3.1DNA是主要的遗传物质学案

3.1 DNA是主要的遗传物质学案
【学习目标】
1.生命观念——从分子水平上，利用结构与功能观，分析DNA适合作为遗传物质应具备的特点。
2.科学思维——运用归纳与概括的方法，分析肺炎链球菌体外转化实验、噬菌体侵染大肠杆菌实验和烟草花叶病毒重建实验，归纳出其在实验思路上的共同点。
3.科学探究——从选材、原理、方法、步骤、结果、结论和设置对照的方式等多个角度理解相关实验，学会同位素标记病毒的基本方法和原理。
4.科学思维——分析肺炎链球菌体外转化实验、噬菌体侵染大肠杆菌实验和烟草花叶病毒重建实验的实验结论，归纳概括出DNA是主要的遗传物质。
【学习重难点】
1、重点：
(1)肺炎双球菌转化的实验原理和过程；
(2)噬菌体侵染细菌的原理和过程。
(3)证明DNA是遗传物质的实验的关键设计思路。
2、难点：
(1)肺炎双球菌转化的实验原理和过程；
(2)证明DNA是遗传物质的实验的关键设计思路。
【预习新知】
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分子的脱氧核苷酸有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
有无毒性 有 无
3.格里菲思的体内转化实验
实验过程 结果分析 结论
①R型活细菌小鼠不死亡 R型细菌无毒性 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
②S型活细菌小鼠死亡S型活细菌 S型细菌有毒性
③加热致死的S型细菌小鼠不死亡 加热致死的S型细菌己失活，毒性消失
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
4.艾弗里的体外转化实验
（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的称为“减法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。
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。
【易错提示】
（1）DNA是所有生物的遗传物质（ ）
（2）酵母菌的遗传物质主要是DNA（ ）
（3）病毒的遗传物质是DNA或RNA（ ）
（4）艾滋病病毒的遗传物质是DNA或RNA（ ）
答案：（1）×（2）×（3）√（4）×
【深化探究】
知识点一　肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养细菌 在小鼠体内 体外培养基
实验对照 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照
巧妙构思 用加热杀死的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 用“酶解法”将细胞提取物中的某一物质分解、去掉，直接、单独地观察该种物质在实验中是否起作用
实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质
联系 (1)所用材料相同； (2)体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸； (3)两个实验都遵循对照原则、单一变量原则
2.实验拓展分析
(1)在加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。
(2)转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。
(3)在转化实验中，使小鼠致死的是S型细菌，不是S型细菌的DNA。
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。
(1)与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
(2)与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“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是遗传物质，就利用了“减法原理”。
知识点二　噬菌体侵染细菌的实验
1．噬菌体侵染细菌的实验中上清液和沉淀物中的放射性分析
(1)含32P的噬菌体侵染大肠杆菌
(2)含35S的噬菌体侵染大肠杆菌
2．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
(1)实验设计思路的比较
项目 肺炎链球菌体外 转化实验 噬菌体侵染 细菌实验
思路相同 设法将DNA与其他物质分开，或特异性地去除某一物质，单独、直接地研究它们各自不同的遗传功能
处理方式的区别 利用“减法原理”：每个实验组特异性地去除一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质 同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素(32P和35S)
(2)两个实验遵循相同的实验设计原则：单一变量原则、对照原则。
(3)实验结论(或目的)的比较
①肺炎链球菌体外转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
②噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内。
【巩固训练】
1.某科研小组利用小鼠、R型和S型肺炎链球菌在格里菲思实验的基础上增加了相关实验，实验过程如图所示。下列说法错误的是( )
A. 该实验中细菌甲和乙分别对应R型细菌和S型细菌
B. 经过步骤②后，鼠2血液中含有活菌甲和活菌乙
C. 加热致死菌乙中的某种转化因子能使活菌甲转化成活菌乙
D. 鼠5经过步骤⑤后死亡的原因是死菌甲中某种物质使活菌乙转化为活菌甲
2.如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，关于产生的子代噬菌体的组成成分中的放射性元素，叙述正确的是( )
