1 第1节 DNA是主要的遗传物质-【金版新学案】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 多选）

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和过程。　3.理解DNA是主要遗传物质的结论。 知识点一　肺炎链球菌的转化实验 1．对遗传物质的早期推测 2．肺炎链球菌的转化实验 (1)肺炎链球菌的类型　[连线] (2)格里菲思的体内转化实验 ①过程与现象 ②实验推论：已经加热致死的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。 提醒：发生转化的只是少部分R型细菌。 (3)艾弗里的体外转化实验 提醒：区分认清格里菲思实验和艾弗里实验的结论不同：①格里菲思实验是利用小鼠进行的体内转化实验，提出了“转化因子”的假设；②艾弗里则通过体外转化实验，最终证明DNA就是转化因子。 [精通教材] 1．（教材P43“相关信息”）荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。有荚膜的S型活细菌有毒性的原因是有荚膜的细菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 2．（教材P44正文）艾弗里的体外转化实验中，设置“S型细菌的细胞提取物中加DNA酶”实验组的作用是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：起对照作用，用DNA酶分解从S型活细菌中提取的细胞提取物，不能使R型细菌转化，可见DNA被分解后的产物不能使R型细菌转化，DNA才是使R型细菌转化的物质 学生用书第67页 任务一　分析肺炎链球菌转化实验过程 1．结合教材，分析格里菲思的体内转化实验，回答下列问题： (1)实验①②对比说明R型细菌无致病性，S型细菌有致病性。 (2)实验②③对比说明加热致死的S型细菌无致病性。 (3)实验②③④对比说明加热致死的S型细菌能使部分R型活细菌转化为S型活细菌。 (4)综合以上实验得出的结论是加热致死的S型细菌中含有一种转化因子，能使R型活细菌转化为S型活细菌。 2．某同学根据肺炎链球菌转化实验过程，设计如下四组实验，判断下列各组实验中小鼠的存活情况： ①S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠； ②R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠； ③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠； ④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠。 小鼠存活的是①③④，小鼠死亡的是②（均填序号）。 任务二　分析肺炎链球菌转化实验结果 3.研究表明，在肺炎链球菌转化实验中，小鼠体内的两种细菌含量变化如图所示： (1)S型活细菌是怎样产生的？ 提示：加热致死的S型细菌的DNA将R型活细菌转化为S型活细菌。 (2)S型细菌是有致病性的，据此推测曲线BC段上升的原因是什么？ 提示：有致病性的S型细菌在小鼠体内增殖，导致小鼠的免疫力降低，R型细菌、S型细菌数量都增加。 (3)后期出现的大量S型活细菌是怎样产生的？ 提示：由R型活细菌转化成的S型活细菌繁殖而来的。 [核心归纳] S型细菌和R型细菌转化的实质性分析 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型活细菌转化成了S型活细菌。 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型活细菌繁殖而来的。 3．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，酶等生物大分子失去其相应功能，细菌死亡。 4．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。 应用1.（2023·河南开封高一期末）如图是以肺炎链球菌为实验材料探究生物遗传物质的实验。下列分析错误的是(　　) 学生用书第68页 A.该实验单独探究了S型细菌的DNA和蛋白质的作用 B．甲组培养皿中有S型细菌出现，加热没有破坏转化因子的活性 C．乙组培养皿与丙组培养皿中的肺炎链球菌种类都不相同 D．若设丁组不加入DNA酶，与丙组对比则说明丁组提取物含DNA 答案：C 解析：该实验中甲组是对照，乙组去除了蛋白质，丙组去除了DNA，设计思路是单独探究S型细菌的DNA和蛋白质等成分的作用，A正确；甲组中出现S型细菌，由此可推测加热不会破坏转化因子的活性，B正确；乙组蛋白酶不能水解DNA，故乙组培养皿中会出现S型细菌和R型细菌，丙组培养皿中加入了DNA酶，S型细菌DNA被水解后不会导致R型细菌的转化，丙组培养皿中只出现R型细菌，两组都含有R型细菌，C错误；DNA酶能水解DNA，丙组加入DNA酶，若设丁组不加入DNA酶，与丙组对比则说明丁组提取物含DNA，D正确。 应用2.（2023·广东东莞高一检测）某同学对格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验进行了分析比较，下列叙述正确的是(　　) A.实验结论相同：DNA是遗传物质 B．两个实验在控制自变量时应用了“加法原理” C．先进行了体外转化实验，后进行了体内转化实验 D．