第3章 第1节 DNA是主要的遗传物质(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物必修2（人教版2019 单选）

第1节　DNA是主要的遗传物质 学习目标 1.分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论 科学思维 2.理解DNA是主要的遗传物质的结论 生命观念、科学思维 3.感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用 社会责任 一、对遗传物质的早期推测 二、肺炎链球菌的转化实验 1．肺炎链球菌的类型(连线) 2．格里菲思的肺炎链球菌的体内转化实验 3．艾弗里的肺炎链球菌转化实验 三、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．T2噬菌体的结构与代谢 4．实验过程和现象 5．实验结论：DNA是真正的遗传物质。 四、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，因此说DNA是主要的遗传物质。 已知禽流感病毒H7N9由蛋白质和RNA组成，极易侵染鸡胚细胞，鸡胚细胞可用动物细胞培养液进行培养。请对以下相关叙述进行判断： (1)病毒没有细胞结构，不能独立生存，必须寄生在活细胞中才能生存。(√) (2)禽流感病毒H7N9的遗传物质是DNA。(×) 探究点一　肺炎链球菌的转化实验 1．阅读教材P43“格里菲思肺炎链球菌转化实验”，分析并回答以下问题： (1)第一、二组实验分别说明：R型细菌______致病性，S型细菌____致病性。S型细菌的荚膜有何作用？ 提示：无　有　荚膜具有保护菌体自身，抵御吞噬细胞的吞噬的作用，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 (2)对比第二、三组实验说明加热致死的S型细菌______致病性。加热致死的S型细菌为什么不能使小鼠致死？ 提示：无　加热致死的S型细菌的蛋白质变性失活，失去了感染能力。 (3)第四组中是______细菌导致了小鼠死亡。 提示：S型 (4)第四组中，从死亡小鼠中分离出的活菌只有S型细菌吗？ 提示：分离出的细菌少数是S型细菌，大部分是R型细菌。 2．阅读教材P44“艾弗里肺炎链球菌转化实验”，分析并回答以下问题： (1)S型细菌的细胞提取物中可能含_____类有机物，即_____________。这些物质很可能是“转化因子”。 提示：4(或5)　糖类、蛋白质、脂质、核酸(或DNA、RNA) (2)第二至四组实验结果说明蛋白酶、RNA酶、酯酶对“转化因子”________(填“起”或“不起”)水解作用。第五组实验结果说明DNA酶对“转化因子”_________(填“起”或“不起”)水解作用。 提示：不起　起 (3)艾弗里实验的单一变量是什么？将可能作为“转化因子”的各种物质分别去除进行实验的设计意图是什么？ 提示：艾弗里实验的单一变量是向有R型活细菌的培养基中加入S型细菌的提取物质，用不同的酶分别处理，去除其一特定成分。进行相互对照，可对实验结果进行对比分析，得出结论。 (4)R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”、 原料、能量分别由哪方提供？ 提示：转化时转化因子来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。 1．肺炎链球菌两个转化实验的比较 (1)区别 转化实验 体内 体外 科学家 格里菲思 艾弗里及其同事 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 加热致死的S型细菌体内有转化因子 转化因子很可能是DNA (2)联系 ①体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是前者的延伸。 ②实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。 2．对S型细菌和R型细菌转化的理解 (1)转化原理：加热致死的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)转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。 (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。 1．肺炎链球菌转化实验的部分过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．S型细菌的菌落是粗糙的，R型细菌的菌落是光滑的 B．S型细菌的DNA经加热后失活，因而注射S型细菌后的小鼠仍存活 C．从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 解析　S型细菌的菌落光滑，R型细菌的菌落粗糙，A错误；S型细菌的DNA经加热后变性失活，但温度降低后其活性可恢复，B错误；S型细菌中某种物质可促使部分R型细菌转化为S型细菌，因此从死亡小鼠中分离得到S型细菌和R型细菌，C错误；该实验证明S型细菌中存在某种转化因子，但不能证明转化因子是S型细菌的DNA，D正确。 