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新人教（2019）生物必修2同步學案
3.1 DNA是主要的遺傳物質
一、肺炎鏈球菌的轉化實驗
1．對遺傳物質的早期推測
20世紀20年代，大多數科學家認為蛋白質是生物體的遺傳物質。20世紀30年代，人們認識到組成DNA的脫氧核苷酸有4種，每一種有一個特定的堿基。這一認識本可以使人們意識到DNA的重要性，但是，由于對DNA的結構沒有清晰的了解，認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
2．肺炎鏈球菌的類型
項目 S型細菌 R型細菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌體
有無致病性 有 無
3．格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
實驗過程 結果分析 結論
(1)R型活細菌小鼠不死亡 R型細菌無致病性 已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子
(2)S型活細菌小鼠死亡S型活細菌 S型細菌有致病性
(3)加熱致死的S型細菌小鼠不死亡 加熱致死的S型細菌已失活
小鼠死亡S型活細菌 R型細菌轉化為S型細菌，且性狀可以遺傳
拓展延伸　加熱的作用原理
(1)加熱會使蛋白質變性失活，這種失活是不可逆的。由于蛋白質失活，酶等生命體系失去其相應功能，細菌死亡。
(2)加熱時，DNA的結構也會被破壞，但當溫度降低到55 ℃左右時，DNA的結構會恢復，進而恢復活性。
4．艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
(1)實驗過程及結果
(2)結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
(3)減法原理：在對照實驗中，與常態比較，人為去除某種影響因素稱為“減法原理”。例如，在艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
(1)加熱致死的S型細菌和R型活細菌混合注射到小鼠體內，從小鼠尸體中提取到的細菌全部是S型活細菌(　　)
(2)艾弗里的實驗證明S型肺炎鏈球菌的DNA可以使小鼠死亡(　　)
(3)格里菲思和艾弗里分別用不同的方法證明DNA是遺傳物質(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×
特別提醒　(1)肺炎鏈球菌轉化實驗的實質是S型細菌的DNA片段整合到了R型細菌的DNA中，進而在R型細菌中指導合成了S型細菌的一些物質，使R型細菌轉化成了S型細菌。
(2)一般情況下，轉化率很低，只有極少數R型細菌被S型細菌的DNA侵入并發生轉化，培養基中(或小鼠體內)的大量S型細菌大多是由轉化后的S型細菌繁殖而來的。
請從以下角度來說明肺炎鏈球菌的體內轉化實驗與體外轉化實驗的關系：
(1)區別
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
科學家 格里菲思 艾弗里及其同事
細菌培養 小鼠體內 體外培養基
實驗構思 用加熱致死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗來說明確實發生了轉化 在S型細菌的提取物中，分別去除某種物質，觀察能否使R型細菌發生轉化
觀察指標 小鼠是否死亡 培養基中菌落類型
實驗結論 已經加熱致死的S型細菌體內有轉化因子 轉化因子是DNA
(2)聯系
①體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，體外轉化實驗則是前者的延伸。
②實驗設計都遵循對照原則和單一變量原則。
二、噬菌體侵染細菌的實驗
1．實驗者：赫爾希和蔡斯。
2．實驗方法：放射性同位素標記技術。
3．實驗材料：T2噬菌體和大腸桿菌
(1)T2噬菌體的模式圖
(2)T2噬菌體的增殖
①合成T2噬菌體的DNA的模板：進入大腸桿菌體內的T2噬菌體的遺傳物質。
②合成T2噬菌體的DNA的原料：大腸桿菌提供的四種脫氧核苷酸。
③合成T2噬菌體的蛋白質的原料：大腸桿菌的氨基酸，場所：大腸桿菌的核糖體。
4．實驗過程
(1)標記T2噬菌體
(2)侵染細菌
5．實驗分析
(1)噬菌體侵染細菌時，DNA進入細菌的細胞中，而蛋白質外殼仍留在細胞外。
(2)子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳的。
