学年高中生物苏教版必修二学案文档第四章 第一节 第一课时 探索遗传物质的过程.docx

1、学年高中生物苏教版必修二学案文档第四章 第一节 第一课时 探索遗传物质的过程第一节探索遗传物质的过程第一课时DNA是主要的遗传物质()【目标导航】1.结合教材图文，阐明肺炎双球菌的体内转化实验的过程及结论。2.结合所给材料，阐明肺炎双球菌的体外转化实验的过程及结论。3.结合教材图文和相关材料，阐明噬菌体侵染细菌的实验，进一步加强对同位素标记技术的理解。一、肺炎双球菌的转化实验1肺炎双球菌的特点类型特点菌落荚膜毒性致病性S型光滑有有使人患肺炎或使小鼠患败血病R型粗糙无无无2.肺炎双球菌转化实验(1)格里菲思实验(体内转化)(2)艾弗里实验(体外转化)的发现使R型活菌转化为S型细菌并不需要完整细胞

2、。构成S型活菌的DNA、蛋白质和多糖等物质中，是DNA使球菌的致病性发生了转化。实验结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即 DNA是遗传物质。二、噬菌体侵染细菌的实验1实验材料(1)T2噬菌体结构(如图1)：头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。特点：营寄生生活，在宿主细胞外没有(有、没有)独立代谢能力。生活史(如图2)：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出子代的噬菌体。(2)大肠杆菌：单细胞原核生物。2实验方法放射性同位素标记法，用35S标记一部

3、分噬菌体的蛋白质，用32P标记另一部分噬菌体的DNA。3实验过程(1)标记大肠杆菌(2)标记T2噬菌体(3)噬菌体侵染大肠杆菌项目含35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌搅拌、离心后上清液放射性高放射性低沉淀物放射性低放射性高细菌裂解后放出的T2噬菌体检测不到35S标记的蛋白质检测到32P标记的DNA4.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实验结论DNA才是真正的遗传物质。判断正误(1)S型肺炎双球菌有荚膜，有毒；R型肺炎双球菌无荚膜，无毒。()(2)加热杀死的S

4、型细菌和R型活菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取到S型细菌。()(3)格里菲思认为加热杀死的S型细菌的DNA是遗传物质。()(4)艾弗里证明遗传物质是DNA而不是蛋白质。()(5)使R型双球菌转化为S型双球菌必须用S型双球菌的完整细胞。()(6)构成S型活双球菌的DNA、蛋白质、多糖等物质中，是DNA使球菌的致病性发生了转化。()(7)1952年，赫尔希和蔡斯用35S和32P同时标记T2噬菌体，证明T2噬菌体的遗传物质是DNA。()(8)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。()(9)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

5、自自身携带的物质。()(10)用含32P的普通培养基培养T2噬菌体，可标记噬菌体的DNA。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6) (7)(8)(9)(10)一、肺炎双球菌的转化实验1肺炎双球菌体内与体外转化实验的比较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S型细菌各成分的作用进行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定发生了转化将物质

6、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(1)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。(2)R型细菌转化成S型细菌的实质是S型细菌DNA与R型细菌DNA实现重组，表现出S型细菌的性状。(3)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。根据格里菲思的实验，使R型细菌转化成S型细菌的“遗传物质”可能是什么？为此艾弗里设计了怎样的实验？答案“遗传物质”可能是蛋白质、

7、DNA或荚膜多糖，为此艾弗里将S型细菌的这些物质分别提取出来加入到R型细菌的培养基中，观察长出的活菌的种类，以判断哪种物质才是真正的遗传物质。 1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R蛋白质R型R荚膜多糖R型RDNAR型、S型RDNA(经DNA酶处理)R型A不能证明S型菌的蛋白质不是遗传物质B说明S型菌的荚膜多糖有酶活性C和说明S型菌的DNA是遗传物质D说明DNA是主要的遗传物质【问题导析】(1) 组和组的实验结果均为只长出R型细菌，所以二者分别说明蛋白质不是遗传物质和荚膜多糖不是遗传物质；(2) 组实验说明R

