外壳不会进入细菌体内，而DNA进入细菌体内，故放射性会出现在上清液和沉淀物中。

]

5．下列是关于DNA是遗传物质的相关实验，请回答下列相关问题：

（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）通过上述实验________（填“能”或“不能”）证明DNA是主要的遗传物质。

[解析]　

（1）过程①和②表明，将S型细菌的多糖和蛋白质与R型活细菌混合培养，其后代都为R型细菌，没有发生转化现象。

（2）过程③表明，将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，其后代有R型细菌和S型细菌，说明有部分R型细菌转化为S型细菌。

（3）过程④表明，由R型细菌转化成的S型细菌的后代也是有毒性的S型细菌。

（4）上述实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，但不能得出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）不能

教材课后练习与应用

教材P47

一、概念检测

1．D　2.A

二、拓展应用

1．提示：

噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌细胞内的是DNA，而蛋白质外壳却留在大肠杆菌的外面。

因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌中的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。

2．提示：

肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：

能够准确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有储存遗传信息的能力，结构比较稳定等。