第3章 第1节 DNA是主要的遗传物质（讲义word）-【大鹏生物】2024-2025学年高中生物同步课讲义必修2 遗传与进化

第三章　基因的本质 第1节　DNA是主要的遗传物质 [ 学习目标 ] 1.阐述格里菲思、艾弗里的肺炎链球菌转化实验的过程。 2.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程。 3.举例说明证明遗传物质的实验思路。 一、肺炎链球菌的转化实验 [ 教材梳理 ] 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，人们认识到组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。 这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 2.肺炎链球菌的类型 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 表面光滑 表面粗糙 菌体 有无致病性 有 无 3.格里菲思的肺炎链球菌转化实验 4.艾弗里的肺炎链球菌转化实验 (1)实验过程及结果 (2)结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 (3)减法原理：在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素称为“减法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。 [ 核心探讨 ] 探讨点　肺炎链球菌体内、体外转化实验 请从以下角度来说明格里菲思的肺炎链球菌转化实验与艾弗里的肺炎链球菌转化实验的关系 (1)区别 项目 格里菲思的肺炎链球菌转化实验 艾弗里的肺炎链球菌转化实验 科学家 格里菲思 艾弗里和他的同事 细菌培养 小鼠体内 体外培养基 实验构思 用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化 观察指标 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 实验结论 已经加热致死的S型细菌体内有转化因子 转化因子是DNA (2)联系 ①格里菲思的肺炎链球菌转化实验是艾弗里的肺炎链球菌转化实验的基础，后者是前者的延伸。 ②实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。 [ 核心归纳] 1.易错归纳 (1)肺炎链球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。 (2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。 2.加热的作用原理 (1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。 (2)加热时，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，进而恢复活性。 题组一　肺炎链球菌的转化实验 1.格里菲思的肺炎链球菌转化实验的部分过程如图所示。下列有关叙述正确的是（ ） A.S型肺炎链球菌的菌落表面是粗糙的，R型肺炎链球菌的菌落表面是光滑的 B.S型细菌的DNA经加热后失活，因而注射加热致死的S型细菌后的小鼠仍存活 C.从图中病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌只有S型细菌而无R型细菌 D.该实验未证明R型细菌转化为S型细菌是由S型细菌的DNA引起的 2.艾弗里的实验证明了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 3.某研究人员模拟肺炎链球菌的转化实验，进行了以下3个实验： ①S型细菌的细胞提取物＋DNA酶与R型活细菌混合——注入小鼠体内 ②加热致死的S型细菌与R型活细菌混合——注入小鼠体内 ③S型细菌的DNA与高温加热后冷却的R型细菌混合——注入小鼠体内 以上3个实验中小鼠存活的情况依次是( ) A.存活、存活、存活 B.存活、死亡、存活 C.死亡、死亡、存活 D.存活、死亡、死亡 二、噬菌体侵染细菌的实验 [ 教材梳理] 1.实验者：赫尔希和蔡斯。 2.实验方法：放射性同位素标记技术。 3.实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌 (1)T2噬菌体的模式图 (2)T2噬菌体的增殖 ①合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。 ②合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。 ③合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸，场所：大肠杆菌的核糖体。 4.实验过程 (1)标记T2噬菌体 (2)侵染细菌 5.实验分析 (1)噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。 (2)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才是噬菌体的遗传物质。 [核心探讨] 探讨点　噬菌体侵染细菌实验 1.本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？ 提示　P是噬菌体DNA特有的元素，S是噬菌体蛋白质特有的元素，用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.能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？ 提示　不能，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质；不能，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 3.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？ 提示　搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，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时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？ 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。 (2)保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。 5.用一个32P噬菌体侵染35S细菌，子代噬菌体被标记的情况是什么？如果用一个35S噬菌体侵染32P细菌，子代噬菌体被标记的情况是什么？ 提示　第一种情况子代噬菌体有两个被32P标记，全部被35S标记； 第二种情况是子代噬菌体全部被32P标记，没有被35S标记。 [核心探讨] 1.