DNA是主要的遗传物质教学实录及点评

DNA是主要的遗传物质

[最新考纲]

人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)。

考点一

肺炎双球菌的转化实验

1．格里菲思体内转化实验

(1)过程

(2)结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。

2．艾弗里体外转化实验

(1)实验过程及结果

(2)结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是转化因子，是遗传物质。

[疑点初探]

疑点1：加热杀死的S型细菌中是否所有物质都永久丧失了活性？

不是。加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。

疑点2：肺炎双球菌转化的实质是什么？

肺炎双球菌转化实验中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，即发生了基因重组。

[例1]艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知(

) 实验组号

①

②

③

④

接种菌型

R R R R 加入S型菌物质

蛋白质

荚膜多糖

DNA DNA(经DNA酶处理) 培养皿长菌情况

R型

R型

R型、S型

R型

A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子

B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性

C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子

D．①～④说明DNA是主要的遗传物质

[信息提取]

(1)由题干可提取信息“艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验”；

(2)在大脑中提取“S型细菌的不同成分加入R型细菌后的转化情况及实验结论”。

[解题思路]

本题考查艾弗里的肺炎双球菌转化实验，属于对理解层次的考查。由表格信息可以看出，含有S型细菌的蛋白质和荚膜多糖的培养皿中没有S型细菌的产生，说明蛋白质和荚膜多糖不是转化因子，A不符合题意；酶的化学本质是蛋白质或RNA，B不符合题意；③和④的自变量为DNA的完整性，在DNA保持完整的培养皿中有S型细菌出现，说明DNA是转化因子，C符合题意；因为大多数生物的遗传物质是DNA，我们才能说DNA是主要的遗传物质，①～④只能说明DNA是遗传物质，D不符合题意。

[答案]

C 1．如图表示格里菲思做的肺炎双球菌转化实验的部分实验过程。下列说法错误的是(

)

A．与R型菌混合前必须将S型菌慢慢冷却

B．无毒的R型菌转化为有毒的S型菌属于基因重组

C．该转化实验不能证明DNA是遗传物质

D．S型菌的DNA能抵抗机体的免疫系统，从而引发疾病

解析：与R型菌混合前必须将S型菌慢慢冷却，以使DNA能够复性并可以防止高温杀死R型菌，A正确；S型菌的DNA进入R型菌中，使R型菌有毒性，实际上就是外源基因整合到受体DNA上并得以表达，这属于基因重组，B正确；该转化实验不能证明DNA是遗传物质，C正确；由于S型菌有荚膜，进入吞噬细胞后，受荚膜的保护，抵抗了机体的免疫作用，从而引发疾病，故D不正确。

答案：D [易错警示]

细菌体内转化实验的2点提醒

①体内转化实验不能简单地说成S型细菌的DNA可使小鼠致死，而是具有毒性的S型细菌使小鼠致死。

②在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。

2．如图为肺炎双球菌转化实验中的基本步骤，下列有关说法正确的是(

)

A．①②都要加热处理

B．③要将所有提取物与R菌共同培养

C．④的结果是只有S或R一种菌落

D．①④的结果可能是有S、R两种菌落

解析：①过程是将加热杀死的S菌和R菌混合培养，接种到固体培养基上，经④过程后，可以培养出S、R两种菌落，②过程是分离出S菌的DNA和蛋白质等大分子物质，经③过程分别和R菌混合培养，接种到固体培养基，经④过程后，可以培养出S、R两种菌落或R一种菌落。

答案：D [归纳提升]

肺炎双球菌体内和体外转化实验的比较

项目

培养细菌

实验原则

实验体内转化实验

用小鼠(体内) 体外转化实验

用培养基(体外) R型细菌与S型细菌的毒性对照

加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化S型细菌体内各成分的相互对照

S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S

结果

观测指标

为S型细菌

小鼠的存活情况

型细菌

培养基中的菌落种类

考点二

噬菌体侵染细菌实验和生物的遗传物质

1．噬菌体侵染细菌的实验

(1)实验材料：噬菌体和大肠杆菌等。

①噬菌体的结构及生活方式

②噬菌体的复制式增殖

增殖需要的条件

模板

合成噬菌体DNA的原料

合成噬菌体蛋白质原料

场所

(2)实验方法：同位素示踪法。

(3)实验过程及结果

①标记噬菌体

内容

噬菌体的DNA 大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸

大肠杆菌的氨基酸

大肠杆菌的核糖体

35S标记的噬菌体混合培养上清液放射性高―――――→结果

搅拌、离心

＋沉淀物放射性低

细菌混合培养上清液放射性低

＋搅拌、离心―――――→结果

沉淀物放射性高32P标记的噬菌体

(4)实验结果分析

①噬菌体侵染细菌时，其DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。

②子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的。

(5)结论：

DNA是遗传物质。

2．烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验

(1)实验过程及现象

(2)结论

RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。

3．生物的遗传物质[连线]