实验设计思路不同，但都遵循了对照原则 答案：D 解析：两个实验的结论不相同：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，艾弗里的体外转化实验证明DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，A错误；艾弗里的体外转化实验用到了“减法原理”，B错误；先进行了格里菲思的体内转化实验，后进行了艾弗里的体外转化实验，C错误；格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验设计思路不同，但都遵循了对照原则，D正确。 知识点二　噬菌体侵染细菌的实验 1．实验材料：T2噬菌体。 (1)结构　[填图] (2)生活方式：寄生在大肠杆菌体内。 2．实验方法：放射性同位素标记法。 3．实验过程和现象 (1)用标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，需要短时间保温，然后搅拌、离心。 (2)搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。 (3)离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 4．实验结果及分析 (1)放射性同位素在试管中的分布情况表明：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)子代噬菌体的标记情况表明：子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。 5．实验结论：DNA才是噬菌体的遗传物质。 [精通教材] 1．（教材P45“相关信息”）本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用35S和32P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．（教材P46“思考·讨论”）艾弗里与赫尔希等人以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？ 提示：①个体小；②结构简单；③繁殖快。 学生用书第69页 任务一　分析噬菌体侵染细菌过程 1．结合教材P45“图3-5　噬菌体侵染细菌的电镜照片”，根据T2噬菌体侵染细菌的过程，回答下列问题。 (1)T2噬菌体　　　　（填“能”或“不能”）在肺炎链球菌体内增殖，请分析原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：不能，T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒 (2)T2噬菌体侵染细菌时，注入的是　　　　。 提示：DNA (3)子代噬菌体物质合成所需要的原料来源于哪种生物？合成的子代噬菌体与亲代噬菌体几乎相同的原因是什么？ 提示：大肠杆菌。原因是指导子代噬菌体合成的遗传物质来自亲代噬菌体注入的DNA。 任务二　分析同位素标记过程 2．如图为用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，根据图示并结合教材内容回答下列问题。 (1)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，只有在细菌体内才能进行增殖，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。 (2)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。 (3)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：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。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。 (4)用32P标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，子代噬菌体被标记的情况是什么？如果用35S标记的噬菌体侵染32P标记的细菌，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部分噬菌体被32P标记，全部噬菌体被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。 [核心归纳] 1．噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌” (1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌 (2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌 2．大肠杆菌的三次应用 学生用书第70页 应用3.（2023·广东广州高一期中）如图是噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤，下列有关叙述正确的是(　　) A．实验中离心的目的是让上清液中析出较轻的噬菌体颗粒 B．为了获得被35S标记的噬菌体，可用含35S的培养基直接培养噬菌体 C．用35S标记亲代噬菌体，则上清液的放射性较低 D．