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實驗探究生物的遺傳物質
易錯歸因
對肺炎鏈球菌轉化實驗、噬菌體侵染細菌實驗的實驗環節和操作原理理解不到位。
典型易錯題
例1（2022·浙江·高考真題）S型肺炎鏈球菌的某種“轉化因子”可使R型菌轉化為S型菌。研究“轉化因子”化學本質的部分實驗流程如圖所示
下列敘述正確的是（ ）
A．步驟①中，酶處理時間不宜過長，以免底物完全水解
B．步驟②中，甲或乙的加入量不影響實驗結果
C．步驟④中，固體培養基比液體培養基更有利于細菌轉化
D．步驟⑤中，通過涂布分離后觀察菌落或鑒定細胞形態得到實驗結果
【答案】D
【解析】艾弗里實驗將提純的DNA、蛋白質和RNA等物質分別加入到培養了R型細菌的培養基中，結果發現：只有加入DNA，R型細菌才能夠轉化為S型細菌，并且DNA的純度越高，轉化就越有效；如果用DNA酶分解從S型活細菌中提取的DNA，就不能使R型細菌發生轉化。說明轉化因子是DNA。題干中利用酶的專一性，研究“轉化因子”的化學本質。步驟①中、酶處理時間要足夠長，以使底物完全水解，A錯誤；步驟②中，甲或乙的加入量屬于無關變量，應相同，否則會影響實驗結果，B錯誤；步驟④中，液體培養基比固體培養基更有利于細菌轉化，C錯誤；S型細菌有莢膜，菌落光滑，R型細菌無莢膜，菌落粗糙。步驟⑤中，通過涂布分離后觀察菌落或鑒定細胞形態，判斷是否出現S型細菌，D正確。故選D。
解題技巧
1．肺炎鏈球菌的兩個轉化實驗
（1）體內轉化實驗和體外轉化實驗比較
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
科學家 格里菲思 艾弗里及其合作者
細菌培養場所 小鼠體內 體外培養基
實驗構思 用S型活細菌、R型活細菌、加熱后的S型死細菌對照，說明加熱殺死的S型細菌與R型細菌混合組確實發生了轉化 S型細菌的細胞提取物用DNA酶、RNA酶、蛋白酶、酯酶等降解相應的物質，用降解溶液與R型細菌混合培養，觀察能否使R型細菌發生轉化
實驗過程 a. R型活細菌小鼠不死亡b. S型活細菌小鼠死亡 c. 加熱后的S型死細菌小鼠不死亡 d. R型活細菌+加熱后的S型死細菌小鼠死亡S型活細菌
觀察指標 小鼠是否患敗血癥死亡 培養基中菌落類型
實驗結論 加熱殺死的S型細菌體內有轉化 因子 構成S型細菌的DNA、RNA、蛋白質等物質中，只有DNA能使R型細菌轉化為S型細菌
（2）三點提醒：
①轉化的實質是S型細菌的DNA片段整合到R型細菌的DNA中。
②艾弗里的實驗思路實際是用酶解法分別去除細胞提取物中某種成分后，觀察能否將R型細菌轉化。
③加熱會使蛋白質變性失活，這種失活是不可逆的，溫度降低后蛋白質活性也不可恢復；而加熱會使DNA雙鏈解旋，隨溫度的降低DNA仍可恢復活性。
2．噬菌體侵染細菌實驗
（1）實驗過程
科學家 赫爾希和蔡斯
實驗過程 ①標記細菌 細菌 + 含35S的培養基含35S的細菌 細菌 + 含32P的培養基含32P的細菌 ②標記噬菌體 含35S的細菌 + 噬菌體35S標記的噬菌體 含32P的細菌 + 噬菌體32P標記的噬菌體 ③噬菌體侵染細菌 35S標記的噬菌體 32P標記的噬菌體 + + 細菌 細菌 ④攪拌、離心、檢測放射性
（2）過程分析
關鍵環節 目的 誤差分析
保溫 讓噬菌體侵染細菌，完成生命活動 保溫時間過短或過長會使32P組的上清液中放射性偏高，原因分別是部分噬菌體未侵染細菌或子代噬菌體被釋放出來
