热点07 探究DNA是主要遗传物质的经典实验备战.docx
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热点07探究DNA是主要遗传物质的经典实验备战
热点07探究DNA是主要遗传物质的经典实验
有关DNA是主要的遗传物质的考点：
证明DNA是遗传物质的实验（包括肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验），及实验的研究方法、操作步骤和结果分析等。
近年高考对此部分的考查力度加大，如2017年课标全国卷I第29题以非选择题形式将探究病毒的遗传物质与噬菌体侵染细菌实验的方法完美结合，2017年课标全国卷Ⅱ第2题围绕T2噬菌体进行了多角度考查。
因此，备考过程中，考生除了要对经典实验的研究方法、操作步骤和结果进行分析外，还要加强对实验分析和设计能力的培养。
考向1经典实验的重要贡献
关于遗传物质的探索，涉及众多的科学家，这些科学家及其所做实验的重要贡献都应掌握。
科学家
实验名称
重要贡献
遗传物质的探索进程
格里菲思
肺炎双球菌的转化实验（小鼠体内）
提出“转化因子”存在于加热杀死的S型细菌中
DNA是遗传物质
艾弗里及其同事
肺炎双球菌的转化实验（体外培养）
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
赫尔希和蔡斯
噬菌体侵染细菌的实验
DNA是真正的遗传物质
其他科学家
众多实验
DNA是大多数生物的遗
传物质，少数病毒的遗传物质是RNA（如烟草花叶病毒）
DNA是主要的遗传物质，因为绝大多数生物的遗传物质是
DNA，少数病毒的遗
传物质是RNA
特别提醒：
对某一生物遗传物质的研究，只能得出被研究生物的遗传物质是DNA或RNA的结论。
“DNA是主要的遗传物质”的结论源于多次实验，在这些实验中绝大多数生物的遗传物质是DNA。
所以通过任何一个经典实验，都不能单独证明“DNA是主要的遗传物质”。
1．艾弗里将S型细菌的DNA加入到培养了R型肺炎双球菌的培养基中，得到了S型肺炎双球菌，有关叙述中正确的是
A．R型细菌转化成S型细菌，说明这种变异是定向的
B．R型细菌转化为S型细菌属于基因重组
C．该实验不能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA
D．将S型细菌的DNA注射到小鼠体内也能产生S型细菌
【答案】B
2．1952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在侵染细菌过程中的功能，搅拌离心后的实验数据如图所示，下列说法不正确的是
A．图中被侵染细菌的存活率基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明细菌未裂解
B．通过用含有放射性同位素35S和32P的培养基分别培养噬菌体，再用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中蛋白质和DNA的变化
C．细胞外的32P含量有30%，原因是有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌，或者是侵染时间过长导致部分子代噬菌体从细菌中释放出来
D．本实验证明噬菌体传递和复制遗传特性的过程中DNA起着重要作用
【答案】B
【解析】实验设置要遵循对照原则和单一变量原则。
为了防止细菌裂解释放噬菌体干扰实验结果，因此设置被侵染的细菌的实验数据作为对照，A正确。
噬菌体是病毒，不能在普通培养基上培养，而是先培养大肠杆菌，再用噬菌体侵染大肠杆菌，而且噬菌体蛋白质外壳没有
进入细菌，B错误。
细胞外含有少量32P，原因是有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌，或者是侵染时间过长导致部分子代噬菌体从细菌中释放出来，C正确。
本实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，D正确。
考向2经典实验的操作和思路
艾弗里的肺炎双球菌的转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验虽然实验方法不同，但是实验的设计思路却有共同之处。
如表所示内容是关于两个实验关键环节的对比总结，也是高考命题要点所在。
经典实验
设计思路
关键技术
关键操作
不同点
共同点
艾弗里的肺炎双球菌的体外转化实验
设法将S型细菌
的DNA、蛋白质
等物质分离开来，
以观察各自在遗传中的作用
把DNA与蛋白质区分开
，分
别观察DNA和蛋白质的作用
物质分离技术、物质提纯技术、微生物培养技术
将S型细菌中的DNA等物质分离并提纯；将DNA等物
质分别加入其他条件相同的培养R型细菌的培养基内
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
设法对噬菌体的DNA与蛋白质进行标记，以分别观察二者在遗传中的作用
放射性同位素示踪法
首先用无放射性同位素标记
的T2噬菌体与分别被35S和32P标记的细菌共同培养一段
时间，可分别获得用35S和32P标记的T2噬菌体；
标记过的噬菌体与未标记过的细菌混合培养时间、搅拌
力度等要恰到好处（保证亲代噬菌体已经将遗传物质注入细菌，且细菌没有因为子代噬菌体的大量繁殖而裂解）
探究遗传物质的本质的思路和方法总结如下。
（1）探究思路
①探究哪种物质是遗传物质——设法将各种物质分开，单独观察每一种物质的作用。
②探究某病毒的遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性，破坏其一，之后再观察它们在遗传中的作用。
如干叶病毒可导致菠菜得干叶病，若干叶病毒的核酸为DNA，则用DNA水解酶处理干叶病毒核酸，DNA被水解，实验组（用DNA水解酶处理）不会导致菠菜患干叶病，而对照组（没有
用DNA水解酶处理）可导致菠菜患干叶病。
（2）探究方法
①分离提纯法：
肺炎双球菌的体外转化实验的缺点是物质纯度不能保证为100%。
②同位素标记法：
噬菌体侵染细菌实验中分别标记噬菌体蛋白质和DNA的特有元素，将蛋白质和DNA区分开，单独、直接地观察它们各自的作用。
③病毒重组法：
烟草花叶病毒的遗传物质验证实验中，将烟草花叶病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质外壳重新组合，得到杂种病毒。
