3.1DNA是主要的遗传物质（学案）-2022-2023学年高一生物人教版（2019）必修二（含解析）

第三章 基因的本质
第一节 DNA是主要的遗传物质
【学习目标】
1.阐述肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论。
2.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。
3.理解DNA是主要遗传物质的结论。
【基础梳理】
一、对遗传物质的早期推测
1.蛋白质
（1）蛋白质是由多种 连接而成的生物大分子，各种氨基酸可以按照不同的
排列，形成不同的蛋白质。
（2）氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着 。因此，当时大多数科学家认为， 是生物体的遗传物质。
2.DNA
DNA是由许多 聚合而成的生物大分子，组成DNA分子的脱氧核苷酸有四种，每一种有一个特定的碱基，脱氧核苷酸的多种多样的排列顺序，也可能蕴含着 。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。
二、肺炎链球菌的转化实验
1.实验材料： 。
种类项目　　 S型细菌 R型细菌
菌落 表面 表面
菌体
毒性 毒性 毒性
2.肺炎链球菌转化实验的两个阶段
（1）格里菲思的体内转化实验
①原理： 可使小鼠患败血症死亡。
②实验过程、现象及结论
（2）艾弗里的体外转化实验
①设计思路：设法 ，单独地、直接地观察它们各自的作用。
②实验过程、现象及结论
艾弗里的结论可描述为 是转化因子，也可描述为DNA是 ，但不能描述为DNA是 。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料： 。
2.实验目的： 。
3.实验方法： 。
4.实验过程
（1）标记大肠杆菌
大肠杆菌+含35S的培养基→含 的大肠杆菌
大肠杆菌+含32P的培养基→含 的大肠杆菌
（2）标记T2噬菌体
T2噬菌体+含 →含 的T2噬菌体
T2噬菌体+含 →含 的T2噬菌体
（3）噬菌体侵染大肠杆菌
含35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌 含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌
搅拌、离心后 上清液
沉淀物
5.实验结论：
噬菌体侵染细菌时， 进入细菌的细胞中，而 外壳仍留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。 才是噬菌体的 。
6.烟草花叶病毒对烟草花叶细胞的感染实验
（1）实验材料：烟草花叶病毒和烟草。
（2）实验过程
（3）实验结论
是烟草花叶病毒的遗传物质， 不是烟草花叶病毒的遗传物质。
7.最终结论：因为绝大多数生物的遗传物质是 ，所以说， 是主要的遗传物质。
【拓展延伸】
肺炎链球菌的体内和体外转化实验的比较
项目 体外转化实验 体内转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里
实验结果 用小鼠 用培养基
实验结论 加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型 S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型
两实验的联系 所用材料相同，都是肺炎链球菌（R型、S型）体外转化实验是基础，仅说明加热至死的S型菌体内有转化因子，体外转化实验进一步证明转化因子是DNA两实验都遵循对照原则、单一变量原则
【例题】
格里菲思在进行肺炎双球菌转化实验时，只有在小鼠体内才能转化成功，他将高温杀死的S型细菌与R型活细菌混合在培养基中体外培养时，很难发生转化现象。而艾弗里在培养基中加了一定量的抗R型菌株的抗体，在体外就比较容易观察到转化现象。下列相关解释不合理的是（ ）
A.混合培养中不加抗R型菌株抗体时，S型细菌的DNA不易进入R型细菌，很难发生转化
B.S型细菌对小鼠免疫力的抵抗力可能更强，因此在小鼠体内容易大量繁殖
C.在培养基中R型细菌的竞争力可能更强，因此很难观察到转化现象
D.加入的抗R型菌株的抗体抑制了R型菌株的增殖，从而在体外容易观察到转化现象
答案：A
解析：本题考查肺炎双球菌转化实验的相关知识。未加抗R型菌株的抗体的混合物培养基中，S型细菌的DNA会进入R型细菌细胞中，使R型细菌转化形成S型细菌，但是可能由于在体外培养条件下，R型细菌在竞争中处于优势，转化形成的S型细菌被淘汰了，故很难观察到转化现象，A符合题意，C不符合题意；由题干可知，S型细菌对小鼠免疫力的抵抗力可能更强，转化生成的S型细菌在小鼠体内容易大量繁殖，B不符合题意；艾弗里在培养基中加了一定量的抗R型菌株的抗体出现了转化现象，说明加入的抗R型菌株的抗体抑制了R型菌株的增殖，从而在体外容易观察到转化现象，D不符合题意。
【课堂练习】
