高中生物第三章第13课时DNA是主要的遗传物质课时作业新人教版必修2.docx

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高中生物第三章第13课时DNA是主要的遗传物质课时作业新人教版必修2

DNA是主要的遗传物质（Ⅰ）

[目标导读]　1.阅读教材P42“对遗传物质的早期推测”，了解人类关于遗传物质的探究历程。

2.阅读教材P43“肺炎双球菌转化实验”中的相关内容，掌握R、S型细菌的特点。

3.分析教材图3—2，掌握肺炎双球菌体内转化实验的过程及结论。

4.结合教材图3—3，分析肺炎双球菌体外转化实验的设计思路、过程及实验结论。

[重难点击]　1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程。

2.艾弗里肺炎双球菌转化实验的设计思路及结论。

1．蛋白质是生命活动的主要承担者，蛋白质具有多样性的直接原因有：

构成蛋白质的氨基酸的数目、种类和排列顺序不同；多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。

2．染色体是由蛋白质和DNA组成的，在真核生物的遗传中起关键作用。

3．核酸是生物体内的一种大分子化合物，其单体是核苷酸。

一个核苷酸是由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。

根据五碳糖的不同，可以将核苷酸分为脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。

4．肺炎双球菌：

肺炎双球菌（如图）是一种可以引起人类肺炎和小鼠败血症的病原微生物。

已知的肺炎双球菌包括很多不同类型的菌株，但只有光滑型（S型）菌株能引起疾病。

S型菌株的细胞外表面有一层胶状的多糖类物质——荚膜，

它们通常不能被宿主的正常防御机制所破坏，因而导致宿主感染。

粗糙型（R型）菌株的细胞没有荚膜包被，对宿主无毒性。

光滑型菌株在培养基上形成明亮的光滑菌落，因而得名；粗糙型菌株无荚膜，菌落表面无光泽，显得粗糙。

课堂导入

从图中我们可以看出，亲属之间在某些方面上具有一定的相似性，这就是我们平常所说的遗传。

其实，早在公元前3世纪，《吕氏春秋》中就记载着“夫种麦而得麦，种稷而得稷，人不怪也。

”也就是我们常说的“种瓜得瓜，种豆得豆。

”正是生物的遗传特性，才使生物界的物种能够保持相对稳定。

那么生物之间的这种相似性是由什么物质起作用，而在亲子代之间连续传递的呢？

本节我们就一起学习生物的遗传物质。

探究点一　对遗传物质的早期推测

人们发现生物的遗传与染色体密切相关，染色体是由DNA和蛋白质组成的，究竟哪种成分最可能是遗传物质呢？

请结合下列内容分析：

1．20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，这是因为蛋白质中氨基酸的排列顺序多种多样，可能蕴含着遗传信息。

2．完成DNA和蛋白质的比较表：

项目

DNA

蛋白质

组成元素

C、H、O、N、P

C、H、O、N等

基本单位

四种脱氧核苷酸

20种氨基酸

细胞中的含量

含量较少

含量最多的有机物

结构稳定性

较稳定

易变性

是否有多样性

有

有

细胞分裂时能否自我复制

能

不能

3.遗传物质应具备的特点

（1）在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制，使得前后代具有一定的连续性。

（2）能够指导蛋白质合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程。

（3）具有多样性，能储存大量的遗传信息。

（4）结构稳定，在细胞中的含量相对稳定，保证物种的遗传稳定性。

结合前面遗传物质应具备的条件判断：

DNA更可能是遗传物质。

归纳提炼

1．对遗传物质的早期推测主导观点——蛋白质是生物体的遗传物质。

2．对DNA的认识：

生物大分子——由许多脱氧核苷酸组成；

基本组成单位——脱氧核苷酸（4种）；

推测：

脱氧核苷酸的排列顺序可能蕴含着遗传信息。

活学活用

1．人类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

问题导析　

（1）由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序多种多样，使蛋白质具有多样性，可以储存大量的遗传信息。

（2）蛋白质直接决定生物体的性状。

（3）DNA比蛋白质稳定性更高，而且能够自我复制。

答案　C

解析　蛋白质不具备热稳定性，也不能复制，故选C项。

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，可作为遗传物质的理由。

探究点二　肺炎双球菌的转化实验

为了证明DNA和蛋白质在遗传中的作用，格里菲思和艾弗里以肺炎双球菌为实验对象，分别做了体内和体外转化实验，请分析实验过程，归纳实验结论。

1．肺炎双球菌的特点

名称

有无荚膜

菌体

菌落特点

有无毒性

S型细菌

有

光滑

有

R型细菌

无

粗糙

无

2.格里菲思的体内转化实验

（1）格里菲思的推论：

加热杀死的S型细菌体内含有某种“转化因子”，能将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。

（2）已知在80～100℃温度范围内，蛋白质将失去活性，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55℃左右时，DNA的结构会恢复，但蛋白质却不能恢复。

