学年人教版必修2 第3章第1节 DNA是主要的遗传物质 学案.docx

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学年人教版必修2第3章第1节DNA是主要的遗传物质学案

第1节　DNA是主要的遗传物质

[学习目标]　1.了解人类对遗传物质的早期猜想。

2.分析肺炎双球菌转化实验的过程及结论。

3.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。

4.说明DNA是主要的遗传物质的原因。

知识点一　肺炎双球菌的转化实验

知识梳理

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

3．格里菲思的实验——体内转化实验

（1）实验过程及现象

（2）结论：

加热杀死的S型细菌中含有

转化因子，将R型活细菌转化为

S型活细菌。

4．艾弗里的实验——体外转化实验

（1）设计思路：

设法将

DNA、蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地观察它们各自的作用。

（2）实验过程及现象

（3）结论：

DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

　1.肺炎双球菌是原核生物还是真核生物，其遗传物质是什么？

提示：

肺炎双球菌是细菌，属于原核生物，其遗传物质为DNA。

2．格里菲思的肺炎双球菌转化实验中，R型活细菌与加热杀死的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型活细菌数量多。

3．请分析格里菲思的肺炎双球菌转化实验和艾弗里转化实验的关系。

提示：

肺炎双球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质，而艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。

4．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：

在格里菲思的实验中，加热杀死的S型细菌中的“转化因子”应该是哪种物质？

加热杀死的S型细菌使R型细菌转化为S型细菌的原因？

提示：

DNA。

原因是S型细菌的DNA进入了R型细菌体内，与R型细菌DNA发生了重组。

典题精析

[例1]　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，关于实验的结论错误的是（　　）

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型细菌是无毒性的

解题分析　格里菲思的肺炎双球菌转化实验能够证明加热杀死的S型细菌内存在促进R型细菌转化为S型细菌的转化因子，不能证明DNA是遗传物质，A错误，B正确；将R型细菌单独注射到小鼠体内，小鼠存活，证明其没有毒性，C正确；将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠能够存活，证明加热杀死的S型细菌是无毒的，D正确。

答案　A

[例2]　艾弗里和其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。

从表中内容可知（　　）

A．①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子

B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性

C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子

D．①～④说明DNA是主要的遗传物质

解题分析　①②组：

R型菌分别和S型菌的蛋白质、荚膜多糖混合培养，只长出R型菌，说明蛋白质、荚膜多糖不是转化因子；③组：

R型菌和S型菌的DNA混合培养，结果既有R型菌又有S型菌，说明DNA可以使R型菌转化为S型菌；④组：

用DNA酶将DNA水解，结果只长出R型菌，说明了完整的DNA能使R型菌发生转化，DNA的水解产物不能使R型菌发生转化，故选C。

答案　C

易错警示

1.格里菲思实验只能说明S型细菌体内含有某种转化因子，不能证明DNA是遗传物质。

2．R型细菌转化成S型细菌的原因是S型细菌的DNA进入了R型细菌体内，与R型细菌的DNA发生了重组。

3．体内转化实验中使小鼠致死的是具有毒性的S型细菌，不是S型细菌的DNA。

4．转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化。

知识点二　噬菌体侵染细菌的实验

知识梳理

1.实验者：

赫尔希和

蔡斯。

2．设计思路：

将噬菌体的

DNA和蛋白质彻底分开，单独、直接地观察DNA和蛋白质的作用。

3．实验材料：

T2噬菌体，大肠杆菌。

（1）结构与成分

（2）生活方式：

专门寄生在大肠杆菌体内。

（3）增殖方式：

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，释放大量的噬菌体。

4．实验方法：

放射性同位素标记法。

5．实验过程及现象

（1）标记T2噬菌体

（2）侵染细菌，检测上清液和沉淀物的放射性

①搅拌的目的：

使吸附在细菌上的

噬菌体与细菌分离。

②离心的目的：

让上清液中析出重量较轻的

T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的

大肠杆菌。

③说明：

DNA进入了大肠杆菌，

蛋白质外壳留在外面。

（3）进一步观察，细菌裂解，释放出子代噬菌体，并检测子代噬菌体放射性，可以检测到

32P标记的

DNA，但却不能检测到

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。

6．实验结论

DNA是真正的遗传物质。

7．噬菌体的增殖（图解）

　1.本实验采用的是放射性同位素标记法，为什么用32P和35S进行标记？

提示：

S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于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，可以单独地观察它们各自的作用。

2．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，只有在大肠杆菌体内才能进行增殖，所以应先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。

3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因是什么？

提示：

（1）保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；

（2）保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液出现放射性。

4．用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因是什么？

提示：

由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，随大肠杆菌离心到沉淀物中。

5．能否用14C和18O代替35S和32P标记噬菌体？

提示：

不能。

因为T2噬菌体的蛋白质和DNA组成元素中都含有这两种元素。

典题精析

[例1]　关于T2噬菌体的叙述，正确的是（　　）

A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中都含S元素

B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中

C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质

D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖

解题分析　T2噬菌体的遗传物质是DNA不是RNA，C错误；DNA中不含S元素，A错误；T2噬菌体不能寄生在酵母菌中，B错误。

答案　D

[例2]　下列有关“噬菌体侵染细菌实验”的叙述，正确的是（　　）

A．实验中分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体

B．在32P标记噬菌体的侵染实验中，上清液存在较强放射性可能是由于保温时间过长

C．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质

D．若用噬菌体侵染3H标记的细菌，离心后可检测到放射性主要分布在上清液中

解题分析　噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养基上独立生存，因此不能用培养基直接培养噬菌体，A错误；32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体在侵染细菌时，DNA进入细菌，并随着细菌离心到沉淀物中，所以上清液中不应该出现放射性，若上清液中出现较强的放射性，原因可能是保温时间过长，有部分子代噬菌体释放出来，离心后分布到上清液中，使上清液存在较强放射性，B正确；噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌，蛋白质外壳留在细菌外面，因此该实验只能说明DNA是遗传物质，不能说明蛋白质不是遗传物质，C错误；噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌，蛋白质外壳留在外面，离心后噬菌体蛋白质外壳分布在上清液中，细菌分布在沉淀物中，所以用噬菌体侵染3H标记的细菌，离心后检测到放射性主要分布在沉淀物中，D错误。

