資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
人教(2019)生物必修2（知識點+跟蹤檢測）
第5講 DNA是主要的遺傳物質
【課標導航】
一、肺炎雙球菌的轉化實驗
1．格里菲思的體內轉化實驗
(1)實驗材料：兩種肺炎雙球菌
(2)格里菲思的體內轉化實驗
2．艾弗里的體外轉化實驗
(1)設計思路：直接分離S型細菌的DNA、莢膜多糖、蛋白質等，將它們分別與R型細菌混合培養，研究它們各自的遺傳功能。
(2)實驗過程和結論
二、噬菌體侵染細菌實驗
1．實驗材料和方法
(1)實驗材料：T2噬菌體和大腸桿菌。
(2)實驗方法：同位素示蹤法，該實驗中用35S、32P分別標記蛋白質和DNA。
2．實驗過程
3．實驗結論
在噬菌體中，保證親代與子代之間具有連續性的物質是DNA，即DNA是遺傳物質。
三、生物的遺傳物質
[基礎微點練清]
1．判斷正誤
(1)證明DNA是遺傳物質的肺炎雙球菌轉化實驗是由我國科學家完成的 (×)
(2)T2噬菌體可感染肺炎雙球菌導致其裂解(×)
(3)培養基中的32P經宿主提取后可出現在T2噬菌體的核酸中 (√)
(4)赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗證實了DNA是遺傳物質，實驗中可用15N代替32P標記DNA(×)
(5)赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗表明病毒中有DNA，但沒有蛋白質(×)
(新人教版必修2 P47“概念檢測”T2C)
(6)絕大多數生物的遺傳物質是DNA(√)
(7)噬菌體增殖需要細菌提供模板、原料和酶等(×)
(8)煙草花葉病毒感染煙草實驗說明所有病毒的遺傳物質是RNA(×)
(9)所有生物的遺傳物質都是DNA(×)
(10)真核生物、原核生物、大部分病毒的遺傳物質是DNA，少部分病毒的遺傳物質是RNA(√)
2．在生命科學發展過程中，證明DNA是遺傳物質的實驗是(　　)
①孟德爾的豌豆雜交實驗　②摩爾根的果蠅雜交實驗
③肺炎雙球菌轉化實驗　④T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗
⑤DNA的X光衍射實驗
A．①②　　　　　　　　 B．②③
C．③④ D．④⑤
解析：選C　孟德爾通過豌豆雜交實驗發現了基因的分離定律和自由組合定律。摩爾根通過果蠅雜交實驗說明了基因位于染色體上。DNA的X光衍射實驗為DNA雙螺旋結構的發現提供了重要依據。肺炎雙球菌轉化實驗和T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗均證明了DNA是遺傳物質。
3．(新人教版必修2 P47“概念檢測”T1)枯草桿菌具有不同類型，其中一種類型能合成組氨酸。將從這種菌中提取的某種物質，加入培養基中，培養不能合成組氨酸的枯草桿菌，結果獲得了活的能合成組氨酸的枯草桿菌。這種物質可能是(　　)
A．多肽　　　　　　　　 B．多糖
C．組氨酸 D．DNA
解析：選D　只有遺傳物質DNA才能使枯草桿菌發生題干描述的變化。
4．在探索遺傳物質的道路上，艾弗里的肺炎雙球菌轉化實驗、赫爾希與蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗具有里程碑式貢獻。相關敘述正確的是(　　)
A．都設法將DNA與蛋白質分開，研究各自在遺傳中的作用
B．都設法誘導發生基因重組，研究其子代表現型的變化
C．都運用同位素標記技術，研究DNA在親代與子代之間的傳遞
D．肺炎雙球菌體外轉化實驗比噬菌體侵染細菌實驗更具有說服力
解析：選A　艾弗里的實驗是用離心的方法將肺炎雙球菌的DNA和蛋白質分開，沒有涉及同位素標記技術，赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染實驗是利用同位素標記技術將DNA和蛋白質分開，然后直接地、單獨地觀察各種物質的作用，A正確，C錯誤。艾弗里的肺炎雙球菌體外轉化實驗中S型細菌和R型細菌的遺傳物質發生了基因重組，噬菌體侵染細菌實驗中沒有發生基因重組，B錯誤。艾弗里的肺炎雙球菌轉化實驗中分離DNA時，其中還混有少量的蛋白質(大約混有0.02%的蛋白質)，當時進行物質分離和提純還有一定的困難，所以不能排除蛋白質的作用；噬菌體侵染細菌實驗利用同位素標記法，進入細菌細胞的只有DNA，證明了DNA是遺傳物質，即肺炎雙球菌體外轉化實驗并沒有將DNA和蛋白質完全分開，在這一點上噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力，D錯誤。
5．下列有關遺傳變異的相關敘述正確的是(　　)
A．肺炎雙球菌的轉化實驗證明S型細菌的DNA可使小鼠致死
B．RNA有三種，它們的結構一般是單鏈，tRNA是由三個堿基組成的
C．花藥離體培養過程中，基因突變、基因重組、染色體變異均有可能發生
D．35S標記的噬菌體侵染實驗中，沉淀物存在少量的放射性可能是攪拌不充分所致
解析：選D　肺炎雙球菌體內轉化實驗證明S型細菌中存在某種轉化因子，不能證明S型細菌的DNA可使小鼠致死，只有肺炎雙球菌體外轉化實驗證明從S型細菌中提取的DNA能將R型細菌轉化為S型細菌，從而使小鼠死亡，A錯誤；RNA有三種，它們的結構一般是單鏈，tRNA中由三個堿基組成反密碼子，B錯誤；花藥離體培養過程中，基因突變和染色體變異均有可能發生，由于該過程只進行有絲分裂，因此不會發生基因重組，C錯誤；35S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，而噬菌體在侵染細菌時，蛋白質外殼并沒有進入細菌內，離心后分布在上清液中，若沉淀物存在少量放射性可能是攪拌不充分，少數蛋白質外殼未與細菌分離所致，D正確。