8、型细菌S型细菌；(3) 组实验说明DNA的水解产物不能使R型细菌转化为S型细菌，从反面说明了只有DNA才能使R型细菌发生转化。 答案C【一题多变】判断正误(1)格里菲思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S菌的DNAR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。()答案(1)(2)(3)二、噬菌体侵染细菌的实验1实验思路及方法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DNA和蛋白质，直接地单独地观察它们各自的作用。2侵染特点及过程(1)进入细菌体

9、内的是噬菌体的DNA，噬菌体蛋白质外壳留在外面不起作用。(2)噬菌体侵染细菌要经过吸附注入核酸合成组装释放五个过程。3结果及分析分 组结 果结果分析对比实验(相互对照)含32P噬菌体细菌上清液中几乎无32P,32P主要分布在宿主细胞内32PDNA进入了宿主细胞内含35S噬菌体细菌宿主细胞内无35S，35S主要分布在上清液中35S蛋白质外壳未进入宿主细胞留在外面由上表分析可知：噬菌体的DNA是其亲代与子代之间联系的“桥梁”，即“DNA是遗传物质”(结论)。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？答案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

10、基培养噬菌体。2能否用14C和18O标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？答案不能， 因为DNA和蛋白质都含C和O。不能用32P和35S同时标记噬菌体。2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)。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

11、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【问题导析】(1) 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；(2) 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，二者为相互对照类型；(3) 大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；(4) 若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间较长，细菌裂解导致的，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。答案B【一题多变】判断正误(1) 本实验所使用的被标记的噬菌体是接种在含有32P的培养基中获得的。()(2) 本实验选用噬菌

12、体作为实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA。()(3) 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。()(4) 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而不是蛋白质。()答案(1)(2)(3)(4) 11928年，格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验，成功的表明了()A已加热杀死的S型细菌中，DNA已经失去活性而蛋白质仍具有活性BDNA是遗传物质C已加热杀死的S型细菌中，含有促使R型细菌发生转化的活性物质DDNA是主要的遗传物质答案C解析格里菲思并没有提出遗传物质的本质。2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

13、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()A3和4 B1、3和4 C2、3和4 D1、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。3有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如图：一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是()选项放射性S元素P元素A全部无全部32P全

14、部31PB全部有全部35S多数32P，少数31PC少数有全部32S少数32P，多数31PD全部有全部35S少数32P，多数31P答案D4如图是赫尔希和蔡斯研究遗传物质实验中的物质示意图及实验过程图，请回答下列问题。(1)图3中用35S标记噬菌体蛋白质外壳，标记元素所在部位是图2中的_。如果用32P标记噬菌体的DNA，标记元素所在部位是图1中的_。(2)赫尔希和蔡斯选用噬菌体作为实验材料，其原因之一是_。(3)实验中采用搅拌和离心等手段，其目的是_。(4)仅有图3的实验过程，_(能或不能)说明蛋白质不是遗传物质，原因是_。答案(1)(2)噬菌体只有蛋白质和DNA组成(3)让噬菌体的蛋白质外壳与细

15、菌分离(4)不能蛋白质外壳没有进入细菌体内 【基础巩固】1肺炎双球菌转化实验中，发现无毒R型和被加热杀死的有毒S型细菌混合后，在小鼠体内找到了下列哪些类型的细菌()有毒R型无毒R型有毒S型无毒S型A B C D答案C 2加热杀死的S型细菌能促成R型细菌发生转化。这个事实能证明()AS型细菌的蛋白质和DNA的结构都很稳定BS型细菌的蛋白质的结构特别稳定CS型细菌的DNA结构比蛋白质的结构稳定D任何条件都不能破坏S型细菌DNA的结构答案C解析加热杀死的S型细菌仍能促成R型细菌发生转化，说明S型细菌的蛋白质虽然失去了活性，但DNA仍具有生物活性，说明S型细菌的DNA结构比蛋白质的结构稳定。3格里菲思

16、用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，关于此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DNAB说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌C说明了R型活细菌是无毒性的D说明了加热杀死的S型细菌是无毒的答案A解析格里菲思实验只证明了S型细菌能使R型细菌发生转化，并没有证明DNA是遗传物质。4噬菌体内的S用35S标记，P用32P标记，细菌内蛋白质含32S，DNA含31P，用该噬菌体去侵染细菌后，产生了许多子代噬菌体，那么在子代噬菌体中S和P的分布规律是()A外壳中有35S和32S，核心内只含有32PB外壳中只有32S，核心内只含有32PC外壳中有35S和32S，核心内含有32P

