2.1DNA 是主要的遗传物质导学案-2024-2025学年高一下学期生物苏教版必修2

2.1DNA 是主要的遗传物质 学习目标 1.能够准确描述肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的过程、现象及结论，理解 DNA 是多数生物遗传物质的科学依据。 2.清晰阐述烟草花叶病毒感染和重建实验过程，明确 RNA 是某些病毒的遗传物质，归纳总结出 “DNA 是主要的遗传物质” 的结论。 3.通过分析实验案例，提升逻辑推理、实验分析与科学探究能力，培养严谨的科学思维和探索精神。 教学重难点 重点： 肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理、过程及结论。 理解 DNA 作为主要遗传物质的原因及相关证据。 难点：噬菌体侵染细菌实验中放射性同位素标记法的运用及结果分析；对 “DNA 是主要的遗传物质” 这一概念的深度理解 。 预习新知 知识点一：DNA 是多数生物的遗传物质 1.肺炎链球菌转化实验 体内转化实验（格里菲思实验） 实验材料：S 型细菌具有______的菌落，菌体有______，有致病性；R 型细菌的菌落粗糙，菌体无荚膜，无致病性。 实验过程： 将 R 型活细菌注入小鼠体内，小鼠______。 将 S 型活细菌注入小鼠体内，小鼠______。 将加热致死的 S 型细菌注入小鼠体内，小鼠______。 将加热致死的 S 型细菌与 R 型活细菌混合后注入小鼠体内，小鼠______，并且从死亡小鼠体内分离出______型活细菌。 实验结论：加热致死的 S 型细菌中含有促使 R 型活细菌转化为 S 型活细菌的活性物质 ——“______” 。 体外转化实验（艾弗里及其同事的实验） 实验设计思路：将 S 型细菌的______、蛋白质和多糖等物质分离，分别观察它们对 R 型活细菌转化的作用。 实验过程：将 S 型细菌的 DNA、蛋白质、多糖等物质分别与 R 型活细菌混合培养，只有加入______时，R 型细菌才能转化为 S 型细菌，且 DNA 纯度越高，转化越有效；若用______分解 S 型细菌的 DNA，R 型细菌则不能发生转化。 实验结论：______是使 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质，即______是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。 2.噬菌体侵染细菌实验（赫尔希和蔡斯实验） 实验材料：T₂噬菌体是专门寄生在______体内的病毒，由______和______组成，其中仅蛋白质分子含硫，磷几乎都存在于______分子中。 实验方法：标记法，用 ³⁵S 标记噬菌体的，³²P 标记噬菌体的______。 实验过程 标记噬菌体：在含放射性同位素 ³⁵S 和 ³²P 的培养基中分别培养______，再用其培养 T₂噬菌体，获得 DNA 含 ³²P 标记或蛋白质含 ³⁵S 标记的噬菌体。 噬菌体侵染细菌：用被 ³⁵S 标记的噬菌体侵染未标记的细菌，搅拌、离心后，放射性同位素主要分布在______中；用被 ³²P 标记的噬菌体侵染未标记的细菌，搅拌、离心后，放射性同位素主要分布在______中。 实验结果：新形成的噬菌体中未检测到 ³⁵S，检测到了 ³²P。 实验结论：______是噬菌体的遗传物质，______等其他物质不是遗传物质。 知识点二：RNA 是某些病毒的遗传物质 1.烟草花叶病毒的感染和重建实验 实验材料：烟草花叶病毒由______和______组成。 实验过程 用烟草花叶病毒的______感染烟草，烟草不出现病斑；用烟草花叶病毒的______感染烟草，烟草出现病斑。 将烟草花叶病毒的 RNA 和蛋白质分离，分别感染烟草，发现只有______能使烟草患病，且能从患病烟草中分离出新的烟草花叶病毒。 将不同病毒的 RNA 和蛋白质重新组合成 “杂种病毒”，用其感染烟草，烟草表现出的症状与______的病毒相同。 实验结论：在 RNA 病毒中，______是遗传物质。 