答案　D 2．为研究使肺炎链球菌发生转化的物质，某学习小组进行了肺炎链球菌转化实验，其基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．该实验的假设是“使肺炎链球菌发生转化的物质是蛋白质或DNA” B．该实验控制自变量用到了减少提取物种类的“减法原理” C．若三组培养皿中都只有一种菌落，则说明使肺炎链球菌发生转化的物质是DNA D．R 型肺炎链球菌发生转化的实质是发生了遗传物质的改变 解析　根据题中的操作图解分析可知，乙组和丙组分别加入了蛋白酶和DNA酶，分别水解提取物中的蛋白质和DNA，并与甲组形成对照实验，由此可推测，该实验的假设是使肺炎链球菌发生转化的物质是蛋白质或DNA，A正确；根据图示的操作过程可知，乙组和丙组分别加入了蛋白酶和DNA酶，分别去除了蛋白质和DNA，用到了减少提取物种类的“减法原理”，B正确；根据A项分析，该实验的假设是使肺炎链球菌发生转化的物质是蛋白质或DNA，乙组加入的为蛋白酶，去除了提取物中的蛋白质，所以若乙组培养皿中有两种菌落，丙组培养皿中有一种菌落，则说明使肺炎链球菌发生转化的物质是DNA，C错误；实验证明了DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即R型肺炎链球菌发生转化的实质是发生了遗传物质的改变，D正确。 答案　C 探究点二　噬菌体侵染细菌的实验 阅读教材P44～46“噬菌体侵染细菌的实验”，思考并回答以下问题： (1)该实验采用的研究方法是什么？分别选用什么放射性元素标记了蛋白质和DNA? 提示：放射性同位素标记法。35S标记蛋白质，32P标记DNA。 (2)能否用分别含32P、35S的培养基分别培养并标记噬菌体？如果不能，该如何标记噬菌体？ 提示：不能。分别用含32P、35S的培养基培养大肠杆菌，分别获得含32P、35S的大肠杆菌，然后用T2噬菌体分别侵染含32P、35S的大肠杆菌，获得分别含32P、35S的T2噬菌体。 (3)大肠杆菌裂解释放出的噬菌体中不能检测到含35S的蛋白质，那么蛋白质外壳来源于哪里？ 提示：蛋白质外壳是以大肠杆菌中的氨基酸为原料合成的。 (4)如何将噬菌体的蛋白质外壳跟大肠杆菌分开？如果搅拌不充分会造成什么结果？ 提示：通过搅拌可将吸附在大肠杆菌上的蛋白质外壳与大肠杆菌分离。如果搅拌不充分，35S标记的噬菌体的蛋白质外壳会附着在菌体上，与菌体一起到沉淀物中，从而导致沉淀物中有一定的放射性，影响35S标记的噬菌体的实验结果。 (5)离心的目的是什么？如果T2噬菌体的DNA未进入大肠杆菌，那离心后上清液与沉淀物中的放射性分布情况是怎样的？ 提示：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浸染的大肠杆菌。如果32P标记的噬菌体未全部侵染大肠杆菌，则离心后32P标记的噬菌体有部分留在上清液，导致上清液有一定的放射性。 (6)观察赫尔希和蔡斯的实验中上清液和沉淀物的放射性分布情况，这说明了什么？ 提示：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是T2噬菌体的遗传物质。 1．肺炎链球菌体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较 项目 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验 相 同 点 实验原则 都遵循了对照原则 实验结论 都能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质 实验思路 设法将DNA和蛋白质分开或特异性地去除某一物质，单独、直接地研究它们各自的作用 不 同 点 方法 酶解法：对细胞提取物分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处理后，与R型细菌混合培养 同位素标记法：分别用32P和35S对T2噬菌体的DNA和蛋白质进行放射性标记 结论 证明DNA是遗传物质 证明DNA是遗传物质，但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 2.实验中放射性正常或异常分布的情况及原因 (1)用含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌时： (2)用含35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌时： 3．(2024·濮阳期末)1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了具有说服力的实验。如图是该实验的部分过程，有关叙述错误的是(　　) A．对噬菌体进行32P标记需要先利用含32P的培养基培养大肠杆菌 B．该实验为对比实验，另一组是利用35S标记的噬菌体作为实验组 C．保温时间的长短，对实验中上清液和沉淀物的放射性强度不会产生影响 D．该组实验上清液具有一定放射性的原因可能是少数噬菌体还没有侵染细菌 解析　对噬菌体进行标记时，需先在含有32P的培养基中培养大肠杆菌，得到带有32P的大肠杆菌，再用其培养噬菌体，A正确。噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，35S标记的噬菌体和32P标记的噬菌体两组实验是对比实验，都是实验组，B正确。图中是用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，如果保温时间过短，部分噬菌体没有侵染大肠杆菌，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；保温时间过长，大肠杆菌裂解释放子代噬菌体，经离心后分布于上清液中，也会使上清液具有一定放射性，C错误，D正确。 答案　C 4．(2024·唐山高一检测)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 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。 答案　D “二看”法判断子代噬菌体标记情况 探究点三　探究RNA是遗传物质的实验 1．分析下列有关遗传物质的问题： (1)人、T2噬菌体及大肠杆菌的遗传物质分别是DNA、DNA、DNA。 (2)下列所示的生物，其遗传物质均为RNA。 (3)蚕豆的遗传物质彻底水解的产物有6种，分别是磷酸、脱氧核糖、4种含氮碱基。 (4)SARS病毒和T2噬菌体的核酸在组成上有哪些区别？ 提示：五碳糖不同，SARS病毒核酸的五碳糖是核糖，T2噬菌体核酸的五碳糖是脱氧核糖；碱基种类不同，SARS病毒核酸的碱基有尿嘧啶，没有胸腺嘧啶，而T2噬菌体核酸的碱基有胸腺嘧啶，没有尿嘧啶。 2．根据烟草花叶病毒遗传物质的探索，还有哪些简便方法可以确定某种遗传物质是DNA还是RNA? 提示：病毒＋DNA酶→检测能否产生子代；病毒＋RNA酶→检测能否产生子代。 1．探索遗传物质的思路和方法 (1)探究思路：设法将各种物质分开，单独观察它们的作用。 (2)三种方法 2．不同生物的遗传物质归纳 生物 类型 细胞生物 非细胞生物 真核生物，如真 菌、动植物等 原核生物，如细菌、蓝细菌、放线菌等 多数病毒，如T2噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 少数病毒，如烟草花叶病毒、HIV等 核酸种类 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA 遗传物质 DNA DNA DNA RNA 总结 有细胞结构的生物，其遗传物质均是DNA，有些病毒的遗传物质也是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA 通过上述表格可以看出： (1)生物的遗传物质是DNA或RNA，即生物的遗传物质是核酸。 (2)既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遗传物质是DNA。 (3)只含RNA的病毒中，RNA才作为遗传物质。 (4)由于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。 5．(2024·漳州高一期末)下图是探究烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程，据此推断错误的是(　　) A．该实验证明TMV的遗传物质是RNA B．该实验的设计思路和肺炎链球菌的体内转化实验相同 C．水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA D．TMV的遗传信息蕴含在RNA的碱基排列顺序中 解析　据图分析，水和苯酚能分离TMV的RNA和蛋白质，用TMV的RNA和TMV的蛋白质外壳分别感染烟草，TMV的RNA能感染烟草，TMV的蛋白质外壳不能感染烟草，说明TMV的遗传物质是RNA而不是蛋白质，A正确；该实验设计思路是将RNA和蛋白质分离，分别验证其作用，和肺炎链球菌的体外转化实验的设计思路相同，B错误；从图示分析，TMV放入水和苯酚中后，RNA和蛋白质分离，故水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA，C正确；TMV的遗传信息蕴含在遗传物质RNA的碱基排列顺序中，D正确。 答案　B 6．(2024·昆明高一期末)对于“DNA是主要的遗传物质”的理解，正确的是(　　) A．真核生物的遗传物质主要是DNA B．原核生物的遗传物质可能是RNA C．病毒的遗传物质是RNA D．绝大多数生物的遗传物质是DNA 解析　真核生物的遗传物质只有DNA，A错误；原核生物的遗传物质是DNA，而非RNA，B错误；病毒的遗传物质可能是RNA或DNA，C错误；有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，DNA病毒的遗传物质也是DNA，因此绝大多数生物的遗传物质是DNA，D正确。 答案　D [课堂小结] [课堂巩固] 1．(2024·佛山高一检测)下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述，正确的是(　　) A．加热致死的S型细菌中DNA全部失去活性 B．加热致死的S型细菌能使小鼠死亡 C．