第22讲 DNA是主要的遗传物质-2025届高考生物一轮高效复习优质课件

第22讲 DNA是主要的遗传物质 1.肺炎链球菌转化实验的分析 2.噬菌体侵染细菌实验的分析 3.生物体内的遗传物质分析 DNA是主要的遗传物质 1.2种肺炎链球菌： S型菌：有多糖类荚膜、有毒、菌落光滑 R型菌：无多糖类荚膜、无毒、菌落粗糙 2.①噬菌体的化学组成：DNA、蛋白质，蛋白质和DNA的特有元素？P45右侧相关信息 ②噬菌体结构？寄主细胞？合成蛋白质和DNA的模板、原料、场所、能量分别由谁提供？P45第一段 3.格里菲思、艾弗里、赫尔希和蔡斯的实验过程、实验结论？ 4.艾弗里体外转化实验、赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验——实验设计思路（共同之处）： 将DNA、蛋白质等物质分开，单独、直接观察其作用 5.噬菌体侵染细菌的实验：P45第二段（可分为4步）（两组均为实验组） （1）如何标记噬菌体？ 先分别用含35S、32P的培养基培养大肠杆菌 再分别用含35S、32P的大肠杆菌培养噬菌体 （2）短时间保温的目的？ 让噬菌体适当增殖 （3）搅拌的目的？ （4）离心的目的？ （5）异常现象分析：搅拌不充分的结果？ 保温时间过短或过长的结果？ 6.DNA是主要的遗传物质的理由——绝大多数生物的遗传物质是DNA。 P46最后一段 7.DNA病毒：噬菌体、乙肝病毒 RNA病毒：SARS病毒、新冠病毒、烟草花叶病毒、艾滋病病毒、流感病毒（如：H7N9）等 注意： a.不能用培养基直接培养噬菌体； b.不能用35S和32P 标记同一噬菌体，必须分两组对比实验 c.不能标记C H O N这些DNA和蛋白质的共有元素 对遗传物质的早期推测 1 2 3 4 6 提出“遗传因子”，并总结遗传规律 孟德尔 把“遗传因子”命名为基因 约翰逊 提出基因在染色体上的假说 萨 顿 实验证明基因位于染色体上 摩尔根 科学家发现：染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质 5 DNA ? 蛋白质 20世纪中叶 思考：作为遗传物质应该具备怎样的特点？ ①能够准确地复制自己，传递给下一代；②能贮存大量的遗传信息； ③结构比较稳定；④能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和代谢。 格里菲思体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 格里菲思 艾弗里 赫尔希 蔡斯 肺炎链球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 肺炎链球菌转化实验的分析 考点1 6 肺炎链球菌转化实验 R型、S型肺炎双球菌 光滑 粗糙 有　 无 荚膜是细菌细胞壁外的一层多糖类物质，起保护和粘附作用 原核生物 可使小鼠患败血症死亡 格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验 第一组 不死亡 R型细菌无致病性， S型细菌有致病性 第二组 死亡 第三组 不死亡 说明加热致死的S型细菌无毒 第四组 死亡 注射R型 活细菌 注射S型 活细菌 注射加热致死的S型细菌 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 分离出S型活细菌 分离出S型活细菌 S型活细菌哪来？ 实验 过程 大本152 格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验 已经被加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有致病性的S型活细菌的活性物质——“转化因子”。 实验结论： R型活菌+S型死菌 S型活菌 大量S型活菌 转化 繁殖 疑问：S型活菌哪来？ 大本152 格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验 结论：加热致死的S型细菌中含有某种__________使R型活细菌转化为S型活细菌。 转化因子 ①此实验仅能证明S型细菌中含有某种“转化因子”，但转化因子的本质不清楚。 ②发生转化的只是少部分R型细菌。 大本152 R型活菌+S型死菌 S型活菌 大量S型活菌 转化 繁殖 格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验 结论：加热致死的S型细菌中含有某种__________使R型活细菌转化为S型活细菌。 转化因子 转化因子究竟是什么物质呢？ 究竟哪一个才是转化因子呢？ 在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 加热杀死的S型细菌 多糖 脂类 蛋白质 DNA…… 关键思路： 将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用 大本152 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验 1、实验思路 把S型细菌的蛋白质、其他物质和DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。 2、实验过程 分别与R型活细菌混合培养 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶 S型活细菌 S型细菌的细胞提取物 分离 纯化（除去大部分糖类、蛋白质、脂质） 但当时的技术有限，不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将每个实验组特异性地去除一种物质。 (减法原理） 观察实验结果（培养基中的菌落类型） 除去蛋白质 除去RNA 除去脂质 除去DNA 大本152 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验 2、实验过程 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 S型细菌 R型细菌 + 混合后观察培养基 只长R型细菌 第一组 第二，三，四组 第五组 S型细菌 R型细菌 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 混合后观察培养基 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 混合后观察培养基 DNA酶 蛋白酶 （或RNA酶、酯酶） 实验结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质， 即DNA是转化因子，是遗传物质，而蛋白质、RNA等其他物质不是。 