【高考突破方案】必修二 专题6 第1讲　DNA是主要的遗传物质 -讲义（教师版） 高考生物一轮复习

专题6　基因的本质和表达　　　
第1讲　DNA是主要的遗传物质
　　1.亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上 2.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上 生命观念 从分子水平上，运用结构与功能观，分析DNA适合作为遗传物质所具备的特点
科学思维 运用归纳与概括的方法，分析肺炎链球菌的转化实验、噬菌体侵染大肠杆菌实验和烟草花叶病毒重组实验，解释现象，阐明DNA是主要的遗传物质
科学探究 分析科学家对遗传物质探索的实验设计思路，从分子水平上理解遗传规律，并能运用相关实验方法解决其他问题
一、肺炎链球菌的转化实验
1.对遗传物质的早期推测
(1)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。
(2)20世纪30年代，人们认识到__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。
2.两种肺炎链球菌的比较
细菌类型 菌体 菌落特点 有无荚膜 有无致病性
S型细菌 表面 __光滑__ __有__ 荚膜 有
R型细菌 表面 __粗糙__ __无__ 荚膜 无
3.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
实验结论：__加热致死的S型细菌内含有“转化因子”，促使R型活细菌转化为S型活细菌__。
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)实验分析：去除多糖、蛋白质、RNA、脂质后，细胞提取物仍然具有转化活性，去除DNA后细胞提取物则__失去转化活性__。
(3)实验结论：__DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质__。
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
Ⅰ.加法原理：与常态相比，人为增加某种影响因素。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，就是利用了“加法原理”。
Ⅱ.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。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是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
【易错易混自纠】
(1)S型细菌有多糖类的荚膜，菌落表面粗糙，有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。( × )
提示：S型细菌表面有多糖类的荚膜，呈现光滑的菌落。
(2)格里菲思的实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状。( × )
提示：格里菲思的体内转化实验只能推测出加热致死的S型细菌内含有“转化因子”。
(3)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。( × )
(4)将S型细菌的DNA经DNA酶处理后与R型细菌混合，可以得到S型细菌。( × )
提示：S型细菌的DNA经DNA酶处理后，被降解，失去活性，故与R型细菌混合后，无法得到S型细菌。
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、__微生物培养__技术等。
3.实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)T2噬菌体的模式图
(2)噬菌体的增殖
增殖需要的条件 内容
模板 __噬菌体__的DNA
合成T2噬菌 体DNA的原料 __大肠杆菌__提供的4种脱氧核苷酸
合成T2噬菌 体的蛋白质 原料 __大肠杆菌的氨基酸__
场所 __大肠杆菌的核糖体__
4.实验过程及结果
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。
【易错易混自纠】
(1)分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体。 ( × )
提示：噬菌体营寄生生活，不能直接使用普通培养基培养。
(2)T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。( √ )
(3)噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA控制蛋白质的合成。( √ )
三、烟草花叶病毒侵染烟叶实验
1.实验材料：烟草花叶病毒是一种__RNA__病毒，只含有__RNA__和__蛋白质__，不含有DNA，能感染烟草，使其出现相应的病斑。
2.实验过程
(1)第一组：从烟草花叶病毒中提取__蛋白质__→感染烟草→烟草不出现病斑。
(2)第二组：从烟草花叶病毒中提取__RNA__→感染烟草→烟草出现病斑。
3.实验结论：__RNA__是烟草花叶病毒的遗传物质，__蛋白质__不是烟草花叶病毒的遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质
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、 真菌等 细菌、支 原体等 T2噬菌 体等 HIV、SARS 病毒、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
归纳：绝大多数生物的遗传物质是__DNA__，只有少数病毒的遗传物质是__RNA__
结论：__DNA__是主要的遗传物质
【易错易混自纠】
(1)所有生物的遗传物质都是DNA。( × )
