3.1 DNA是主要的遗传物质-【正禾一本通】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 单选）

第3章　基因的本质 知识框图 情境导思 孟德尔用豌豆进行杂交实验，总结了遗传的两条基本规律，摩尔根用果蝇杂交实验证明了基因在染色体上，初步揭示了“遗传信息控制生物性状，并代代相传”这一大概念。可是基因究竟是什么呢？本单元将以此为大情境，并在各节教学中逐步分化为以下3个子问题。 (1)科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？ (2)为什么说DNA是主要的遗传物质？ (3)DNA为什么能作为遗传物质？它的哪些结构特点与储存丰富的遗传信息相适应 第1节　DNA是主要的遗传物质 【学习目标】1.生命观念：认同DNA是主要的遗传物质。 2.科学思维：运用分析与综合的方法理解肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法和原理。 3.科学探究：尝试设计实验，探索生物的遗传物质。 4.社会责任：感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。 任务一　肺炎链球菌的转化实验 1.对遗传物质的早期推测 2.回顾氨基酸形成蛋白质的过程，思考蛋白质成为遗传物质的可能性有哪些？ 提示：20世纪20年代，人们对蛋白质的认识比其他生物大分子深入，并且已知蛋白质由多种氨基酸通过不同的排列顺序构成，蛋白质的分子结构具有多样性，可能蕴含大量遗传信息。 3.肺炎链球菌的类型 项目 有无多糖 类荚膜 菌落特征 有无致病性 S型细菌 有 表面光滑 有 R型细菌 无 表面粗糙 无 4.格里菲思的体内转化实验 (1)过程与现象 组别 实验过程及结果 第一组 R型活细菌小鼠不死亡 第二组 S型活细菌小鼠死亡S型活细菌 第三组 加热致死的S型细菌小鼠不死亡 第四组 死亡 (2)实验结论：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。 5.艾弗里的体外转化实验 6.“加法原理”和“减法原理” (1)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”实验。 (2)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。 【点拨】　对肺炎链球菌转化的理解误区 (1)转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，从而使R型细菌转化为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，而培养基中(或小鼠体内)的大多S型细菌是由转化后的S型细菌繁殖而来的。 1.结合教材P43格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验，回答下列问题。 (1)对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ 提示：R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。 (2)对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 提示：加热致死的S型细菌不能使小鼠死亡。 (3)第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型活细菌来自哪里？ 提示：加热致死的S型细菌含有转化因子，促使R型活细菌转化为S型活细菌，使小鼠死亡。体内分离出的S型活细菌由R型活细菌转化而来。 (4)这种转化产生的S型活细菌的后代也是有致病性的S型细菌，这说明什么？ 提示：说明转化的性状可以遗传。 2.结合教材P44艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验，回答下列问题。 (1)该实验的设计思路是什么？ 提示：用酶解法分别去除细胞提取物中各种成分后，观察能否将R型细菌转化。 (2)第一组将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？ 提示：说明S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 (3)实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？ 提示：分别除去S型细菌细胞提取物中的蛋白质、RNA和脂质，以明确这些物质是不是转化因子。 (4)第一至第四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？ 提示：S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。 (5)第五组用DNA酶处理S型细菌的细胞提取物之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养皿中只有R型细菌？ 提示：DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使S型细菌丧失转化功能。 (6)据此分析艾弗里的体外转化实验的结论是什么？ 提示：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 【归纳总结】　格里菲思的体内转化实验与艾弗里的体外转化实验的三个“不同” 1.(2024·江苏连云港高一期中)肺炎链球菌的转化实验中，能够使小鼠死亡的是(　　) A.S型细菌的蛋白质＋蛋白酶＋R型细菌 B.S型细菌的DNA＋R型细菌 C.S型细菌的RNA＋RNA酶＋R型细菌 D.S型细菌的DNA＋DNA酶＋R型细菌 解析：选B。S型肺炎链球菌有致病性，能够使小鼠死亡。S型细菌的蛋白质(或RNA)不是转化因子，故加入蛋白酶(或RNA酶)以后也不会产生影响，不能将R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌，小鼠不死亡，A、C不符合题意；S型细菌的DNA是转化因子，能使R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌，小鼠死亡，B符合题意；S型细菌的DNA经DNA酶处理后被水解，不能将R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌，小鼠不死亡，D不符合题意。 