苏教版（2019）高中生物必修二 2..1DNA是主要的遗传物质 教案
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| 名称 | 苏教版（2019）高中生物必修二 2..1DNA是主要的遗传物质 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-04-11 10:07:43 | ||
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2.1 DNA是主要的遗传物质
新课程标准 学业质量目标
阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞或卵细胞 合格 考试 1.基于模型分析,归纳概括精子形成过程中各个时期染色体的行为变化。(科学思维) 2.基于模型分析,归纳概括卵细胞形成过程中各个时期染色体的行为变化。(科学思维)
等级 考试 1.基于模型分析,比较并归纳概括卵细胞与精子形成的区别。(科学思维) 2.通过对植物细胞减数分裂装片的观察,识别减数分裂不同时期染色体的形态、位置和数目,加深对减数分裂过程的理解。(科学探究)
一、肺炎链球菌转化实验
1.肺炎链球菌:
判一判:基于对肺炎链球菌的理解进行判断。
(1)R型活细菌无多糖类荚膜,在培养基上形成的菌落表面光滑。 (×)
提示:R型活细菌无多糖类荚膜,在培养基上形成的菌落表面粗糙。
(2)S型活细菌有多糖类荚膜,在培养基上形成的菌落表面光滑。 (√)
(3)S型活细菌无致病性,不会使人和小鼠患病。 (×)
提示:S型活细菌有致病性,会使人和小鼠患肺炎,小鼠并发败血症死亡。
(4)R型活细菌有致病性,会使人和小鼠患病。 (×)
提示:R型活细菌无致病性,不会使人和小鼠患病。
2.格里菲斯的实验:
(1)实验过程:
(2)实验推论:被加热杀死的S型细菌中可能含有某种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌,而且这种转化是可以遗传的。
3.艾弗里的实验:
(1)基于对艾弗里实验过程的理解,填空:
(2)实验结论:DNA使R型细菌转化为S型细菌。
上述实验中蛋白酶、RNA酶、DNA酶的作用分别是什么
提示:蛋白酶催化蛋白质水解,RNA酶催化RNA水解,DNA酶催化DNA水解。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)T2噬菌体的结构及生活方式:
(2)T2噬菌体的繁殖:
①繁殖过程:吸附→侵入→增殖→成熟→裂解。
②T2噬菌体侵染大肠杆菌后,会在噬菌体DNA的作用下,利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分。
2.实验方法:放射性同位素标记法。
从元素组成的角度分析标记元素的选择:
(1)DNA的组成元素:C、H、O、N、P,蛋白质的主要组成元素:C、H、O、N、S。
(2)该实验中用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。
3.实验过程:
4.实验结果分析:
(1)噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在细胞外。
(2)在噬菌体DNA的指导下,新组装并释放出来的子代噬菌体与侵染大肠杆菌的噬菌体完全相同。
5.结论:DNA才是真正的遗传物质。
教材【积极思维】大肠杆菌裂解释放出的噬菌体中不能检测到35S的蛋白质,那么蛋白质外壳来源于哪里
提示:蛋白质外壳是以大肠杆菌的氨基酸为原料合成的。
三、RNA是某些病毒的遗传物质
1.烟草花叶病毒的实验:
(1)烟草花叶病毒的结构:
(2)实验过程:
(3)结论:RNA起着控制性状的作用,而不是蛋白质,即RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
2.TMV(烟草花叶病毒)与HRV(车前草病毒)的病毒重建实验:
(1)实验过程:
(2)实验结论:在只含有RNA而不含有DNA的病毒中,遗传物质是RNA。
病毒中的核酸、核苷酸、五碳糖和碱基分别有多少种 病毒的遗传物质是否都是RNA
提示:1种、4种、1种和4种。不一定,如T2噬菌体的遗传物质是DNA。
四、生物与遗传物质的种类
选一选:基于对生物遗传物质的理解填空。下列生物中遗传物质是DNA的有:①③④⑤⑥⑦⑨;遗传物质为RNA的有:②⑧⑩。
①T2噬菌体 ②烟草花叶病毒 ③蓝细菌
④大肠杆菌 ⑤酵母菌 ⑥蝗虫 ⑦杨树
⑧SARS病毒 ⑨乙肝病毒 ⑩艾滋病病毒
知识点一 肺炎链球菌两个转化实验的比较
1.区别:
体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲斯 艾弗里及其同事
细菌 培养 小鼠体内 体外培养基
实验 构思 用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 将S型细菌的DNA、RNA、蛋白质分别与R型细菌混合培养,观察能否使R型细菌发生转化
观察 指标 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型
实验 结论 加热致死的S型细菌体内有转化因子 转化因子很可能是DNA
2.联系:
(1)体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验则是前者的延伸。
(2)实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。
特别提醒:肺炎链球菌实验的三点提醒
①加热会使蛋白质变性失活,这种失活是不可逆的,温度降低后蛋白质活性也不可恢复;而加热会使DNA双链解旋,随温度的降低,仍可恢复活性。
②转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中。
③艾弗里的实验思路实际是将S型肺炎链球菌中提纯的各种物质分别和R型活细菌混合培养,单独、直接地观察它们的作用效果。
【知识拓展】
区分R型肺炎链球菌与S型肺炎链球菌的方法
(1)显微观察:制作装片,用光学显微镜观察肺炎链球菌是否有荚膜。有荚膜的为S型肺炎链球菌,无荚膜的为R型肺炎链球菌。
(2)宏观观察:培养成菌落,观察菌落的形态。菌落表面光滑的为S型肺炎链球菌,表面粗糙的为R型肺炎链球菌。
(3)动物实验:将菌体注入小动物体内,有致病性的为S型肺炎链球菌,无致病性的为R型肺炎链球菌。
在肺炎链球菌的转化实验中,在培养R型细菌的1、2、3、4四支试管中,依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖,经过培养,检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是 ( )
A.3和4 B.1、3和4
C.2、3和4 D.1、2、3和4
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。在2、3、4三支试管内,只有R型细菌,因为没有S型细菌的DNA,所以都不会发生转化。1号试管内因为有S型细菌的DNA,所以会使R型细菌发生转化,但是发生转化的R型细菌只是一部分,故试管内仍然有R型细菌存在。
【追问】
(1)上述1号试管中含有肺炎链球菌的种类及各自的来源是什么
提示:R型和S型。S型细菌的DNA插入R型细菌的DNA上,R型细菌发生转化形成S型细菌,试管中部分R型细菌发生转化,仍存在R型细菌。
(2)上题导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供
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。
【审答误区】
不能理解什么是转化,S型细菌的DNA整合到R型细菌中,使R型细菌由无毒变成有毒,即转化成功。
1.肺炎链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型肺炎链球菌的菌落为粗糙的,R型肺炎链球菌的菌落是光滑的