6．(新人教版必修2 P47“拓展應用”T2)結合肺炎鏈球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗，分析DNA作為遺傳物質所具備的特點。
提示：肺炎鏈球菌的轉化實驗和噬菌體侵染大腸桿菌的實驗證明，作為遺傳物質至少要具備以下幾個特點：能夠精確地自我復制；能夠指導蛋白質的合成，從而控制生物體的性狀和新陳代謝的過程；具有儲存遺傳信息的能力；結構比較穩定；等等。
一、肺炎雙球菌的轉化實驗
[試考題·查欠缺]
1．(浙江選考)為研究R型肺炎雙球菌轉化為S型肺炎雙球菌的轉化物質是DNA還是蛋白質，進行了肺炎雙球菌體外轉化實驗，其基本過程如圖所示：
下列敘述正確的是(　　)
A．甲組培養皿中只有S型菌落，推測加熱不會破壞轉化物質的活性
B．乙組培養皿中有R型及S型菌落，推測轉化物質是蛋白質
C．丙組培養皿中只有R型菌落，推測轉化物質是DNA
D．該實驗能證明肺炎雙球菌的主要遺傳物質是DNA
解析：選C　DNA能夠耐受較高的溫度，加熱冷卻后DNA的活性能夠恢復，甲組培養皿中應該有R型和S型兩種菌落，A錯誤；乙組中S型菌提取物中的蛋白質被蛋白酶催化水解了，所以轉化物質不是蛋白質，B錯誤；丙組培養皿中只有R型菌落，更能進一步確定轉化物質是DNA，C正確；該實驗能證明肺炎雙球菌的遺傳物質是DNA，D錯誤。
2．(浙江選考)下列關于“肺炎雙球菌轉化實驗”的敘述，正確的是(　　)
A．活體轉化實驗中，R型菌轉化成的S型菌不能穩定遺傳
B．活體轉化實驗中，S型菌的莢膜物質使R型菌轉化成有莢膜的S型菌
C．離體轉化實驗中，蛋白質也能使部分R型菌轉化成S型菌且可實現穩定遺傳
D．離體轉化實驗中，經DNA酶處理的S型菌提取物不能使R型菌轉化成S型菌
解析：選D　R型菌轉化為S型菌屬于基因重組，是可遺傳變異，能夠穩定遺傳，A錯誤。能使R型菌轉化為S型菌的轉化因子是S型菌的DNA，而不是莢膜物質，B錯誤。轉化因子是DNA而不是蛋白質，所以蛋白質不會使R型菌轉化為S型菌，C錯誤。S型菌提取物中的DNA經過DNA酶處理后會被降解，從而不能使R型菌轉化為S型菌，D正確。
[強知能·補欠缺]
1．肺炎雙球菌轉化實驗中的對照設計
(1)在格里菲思的實驗中，分別用活的S型和R型細菌注射小鼠形成對照，加熱殺死的S型細菌單獨注射和加熱殺死的S型細菌與R型活細菌混合注射形成對照。
(2)在艾弗里的體外轉化實驗中，DNA、蛋白質、多糖等物質之間形成對照，而DNA與DNA酶處理產物之間也形成對照。
2．理解“轉化”的兩個關鍵點
(1)轉化的實質是基因重組而非基因突變
肺炎雙球菌轉化實驗中S型細菌的DNA片段整合到R型細菌的DNA中，使受體細胞獲得了新的遺傳信息，即發生了基因重組。
(2)S型細菌死亡實質
加熱使蛋白質變性，表現為細菌生命活動的終止；加熱時可以破壞DNA雙鏈間的氫鍵，使DNA的雙螺旋結構被破壞，在溫度降低后可恢復原結構，保持其作為遺傳物質的功能。
[練題點·全過關]
1．(2021·北京海淀區模擬)為研究 R 型肺炎雙球菌轉化為 S 型菌的轉化因子是 DNA 還是蛋白質，進行了下圖所示的轉化實驗。對本實驗作出的分析，錯誤的是(　　)
A．本實驗通過酶解法去除單一成分進行研究
B．甲、乙組培養基中只有 S 型菌落出現
C．蛋白酶處理結果顯示提取物仍有轉化活性
D．本實驗結果表明 DNA 使 R 型菌發生轉化
解析：選B　本實驗通過加蛋白酶和DNA酶，利用酶解法去除單一成分，將DNA、蛋白質分開來進行研究，A正確；甲組是混合培養，乙組是除去蛋白質后再混合培養，均能發生轉化，但轉化率低，培養皿中有R型及S型菌落，B錯誤； 乙組實驗中加蛋白酶處理后，培養皿中有S型菌落，則說明提取物仍有轉化活性，C正確；丙組實驗中加入DNA酶后，沒有S型菌落，說明DNA的結構被破壞了，若是結構完整，則有S型菌落，進一步對照說明DNA 使 R 型菌發生轉化，D正確。
2．艾弗里及其同事為了探究S型肺炎雙球菌中何種物質是“轉化因子”，進行了肺炎雙球菌體外轉化實驗。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．添加S型細菌DNA的培養基中只長S型菌落
B．實驗過程中應使用固體培養基培養R型細菌
C．實驗結論是S型細菌的DNA使R型細菌發生了轉化
D．實驗設計思路是分別單獨觀察S型細菌各種組分的作用
解析：選A　肺炎雙球菌體外轉化實驗中，添加S型細菌DNA的培養基中有S型和R型兩種菌落。
3．(2021·菏澤月考)下面關于肺炎雙球菌與新型冠狀病毒共同特征的敘述，錯誤的是(　　)
A．都是人類肺炎的病原體
B．都有核酸作為遺傳物質
C．都沒有細胞核和線粒體
D．都是形體微小的單細胞生物
解析：選D　肺炎雙球菌與新型冠狀病毒均能引起肺炎，屬于肺炎的病原體，A正確；肺炎雙球菌屬于原核生物，其遺傳物質為核酸中的DNA，新型冠狀病毒為RNA病毒，其遺傳物質為核酸中的RNA，B正確；肺炎雙球菌為原核生物，無成形的細胞核，無各種復雜的細胞器，只含一種細胞器核糖體，新型冠狀病毒無細胞結構，因此肺炎雙球菌與新型冠狀病毒都沒有細胞核和線粒體，C正確，D錯誤。
二、噬菌體侵染細菌的實驗
[試考題·查欠缺]