④酶解法：
利用酶的专一性，如加入DNA水解酶，将DNA水解，观察相关性状是否还能表达。
3．格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验，下列关于此实验的分析，错误的是
第一组
第二组
第三组
第四组
实验
处理
注射R型活细菌
注射S型活细菌
注射加热后杀死的S型细菌
注射R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合液
实验
结果
小鼠不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
A．对实验结果的分析，四组实验必须相互对照
B．实验说明活的R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化
C．该实验结论为“DNA是使R型细菌转化为S型细菌的转化因子”
D.获得该实验结论的关键步骤是第四组小鼠死亡并分离出S型活细菌
【答案】C
【解析】肺炎双球菌中，S型细菌有毒性，能使小鼠死亡，而R型细菌没有毒性，不能使小鼠死亡。
对实验结果进行分析时，四组实验必须相互对照，如将第一组和第四组进行对照，说明R型细菌不能自动转化成S型细菌，A正确；本实验说明S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化成S型细菌，B正确；该实验不能说明DNA是转化因子，C错误；获得该实验结论的关键步骤是第4组小鼠死亡，且能从死亡小鼠中分离出S型活细菌，通过与其他三组对照，说明加热杀死的S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化成S型细菌，D正确。
4．人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列叙述错误的是
A．孟德尔发现遗传因子但并未证实其化学本质
B．噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力
C．沃森和克里克首先利用显微镜观察到DNA双螺旋结构
D．烟草花叶病毒感染烟草实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
【答案】C
考向3经典实验的误差分析
噬菌体侵染细菌的实验中误差出现的原因
（1）用被35S标记的感菌体侵染细菌，理论上沉淀物中不含放射性，但实际上会有少量放射性的原因是什么？
可能是搅拌不充分、离心时间过短、转速过低等，有少量含35S的蛋白质外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物
中，使沉淀物中出现了少量的放射性。
（2）用被32P标记的噬菌体侵染细菌，上清液中含有少量放射性的原因是什么？
①保温时间过短，有一部分噬菌体未侵入细菌体内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现了少量的放射性。
②保温时间过长，噬菌体在细菌体内增殖后释放出的子代噬菌体经离心后分布于上清液中，也会使上清液出现放射性。
5．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液的放射性占10%，沉淀物的放射性占90%。
上清液带有放射性的原因可能
A．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌
B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离
C．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体
D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中
【答案】C
【解析】噬菌体侵染大肠杆菌时，经过搅拌、离心，上清液是质量较轻的噬菌体外壳，沉淀物是被侵染的大肠杆菌，A项错误；搅拌不充分，噬菌体与细菌未分离，放射性应出现在沉淀物中，B项错误；32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染大肠杆菌时注入自身的DNA，子代噬菌体的DNA会含32P，上清液带有放射性的原因可能是噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体，C项正确，D项错误。
6．用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，经过一段时间的保温后，搅拌、离心后发现放射性主要分布在上清液中，沉淀物的放射性很低，对于沉淀物中还含有少量的放射性的正确解释是
A．T2噬菌体的DNA分子上含有少量的35S
B．少量含有放射性35S的蛋白质进入大肠肝菌内
C．离心速度太快，较重的T2噬菌体有部分留在沉淀物中
D．经搅拌与离心后还是有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上
【答案】D
1．如果用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构成分中，能够找到的放射性元素为
A．可在外壳中找到15N和35S
B．可在DNA中找到15N和32P
C．可在外壳中找到15N
D．可在DNA中找到15N、32P和35
S
【答案】B
【解析】根据噬菌体的组成，其蛋白质含S而极少含P，其DNA含P而不含S，两者均含N；但噬菌体在侵染时其蛋白质留在细菌外面不起作用，而DNA进入细菌体内进行复制，复制时是利用细菌细胞中的物质为原料进行的，故在子代噬菌体的DNA中会找到15N、32P。
2．下列关于探索DNA是遗传物质实验的叙述，正确的是
A．格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果
B．格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质
C．赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的
D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质