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链球菌只有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】选D。S型肺炎链球菌的菌落为光滑的,R型肺炎链球菌的菌落是粗糙的,A错误;S型菌的蛋白质经过加热后已经失活,但其DNA经加热后没有失去活性,B错误;S型细菌中的DNA能将部分R型细菌转化为S型细菌,因此从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌有S型菌和R型菌,C错误;该实验证明S型细菌中存在某种转化因子,能将R型细菌转化为S型细菌,但不能证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的,D正确。
2.“肺炎链球菌的转化实验”证明了DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质,得出这一结论的关键是 ( )
A.用S型活细菌和加热杀死后的S型细菌分别对小鼠进行注射,并形成对照
B.用杀死的S型细菌与无毒的R型细菌混合后注射到小鼠体内,测定小鼠体液中抗体的含量
C.从死亡小鼠体内分离获得了S型细菌
D.将S型细菌的各种组成物质分离并分别加入各培养基中,培养R型细菌,观察是否发生转化
【解析】选D。将S型细菌的各种组成物质分离并分别与R型细菌混合培养后,发现只有加入DNA的培养基中R型细菌发生转化,出现S型细菌,而加入其他组成物质的培养基中R型细菌(如加入蛋白质)不发生转化,即不出现S型细菌。
如图表示肺炎链球菌的转化实验,下列说法中正确的是 ( )
A.该实验的设计遵循了对照原则和单一变量原则
B.a、d组小鼠死亡是小鼠免疫功能丧失的结果
C.从d组死亡小鼠身上分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而成的
D.S型细菌的DNA可使小鼠死亡
【解析】选A。对照原则和单一变量原则是生物实验设计的基本原则,图中的实验是肺炎链球菌的体内转化实验。四组实验的处理方法不同并相互对照,A项正确;a、d两组小鼠是由于感染了S型活细菌后患败血症死亡的,B项错误;d组小鼠体内出现的S型活细菌是由R型活细菌转化而来的,C项错误;S型细菌的DNA并不直接使小鼠死亡,而是使R型细菌转化为有毒的S型细菌,最终使小鼠死亡,D项错误。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
1.噬菌体侵染细菌的过程:
过程 过程图示 过程分析
吸附 噬菌体用尾部的尾丝附着在细菌表面
侵入 噬菌体将自身的DNA侵入细菌体内,而蛋白质外壳留在细菌体外
过程 过程图示 过程分析
增殖 亲代噬菌体的DNA利用细菌体内的营养物质为原料,复制子代噬菌体的DNA,并合成子代噬菌体的蛋白质外壳
成熟 合成的子代噬菌体的DNA和蛋白质组装成子代噬菌体
裂解 细菌裂解,释放出子代噬菌体;释放的子代噬菌体再去侵染其他细菌
特别提醒:
①T2噬菌体营寄生生活,寄主细胞只能是大肠杆菌。
②噬菌体在大肠杆菌中繁殖后代过程中,DNA由噬菌体提供,合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳所需要的原料都是由大肠杆菌提供。
2.噬菌体中放射性元素分析:
放射性 元素 标记生物 检测物质 检测结果
32P 噬菌体 子代噬菌 体的核酸 部分含放射性
大肠杆菌 全部含放射性
35S 噬菌体 子代噬菌 体的蛋白质 均无放射性
大肠杆菌 均含放射性
14C、3H 噬菌体 子代噬菌体的核酸 部分含放射性
子代噬菌体蛋白质 均不含放射性
大肠杆菌 子代噬菌体的核酸 全部含放射性
子代噬菌体蛋白质 全部含放射性
特别提醒:
①P是DNA的特有元素,只标记噬菌体的DNA;S是蛋白质的特有元素,只标记噬菌体的蛋白质外壳。
②噬菌体的蛋白质和DNA中均含有C、H、O三种元素,所以不能标记这三种元素,否则无法区分标记的是DNA 还是蛋白质。
3.实验中放射性正常或异常分布情况及原因:
(1)用含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌时:
(2)用含35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌时:
特别提醒:
①实验过程中保温时间要合理(不能过长或过短),否则上清液中会含有放射性。
②搅拌要充分,否则沉淀物中会含有放射性。
【知识拓展】
同位素标记法
(1)适用范围及实验原理:同位素标记法一般是在需要研究的物质体系中,加入一些放射性同位素原子(标记原子),用放射性检测手段来跟踪其行迹,研究出该系统的变化规律。可用来研究元素在同一生物体内各细胞之间以及细胞内各细胞器之间、各物质之间的运行和变化情况。
(2)常用元素:用于跟踪技术的放射性同位素一般是构成细胞化合物的重要元素,如3H、14C、32P、35S等。
(3)一般流程:明确研究的生命活动→确定密切相关的化合物→选择恰当的放射性元素→用含放射性元素的物质处理细胞或生物→放射性检测→得出规律。
如果用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌,在产生的子代噬菌体的组成结构成分中,能够找到的放射性元素为 ( )
A.可在蛋白质外壳中找到3H、14C、35S
B.可在DNA中找到3H、14C、32P
C.可在蛋白质外壳中找到 14C、32P、35S
D.可在DNA中找到14C、32P、35S
【解题思维】解答本题需要突破两个关键点:
【解析】选B。噬菌体的蛋白质和DNA中都有C、H、O、N四种元素,蛋白质中特有的元素是S,DNA中特有的元素是P。当用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后,3H、14C、35S标记在噬菌体的蛋白质外壳上,3H、14C、32P标记在噬菌体的DNA上,由于细菌没有被标记,噬菌体侵染细菌时只有其DNA分子进入细菌中,重新合成了子代的蛋白质外壳。故在子代噬菌体的组成成分中,其蛋白质外壳含3H、14C,部分DNA中含3H、14C、32P,B正确。
【审答误区】常见以下两种错误:
(1)3H、14C标记噬菌体时,噬菌体的蛋白质外壳和DNA均被标记,而不是其中一种被标记。
(2)噬菌体侵染细菌过程中,只有DNA进入宿主细胞,利用宿主细胞的原料进行物质合成。
【方法规律】二看法判断子代放射性的有无
1.如图所示为赫尔希和蔡斯实验中的T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程示意图。下列说法正确的是 ( )
A.过程⑤释放的噬菌体都不含有亲代的成分
B.培养噬菌体和大肠杆菌可用相同的培养基
C.T2噬菌体和大肠杆菌含有的核酸种类相同
D.T2噬菌体增殖需要大肠杆菌的核糖体参与
【解析】选D。过程⑤释放的噬菌体中有少数含有亲代的DNA,A错误;噬菌体是DNA病毒,营寄生生活,故培养噬菌体的培养基中必须有活细胞,而培养大肠杆菌的培养基中不需要活细胞,B错误;T2噬菌体含有的核酸是DNA,大肠杆菌含有的核酸是DNA和RNA,C错误;T2噬菌体没有细胞结构,增殖需要大肠杆菌的核糖体参与,合成蛋白质,D正确。
2.赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质,下列关于该实验的叙述正确的是 ( )
A.实验中可用15N代替32P标记DNA
B.噬菌体的蛋白质外壳是大肠杆菌编码的
C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【解析】选C。N是蛋白质和DNA共有的元素,若用15N代替32P标记噬菌体的DNA,则其蛋白质也会被标记,A错误;噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA在大肠杆菌体内编码的,B错误;噬菌体的DNA合成的模板来自噬菌体自身的DNA,而原料来自大肠杆菌,C正确;该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA,D错误。
赫尔希和蔡斯“噬菌体侵染细菌”的实验中,操作及结果正确的是 ( )
A.同时用含同位素35S、32P标记的培养基培养细菌,再用此细菌培养噬菌体
B.分别用含同位素35S、32P标记的噬菌体侵染未经标记的细菌
C.噬菌体侵染细菌并经保温、搅拌与离心后,含35S的放射性同位素主要分布在沉淀物中
D.噬菌体侵染细菌并经保温、搅拌与离心后,含32P的放射性同位素主要分布在上清液中