1．(2020·浙江選考)某研究小組用放射性同位素32P、35S分別標記T2噬菌體，然后將大腸桿菌和被標記的噬菌體置于培養液中培養，如圖所示。一段時間后，分別進行攪拌、離心，并檢測沉淀物和懸浮液中的放射性。下列分析錯誤的是(　　)
A．甲組的懸浮液含極少量32P標記的噬菌體DNA，但不產生含32P的子代噬菌體
B．甲組被感染的細菌內含有32P標記的噬菌體DNA，也可產生不含32P的子代噬菌體
C．乙組的懸浮液含極少量35S標記的噬菌體蛋白質，也可產生含35S的子代噬菌體
D．乙組被感染的細菌內不含35S標記的噬菌體蛋白質，也不產生含35S的子代噬菌體
解析：選C　甲組用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌，由于P存在于DNA中，懸浮液含極少量32P標記的噬菌體DNA，說明這一部分DNA沒有和蛋白質外殼組裝在一起，不會產生含32P的子代噬菌體，A正確；甲組用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌，由于P存在于DNA中，在侵染過程中，DNA進入大腸桿菌體內，由于噬菌體繁殖所需原料來自未被標記的大腸桿菌，且DNA復制為半保留復制，所以可產生含32P的子代噬菌體和不含32P的子代噬菌體，B正確；由于噬菌體的蛋白質外殼不會進入大腸桿菌，所以乙組的懸浮液含較多35S標記的噬菌體蛋白質，不會產生含35S的子代噬菌體，C錯誤；由于噬菌體的蛋白質外殼不會進入大腸桿菌，乙組被感染的細菌內不含35S標記的噬菌體蛋白質，也不產生含35S的子代噬菌體，D正確。
2．(2019·江蘇高考)赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗證實了DNA是遺傳物質，下列關于該實驗的敘述正確的是(　　)
A．實驗中可用15N代替32P標記DNA
B．噬菌體外殼蛋白是大腸桿菌編碼的
C．噬菌體DNA的合成原料來自大腸桿菌
D．實驗證明了大腸桿菌的遺傳物質是DNA
解析：選C　N在噬菌體外殼蛋白與DNA中都存在，本實驗要標記DNA的特有元素，故不能用15N代替32P，A錯誤；噬菌體外殼蛋白是由噬菌體的遺傳物質編碼的，B錯誤；噬菌體侵染大腸桿菌后，以自身DNA為模板，以大腸桿菌中的4種脫氧核苷酸為原料，合成子代DNA，C正確；本實驗證明了噬菌體的遺傳物質是DNA，D錯誤。
[強知能·補欠缺]
1．噬菌體侵染細菌實驗中的放射性分析
(1)32P噬菌體侵染大腸桿菌
(2)35S噬菌體侵染大腸桿菌
2．遺傳物質實驗的兩點分析
(1)兩種肺炎雙球菌在小鼠體內的數量變化
①適量的R型細菌被注入小鼠體內，數量會減少，最后幾乎降為0，原因是小鼠具有免疫系統，能將少量的R型細菌清除。
②適量的S型細菌被注入小鼠體內，數量會增加，因為S型細菌有毒，會使小鼠的免疫力大大降低。
③適量的混合菌被注入小鼠體內，數量都會增加，因為S型細菌的存在，導致小鼠免疫力下降，使R型細菌的數量也增加。
④加熱殺死的S型細菌與正常的R型細菌被混合注入小鼠體內，R型細菌數量會暫時下降，一旦S型細菌的DNA將R型細菌轉化成有活性的S型細菌，小鼠的免疫力會崩潰，接下來兩種細菌的數量都會增加。
(2)“兩看法”解答噬菌體侵染細菌標記問題
[練題點·全過關]
1．(2018·浙江選考)下列關于“核酸是遺傳物質的證據”的相關實驗的敘述，正確的是(　　)
A．噬菌體侵染細菌實驗中，用32P標記的噬菌體侵染細菌后的子代噬菌體多數具有放射性
B．肺炎雙球菌活體細菌轉化實驗中，R型肺炎雙球菌轉化為S型菌是基因突變的結果
C．肺炎雙球菌離體細菌轉化實驗中，S型菌的DNA使R型菌轉化為S型菌，說明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質
D．煙草花葉病毒感染和重建實驗中，用TMV A的RNA和TMV B的蛋白質重建的病毒感染煙草葉片細胞后，可檢測到A型病毒，說明RNA是TMV A的遺傳物質
解析：選D　DNA的復制方式為半保留復制，合成新鏈的原料由細菌提供，只有少部分子代噬菌體具有放射性；肺炎雙球菌活體細菌轉化實驗中，R型肺炎雙球菌轉化為S型菌是基因重組的結果；肺炎雙球菌離體細菌轉化實驗中，S型菌的DNA使R型菌轉化為S型菌，說明DNA是遺傳物質，需與S型菌的蛋白質能否使R型菌轉化為S型菌實驗作對照，才能說明蛋白質是否是遺傳物質。
2．材料的選擇對實驗的成功與否至關重要，赫爾希和蔡斯在探索DNA是遺傳物質時就是以噬菌體作為實驗材料，在該實驗過程中，該病毒所體現出的最突出特點是(　　)
A．不能在營養豐富的培養基上生存
B．遺傳物質是DNA，而不是RNA
C．侵染細胞時只有核酸進入宿主細胞
D．侵染的宿主細胞只能是大腸桿菌
解析：選C　赫爾希和蔡斯所選擇的T2噬菌體在侵染大腸桿菌時只有DNA進入了大腸桿菌，實現了DNA和蛋白質的完全分離，這樣可以單獨地研究二者的功能，這是實驗成功的關鍵。
3．圖1、圖2表示T2噬菌體侵染大腸桿菌的相關實驗，某同學據圖分析總結出六個結論，你認為正確的有(　　)
①甲處的噬菌體一定含有放射性　②乙處的噬菌體一定不含放射性　③圖1能證明DNA是遺傳物質，而不能證明蛋白質不是遺傳物質　④圖2增設一組35S標記的噬菌體作對照，就能證明DNA是遺傳物質，但不能證明蛋白質不是遺傳物質　⑤如果培養2代以上，甲處DNA分子兩條鏈都有放射性的噬菌體個數一定增多　⑥如果培養2代以上，乙處噬菌體的核酸都不含放射性
A．一項　　　　　　　　　 B．二項
C．三項 D．四項
