新人教（2019）生物必修2同步学案：第3章 第1节　DNA是主要的遗传物质

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新人教（2019）生物必修2同步学案
3.1 DNA是主要的遗传物质
一、肺炎链球菌的转化实验
1．对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌体
有无致病性 有 无
3．格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
实验过程 结果分析 结论
(1)R型活细菌小鼠不死亡 R型细菌无致病性 已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子
(2)S型活细菌小鼠死亡S型活细菌 S型细菌有致病性
(3)加热致死的S型细菌小鼠不死亡 加热致死的S型细菌已失活
小鼠死亡S型活细菌 R型细菌转化为S型细菌，且性状可以遗传
拓展延伸　加热的作用原理
(1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。
(2)加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。
4．艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
(1)实验过程及结果
(2)结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(3)减法原理：在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素称为“减法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(1)加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取到的细菌全部是S型活细菌(　　)
(2)艾弗里的实验证明S型肺炎链球菌的DNA可以使小鼠死亡(　　)
(3)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×
特别提醒　(1)肺炎链球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。
(2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
请从以下角度来说明肺炎链球菌的体内转化实验与体外转化实验的关系：
(1)区别
项目 体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲思 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 在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，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 已经加热致死的S型细菌体内有转化因子 转化因子是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。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．实验者：赫尔希和蔡斯。
2．实验方法：放射性同位素标记技术。
3．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌
(1)T2噬菌体的模式图
(2)T2噬菌体的增殖
①合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
②合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
③合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸，场所：大肠杆菌的核糖体。
4．实验过程
(1)标记T2噬菌体
(2)侵染细菌
5．实验分析
(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)子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。
6．实验结论：DNA才是噬菌体的遗传物质。
(1)T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解(　　)
(2)为获得放射性标记的T2噬菌体，可分别用含35S和32P的人工培养基培养噬菌体(　　)
(3)细菌和病毒作为实验材料，具有个体小、结构简单、繁殖快的优点(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√
特别提醒　噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题
(1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。
(2)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
1．本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？
提示　P是噬菌体DNA特有的元素，S是噬菌体蛋白质特有的元素，用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用。
2．能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？
提示　不能，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质；不能，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
3．用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
提示　搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
4．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
提示　(1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。
(2)保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。
归纳总结　(1)噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
①保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。
②“搅拌”要充分——如果搅拌不充分，35S组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样会造成沉淀物中放射性偏高。
(2)使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
三、生物的遗传物质
1．RNA是遗传物质的实验证据
(1)实验材料：烟草花叶病毒(只含有蛋白质和RNA)、烟草。
(2)实验过程
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
2．DNA是主要的遗传物质：绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。
(1)真核生物的遗传物质是DNA(　　)
(2)原核生物的遗传物质是RNA(　　)
(3)细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA(　　)
(4)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌主要的遗传物质(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
易错警示　(1)细胞内既有DNA，又有RNA，其遗传物质是DNA。
(2)病毒只含有一种核酸：DNA或RNA，含有哪种核酸，该核酸就是该病毒的遗传物质。
(3)DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说的，而某种生物的遗传物质是唯一的。
请总结：探索“遗传物质”的思路和方法，并完成填空：
(1)探究思路：探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看其作用。
(2)三种方法
1．肺炎链球菌体内转化实验的结论：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
2．艾弗里通过对肺炎链球菌的体外转化实验的研究，提出DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
3．T2噬菌体侵染细菌的实验证明：DNA才是噬菌体的遗传物质。
4．绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
1．探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质，当时人们的判断理由不包含(　　)
A．蛋白质是构成生物体的重要物质
B．不同生物的蛋白质在结构上存在差异
C．蛋白质与生物的性状密切相关
D．蛋白质氨基酸的排列顺序变化多端可以储存大量遗传信息
答案　A
解析　蛋白质是构成生物体的重要物质，不能说明蛋白质是遗传物质，A错误。
2．在艾弗里及其同事的肺炎链球菌体外转化实验中，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取物之后与R型活细菌混合培养，结果发现培养基上仅有R型细菌生长。设置本实验步骤的目的是(　　)
A．与“S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养”的实验形成对照
B．补充R型细菌生长所需要的营养物质
C．直接证明S型细菌的DNA不是促使R型细菌转化的因素
D．证明R型细菌生长不需要DNA
答案　A
解析　将S型细菌的细胞提取物加入有R型活细菌的培养基中，结果出现了S型细菌；用DNA酶处理S型细菌的细胞提取物，使DNA水解，结果培养基上仅有R型细菌生长，这两组实验形成对照实验，A正确。
3．下列有关赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验的叙述，不正确的是(　　)
A．该实验的设计思路是单独观察蛋白质和DNA的作用
B．检测离心后试管中上清液和沉淀物中放射性的强弱可推测侵入细菌中的物质
C．35S标记蛋白质的实验组，离心后的试管中上清液有较高的放射性
D．噬菌体侵染细菌的实验和格里菲思的肺炎链球菌的转化实验都证明了DNA是遗传物质
答案　D
解析　格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了存在转化因子，但没有证明DNA是转化因子，D项错误。
4．下图表示科研人员探究烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程，由此可以判断(　　)
A．水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA
B．TMV的蛋白质没有进入烟草细胞中
C．侵入烟草细胞的RNA含有A、T、G、C四种碱基
D．RNA是TMV的主要遗传物质
答案　A
解析　能将TMV的蛋白质接种到正常烟草叶片细胞内，即TMV的蛋白质进入了烟草细胞中，B错误；RNA含有A、U、G、C四种碱基，C错误；本实验证明RNA是TMV的遗传物质，而不能证明RNA是TMV的主要遗传物质，D错误。
5．下列生物的遗传物质都是DNA的是(　　)
A．酵母菌、大肠杆菌和肺炎链球菌
B．新型冠状病毒、SARS病毒
C．HIV、蓝细菌、绿藻和黑藻
D．烟草、烟草花叶病毒
答案　A
解析　所有细胞生物(包括原核生物和真核生物)的遗传物质都是DNA，绝大多数病毒的遗传物质是DNA，只有极少数病毒的遗传物质是RNA，如新型冠状病毒和SARS病毒、HIV、烟草花叶病毒等。
6．某研究小组为探究某病毒的遗传物质是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：该病毒核酸提取物、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，然后分别注射入小白鼠体内。
组别 A B C D
注射溶液 _______和_______ _______和_______ ___________ __________
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：
①A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质；
②____________________，说明_____________________________________________。
(5)实验分析：
①________组和________组对照，能说明RNA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。
答案　(1)酶具有专一性　(3)②A.该病毒核酸提取物　RNA酶　B．该病毒核酸提取物　DNA酶　C．该病毒核酸提取物　D．生理盐水　(4)②B、C组发病，A、D组未发病　RNA是该病毒的遗传物质　(5)①A　C　②DNA是否是其遗传物质　③对照