（高一）专题4 基因的本质知识串讲-2024-2025学年高中生物期末重难点复习攻略

专题4  基因的本质 一、肺炎链球菌的转化实验 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分子的脱氧核苷酸有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 有无毒性 有 无 3．格里菲思的体内转化实验 实验过程 结果分析 结论 ①R型活细菌小鼠 不死亡 R型细菌无毒性 加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子 ②S型活细菌小鼠 死亡 S型活细菌 S型细菌有毒性 ③加热致死的S型细菌小鼠 不死亡 加热致死的S型细菌已失活，毒性消失 小鼠 死亡 S型 活细菌 R型细菌转化为 S型 细菌，且性状可以遗传 4．艾弗里的体外转化实验 (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。 二、噬菌体侵染细菌实验 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(如图所示)。 4．实验过程 (1)标记T2噬菌体 (2)侵染细菌 5．实验分析 (1)T2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T2噬菌体的各种性状是通过 亲代的DNA 遗传的。 6．实验结论： DNA 才是真正的遗传物质。 三、烟草花叶病毒实验 1．RNA是遗传物质的实验证据 (1)实验材料：烟草花叶病毒(只由 蛋白质 和 RNA 组成)。 (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。 1．肺炎链球菌两个转化实验的比较 实验 体内转化实验 体外转化实验 科学家 格里菲思 艾弗里及其同事 细菌培养场所 小鼠体内 培养基(体外) 实验原理 S型细菌可以使人患肺炎或使小鼠患败血症 利用减法原理，对S型细菌中的物质进行去除，分别单独观察各种物质的作用 实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性进行对照 S型细菌各成分的作用进行对照 实验构思 用加热杀死的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 对S型细菌的提取物分别用蛋白酶、酯酶、RNA酶、DNA酶处理，分别观察提取物的转化活性 结果观察 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 实验结论 S型细菌体内有转化因子 S型细菌的DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质 联系 ①所用的材料相同：都巧妙选用R型和S型两种肺炎链球菌； ②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”；体外转化实验则是前者的延伸，进一步证明了“转化因子”是DNA； ③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则 2．S型细菌和R型细菌转化的实质 (1)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。 (2)转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。 (3)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌，说明S型细菌的DNA是遗传物质。 3．明辨噬菌体侵染细菌实验的四个易错点 (1)T2噬菌体的培养：不能用含35S和32P的培养基培养T2噬菌体。T2噬菌体是病毒，只能寄生在活细胞内，不能利用培养基直接培养。 (2)T2噬菌体的标记：不能用35S和32P标记同一T2噬菌体。放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，不能确定是何种元素的放射性。 (3)两次噬菌体侵染：该实验涉及两次噬菌体的侵染。标记噬菌体的过程是未标记的噬菌体侵染已标记的大肠杆菌的过程；侵染细菌的实验过程是已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌的过程。 (4)T2噬菌体在大肠杆菌内的增殖的条件 ①模板：进入细菌体内的噬菌体的DNA。 ②合成噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。 ③合成噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌提供的氨基酸。 ④场所：大肠杆菌的核糖体。 4．噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性位置的误差分析 (1)32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌 (2)35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌 5．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较 比较 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验 设计思路 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能 处理方法 用加酶的方法分别去除S型菌的DNA、多糖、蛋白质等，再与R型菌混合培养 同位素标记法：分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA 结论 ①证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质； ②说明了遗传物质可发生可遗传的变异 ①证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质 ②说明DNA能控制蛋白质的合成 ③说明DNA能自我复制 6．明辨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 噬菌体、烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝细菌 玉米、小麦、人 7．“遗传物质”探索的3种方法 【理论基础】 以遗传物质功能的辨析为载体考查生命观念中的物质功能观 1．“DNA是遗传物质”和“DNA是主要的遗传物质”在表述上有怎样的区别？ 。 以病毒核酸为载体考查科学探究中的实验方法 2．研究发现，一种病毒只含一种核酸(DNA或RNA)，病毒的核酸可能是单链结构也可能是双链结构。新病毒出现后，科研人员首先要确定该病毒的核酸种类和结构类型。以下是探究新病毒的核酸种类和结构类型的实验方法，回答下列问题。 (1)酶解法：通过分离提纯技术，提取新病毒的核酸，加入 酶混合培养一段时间，再感染其宿主或宿主细胞，若宿主不患病或在宿主细胞内检测不到子代病毒，则新病毒为DNA病毒。 (2)侵染法：将 培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中繁殖数代，之后接种 ，培养一段时间后收集子代病毒并检测其放射性。若检测到子代病毒有放射性，则说明该病毒为 病毒。 (3)碱基测定法：为确定新病毒的核酸是单链结构还是双链结构，可对此新病毒核酸的碱基组成和比例进行测定分析。若含T，且 ，则说明是单链DNA；若含T，且 ，则最可能是双链DNA；若含U，且 ，则说明是单链RNA；若含U，且A=U，则最可能是双链RNA。 (4)最终测定该病毒为单链RNA病毒，研究人员依据该病毒的核酸种类和结构类型，初步判断研制此病毒的疫苗会很困难，原因可能是 。 【典型例题】 3．下列相关说法不正确的是（　　） A．某DNA分子含有m对碱基，其中G含有n个，该DNA分子复制3次，其需要消耗的游离的腺嘌呤脱氧核苷酸7（m-n）个 B．洋葱根尖细胞（2n=32）全部DNA分子双链经32P标记的（染色体数2N）置于不含32P培养液中经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞中含有32P标记的子细胞有2个、3个或4个 C．DNA分子中的每个磷酸基均连接着两个脱氧核糖和一个碱基 D．某基因的一条链被15N标记在放在没有标记的环境中培养复制n次后，含15N标记的DNA∶不含15N标记的DNA=1∶（2n-1） 4．某兴趣小组以肺炎链球菌为材料进行如图所示实验，其中细胞提取物是加热致死的S型菌破碎后去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质制成的。下列叙述错误的是（    ）    A．实验的设计思路是设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应 B．第②-④组利用酶的专一性去除对应物质观察转化情况 C．混合培养后4组的平板培养基上均会有表面粗糙的菌落 D．该实验可证明DNA是主要的遗传物质 5．如图为肺炎链球菌不同品系间的转化，在R型菌转化为S型菌的过程中，下列相关叙述正确的是（    ） A．加热致死的S型菌DNA氢键被破坏，因而断裂为多个较短的DNA片段 B．由R型菌转化得到的S型菌与原S型菌的遗传物质完全相同 C．S型菌中的caps进入R型菌，使R型转化为S型菌，属于基因重组 D．caps基因控制多糖类荚膜的形成体现了基因可以直接控制生物性状 6．下图是“以32P标记T2噬菌体侵染大肠杆菌”实验示意图。相关叙述正确的是（    ） 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②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，可以证明噬菌体的蛋白质留在外面 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 7．赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的叙述正确的是（    ） A．子代噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌 B．实验中可以利用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体，使其带上放射性标记 C．利用32P标记的噬菌体实验组中，在上清液出现了放射性很高的情况，这可能是因为搅拌不充分导致的 D．用32P标记的噬菌体侵染无放射性的大肠杆菌，释放的子代噬菌体没有放射性 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．“DNA是遗传物质”是指所有含DNA的生物中，DNA是遗传物质；“DNA是主要的遗传物质”是指在所有生物中，绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数生物的遗传物质是RNA，如RNA病毒的遗传物质是RNA。 【分析】遗传物质即亲代与子代之间传递遗传信息的物质。除一部分病毒的遗传物质是RNA外，其余的病毒以及全部具典型细胞结构的生物的遗传物质都是DNA。 遗传物质的基本特性是相对的稳定性，能自我复制，前后代之间保持一定的连续性并能产生可遗传的变异。 【详解】对于某种具体的生物而言，其遗传物质是确定的，是DNA或RNA的一种，因此“DNA是遗传物质”是指所有含DNA的生物中，DNA是遗传物质；对于所有的生物而言，绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数生物的遗传物质是RNA，如RNA病毒的遗传物质是RNA。 2． DNA(DNA水解) 该病毒的宿主细胞 该病毒 RNA A不等于T A=T A不等于U 单链RNA分子结构不稳定，更容易产生变异，进而使疫苗对变异后的病毒无效 【分析】1、DNA和RNA的异同： 英文缩写 基本组成单位 五碳糖 含氮碱基 存在场所 DNA 脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖 A、C、G、T 主要在细胞核中，在叶绿体和线粒体中有少量存在 RNA 核糖核苷酸 核糖 A、C、G、U 主要存在细胞质中 2、病毒中含有DNA或RNA一种核酸，其遗传物质是DNA或RNA。 3、双链DNA分子中，两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，碱基之间遵循A与T配对，G与C配对的碱基互补配对原则。 【详解】（1）酶有专一性。若该病毒为DNA病毒，用DNA（DNA水解）酶与病毒混合培养一段时间后，DNA酶分解DNA，在宿主细胞中不能检测到子代。 （2）根据DNA和RNA的异同，可用放射性同位素标记碱基的方法，探究病毒是DNA病毒还是RNA病毒。实验思路为设置两组实验，将该病毒的宿主细胞分别培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶（记为甲组）和尿嘧啶（记为乙组）的培养基中，然后分别接种该病毒，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。若甲组收集的病毒不含放射性而乙组有放射性，则该病毒为RNA病毒。 （3）根据表格中数据可知，DNA病毒的核酸含有特有的碱基胸腺嘧啶，如为双链，则A=T,单链中A不等于T；若为RNA病毒，则含特有的碱基尿嘧啶，如为双链，则A=U，如为单链，A不等于U。 (4) RNA病毒不能通过接种疫苗来长期有效预防，原因是疫苗具有专一性，只对特定的病原体有效，而该病毒为RNA病毒，RNA为单链结构，不稳定，容易发生变异。 【点睛】对于DNA与RNA在组成成分上的差异，双链DNA分子的结构特点的理解和掌握，把握知识的内在联系并应用相关知识对某些生物学问题进行解释、推理、配对的能力是本题考查的重点。 3．C 【分析】1、减数分裂过程：（1）减数第一次分裂间期：染色体的复制。（2）减数第一次分裂：①前期：联会，同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换；②中期：同源染色体成对的排列在赤道板上；③后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合；④末期：细胞质分裂。（3）减数第二次分裂过程：①前期：核膜、核仁逐渐解体消失，出现纺锤体和染色体；②中期：染色体形态固定、数目清晰；③后期：着丝点（粒）分裂，姐妹染色单体分开成为染色体，并均匀地移向两极；④末期：核膜、核仁重建、纺锤体和染色体消失。 2、有丝分裂不同时期的特点：（1）间期：进行DNA的复制和有关蛋白质的合成；（2）前期：核膜、核仁逐渐解体消失，出现纺锤体和染色体；（3）中期：染色体形态固定、数目清晰；（4）后期：着丝点（粒）分裂，姐妹染色单体分开成为染色体，并均匀地移向两极；（5）末期：核膜、核仁重建、纺锤体和染色体消失。 