由此我们可以推断：

加热杀死的S型细菌中的“转化因子”可能是DNA，而不是蛋白质。

3．艾弗里的体外转化实验

（1）设计思路：

将提纯的S型细菌的DNA、蛋白质和荚膜多糖等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，单独研究它们各自的功能。

（2）实验过程及结果：

（3）甲、乙、丙三组实验对照说明：

DNA是转化因子，蛋白质等其他物质不是转化因子。

（4）丁组实验的目的是什么？

答案　证实DNA的分解产物不是转化因子，从反面证实了DNA是遗传物质。

归纳提炼

比较格里菲思和艾弗里的实验

体内转化实验

体外转化实验

实验者

格里菲思

艾弗里及同事

培养细菌

用小鼠（体内）

用培养基（体外）

实验原则

R型细菌与S型细菌的毒性对照

S型细菌各成分作用的相互对照

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”

DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质

两个实验的联系

（1）所用材料相同，都是肺炎双球菌：

R型和S型。

（2）体内转化实验是基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA。

（3）两实验都遵循对照原则、单一变量原则。

（4）转化的实质是由于S型细菌的DNA整合到了R型细菌的DNA中，实现了基因的重新组合

活学活用

2．某研究人员模拟肺炎双球菌的转化实验，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

（1）以上四个实验小鼠的存活情况依次是________、______、________、________。

（2）将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是下图中的哪个选项（　　）

问题导析　

（1）①中加入了DNA酶，S型菌的DNA被水解，加入R型活细菌后不能转化出S型活细菌，小鼠存活；②中直接加入了S型活细菌，小鼠死亡；③中没有（有、没有）活细菌，不会（会、不会）转化出S型活细菌；④与③相同，没有活细菌。

（2）一开始，小鼠的免疫系统会杀死大多数的R型细菌，有一部分R型细菌转化为S型细菌，随着S型细菌的出现，小鼠的免疫系统逐渐被破坏，R型细菌、S型细菌数量都增加。

答案　

（1）存活　死亡　存活　存活　

（2）B

解析　

（2）将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后，注射到小鼠体内，随着R型细菌转化成S型细菌，S型细菌的数量增加。

R型细菌在小鼠体内开始时大部分会被免疫系统消灭，随着S型细菌增多，小鼠免疫系统被破坏，R型细菌数量又开始增加。

1．艾弗里细菌转化实验中，为了弄明白什么是遗传物质，他设计了有关实验，下列选项所列的实验过程中，培养基中有光滑菌落产生的是（　　）

A．S型菌的蛋白质＋R型菌

B．S型菌的多糖＋R型菌

C．S型菌的DNA＋R型菌

D．S型菌的多糖＋S型菌的蛋白质＋R型菌

答案　C

解析　表面光滑的是S型菌落，表面粗糙的是R型菌落。

在A、B、D中所利用的蛋白质和多糖不是遗传物质，菌落中只有R型菌落，C项中加入了S型菌的DNA，所以可以使R型菌进行转化，出现S型菌落。

2．1944年，科学家从S型活细菌中提取出DNA、蛋白质和多糖等物质，将S型细菌的DNA加入到培养R型细菌的培养基中，结果发现其中的部分R型细菌转化成了S型细菌；而加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，R型细菌不能发生这种变化。

这一现象不能说明的是（　　）

A．S型细菌的性状是由其DNA决定的

B．在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到R型细菌细胞中

C．DNA是主要的遗传物质

D．DNA是遗传物质

答案　C

解析　题干所述实验能说明DNA是遗传物质。

DNA是主要的遗传物质的结论的得出是基于绝大多数生物是以DNA作为遗传物质。

3．S型肺炎双球菌具有多糖类的荚膜，R型则不具有。

下列叙述错误的是（　　）

A．培养R型活细菌时加入S型细菌的多糖类物质，能产生一些具有荚膜的细菌

B．培养R型活细菌时加入S型细菌的DNA的完全水解产物，不能产生具有荚膜的细菌

C．培养R型活细菌时加入S型细菌的DNA，能产生具有荚膜的细菌

D．培养R型活细菌时加入S型细菌的蛋白质，不能产生具有荚膜的细菌

答案　A

解析　S型细菌的DNA的完全水解产物、蛋白质、多糖等物质均不能使R型细菌转化为S型细菌。

只有DNA才是遗传物质，能够使R型活细菌发生转化。

4．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，依次分别加入从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出现S型活细菌的是（　　）