2.DNA 是主要的遗传物质：由于绝大多数生物的遗传物质是______，只有少数病毒（如烟草花叶病毒、HIV 等）的遗传物质是______，所以说 DNA 是______的遗传物质。 知识点一答案 1.光滑；荚膜；存活；死亡；存活；死亡；S；转化因子；DNA；DNA；DNA 酶；DNA；DNA 2.大肠杆菌；DNA；蛋白质；DNA；放射性同位素；蛋白质；DNA；大肠杆菌；上清液；沉淀物；DNA；蛋白质 知识点二答案 1.RNA；蛋白质；蛋白质；RNA；RNA；提供 RNA；RNA 2.DNA；RNA；主要 易错提示 1.实验结论误判：混淆格里菲思实验和艾弗里实验的结论，格里菲思实验仅证明了加热致死的 S 型细菌中存在 “转化因子”，而艾弗里实验才证明 DNA 是遗传物质；错误认为噬菌体侵染细菌实验中，上清液和沉淀物都有放射性就无法确定遗传物质 。 2.遗传物质概念不清：误以为所有生物的遗传物质都是 DNA，忽略部分病毒以 RNA 作为遗传物质；不理解 “DNA 是主要的遗传物质” 中 “主要” 是基于生物种类数量统计得出的结论 。 3.实验方法误解：对噬菌体侵染细菌实验中放射性同位素标记法的原理不清晰，不明白为何选择 ³⁵S 和 ³²P 分别标记蛋白质和 DNA，以及搅拌、离心操作对实验结果的影响 。 深化探究 问题 1：在噬菌体侵染细菌实验中，为什么选择大肠杆菌作为培养噬菌体的宿主细胞？ 参考答案：选择大肠杆菌作为培养噬菌体的宿主细胞，原因主要有以下几点。首先，大肠杆菌是原核生物，具有结构简单、繁殖速度快的特点，能够在短时间内大量增殖，为噬菌体提供充足的宿主资源，便于在短时间内获得大量噬菌体用于实验 。其次，大肠杆菌培养条件相对简单，对营养物质的要求不苛刻，在实验室中易于培养和操作 。此外，大肠杆菌的遗传背景相对清晰，其细胞结构和生理过程研究较为深入，有利于对噬菌体侵染过程及遗传物质传递等相关实验结果进行分析和研究 。 问题 2：艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验有哪些局限性？ 参考答案：艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验存在一定局限性。一方面，实验中提取的 DNA 纯度无法达到 100%，尽管随着技术改进纯度不断提高，但仍含有少量蛋白质，这使得实验结论的说服力受到一定质疑，部分人认为可能是残留的蛋白质起到了转化作用 。另一方面，实验仅从生物化学角度对物质进行分离和验证，缺乏更直接的生物学证据，例如没有在更复杂的生物体内环境中进行验证 。而且当时的技术水平有限，对于 DNA 的结构和功能了解不够深入，无法从分子层面更深入地解释 DNA 作为遗传物质的机制 。 问题 3：如何理解 “DNA 是主要的遗传物质” 中的 “主要” 二字？ 参考答案：“DNA 是主要的遗传物质” 中的 “主要” 二字是基于对整个生物界遗传物质的研究和总结得出的 。从生物种类数量来看，自然界中绝大多数生物，包括真核生物（如动植物、真菌等）和原核生物（如各种细菌），都以 DNA 作为遗传物质，它们的生命活动、遗传信息传递和表达都由 DNA 控制 。然而，存在少数病毒，如烟草花叶病毒、HIV、流感病毒等，它们没有细胞结构，以 RNA 作为遗传物质 。虽然这些 RNA 病毒数量相对较少，但它们的存在使得不能简单地说 DNA 就是所有生物的遗传物质 。综合考虑，DNA 在生物界中占据主导地位，所以用 “主要” 来描述 DNA 在遗传物质中的地位 。 巩固训练 1．用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经短时间保温后进行搅拌、离心，放射性物质分别主要分布在( ) A.上清液和上清液 B.沉淀物和沉淀物 C.上清液和沉淀物 D.沉淀物和上清液 2．用被放射性同位素32P或35S标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心，检查离心管上清液、沉淀物中的放射性物质。下列有关分析错误的是( ) A.搅拌能使噬菌体的外壳蛋白与大肠杆菌分离开 B.保温时间过长对两组实验结果的影响不同 C.