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌” (1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。 (2)“搅拌”要充分——如果搅拌不充分，35S组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样会造成沉淀物中放射性偏高。 2.噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题 (1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。 (2)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。 (3)三次涉及大肠杆菌 3.使用不同元素标记后子代放射性有无的判断 题组二　噬菌体侵染细菌的实验 4.1952年，赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体时，正确的做法是( ) A.分别用含35S和32P的人工培养基培养T2噬菌体 B.分别用含35S和32P的培养基培养细菌，再分别用上述细菌培养T2噬菌体 C.分别将35S和32P注入鸡胚，再用T2噬菌体感染鸡胚 D.分别用含35S和32P的动物血清培养T2噬菌体 5.下图为“以32P标记T2噬菌体侵染大肠杆菌”的实验示意图。下列有关叙述正确的是( ) A.锥形瓶内的培养液中有含32P的物质，以便用32P标记噬菌体 B.离心前搅拌的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离 C.若只有C中含大量放射性，可直接证明噬菌体的遗传物质是DNA D.实验中B对应部分有少量放射性，可能原因是搅拌不充分 6.赫尔希与蔡斯用32P标记T2噬菌体与无标记的大肠杆菌培养液混合，一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述，不正确的是( ) A.32P主要集中在沉淀物中，但上清液中也不排除有少量放射性 B.若离心前混合时间过长，会导致上清液中放射性降低 C.本实验的目的是单独研究DNA在遗传中的作用 D.本实验说明了DNA在亲子代之间传递具有连续性 三、生物的遗传物质 [教材梳理] 1.RNA是遗传物质的实验证据 (1)实验材料：烟草花叶病毒(只含有蛋白质和RNA)、烟草。 (2)实验过程 (3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。 2.DNA是主要的遗传物质：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。 [核心探讨] 探讨点　遗传物质的特点及探索思路 1.请总结：探索“遗传物质”的思路和方法，并完成填空： (1)探究思路：探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看其作用。 (2)三种方法 2.某种物质能否做为遗传物质应具备哪些条件？ 提示　 (1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。 (2)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程。 (3)能储存大量的遗传信息。 (4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可遗传变异。 [核心归纳] 1.细胞内既有DNA，又有RNA，其遗传物质是DNA。 2.病毒只含有一种核酸：DNA或RNA，含有哪种核酸，该核酸就是该病毒的遗传物质。 3.DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说的，而某种生物的遗传物质是唯一的。 4.并不是所有的核酸都能作为遗传物质，如细胞生物中的RNA。 题组三　生物的遗传物质 7.下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.RNA进入叶子的细胞后，能繁殖出正常的子代病毒 B.TMV的蛋白质没有进入烟草细胞中 C.侵入烟草细胞的RNA含有A、T、G、C四种碱基 D.RNA是TMV的主要遗传物质 8.如图所示，两种不同的植物病毒甲、乙，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( ) 9.下列关于生物遗传物质的叙述，正确的是（ ） A.所有生物的遗传物质都是DNA B.DNA和RNA在细胞中均存在，其中DNA是主要的遗传物质，RNA是次 要的遗传物质 C.真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗 传物质是RNA D.真核生物、原核生物的遗传物质是DNA，其他生物的遗传物质是RNA [综合强化] 10.将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠体内S型细菌和R型细菌数量的变化情况如图所示。下列有关叙述正确的是（ ） A.R型细菌中的转化因子促使R型细菌转化为S型细菌 B.曲线ab段与bc段相比，小鼠体内抵抗R型细菌的物质更多 C.曲线bc段绝大多数的R型细菌转化成了S型细菌 D.曲线cd段R型细菌数量上升的原因可能是S型细菌降低了小鼠的免疫能力 11.在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染细菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是（ ） A.T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖 B.T2噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质 C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中 D.烟草花叶病毒与T2噬菌体的核酸类型相同 12.结合遗传物质的相关实验，回答下列问题： (1)艾弗里及其同事进行肺炎链球菌的转化实验中，实验成功的最关键的设计思路是________________。 (2)上述实验证明了____________________________________________。 (3)后来，赫尔希和蔡斯用_____________________技术，进一步表明_______才是噬菌体的遗传物质。实验包括4个步骤：①噬菌体与大肠杆菌混合培养；②35S和32P分别标记噬菌体；③放射性检测；④离心分离。该实验步骤的正确顺序是_________(填序号)。 (4)用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现放射性物质存在于___________(填“上清液”或“沉淀物”)中。 (5)在上述实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，_____(填“会”或“不会”)导致实验误差。简述理由? [本讲小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$