A．3和4B．1、3和4

C．2、3和4D．1

答案　D

解析　3、4两支试管内的R型细菌因为没有S型细菌的DNA，所以都不会发生转化。

2号试管虽然有DNA，但被DNA酶分解，所以也不会发生转化。

1号试管内有S型细菌的DNA，所以会使R型细菌转化成S型活细菌。

5．格里菲思肺炎双球菌的转化实验是科学家研究确定遗传物质的经典实验。

请回答下列问题。

（1）实验中涉及的S型细菌和R型细菌可以通过观察培养基上的菌落来区分，区分的依据是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）格里菲思根据实验得出的结论是__________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）该实验能否证明DNA是转化因子？

为什么？

_______________________________

________________________________________________________________________。

（4）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，两种细菌含量变化如图所示。

从免疫学角度解释：

曲线ab段下降的原因是_____________________________；

曲线bc段上升的原因是___________________________________________________。

答案　

（1）S型细菌形成的菌落表面光滑，R型细菌形成的菌落表面粗糙　

（2）加热杀死的S型细菌中必然含有某种“转化因子”，使R型细菌转化成S型细菌　（3）不能。

因为没有把DNA和其他成分分开，单独观察各自的作用　（4）R型细菌被小鼠的免疫系统所杀灭　有毒的S型细菌在小鼠体内增殖，导致小鼠的免疫力降低

解析　

（1）S型细菌和R型细菌的菌落不同，S型细菌有荚膜，菌落表面光滑；R型细菌无荚膜，菌落表面粗糙。

可通过观察菌落来区分。

（2）（3）联系课本实验作答。

（4）注意从免疫学角度解释，R型细菌含量后期上升是小鼠免疫力降低造成的。

基础过关

知识点一　对遗传物质的早期推测

1．作为遗传物质，DNA和蛋白质相比的优势不包括（　　）

A．分子量大

B．能精确地复制自己

C．结构稳定，一定条件下可变

D．对生物体的性状和新陈代谢过程有决定作用

答案　A

解析　DNA和蛋白质都具有分子量大的特点。

DNA和蛋白质相比结构稳定，一定条件下可变，而且能精确的复制自己，对生物体的性状和新陈代谢过程有决定作用。

2．下列哪一组物质的基本组成单位是相同的（　　）

A．动物和植物的遗传物质

B．动物的肝糖原和抗原

C．人的胰岛素和性激素

D．植物的纤维素和维生素

答案　A

解析　动物和植物的遗传物质是DNA；抗原大多数是蛋白质；胰岛素是蛋白质，而性激素属于脂质；纤维素是多糖，维生素多属于脂质。

知识点二　肺炎双球菌的转化实验

3.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（　　）

①有毒R型　②无毒R型　③有毒S型　④无毒S型

A．①②B．③④C．②③D．②④

答案　C

4．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（　　）

A．S型细菌的蛋白质和DNA的结构都很稳定

B．S型细菌的蛋白质的结构特别稳定

C．S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。

5．格里菲思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DNA

B．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。

6．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活性片段，使基因无法转移进入R型细菌中，所以菌落只有一种，即R型菌落。

7．在艾弗里证明DNA是遗传物质的实验中，用DNA酶处理从S型活细菌中提取的DNA并与R型细菌混合培养，结果发现培养基上仅有R型细菌生长。

设置本实验步骤的目的是（　　）

A．证明R型细菌的生长并不需要S型活细菌的DNA

B．用以补充R型细菌生长过程中所需要的营养物质

C．直接证明S型细菌的DNA不是促进R型细菌转化为S型细菌的因素

D．与以S型活细菌的DNA与R型细菌混合培养的实验形成对照

答案　D

8．下列哪项是艾弗里及其同事研究肺炎双球菌的方法或实验设计思路（　　）

A．杂交实验法

B．放射性同位素标记法

C．病毒侵染法

D．单独直接地观察不同成分的作用

答案　D

解析　肺炎双球菌的体外转化实验是把DNA和蛋白质、多糖等物质分开，单独直接地去观察不同成分的作用。

能力提升

9．格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌转化实验，证实了（　　）

①DNA是遗传物质　②RNA是遗传物质　③DNA是主要的遗传物质　④蛋白质不是遗传物质　⑤荚膜多糖不是遗传物质　⑥DNA能产生可遗传的变异

A．①④⑤⑥B．②④⑤⑥

C．②③⑤⑥D．③④⑤⑥

答案　A

解析　格里菲思和艾弗里的实验能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质和RNA是遗传物质；转化后的S型细菌的后代仍然是S型细菌，说明DNA能产生可遗传的变异。

10．在科学史上许多科学家分别用科学的思想方法取得了重大科技成就，在下列生物领域的发现中，科学家与其使用的技术或方法对应完全一致的一组是（　　）

科学发现

科学家

科学家的思想或方法

A

基因在染色体上

萨顿

假说—演绎法

B

遗传的基本规律

孟德尔

假说—演绎法

C

光合作用中O2的来源

卡尔文

同位素标记H

O

D

DNA是遗传物质

艾弗里

35S标记细菌的蛋白质

答案　B

解析　假说—演绎法包括提出假说、推理、实验验证，萨顿假说使用了类比推理，故A错误；用同位素标记技术探究光合作用O2的来源是鲁宾与卡门的贡献，故C错误；艾弗里证明DNA是遗传物质的过程中，没有用到同位素标记技术。