【解析】选B。分别(而不能同时)用含同位素35S、32P标记的培养基培养细菌,然后用细菌培养噬菌体,再分别用含同位素35S、32P标记的噬菌体侵染未经标记的细菌,A错误、B正确;35S标记的是噬菌体的蛋白质,噬菌体在侵染细菌时,蛋白质没有进入细菌,留在外面,经过搅拌、离心后,35S主要存在于上清液中,C错误;32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体在侵染细菌时,DNA进入细菌,并随着细菌离心到沉淀物中,所以32P主要分布在沉淀物中,D错误。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
1.探索“遗传物质”的思路和方法:
(1)探究思路:设法将各种物质分开,单独观察它们的作用。
(2)三种方法:
2.生物的遗传物质不同:
生物 类型 细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒
实例 动物、植物 和真菌等 细菌等 T2噬菌体等 HIV、烟草花叶病毒等
核酸 种类 DNA和 RNA DNA和 RNA DNA RNA
遗传 物质 DNA DNA DNA RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数生物的遗传物质是RNA
结论 DNA是主要的遗传物质
特别提醒:
①生物体内具有的核酸不一定是遗传物质,如细胞中的RNA。
②绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有极少数病毒(RNA病毒)的遗传物质是RNA。
生物亲子代之间是通过遗传物质来传递遗传信息的。下列关于生物遗传物质的叙述,正确的是 ( )
A.病毒的遗传物质是DNA
B.蓝细菌的遗传物质主要是DNA
C.既有DNA又有RNA的生物,其遗传物质是DNA
D.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
【解析】选C。病毒的遗传物质是DNA或RNA,A错误;蓝细菌的遗传物质就是DNA,B错误;既有DNA又有RNA的生物,其遗传物质是DNA,C正确;无论真核生物还是原核生物,只要具有细胞结构,其遗传物质就是DNA,D错误。
【审答误区】
(1)对于某种特定的生物而言,其遗传物质只有一种,DNA或RNA,没有主要和次要之分。
(2)具有细胞结构的生物,其遗传物质为DNA,病毒的遗传物质为DNA或RNA。
【母题追问】
(1)将病毒的遗传物质彻底水解会得到几种物质
提示:6种,1种磷酸、4种碱基、1种五碳糖。
(2)将人体细胞的核酸彻底水解会得到几种物质
提示:8种,1种磷酸、5种碱基、2种五碳糖。
1.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验结果中,不可能出现的是 ( )
实验 编号 实验过程 实验结果
病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④
【解析】选C。a型TMV→感染植物,病斑类型是a型,病斑中分离出的病毒类型是a型,A正确;b型TMV→感染植物,病斑类型是b型,病斑中分离出的病毒类型是b型,B正确;组合病毒的RNA来自b型TMV的RNA,由于RNA病毒中RNA是遗传物质,因此组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物,病斑类型是b型,病斑中分离出的病毒类型是b型,C错误;组合病毒的RNA来自a型TMV的RNA,由于RNA病毒中RNA是遗传物质,因此组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物,病斑类型是a型,病斑中分离出的病毒类型是a型,D正确。
2.核酸是一切生物的遗传物质,下列说法正确的是 ( )
A.烟草的遗传物质中含有4种碱基
B.真核生物的遗传物质都是DNA,部分原核生物的遗传物质是 RNA
C.肺炎链球菌利用人体细胞的核糖体合成蛋白质
D.RNA病毒的遗传物质均能在宿主细胞中反转录生成DNA
【解析】选A。烟草的遗传物质是DNA,含有A、T、C、G 4种碱基,A正确;真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA,B错误;肺炎链球菌是原核生物,自身细胞中含有核糖体,可合成蛋白质,C错误;只有具有逆转录酶的RNA病毒才能在宿主细胞中反转录生成DNA,D错误。
如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验,实验表明这种病原体 ( )
A.寄生于细胞内,通过RNA遗传
B.寄生于细胞间,通过蛋白质遗传
C.寄生于细胞内,通过蛋白质遗传
D.寄生于细胞间,通过RNA遗传
【解析】选A。从题图可看出,将RNA接种在叶片上,叶片出现了病斑,而将蛋白质外壳接种到叶片上,叶片上没有病斑,所以该病原体是通过RNA遗传的。病毒都是寄生在活细胞内的,利用细胞提供的物质进行相关代谢。
1.【实验情境】赫尔希和蔡斯研究了T2噬菌体的蛋白质和DNA在侵染大肠杆菌过程中的功能,搅拌离心后的实验数据如图所示,请分析:
(1)图中被侵染的大肠杆菌的存活率基本保持在100%,本组数据的意义是什么 (科学探究)
提示:作为对照组,以证明大肠杆菌未裂解。
(2)搅拌时间足够长,细胞外的32P含量也有约30%,原因可能是什么 (科学探究)
提示:有部分标记的噬菌体还没有侵染大肠杆菌。
2.【生活情境】2020年新型冠状病毒引起的疫情对全球多个国家造成不同程度的影响。目前已知新型冠状病毒的核酸为正链单链RNA。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换,请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以验证其遗传物质。简要写出实验思路,预期实验结果及结论。(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)(科学探究)
提示:①思路:甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒检测其放射性。乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。②预期实验结果及结论:甲组收集的病毒有放射性,乙组无放射性。结论:新型冠状病毒的遗传物质为RNA。
1.遗传物质是亲代与子代之间传递遗传信息的物质,下列关于探索DNA是主要的遗传物质的实验中,叙述正确的是____________。
①格里菲斯实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状
②艾弗里实验证明从S型肺炎链球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡
③赫尔希和蔡斯的实验证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
④赫尔希和蔡斯的实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记
⑤酵母菌的遗传物质分布在染色体和叶绿体中
⑥噬菌体侵染细菌实验中分别用含32P、35S的培养基培养大肠杆菌来获得被标记的噬菌体
⑦新型冠状病毒的遗传物质是RNA
【解析】选⑥⑦。格里菲斯实验只证明了转化因子的存在,没有证明转化因子是DNA,①错误;艾弗里实验证明了DNA是转化因子,从S型肺炎链球菌中提取的DNA使R型细菌转化为S型细菌才导致小鼠死亡,②错误;赫尔希和蔡斯的实验仅证明了DNA是噬菌体的遗传物质,由于蛋白质未进入宿主细胞,不能说明蛋白质不是遗传物质,③错误;赫尔希和蔡斯的实验中细菌裂解后得到的噬菌体中仅有少部分带有32P标记,④错误;酵母菌的遗传物质是DNA,分布在染色体和线粒体中,酵母菌无叶绿体,⑤错误;噬菌体侵染细菌实验中分别用含32P、35S的培养基培养大肠杆菌来获得被标记的噬菌体,⑥正确;新型冠状病毒的遗传物质是RNA,⑦正确。
2.肺炎链球菌的转化实验中,使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是 ( )
A.S型细菌的DNA B.R型细菌的DNA
C.荚膜 D.S型细菌的RNA