对照组 大本152 肺炎链球菌的转化实验（格里菲斯-体内、艾弗里-体外） 大本153 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。 与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理” 例如，艾弗里的肺炎链球菌转化实验。 与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理” 例如，“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验。 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 基因重组(广义 大本176) R型细菌转化为S型细菌的本质： S型细菌 荚膜 控制荚膜形成的X基因 加热 杀死 被破坏的S型细菌 X基因吸附在R型细菌表面 X基因进入R型细菌 重组 R型细菌转化成S型细菌 大本153 *荚膜成分为多糖，基因对荚膜形成的控制，是基因通过控制与荚膜形成有关酶的合成进而控制荚膜，属于间接控制 DNA加热变性，但没失活，温度降低后复性 ③加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。　　　 大本152：名师解读 下列有关肺炎链球菌转化实验的叙述，正确的是 A.格里菲思认为已经加热致死的S型细菌中含有转化因子 B.格里菲思的实验表明S型细菌的DNA可以使小鼠死亡 C.艾弗里的实验不能证明蛋白质不是遗传物质 D.艾弗里的实验运用了“加法原理” A (1)将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌。( ) 提示　S型菌的DNA已被DNA酶降解失活。 (2)新冠病毒与肺炎链球菌二者遗传物质所含有的核苷酸是相同的。( ) 提示　新冠病毒的遗传物质是RNA，肺炎链球菌的遗传物质是DNA。 × × (3)肺炎链球菌转化实验证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质。( ) 提示　仅证明DNA是遗传物质。 (4)格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状。( ) 提示　格里菲思实验提出转化因子，但没有证明转化因子是DNA。 (5)艾弗里实验证明从S型肺炎链球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡。( ) 提示　单独的DNA无致病性，不能使小鼠死亡。 × × × 大本153 D 1.(2023·广东珠海一中调研)实验1：将S型细菌的DNA与R型细菌混合培养；实验2：将S型细菌的DNA用DNA酶处理后所得物质与R型细菌混合培养。相关叙述正确的是 (　　) A.实验1的培养基上仅有S型细菌生长 B.实验2的培养基上有R型和S型细菌生长 C.实验1、2可以证明DNA是主要的遗传物质 D.实验1与实验2形成对照 大本153 B 2.(2023·安徽安庆模拟)肺炎链球菌转化实验的部分过程如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　) A.R型菌转化为S型菌后的DNA中，嘌呤与嘧啶碱基比例不变 B.整合到R型菌内的DNA分子片段，可以直接表达出产物荚膜多糖 C.进入R型菌的DNA片段上，可能有多个RNA聚合酶结合位点 D.S型菌DNA整合到R型菌内属于基因重组 大本153 根据中心法则，基因表达的产物是蛋白质，并非多糖 荚膜成分为多糖，基因对荚膜形成的控制，是基因通过控制与荚膜形成有关酶的合成进而控制荚膜，属于间接控制 艾弗里的艾实验证明了DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，得出这一结论的关键是 A.用S型活细菌和加热致死的S型细菌分别对小白鼠进行注射，并形成对照 B.用加热致死的S型细菌与无致病性的R型活细菌混合后注射到小鼠体内， 检测小鼠体内S型细菌的含量 C.从死亡小鼠体内分离获得了S型细菌 D.分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶或DNA酶处理S型细菌的细胞提取物后 加入各培养基中培养R型细菌，观察是否发生转化 D 9.(2023·江西金太阳联考)某科研小组在格里菲思实验的基础上增加了相关实验，实验过程如图所示，下列有关叙述正确的是(　　) D A.活菌甲是不会使鼠死亡的S型肺炎链球菌 B.从鼠2血液中分离出的活菌都是S型 C.该实验证明DNA是遗传物质 D.从鼠5体内只能分离出活菌乙 R型菌 S型菌 R型菌 S型菌 S型菌中的某种物质能使R型菌转化为S型菌 S型菌+R型菌 噬菌体侵染细菌实验 考点2 23 1952年，赫尔希和蔡斯采用了比细菌更为简单的材料，即以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。 实验材料： T2噬菌体和大肠杆菌 赫尔希和蔡斯最关键的实验设计思路也是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 一、噬菌体的结构 大本154 T2噬菌体的结构及生活方式 DNA 蛋白质 寄生 同位素标记法 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体 (放射性)同位素标记法 蛋白质被标记 DNA被标记 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 吸附 注入 合成 组装 释放 T2噬菌体只提供遗传物质(DNA)作为模板， 脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。 思考：大肠杆菌为噬菌体繁殖提供了什么呢？ 二、噬菌体侵染细菌的过程 大本154 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 三、赫尔希和蔡斯的实验过程 思考：可以直接用含有放射性同位素的人工培养基培养噬菌体吗？ 不可以，噬菌体是病毒，营寄生生活，无法单独在培养基上存活。 如何给T2噬菌体标记35S和32P？ ①先标记细菌：在含有放射性同位素的培养基中培养细菌 ②再标记噬菌体：用上述细菌培养噬菌体，制备含放射性的噬菌体 注意：病毒没有细胞结构，专营寄生生活，培养基中无法生存。 1.