加入S型细菌的DNA后，只有部分R型细菌转化成了S型细菌 D．在转化过程中，加热致死的S型细菌中的DNA没有进入R型活细菌中 解析　加热致死的S型细菌的DNA在温度降低后仍有活性，仍能起作用，A错误；加热致死后的S型细菌不能使小鼠死亡，B错误；在转化过程中，加热致死的S型细菌中的DNA进入R型活细菌中，使R型细菌转化为S型细菌，D错误。 答案　C 2．(2024·青岛高一期中)某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析正确的是(　　) A．理论上，b和c中不应具有放射性 B．实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关 C．实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关 D．该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 解析　35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，32P标记的是T2噬菌体的DNA，所以离心后，理论上，b和c中不应具有放射性，A正确；35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，T2噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，经搅拌后与细菌分开，所以若b中含有放射性，说明搅拌不充分，B错误；实验中c含有放射性与④过程中培养时间过长或过短有关，C错误；该实验只证明了DNA是遗传物质，没有证明蛋白质不是遗传物质，D错误。 答案　A 3．如果用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的带标记元素为(　　) A．可在DNA中找到15N和32P B．可在外壳中找到15N和35S C．可在DNA中找到15N和32P、35S D．可在外壳中找到15N 解析　由于15N在亲代噬菌体DNA和蛋白质中都有，32P只存在于亲代噬菌体DNA,35S只存在亲代噬菌体蛋白质外壳；噬菌体侵染细菌，蛋白质外壳没有进入细菌，其DNA进入细菌，以自身DNA为模板，利用细菌提供原料，所以可在子代噬菌体的DNA中找到15N和32P，A正确；由于利用细菌的原料合成蛋白质外壳，所以不能在外壳中找到15N和35S，B错误；由于蛋白质外壳没有进入细菌，且35S不标记DNA，所以不能在DNA中找到35S，C错误；由于利用细菌的原料合成蛋白质外壳，所以不能在外壳中找到15N，D错误。 答案　A 4．(2024·廊坊高一联考)研究人员发现了一种能够侵染螨虫的新型病毒，计划利用同位素标记的方法，以体外培养的螨虫细胞等为材料，设计可相互印证的甲、乙两组实验，以确定该病毒的核酸类型。下列有关叙述正确的是(　　) A．本实验应选用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸 B．本实验应先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶、胸腺嘧啶的培养基中 C．本实验应将病毒分别接种到含同位素标记的尿嘧啶、胸腺嘧啶的培养基中 D．该新型病毒在螨虫细胞遗传物质的作用下进行增殖 解析　本实验的目的是确定病毒的核酸类型，不应标记病毒的蛋白质，可用放射性同位素分别标记碱基T和碱基U，A错误；由于病毒无细胞结构，必须寄生在活细胞中，故本实验应先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶、胸腺嘧啶的培养基中，然后将该病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中，B正确，C错误；该新型病毒在自身遗传物质的作用下进行增殖，D错误。 答案　B 5．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：_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(4)用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，由于标记的是DNA，DNA进入细菌内，所以离心后，发现放射性物质存在于沉淀物中。(5)在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，那么没有侵染到大肠杆菌细胞内的噬菌体，离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性，导致实验误差。 答案　(1)运用“减法原理”，每个实验组特异性地去除了一种物质后，观察实验结果的变化　(2)DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质　(3)放射性同位素标记　DNA　②①④③　(4)沉淀物　(5)会　没有侵染到大肠杆菌内的噬菌体，离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性 学科网（北京）股份有限公司 $$