1.肺炎双球菌转化实验中，S型细菌的部分DNA片段进入R型细菌内，并整合到R型细菌的DNA分子上，使这种R型细菌转化为能合成有荚膜多糖的S型细菌。下列叙述中正确的是（ ）
A.R型细菌转化为S型细菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例会改变
B.整合到R型细菌内的DNA分子片段，表达产物都是荚膜多糖
C.进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点
D.S型细菌转录的mRNA上，可由多个核糖体共同合成一条肽链
2.下列关于遗传物质探索实验的描述，错误的是（ ）
A.细菌和病毒作为实验材料的优点是个体小、结构简单、繁殖快
B.格里菲思实验证明了小鼠细胞中存在使R型菌转化为S型菌的“转化因子”
C.艾弗里利用物质提纯技术和细菌培养技术提出DNA是遗传物质
D.噬菌体侵染细菌实验不能用14C标记，且不能得出DNA是主要遗传物质的结论
3.以下关于证明“DNA是遗传物质”的生物学实验和技术的叙述，错误的是（ ）
A.赫尔希和蔡斯的实验用噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，检测放射性
B.艾弗里、赫尔希和蔡斯的实验均证明了“DNA是遗传物质”，但不能证明“DNA是主要的遗传物质”
C.探索烟草花叶病毒等其他病毒的遗传物质后，可以证明DNA是主要的遗传物质
D.格里菲思的实验不能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA
4.某校生物研究性学习小组模拟了赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，过程如图所示。下列有关分析正确的是（ ）
A.离心的目的是让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒
B.若搅拌不充分，则会导致沉淀物b与上清液c均具有放射性
C.实验2得到的子代噬菌体都具有放射性
D.实验1和实验2可说明DNA是噬菌体的主要遗传物质
5.人类对遗传物质的探索过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。某生物兴趣小组也提出了“蛋白质是T2噬菌体的遗传物质”的假设并模拟了赫尔希和蔡斯的实验。下列各项预期结果支持该假设的是（ ）
选项 35S标记T2噬菌体 32P标记T2噬菌体
上清液 沉淀物 子代T2噬菌体 上清液 沉淀物 子代T2噬菌体
A 高 低 有 低 高 无
B 低 高 有 高 低 无
C 高 低 无 低 高 有
D 低 高 无 高 低 有
A.A B.B C.C D.D
6.如图横坐标表示杀死的S型菌提取液经甲、乙、丙、丁四种处理（四种处理分别为：甲未处理、乙加入RNA酶、丙加入蛋白酶、丁加入DNA酶），纵坐标表示处理后的提取液与活的R型菌混合后所测得的活S型菌的数量。下列最可能的实验结果是（ ）
A. B. C. D.
7.下列关于T2噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是（ ）
A.病毒的生命活动离不开细胞，必须用细菌培养T2噬菌体
B.带标记的噬菌体侵染细菌时，延长保温时间可以减小实验误差
C.35S标记的噬菌体侵染细菌时，正常情况下离心后悬浮液的放射性低于沉淀
D.32P标记的噬菌体侵染细菌时，搅拌不充分会使悬浮液的放射性升高
8.结合探索遗传物质的相关实验，回答下列问题。
（1）艾弗里及其同事进行了肺炎链球菌的转化实验，该实验成功的最关键的实验设计思路是 ，该实验证明了 。
（2）后来，赫尔希和蔡斯用 法，进一步证明DNA是T2噬菌体的遗传物质。实验包括4个步骤：
①T2噬菌体与大肠杆菌混合培养；
②用35S和32P分别标记T2噬菌体；
③放射性检测；
④离心分离。
该实验步骤的正确顺序是 （填数字序号）。
（3）用被35S标记的T2噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现放射性物质主要存在于 （填“上清液”或“沉淀物”）中。
【答案以及解析】
1.答案：C
解析：A.R型细菌和S型细菌的DNA都是双链结构，其中碱基的配对遵循碱基互补配对原则，因此R型菌转化为S型菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例不会改变，依然是占50%，A错误；B.整合到R型菌内的DNA分子片段，表达产物不都是荚膜多糖，B错误；C.基因是有遗传效应的DNA片段，即一个DNA分子中有多个基因，每个基因都具有RNA聚合酶的结合位点，因此进入R型菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点，C正确；D.S型菌转录的mRNA上，可由多个核糖体合成多条相同的肽链，而不是一条，D错误。故选C。
2.答案：B