解析：選B　分析圖1可知，培養噬菌體的大腸桿菌已被32P或35S標記，故甲處的噬菌體一定含有放射性，①正確；用含有32P標記的1個噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌后，釋放的子代噬菌體乙中，有2個含有放射性，②錯誤；圖1中用含有32P或35S標記的大腸桿菌培養噬菌體，獲得被標記的噬菌體，證明了噬菌體增殖時的原料來自大腸桿菌，不能證明DNA是遺傳物質，③錯誤；圖2增設一組35S標記的噬菌體作對照，可說明在噬菌體增殖過程中，起遺傳效應的物質是DNA，因被35S標記的蛋白質沒有進入大腸桿菌中，故不能證明蛋白質不是遺傳物質，④正確；如果圖1中用含35S的培養基培養大腸桿菌，噬菌體侵染大腸桿菌后，甲處的DNA分子無放射性，⑤錯誤；若培養2代以上，乙處有2個噬菌體的核酸含放射性，⑥錯誤。
4．下列有關肺炎雙球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗的敘述，正確的是(　　)
A．二者設計思路都是設法將DNA和蛋白質分開，單獨研究它們的作用
B．二者都巧妙地運用了同位素標記法
C．二者都能證明DNA可指導蛋白質的合成
D．二者都證明DNA是主要的遺傳物質
解析：選A　肺炎雙球菌轉化實驗沒有用到同位素標記法，也不能證明DNA可指導蛋白質的合成，B、C錯誤；這兩個實驗都是設法將DNA和蛋白質分開，單獨地研究它們在遺傳中的作用，從而證明DNA是遺傳物質，但不能證明DNA是主要的遺傳物質，A正確，D錯誤。
一、科學探究——煙草花葉病毒(TMV)感染煙草實驗
1．不同生物的遺傳物質
生物類型 病毒 原核生物 真核生物
體內核酸種類 DNA或RNA DNA和RNA DNA和RNA
體內堿基種類 4種 5種 5種
體內核苷酸種類 4種 8種 8種
遺傳物質 DNA或RNA DNA DNA
實例 噬菌體或煙草花葉病毒 乳酸菌、藍藻 玉米、小麥、人
2．車前草病毒(HRV)和煙草花葉病毒(TMV)感染煙草實驗
(1)實驗過程
用HRV病毒的核酸與TMV病毒的蛋白質外殼重新組成一種病毒去感染煙草時，煙葉上的病斑與HRV病毒感染時一樣，從煙葉病斑中提取的病毒顆粒都是HRV類型。
(2)實驗圖解
(3)實驗結論
在沒有DNA的生物中，RNA是決定生物性狀的物質，也就是說RNA是這些生物的遺傳物質。
[素養訓練]
1．(2018·全國卷Ⅱ)下列關于病毒的敘述，錯誤的是(　　)
A．從煙草花葉病毒中可以提取到RNA
B．T2噬菌體可感染肺炎雙球菌導致其裂解
C．HIV可引起人的獲得性免疫缺陷綜合征
D．阻斷病毒的傳播可降低其所致疾病的發病率
解析：選B　煙草花葉病毒由RNA和蛋白質組成，故可從煙草花葉病毒中提取到RNA；T2噬菌體是專門寄生在大腸桿菌細胞內的病毒，在大腸桿菌體內增殖可導致其裂解；HIV主要攻擊人的T細胞，使人體免疫力下降直至完全喪失，引起人患獲得性免疫缺陷綜合征；病毒感染引發的疾病通常具有傳染性，阻斷病毒的傳播，即切斷傳播途徑，可降低其所致疾病的發病率。
2．如圖是某種高等植物病原體的遺傳實驗過程，實驗表明這種病原體(　　)
A．寄生于細胞內，通過RNA遺傳
B．寄生于細胞間，通過蛋白質遺傳
C．寄生于細胞內，通過蛋白質遺傳
D．寄生于細胞間，通過RNA遺傳
解析：選A　從圖示可看出，將RNA接種在葉片上，葉片出現了病斑，而將蛋白質外殼接種到葉片上，葉片上沒有出現病斑，所以該病原體是通過RNA遺傳的。病毒都是寄生在細胞內的，其利用細胞提供的酶進行相關代謝。
3．科學家從煙草花葉病毒(TMV)中分離出a、b兩個不同品系，它們感染植物產生的病斑形態不同。下列4組實驗(見下表)中，不可能出現的結果是(　　)
實驗編號 實驗過程 實驗結果
病斑類型 病斑中分離出的病毒類型
A a型TMV感染植物 a型 a型
B b型TMV感染植物 b型 b型
C 組合病毒(a型TMV的蛋白質＋b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
D 組合病毒(b型TMV的蛋白質＋a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
解析：選C　因為煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，所以決定病毒類型和病斑類型的是RNA，而不是蛋白質。C項中的RNA是b型TMV的，分離出的病毒類型就應該是b型。
二、科學探究——同位素標記法在實驗中的應用
同位素標記法是用示蹤元素標記化合物，根據化合物的放射性確定物質的轉移途徑或對有關的化學反應進行追蹤，也稱為同位素示蹤法。
1．噬菌體親子代個體與細菌之間的同位素標記關系
DNA 蛋白質 DNA和蛋白質
親代噬菌體 32P 35S 14C、3H、18O、15N
培養細菌 31P 32S 12C、2H、16O、14N
子代噬菌體 32P、31P 32S C、H、O、N兩種都有
(1)該實驗不能標記C、H、O、N這些DNA和蛋白質共有的元素，否則無法將DNA和蛋白質區分開。
(2)35S(標記蛋白質)和32P(標記DNA)不能同時標記在同一噬菌體上，因為放射性檢測時只能檢測到放射性存在的部位，不能確定是何種元素的放射性。
2．高中生物其他常用同位素示蹤法舉例
放射性元素 標記物質 研究內容 結論(結果)
14C CO2 暗反應中碳的轉移途徑 發現卡爾文循環
3H 亮氨酸 分泌蛋白的合成、分泌過程 核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜
18O H2O和CO2 光合作用中O2的來源 產生的O2來自H2O，而不是CO2
15N DNA DNA的復制 DNA半保留復制
32P DNA 生物的遺傳物質 DNA是生物的遺傳物質
35S 蛋白質
[素養訓練]
1．如果用3H、15N、35S標記噬菌體后，讓其侵染細菌(無放射性)，下列分析正確的是(　　)
A．只有噬菌體的蛋白質被標記了，DNA沒有被標記
B．子代噬菌體的外殼中可檢測到3H、15N、35S
C．子代噬菌體的DNA分子中可檢測到3H、15N
D．子代噬菌體的DNA分子中部分含有3H、15N、35S
解析：選C　DNA分子中含有H、N元素，所以用3H、15N、35S標記噬菌體后，噬菌體的蛋白質和DNA都被標記了；由于子代噬菌體蛋白質外殼是利用無放射性的細菌中的物質為原料合成的，所以子代噬菌體的外殼中沒有放射性；由于3H、15N標記了噬菌體DNA分子，DNA復制方式是半保留復制，所以子代噬菌體的DNA分子中可檢測到3H、15N；子代噬菌體的DNA分子中不含有S元素。
2．如果用32P、35S、15N標記T2噬菌體后，讓其侵染未被標記的大腸桿菌，在產生的子代噬菌體結構中(　　)
A．可在DNA中找到32P、15N
B．可在外殼中找到35S、15N
C．可在外殼中找到32P、15N
D．可在DNA中找到32P、35S、15N
解析：選A　由于15N在親代噬菌體DNA和蛋白質都有，32P只存在于親代噬菌體DNA中，35S只存在親代噬菌體蛋白質中。噬菌體侵染細菌時，蛋白質外殼沒有進入細菌體內，其DNA進入細菌，以自身DNA為模板，利用細菌提供的原料合成子代噬菌體，所以可在子代噬菌體的DNA中找到15N和32P，不能在子代噬菌體外殼中找到35S、15N、32P。
3．用DNA雙鏈均被32P標記的一個T2噬菌體侵染被35S標記的大腸桿菌，一段時間后釋放出了m個子代T2噬菌體。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．用32P標記T2噬菌體的方法與用35S標記大腸桿菌的方法不同
B．這m個子代T2噬菌體中，含32P的T2噬菌體所占的比例為2/m
C．若子代T2噬菌體均同時含32P和35S，則該T2噬菌體只繁殖了一代
D．經過培養，得到的m個子代T2噬菌體中有3/4含有35S
解析：選D　T2噬菌體為病毒，沒有細胞結構，不能用培養基進行直接培養；而大腸桿菌屬于原核生物，能用培養基進行直接培養，A正確。這m個子代T2噬菌體中，含32P的T2噬菌體所占的比例為2/m，B正確。由于DNA的復制方式為半保留復制，若子代T2噬菌體均同時含32P和35S，則該T2噬菌體只繁殖了一代，C正確。培養過程中原料都來自大腸桿菌，所以得到的m個子代T2噬菌體中都有35S，D錯誤。
4．下列是應用同位素示蹤的方法進行的幾種研究，其中正確的是(　　)
①分別用32P和35S標記噬菌體的DNA和蛋白質用于探究噬菌體的遺傳物質　②給予某人131I，通過測定甲狀腺的放射性可以反映甲狀腺的功能狀態　③用單細胞綠藻做14CO2示蹤實驗，不同時間點對放射性碳分析可得出暗反應的途徑　④用放射性同位素標記某種氨基酸進行示蹤，可得出分泌蛋白合成、加工和分泌的途徑
A．①②　　　　　　　　 B．①③
C．①②③ D．①②③④
解析：選D　噬菌體侵染細菌實驗中分別用32P標記DNA、35S標記蛋白質的噬菌體侵染細菌，證明了DNA是遺傳物質，①正確；I是甲狀腺細胞合成甲狀腺激素的原料，給予某人131I，通過測定甲狀腺激素的放射性可以反映甲狀腺的功能狀態，②正確；用單細胞綠藻做14CO2示蹤實驗，不同時間點對放射性碳分析可得出暗反應的途徑是14CO2→14C3→(14CH2O)，③正確；用放射性同位素標記某種氨基酸進行示蹤，可得出分泌蛋白合成、加工和分泌的途徑，即核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜，④正確。
一、選擇題
1．艾弗里將R型肺炎雙球菌培養在含S型細菌DNA的培養基中，得到了S型肺炎雙球菌，有關敘述正確的是(　　)
A．R型細菌轉化成S型細菌，說明這種變異是定向的
B．R型細菌轉化為S型細菌屬于基因重組
C．該實驗不能證明肺炎雙球菌的遺傳物質是DNA
D．將S型細菌的DNA注射到小鼠體內也能產生S型細菌
解析：選B　艾弗里實驗中將S型細菌中的多糖、蛋白質、脂類和DNA等提取出來，分別加入培養R型細菌的培養基中，結果只有加入DNA時，才能使R型細菌轉化成S型細菌，這說明肺炎雙球菌的遺傳物質是DNA；該實驗中的變異屬于基因重組，生物的變異都是不定向的；僅將S型細菌的DNA注射到小鼠體內，不能實現肺炎雙球菌的轉化。
2．某實驗甲組用35S標記的噬菌體侵染32P標記的大腸桿菌，乙組用32P標記的噬菌體侵染35S標記的大腸桿菌，檢測子代病毒的放射性情況。下列有關敘述正確的是(　　)
A．甲組子代有放射性，乙組子代沒有放射性
B．甲組子代沒有放射性，乙組子代有放射性
C．甲、乙兩組子代都有放射性
D．該實驗能證明噬菌體的DNA是遺傳物質
解析：選C　甲組用35S標記的是噬菌體的蛋白質，蛋白質不是遺傳物質，在子代噬菌體中檢測不到放射性，32P標記的大腸桿菌能為噬菌體增殖提供原料，使得子代噬菌體有放射性；乙組用32P標記的是噬菌體的DNA，DNA是遺傳物質，在子代噬菌體中能檢測到放射性，35S標記的大腸桿菌能為噬菌體合成蛋白質外殼提供原料，因此子代噬菌體也具有放射性。即該實驗不能證明噬菌體的DNA是遺傳物質。