17、和31PD外壳中只有32S，核心内都含有31P答案D解析在噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在细菌细胞外面，只有DNA分子进入细菌细胞内，以噬菌体的DNA分子为模板复制出新的DNA分子和控制形成新的蛋白质外壳。在复制的子代DNA分子中，由于原料由细菌提供，因此子代DNA中含有31P；而合成蛋白质外壳所用的原料均由细菌提供，因此都不会含有35S。5在“噬菌体侵染细菌的实验”中，如果对35S标记的噬菌体一组(甲组)不进行搅拌、32P标记的噬菌体一组(乙组)保温时间过长，其结果是()A甲组沉淀物中也会出现较强放射性，乙组上清液中也会出现较强放射性B甲组上清液中也会出现较强放射性，乙组上清液中也会出现较强

18、放射性C甲组沉淀物中也会出现较强放射性，乙组沉淀物中也会出现较强放射性D甲组上清液中也会出现较强放射性，乙组沉淀物中也会出现较强放射性答案A解析两组实验的正常现象是甲组的放射性主要出现在上清液中，乙组的放射性主要出现在沉淀物中。如果没有对甲组进行搅拌，则吸附在细菌表面的噬菌体外壳和细菌一起经离心进入沉淀物，导致沉淀物中放射性较强。如果对乙组保温时间过长，则感染了噬菌体的细菌会裂解，释放出其中的子代噬菌体，经搅拌、离心后会导致上清液中放射性较强。6艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是()A重组DNA片段，研究其

19、表型效应B诱发DNA突变，研究其表型效应C设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应D应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递答案C解析肺炎双球菌转化实验没有用到同位素标记法，两实验都没有突变和重组。故A、B、D错误。【巩固提升】7证明DNA是遗传物质的第一个实验证据是肺炎双球菌的转化实验，肺炎双球菌有两种类型，无荚膜(R型)细菌不能使小鼠发病；有荚膜(S型)细菌使小鼠得败血症而死亡。下列哪一项叙述不能证明DNA是遗传物质()A用S型活细菌给小鼠注射，小鼠死亡；用R型活细菌给小鼠注射，小鼠不死亡B用S型细菌的DNA与R型活细菌混合注射，小鼠死亡C加热杀死S型细菌并与R型活细菌混合注射

20、到小鼠体内，小鼠死亡D用DNA酶处理S型细菌的DNA后与R型细菌混合注射到小鼠体内，小鼠不死亡答案A解析从实验的严密性分析得不到选项A的答案。8“肺炎双球菌的转化实验”证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。得出这一结论的关键是()A用S型活菌和加热杀死后的S型菌分别对小白鼠进行注射，并形成对照B用杀死的S型菌与无毒的R型菌混合后注射到小鼠体内，测定小鼠体液中抗体的含量C从死亡小鼠体内分离获得了S型菌D将S型菌的各种因子分离并分别加入各培养基中，培养R型菌，观察是否发生转化答案D解析当把S型菌的各种因子分离并分别与R型菌混合培养后，发现只有加入DNA的培养基中R型菌发生转化，出现S型菌，

21、而加入其他因子的培养基中R型菌(如加入蛋白质)不发生转化，即不出现S型菌。9某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌实验，进行了如下实验：用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌。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、上清液、沉淀和上清液B，沉淀、沉淀、沉淀和上清液C沉淀、上清液、沉淀D上清液、上清液、沉淀和上清液答案B解析放射性主要集中在部分子代噬菌体的核酸中；放射性主要集中在子代噬菌体蛋白质外壳中；放射性主要集中在部分子代噬菌体的核酸和留在细菌外的蛋白质外壳中。10某同学分离纯化了甲、乙两

