科学家访谈　探索生物大分子的奥秘教案1

第六单元

遗传的分子基础

第17讲

DNA是主要的遗传物质

一、考纲要求

1.人类对遗传物质的探索过程

(Ⅱ)。

二、链接教材及核心提炼

(一)肺炎双球菌的转化实验

时间、人物

实验材料

R型细菌

S型细菌

活体细菌体内转化实验

1928年，英国科学家________ ____荚膜，菌落_____，_____毒性

____荚膜，菌落_____，_____毒性

离体细菌体外转化实验

1944年，美国科学家________和他的同事

R型活菌，S型细菌的DNA、蛋白质、多糖荚膜等

实验

过程

实验

分析

细菌培

养场所

实验

原则

巧妙

构思

结果

观察

实验

结论

联系

第1组实验结果说明S型细菌有毒性

第2组实验结果说明R型细菌________毒性

加入S型细菌的蛋白质、多糖、DNA酶与DNA的第3组实验结果说明加热杀死的S型细菌___毒性

混合物都没有使R型细菌发生转化

第4组实验结果说明R型细菌能转化为_____细菌

小鼠(体内)

R型细菌与S型细菌的毒性对照

用加热杀死的S型菌与R型活菌混合培养后进行实验

小鼠是否死亡

S型细菌体内有“转化因子”

培养基(体外)

S型细菌各成分作用的相互对照

将物质分离提纯并各自观察它们能否将R型活菌转化为S型活菌

培养基中的菌落

S型细菌的DNA是遗传物质

①所用材料相同，都是肺炎双球菌(R型和S型) ②体内转化实验是基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA；③两实验都遵循对照原则、单一变量原则

☆S型细菌使R型细菌转化的实质

(1)加热灭活的S型细菌，其蛋白质结构被破坏。DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打断，但缓慢冷却时，其结构可以恢复。

(2)S型细菌遗留下的DNA片段中，包含有控制荚膜形成的基因，这些片段从S型细菌中释放出来，被一些R型细菌所摄取，进入R型细菌中，整合进入R型细菌的基因组中，使R型细菌转化成S型细菌。

(3)转化的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。因此，转化作用可以看成广义上的基因重组。

(4)一般情况下，转化的效率很低，形成的S型细菌很少，但是其繁殖速度很快。

☆有关肺炎双球菌转化实验的4个误区

(1)转化的实质是基因重组而非基因突变

肺炎双球菌转化实验是指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。

(2)并非所有的R型细菌都被转化

由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是小部分R型细菌被转化成S型细菌。

(3)加热并没有使DNA完全失去活性

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。

(4)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，S型细菌与R型细菌混合培养时，S型细菌的DNA进入R型细菌体内。结果在S型细菌DNA的控制下，R型细菌体内合成了S型细菌的DNA和蛋白质，从而组装成了具有毒性的S型细菌。

（二）噬菌体侵染细菌的实验

1．实验方法

采用_________________法，先用含有32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌，再用带上32标记的大肠杆菌分别培养噬菌体。选择35S、P来标记的原因是_____________________ ____________________________________________。

2．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌

(1)噬菌体的结构

(2)噬菌体的生活方式：_____________________________________________________。

3．实验过程及现象

(1)标记噬菌体

(2)侵染细菌：用32P或35S标记的噬菌体分别侵染______的细菌。

(3)搅拌，离心：32P标记的一组，______中的放射性很低，______中的放射性很高，且在新形成的噬菌体中检测到______。

4．实验结论

在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是________，即DNA是遗传物质。

☆噬菌体侵染细菌实验的分析

1.实验方法：放射性同位素标记法。标记结果如下表：

DNA 蛋白质

噬菌体

3235细菌

3132子代噬菌体

32P S P S P、31P

32S

2.侵染实验结果及分析

分组

对比

实验(相互

对照) 含32P噬菌体＋细菌

含35S噬

菌体＋细菌

结果

32

上清液中几乎无32P，P主要分布在宿主细胞内

35

宿主细胞内无35S，S主要分布在上清液中

结果分析

32PDNA进入了宿主细胞内

S蛋白质外壳未进入宿主细胞而留在外面

353.上清液和沉淀物放射性分析

(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因

①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液中出现放射性。

②从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时间过长，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，也会使上清液中出现放射性。

(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。

(3)判断子代噬菌体标记情况

4.噬菌体侵染细菌的实验的易错分析

(1)不能标记C、H、O、N等DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。

(2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，而不能确定是何种元素的放射性。

(3)噬菌体侵染细菌的实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实验的方法不同：前者采用放射性同位素标记法，即分别标记DNA和蛋白质的特征元素(32P和35S)；后者则采用直接分离法，即分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养，但两者实验设计思路相同，均是设法将DNA与蛋白质分开，单独观察它们各自的作用。

5．与肺炎双球菌离体转化实验的比较

相同点

不同点

(方法

不同) ①均把DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用，但两类实验中DNA与蛋白质分开的方式不同；②都遵循了对照原则；③都能证明DNA是遗传物质，都不能证明DNA是主要的遗传物质

肺炎双球菌离体转化实验

直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养

（三）DNA是主要的遗传物质

1．RNA是遗传物质的实验(烟草花叶病毒感染实验)