攪拌 使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離 攪拌不充分，35S組部分噬菌體與細菌沒有分離，噬菌體與細菌共存于沉淀物中，造成沉淀物中放射性偏高
離心 讓上清液中析出較輕的T2噬菌體顆粒，若噬菌體吸附在大腸桿菌上，則隨大腸桿菌沉淀 離心速度過快、時間過長，噬菌體會隨大腸桿菌一起沉淀；離心速度慢，時間過短，部分大腸桿菌可能未沉淀下來
（3）易錯警示
①噬菌體需用含有細菌的培養基培養，因為病毒是營寄生生活的，脫離了細菌，噬菌體不能正常生存。
②用32P標記的噬菌體侵染細菌，新形成的子代噬菌體中僅部分含有放射性。
③實驗過程中，攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離。
④噬菌體侵染細菌的實驗能證明DNA是噬菌體的遺傳物質，但不能證明DNA是主要的遺傳物質。
同類題練習
1．（2022·山東·三模）經過了幾十年的爭論和實驗，生物遺傳物質是什么這個懸而未決的問題得到解決。下列關于人類在探索遺傳物質實驗中的說法，錯誤的是（ ）
A．格里菲思肺炎鏈球菌轉化實驗的檢測指標有兩個
B．艾弗里的實驗中，向細胞提取物中添加酶利用了加法原理
C．T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗需分別對蛋白質和DNA進行同位素標記
D．探究煙草花葉病毒遺傳物質的實驗需要將病毒的蛋白質和RNA分離、純化，分別侵染煙草
2．（2021·安徽·肥東縣綜合高中模擬預測）下列有關“噬菌體侵染細菌的實驗”的敘述，正確的是（　　）
A．子代噬菌體中不能檢測出35S標記的蛋白質
B．實驗中攪拌是為了裂解細菌和釋放噬菌體
C．實驗結果證明了DNA是主要的遺傳物質
D．用35S和32P的培養基分別培養噬菌體
3．（2022·浙江·二模）下列關于肺炎鏈球菌體內及體外轉化實驗以及T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的敘述，正確的是（ ）
A．三個實驗的設計思路都是將DNA和蛋白質分開來、單獨研究
B．肺炎鏈球菌的體內轉化實驗證明DNA是遺傳物質，蛋白質等不是遺傳物質
C．體外轉化實驗中S型菌DNA與活的R型菌混合，在液體培養基中培養后可觀察到兩種菌落
D．用32P標記的一個噬菌體在不含放射性的大腸桿菌內增殖4代，具有放射性的噬菌體占總數的1/8
4．（2022·湖北·模擬預測）探究遺傳物質的經典實驗中，科學家們利用細菌、病毒等材料，進行了肺炎鏈球菌轉化實驗以及噬菌體侵染細菌實驗。下列相關敘述正確的是（ ）
A．艾弗里利用小鼠和肺炎鏈球菌設計并進行體內轉化實驗，證明DNA是遺傳物質
B．用RNA酶去除S型細菌提取物中的RNA并與R型菌混合培養，結果無R型菌出現
C．噬菌體侵染細菌的實驗中，攪拌的目的是將噬菌體的蛋白質外殼與DNA分開
D．噬菌體侵染細菌的實驗中，保溫時間過長，對上清液蛋白質的放射性強度無影響
5．（2022·河南開封·模擬預測）在探究DNA是遺傳物質的過程中，科學家利用肺炎鏈球菌及T2噬菌體等實驗材料進行了多項實驗。下列相關敘述錯誤的是（ ）
A．格里菲思的實驗中具有莢膜的S型菌較R型菌更易在小鼠體內存活并繁殖
B．艾弗里的體外轉化實驗是先將S型菌各種成分分離，再分別與R型活菌混合
C．用35S標記的T2噬菌體侵染細菌，保溫時間過長幾乎不影響上清液中35S的含量
D．讓T2噬菌體侵染用放射性32P標記的細菌，攪拌離心后上清液中一定無放射性