22、种噬菌体的蛋白质和DNA，重新组合为“杂合”噬菌体，然后分别感染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出预测，见下表。其中预测正确的是()“杂合”噬菌体的组成实验预期结果预期结果序号子代表现型甲的DNA乙的蛋白质1与甲种一致2与乙种一致乙的DNA甲的蛋白质3与甲种一致4与乙种一致A.1、3 B1、4 C2、3 D2、4答案B解析由题可知，两种噬菌体均为DNA病毒，即DNA决定了病毒的遗传性状，甲的DNA乙的蛋白质组成“杂合”噬菌体，“杂合”噬菌体的子代表现型与甲种一致；乙的DNA甲的蛋白质组成“杂合”噬菌体，“杂合”噬菌体的子代表现型与乙种一致。11为验证“遗传物质是DNA，而不是蛋白质”，一位同

23、学设计了如下实验步骤：第一步：S型细菌中提取DNA；第二步：用提取的DNA培养R型细菌。预测结果：R型细菌转化为S型细菌。实验结论：遗传物质是DNA，而不是蛋白质。有关专家认为，上述实验步骤的设计欠严谨，不能达到实验目的，请回答：(1)上述实验步骤设计的不严谨之处是：_。_。_。(2)为达到该实验目的，你对上述实验步骤的补充是：_。结果预测：R型细菌并没有转化为S型细菌。_。结果预测：R型细菌没有转化为S型细菌。_。结果预测：发现有荚膜的性状代代相传。答案(1)该实验没有证明蛋白质不是遗传物质没有设置对照(即没有排除R型细菌自身转化成S型细菌)没有证明DNA引起的转化是可遗传的(2)从S型细菌

24、中提取蛋白质，用提取的蛋白质培养R型细菌单独培养R型细菌，观察其变化让转化成的S型细菌继续繁殖，观察子代性状解析验证性实验是先有结论，然后设计实验验证结论。实验前已知实验原理，对实验现象有一定的认识，实验设计应体现出严密性和科学性，并遵循一定的原则。该实验的自变量是S型细菌分离出的DNA、蛋白质分别直接作用于R型细菌，因变量是是否产生有荚膜的S型细菌，故应设计相互对照；为排除R型细菌自身转化成S型细菌，应设计空白对照；为增加实验的说服力，应对转化成的S型细菌进行培养，观察其后代的性状，说明DNA是遗传物质。121952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

25、，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”。这句话指出了噬菌体作实验材料具有_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，用搅拌机搅拌，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1 min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

26、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)将噬菌体和细菌振脱较低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解析本题主要考查噬菌体侵染大肠杆菌的实验。(1)噬菌体作为实验材料，是因为其结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)。(2)噬菌体是病毒，离开活体细胞不能繁殖，所以要标记噬菌体，首先应用分别含32P和35

27、S的培养基培养大肠杆菌，再让噬菌体侵染标记后的大肠杆菌，即可达到标记噬菌体的目的，进而追踪在侵染过程中蛋白质和DNA的位置变化。(3)噬菌体侵染大肠杆菌的时间要适宜，时间过长，子代噬菌体从大肠杆菌体内释放出来，会使细胞外32P含量增高。图中被侵染细菌的存活率始终保持在100%，说明细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来。细胞外的35S含量只有80%，原因是在搅拌时侵染细菌的噬菌体外壳没有全部分离；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。该实验证明DNA是噬菌体的遗传物质。【走进高考】13(2013海南卷，13)关于T2噬菌体的叙述，正确的是()AT2噬菌体的核酸和蛋白

28、质中含硫元素BT2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中CRNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质DT2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖答案D解析核酸中不含S元素，故A错误。T2噬菌体不能寄生在酵母菌细胞中，故B错误。任何生物的遗传物质只能是DNA或RNA其中的一种，T2噬菌体的遗传物质是DNA，故C错误。T2噬菌体作为病毒，只能利用宿主细胞的物质进行增殖，D正确。14(2012上海，11)赫尔希(A.Hershey)和蔡斯(M.Chase)于1952年所做的噬菌体侵染细菌的著名实验进一步证实了DNA是遗传物质。这项实验获得成功的原因之一是噬菌体()A侵染大肠杆菌后会裂解宿主细胞B只将其DNA注入大肠杆菌细胞中CDNA可用15N放射性同位素标记D