3、DNA分子复制方式为半保留复制。 【详解】A、某DNA分子含有m对碱基，其中G含有n个，则A=m-n个，该DNA分子复制3次，则需要消耗的游离的腺嘌呤脱氧核苷酸（23-1）×（m-n）个，A正确； B、洋葱根尖细胞（2n=32）全部DNA分子双链经32P标记的（染色体数2N）置于不含32P培养液中经过连续两次，由于被标记的染色体随机移向两极，所以细胞分裂后产生4个子细胞中含有32P标记的子细胞有2个、3个或4个，B正确； C、DNA 分子中每条链的5’端的磷酸只链接一个脱氧核糖，C错误； D、某基因的一条链被15N标记在放在没有标记的环境中培养复制n次后，则DNA分子有2n个，则被标记的DNA分子只有一个，所以含15N标记的DNA：不含15N标记的DNA=1：（2n-1），D正确。 故选C。 4．D 【分析】在艾弗里证明遗传物质是DNA的实验中，艾弗里将S型细菌的提取物分别加入蛋白酶、RNA酶和DNA酶，以除去相应的分子，研究它们各自的作用。艾弗里体外转化实验证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质。 【详解】A、实验设计思路是单独研究DNA、蛋白质、糖类等物质在转化中的作用。从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化，A正确； B、第②～④组利用酶的专一性蛋白酶、RNA酶和DNA酶，以除去相应的分子观察转化情况，B正确； C、R型菌菌落表面粗糙，混合培养后4组的平板培养基上均会有R型菌，C正确； D、该实验可证明DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质，D错误。 故选D。 5．C 【分析】肺炎链球菌转化实验包括格里菲思体内转化实验和艾弗里体外转化实验，其中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；艾弗里体外转化实验证明DNA是遗传物质。 【详解】A、氢键被破坏不会导致DNA链断裂，磷酸二酯键被破坏导致DNA链断裂，A错误； B、由R型菌转化得到的S型菌与原S型菌的遗传物质发生了改变，B错误； C、转化产生的S型菌中的capS是S型菌中的capS进入R型细菌并与R型细菌的DNA重组导致的，C正确； D、capS基因控制多糖类荚膜的形成体现了基因可以通过控制酶的合成控制代谢过程间接控制生物性状，D错误。 故选C。 6．B 【分析】T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P标记噬菌体——噬菌体与大肠杆菌混合培养——噬菌体侵染未被标记的细菌——在搅拌器中搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。该实验证明DNA是遗传物质。 【详解】A、本实验是以32P标记T2噬菌体侵染大肠杆菌，因此图中亲代噬菌体已用32P标记，会侵入大肠杆菌体内进行增殖，培养大肠杆菌的培养液中不能用放射性标记的含32P的物质，A错误； B、过程②为搅拌，目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离，B正确； C、若只有沉淀物C中含大量放射性，可证明噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌，不能证明噬菌体的蛋白质留在外面，C错误； D、若实验中B(上清液)中出现放射性，可能是培养时间过短，部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞，或培养时间过长，造成部分大肠杆菌裂解，含放射性的子代噬菌体释放后在上清液中，D错误。 故选B。 7．A 【分析】1、T2噬菌体侵染大肠杆菌实验步骤首先获得35S和32P标记的T2噬菌体，然后再与未标记的大肠杆菌混合培养，然后适时保温后再搅拌、离心，最后通过检测上清液和沉淀物中的放射性高低，从而得出DNA是遗传物质的结论。 2、噬菌体是专性寄生物，不能在培养基中培养。只能在活体中培养。 3、噬菌体的繁殖过程：吸附→注入（注入噬菌体DNA)→复制与合成(控制者：噬菌体的DNA、原料：细菌的化学成分)→组装→释放。 【详解】A、噬菌体营寄生生活，噬菌体只把自己的DNA注入到大肠杆菌内，利用大肠杆菌的原料和场所以及能量进行复制与合成，因此子代噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌，A正确； B、T2噬菌体属于病毒，营寄生生活，不能在培养基上生活，因此只能利用标记的大肠杆菌培养T2噬菌体，B错误； C、利用放射性32P标记的噬菌体实验组中，噬菌体的DNA被标记，出现了在上清液内放射性很高的情况，这可能是因为保温培养时间过长或过短导致的，C错误； D、用32P标记的噬菌体侵染无放射性的大肠杆菌，释放的子代噬菌体中有少部分含有放射性，D错误。 故选A。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$