获得标记T2噬菌体 大本154 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 三、赫尔希和蔡斯的实验过程 1.获得标记T2噬菌体 大肠杆菌 含有32P的大肠杆菌 含有32P的 细菌培养基 培养 T2噬菌体 得到 DNA含有32P 标记的T2噬菌体 大肠杆菌 含有35S的大肠杆菌 含有35S的 细菌培养基 培养 T2噬菌体 得到 蛋白质含有35S标记的T2噬菌体 侵染 无标记噬菌体 32P大肠杆菌 DNA含有32P标记的噬菌体 培养得到 大本154 三、赫尔希和蔡斯的实验过程 2.T2噬菌体侵染细胞过程 标记的噬菌体 侵染未标记的 大肠杆菌 短时间保温后搅拌 离心 搅拌目的： 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌； 保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 离心的目的： 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 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。 大本154 大本154 右上“提醒” 2.T2噬菌体侵染细胞过程 35S标记的噬菌体 用35S标记的噬菌体与大肠杆菌混合 经短时间保温后用搅拌器搅拌 离心检测上清液和 沉淀物中的放射性物质 细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性 上清液放射性很高 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 不能证明蛋白质不是遗传物质 上清液放射性很高 说明T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌 沉淀物放射性很低 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中 大本154-155 三、赫尔希和蔡斯的实验过程 32P标记的噬菌体 说明T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌 说明DNA是真正的遗传物质 子代噬菌体中含32P 用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合 经短时间保温后用搅拌器搅拌 离心检测上清液和 沉淀物中的放射性物质 细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性 上清液放射性很低 沉淀物放射性很高 沉淀物放射性很高 上清液放射性很低 培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌 培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放 大本154-155 2.T2噬菌体侵染细胞过程 三、赫尔希和蔡斯的实验过程 3.实验结果 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 放射性情况 上清液 沉淀物 有无放射性的原因 子代噬菌体 蛋白质 很高 DNA 很低 蛋白质未进入细菌中 DNA进入细菌中 很高 很低 噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌中，而蛋白质外壳留在细胞外。DNA是噬菌体的遗传物质。 有32P标记的DNA 无35S标记的蛋白质 补充：同时还能证明DNA能够指导蛋白质的合成 4.实验结论： 大本154 三、赫尔希和蔡斯的实验过程 不能证明蛋白质不是遗传物质 因为蛋白质没有进入细菌体内 (1)本实验采用的对照方法是什么？ 提示　对比实验(相互对照)。大本60、154 (2)实验过程中, 两次涉及大肠杆菌, 这两次涉及的大肠杆菌有什么区别(有无放射性)？ 提示　第一次是有标记的大肠杆菌，第二次是未被标记的大肠杆菌。 (3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，沉淀物有较高放射性的原因是什么？ 提示　可能由于搅拌不充分，有含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。 (4)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有较高放射性的原因有哪些？ 提示　培养时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；培养时间过长或搅拌过于剧烈，部分子代噬菌体已经释放。 (5)能否用3H、14C标记噬菌体？ 提示　不能，因为C、H是DNA和蛋白质的共有元素,无法确认被标记的是何种物质。 (6)尽管艾弗里、赫尔希和蔡斯等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出关键之处？ 提示　最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。 D 1.(2023·西安五校联考)赫尔希和蔡斯精妙的实验设计使得T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验更具有说服力。下列相关叙述正确的是(　　) A.该实验和艾弗里的细菌转化实验的设计思路不同 B.因为DNA和蛋白质都含有O元素，所以也可以用18O替代35S或32P C.如果保温时间太久，则用35S标记的一组实验，沉淀物中的放射性更强 D.该实验只能证明DNA是遗传物质，而不能证明DNA是主要的遗传物质 大本156 生物体内的遗传物质分析 考点3 36 烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验 大本154 烟草花叶病毒（TMV）只含蛋白质和RNA 实验结论： ______是烟草花叶病毒的遗传物质，______不是烟草花叶病毒的遗传物质 RNA 蛋白质 正常 RNA 患病 DNA是主要的遗传物质 大本154 真核生物与原核生物的遗传物质是______，病毒的遗传物质是______________。 生物界绝大多数生物的遗传物质是________，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。 DNA或RNA DNA 提醒：就生物个体而言，其遗传物质是唯一的 如，玉米的遗传物质是DNA，新冠病毒的遗传物质是RNA 不能加“主要”二字 RNA病毒 提醒：常见的RNA病毒有：SARS病毒、新冠病毒、烟草花叶病毒、HIV、禽流感病毒等。 