结论：烟草花叶病毒中________是遗传物质。

2．生物的遗传物质(连线)

3. 结论：绝大多数生物的遗传物质都是________，所以说______________________。

☆各种生物的遗传物质分析1.生物遗传物质的判断方法

(1)细胞内既有DNA，又有RNA，只有DNA是遗传物质。

(2)病毒只含有一种核酸，DNA或RNA。

2．生物体内核酸种类及遗传物质类型

三、衔接课堂

1．正误辨析

(1)艾弗里的肺炎双球菌转化实验中转化的有效性与R型菌的DNA的纯度有密切关系。(

) (2)高温处理过的S型菌蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应。(

) (3)[2015·全国卷Ⅰ]

控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上。(

) (4)肺炎双球菌转化实验、T2噬菌体侵染大肠杆菌实验和DNA的X光衍射实验都证明了DNA是遗传物质。(

) (5)T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中，可利用寄主体内的物质大量增殖。

(

) (6)[2014·江苏卷]

赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，证明了DNA的半保留复制。(

) (7)人类对遗传物质的本质的探索实验中，噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力。(

) (8)在噬菌体侵染细菌的实验中，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。(

) (9)DNA不是一切生物的遗传物质，但一切细胞生物的遗传物质都是DNA。(

) (10)在噬菌体侵染细菌的实验中，同位素标记是一种基本的技术。在侵染实验前首先要获得同时含有32P与35S标记的噬菌体。(

) (11)豌豆细胞内既有DNA，又有RNA，但是DNA是豌豆的主要遗传物质。(

) 2．活学活用

(1)噬菌体与细菌混合后，要进行搅拌并离心，搅拌和离心的作用分别是什么？与艾弗

C．戊组实验表明，加S型菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型菌

D．丁组产生的有毒性的肺炎双球菌不能将该性状遗传给后代

3．

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标记的噬菌体侵染细菌实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质

[拓展] (1)按B选项所述的标记方法，进入细菌体内的具有放射性的成分是什么？

(2)若C选项中的35S改为32P，其实验结果是上清液中也有放射性，其原因是什么？

4．下图是“噬菌体侵染大肠杆菌”实验，其中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验的叙述不正确的是(

)

A．图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌的，其营养成分中的P应含32P标记

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

C．图中若只有C中含大量放射性，可直接证明的是噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌

D．实验中B对应部分有少量放射性，可能原因是实验时间过长，部分细菌裂解

3．下列关于艾弗里等人的肺炎双球菌体外转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验的结果的分析，不正确的是(

) A．S型细菌的性状是由DNA决定的

B．在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入了R型细菌中

C．噬菌体侵染细菌并经离心后，含32P的放射性同位素主要分布在离心管上清液中

D．肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都能够证明DNA控制蛋白质的合成

5．下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是(

) A．山柳菊的遗传物质是DNA B．衣藻的遗传物质主要分布在拟核中

C．SARS病毒的遗传物质含有硫元素

D．艾滋病病毒的遗传物质水解产生8种核苷酸

6．某研究小组为探究H7N9病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验，请你完成相关内容。

(1)实验原理：_____________________________________________________。

(2)材料用具：H7N9病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等渗生理盐水、注射器等。

(3)实验步骤：

①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干，随机均分成四组，编号分别为A、B、C、D。

②按下表所示配制注射溶液，然后分别注入小白鼠体内。

组别

注射溶液

A ____和____ B ____和____ C ________ D ________ ③相同条件下培养一段时间后，观察比较各组小白鼠的发病情况。

(4)结果预测及结论：

①若A、C组发病，B、D组未发病，则说明DNA是H7N9病毒的遗传物质；

②若________________________，则说明_____________________________________。

(5)实验分析：

①________组和________组对照，能说明DNA是否是其遗传物质。

②B组和C组对照，能说明_________________________________________________。

③C组和D组在实验对比时起到__________作用。

五、习题精选

1.(2011.广东卷)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

接种菌型

加入S型菌物质

培养皿长菌情况

①

R 蛋白质

R型

②

R 荚膜多糖

R型

③

R DNA R型、S型

④

R DNA(经DNA酶处理) 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

2.(2011.江苏卷）关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（ ）

3532 A.分别用含有放射性同位素S和放射性同位素P的培养基培养噬菌体

3532B.分别用S和P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

35C.用S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

3235D.用P、S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

3.(2010.海南卷)某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和DNA，重新组合为“杂合”噬菌体，然后分别感染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出预测，见下表。其中预测正确的是( ) “杂合”噬菌体的组成

甲的DNA＋乙的蛋白质

乙的DNA＋甲的蛋白质

实验预期结果

预期结果序号

1 2 3 4 子代表现型

与甲种一致

与乙种一致

与甲种一致

与乙种一致

A．1、3 B．1、4 C．2、3 D．2、4 4.(2011.海南卷)关于核酸的叙述，正确的是( ) A．只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质

B．DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的

C．分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同

D．用甲基绿和吡罗红混合染色SARS病毒可观察到DNA和RNA的分布

5.(2011.海南卷)关于核酸生物合成的叙述，错误的是( ) A．DNA的复制需要消耗能量 B．RNA分子可作为DNA合成的模板

C．真核生物的大部分核酸在细胞核中合成

D．真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期