【答案】D
3．肺炎双球菌转化实验中，将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后，注射到小鼠体内，在小鼠体内S型活细菌和R型活细菌含量变化情况如图所示。
下列有关格里菲思
肺炎双球菌转化实验的叙述中，不正确的是
A．若将活的R型细菌单独注入到小鼠体内，菌体将不能存活
B．加热杀死的S型细菌在R型活细菌的转化下被激活并在小鼠体内繁殖
C．曲线bc段上升，与S型细菌在小鼠体内增殖导致小鼠免疫力降低有关
D．加热杀死的R型细菌不能使S型细菌转化为R型细菌
【答案】B
【解析】在小鼠正常免疫系统的作用下，活的R型细菌不能存活，A正确；加热杀死的S型细菌将部分R型细菌转化为S型细菌，而不是加热杀死的S型细菌在R型活细菌的转化下被激活，B错误；由于S型细菌摧毁了小鼠的免疫系统，导致bc段上升，C正确；加热杀死的R型细菌不能使S型细菌转化为R型细菌，D正确。
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“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）。
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、细菌的叙述中，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，都是实验组
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
5．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4个步骤：
①培养噬菌体
②35S和32P标记噬菌体
③放射性检测
④离心分离
实验步
骤的先后顺序为
A．①②④③
B．④②①③
C．②①④③
D．②①③④
【答案】C
【解析】T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质先要用35S和32P标记噬菌体，然后培养噬菌体，再离心分离，最后检测放射性。
C正确。
6．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。
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】实验过程中，①组加入的蛋白质和②组加入的荚膜多糖不能促进R型细菌的转化，说明二者不是转化因子，A选项错误；③组加入的DNA能促进R型细菌的转化，④组加入的经DNA酶处理的DNA
不能促进R型细菌转化，说明DNA是转化因子，C选项正确；
B、D选项均不能得到证明。
7．图甲是肺炎双球菌的体内转化实验，图乙是噬菌体侵染细菌的实验。
关于这两个实验的分析正确的是
A．图甲中将R型活菌和S型死菌的混合物注射到小鼠体内，R型细菌向S型细菌发生了转化，转化的原理是基因重组
B．图乙中搅拌的目的是提供给大肠杆菌更多的氧气，离心的目的是促进大肠杆菌和噬菌体分离
C．用32P、35S标记的噬菌体，分别侵染未标记的细菌，离心后放射性分别主要在上清液、沉淀物中
D．若用无放射性标记的噬菌体，侵染体内含35S标记的细菌，离心后放射性主要分布在上清液中
【答案】A
8．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
【答案】D
【解析】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（其中含有噬菌体的DNA）。
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；用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌，放射性主要体现在DNA即沉淀物中；用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌，放射性在沉淀物中；用15N标记的噬菌体中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。
9．关于“肺炎双球菌的体外转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”，下列说法中错误的是
A．设计思路相同，都是设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自的遗传功能，但分离方法不同
B．都能证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
C．格里菲思对S型细菌进行加热处理，使蛋白质变性，而DNA仍然保持生物活性，仍具有遗传效应
D．用32P标记噬菌体的DNA，让其侵染大肠杆菌后搅拌并离心，由于部分噬菌体未侵入大肠杆菌，或者培养时间过长，故上清液中的放射性很高
【答案】B
10．下面是兴趣小组为探究某种流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA设计的实验步骤，请将其补充完整。
（1）实验目的：
略。
（2）材料用具：
显微注射器，该流感病毒的核酸提取液，猪胚胎干细胞，D
NA水解酶和RNA水解酶等。
（3）实验步骤：
第一步：
把该流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组，
____________________________________________________________________________________。
第二步：
取等量的猪胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取物注射到三组猪胚胎干细胞中。
第三步：
将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品，检测是否有该流感病毒产生。
（4）请预测结果及结论：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③若A、B、C三组均出现该流感病毒，则该流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