子代噬菌体中，35S标记组的都不含放射性，32P标记组的都含有放射性 D.两组实验的结果差异在于放射性物质在离心管中主要分布的部位不同 3．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是噬菌体的遗传物质，实验包括六个步骤： ①上清液和沉淀物的放射性检测 ②分别用含35S和32P的培养基培养细菌 ③充分搅拌后离心分离 ④子代噬菌体的放射性检测 ⑤噬菌体与被标记的细菌混合培养 ⑥被标记的噬菌体侵染未被标记的细菌 最合理的实验步骤顺序为( ) A.⑤①⑥②③④ B.②⑤①⑥③④ C.②⑤⑥③①④ D.②⑤⑥③④① 4．在噬菌体侵染细菌的实验中，指导子代噬菌体蛋白质外壳合成的是( ) A.噬菌体DNA B.细菌蛋白质 C.噬菌体蛋白质 D.细菌DNA 5．下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是( ) A.该实验依次经过培养→离心→搅拌→检测等步骤 B.实验中作为宿主的大肠杆菌均需被放射性同位素标记 C.该实验结果说明噬菌体的遗传物质主要是DNA D.培养时间过长或过短都会使32P标记组的悬浮液放射性增强 6．烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）均可以感染烟草，将HRV的RNA与TMV的蛋白质结合到一起，组成一个重组病毒。用这个重组病毒去感染烟草，则在烟草体内分离出来的物质有( ) A.TMV的蛋白质和HRV的RNA B.TMV的RNA和HRV的蛋白质 C.HRV的蛋白质和HRV的RNA D.TMV的蛋白质和TMV的RNA 7．如图为噬菌体侵染细菌的一组实验，下列选项错误的是( ) A.用32P标记亲代噬菌体的DNA B.搅拌的目的是使吸附在细菌表面上的噬菌体与细菌分离 C.上清液中的放射性高 D.子代噬菌体可以检测到放射性 8．艾弗里利用肺炎链球菌进行转化实验的部分过程如图所示，下列分析正确的是( ) A.图中S型细菌的出现都是R型细菌转化的结果 B.该实验后续还需要使用加法原理以进一步探究“转化因子”是什么 C.艾弗里的实验结果证明了DNA是多数生物的遗传物质，而RNA不是 D.可以根据菌落的形状和大小等来区分两种细菌的菌落 9．如图为“噬菌体侵染大肠杆菌的实验”的流程图，下列有关该实验的表述正确的是( ) A.35S标记的噬菌体侵染细菌实验中，若搅拌不充分，上清液的放射性会降低 B.35S标记的是噬菌体的蛋白质，32P标记的是大肠杆菌的DNA C.32P标记的噬菌体侵染细菌实验中，保温时间过长或过短，都会降低上清液的放射性 D.32P标记的噬菌体侵染细菌实验中，大肠杆菌裂解后释放的子代噬菌体都具有放射性 10．如果用32P、35S、15N标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体组成结构中，能够找到的放射性元素为( ) A.可以在外壳中找到35S和15N B.可以在DNA中找到32P和15N C.可以在外壳中找到32P、15N D.可以在DNA中找到32P、35S、15N 参考答案 1．答案：C 解析：32P标记的是噬菌体的DNA，35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，由于噬菌体的DNA侵入进了大肠杆菌，而蛋白质外壳留在外面，一段时间后，经过搅拌和离心，35S主要出现在上清液中，而32P主要出现在沉淀物中，即C正确，ABD错误。 故选C。 2．答案：C 解析： 3．答案：C 解析：T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P的培养基培养细菌→噬菌体与标记的细菌混合培养，使噬菌体分别被标记35S或32P→用被标记的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→检测子代噬菌体的放射性，因此最合理的实验步骤顺序为②⑤⑥③①④，ABD错误，C正确。 故选C。 4．答案：A 解析：噬菌体侵染细菌时，只向细菌体内注射DNA，而将蛋白质外壳留在细菌体外。