新高考生物一轮复习第五单元遗传的分子基础第18讲核酸是遗传物质的证据讲义浙科版.docx

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新高考生物一轮复习第五单元遗传的分子基础第18讲核酸是遗传物质的证据讲义浙科版

第18讲核酸是遗传物质的证据

[考试标准]

知识内容

必考要求

加试要求

核酸是遗传物质的证据

（1）噬菌体侵染细菌的实验

（2）肺炎双球菌转化实验

（3）烟草花叶病毒的感染和重建实验

b

b

a

b

b

a

考点一　噬菌体侵染细菌的实验

1．实验方法

同位素标记法，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。

2．实验材料：

T2噬菌体和大肠杆菌

（1）噬菌体的结构

（2）噬菌体的生活方式：

活细胞寄生。

3．实验过程

（1）标记噬菌体

（2）侵染细菌

4．实验结果分析

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

32P—DNA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

5.结论：

DNA是遗传物质。

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）可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（　×　）

（2）噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等（　×　）

（3）32P、35S标记的噬菌体侵染细菌实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质（　×　）

2．在噬菌体侵染细菌实验中，说出子代噬菌体中蛋白质合成的原料和场所及DNA合成的模板和原料分别是什么？

提示　

（1）蛋白质合成

（2）DNA合成

3．用35S标记的噬菌体侵染细菌，理论上沉淀物中不含放射性，但实际上含有少量放射性的原因是什么？

提示　可能由于搅拌不充分或离心时间过短或转速过低等原因，有少量含35S的噬菌体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。

4．用32P标记的噬菌体侵染细菌，上清液中含有较高放射性的原因是什么？

提示　

（1）保温时间过短，有一部分噬菌体未侵入细菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性。

（2）从噬菌体和细菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时间过长，噬菌体在细菌内增殖后释放出的子代经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性升高。

题组一　噬菌体的侵染过程及标记元素的去向分析

1．下面是噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图，对此实验的有关叙述，正确的是（　　）

A．本实验所使用的被标记的噬菌体是从接种在含有35S的培养基中获得的

B．本实验选用噬菌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

C．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

D．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　B

解析　病毒的繁殖离不开活细胞，要标记噬菌体，应先标记培养噬菌体的细菌细胞。

实验中采用搅拌等手段是为了把细菌和噬菌体的蛋白质外壳分开。

在新形成的噬菌体中没有检测到35S，不能说明蛋白质不是噬菌体的遗传物质。

2．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35S

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。

题组二　噬菌体侵染细菌实验的结果分析

3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测到上清液的放射性占10%，沉淀物的放射性占90%。

上清液带有放射性的原因可能是（　　）

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。

4．为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，科学家做了“噬菌体侵染细菌”的实验（T2噬菌体专门寄生在细菌体内）。

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

解析　图中锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明DNA是遗传物质，还应设计一组用35S标记的噬菌体的侵染实验，两组相互对照，都是实验组；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；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，或保温时间过短，有一部分噬菌体未侵入细胞体内，经离心分布于上清液中。

1．“二看法”判断子代噬菌体标记情况

2．噬菌体侵染细菌实验的两点提醒

（1）培养含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养，因为病毒必须寄生在活细胞内，所以应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。

（2）因检测放射性时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性，所以35S和32P不能同时标记在一组噬菌体上，应对两组分别标记。

考点二　肺炎双球菌转化实验

1．肺炎双球菌类型

　　特点

类型　　　

菌落

荚膜

毒性

S型

光滑

有

有

R型

粗糙

无

无

2.活体细菌转化实验

（1）过程及结果

（2）结论：

加热杀死的S型菌中，含有某种促成R型菌转化为S型菌的“转化因子”。

3．离体细菌转化实验

（1）方法

直接分离S型菌的DNA、荚膜物质、蛋白质等，将它们分别与R型菌混合培养，研究它们各自的遗传功能。

（2）过程与结果

（3）结论：

DNA才是使R型菌产生稳定遗传变异的物质，即DNA是“转化因子”，是遗传物质。

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）活体细菌转化实验直接证明了DNA是遗传物质（　×　）

（2）在活体细菌转化实验中大部分R型菌转化为S型菌（　×　）

（3）加热杀死后的S型菌的DNA已经全部断裂，失去活性（　×　）

（4）在离体细菌转化实验中，DNA酶将S型菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型菌发生转化（　√　）