用32P标记亲代噬菌体，若上清液的放射性较高一定是由于培养时间过长 答案：A 解析：实验中搅拌的目的是让噬菌体的蛋白质外壳与被侵染的细菌分开，离心的目的是使上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，A正确；噬菌体属于病毒，无细胞结构，必须寄生在活细胞内才能增殖，不能直接用培养基培养，B错误；35S标记的是亲代噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳没有进入细菌，搅拌离心后分布在上清液中，因此用35S标记亲代噬菌体，则上清液的放射性较高，C错误；用32P标记亲代噬菌体，若上清液的放射性较高可能是由于培养时间过长（部分细菌裂解，子代噬菌体释放）或培养时间过短（部分亲代噬菌体还未侵染大肠杆菌），D错误。 应用4.（2023·菏泽高一检测）噬菌体内的S用35S标记，P用32P标记，细菌内蛋白质含32S，DNA含31P，用该噬菌体去侵染细菌后，产生了许多子代噬菌体，那么在子代噬菌体中S和P的分布规律是(　　) A.外壳中有35S和32S，DNA内只含有32P B．外壳中只有32S，DNA内只含有32P C．外壳中有35S和32S，DNA内含有32P和31P D．外壳中只有32S，DNA内都含有31P 答案：D 解析：由于噬菌体侵染细菌过程中，蛋白质外壳不进入细菌，所以子代噬菌体内没有35S，只有32S；DNA进入细菌，利用31P标记的脱氧核苷酸合成子代DNA，新的DNA内有的既含有32P又含有31P，有的只含有31P，因此子代噬菌体都含有31P，D正确。 “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 1．烟草花叶病毒侵染烟草的实验 (1)烟草花叶病毒的组成 (2)侵染实验 (3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。 2．DNA是主要的遗传物质：因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 [判断正误] 1．DNA是所有生物的遗传物质。(×) 2．真核生物细胞内含有的核酸有DNA和RNA，它们都是遗传物质。(×) 3．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。(×) 4．病毒的遗传物质是DNA或RNA。(√) 任务　分析烟草花叶病毒和车前草病毒重建实验 烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别单独感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。回答下列相关问题： 学生用书第71页 (1)图甲　　　　　　　　（填“能”或“不能”）说明病毒的RNA能感染烟叶，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：不能　因为是用完整的病毒感染烟叶，蛋白质和RNA并没有分离 (2)图乙实验结果说明了_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：TMV的蛋白质外壳不能感染烟叶，而RNA能感染烟叶 (3)推测图丙实验结果是什么？从烟叶中分离出来的子代病毒是哪种类型？ 提示：图丙表示用TMV的蛋白质外壳和HRV的遗传物质组合成的“杂种病毒”感染烟叶，结果是烟叶被感染，出现b病斑。杂种病毒中含有HRV的遗传物质，故其产生的子代为HRV，从烟叶中分离出来的子代病毒为车前草病毒。 应用5.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．水和苯酚的作用是水解病毒的蛋白质和RNA B．TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中 C．接种RNA后，烟草感染的病毒与TMV相同 D．RNA是TMV的主要遗传物质 答案：C 解析：水和苯酚的作用是将TMV中的RNA与蛋白质分离开，A错误；该实验能证明RNA能进入烟草细胞，无法确定蛋白质能否进入烟草细胞中，B错误；TMV的遗传物质就是RNA，因此接种RNA后，烟草感染的病毒与TMV相同，C正确；本实验表明RNA是TMV的遗传物质，而不是表明RNA是TMV的主要遗传物质，D错误。 应用6.下列关于生物遗传物质的说法，不正确的是(多选)(　　) A．同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA B．DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNA C．真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNA　 D．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质 答案：BCD 解析：同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA，A正确；DNA是主要的遗传物质是指绝大多数生物的遗传物质是DNA，B错误；真核生物的遗传物质都是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA，而DNA病毒的遗传物质是DNA，C错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，但没有证明DNA是主要的遗传物质，D错误。 思维导图 要语必背 1.S型肺炎链球菌有荚膜，有致病性；R型肺炎链球菌无荚膜，无致病性。 