6．（2021·浙江紹興·二模）1943年3月，艾弗里在洛克菲勒理事會上首次介紹了肺炎鏈球菌體外轉化實驗過程，主要步驟如下：
①用去氧膽酸鹽溶液處理S型雙球菌，再加乙醇得到乳白色沉淀。
②用鹽溶液溶解沉淀，再用氯仿抽提去除蛋白質，最后加乙醇得到沉淀。
③用鹽溶液溶解沉淀，加多糖水解酶處理4～6h后，再用氯仿抽提并用乙醇沉淀。
④用鹽溶液溶解沉淀制得細胞提取物，加入R型活菌混合培養，觀察到轉化成功。
相關敘述錯誤的是（　　）
A．步驟①中去氧膽酸鹽處理的目的可能是破碎S型菌細菌，釋放胞內物質
B．步驟②得到的沉淀中含有DNA
C．步驟③選擇多糖水解酶去除溶液中的多糖利用了酶的專一性
D．步驟④中轉化成功的標志是R型菌全部轉化為S型菌
7．（2022·安徽·淮北市教育科學研究所一模）如圖甲表示加熱殺死的S型細菌與R型活細菌混合注射到小鼠體內后兩種細菌的含量變化；圖乙是噬菌體侵染細菌實驗的部分操作步驟示意圖。下列相關敘述錯誤的是（ ）
A．圖甲中的實線代表S型細菌，虛線代表R型細菌
B．據圖甲可知，只有一部分R型細菌轉化為S型細菌
C．若圖乙中的噬菌體被32P標記，則上清液中的放射性很低
D．圖甲和圖乙現有的實驗環節，均不能證明DNA是遺傳物質
8．（2022·廣東廣州·二模）煙草花葉病毒（TMV）和車前草花葉病毒（HRV）是兩種親緣關系較近的RNA病毒。將TMV和HRV的RNA與蛋白質分離后，用兩種RNA分別感染煙草植株的葉片，葉片上出現不同形狀病灶，用兩類蛋白質分別感染則葉片上均不出現病灶。將一種RNA與另一種病毒的蛋白質重組，得到兩種雜交體，再用雜交體分別感染煙葉，煙葉上也出現病灶，病灶類型與雜交體的RNA種類有關而與蛋白質種類無關。下列敘述正確的是（ ）
A．實驗結果說明病毒RNA也可獨立完成完整的生命活動
B．因兩種病毒RNA的親緣關系較近，故二者的核苷酸含量相同
C．在被雜交體感染的煙葉上所形成的病灶中能收集到子代雜交體
D．實驗證明了RNA是TMV和HRV的遺傳物質而蛋白質不是
9．（2022·重慶·三模）探究生物遺傳物質的實驗很多，如肺炎鏈球菌體內轉化實驗、肺炎鏈球菌體外轉化實驗、噬菌體侵染細菌的實驗和煙草花葉病毒侵染煙草實驗。下列有關實驗的分析正確的是（ ）
A．肺炎鏈球菌體內轉化實驗的結果為體外轉化實驗提出問題奠定了實驗基礎
B．噬菌體侵染細菌的實驗結果能有效消除人們認為體外轉化實驗中所用蛋白質仍有少量核酸的疑問
C．煙草花葉病毒侵染煙草的實驗結果能作為DNA是生物遺傳物質的證據
D．四個實驗所涉及的實驗原理都是設法區分每一種物質，單獨地直接地觀察每一種物質的作用
10．（2022·廣西·欽州市第三中學模擬預測）1952年，赫爾希和蔡斯利用同位素標記法，完成了著名的噬菌體侵染細菌的實驗，實驗包括4個步驟：①標記的噬菌體與細菌混合；②35S和32P分別標記噬菌體； ③放射性檢測； ④離心分離。
（1）該實驗步驟的正確順序是______________。
A．①②④③ B．④②①③ C．②①④③ D．②①③④
（2）下圖中錐形瓶內的培養液是用來培養___________，其內的營養成分中能否含有32P？_______。
（3）如果讓放射性同位素主要分布在圖中離心管的上清液中，則獲得該實驗中的噬菌體的培養方法是______。
A．用含35S的培養基直接培養噬菌體
B．用含32P培養基直接培養噬菌體
C．用含35S的培養基培養細菌，再用此細菌培養噬菌體
D．用含32P的培養基培養細菌，再用此細菌培養噬菌體