（5）在活体细菌转化实验过程中，加热杀死后的S型菌的DNA没有进入R型活菌的细胞中（　×　）

（6）在活体细菌转化实验中加热杀死的S型菌也能使小鼠的体细胞发生转化（　×　）

2．利用表格比较两个肺炎双球菌转化实验的区别

项目

活体细菌转化实验

离体细菌转化实验

培养细菌

在小鼠体内

体外培养基

实验对照

R型菌与S型菌的毒性对照

S型菌各组成成分的作用进行对照

巧妙构思

用加热杀死的S型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

实验结论

加热杀死的S型菌体内有“转化因子”

S型菌的DNA是遗传物质

3.说出两个转化实验的相同点和联系。

提示　

（1）相同点：

所用材料相同；两实验都遵循对照原则、单一变量原则。

（2）联系：

活体细菌转化实验是离体细菌转化实验的基础，离体细菌转化实验是活体细菌转化实验的延伸。

4．加热杀死的S型菌中的蛋白质和DNA是否都永久丧失了活性？

提示　不是。

加热杀死S型菌的过程中，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。

5．肺炎双球菌转化的实质是什么？

提示　肺炎双球菌转化实验中S型菌的DNA片段整合到了R型菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。

6．离体细菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验设计思路的比较

实验名称

离体细菌转化实验

噬菌体侵染细菌实验

实验思路

设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自不同的作用

设计原则

对照原则和单一变量原则

处理方式的区别

直接分离法：

分离S型菌的DNA、蛋白质、荚膜等，分别与R型活菌混合培养

同位素标记法：

分别标记DNA和蛋白质的特征元素（32P和35S）

实验结论

DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质

DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质

题组一　两个细菌转化实验的分析

1．1928年，英国细菌学家格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验：

第一组

第二组

第三组

第四组

实验处理

注射活的R型菌

注射活的S型菌

注射加热杀

死的S型菌

注射活的R型菌与加热杀死的S型菌

实验结果

小鼠不死亡

小鼠死亡，从小鼠体内分离到S型活菌

小鼠不死亡

小鼠死亡，从小鼠体内分离到S型活菌

下列关于此实验的分析不正确的是（　　）

A．实验的关键现象是第四组小鼠死亡并分离到S型活细菌

B．对第四组实验的分析必须是以第一～三组的实验为参照

C．本实验说明R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化

D．本实验结论为“DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子”

答案　D

解析　本实验只能得出存在转化因子，但是转化因子的化学本质需要通过离体细菌转化实验来得出，D错误。

2．离体细菌转化实验中将S型菌的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型菌转化成S型菌，说明这种变异是定向的

B．R型菌转化为S型菌属于基因重组

C．该实验不能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA

D．将S型菌的DNA注射到小鼠体内也能产生S型菌

答案　B

解析　离体细菌转化实验中将S型菌中的荚膜物质、蛋白质和DNA等提取出来，分别加入到培养了R型菌的培养基中，结果只有加入S型菌DNA时，才能使R型菌转化成S型菌，这说明肺炎双球菌的遗传物质是DNA，C错误；该实验的生物变异属于基因重组，生物的变异都是不定向的，A错误，B正确；将S型菌的DNA注射到小鼠体内，不能实现肺炎双球菌的转化，D错误。

3．某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：

①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠

②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠

③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠

④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠

以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（　　）

A．存活、存活、存活、死亡B．存活、死亡、存活、死亡

C．死亡、死亡、存活、存活D．存活、死亡、存活、存活

答案　D

解析　能使小鼠死亡的是活的S型菌。

①DNA酶会将S型菌的DNA水解，从而失去转化作用，R型菌因此未发生转化，小鼠存活；②虽然DNA酶存在，但因加入了S型菌，因此小鼠死亡；③中没有R型活菌，S型菌的DNA不起作用，小鼠存活；④高温加热使S型菌的蛋白质及DNA酶变性，虽然S型菌的DNA还存在，但由于后面加的是R型菌的DNA，所以不能发生转化作用，小鼠存活。

题组二　离体细菌转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较分析

4．离体细菌转化实验和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，研究它们各自的效应

D．应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递

答案　C

解析　解答本题需要了解离体细菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的过程以及二者设计上的异同。

两个实验在设计思路上的共同点是设法把DNA与蛋白质分开，研究它们各自的效应；不同点是离体细菌转化实验没有用同位素示踪技术，噬菌体侵染细菌实验利用了同位素示踪技术；在整个过程中两实验都没有诱发突变。

5．下列有关离体细菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是（　　）

A．两者都运用了放射性同位素标记法

B．两者都运用了微生物作为实验材料

C．两者都证明了DNA是遗传物质，RNA等不是遗传物质

D．两者的实验思路均是设法把DNA与RNA分开，单独观察它们的作用

答案　B

活体细菌转化实验的2点提醒

（1）并非所有的R型菌都能被转化

由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此转化过程中并不是所有的R型菌都能被转化成S型菌，而只是小部分R型菌被转化成S型菌。