[思考辨析]

1．噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌转化实验更具说服力(√) 2．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体(×) 3．噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质(×) 4．噬菌体能利用宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸(×) 5．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致(√)

[例2]下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是(

) A．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体

B．分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养

C．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致

D．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质

[信息提取]

(1)从题目中提取信息“噬菌体侵染细菌实验的材料、过程和结论”；

(2)在大脑中提取“噬菌体如何培养；影响实验误差的因素；实验的结论”。

[解题思路]

本题考查“噬菌体侵染细菌实验”的过程、意义和误差分析。培养噬菌体需用含细菌的培养基；被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，经短时间培养后，搅拌离心处理；该实验中，若搅拌不充分，噬菌体的外壳没有与细菌完全分离，则沉淀物中存在少量放射性传物质。

[答案]

C 3．如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的标记元素为(

) A．在外壳中找到15N和35S

B．在DNA中找到15N和32P C．在外壳中找到15N和32P

D．在DNA中找到15N、32P和35S 解析：DNA中含P，蛋白质中含S，而N是DNA和蛋白质共有的元素。因此32P只标记DNA,35S只标记蛋白质，而15N同时标记DNA和蛋白质，噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌内，利用细菌的脱氧核苷酸和氨基酸合成子代噬菌体的DNA和蛋白质。由于DNA复制方式为半保留复制，故在子代噬菌体能找到15N和32P标记的DNA，不能找到35S和15N标记的蛋白质。

答案：B 4．为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“T2噬菌体侵染大肠杆菌”实验(T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。如图中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及噬菌体、细菌的有关叙述正确的是(

) 35S；噬菌体侵染细菌的实验仅能说明DNA是遗传物质，不能说明蛋白质不是遗

A．图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其瓶内的营养成分中要加入32P标记的无机盐

B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组

C．噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律

D．该实验证明了DNA是主要的遗传物质

解析：由题干可知，亲代噬菌体已用32P标记，因此锥形瓶中的培养液不能含32P标记的无机盐。根据题干中给出的实验目的“探究蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质”，这是一个“不知”结果的探究性实验，因此，两组实验相互对照，都是实验组。噬菌体和细菌都没有染色体，所以都不遵循遗传规律。本实验可以证明DNA是遗传物质，但不能证明

DNA是主要的遗传物质。

答案：B [技法提炼]

噬菌体侵染细菌实验的误差分析

(1)32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌

①

培养时间短→部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞→离心后未吸附至大肠杆菌细胞的噬菌体分布在上清液→32P标记的一组上清液中放射性也较高。

②

培养时间过长→噬菌体在大肠杆菌内大量繁殖→大肠杆菌裂解死亡，释放出子代噬菌体→离心后噬菌体将分布在上清液→32P标记的一组上清液中放射性也较高。

(3)搅拌后离心，将吸附在大肠杆菌表面的噬菌体蛋白质外壳与大肠杆菌细胞分离

①搅拌不充分→留在大肠杆菌细胞表面的噬菌体蛋白质外壳随大肠杆菌细胞分布在沉淀物中→35 S标记的一组沉淀物放射性较高。

②搅拌过于剧烈→大肠杆菌细胞被破坏→释放出其中的噬菌体→32P标记的一组上清液中放射性较高。

5．科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(见下表)中，不可能出现的结果是(

)

实验结果

实验

编号

①

②

③

实验过程

病斑类型

a型

b型

b型

病斑中分离出的病毒类型

a型

b型

a型

a型TMV感染植物

b型TMV感染植物

组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物

组合病毒(b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA)→感染植物

④

a型

a型

B．实验②

D．实验④

A.实验①

C．实验③

解析：因为烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以决定病毒类型和病斑类型的是RNA，而不是蛋白质。③中的RNA是b型TMV的，分离出的病毒类型就应该是b型。

答案：C 6．下列关于“DNA是主要的遗传物质”的叙述中，正确的是(

) A．细胞核遗传的遗传物质是DNA，细胞质遗传的遗传物质是RNA B．“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”都证明了DNA是主要的遗传物质

C．真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA D．细胞生物的遗传物质是DNA，非细胞生物的遗传物质是RNA 解析：细胞(细胞核、细胞质)的遗传物质都是DNA，大部分病毒的遗传物质也是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA。“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”都证明了DNA是遗传物质，但不能说明DNA是主要的遗传物质。

答案：C [易错警示]