【解析】选A。S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌,因此S型细菌的DNA是转化因子,A正确,B错误;S型细菌的荚膜、RNA等物质不能使R型细菌转化为S型细菌,因此S型细菌的荚膜、RNA等物质不是转化因子,C、D错误。
3.为验证DNA是遗传物质,某同学利用R型和S型肺炎链球菌做了如下实验。下列叙述正确的是 ( )
组别 接种菌株 添加物质 菌落生长情况
① R型 S型活菌DNA
② S型活菌DNA(经DNA酶处理)
③ 无菌水
A.①为实验组,实验结果是一定有S型菌落出现
B.②为对照组,实验结果是一定有R型菌落出现
C.实验进行的全过程一定要采用悬浮培养方法
D.结果说明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
【解析】选B。①为实验组,因为受到多方面因素的影响,实验结果中不一定有S型菌落出现,A错误;②为对照组,实验结果是一定有R型菌落出现,B正确;实验进行的过程中应该在固体培养基上培养,C错误;该实验中没有涉及蛋白质的实验组,因此该实验能说明DNA是遗传物质,但不能说明蛋白质不是遗传物质,D错误。
4.用32P标记噬菌体的DNA,用35S标记噬菌体的蛋白质,用这种噬菌体去侵染大肠杆菌,则在新形成的噬菌体中 ( )
A.不可能检测到32P
B.可能检测到35S
C.可能检测到32P和35S
D.大部分检测不到32P
【解析】选D。噬菌体侵染细菌时,只有DNA进入细菌作为模板控制子代噬菌体的合成,而且合成子代噬菌体所需的原料均来自细菌,因此子代噬菌体的蛋白质外壳均不含有35S。根据DNA半保留复制特点,子代噬菌体的DNA含有少量的32P和大量的31P。
5.在对照实验中,控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。下列实验中,采用“加法原理”的是 ( )
A.验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解
B.验证Mg是植物的必需元素
C.验证光是光合作用的条件
D.艾弗里的肺炎链球菌的转化实验
【解析】选A。验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解,应进行有无过氧化氢酶的对照实验,采用了“加法原理”,故A正确;验证Mg是植物的必需元素,应在常态条件下,除去Mg元素,采用了“减法原理”,故B错误;验证光是光合作用的条件,应在常态条件下,除去光照条件,采用了“减法原理”,故C错误;艾弗里的肺炎链球菌转化实验,每组实验都去除一种物质,采用了“减法原理”,故D错误。
6.(2017·全国卷Ⅱ)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链球菌中复制和增殖
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.人类免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
【解析】选C。本题主要考查T2噬菌体侵染细菌的实验及病毒的特点。T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌细胞内的病毒,A错误;T2噬菌体缺乏独立代谢的能力,只能在宿主细胞内进行代谢,B错误;T2噬菌体侵入宿主细胞后,利用宿主细胞的核苷酸合成自身的核酸,培养基中32P经宿主摄取后,可以出现在T2噬菌体的核酸中,C正确;人类免疫缺陷病毒(HIV)的遗传物质是RNA,T2噬菌体的遗传物质是DNA,D错误。
7.(教材“应用题”改编)赫尔希和蔡斯用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵染大肠杆菌的实验,证明了DNA是遗传物质。图中被32P标记的基团是 ( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【解析】选B。S是蛋白质的特有元素,DNA 分子中含有P,蛋白质中几乎不含有,用放射性同位素32P和放射性同位素35S分别标记DNA和蛋白质,直接单独去观察它们的作用。P元素存在于核苷酸的磷酸基团2上,故被32P标记的基团是2,B正确。
8.如表为T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。请根据实验,回答下列问题:
编号 实验过程和操作 结果
A组 含35S噬菌体+大肠杆菌搅拌、离心→检测放射性 上清液中的放射性很高,下层沉淀中的放射性很低
B组 含32P噬菌体+大肠杆菌搅拌、离心→检测放射性 上清液中的放射性很低,下层沉淀中的放射性很高
(1)从理论上分析,A组的下层沉淀和B组的上清液中的放射性应该为零,原因是 __。
(2)由于实验数据和理论数据之间存在着较大差异,请对实验过程进行分析:
①在A组实验的沉淀中检测到放射性,可能的原因是 __。
②在B组实验中,32P标记的噬菌体和大肠杆菌混合培养时间过长,会使上清液中放射性含量______,其可能的原因是__。
③实验中如果保温时间过短,32P标记的噬菌体______(填“能”或“不能”)全部侵染到大肠杆菌的体内,这______(填“是”或“不是”)误差的来源,理由是__________________________________________________________________。 (3)子代噬菌体合成其蛋白质外壳的场所是________。
【解析】(1)由于亲代噬菌体侵染细菌时,含32P的DNA全部注入大肠杆菌内,而含35S的蛋白质外壳在大肠杆菌外面,所以理论上分析,A组的下层沉淀和B组的上清液中的放射性应该为零。
(2)①在A组实验的沉淀中检测到放射性,可能的原因是搅拌不充分,没有将吸附在大肠杆菌外的35S标记的噬菌体外壳与其完全分离。②在B组实验中,若32P标记的噬菌体和大肠杆菌混合培养时间过长,部分噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来,经离心后分布于上清液中,会使上清液中放射性含量升高。③在实验中,如果保温时间过短,则32P标记的噬菌体将不能全部侵染到大肠杆菌的体内,这部分没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,会使上清液出现放射性,所以这是误差的来源。
(3)子代噬菌体合成其蛋白质外壳的场所是大肠杆菌细胞内的核糖体。
答案:(1)噬菌体将含32P的DNA全部注入大肠杆菌内,含35S的蛋白质外壳在大肠杆菌外面
(2)①搅拌不充分,没有将吸附在大肠杆菌外的35S标记的噬菌体外壳与其完全分离
②升高 部分噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来,经离心后分布于上清液中
③不能 是 没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,使上清液出现了放射性
(3)大肠杆菌细胞内的核糖体
某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时用同位素32P和35S作了如下标记:
噬菌体成分 细菌成分
核苷酸 标记32P 31P
氨基酸 32S 标记35S
若实验所得结果是子代噬菌体与亲代噬菌体的外形以及侵染细菌的特征相同,请分析:
(1)子代噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是____________,原因是____________。
(2)子代噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是__________,原因是______________________。
(3)此实验证明了____________________。
【解析】(1)子代噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是31P和32P,原因是以亲代噬菌体的DNA(含32P)为模板,合成子链(含31P)。(2)子代噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是35S,原因是亲代噬菌体的蛋白质(含32S)没进入细菌,细菌提供原料(含35S)合成子代噬菌体蛋白质外壳。(3)此实验以亲代噬菌体的DNA为模板,利用细菌体内的化学成分进行DNA的复制和蛋白质的合成,进而组装复制出很多个一模一样的子代噬菌体,证明DNA是遗传物质。