2.下列实验设计中未运用“减法原理”的是(　　) A.肺炎链球菌的体外转化实验 B.探究植物的光合作用需要光 C.研究分泌蛋白的合成和分泌过程 D.探究酵母菌细胞呼吸的方式 解析：选C。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，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。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，这种自变量的设置就是运用了“减法原理”，A不符合题意；探究植物的光合作用需要光的实验中可以设置“有光”和“无光”的对照实验，“无光”的实验组就是运用了“减法原理”，B不符合题意；研究分泌蛋白的合成和分泌过程利用3H标记的亮氨酸来追踪氨基酸的路径，运用了同位素标记法，未运用“减法原理”，C符合题意；探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中用氢氧化钠吸收空气中二氧化碳就是运用了“减法原理”，D不符合题意。 3.艾弗里及其同事用R型和S型肺炎链球菌进行实验，如下表所示。下列说法错误的是(　　) 实验组号 接种菌型 加入物质 ① R型细菌 S型细菌的细胞提取物 － ② R型细菌 蛋白酶 ③ R型细菌 RNA酶 ④ R型细菌 酯酶 ⑤ R型细菌 DNA酶 A.①～④均会出现S型活细菌 B.②③④⑤利用了酶的专一性和高效性 C.实验设计严格遵循了单一变量原则 D.本实验说明DNA是遗传物质 解析：选B。①～④的S型细菌的细胞提取物中均含有DNA，与R型活细菌混合培养后会出现S型活细菌，A正确；本实验设计采用了自变量控制中的“减法原理”，利用了酶的专一性，没有和无机催化剂相比，不能体现酶的高效性，B错误；特异性地去除了S型细菌的细胞提取物中的蛋白质、RNA、脂质、DNA等成分，严格遵循了单一变量原则，C正确；本实验说明DNA是遗传物质，D正确。 任务二　噬菌体侵染细菌的实验 一、噬菌体侵染细菌的实验 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噬菌体和大肠杆菌。 (1)T2噬菌体的模式图 (2)生活方式：专门寄生在大肠杆菌体内。 (3)增殖特点：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。 【深挖教材·P45】 T2噬菌体的增殖 (1)合成T2噬菌体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噬菌体蛋白质的原料：大肠杆菌提供的氨基酸。 (4)T2噬菌体合成蛋白质的场所：大肠杆菌的核糖体。 4.实验过程 (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。 5.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。 6.实验结论：DNA才是噬菌体的遗传物质。 二、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：只含有蛋白质和RNA。 (2)侵染实验 (3)实验结论：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。 下图为噬菌体侵染细菌的一个实验过程及结果： (1)该实验被标记的噬菌体的标记元素是什么？ 提示：32P。 (2)能否用14C和3H标记噬菌体？为什么？ 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。 (3)能否用32P和35S同时标记噬菌体？为什么？ 提示：不能。因为若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后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。 (4)能否直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？为什么？ 提示：不能。因为T2噬菌体是细菌病毒，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T2噬菌体。 (5)在噬菌体侵染细菌的实验过程中，搅拌、离心的目的是什么？上清液和沉淀物中分别含有什么成分？ 提示：搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与细菌分离；离心的目的是让上清液中析出质量较轻的噬菌体颗粒。由于噬菌体颗粒较轻，离心后进入上清液，被侵染的大肠杆菌进入沉淀物。 (6)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。 (7)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。 【归纳总结】　噬菌体侵染细菌的实验中上清液和沉淀物中的放射性分析 (1)含32P的噬菌体侵染大肠杆菌 (2)含35S的噬菌体侵染大肠杆菌 1.(2024·浙江杭州高一检测)赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌的实验得出重要的结论。下列叙述正确的是(　　) A.该实验主要思路是将DNA和蛋白质分开，单独观察它们各自的作用 B.实验中搅拌的目的是让噬菌体蛋白质和DNA分开 C.实验中用35S和32P同时标记的噬菌体去侵染未标记细菌 D.该实验得出重要结论：DNA是主要的遗传物质 解析：选A。该实验的关键设计思路是把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地观察各自的作用，A正确；搅拌的目的是使噬菌体的蛋白质与大肠杆菌分开，B错误；实验中用35S和32P分别对噬菌体的蛋白质和DNA进行标记，C错误；该实验得出重要结论：DNA是T2噬菌体的遗传物质，D错误。 2.如图序号①～⑦为某同学绘制的T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程示意图，其中①表示子代噬菌体，下列对T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的相关叙述，错误的是(　　) A.