3．假設用32P、35S分別標記了一個噬菌體中的DNA和蛋白質，其中DNA由5 000個堿基對組成，腺嘌呤占全部堿基的30%。用這個噬菌體侵染不含標記的大腸桿菌，共釋放出50個子代噬菌體。下列敘述正確的是(　　)
A．噬菌體增殖需要細菌提供模板、原料和酶等
B．子代噬菌體中可以同時含有32P、35S
C．該過程需要105個鳥嘌呤脫氧核苷酸
D．含32P與不含32P的子代噬菌體的比例為1∶24
解析：選D　噬菌體增殖需要細菌提供原料、酶、能量等，但模板是由噬菌體提供的；噬菌體侵染大腸桿菌時只有它的DNA進入細菌體內，在細菌體內噬菌體DNA進行復制和控制自身蛋白質的合成(細菌提供原料)，因此，子代噬菌體中只有兩個噬菌體的DNA含有32P，而所有噬菌體的蛋白質都不含35S；該噬菌體的DNA分子中鳥嘌呤的數量為2 000個，50個子代DNA中有兩個DNA分子各有一條鏈是原來DNA分子保留下來的，因此，合成50個子代DNA需要鳥嘌呤脫氧核苷酸的數量為2 000×49＝98 000(個)；含32P與不含32P的子代噬菌體的比例為2∶48＝1∶24。
4．如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的蛋白質不能進入煙草細胞中
C．侵入煙草細胞的RNA進行了逆轉錄過程
D．RNA是TMV的主要遺傳物質
解析：選A　從圖示分析可知，TMV放入水和苯酚中后，RNA和蛋白質分離，A正確；通過接種的方式，TMV的蛋白質可以進入煙草細胞中，B錯誤；此實驗不能看出TMV的RNA在煙草細胞中進行了逆轉錄過程，C錯誤；此實驗說明TMV的遺傳物質是RNA，而不是蛋白質，同種生物的遺傳物質沒有主次之分，D錯誤。
5．某同學分離純化了甲、乙兩種噬菌體的蛋白質和DNA，重新組合為雜合噬菌體，然后分別侵染大腸桿菌，并對子代噬菌體的表現型作出預測，見下表。其中預測正確的是(　　)
雜合噬菌體的組成 實驗預期結果
預期結果序號 子代表現型
丙種：甲的DNA＋乙的蛋白質 1 與甲種一致
2 與乙種一致
3 與丙種一致
丁種：乙的DNA＋甲的蛋白質 4 與甲種一致
5 與乙種一致
6 與丁種一致
A．2、4　　　　　　　　　 B．1、5
C．2、5 D．3、6
解析：選B　以DNA為遺傳物質的噬菌體侵染細菌時，蛋白質外殼留在細菌外，DNA注入細菌中，指導合成相應噬菌體的蛋白質和DNA。因此，當甲的DNA＋乙的蛋白質組成的雜合噬菌體侵染細菌時，其子代應表現為甲種噬菌體的性狀；當乙的DNA＋甲的蛋白質組成的雜合噬菌體侵染細菌時，其子代應表現為乙種噬菌體的性狀。
6．下列有關遺傳物質的描述，錯誤的是(　　)
A．細胞生物的遺傳物質都是DNA
B．任何生物個體的遺傳物質只有一種
C．肺炎雙球菌的遺傳物質是DNA或RNA
D．不含DNA的生物，RNA是其遺傳物質
解析：選C　一切有細胞結構的生物，遺傳物質均為DNA，故肺炎雙球菌的遺傳物質是DNA。根據遺傳物質的不同，可將病毒分為DNA病毒和RNA病毒兩大類，每一種特定的病毒只具有一種核酸。
7．某科研人員進行了肺炎雙球菌轉化實驗，對實驗鼠進行了如圖所示實驗操作。下列相關敘述正確的是(　　)
A．從鼠2和鼠4體內能分離出活菌甲和活菌乙
B．活菌甲是S型細菌，活菌乙是R型細菌
C．若將②改為提取死菌乙的DNA與活菌甲混合注射給鼠2，實驗結果不變
D．活菌甲的細胞表面有糖蛋白構成的莢膜
解析：選C　根據題圖可知，活菌甲不會導致實驗鼠死亡，活菌乙可以導致實驗鼠死亡，甲是R型菌，乙是S型菌；鼠4僅被注射了活菌乙，因而不能從其體內分離出活菌甲，鼠2體內可分離出活菌甲和活菌乙，A、B錯誤。S型菌中的“轉化因子”是DNA，若將②改為提取S型菌的DNA與R型菌混合后注射給鼠2，在鼠2體內R型菌可轉化為S型菌，實驗結果不變，C正確。S型菌的表面有多糖類的莢膜，活菌甲是R型菌，沒有莢膜，D錯誤。
8．(2021年1月新高考8省聯考·福建卷)下列關于遺傳物質的敘述，錯誤的是(　　)
A．雙鏈DNA分子的基本骨架由脫氧核糖和磷酸交替連接構成
B．T2噬菌體侵染細菌后，利用自身攜帶的解旋酶催化DNA的復制
C．利用DNA指紋技術鑒定身份的依據是個體的DNA具有特異性
D．通過基因修飾或基因合成能對蛋白質進行改造或制造新蛋白質
解析：選B　脫氧核糖和磷酸交替連接構成雙鏈DNA分子的基本骨架，A正確；T2噬菌體侵染細菌后，其DNA復制所需要的解旋酶由宿主細胞提供，B錯誤；DNA分子具有多樣性和特異性，利用DNA指紋技術鑒定身份的依據是個體的DNA具有特異性，C正確；基因通過轉錄、翻譯控制蛋白質的合成，通過基因修飾或基因合成可對蛋白質進行改造或制造新蛋白質，D正確。
9．(2021·宜昌月考)下列有關“噬菌體侵染細菌”實驗的敘述，正確的是(　　)
A．用32P和35S同時標記后的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌以確定噬菌體的遺傳物質
B．用32P標記的噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌，部分子代噬菌體的DNA不含32P
C．攪拌和離心的目的是一樣的，均可使上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒
D．該實驗也可以選擇14C和15N這兩種同位素分別對DNA和蛋白質進行標記