在噬菌体DNA的指导下，细菌体内的物质被利用起来，合成噬菌体的DNA和蛋白质，并按一定方式结合，组成完整的子代噬菌体。 5．答案：D 解析：A、噬菌体侵染细菌实验依次分为混合培养、搅拌、离心和检测等步骤，A错误； B、实验中一般对噬菌体进行放射性同位素标记，而作为宿主的大肠杆菌通常不需要标记，B错误； C、该实验结果说明噬菌体的遗传物质是DNA，而非主要是DNA，C错误； D、培养时间过长或过短都会使32P标记组的悬浮液放射性增强：培养时间过短，噬菌体未充分侵入细菌，悬浮液放射性增大；如噬菌体侵染细菌实验保温时间过长可使细菌裂解，子代噬菌体释放，导致32P组悬浮液放射性强度变大，D正确。 故选D。 6．答案：C 解析：由于RNA病毒中的遗传物质是RNA，重组病毒的RNA来自HRV型病毒，因此用这个病毒去感染烟草，在烟草细胞内分离出来的病毒与HRV型病毒相同，即在烟草体内分离出来的子代病毒为HRV型蛋白质和HRV型RNA，C正确。 故选C。 7．答案：C 解析：A、P和S元素是DNA和蛋白质的特征元素，所以可以用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，A正确； B、搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，这样便于后续对上清液和沉淀物放射性的检测，B正确； C、32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌内部，离心后，沉淀物主要是被侵染的细菌，所以沉淀物的放射性很高，C错误； D、DNA进行半保留复制，32P标记亲代DNA，子代噬菌体可以检测到放射性，D正确。 故选C。 8．答案：D 解析：A、图中S型细菌的出现是R型细菌转化和S型细菌自身繁殖的结果，A错误； B、该实验后续还需要使用减法原理以进一步探究“转化因子”是什么，B错误； C、艾弗里的实验结果证明了相关转化因子是DNA，但不能说明DNA是多数生物的遗传物质，C错误； D、菌落具有种的特异性，因而可以根据菌落的形状和大小等来区分两种细菌的菌落，D正确。 故选D。 9．答案：A 解析：A、35S标记的是噬菌体的蛋白质，在噬菌体侵染细菌过程中，蛋白质外壳不进入细菌细胞中，且经过搅拌离心后进入上清液中，该过程中搅拌使噬菌体的蛋白质外壳与细菌分离，若搅拌不充分，则带标记的蛋白质会进入到沉淀物中，进而导致上清液中的放射性降低，A正确； B、35S标记的是噬菌体的蛋白质，32P标记的是噬菌体的DNA，B错误； C、32P标记的噬菌体侵染细菌实验中，若长时间保温，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，会使上清液的放射性含量升高，若保温时间过短，则会导致噬菌体尚未进入到大肠杆菌内就被离心分离到上清液中，进而使上清液放射性增强，C错误； D、32P标记的噬菌体侵染细菌实验中，由于子代噬菌体DNA复制过程中需要的原料来自未标记的大肠杆菌，因此，大肠杆菌裂解后释放的子代噬菌体只有少部分都具有放射性，D错误。 故选A。 10．答案：B 解析：A、噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌，合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到35S和15N，A错误； B、合成子代噬菌体DNA的原料均由细菌提供，但DNA的复制方式为半保留复制，因此在子代噬菌体的DNA中可以找到32P和15N，B正确； C、合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，且蛋白质外壳中不含P元素，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到32P和15N，C错误； D、S是蛋白质的特征元素，DNA中不含S，因此在子代噬菌体的DNA中找不到35S，D错误。 故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$