图中T2 噬菌体侵染大肠杆菌的时间顺序为④⑤②⑦⑥③① B.实验过程中充分搅拌的目的主要是加快图中⑦到⑥的过程 C.通过该实验分析可知，DNA是大多数生物主要的遗传物质 D.实验中若保温时间过长，则会导致上清液中①过多而影响实验结果 解析：选C。噬菌体侵染细菌的过程为吸附→注入(注入噬菌体的DNA)→合成(模板：噬菌体的DNA；原料：细菌的化学成分)→组装→释放，据图可知，其所对应的时间顺序为④吸附→⑤注入→②合成→⑦⑥组装→③释放→①，A正确；搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体(外壳)与细菌分离，据图可知，该实验中充分搅拌的目的主要是加快图中⑦到⑥的过程，B正确；通过T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验可知，DNA是噬菌体的遗传物质，C错误；T2噬菌体侵染细菌的实验中，若保温时间过长，则会导致子代噬菌体释放，经离心后上清液中①过多，会影响实验结果，D正确。 【方法规律】　“二看法”判断子代噬菌体标记情况 3.(2024·河北衡水高一期中)如图所示，甲、乙、丙、丁分别表示在“噬菌体侵染细菌”实验(搅拌强度、时长等都合理)和“肺炎链球菌转化”实验中相关强度或数量的变化，下列相关叙述正确的是(　　) A.图甲表示在“32P标记的噬菌体侵染细菌”实验中，沉淀物放射性强度的变化 B.图乙表示在“35S标记的噬菌体侵染细菌”实验中，沉淀物放射性强度的变化 C.图丙表示“肺炎链球菌体外转化”实验的R型细菌＋S型细菌DNA 组中，R型细菌与S型细菌的数量变化 D.图丁表示“肺炎链球菌体外转化”实验的R型细菌＋S型细菌DNA 组中，R型细菌与S型细菌的数量变化 解析：选C。32P标记的噬菌体侵染细菌实验中，32P标记噬菌体的DNA，注入了大肠杆菌，并以其为模板生成了很多子代噬菌体，随着时间的推移，细菌被裂解，子代噬菌体释放，导致沉淀物放射性含量不断降低，A错误；35S标记的噬菌体侵染细菌实验中，由于35S标记噬菌体外壳，没有进入大肠杆菌，离心后基本处于上清液，所以沉淀物放射性含量低，B错误；S型细菌的DNA可使R型细菌转化为S型细菌，但是转化效率比较低，因此肺炎链球菌体外转化实验中R型细菌＋S型细菌DNA组中，会出现R型和S型细菌，随着培养时间的增加，R型和S型细菌均会增多，但最终S型细菌的数量还是比R型细菌少，C正确，D错误。 新情境命题 RNA病毒（科学思维） 　　图1是某RNA病毒侵入人体的方式，图2为该病毒的结构。胞吞侵入过程是一个被动侵入的过程，是病毒利用细胞吞噬作用进入细胞的一种方式。胞吞作用后形成的吞噬泡本来是要被送入溶酶体被水解的，但是病毒上的S2蛋白使病毒避免被水解。 【命题设计】 1.考查知识迁移能力 (1)该病毒由______________构成，它的遗传物质是________。 2.考查科学思维 (2)病毒入侵人体细胞的常规途径是__________________(用图中数字表示)。经胞吞作用进入细胞的病毒用______________打开吞噬泡从而避免被溶酶体水解。病毒能够进入细胞，体现了细胞膜的________________功能。 解析：(1)该病毒属于RNA病毒，由蛋白质的外壳和RNA构成，它的遗传物质是RNA。(2)由图可知，病毒入侵人体细胞的常规途径是①②③④，经胞吞作用进入细胞的病毒用S2蛋白打开吞噬泡从而避免被溶酶体水解，体现了细胞膜的信息交流功能。 答案：(1)蛋白质外壳和RNA　RNA　 (2)①②③④　S2蛋白　信息交流 课堂小结　巩固提升 【教材答疑】 问题探讨 P42 1.遗传物质必须稳定，储存大量的遗传信息，可以准确复制，能传递给下一代等。 2.将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。 思考·讨论 P46 1.(1)个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物；病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。(2)繁殖速度快。细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 2.基本思路是每个实验组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。最大的困难是如何彻底去除细胞内的某种物质(糖类、蛋白质和脂质)。 3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯与鉴定技术等；赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、放射性同位素标记技术、物质的提取和分离技术等。启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，科学与技术是相互支持、相互促进的。 [练习与应用·P47] 一、概念检测 1.D　2.A 二、拓展应用 1.噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而蛋白质外壳却留在大肠杆菌外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳。 2.能够精确地自我复制；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；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定；等等。 【体系构建】 【核心语句】 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.在肺炎链球菌的转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型活细菌转化为S型活细菌，即转化因子是DNA。 3.烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。 4.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。 学科网（北京）股份有限公司 $$