解析：選B　用32P和35S分別標記后的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌可以確定噬菌體的遺傳物質，A錯誤；由于DNA復制具有半保留復制的特點，所以在子代噬菌體中能找到2個含32P標記的DNA，絕大部分不含32P，B正確；攪拌和離心的目的并不一樣，攪拌的目的是讓吸附在細菌表面的蛋白質外殼與細菌分開，離心可使上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，C錯誤；用14C和15N對T2噬菌體的DNA和蛋白質進行標記時，無法分清是蛋白質起作用還是DNA在起作用，D錯誤。
10．甲圖所示是將殺死的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，乙圖所示是1952年赫爾希和蔡斯利用同位素標記技術完成的噬菌體侵染細菌實驗的部分操作步驟。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．甲圖中ab對應時間段內，小鼠體內還沒形成大量的免疫R型細菌的抗體
B．甲圖中的S型細菌是由R型細菌轉化來的
C．乙圖中噬菌體被標記的成分是蛋白質，所以沉淀物中完全沒有放射性
D．乙圖中如果噬菌體和細菌混合后不經過攪拌，則上清液中放射性減弱
解析：選C　甲圖中ab對應時間段內，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，A正確；該實驗中部分R型細菌轉化成了S型細菌，B正確；從理論上講，乙圖中的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，C錯誤；乙圖中的實驗如果不經過攪拌過程，則很多噬菌體外殼會附著在細菌表面，經過離心后會進入沉淀物中，使得沉淀物中的放射性增強，上清液中放射性減弱，D正確。
11．S型肺炎雙球菌的莢膜表面具有多種抗原類型(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等)，不同的抗原類型之間不能通過突變而發生轉換；在特殊條件下離體培養S Ⅱ型肺炎雙球菌可從中分離出R Ⅱ型菌。格里菲思將加熱殺死的S Ⅲ型菌與R Ⅱ型菌混合后同時注入小鼠體內，小鼠患病大量死亡，并從患病死亡小鼠體內獲得具有活性的S Ⅲ型菌；而單獨注射加熱殺死的S Ⅲ型菌，小鼠未死亡。此實驗結果能支持的假設是(　　)
A．S Ⅲ型菌經突變形成了耐高溫型菌
B．S Ⅲ型菌是由R Ⅱ型菌突變形成的
C．R Ⅱ型菌經過轉化形成了S Ⅲ型菌
D．加熱后S Ⅲ型菌可能未被完全殺死
解析：選C　加熱殺死的S Ⅲ型菌與R Ⅱ型菌混合后同時注入小鼠體內，小鼠患病大量死亡，并從患病死亡小鼠體內獲得具有活性的S Ⅲ型菌；而單獨注射加熱殺死的S Ⅲ型菌小鼠未死亡，說明R Ⅱ型菌經過轉化形成了S Ⅲ型菌。
12．細菌轉化是指某一受體細菌通過直接吸收來自另一供體細菌的一些含有特定基因的DNA片段，從而獲得供體細菌的相應遺傳性狀的現象，如肺炎雙球菌轉化實驗。S型肺炎雙球菌有莢膜，菌落光滑，可致病，對青霉素敏感。在多代培養的S型菌中分離出了兩種突變型：R型，無莢膜，菌落粗糙，不致病；抗青霉素的S型(記為PenrS型)。現用PenrS型菌和R型菌進行下列實驗，對其結果的分析最合理的是(　　)
A．甲組中部分小鼠患敗血癥，注射青霉素治療后均可康復
B．乙組中可觀察到兩種菌落，加青霉素后仍有兩種菌落繼續生長
C．丙組培養基中含有青霉素，所以生長的菌落是PenrS型菌
D．丁組中因為DNA被水解而無轉化因子，所以無菌落生長
解析：選D　甲實驗中能轉化形成抗青霉素的S型細菌，所以部分小鼠患敗血癥，注射青霉素治療后不能恢復健康，A錯誤；乙實驗中R型菌能轉化形成抗青霉素的S型細菌，因此可觀察到兩種菌落，但是由于R型菌不抗青霉素，加青霉素后只有一種菌落(PenrS型菌)繼續生長，B錯誤；由于R型菌在含有青霉素的培養基中不能生長，所以不能轉化出PenrS型細菌，C錯誤；丁組中因為DNA被水解而無轉化因子，所以沒有PenrS型細菌的生長，且丁組中加入了青霉素，R型菌也不能生長，故丁組中無菌落生長，D正確。
13．(2021·西安模擬)下列關于“肺炎雙球菌的體外轉化實驗”和“噬菌體侵染細菌的實驗”的敘述，錯誤的是(　　)
A．將S型細菌的DNA與R型活細菌混合培養，一段時間后培養基中會有兩種菌落
B．在用35S標記的噬菌體侵染細菌實驗中，細菌裂解后得到的噬菌體大多數有放射性
C．在用32P標記的噬菌體侵染細菌實驗中，保溫時間太長或太短均可導致上清液放射性升高
D．兩個實驗的設計思路都是設法將DNA與蛋白質分開后單獨研究各自的效應
解析：選B　加入了S型細菌中的DNA，R型細菌能轉化為S型細菌， 一段時間后培養基中會有兩種菌落，A正確；35S標記的是噬菌體的蛋白質，在噬菌體侵染細菌實驗中，只有DNA進入大腸桿菌中，蛋白質外殼留在外面，細菌裂解后得到的子代噬菌體沒有放射性，B錯誤；在用32P標記的噬菌體侵染細菌實驗中，保溫時間太長(細菌細胞裂解)或太短(噬菌體沒有完全侵入)均可導致上清液放射性升高，C正確；兩個實驗的設計思路都是設法將DNA與蛋白質區分開后研究各自的效應，D正確。
14．若要驗證某種細菌或病毒的遺傳物質是DNA，下列方法不可行的是(　　)
A．向R型肺炎雙球菌的培養基中加入S型菌的DNA，檢測細菌的轉化情況
B．向大腸桿菌培養基中加入DNA合成抑制劑，檢測大腸桿菌的菌落情況
C．用32P標記的T2噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，檢測子代噬菌體的放射性
D．向大腸桿菌的培養液中加入35S的無機鹽，檢測子代大腸桿菌DNA中的放射性