（2）肺炎双球菌的活体细菌转化实验不能简单地说成S型菌的DNA可使小鼠死亡

S型菌与R型菌混合培养时，S型菌的DNA进入R型菌体内。

结果在S型菌DNA的控制下，利用R型菌体内的化学成分合成了S型菌的DNA和蛋白质，从而组装成了具有毒性的S型菌。

考点三　生物的遗传物质

1．烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验

（1）实验过程及现象

（2）结论：

RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

2．病毒重建及其对烟草叶细胞的感染

（1）实验过程及现象

（2）结果分析与结论：

重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系而不是提供蛋白质的株系。

3．DNA是主要的遗传物质（连线）

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）病毒的遗传物质是RNA和DNA（　×　）

（2）生物的遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸（　√　）

（3）所有生物的遗传物质都是DNA（　×　）

（4）细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA（　×　）

2．如何理解DNA是主要的遗传物质？

提示　有细胞结构生物的遗传物质是DNA，无细胞结构的生物（即病毒）的遗传物质是DNA或RNA。

生物界绝大多数的生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是主要的遗传物质。

3．不同生物遗传物质的比较

生物类型

病毒

原核生物

真核生物

体内核酸种类

DNA或RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

体内碱基种类

4种

5种

5种

体内核苷酸种类

4种

8种

8种

遗传物质

DNA或RNA

DNA

DNA

实例

噬菌体、烟草花叶病毒

乳酸菌、蓝细菌

玉米、小麦、人

题组一　遗传物质的判断

1．下列关于遗传物质的说法，错误的是（　　）

①真核生物的遗传物质是DNA　②原核生物的遗传物质是RNA　③细胞核中的遗传物质是DNA　④细胞质中的遗传物质是RNA　⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA

A．①②③B．②③④

C．②④⑤D．③④⑤

答案　C

解析　真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA；细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA；甲型H1N1流感病毒属于RNA病毒，遗传物质是RNA。

2．人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列有关叙述正确的是（　　）

A．孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质

B．噬菌体侵染细菌实验比离体细菌转化实验更具说服力

C．沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数

D．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

答案　B

解析　孟德尔发现了遗传因子并证实了其传递规律，但并没有证实其化学本质，A项错误；证明DNA是遗传物质的实验中，因噬菌体侵染细菌的实验能通过同位素示踪技术将DNA和蛋白质彻底分离开来分析，故此实验比离体细菌转化实验更具说服力，B项正确；DNA双螺旋结构中嘌呤数等于嘧啶数，C项错误；烟草花叶病毒感染烟草的实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，但并不能说明所有病毒的遗传物质都是RNA，如噬菌体的遗传物质是DNA，D项错误。

题组二　遗传物质的实验分析与探究

3．如图表示科研人员探究“烟草花叶病毒（TMV）遗传物质”的实验过程，由此可以判断（　　）

A．水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA

B．TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中

C．侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程

D．RNA是TMV的主要遗传物质

答案　A

解析　据图示分析，TMV放入水和苯酚中后，RNA和蛋白质分离，A正确；通过接种的方式，TMV的蛋白质可以进入烟草细胞中，B错误；此实验不能看出TMV的RNA在烟草细胞中进行了逆转录过程，C错误；此实验说明TMV的遗传物质是RNA，而不是蛋白质，同种生物的遗传物质没有主次之分，D错误。

4．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，DNA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

解析　病毒是由蛋白质外壳和核酸组成的，核酸是遗传物质，核酸包括DNA和RNA两类，根据题目要求探究的问题及给予的材料、试剂分析可知，实验中分别利用DNA水解酶、RNA水解酶处理该病毒核酸提取液，然后再注射到猪胚胎干细胞中培养，由于酶具有专一性，可根据培养后是否检测到该流感病毒来判断其核酸类型。

1．关于如何确定遗传物质的2个要点

（1）细胞内既有DNA又有RNA，但只有DNA是遗传物质。

（2）病毒只含有一种核酸——DNA或RNA，遗传物质是DNA或RNA。

2．探究遗传物质的思路和方法

（1）探究思路

①若探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看作用。

②若探究未知病毒遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性，破坏其一，看其二。

（2）探究方法

①同位素标记法：

噬菌体侵染细菌的实验。

方法：

分别标记两者的特有元素；将病毒的化学物质分开，单独、直接地观察它们各自的作用。

目的：

把DNA与蛋白质区分开。

②病毒重组法：

烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。

方法：

将一种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。

③酶解法：

利用酶的专一性，如加入DNA水解酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用，若“是”其遗传物质不是DNA，若“否”其遗传物质可能是DNA。