答案　B

[例3]　如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素为（　　）

A．可在外壳中找到3H、15N和35S

B．可在DNA中找到3H、15N和32P

C．可在外壳中找到15N、35S

D．可在DNA中找到15N、32P、35S

解题分析　噬菌体是由DNA和蛋白质组成的，DNA中含有C、H、O、N、P，而蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素。

用3H、15N、32P、35S共同标记噬菌体，其中3H、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。

在噬菌体侵染细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面，没有进入细菌内，只有DNA进入细菌内，并以细菌内的物质（氨基酸、核苷酸）为原料来合成子代噬菌体的蛋白质和DNA，细菌内的物质不具有放射性。

所以在子代噬菌体的DNA中能够找到的放射性元素为3H、15N、32P。

答案　B

技法提升

“二看法”判断子代噬菌体标记情况

知识点三　DNA是主要的遗传物质

知识梳理

1.RNA是遗传物质的依据

（1）实验材料

①烟草花叶病毒：

组成为

RNA和

蛋白质。

②烟草

（2）侵染过程

（3）结论

烟草花叶病毒的遗传物质是

RNA。

2．不同生物体内核酸的种类及遗传物质的区别

3．结论：

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。

　1.细胞核中的遗传物质是DNA，细胞质中的遗传物质是RNA，这种说法正确吗？

提示：

不正确，有细胞结构的生物遗传物质均是DNA，不是RNA。

2．对于某一生物能不能说它的遗传物质主要是DNA，例如人、噬菌体、酵母菌等生物？

DNA是主要的遗传物质如何理解？

提示：

不能。

某种生物的遗传物质只能说是DNA（例如人、噬菌体、酵母菌）或是RNA（艾滋病病毒等）。

DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数是RNA，所以说DNA是主要的遗传物质。

　典题精析

[例1]　如图甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是（　　）

解题分析　图中重建的“杂种病毒丙”的核酸来自乙病毒，而蛋白质外壳来自甲病毒。

由于病毒丙侵入植物细胞中的是乙病毒核酸，所以在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒的核酸和蛋白质外壳均与乙病毒相同。

答案　D

[例2]　关于遗传物质的叙述，正确的是（　　）

①噬菌体侵染细菌实验，证明DNA是主要遗传物质　②大肠杆菌的遗传物质是RNA　③核酸是一切生物的遗传物质　④病毒的遗传物质是DNA和RNA　⑤杨树的遗传物质是DNA

A．①②④B．③⑤C．③④⑤D．①③⑤

解题分析　噬菌体侵染细菌实验，不能证明DNA是主要的遗传物质，只能证明DNA是噬菌体的遗传物质，①错误；核酸包括了DNA和RNA，所以核酸是一切生物的遗传物质，③正确；病毒的遗传物质是DNA或RNA，而有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，如大肠杆菌和杨树等，②、④错误，⑤正确。

答案　B

当堂检测——查漏补缺　巩固提升

1．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　不同生物的遗传物质不同，而不同生物体内的蛋白质结构也不同，蛋白质是生物性状的直接体现者，故推测认为蛋白质是遗传物质，A、B正确；与蛋白质相比，DNA更耐高温，故DNA的热稳定性大于蛋白质，另外蛋白质也不能自我复制，C错误；由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故推测不同的氨基酸排列顺序可能储存大量的遗传信息，D正确。

2．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R型细菌D．S型细菌和S型细菌

答案　A

解析　格里菲思体内转化实验证明S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化为S型细菌，因此发生转化的细菌是R型细菌，含转化因子的细菌是S型细菌。

3．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　艾弗里的肺炎双球菌的转化实验证明，DNA是遗传物质，2、3、4三个试管内因为没有S型细菌的DNA，所以R型细菌都不会发生转化，因此只有R型细菌；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型细菌只有一部分，故试管内仍然有R型细菌存在。

4．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括六个步骤：

①噬菌体侵染细菌　②用35S或32P标记噬菌体　③上清液和沉淀物的放射性检测　④离心分离　⑤子代噬菌体的放射性检测　⑥噬菌体与大肠杆菌混合培养

最合理的实验步骤顺序为（　　）

A．⑥①②④③⑤B．②⑥①③④⑤

C．②⑥①④③⑤D．②⑥①④⑤③

答案　C

解析　该实验首先要用32P和35S分别标记T2噬菌体，然后将标记的噬菌体和未标记的细菌混合培养，使噬菌体侵染细菌，保温培养一段时间后，充分搅拌，离心分离，然后对上清液和沉淀物的放射性进行检测，最后进一步对子代噬菌体进行检测，以此来判断DNA和蛋白质在亲子代之间的传递情况。

5．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．烟草花叶病毒的遗传物质为DNA

答案　B

解析　有细胞结构的生物含有DNA和RNA两种核酸，它们的细胞质遗传物质和细胞核遗传物质均为DNA；病毒只有一种核酸，它的遗传物质是DNA或RNA。

豌豆的遗传物质只有DNA，A错误；酵母菌属于真核生物，其遗传物质主要分布在染色体上，B正确；T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含有硫元素，C错误；烟草花叶病毒遗传物质是RNA，D错误。