答案:(1)31P和32P 以亲代噬菌体的DNA(含32P)为模板,合成子链(含31P)
(2)35S 亲代噬菌体的蛋白质(含32S)没进入细菌,细菌提供原料(含35S)合成子代噬菌体蛋白质外壳 (3)DNA是遗传物质
新课程标准 学业质量目标
阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞或卵细胞 合格 考试 1.基于模型分析,归纳概括精子形成过程中各个时期染色体的行为变化。(科学思维) 2.基于模型分析,归纳概括卵细胞形成过程中各个时期染色体的行为变化。(科学思维)
等级 考试 1.基于模型分析,比较并归纳概括卵细胞与精子形成的区别。(科学思维) 2.通过对植物细胞减数分裂装片的观察,识别减数分裂不同时期染色体的形态、位置和数目,加深对减数分裂过程的理解。(科学探究)
一、肺炎链球菌转化实验
1.肺炎链球菌:
判一判:基于对肺炎链球菌的理解进行判断。
(1)R型活细菌无多糖类荚膜,在培养基上形成的菌落表面光滑。 (×)
提示:R型活细菌无多糖类荚膜,在培养基上形成的菌落表面粗糙。
(2)S型活细菌有多糖类荚膜,在培养基上形成的菌落表面光滑。 (√)
(3)S型活细菌无致病性,不会使人和小鼠患病。 (×)
提示:S型活细菌有致病性,会使人和小鼠患肺炎,小鼠并发败血症死亡。
(4)R型活细菌有致病性,会使人和小鼠患病。 (×)
提示:R型活细菌无致病性,不会使人和小鼠患病。
2.格里菲斯的实验:
(1)实验过程:
(2)实验推论:被加热杀死的S型细菌中可能含有某种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌,而且这种转化是可以遗传的。
3.艾弗里的实验:
(1)基于对艾弗里实验过程的理解,填空:
(2)实验结论:DNA使R型细菌转化为S型细菌。
上述实验中蛋白酶、RNA酶、DNA酶的作用分别是什么
提示:蛋白酶催化蛋白质水解,RNA酶催化RNA水解,DNA酶催化DNA水解。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)T2噬菌体的结构及生活方式:
(2)T2噬菌体的繁殖:
①繁殖过程:吸附→侵入→增殖→成熟→裂解。
②T2噬菌体侵染大肠杆菌后,会在噬菌体DNA的作用下,利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分。
2.实验方法:放射性同位素标记法。
从元素组成的角度分析标记元素的选择:
(1)DNA的组成元素:C、H、O、N、P,蛋白质的主要组成元素:C、H、O、N、S。
(2)该实验中用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。
3.实验过程:
4.实验结果分析:
(1)噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在细胞外。
(2)在噬菌体DNA的指导下,新组装并释放出来的子代噬菌体与侵染大肠杆菌的噬菌体完全相同。
5.结论:DNA才是真正的遗传物质。
教材【积极思维】大肠杆菌裂解释放出的噬菌体中不能检测到35S的蛋白质,那么蛋白质外壳来源于哪里
提示:蛋白质外壳是以大肠杆菌的氨基酸为原料合成的。
三、RNA是某些病毒的遗传物质
1.烟草花叶病毒的实验:
(1)烟草花叶病毒的结构:
(2)实验过程:
(3)结论:RNA起着控制性状的作用,而不是蛋白质,即RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
2.TMV(烟草花叶病毒)与HRV(车前草病毒)的病毒重建实验:
(1)实验过程:
(2)实验结论:在只含有RNA而不含有DNA的病毒中,遗传物质是RNA。
病毒中的核酸、核苷酸、五碳糖和碱基分别有多少种 病毒的遗传物质是否都是RNA
提示:1种、4种、1种和4种。不一定,如T2噬菌体的遗传物质是DNA。
四、生物与遗传物质的种类
选一选:基于对生物遗传物质的理解填空。下列生物中遗传物质是DNA的有:①③④⑤⑥⑦⑨;遗传物质为RNA的有:②⑧⑩。
①T2噬菌体 ②烟草花叶病毒 ③蓝细菌
④大肠杆菌 ⑤酵母菌 ⑥蝗虫 ⑦杨树
⑧SARS病毒 ⑨乙肝病毒 ⑩艾滋病病毒
知识点一 肺炎链球菌两个转化实验的比较
1.区别:
体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲斯 艾弗里及其同事
细菌 培养 小鼠体内 体外培养基
实验 构思 用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 将S型细菌的DNA、RNA、蛋白质分别与R型细菌混合培养,观察能否使R型细菌发生转化
观察 指标 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型
实验 结论 加热致死的S型细菌体内有转化因子 转化因子很可能是DNA
2.联系:
(1)体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验则是前者的延伸。
(2)实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。
特别提醒:肺炎链球菌实验的三点提醒
①加热会使蛋白质变性失活,这种失活是不可逆的,温度降低后蛋白质活性也不可恢复;而加热会使DNA双链解旋,随温度的降低,仍可恢复活性。
②转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中。
③艾弗里的实验思路实际是将S型肺炎链球菌中提纯的各种物质分别和R型活细菌混合培养,单独、直接地观察它们的作用效果。
【知识拓展】
区分R型肺炎链球菌与S型肺炎链球菌的方法
(1)显微观察:制作装片,用光学显微镜观察肺炎链球菌是否有荚膜。有荚膜的为S型肺炎链球菌,无荚膜的为R型肺炎链球菌。
(2)宏观观察:培养成菌落,观察菌落的形态。菌落表面光滑的为S型肺炎链球菌,表面粗糙的为R型肺炎链球菌。
(3)动物实验:将菌体注入小动物体内,有致病性的为S型肺炎链球菌,无致病性的为R型肺炎链球菌。
在肺炎链球菌的转化实验中,在培养R型细菌的1、2、3、4四支试管中,依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖,经过培养,检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是 ( )
A.3和4 B.1、3和4
C.2、3和4 D.1、2、3和4
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。在2、3、4三支试管内,只有R型细菌,因为没有S型细菌的DNA,所以都不会发生转化。1号试管内因为有S型细菌的DNA,所以会使R型细菌发生转化,但是发生转化的R型细菌只是一部分,故试管内仍然有R型细菌存在。
【追问】
(1)上述1号试管中含有肺炎链球菌的种类及各自的来源是什么
提示:R型和S型。S型细菌的DNA插入R型细菌的DNA上,R型细菌发生转化形成S型细菌,试管中部分R型细菌发生转化,仍存在R型细菌。
(2)上题导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供
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。
【审答误区】
不能理解什么是转化,S型细菌的DNA整合到R型细菌中,使R型细菌由无毒变成有毒,即转化成功。
1.肺炎链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型肺炎链球菌的菌落为粗糙的,R型肺炎链球菌的菌落是光滑的
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链球菌只有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】选D。S型肺炎链球菌的菌落为光滑的,R型肺炎链球菌的菌落是粗糙的,A错误;S型菌的蛋白质经过加热后已经失活,但其DNA经加热后没有失去活性,B错误;S型细菌中的DNA能将部分R型细菌转化为S型细菌,因此从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌有S型菌和R型菌,C错误;该实验证明S型细菌中存在某种转化因子,能将R型细菌转化为S型细菌,但不能证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的,D正确。