解析：本题考查遗传物质探索实验。细菌和病毒个体小、结构简单、繁殖快，适宜作为实验材料，A正确；格里菲思通过小鼠体内转化实验，提出S型菌中存在某种“转化因子”，可使R型菌转化为S型菌的推论，B错误；艾弗里通过肺炎双球菌体外转化实验证明了DNA是遗传物质，分离S型菌利用了物质提纯技术，培养基培养细菌利用了细菌培养技术，C正确；噬菌体的蛋白质和DNA中均含C元素，用14C标记不能区分出子代噬菌体的放射性到底是来源于蛋白质还是来源于DNA，噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质，不能得出DNA是主要的遗传物质，D正确。
3.答案：A
解析：赫尔希和蔡斯的实验用32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，检测放射性；艾弗里、赫尔希和蔡斯的实验均只能证明“DNA是遗传物质”，不能证明“DNA是主要的遗传物质”；烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，探索烟草花叶病毒等其他病毒的遗传物质后，可以证明DNA是主要的遗传物质；格里菲思的实验只能证明S型肺炎双球菌中含有“转化因子”，不能证明其遗传物质是DNA。
4.答案：A
解析：离心的目的是让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，A正确；沉淀物b具有放射性的原因最可能是搅拌不充分，上清液c具有放射性的原因最可能是保温时间过长或过短，与搅拌不充分无直接关系，B错误；实验2得到的子代噬菌体中只有部分具有放射性，C错误；实验1和实验2可说明DNA是噬菌体的遗传物质，D错误。
5.答案：B
解析：第一组实验用35S标记T2噬菌体，标记的是蛋白质，若T2噬菌体的遗传物质是蛋白质，则蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，最终上清液中放射性较低，而沉淀物中放射性较高，且子代T2噬菌体含有放射性；第二组实验用32P标记T2噬菌体，标记的是DNA，若T2噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，则上清液中放射性较高，而沉淀物中放射性较低，且子代T2噬菌体无放射性，B符合题意。
6.答案：D
解析：分析题干信息可知，甲未经处理，所以与活的R型菌混合后，S型菌的DNA进入R型菌体内，使R型菌转化为S型菌，导致测得的活S型菌数量比较多，乙和丙处理都没有破坏提取液中S型菌的DNA，处理后的结果与甲基本相同，丁处理后S型菌的DNA被破坏，所以R型菌转化为S型菌的数量大大减少，故D符合题意。
7.答案：A
解析：T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，A正确。32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌时，若保温时间太长会导致细菌体内的子代噬菌体释放出来，进而影响实验结果，使实验误差增大；35S标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌时，若保温时间太长，对实验结果的影响不大，B错误。T2噬菌体的蛋白质含S，DNA不含S，且噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，正常情况下离心后悬浮液的放射性高于沉淀，C错误。用32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染大肠杆菌后，放射性主要分布在沉淀中，搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体蛋白质外壳与细菌分离，搅拌不充分不会使悬浮液中放射性升高，D错误。
8.答案：（1）每个实验组分别加入蛋白酶、RNA酶等以除去S型细菌细胞提取物中的相应物质，与R型细菌混合培养后，观察培养皿中菌落的生长情况 DNA是遗传物质
（2）（放射性）同位素标记 ②①④③
（3）上清液
解析：（1）艾弗里的肺炎链球菌转化实验成功的最关键的实验设计思路是：每个实验组分别加入蛋白酶、RNA酶等以除去S型细菌细胞提取物中的相应物质，与R型细菌混合培养后，观察培养皿中菌落的生长情况。艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是遗传物质。
（2）赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验采用了（放射性）同位素标记法，进一步证明DNA是T2噬菌体的遗传物质。该实验的步骤为：②用35S和32P分别标记T2噬菌体；①T2噬菌
体与大肠杆菌混合培养；④离心分离；③放射性检测。（3）T2噬菌体侵染大肠杆菌时，蛋白质外壳没有进入大肠杆菌体内，经过搅拌离心后分布在上清液中，因此，用被35S标记的T2噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现放射性物质主要存在于上清液中。
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