解析：選D　向R型肺炎雙球菌的培養基中加入S型菌的DNA，培養一定時間后，若培養基中出現了S型菌的菌落，則說明肺炎雙球菌的遺傳物質是DNA，A項中方法可行；向大腸桿菌培養基中加入DNA合成抑制劑，若培養基中無大腸桿菌的菌落生成，則說明大腸桿菌的遺傳物質是DNA，B項中方法可行；32P標記的是T2噬菌體的DNA，用32P標記的T2噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，若檢測到子代噬菌體有放射性，則說明在親子代之間具有連續性的物質是DNA，即DNA是遺傳物質，C項中方法可行；DNA不含硫元素，向大腸桿菌的培養液中加入35S的無機鹽，子代大腸桿菌DNA不會出現放射性，D項中方法不可行。
二、非選擇題
15．如圖為肺炎雙球菌轉化實驗的圖解。據圖回答下列問題：
(1)分析圖A可以看出，加熱殺死的有毒的S型細菌與活的無毒的R型細菌混合注入小鼠體內，小鼠將________，原因是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若用同位素標記法分別對蛋白質和DNA進行標記，可選用下列哪一組(　　)
A．14C和18O B．35S和32P
C．14C和32P D．35S和18O
(3)分析圖B可以看出，如果事先用DNA酶處理S型細菌，則轉化作用________(填“能”或“不能”)發生，該實驗獲得成功的最關鍵設計是_____________________________
___________________________________________。
解析：加熱殺死的有毒的S型細菌與活的無毒的R型細菌混合注入小鼠體內，R型細菌會轉化為S型細菌，小鼠將死亡；用同位素標記法分別對蛋白質和DNA進行標記，選用二者特有的元素，蛋白質特有的元素是S，DNA特有的元素是P；DNA酶處理S型細菌，則轉化作用不能發生，該實驗獲得成功的最關鍵設計是設法將DNA與蛋白質分開，單獨、直接地觀察它們的作用。
答案：(1)死亡　加熱殺死的S型細菌中的“轉化因子”將R型細菌轉化成活的有毒的S型細菌，使小鼠死亡　(2)B　(3)不能　設法將DNA與蛋白質分開，單獨、直接地去觀察它們的作用
16．(2021·天津模擬)1952年“噬菌體小組”的赫爾希和蔡斯研究了噬菌體的蛋白質和DNA在侵染過程中的功能，請回答下列有關問題：
(1)與肺炎雙球菌相比，在赫爾希和蔡斯實驗中，以噬菌體作為實驗材料，該實驗材料的優點是________________________________。
(2)實驗中首先通過用含________或________的培養基分別培養大腸桿菌，再用未標記的噬菌體侵染上述細菌，可以獲得__________的噬菌體。然后用獲得的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌。
(3)侵染一段時間后，用攪拌機攪拌，離心得到上清液和沉淀物，然后檢測“被侵染的細菌”的存活率，以及上清液中的放射性，實驗結果如下圖所示。
①攪拌的目的是_______________________。
②當攪拌時間少于1分鐘時，上清液中35S和32P的放射性較低，而攪拌時間足夠長以后，上清液中35S和32P分別占初始標記噬菌體放射性的80%和30%，由此證明了________________________________。
③圖中表明“被侵染的細菌”存活率保持在__________，通過該數據可以判斷出，被侵染的細菌__________(填“未”或“已”)裂解，否則胞外____________放射性會增高。
(4)本實驗證明病毒復制和傳遞遺傳信息的過程中______起著作用。
解析：(1)與肺炎雙球菌相比，在赫爾希和蔡斯實驗中，以噬菌體作為實驗材料，該實驗材料的優點是結構簡單，僅含有DNA和蛋白質。(2)噬菌體沒有細胞結構，不能獨立代謝，故實驗中首先通過用含35S或32P的培養基分別培養大腸桿菌，再用未標記的噬菌體侵染上述細菌，可以獲得35S 或32P標記的噬菌體。然后用獲得的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌。(3)①攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體(蛋白質外殼)與細菌分離。②由于攪拌的目的是將吸附在細菌上的噬菌體(蛋白質外殼)和細菌分離，所以攪拌時間過短時，含有放射性的蛋白質外殼就會留在細菌表面存在于沉淀物中，從而使得上清液中的放射性較低。由于32P標記的是噬菌體的DNA,35S標記的是噬菌體的蛋白質，實驗結果表明當攪拌時間足夠長以后，上清液中的35S和32P分別占初始標記噬菌體放射性的80%和30%，可證明DNA進入了細菌，蛋白質沒有進入細菌。③圖中表明“被侵染的細菌”存活率基本保持在100%，通過該數據可以判斷出，被侵染的細菌未裂解，否則子代噬菌體釋放出來會使胞外32P放射性增高。(4)本實驗結果顯示病毒的DNA進入了細胞，而蛋白質沒有進入細胞，可證明病毒的復制和傳遞遺傳信息的過程中DNA起著重要的作用。
答案：(1)結構簡單，只含有蛋白質和DNA(核酸)　(2)35S(或32P)　32P(或35S)　35S或32P標記　(3)①使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離　②DNA進入了細菌，蛋白質沒有進入細菌　③100%　未　32P　(4)DNA

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