（4）用被32P標記的噬菌體去侵染未被標記的大腸桿菌，離心后，發現上清液中有放射性物質存在，這些放射性物質的來源可能是（兩種可能）_____________________________
_____________________________________________________________________________。
同類題練習參考答案
1．B 【解析】肺炎鏈球菌轉化實驗包括格里菲思體內轉化實驗和艾弗里體外轉化實驗，其中格里菲思體內轉化實驗證明S型細菌中存在某種“轉化因子”，能將R型細菌轉化為S型細菌；艾弗里體外轉化實驗證明DNA是遺傳物質。T2噬菌體侵染細菌的實驗步驟：分別用35S或32P標記噬菌體→噬菌體與大腸桿菌混合培養→噬菌體侵染未被標記的細菌→在攪拌器中攪拌，然后離心，檢測上清液和沉淀物中的放射性物質。格里菲思肺炎鏈球菌轉化實驗的檢測指標：一個是看小鼠是否死亡，另一個就是看能否從死亡的小鼠體內分離得到S型活細菌，檢測指標是兩個，A正確；艾弗里實驗中，向細胞提取物中添加酶去除其中的某種物質，利用了減法原理，B錯誤；T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗需分別對蛋白質和DNA進行同位素標記，C正確；探究煙草花葉病毒遺傳物質的實驗需要將病毒的蛋白質和RNA分離、純化，分別侵染煙草，D正確。故選B。
2．A 【解析】噬菌體侵染細菌的實驗：（1）實驗思路：S是蛋白質的特有元素，DNA分子中含有P，蛋白質中幾乎不含有，用放射性同位素32P和放射性同位素35S分別標記DNA和蛋白質，直接單獨去觀察它們的作用。（2）實驗過程：標記細菌→標記噬菌體→用標記的噬菌體侵染普通細菌→攪拌離心。（3）結論：在噬菌體中，親代和子代間具有連續性的物質是DNA，即子代噬菌體的各種性狀是通過親代 DNA傳給后代的，DNA才是真正的遺傳物質。由于含35S標記的蛋白質外殼沒有進入細菌，所以實驗中細菌裂解釋放出的噬菌體不能檢測出35S標記的蛋白質，A正確；實驗過程中，攪拌的目的是為了讓蛋白質外殼與噬菌體分離，B錯誤；“DNA是主要的遺傳物質”的含義是針對所有的生物，絕大多數生物的遺傳物質是DNA，只有少數病毒的遺傳物質是RNA，所以DNA是主要的遺傳物質，而該實驗中噬菌體的遺傳物質是DNA，只證明了DNA是遺傳物質，而沒證明DNA是主要的遺傳物質，C錯誤；噬菌體是病毒，不能獨立在培養基上生存，所以不能用含有放射性同位素35S和32P的培養基培養噬菌體，應該先用35S和32P的培養基分別培養細菌，細菌被標記以后，再用被標記的細菌去培養噬菌體，D錯誤。故選A。
3．D 【解析】在格里菲思體內轉化實驗、艾弗里體外轉化實驗和T2噬菌體侵染細菌這三個實驗中，只有肺炎鏈球菌的體外轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗的設計思路是將DNA和蛋白質分開來、單獨研究，A錯誤；格里菲思體內轉化實驗證明S型細菌中存在某種“轉化因子”，能將R型細菌轉化為S型細菌；不能證明證明DNA是遺傳物質，蛋白質等不是遺傳物質，B錯誤；S型菌DNA與活的R型菌混合，在固體培養基中培養后可觀察到兩種菌落，C錯誤；32P標記的是噬菌體的DNA，噬菌體侵染細菌時，只有DNA分子進入細菌并作為模板控制子代噬菌體合成，而合成子代噬菌體的原料均來自細菌。用32P標記的噬菌體在不含放射性的大腸桿菌內增殖4代，根據DNA半保留復制特點，具有放射性的噬菌體占總數為2/24=1/8，D正確。故選D。