2.“肺炎链球菌的转化实验”证明了DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质,得出这一结论的关键是 ( )
A.用S型活细菌和加热杀死后的S型细菌分别对小鼠进行注射,并形成对照
B.用杀死的S型细菌与无毒的R型细菌混合后注射到小鼠体内,测定小鼠体液中抗体的含量
C.从死亡小鼠体内分离获得了S型细菌
D.将S型细菌的各种组成物质分离并分别加入各培养基中,培养R型细菌,观察是否发生转化
【解析】选D。将S型细菌的各种组成物质分离并分别与R型细菌混合培养后,发现只有加入DNA的培养基中R型细菌发生转化,出现S型细菌,而加入其他组成物质的培养基中R型细菌(如加入蛋白质)不发生转化,即不出现S型细菌。
如图表示肺炎链球菌的转化实验,下列说法中正确的是 ( )
A.该实验的设计遵循了对照原则和单一变量原则
B.a、d组小鼠死亡是小鼠免疫功能丧失的结果
C.从d组死亡小鼠身上分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而成的
D.S型细菌的DNA可使小鼠死亡
【解析】选A。对照原则和单一变量原则是生物实验设计的基本原则,图中的实验是肺炎链球菌的体内转化实验。四组实验的处理方法不同并相互对照,A项正确;a、d两组小鼠是由于感染了S型活细菌后患败血症死亡的,B项错误;d组小鼠体内出现的S型活细菌是由R型活细菌转化而来的,C项错误;S型细菌的DNA并不直接使小鼠死亡,而是使R型细菌转化为有毒的S型细菌,最终使小鼠死亡,D项错误。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
1.噬菌体侵染细菌的过程:
过程 过程图示 过程分析
吸附 噬菌体用尾部的尾丝附着在细菌表面
侵入 噬菌体将自身的DNA侵入细菌体内,而蛋白质外壳留在细菌体外
过程 过程图示 过程分析
增殖 亲代噬菌体的DNA利用细菌体内的营养物质为原料,复制子代噬菌体的DNA,并合成子代噬菌体的蛋白质外壳
成熟 合成的子代噬菌体的DNA和蛋白质组装成子代噬菌体
裂解 细菌裂解,释放出子代噬菌体;释放的子代噬菌体再去侵染其他细菌
特别提醒:
①T2噬菌体营寄生生活,寄主细胞只能是大肠杆菌。
②噬菌体在大肠杆菌中繁殖后代过程中,DNA由噬菌体提供,合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳所需要的原料都是由大肠杆菌提供。
2.噬菌体中放射性元素分析:
放射性 元素 标记生物 检测物质 检测结果
32P 噬菌体 子代噬菌 体的核酸 部分含放射性
大肠杆菌 全部含放射性
35S 噬菌体 子代噬菌 体的蛋白质 均无放射性
大肠杆菌 均含放射性
14C、3H 噬菌体 子代噬菌体的核酸 部分含放射性
子代噬菌体蛋白质 均不含放射性
大肠杆菌 子代噬菌体的核酸 全部含放射性
子代噬菌体蛋白质 全部含放射性
特别提醒:
①P是DNA的特有元素,只标记噬菌体的DNA;S是蛋白质的特有元素,只标记噬菌体的蛋白质外壳。
②噬菌体的蛋白质和DNA中均含有C、H、O三种元素,所以不能标记这三种元素,否则无法区分标记的是DNA 还是蛋白质。
3.实验中放射性正常或异常分布情况及原因:
(1)用含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌时:
(2)用含35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌时:
特别提醒:
①实验过程中保温时间要合理(不能过长或过短),否则上清液中会含有放射性。
②搅拌要充分,否则沉淀物中会含有放射性。
【知识拓展】
同位素标记法
(1)适用范围及实验原理:同位素标记法一般是在需要研究的物质体系中,加入一些放射性同位素原子(标记原子),用放射性检测手段来跟踪其行迹,研究出该系统的变化规律。可用来研究元素在同一生物体内各细胞之间以及细胞内各细胞器之间、各物质之间的运行和变化情况。
(2)常用元素:用于跟踪技术的放射性同位素一般是构成细胞化合物的重要元素,如3H、14C、32P、35S等。
(3)一般流程:明确研究的生命活动→确定密切相关的化合物→选择恰当的放射性元素→用含放射性元素的物质处理细胞或生物→放射性检测→得出规律。
如果用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌,在产生的子代噬菌体的组成结构成分中,能够找到的放射性元素为 ( )
A.可在蛋白质外壳中找到3H、14C、35S
B.可在DNA中找到3H、14C、32P
C.可在蛋白质外壳中找到 14C、32P、35S
D.可在DNA中找到14C、32P、35S
【解题思维】解答本题需要突破两个关键点:
【解析】选B。噬菌体的蛋白质和DNA中都有C、H、O、N四种元素,蛋白质中特有的元素是S,DNA中特有的元素是P。当用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后,3H、14C、35S标记在噬菌体的蛋白质外壳上,3H、14C、32P标记在噬菌体的DNA上,由于细菌没有被标记,噬菌体侵染细菌时只有其DNA分子进入细菌中,重新合成了子代的蛋白质外壳。故在子代噬菌体的组成成分中,其蛋白质外壳含3H、14C,部分DNA中含3H、14C、32P,B正确。
【审答误区】常见以下两种错误:
(1)3H、14C标记噬菌体时,噬菌体的蛋白质外壳和DNA均被标记,而不是其中一种被标记。
(2)噬菌体侵染细菌过程中,只有DNA进入宿主细胞,利用宿主细胞的原料进行物质合成。
【方法规律】二看法判断子代放射性的有无
1.如图所示为赫尔希和蔡斯实验中的T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程示意图。下列说法正确的是 ( )
A.过程⑤释放的噬菌体都不含有亲代的成分
B.培养噬菌体和大肠杆菌可用相同的培养基
C.T2噬菌体和大肠杆菌含有的核酸种类相同
D.T2噬菌体增殖需要大肠杆菌的核糖体参与
【解析】选D。过程⑤释放的噬菌体中有少数含有亲代的DNA,A错误;噬菌体是DNA病毒,营寄生生活,故培养噬菌体的培养基中必须有活细胞,而培养大肠杆菌的培养基中不需要活细胞,B错误;T2噬菌体含有的核酸是DNA,大肠杆菌含有的核酸是DNA和RNA,C错误;T2噬菌体没有细胞结构,增殖需要大肠杆菌的核糖体参与,合成蛋白质,D正确。
2.赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质,下列关于该实验的叙述正确的是 ( )
A.实验中可用15N代替32P标记DNA
B.噬菌体的蛋白质外壳是大肠杆菌编码的
C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【解析】选C。N是蛋白质和DNA共有的元素,若用15N代替32P标记噬菌体的DNA,则其蛋白质也会被标记,A错误;噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA在大肠杆菌体内编码的,B错误;噬菌体的DNA合成的模板来自噬菌体自身的DNA,而原料来自大肠杆菌,C正确;该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA,D错误。
赫尔希和蔡斯“噬菌体侵染细菌”的实验中,操作及结果正确的是 ( )
A.同时用含同位素35S、32P标记的培养基培养细菌,再用此细菌培养噬菌体
B.分别用含同位素35S、32P标记的噬菌体侵染未经标记的细菌
C.噬菌体侵染细菌并经保温、搅拌与离心后,含35S的放射性同位素主要分布在沉淀物中
D.噬菌体侵染细菌并经保温、搅拌与离心后,含32P的放射性同位素主要分布在上清液中
【解析】选B。分别(而不能同时)用含同位素35S、32P标记的培养基培养细菌,然后用细菌培养噬菌体,再分别用含同位素35S、32P标记的噬菌体侵染未经标记的细菌,A错误、B正确;35S标记的是噬菌体的蛋白质,噬菌体在侵染细菌时,蛋白质没有进入细菌,留在外面,经过搅拌、离心后,35S主要存在于上清液中,C错误;32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体在侵染细菌时,DNA进入细菌,并随着细菌离心到沉淀物中,所以32P主要分布在沉淀物中,D错误。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
