DNA是主要的遗传物质公开课教案

第16讲

人类对遗传物质的探索过程

考纲考情——知考向

核心素养——提考能

最新考纲

人类对遗传物质的探索过程(B) 生命观念

DNA的结构与其作为遗传物质的功能相适应

分析总结肺炎双球菌转化实验和

2018年T3(2分)；2017 科学思维

近三年

噬菌体侵染细菌实验的原理和过程

年T2(2分)；2016年T1 江苏考情

(2分)；2015年T4(2分) 科学探究

分析人类对遗传物质探索的实验设计思路

考点一

肺炎双球菌的转化实验

考点梳理

1．肺炎双球菌的类型

2．格里菲思的体内转化实验

3．艾弗里的体外转化实验

提升探究：

1．体内转化实验中“加热”是否已导致DNA和蛋白质变性？

提示：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。

2．体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？其转化的实质是什么？

提示：实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌，转化实质为“基因重组”。

3．体外转化实验中，设置“S型细菌的DNA中加DNA酶”实验组的作用是什么？

提示：起对照作用，用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA，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。

4．两个转化实验有哪些相同点及联系？

提示：(1)相同点：所用材料相同；两实验都遵循对照原则、单一变量原则。

(2)联系：体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸。

对接高考

1：结合肺炎双球菌转化实验，考查科学思维能力

例1．(2017高考)肺炎双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型肺炎双球菌的菌落为粗糙的，R型肺炎双球菌的菌落为光滑的

B．S型菌的DNA经加热后失活，因而注射S型菌后的小鼠仍存活

C．从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌只有S型菌而无R型菌

D．该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的

解析：S型肺炎双球菌的菌落为光滑的，R型肺炎双球菌的菌落为粗糙的，A错误；S型菌

加热后蛋白质变性，导致细菌死亡，所以注射S型菌后的小鼠仍能存活，B错误；转化的效率不是100%，所以从病死小鼠中可分离得到S型菌和R型菌，C错误；本实验是肺炎双球菌体内转化实验，实验结论是S型菌中存在某种转化因子，促使R型菌转化为S型菌，但未证明转化因子是DNA，D正确。答案：D 变式训练：1．肺炎双球菌转化实验中，S型细菌的部分DNA片段进入R型细菌内并整合到R型细菌的DNA分子上，使这种R型细菌转化为能合成荚膜多糖的S型细菌。下列叙述正确的是

A．R型细菌转化成S型细菌前后的DNA中，嘌呤所占比例发生了改变

B．进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点

C．R型细菌转化成S型细菌的过程中，R型细菌发生了染色体变异

D．该实验体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

解析：R型细菌和S型细菌的DNA都是双链结构，其中碱基的配对遵循碱基互补配对原则，因此R型细菌转化为S型细菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例不会改变，依然是占50%，A项错误；基因是有遗传效应的DNA片段，即一个DNA分子中有多个基因，每个基因都具有RNA聚合酶的结合位点，因此进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点，B项正确；原核细胞不含染色体，R型细菌转化成S型细菌的过程中，R型细菌发生了基因重组而不是染色体变异，C项错误；荚膜多糖不属于蛋白质，所以该实验不能体现基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，D项错误。答案：B 2．结合创新拓展实验，考查科学探究能力

例2．回答下列关于遗传物质的问题：

(1)在20世纪以前，大多数科学家认为蛋白质是遗传物质，他们的理由是_____________________________________________________________________。结合蛋白质和核酸的物理性质，你认为蛋白质不能作为遗传物质的理由是______。如果蛋白质作为遗传物质，自然界中生物的种类会______(填“更多”、“更少”或“变化不明显”)。

(2)现在人们认为DNA是主要的遗传物质，理由是_________________________。

(3)现有一种刚刚发现的新型动物病毒，要确定它的遗传物质是DNA还是RNA，某生物兴趣小组设想：将病毒破碎获取提取液，置于试管中，同时加入核糖核苷酸、ATP，并保持适宜的温度和pH条件，足量的20种氨基酸和相关酶，一段时间后检测有无新病毒的产生，如果有，说明该新型病毒的遗传物质是RNA。他们的实验方案______(填“能”或“不能”)达到预期目的，请陈述你的理由：_________________________________________________。

解析：(1)蛋白质的空间结构受环境影响比较大，如果作为遗传物质，变异更快，物种更加丰富。(2)大部分生物的遗传物质是DNA，只有部分病毒的遗传物质是RNA，所以DNA是生物的主要遗传物质。(3)病毒的繁殖离不开细胞，离开细胞，病毒不会增殖。

答案：(1)蛋白质中氨酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息；不同生物的蛋白质在结构上存在差异；蛋白质与生物的性状密切相关(答出其中一点即可)

蛋白质容易受环境影响，不稳定(或受热易变性不稳定)

更多

(2)大部分生物的遗传物质是DNA

(3)不能

新病毒的产生离不开细胞，实验中没有提供病毒的繁殖场所——细胞

考点二

噬菌体侵染细菌实验

考点梳理

1．实验材料

T2噬菌体和大肠杆菌。

(1)噬菌体的结构及生活方式

(2)噬菌体的增殖

2．实验方法：

同位素标记法。该实验中用35S、32P分别标记蛋白质和DNA。

3．实验过程及结果

(1)标记噬菌体

(2)噬菌体侵染细菌

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。

方法指导：“二看法”判断子代噬菌体标记情况

巩固训练：判断正误

(1)T2噬菌体可感染肺炎双球菌导致其裂解

(2)格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果

(3)格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质

(4)艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡

答案：

(1)×

T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。

(2)×

格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因重组的结果。

(3)×

格里菲思实验只能说明加热杀死的S型细菌中存在某种“转化因子”，而不能说明该“转化因子”是DNA。

(4)×

艾弗里实验中，从S型肺炎双球菌中提取的DNA与R型细菌共同培养后可出现S型细菌，S型细菌可使小鼠死亡，从而证明只有S型细菌体内的DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