DNA 不同生物的遗传物质 大本155 [归纳]　不同生物的遗传物质 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 T2噬菌体、烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝细菌 玉米、小麦、人 提醒　常见的RNA病毒有：SARS病毒、新冠病毒、烟草花叶病毒、HIV、禽流感病毒等。 DNA 是主要的遗传物质 肺炎链球菌转化实验的分析 菌落粗糙、 菌落光滑、 无多糖类荚膜、 有多糖类荚膜、 无致病性 有致病性 (荚膜: 保护和粘附作用) 实验结论： 加热致死的S型细菌中含有某种“转化因子”使R型活细菌转化为S型活细菌 *注意： ①仅能证明含有某种“转化因子”，但其本质不清楚 ②发生转化的只是少部分R型细菌 关键思路： 把S型细菌的蛋白质、其他物质和DNA分开，单独观察它们的作用 实验结论： DNA是转化因子，是遗传物质，而蛋白质、RNA等其他物质不是 实验自变量控制： 减法原理 (观察小鼠是否死亡) (观察培养基内菌落类型) R型细菌转化为S型细菌的本质： 基因重组 关键思路： 把T2噬菌体的DNA与蛋白质分开，单独地去观察DNA和蛋白质的作用 T2噬菌体的结构及生活方式(T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程: ) 实验过程: 获得被标记的噬菌体→被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌→保温、搅拌、离心 吸附→注入→合成→组装→释放 (放射性)同位素标记法: 32P→DNA 35S→蛋白质 分析上清液、沉淀物放射性？ 实验结论: DNA是噬菌体的遗传物质 真核生物与原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。生物界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，因而DNA是主要的遗传物质 遗传物质分析 烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是其遗传物质 肺炎链球菌 R型 S型 格里菲思的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌实验 三个经典实验对比 大本155 肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵 染细菌实验 实验者 思 路 分离方式 结 论 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。 证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是 酶解法: 分别加入到R型菌中 同位素标记法： 标记DNA和蛋白质 DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质 格里菲思 艾弗里 赫尔希和蔡斯 加热杀死的S型菌体内有“转化因子” (1)赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA是遗传物质。( ) (2)需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌。( ) 提示　需单独标记。 (3)噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA。( ) 提示　在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录。 √ × × (4)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中可用15N代替32P标记DNA。( ) 提示　蛋白质和DNA中都有N。 (5)T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解。( ) 提示　T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌内的病毒。 (6)赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀中。( ) (7)赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。( ) 提示　只有含有母链DNA的才有32P标记。 × × √ × 大本155 2.(2023·华大新高考联盟)某研究人员分别进行了如下三组实验： ①35S标记的T2噬菌体＋不含放射性的细菌； ②32P标记的T2噬菌体＋不含放射性的细菌； ③14C标记的T2噬菌体＋不含放射性的细菌。 下列相关分析正确的是(　　) A.T2噬菌体在含35S、32P和14C的培养基中培养可获取含放射性标记的T2噬菌体 B.若第②组保温时间过短或过长，则离心后上清液中放射性均偏高 C.若第③组进行充分搅拌，则离心后沉淀物中没有放射性 D.比较第①组与第②组的实验结果，说明DNA是主要的遗传物质 B 大本156 均有放射性 3.(2023·河南顶级名校联考)在噬菌体侵染细菌的实验中，下列叙述错误的是(　　) A.子代噬菌体DNA中的部分元素来自亲代噬菌体 B.子代噬菌体蛋白质合成所需的氨基酸全部来自大肠杆菌 C.子代噬菌体DNA的合成过程所需要的能量部分由线粒体提供 D.指导子代噬菌体蛋白质合成的相关信息完全来自亲代噬菌体 C 大本156 A 4.(2023·贵州贵阳摸底)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.蛋白质是使TMV产生稳定遗传变化的物质 C.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程 D.TMV的遗传物质的结构中嘧啶数和嘌呤数相同 大本156 大本157 6.(2022·海南卷，13)某团队从下表①～④实验组中选择两组，模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，验证DNA是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是(　　) C 材料及标记 实验组　　 T2噬菌体 大肠杆菌 ① 未标记 15N标记 ② 32P标记 35S标记 ③ 3H标记 未标记 ④ 35S标记 未标记 A.①和④ B.②和③ C.②和④ D.④和③ $$