1.探索“遗传物质”的思路和方法:
(1)探究思路:设法将各种物质分开,单独观察它们的作用。
(2)三种方法:
2.生物的遗传物质不同:
生物 类型 细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒
实例 动物、植物 和真菌等 细菌等 T2噬菌体等 HIV、烟草花叶病毒等
核酸 种类 DNA和 RNA DNA和 RNA DNA RNA
遗传 物质 DNA DNA DNA RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数生物的遗传物质是RNA
结论 DNA是主要的遗传物质
特别提醒:
①生物体内具有的核酸不一定是遗传物质,如细胞中的RNA。
②绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有极少数病毒(RNA病毒)的遗传物质是RNA。
生物亲子代之间是通过遗传物质来传递遗传信息的。下列关于生物遗传物质的叙述,正确的是 ( )
A.病毒的遗传物质是DNA
B.蓝细菌的遗传物质主要是DNA
C.既有DNA又有RNA的生物,其遗传物质是DNA
D.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
【解析】选C。病毒的遗传物质是DNA或RNA,A错误;蓝细菌的遗传物质就是DNA,B错误;既有DNA又有RNA的生物,其遗传物质是DNA,C正确;无论真核生物还是原核生物,只要具有细胞结构,其遗传物质就是DNA,D错误。
【审答误区】
(1)对于某种特定的生物而言,其遗传物质只有一种,DNA或RNA,没有主要和次要之分。
(2)具有细胞结构的生物,其遗传物质为DNA,病毒的遗传物质为DNA或RNA。
【母题追问】
(1)将病毒的遗传物质彻底水解会得到几种物质
提示:6种,1种磷酸、4种碱基、1种五碳糖。
(2)将人体细胞的核酸彻底水解会得到几种物质
提示:8种,1种磷酸、5种碱基、2种五碳糖。
1.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验结果中,不可能出现的是 ( )
实验 编号 实验过程 实验结果
病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④
【解析】选C。a型TMV→感染植物,病斑类型是a型,病斑中分离出的病毒类型是a型,A正确;b型TMV→感染植物,病斑类型是b型,病斑中分离出的病毒类型是b型,B正确;组合病毒的RNA来自b型TMV的RNA,由于RNA病毒中RNA是遗传物质,因此组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物,病斑类型是b型,病斑中分离出的病毒类型是b型,C错误;组合病毒的RNA来自a型TMV的RNA,由于RNA病毒中RNA是遗传物质,因此组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物,病斑类型是a型,病斑中分离出的病毒类型是a型,D正确。
2.核酸是一切生物的遗传物质,下列说法正确的是 ( )
A.烟草的遗传物质中含有4种碱基
B.真核生物的遗传物质都是DNA,部分原核生物的遗传物质是 RNA
C.肺炎链球菌利用人体细胞的核糖体合成蛋白质
D.RNA病毒的遗传物质均能在宿主细胞中反转录生成DNA
【解析】选A。烟草的遗传物质是DNA,含有A、T、C、G 4种碱基,A正确;真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA,B错误;肺炎链球菌是原核生物,自身细胞中含有核糖体,可合成蛋白质,C错误;只有具有逆转录酶的RNA病毒才能在宿主细胞中反转录生成DNA,D错误。
如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验,实验表明这种病原体 ( )
A.寄生于细胞内,通过RNA遗传
B.寄生于细胞间,通过蛋白质遗传
C.寄生于细胞内,通过蛋白质遗传
D.寄生于细胞间,通过RNA遗传
【解析】选A。从题图可看出,将RNA接种在叶片上,叶片出现了病斑,而将蛋白质外壳接种到叶片上,叶片上没有病斑,所以该病原体是通过RNA遗传的。病毒都是寄生在活细胞内的,利用细胞提供的物质进行相关代谢。
1.【实验情境】赫尔希和蔡斯研究了T2噬菌体的蛋白质和DNA在侵染大肠杆菌过程中的功能,搅拌离心后的实验数据如图所示,请分析:
(1)图中被侵染的大肠杆菌的存活率基本保持在100%,本组数据的意义是什么 (科学探究)
提示:作为对照组,以证明大肠杆菌未裂解。
(2)搅拌时间足够长,细胞外的32P含量也有约30%,原因可能是什么 (科学探究)
提示:有部分标记的噬菌体还没有侵染大肠杆菌。
2.【生活情境】2020年新型冠状病毒引起的疫情对全球多个国家造成不同程度的影响。目前已知新型冠状病毒的核酸为正链单链RNA。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换,请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以验证其遗传物质。简要写出实验思路,预期实验结果及结论。(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)(科学探究)
提示:①思路:甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒检测其放射性。乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。②预期实验结果及结论:甲组收集的病毒有放射性,乙组无放射性。结论:新型冠状病毒的遗传物质为RNA。
1.遗传物质是亲代与子代之间传递遗传信息的物质,下列关于探索DNA是主要的遗传物质的实验中,叙述正确的是____________。
①格里菲斯实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状
②艾弗里实验证明从S型肺炎链球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡
③赫尔希和蔡斯的实验证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
④赫尔希和蔡斯的实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记
⑤酵母菌的遗传物质分布在染色体和叶绿体中
⑥噬菌体侵染细菌实验中分别用含32P、35S的培养基培养大肠杆菌来获得被标记的噬菌体
⑦新型冠状病毒的遗传物质是RNA
【解析】选⑥⑦。格里菲斯实验只证明了转化因子的存在,没有证明转化因子是DNA,①错误;艾弗里实验证明了DNA是转化因子,从S型肺炎链球菌中提取的DNA使R型细菌转化为S型细菌才导致小鼠死亡,②错误;赫尔希和蔡斯的实验仅证明了DNA是噬菌体的遗传物质,由于蛋白质未进入宿主细胞,不能说明蛋白质不是遗传物质,③错误;赫尔希和蔡斯的实验中细菌裂解后得到的噬菌体中仅有少部分带有32P标记,④错误;酵母菌的遗传物质是DNA,分布在染色体和线粒体中,酵母菌无叶绿体,⑤错误;噬菌体侵染细菌实验中分别用含32P、35S的培养基培养大肠杆菌来获得被标记的噬菌体,⑥正确;新型冠状病毒的遗传物质是RNA,⑦正确。
2.肺炎链球菌的转化实验中,使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是 ( )
A.S型细菌的DNA B.R型细菌的DNA
C.荚膜 D.S型细菌的RNA
【解析】选A。S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌,因此S型细菌的DNA是转化因子,A正确,B错误;S型细菌的荚膜、RNA等物质不能使R型细菌转化为S型细菌,因此S型细菌的荚膜、RNA等物质不是转化因子,C、D错误。
3.为验证DNA是遗传物质,某同学利用R型和S型肺炎链球菌做了如下实验。下列叙述正确的是 ( )