4．D 【解析】格里菲思利用小鼠和肺炎鏈球菌設計并進行體內轉化實驗，證明存在“轉化因子”，但未能證明該轉化因子的本質，此后艾弗里用體外轉外實驗證明轉化因子是DNA，A錯誤；由于肺炎鏈球菌的遺傳物質是DNA，用RNA酶去除S型細菌提取物中的RNA并與R型菌混合培養，不影響DNA的作用，故結果中仍有R菌和S菌出現，B錯誤；在噬菌體侵染細菌的實驗中，攪拌的目的是使噬菌體的蛋白質外殼與大腸桿菌分離開來，C錯誤；噬菌體侵染細菌的實驗中，保溫時間過長，子代噬菌體會裂解釋放，影響上清液中DNA的含量，但對上清液蛋白質的放射性強度無影響，D正確。故選D。
5．D 【解析】具有莢膜的S型菌可抵抗吞噬細胞的吞噬，有利于細菌在宿主體內存活并繁殖，A正確；艾弗里的體外轉化實驗是先將S型菌的各種成分提取分離，再分別與R型活菌混合培養，B正確；用35S標記的T2噬菌體侵染細菌，即使保溫時間過長，釋放的子代噬菌體也沒有放射性，故攪拌離心后，上清液放射性幾乎不受保溫時間的影響，C正確；用T2噬菌體侵染含32P標記的細菌，經攪拌離心后，理論上上清液中不含放射性，但是實際上，受到操作等因素的影響，有放射性的子代T2噬菌體被釋放出來，會導致上清液具有少量的放射性，D錯誤。故選D。
6．D 【解析】在艾弗里證明遺傳物質是DNA的實驗中，艾弗里將S型細菌的DNA、蛋白質、糖類等物質分離開，單獨的、直接的觀察它們各自的作用。另外還增加了一組對照實驗，即DNA酶和S型活菌中提取的DNA與R型菌混合培養。用去氧膽酸鹽溶液處理S型鏈球菌，使其破碎并釋放胞內物質，再加乙醇得到乳白色沉淀，A正確；步驟②運用的原理是核酸復合物在低鹽濃度下因溶解度降低而沉淀，加入氯仿后除去蛋白質，加入酒精后DNA析出為沉淀，因此沉淀中有DNA，B正確；步驟③選擇多糖水解酶去除溶液中的多糖利用了酶的專一性，C正確；步驟④中轉化成功的標志是細菌培養基上出現S型菌菌落，同時也有R型菌菌落，D錯誤。故選D。
7．A 【解析】題圖分析：甲圖中AB段由于細菌剛進入小鼠體內，小鼠還沒有產生相應的抗體，所以R型細菌會增多，隨后由于機體免疫系統的作用，R型細菌數量減少，同時該實驗中部分R型菌轉化成了S型菌，S型菌的大量增殖對小鼠的免疫功能損害，R型細菌然后大量增殖。乙圖中從理論上講，乙圖中35S放射性只會出現在上清液中，但在實際操作中沉淀物中也會出現部分放射性。若乙圖中的實驗如果沒經過攪拌過程或攪拌不徹底，則很多噬菌體會附著在細菌表面，經過離心后會進入沉淀物中，使得沉淀物中的放射性增強。圖甲中的實線代表R型細菌，虛線代表S型細菌，由于部分R型細菌轉化成S型細菌，因而S型細菌的起點為0，且隨著S細菌的大量繁殖，R型細菌也隨之大量繁殖，A錯誤；由于圖甲中的S型菌數量從0開始，且注射進入小鼠的細菌中并沒有S型菌，據此可推測，只有一部分R型細菌轉化為S型細菌，且S型細菌可以繁殖后代，B正確；32P標記的是噬菌體的DNA，噬菌體侵染細菌時DNA進入細菌，若圖乙中的噬菌體被32P標記，經過攪拌離心后進入沉淀物中，因此沉淀物中放射性高，上清液中的放射性很低，與圖乙的實驗結果相反，C正確；圖甲所示的實驗結果可證明S型細菌中存在某種轉化因子，能將R型細菌轉化為S型細菌，但不能證明DNA是遺傳物質，圖乙中，35S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，而噬菌體侵染細菌時蛋白質外殼沒有進入細菌，需要再設置被32P的標記噬菌體進行侵染實驗，隨后通過實驗結果的相互對照得出DNA是遺傳物質的結論，即圖甲和圖乙現有的實驗環節，均不能證明DNA是遺傳物質，D正確。故選A。