11．在肺炎双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型细菌后，小鼠不死亡

B．注射S型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌

C．注射R型细菌及热处理的S型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型细菌

D．注射S型细菌及热处理的R型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型细菌

答案　C

解析　肺炎双球菌分S型和R型两种，S型细菌有毒，会使小鼠患败血症而死亡；而R型细菌无毒，即使给小鼠注射R型细菌，小鼠也能正常生活。

因此对实验鼠注射R型细菌后，小鼠不死亡，A项正确。

而注射S型细菌则会导致小鼠死亡，也会从死亡的小鼠体内分离出活的S型细菌，所以B项也正确。

而注射R型细菌及热处理的S型细菌，S型细菌体内的DNA仍有活性，能使部分R型细菌转化形成S型细菌，而导致小鼠死亡，因此从小鼠体内可分离出少量活的S型细菌和大量活的R型细菌，所以C项错误。

而D项中注射的是S型细菌及热处理的R型细菌，本身R型细菌就无毒又加热杀死了，因此只能从小鼠体内分离出活的S型细菌。

所以也是正确的。

12．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。

13．艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。

从表可知（　　）

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

蛋白质

R型

②

R

荚膜多糖

R型

③

R

DNA

R型、S型

④

R

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。

14．如图甲为肺炎双球菌的转化实验中的部分图解，请据图回答下列问题：

（1）该实验是________（填人名）所做的肺炎双球菌的转化实验图解。

（2）该实验是在________________（填人名）的实验基础上进行的。

（3）在对R型细菌进行培养之前，必须首先进行的工作是分离、提纯S型细菌的________、________、________等物质。

（4）依据上面图解的实验，可以作出________________的假设。

（5）为验证上面的假设，设计了如图乙所示的实验：

在该实验中加入DNA酶，观察到的实验现象是培养基只长出________________。

（6）通过上面两步实验，仍然不能说明______________、________________不是遗传物质，为此设计了如图丙所示的实验：

据此观察到的实验现象是培养基上________________，该实验能够说明_______________。

答案　

（1）艾弗里（及其同事）　

（2）格里菲思　（3）DNA　蛋白质　荚膜多糖　（4）DNA是遗传物质　（5）R型细菌　（6）蛋白质　荚膜多糖　只长出R型细菌　蛋白质、荚膜多糖不是遗传物质

解析　艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验是在格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验的基础上进行的，体外转化实验的前提是分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、荚膜多糖等物质，依次观察各种成分的作用，来判断哪种物质是遗传物质。

实验中假设“DNA是遗传物质”，如果加入DNA后R型细菌转化成了S型细菌，且加入了DNA酶后，DNA被水解，R型细菌就不会发生转化，则能够说明DNA是遗传物质。

但是仍不能排除蛋白质、荚膜多糖等物质是遗传物质的可能性，为此还需要设置向R型细菌中加入蛋白质、荚膜多糖的实验，以进一步增强实验的说服力。

个性拓展

15．某同学通过对肺炎双球菌的转化实验的学习认识到：

R型细菌能转化为S型细菌的原因是在S型细菌体内有“转化因子”——DNA。

那么，S型细菌能转化为R型细菌吗？

如果能，则R型细菌体内的“转化因子”也是DNA吗？

他设计了两个模拟格里菲思和艾弗里的实验来探究这个问题。

材料：

肺炎双球菌两品系（S型细菌若干、R型细菌若干）、小鼠若干、固体培养基、蒸馏水。

仪器：

培养皿若干、一次性注射器若干、细菌分离设备（可将细菌的各种物质分离开来）、酒精灯、试管等。

实验一：

探究R型细菌体内是否有“转化因子”。

（1）实验步骤及结果：

①将R型细菌注入小鼠体内，小鼠正常。

②将S型细菌注入小鼠体内，小鼠致病死亡。

③将加热杀死后的R型细菌注入小鼠体内，小鼠正常。

④将活的S型细菌和加热杀死后的R型细菌混合后注入小鼠体内，小鼠致病死亡。

（2）实验结论：

S型细菌未转化为R型细菌，R型细菌体内没有“转化因子”。

该同学的实验结论证据充足吗？

________。

如不充足，应补充什么实验步骤才能得出正确结论？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

假设通过上述补充实验观察到了S型细菌转化为R型细菌的现象，他又模拟艾弗里的实验来探究R型细菌体内的“转化因子”是什么物质。

实验二：

探究“转化因子”的化学本质。

（1）实验原理（设计思路）：

___________________________________________________

______________________________