关于如何确定遗传物质的3个要点

(1)细胞内既有DNA又有RNA，但只有DNA是遗传物质。

(2)病毒只含有一种核酸—DNA或RNA，遗传物质是DNA或RNA。

(3)对所有生物来说，DNA是主要的遗传物质；对单个生物(或实验)只能说明DNA是遗传物质，不能说明是主要的遗传物质。

课堂小结

提示：①肺炎双球菌转化

②噬菌体侵染细菌

③烟草花叶病毒侵染烟草

④DNA是遗传物质

⑤RNA是遗传物质

1.格里菲思实验的结论是：加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”。

2.艾弗里实验的结论是：DNA才是使R型细菌产生稳定性变化的物质，即DNA是遗传物质。

3.在T2噬菌体的化学组成中，仅蛋白质分子中含有S，P几乎都存在于DNA分子中。

4.证明DNA是遗传物质的相关实验的实验思路是：设法将DNA与蛋白质等其他物质分离开，单独地、直接地观察它们的生理作用。

5.病毒的遗传物质是DNA或RNA；细胞生物的遗传物质是DNA。

课堂练习

1．在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是(

) ①孟德尔的豌豆杂交实验

②摩尔根的果蝇杂交实验

③肺炎双球菌转化实验

④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验

⑤DNA的X光衍射实验

A．①②

B．②③

C．③④

D．④⑤

解析：本题主要考查证明DNA是遗传物质的实验的相关知识。①孟德尔通过豌豆杂交实验，发现了“基因的分离定律和自由组合定律”；②摩尔根通过果蝇杂交实验，证明了“基因在染色体上”；③肺炎双球菌的体外转化实验，证明了DNA是遗传物质；④T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，运用同位素标记法，证明了DNA是遗传物质；⑤DNA的X光衍射实验为DNA双螺旋结构的确定提供了有力的佐证。

答案：C 2．利用两种类型的肺炎双球菌进行相关转化实验。各组肺炎双球菌先进行图示处理，再培养一段时间后注射到不同小鼠体内。下列说法不正确的是(

)

A．通过E、F对照，能说明转化因子是DNA而不是蛋白质

B．F组可以分离出S和R两种肺炎双球菌

C．F组产生的S肺炎双球菌可能是基因重组的结果

D．能导致小鼠死亡的是A、B、C、D四组

解析：从图示实验过程看出，通过E、F对照，能说明转化因子是DNA而不是蛋白质，F组加入了S菌的DNA，可以分离出S和R两种肺炎双球菌，而出现的S肺炎双球菌可能是基因重组的结果。A组经煮沸、D和E组为R菌，均不能导致小鼠死亡，D项错误。

答案：D 3．在肺炎双球菌的转化实验中，将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是哪种(

)

解析：：将加热杀死的S型菌和R型菌混合后，会转化成活的S型菌，S菌有毒，其大

量增殖，破坏了小白鼠的免疫系统，R型菌也随后大量增殖。

答案：B 4．关于T2噬菌体的叙述，正确的是(

) A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中含硫元素

B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中

C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质

D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖

解析：核酸中不含硫元素，A错误；病毒的寄生具有专一性，噬菌体寄生在细菌中，不能寄生在真菌中，B错误；T2噬菌体的遗传物质是DNA，C错误。

答案：D 5．20世纪70年代，科学家利用小鼠进行了体内转化实验，探究遗传物质。

实验1：R型细菌＋小鼠→存活,实验2：S型细菌＋小鼠→死亡→分离出S型细菌,实验3：S型细菌＋加热＋小鼠→存活,实验4：S型细菌＋加热＋R型细菌＋小鼠→死亡

请回答下列相关问题。

(1)在实验4中死亡的小鼠中能够分离出_________________________型细菌。

(2)除了用上述注射法，通过观察小鼠的生活情况来判断R型和S型细菌外，你还可以通过怎样的方法区别R型和S型细菌？___________________________________________。

(3)下图示为实验4中小鼠体内R型细菌增长曲线，

请在图中绘出S型细菌的增长情况。

(4)该实验获得的结论是__________________________________________________。

(5)一段时间后，给实验3中的小鼠注射S型细菌，请预测该小鼠的生活情况？________；并分析其原因：

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

解析：绘图时需要注意：①S型细菌种群将呈现“S”型增长；②曲线的初始数量应为0，体现转化从无到有的过程；③S型细菌的曲线应先于R型细菌曲线开始增长，且最后数量要高于R型细菌。

答案：(1)S型和R (2)显微镜下观察细菌有无荚膜或在固体培养基中培养，观察菌落特征，若表面光滑，则为S型；若菌落表面粗糙，则为R型

(3)如图

(4)S型细菌中存在着转化因子

(5)存活

加热杀死的S型细菌相当于疫苗，刺激小鼠产生大量的抗体和记忆细胞