A.可在外壳中找到3H、15N和35S
B.可在DNA中找到3H、15N和32P
C.可在外壳中找到15N、35S
D.可在DNA中找到15N、32P、35S
3.生物科学发展史既包括科学家对生命现象的研究过程,又包括科学家研究生命现象时所持有的不同观点和态度。下列有关生物科学发展史的叙述正确的是( )
A.摩尔根通过果蝇杂交实验,运用假说一演绎法发现了基因在染色体上
B.噬菌体侵染大肠杆菌实验和证明DNA半保留复制的实验都用到了放射性同位素标记法
C.格里菲思通过肺炎链球菌转化实验证明了DNA是遗传物质
D.DNA衍射图谱对施莱登和施旺构建DNA双螺旋结构模型起到了重要作用
4.赫尔希和蔡斯完成的噬菌体侵染细菌实验,结果证明遗传物质是( )
A.蛋白质. B.DNA C.糖类 D.脂质
5.下列关于探究DNA是遗传物质的实验的叙述，正确的是( )
A.格里菲思将活的R型菌同加热杀死的S型菌混合后能分离出活的S型菌，说明DNA是“转化因子”
B.艾弗里从S型菌中分离出了具有活性的转化因子，该转化因子能被DNA酶作用而失去活性
C.噬菌体侵染细菌实验发现大多数被标记的噬菌体DNA存在于上清液中
D.噬菌体侵染细菌实验的S标记组中，沉淀物具有放射性与保温时间较长有关
6.研究人员从患病小鼠体内发现一种新病毒，为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验。请回答相关问题。
（1）实验材料：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。
（2）实验步骤：
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干只，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。（将表格填写完整）
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。
（3）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DNA是该病毒的遗传物质。
②_____，说明_____。
（4）实验分析：
①该实验中，进行步骤①操作的目的是______。
②为使实验更加严谨，除需观察比较各组小白鼠的发病情况外，还应从发病小白鼠体内相应组织中抽取样品，检测_____。
③若要进一步研究该病毒，则应将该病毒培养在活细胞中，原因是_____。
参考答案
1.答案：D
解析：A、注射活菌甲的鼠1存活，说明细菌甲无致病性，对应R型细菌；注射活菌乙的鼠4死亡，说明细菌乙有致病性，对应S型细菌，A正确 ；
B、步骤②是将活菌甲与加热致死的细菌乙混合后注射到小鼠体内，结果鼠2死亡，将从鼠2体内分离出的活菌乙注射到鼠4体内，导致鼠4死亡，说明有部分活菌甲转化为活菌乙，且转化的性状能够遗传，因此鼠2血液中含有的活菌类型有甲和乙，B正确；
C、结合对B选项的分析可推知：死菌乙中某种转化因子能使活菌甲转化成活菌乙，C正确；
D、鼠5经过步骤⑤后死亡的原因是活菌乙能使鼠致死，活菌甲不具有致死效应，D错误。
故选D。
2.答案：B
解析：A、由以上分析可知，可在外壳中找到3H、15N，而找不到35S，A错误；B、由以上分析可知，可在DNA中找到3H、15N和32P，B正确；C、由以上分析可知，可在外壳中找到3H、15N，而找不到35S，C错误；D、可在DNA中找到15N、32P，而找不到35S，D错误。故选B。
3.答案：答案:A
解析:B.证明DNA半保留复制的实验用到的N 没有放射性;错误；
C.格里菲思通过肺炎链球菌转化实验提出了转化因子一词，并不知道是DNA;错误；
D.DNA 衍射图谱对沃森和克里克构建 DNA 双螺旋结构模型起到了重要作用:错误。
4.答案：B
解析：赫尔希和蔡斯完成的噬菌体侵染细菌实验，结果证明DNA是T2噬菌体的遗传物质,B项正确。
5.答案：A
解析：①为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大的捕鱼量，被捕鱼群的种群数保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大，①正确；
②调查土壤动物丰富度采用取样器取样法，由于活动能力强，不适宜采用样方法，由于身体微小，不适宜采用标志重捕法，②错误；
③生物多样性包括物种多样性、基因多样性和生态系统多样性，③错误；
④“螳螂捕蝉，黄雀在后”这句话体现了捕食关系，但由于缺乏生产者，则不能形成一条食物链，④错误；
⑤物种之间的共同进化主要是通过物种之间的捕食、竞争、寄生和共生等多种种间关系实现的，⑤错误。
综上所述，①正确，②③④⑤错误，A正确，BCD错误。
故选A。
6.答案：（2）该病毒核酸提取物；RNA酶；该病毒核酸提取物；DNA酶；该病毒核酸提取物；等渗生理盐水
（3）B、C组发病，A、D组未发病；RNA是该病毒的遗传物质
（4）①排除无关变量对实验结果的影响；②是否含有新病毒；③病毒营寄生生活，其繁殖只能在活细胞中进行
解析：（2）实验应遵循单一变量原则和对照原则，本实验自变量为病毒核酸提取物中加入酶的类型，根据（3）问中①的结果预测及结论可推知A、B、C、D这四组注射溶液分别为该病毒核酸提取物和RNA酶，该病毒核酸提取物和DNA酶，该病毒核酸提取物，等渗生理盐水。
（3）DNA酶可将DNA水解，RNA酶可将RNA水解，若DNA是该病毒的遗传物质，则A组DNA不被水解，B组DNA被水解，A、C组发病，B、D组不发病；若RNA是该病毒的遗传物质，则A组RNA被水解， B组RNA不被水解，B、C组发病，A、D组不发病。
（4）①无关变量是在实验过程中除自变量以外的会影响实验结果的其他因素。本实验中，进行步骤①操作的目的是排除无关变量（小白鼠的生长状况及分组）对实验结果的影响。②本实验通过观察比较小白鼠的发病情况判断新病毒的遗传物质是DNA还是RNA，为使实验更加严谨，还应从发病小白鼠体内的相应组织中抽取样品，检测是否含有新病毒。③病毒营寄生生活，其繁殖只能在活细胞中进行，因此若要进一步研究该病毒，则应将该病毒培养在活细胞中。