6．實驗結論：DNA才是噬菌體的遺傳物質。
(1)T2噬菌體可感染肺炎鏈球菌導致其裂解(　　)
(2)為獲得放射性標記的T2噬菌體，可分別用含35S和32P的人工培養基培養噬菌體(　　)
(3)細菌和病毒作為實驗材料，具有個體小、結構簡單、繁殖快的優點(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√
特別提醒　噬菌體侵染細菌的實驗中應注意的問題
(1)病毒營寄生生活，T2噬菌體只能侵染大腸桿菌，而不能侵染其他細菌。
(2)標記噬菌體時應先標記細菌，用噬菌體侵染被標記的細菌，這樣來標記噬菌體。因為噬菌體是沒有細胞結構的病毒，必須依賴活細胞生存。
1．本實驗采用的是放射性同位素標記技術，為什么用32P和35S進行標記？
提示　P是噬菌體DNA特有的元素，S是噬菌體蛋白質特有的元素，用32P和35S分別標記噬菌體的DNA和蛋白質，可以單獨地觀察它們各自的作用。
2．能否用14C和3H標記噬菌體？能否用32P和35S同時標記噬菌體？
提示　不能，因為DNA和蛋白質都含C和H，因此無法確認被標記的是何種物質；不能，因為若用32P和35S同時標記噬菌體，則上清液和沉淀物中均會具有放射性，無法判斷噬菌體遺傳物質的成分。
3．用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，發現沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
提示　攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。
4．用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，發現上清液中放射性也較高，可能是什么原因造成的？
提示　(1)保溫時間過短，部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內，經離心后分布于上清液中。
(2)保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內增殖后釋放出子代，經離心后分布于上清液中。
歸納總結　(1)噬菌體侵染細菌實驗的兩個關鍵環節——“保溫”與“攪拌”
①保溫時間要合適——若保溫時間過短或過長會使32P組的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌體未侵染細菌或子代噬菌體被釋放出來。
②“攪拌”要充分——如果攪拌不充分，35S組部分噬菌體與大腸桿菌沒有分離，噬菌體與細菌共存于沉淀物中，這樣會造成沉淀物中放射性偏高。
(2)使用不同元素標記后子代放射性有無的判斷
三、生物的遺傳物質
1．RNA是遺傳物質的實驗證據
(1)實驗材料：煙草花葉病毒(只含有蛋白質和RNA)、煙草。
(2)實驗過程
(3)結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，不是蛋白質。
2．DNA是主要的遺傳物質：絕大多數生物的遺傳物質是DNA，只有極少數生物的遺傳物質是RNA。因此，DNA是主要的遺傳物質。
(1)真核生物的遺傳物質是DNA(　　)
(2)原核生物的遺傳物質是RNA(　　)
(3)細胞核內的遺傳物質是DNA，細胞質內的遺傳物質是RNA(　　)
(4)艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌主要的遺傳物質(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
易錯警示　(1)細胞內既有DNA，又有RNA，其遺傳物質是DNA。
(2)病毒只含有一種核酸：DNA或RNA，含有哪種核酸，該核酸就是該病毒的遺傳物質。
(3)DNA是主要的遺傳物質是對所有生物來說的，而某種生物的遺傳物質是唯一的。
請總結：探索“遺傳物質”的思路和方法，并完成填空：
(1)探究思路：探究哪種物質是遺傳物質——設法將物質分開，單獨看其作用。
(2)三種方法
1．肺炎鏈球菌體內轉化實驗的結論：已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子。
2．艾弗里通過對肺炎鏈球菌的體外轉化實驗的研究，提出DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
3．T2噬菌體侵染細菌的實驗證明：DNA才是噬菌體的遺傳物質。
4．絕大多數生物的遺傳物質是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質。