2．深入思考

(1)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上沉淀物中不含放射性，但实际上含有少量放射性的原因是什么？

提示：可能由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现了少量的放射性。

(2)“思考与讨论”)尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出？

提示：最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。

对接高考：巧借噬菌体侵染细菌实验，考查科学探究能力

例3．在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是

A．T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖

B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质

C．培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中

D．人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同

解析：T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎双球菌，所以不可以在肺炎双球菌中复制和增殖，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，所以在T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成mRNA和蛋白质，需要借助宿主细胞来合成mRNA和蛋白质，B错误；噬菌体侵染细菌时，其DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，复制及表达需大肠杆菌提供原料、酶和ATP，所以培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程不相同，前者是RNA病毒，后者是DNA病毒，D错误。答案：C 变式训练2：如果用3H、15N、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌(无放射性)，对此分析正确的是

A．只有噬菌体的蛋白质被标记了，DNA没有被标记

B．子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S C．子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N D．子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、14N、32S 解析：蛋白质和DNA分子中都含有H、N元素，所以用3H、15N、35S标记噬菌体后，噬菌体的蛋白质和DNA都会被3H、15N标记，A项错误；由于3H、15N、35S标记的蛋白质外壳不进入细菌，3H、15N标记的DNA分子进入但不能用于合成子代噬菌体的外壳，所以子代噬菌体的外壳中应该没有放射性，B项错误；由于3H、15N标记了亲代噬菌体的DNA分子，所以子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N，C项正确；子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、全部含有14N，DNA分子不含S，D项错误。答案：C 深入思考：噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”

(1)32P噬菌体侵染大肠杆菌

(2)35S噬菌体侵染大肠杆菌

结合两大经典实验及其比较，考查科学思维能力

例4．下列有关“探索DNA是主要遗传物质的实验”叙述，正确的是

A．格里菲思实验中，肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果

B．艾弗里实验中，用DNA酶处理提取的DNA更好地证明了DNA是遗传物质

C．赫尔希和蔡斯实验中，搅拌的目的是促使噬菌体的DNA与蛋白质分离

D．赫尔希和蔡斯用35S和32P均标记的噬菌体侵染细菌，证明了DNA是遗传物质

解析：肺炎双球菌R型转化为S型是基因重组的结果；赫尔希和蔡斯实验中，搅拌的目的是让吸附在细菌表面的噬菌体蛋白质与细菌分离；赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记噬菌体侵染细菌，证明DNA是遗传物质。答案：B 变式训练3：关于肺炎双球菌的体内转化和噬菌体侵染细菌实验的叙述，错误的是

A．R型细菌转化成S型细菌的原因是基因重组

B．少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败

C．标记噬菌体需要利用分别含有35S和32P的细菌

D．实验中保温时间过短或过长，32P标记组上清液的放射性都会变强

解析：R型细菌转化成S型细菌的原因是R型细菌的DNA进入S型细菌体内，属于基因重组；少量噬菌体未侵入细菌，离心后会在试管上层，绝大多数仍然在试管下层，不影响实验结果；标记噬菌体需要利用分别含有35S和32P的细菌；实验中保温时间过短噬菌体未侵入细菌，过长细菌裂解释放噬菌体，32P标记组上清液的放射性都会变强。答案：B 考点三

DNA是主要的遗传物质

考点梳理：

1．烟草花叶病毒感染烟草的实验

2．DNA是主要的遗传物质

真核生物与原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是主要的遗传物质。

对接高考：结合RNA是遗传物质的实验，考查实验设计能力

例5．已知烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能侵染烟草叶片，且两者都由蛋白质和RNA组成，如图是探索HRV的遗传物质是蛋白质还是RNA的操作流程图。请据图分析下列说法错误的是

A．本实验运用了对照原则，无空白对照组

B．实验过程中重组病毒的后代是HRV C．该实验只能说明HRV的遗传物质是RNA D．若运用同位素标记法，不能选择15N标记

解析：a组和b组分别由TMV和HRV直接侵染烟草叶片，属于空白对照组，A错误；将TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA进行重组，获得重组病毒，其后代是HRV，B正确；该实验只设计用HRV的RNA和TMV的蛋白质外壳重组获得的病毒侵染烟草叶片的实验，因此，该实验只能证明HRV的遗传物质是RNA，C正确；病毒的蛋白质外壳和RNA均含有N，故无法用15N将蛋白质外壳和RNA区分开，因此，不能选择15N标记，D正确。答案：A 变式训练4．一种感染螨虫的新型病毒，研究人员利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的螨虫细胞等为材料，设计可相互验证的甲、乙两组实验，以确定该病毒的核酸类型。下列有关实验设计思路的叙述，错误的是

A．应选用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸

B．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或胸腺嘧啶的培养基中

C．再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中

D．一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性，以确定病毒的核酸类型

解析：实验目的是探究病毒的核酸类型，用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸是探究病毒的遗传物质是蛋白质还是核酸。答案：A