【答案】（3）分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液，C组不做处理
（4）①若A、C两组出现该流感病毒，B组没有出现，则该流感病毒的遗传物质是RNA ②若B、C两组出现该流感病毒，A组没有出现，则该流感病毒的遗传物质是DNA
11．艾弗里等人通过肺炎双球菌体外转化实验，证明了转化因子是DNA。
请回答下列问题：
（1）艾弗里实验最为关键的设计思路是：
。
（2）写出艾弗里实验采用的主要技术手段：
。
（3）请利用DNA酶作试剂，选择适当的材料用具，设计实验方案，验证“促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA”，并预测实验结果，得出实验结论。
材料用具：
R型菌、S型菌、DNA酶、蒸馏水、制备培养基所需的原料。
①实验设计方案：
第一步：
从S型细菌中提取DNA；
第二步：
制备符合要求的培养基，将其均分为三组，标记A、B、C。
请将处理方法填写在表格中的横线上；
编号
A
B
C
处理方法
不加任何提取物
第三步：
将R型细菌分别接种到三组培养基上；
第四步：
将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况。
②预测实验结果：
。
③得出结论：
促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA。
【答案】
（1）设法把DNA与蛋白质等物质分开进行实验
细菌的培养技术、物质的分离提取技术
（2）①B组：
加入提取的S型细菌DNA
C组：
加入提取的S型细菌DNA和DNA酶
②A、C两组培养装置中未出现S型菌落，B组培养装置中出现S型菌落
12．如图为用含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌（T2噬菌体专性寄生在大肠杆菌细胞内，大肠杆菌培养液中不含32P）的实验，据图回答问题：
（1）图中的A表示噬菌体侵染大肠杆菌的过程，此过程中进入大肠杆菌细胞内的物质
是。
（2）当用噬菌体侵染大肠杆菌后，如果培养时间过长
，发现在搅拌后的上清液中有放射性，最可能的原
因是___________________________________________________________；若培养时间过短，
则上清液中放射性强度会，最可能的原因是
_____________________________________________________________。
（3）请你设计一个给T2噬菌体标记上32P的实验；
①配制适宜大肠杆菌生长的培养液，在其中加入含______的脱氧核苷酸，作为
合成的原料。
②在上述培养液中先培养，培养一段时间后，再用噬菌体侵染，继续进行培养。
③一定时间后，在培养液中就可以提取出所需要的。
【答案】
（1）噬菌体DNA
（2）复制增殖后的子代噬菌体从大肠杆菌体内释放出来变大
含有放射性32P标记的亲代噬菌体还没有侵染大肠杆菌而被搅拌离心到上清液中
（3）①32PDNA或大肠杆菌DNA②大肠杆菌③32P标记的T2噬菌体
13．1952年，赫尔希和蔡斯完成了著名的T2噬菌体侵染细菌的实验，该实验包括4个步骤：
①噬菌体侵染细菌
②35S和32P分别标记T2噬菌体
③放射性检测
④搅拌离心
（1）该实验步骤的正确顺序是（）
A．①②④③
B．④②①③C．②①④③D．②①③④
（2）该实验分别用32P和35S标记T2噬菌体的DNA和蛋白质，在下图中标记元素所在部位依次是
（填序号）。
该实验得出的结论是。
（3）若测定放射性同位素主要分布在图中离心管的上清液中，则获得该实验中的噬菌体的培养
方法是（）
A．用含35S的培养基直接培养噬菌体
B．用含32P培养基直接培养噬菌体
C．用含35S的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体
D．用含32P的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体
（4）图乙中锥形瓶内的营养成分是用来培养。
若用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，则适宜时间离心后试管中的放射性主要存在于中；若用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌，则适宜时间离心后，试管中的放射性主要存在于中。
【答案】
（1）C
（2）①④DNA是遗传物质
（3）C
（4）大肠杆菌沉淀物上清液和沉淀物
【解析】
（1）赫尔希和蔡斯完成的T2噬菌体侵染细菌的实验，其实验步骤的顺序是：
②35S和32P分别标记T2噬菌体→①噬菌体侵染细菌→④搅拌离心→③放射性检测，所以C正确，ABD错误。
（2）图中①是磷酸基团，②是脱氧核糖，③是含氮碱基，①②③组成一分子脱氧核苷酸；④是氨基酸的R基，⑤是肽键；分别用32P和35S标记T2噬菌体的DNA和蛋白质，则图中标记元素所在部位依次是①④；该实验得出的结论是噬菌体的DNA是遗传物质。
（3）同位素标记时，给细菌进行同位素标记可用直接标记法，即在培养基中添加含特定同位素的原料培养细菌；给噬菌体进行同位素标记需用间接标记法，即先在培养基中添加含特定同位素的原料培养细菌，使细菌带上同位素标记，再用噬菌体侵染细菌，可将噬菌体标记特定的同位素。
用含35S的噬菌体侵染大肠杆菌，经搅拌离心后，可检测到上清液中放射性很高，沉淀物中放射性很低；用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌，经搅拌离心后，可检测到上清液中放射性很低，沉淀物中放射性很高；结合图乙分析可知，获得该实验中的噬菌体的培养方法是C，ABD错误。
（4）图乙中锥形瓶内的营养成分是用来培养大肠杆菌。
若用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，则适宜时间离心后试管中的放射性主要存在于沉淀物中；若用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌，则
适宜时间离心后，试管中的放射性主要存在于上清液和沉淀物。
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