1．探索遺傳物質的過程是漫長的，直到20世紀初期，人們仍普遍認為蛋白質是遺傳物質，當時人們的判斷理由不包含(　　)
A．蛋白質是構成生物體的重要物質
B．不同生物的蛋白質在結構上存在差異
C．蛋白質與生物的性狀密切相關
D．蛋白質氨基酸的排列順序變化多端可以儲存大量遺傳信息
答案　A
解析　蛋白質是構成生物體的重要物質，不能說明蛋白質是遺傳物質，A錯誤。
2．在艾弗里及其同事的肺炎鏈球菌體外轉化實驗中，用DNA酶處理S型細菌的細胞提取物之后與R型活細菌混合培養，結果發現培養基上僅有R型細菌生長。設置本實驗步驟的目的是(　　)
A．與“S型細菌的細胞提取物與R型活細菌混合培養”的實驗形成對照
B．補充R型細菌生長所需要的營養物質
C．直接證明S型細菌的DNA不是促使R型細菌轉化的因素
D．證明R型細菌生長不需要DNA
答案　A
解析　將S型細菌的細胞提取物加入有R型活細菌的培養基中，結果出現了S型細菌；用DNA酶處理S型細菌的細胞提取物，使DNA水解，結果培養基上僅有R型細菌生長，這兩組實驗形成對照實驗，A正確。
3．下列有關赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗的敘述，不正確的是(　　)
A．該實驗的設計思路是單獨觀察蛋白質和DNA的作用
B．檢測離心后試管中上清液和沉淀物中放射性的強弱可推測侵入細菌中的物質
C．35S標記蛋白質的實驗組，離心后的試管中上清液有較高的放射性
D．噬菌體侵染細菌的實驗和格里菲思的肺炎鏈球菌的轉化實驗都證明了DNA是遺傳物質
答案　D
解析　格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗證明了存在轉化因子，但沒有證明DNA是轉化因子，D項錯誤。
4．下圖表示科研人員探究煙草花葉病毒(TMV)遺傳物質的實驗過程，由此可以判斷(　　)
A．水和苯酚的作用是分離病毒的蛋白質和RNA
B．TMV的蛋白質沒有進入煙草細胞中
C．侵入煙草細胞的RNA含有A、T、G、C四種堿基
D．RNA是TMV的主要遺傳物質
答案　A
解析　能將TMV的蛋白質接種到正常煙草葉片細胞內，即TMV的蛋白質進入了煙草細胞中，B錯誤；RNA含有A、U、G、C四種堿基，C錯誤；本實驗證明RNA是TMV的遺傳物質，而不能證明RNA是TMV的主要遺傳物質，D錯誤。
5．下列生物的遺傳物質都是DNA的是(　　)
A．酵母菌、大腸桿菌和肺炎鏈球菌
B．新型冠狀病毒、SARS病毒
C．HIV、藍細菌、綠藻和黑藻
D．煙草、煙草花葉病毒
答案　A
解析　所有細胞生物(包括原核生物和真核生物)的遺傳物質都是DNA，絕大多數病毒的遺傳物質是DNA，只有極少數病毒的遺傳物質是RNA，如新型冠狀病毒和SARS病毒、HIV、煙草花葉病毒等。
6．某研究小組為探究某病毒的遺傳物質是DNA還是RNA，做了如下實驗，請你完成相關內容。
(1)實驗原理：_______________________________________________________________。
(2)材料用具：該病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等滲生理鹽水、注射器等。
(3)實驗步驟：
①取健康且生長狀況基本一致的小白鼠若干，隨機均分成四組，編號分別為A、B、C、D。
②按下表所示配制注射溶液，然后分別注射入小白鼠體內。
組別 A B C D
注射溶液 _______和_______ _______和_______ ___________ __________
③相同條件下培養一段時間后，觀察比較各組小白鼠的發病情況。
(4)結果預測及結論：
①A、C組發病，B、D組未發病，說明DNA是該病毒的遺傳物質；
②____________________，說明_____________________________________________。
(5)實驗分析：
①________組和________組對照，能說明RNA是否是其遺傳物質。
②B組和C組對照，能說明_________________________________________________。
③C組和D組在實驗對比時起到________作用。
答案　(1)酶具有專一性　(3)②A.該病毒核酸提取物　RNA酶　B．該病毒核酸提取物　DNA酶　C．該病毒核酸提取物　D．生理鹽水　(4)②B、C組發病，A、D組未發病　RNA是該病毒的遺傳物質　(5)①A　C?、贒NA是否是其遺傳物質?、蹖φ?/p>

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