组别 接种菌株 添加物质 菌落生长情况
① R型 S型活菌DNA
② S型活菌DNA(经DNA酶处理)
③ 无菌水
A.①为实验组,实验结果是一定有S型菌落出现
B.②为对照组,实验结果是一定有R型菌落出现
C.实验进行的全过程一定要采用悬浮培养方法
D.结果说明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
【解析】选B。①为实验组,因为受到多方面因素的影响,实验结果中不一定有S型菌落出现,A错误;②为对照组,实验结果是一定有R型菌落出现,B正确;实验进行的过程中应该在固体培养基上培养,C错误;该实验中没有涉及蛋白质的实验组,因此该实验能说明DNA是遗传物质,但不能说明蛋白质不是遗传物质,D错误。
4.用32P标记噬菌体的DNA,用35S标记噬菌体的蛋白质,用这种噬菌体去侵染大肠杆菌,则在新形成的噬菌体中 ( )
A.不可能检测到32P
B.可能检测到35S
C.可能检测到32P和35S
D.大部分检测不到32P
【解析】选D。噬菌体侵染细菌时,只有DNA进入细菌作为模板控制子代噬菌体的合成,而且合成子代噬菌体所需的原料均来自细菌,因此子代噬菌体的蛋白质外壳均不含有35S。根据DNA半保留复制特点,子代噬菌体的DNA含有少量的32P和大量的31P。
5.在对照实验中,控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。下列实验中,采用“加法原理”的是 ( )
A.验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解
B.验证Mg是植物的必需元素
C.验证光是光合作用的条件
D.艾弗里的肺炎链球菌的转化实验
【解析】选A。验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解,应进行有无过氧化氢酶的对照实验,采用了“加法原理”,故A正确;验证Mg是植物的必需元素,应在常态条件下,除去Mg元素,采用了“减法原理”,故B错误;验证光是光合作用的条件,应在常态条件下,除去光照条件,采用了“减法原理”,故C错误;艾弗里的肺炎链球菌转化实验,每组实验都去除一种物质,采用了“减法原理”,故D错误。
6.(2017·全国卷Ⅱ)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链球菌中复制和增殖
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.人类免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
【解析】选C。本题主要考查T2噬菌体侵染细菌的实验及病毒的特点。T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌细胞内的病毒,A错误;T2噬菌体缺乏独立代谢的能力,只能在宿主细胞内进行代谢,B错误;T2噬菌体侵入宿主细胞后,利用宿主细胞的核苷酸合成自身的核酸,培养基中32P经宿主摄取后,可以出现在T2噬菌体的核酸中,C正确;人类免疫缺陷病毒(HIV)的遗传物质是RNA,T2噬菌体的遗传物质是DNA,D错误。
7.(教材“应用题”改编)赫尔希和蔡斯用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵染大肠杆菌的实验,证明了DNA是遗传物质。图中被32P标记的基团是 ( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【解析】选B。S是蛋白质的特有元素,DNA 分子中含有P,蛋白质中几乎不含有,用放射性同位素32P和放射性同位素35S分别标记DNA和蛋白质,直接单独去观察它们的作用。P元素存在于核苷酸的磷酸基团2上,故被32P标记的基团是2,B正确。
8.如表为T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。请根据实验,回答下列问题:
编号 实验过程和操作 结果
A组 含35S噬菌体+大肠杆菌搅拌、离心→检测放射性 上清液中的放射性很高,下层沉淀中的放射性很低
B组 含32P噬菌体+大肠杆菌搅拌、离心→检测放射性 上清液中的放射性很低,下层沉淀中的放射性很高
(1)从理论上分析,A组的下层沉淀和B组的上清液中的放射性应该为零,原因是 __。
(2)由于实验数据和理论数据之间存在着较大差异,请对实验过程进行分析:
①在A组实验的沉淀中检测到放射性,可能的原因是 __。
②在B组实验中,32P标记的噬菌体和大肠杆菌混合培养时间过长,会使上清液中放射性含量______,其可能的原因是__。
③实验中如果保温时间过短,32P标记的噬菌体______(填“能”或“不能”)全部侵染到大肠杆菌的体内,这______(填“是”或“不是”)误差的来源,理由是__________________________________________________________________。 (3)子代噬菌体合成其蛋白质外壳的场所是________。
【解析】(1)由于亲代噬菌体侵染细菌时,含32P的DNA全部注入大肠杆菌内,而含35S的蛋白质外壳在大肠杆菌外面,所以理论上分析,A组的下层沉淀和B组的上清液中的放射性应该为零。
(2)①在A组实验的沉淀中检测到放射性,可能的原因是搅拌不充分,没有将吸附在大肠杆菌外的35S标记的噬菌体外壳与其完全分离。②在B组实验中,若32P标记的噬菌体和大肠杆菌混合培养时间过长,部分噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来,经离心后分布于上清液中,会使上清液中放射性含量升高。③在实验中,如果保温时间过短,则32P标记的噬菌体将不能全部侵染到大肠杆菌的体内,这部分没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,会使上清液出现放射性,所以这是误差的来源。
(3)子代噬菌体合成其蛋白质外壳的场所是大肠杆菌细胞内的核糖体。
答案:(1)噬菌体将含32P的DNA全部注入大肠杆菌内,含35S的蛋白质外壳在大肠杆菌外面
(2)①搅拌不充分,没有将吸附在大肠杆菌外的35S标记的噬菌体外壳与其完全分离
②升高 部分噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来,经离心后分布于上清液中
③不能 是 没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,使上清液出现了放射性
(3)大肠杆菌细胞内的核糖体
某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时用同位素32P和35S作了如下标记:
噬菌体成分 细菌成分
核苷酸 标记32P 31P
氨基酸 32S 标记35S
若实验所得结果是子代噬菌体与亲代噬菌体的外形以及侵染细菌的特征相同,请分析:
(1)子代噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是____________,原因是____________。
(2)子代噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是__________,原因是______________________。
(3)此实验证明了____________________。
【解析】(1)子代噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是31P和32P,原因是以亲代噬菌体的DNA(含32P)为模板,合成子链(含31P)。(2)子代噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是35S,原因是亲代噬菌体的蛋白质(含32S)没进入细菌,细菌提供原料(含35S)合成子代噬菌体蛋白质外壳。(3)此实验以亲代噬菌体的DNA为模板,利用细菌体内的化学成分进行DNA的复制和蛋白质的合成,进而组装复制出很多个一模一样的子代噬菌体,证明DNA是遗传物质。
答案:(1)31P和32P 以亲代噬菌体的DNA(含32P)为模板,合成子链(含31P)
(2)35S 亲代噬菌体的蛋白质(含32S)没进入细菌,细菌提供原料(含35S)合成子代噬菌体蛋白质外壳 (3)DNA是遗传物质