8．D 【解析】病毒主要由核酸和蛋白質組成，煙草花葉病毒（TMV）和車前草病毒（HRV）都是RNA病毒。病毒沒有獨立生存能力，生活離不開細胞，所以病毒的RNA也不能獨立完成完整的生命活動，A錯誤；TMV和HRV雖然親緣關系較近，但二者遺傳物質不同，所以無法判斷二者核苷酸的含量，B錯誤；由于病灶類型與雜交體的RNA種類有關而與蛋白質種類無關，所以被雜交體感染的煙葉上所形成的病灶中不能收集到子代雜交體，只能收集到TMV或HRV，取決于RNA的來源，C錯誤；根據題干信息“將TMV和HRV的RNA與蛋白質分離后，用兩種RNA分別感染煙草植株的葉片，葉片上出現不同形狀病灶，用兩類蛋白質分別感染則葉片上均不出現病灶”，說明RNA是TMV和HRV的遺傳物質而蛋白質不是，D正確。故選D。
9．A 【解析】肺炎鏈球菌轉化實驗證明DNA是遺傳物質，但由于當時技術水平的限制，艾弗里提純的DNA中混有少量的蛋白質，因此其實驗結論遭到后人的質疑。噬菌體侵染細菌時，只有DNA進入細菌，蛋白質外殼留在細菌外，這樣到達DNA分子和蛋白質的徹底分離，因此其實驗結果更具有說服力。煙草花葉病毒感染煙草實驗說明煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，進而說明DNA是主要的遺傳物質。格里菲思做的肺炎鏈球菌在小鼠體內轉化的實驗只能說明存在“轉化因子”，沒有證明DNA是主要的遺傳物質，實驗的結果為體外轉化實驗提出問題奠定了實驗基礎。A正確；赫爾希和蔡斯做的噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是遺傳物質，不能證明蛋白質不是遺傳物質，實驗結果并不能消除人們認為體外轉化實驗中蛋白質含有少量核酸的問題，B錯誤；煙草花葉病毒的感染和重建實驗，說明煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，C錯誤；肺炎鏈球菌體內轉化實驗不是單獨地直接地觀察每一種物質的作用，D錯誤。故選A。
10．（1）C
（2）大腸桿菌 不能
（3）C
（4）沒有侵入大腸桿菌的噬菌體或侵入大腸桿菌的噬菌體經增殖后釋放出的子代噬菌體
【解析】噬菌體侵染細菌的實驗步驟：分別用35S或32P標記噬菌體→噬菌體與大腸桿菌混合培養→噬菌體侵染未被標記的細菌→在攪拌器中攪拌，然后離心，檢測上清液和沉淀物中的放射性物質。
（1）噬菌體是病毒，是在活細胞中營寄生生活的生物，不能直接在培養基上培養，所以要先培養細菌，使細菌被標記，用噬菌體侵染被標記的細菌，再用被標記的噬菌體侵染未標記的細菌，保溫、離心處理，檢測放射性，因此順序為②①④③，故選C。
（2）如果標記噬菌體，則先標記細菌，圖中錐形瓶內的培養液是用來培養大腸桿菌的；根據圖示：上清液測得放射性，說明標記的是S元素，根據實驗的單一變量原則，培養液的營養成分不能含有32P。
（3）AB：噬菌體只能寄生在活細胞內，不能單獨用普通培養基培養，AB錯誤；CD：已知放射性同位素主要分布在圖中離心管的上清液中，說明該實驗標記的是S元素，故應用含35S的培養基培養細菌，再用此細菌培養噬菌體，C正確、D錯誤。故選C。
（4）用被32P標記的噬菌體去侵染未被標記的大腸桿菌，離心后，發現上清液中有放射性物質存在，這些放射性物質的來源可能是有未注入DNA的噬菌體或者離心時間過長，子代噬菌體得以釋放，經離心后到達上清液中。
答案第1頁，共2頁
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