2.在肺炎链球菌转化实验中，DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 3.肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了DNA是遗传物质。 4.烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。 5.因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 1．（2023·河南洛阳高一期末）下列有关肺炎链球菌转化实验的叙述，正确的是(　　) A．体内转化实验中，R型活细菌转化成的 S型活细菌不能稳定遗传 B．体内转化实验中，S型细菌控制合成的荚膜物质使 R型细菌转化为S型细菌 C．体外转化实验中加入蛋白酶的实验组培养基上全为S型细菌 D．体外转化实验中经DNA酶处理的S型细菌提取物失去转化活性 答案：D 解析：体内转化实验中，小鼠体内有大量S型活细菌，说明R型活细菌转化成的S型活细菌能稳定遗传，A错误；体内转化实验中，无法说明是哪种物质使R型细菌转化成有荚膜的S型细菌，B错误；体外转化实验中加入蛋白酶的实验组培养基，一部分R型细菌转化为S型细菌，故有S型细菌和R型细菌，C错误；体外转化实验中，DNA酶处理会破坏S型细菌的DNA，不能使R型细菌转化为S型细菌，D正确。 2．（2023·河南平顶山高一期末）科学家通过实验证明了生物的遗传物质是DNA或RNA，下列分析正确的是(　　) A．格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S型肺炎链球菌的遗传物质是DNA B．用18O替代35S或32P标记T2噬菌体也可以证明噬菌体的遗传物质是DNA C．烟草花叶病毒实验证明了病毒的遗传物质是RNA，细胞的遗传物质是DNA D．艾弗里运用“减法原理”控制自变量，证明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA 答案：D 解析：格里菲思的肺炎链球菌转化实验只证明了S型细菌含有转化因子，而该转化因子的化学本质在该实验中没有得出结论，A错误；由于T2噬菌体的蛋白质和DNA中均含有氧元素，所以不能用18O标记T2噬菌体来证明DNA是遗传物质，且18O不具有放射性，B错误；烟草花叶病毒实验只证明了烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而并非证明了各种病毒的遗传物质是RNA，也没有证明细胞的遗传物质是DNA，C错误；艾弗里的肺炎链球菌转化实验运用“减法原理”控制自变量，即通过酶解法水解了S型细菌的相应物质，证明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA，D正确。 学生用书第72页 3.（2023·安徽芜湖高一期末）若用3H标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，则对于子代噬菌体的叙述，正确的是(　　) A．外壳可能含有3H B．DNA可能含有3H C．外壳和DNA都可能含有3H D．外壳和DNA都不可能含有3H 答案：B 解析：子代噬菌体的蛋白质外壳是利用大肠杆菌的氨基酸合成的，而大肠杆菌本身未被标记，因此外壳不可能含有3H，A错误；噬菌体侵染大肠杆菌时，DNA注入大肠杆菌，然后以大肠杆菌的脱氧核苷酸为原料，以自身的DNA为模板，进行增殖，形成的子代DNA中有少部分含有亲代DNA链，因此含3H，大部分DNA不含有亲代DNA链，因此不含3H，所以说子代噬菌体的DNA可能含有3H，B正确；由A分析可知，子代噬菌体的蛋白质外壳不可能含有3H，C错误；由B分析可知，子代噬菌体的DNA可能含有3H，D错误。 4．（2023·广东河源高一期末）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．若保温时间太久，则用35S标记的一组实验沉淀物中的放射性更强 D．离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌 答案：D 解析：两个实验的思路都是设法将蛋白质和DNA分开，单独观察它们的作用，A错误；如果用18O替代35S或32P标记噬菌体，则无法单独研究蛋白质和DNA的作用，B错误；35S标记的是蛋白质，保温时间太久，沉淀物中的放射性也不会增强，C错误；离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌，使噬菌体的蛋白质外壳分布在上清液中，D正确。 5．S型细菌有荚膜、菌落光滑，R型细菌无荚膜、菌落粗糙，二者都对青霉素敏感，SⅠ型细菌是S型肺炎链球菌的一种。科学家进行了如图所示的转化实验，下列有关实验结果的分析，正确的是(多选)(　　) A．甲培养基上既有SⅠ型细菌菌落，又有R型细菌菌落 B．乙培养基上无SⅠ型细菌菌落，但有R型细菌菌落 C．丙培养基上既有SⅠ型细菌菌落，又有R型细菌菌落 D．丁培养基上既无SⅠ型细菌菌落，也无R型细菌菌落 答案：ABD 解析：加热杀死的SⅠ型细菌含有转化因子DNA，可使部分R型细菌转化，甲培养基上既有SⅠ型细菌菌落，又有R型细菌菌落，A正确；SⅠ型细菌的蛋白质不能使R型细菌转化，乙培养基上无SⅠ型细菌菌落，但有R型细菌菌落，B正确；SⅠ型细菌和R型细菌均对青霉素敏感，丙、丁培养基上没有SⅠ型细菌菌落和R型细菌菌落，C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$