(2)遗传物质除DNA外，还有RNA，如烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。( √ )
(3)原核生物的遗传物质主要为RNA。( × )
提示：有细胞结构的生物，其遗传物质都是DNA。
1.(必修2 P47拓展应用第2题)结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点：__①具有相对的稳定性；②能够精确地自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性；③能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育；④在特定条件下产生可遗传的变异__。
2.(必修2 P43图3－2延伸思考)肺炎链球菌转化实验中“加热”是否已导致DNA和蛋白质变性？为什么？__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恢复又逐渐恢复活性__。
3.(必修2 P45图3－6)用含35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上沉淀物中不含放射性，但实际上含有少量放射性，原因是__可能由于搅拌不充分，离心时间过短，转速过低等，有少量含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现了少量的放射性__。
4.(必修2 P45图3－6)用含32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上上清液中不含放射性，但实际上含有少量放射性，原因是__可能由于保温时间过短，部分噬菌体还未来得及侵入大肠杆菌或者由于保温时间过长，部分细菌裂解，被标记的子代噬菌体被释放出来__。
教材拾遗
(必修2 p43)荚膜是某些细菌的__细胞壁__外面包围的一层胶状物质。__无__荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。__有__荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
考点1　肺炎链球菌体内和
体外转化实验的比较
实验 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
细菌培养场所 小鼠体内 培养基(体外)
实验构思 将加热致死的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 利用不同的酶，每一实验组特异性地去除一种物质，从而观察这种物质对转化的影响
结果观察 小鼠是否死亡及体内分离出的细菌种类 培养基中菌落类型
实验结论 S型细菌体内有“转化因子” DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
联系 ①所用的材料相同：都巧妙地选用了R型和S型两种肺炎链球菌。②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”；体外转化实验则是前者的延伸，进一步证明了“转化因子”是DNA。③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
围绕肺炎链球菌转化实验，考查科学探究和科学思维
1.格里菲思在小鼠体内注射R型活细菌和加热杀死的S型细菌的混合物，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示。下列对于曲线的分析，正确的是(　　)
A.若将R型活细菌单独注入小鼠体内，其含量变化曲线与S型细菌类似
B.bc段大量R型细菌转化成了S型细菌
C.cd段曲线上升与S型细菌使小鼠发病后免疫力下降有关
D.该实验可证明加热杀死的S型细菌中的DNA为“转化因子”
【解析】C　R型细菌单独注入小鼠会被小鼠免疫系统清除，A错误；R型细菌进入小鼠体内后，免疫系统针对R型细菌的特异性免疫逐步激活，R型细菌数量短暂上升后，大部分会被免疫系统消灭，所以曲线bc段下降，B错误；S型细菌使小鼠发病，免疫系统逐渐被破坏，使得R型细菌数量又开始增加，所以曲线cd段上升，C正确；该实验可证明加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”，但不能证明“转化因子”是DNA，D错误。
2.(2024·江西联考)将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合培养后，R型活细菌转化为S型活细菌的机理如图所示(capS为带有荚膜合成基因的DNA片段)。下列相关叙述错误的是(　　)
A.加热可使细菌的环状DNA断裂成许多片段并释放出来
B.正常情况下，只有少量capS能进入R型活细菌
C.艾弗里用DNA酶处理S型细菌提取物后，capS结构、功能正常
D.在培养基中添加一定浓度CaCl2能提高R型细菌转化为S型细菌的效率
【解析】C　细菌体内的DNA是环状的，如图所示加热杀死的S型细菌的DNA断裂成许多片段并释放出来，A正确；正常情况下，只有少数R型细菌处于能吸收外界DNA的感受态，B正确；DNA酶会水解capS，故艾弗里用DNA酶处理S型细菌后，capS结构、功能不正常，C错误；Ca2+能增加细胞的通透性，使细菌形成感受态，增大吸收capS的概率，提高R型细菌转化为S型细菌的效率，D正确。
考点2　艾弗里的肺炎链球菌体外转化
实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
实验 艾弗里的肺炎链球 菌体外转化实验 噬菌体侵染 大肠杆菌实验
处理 方法 直接分离：在S型细菌的细胞提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化 同位素标记法：分别用同位素35S、32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，然后用35S和32P标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌
检测 方式 观察菌落类型 检测放射性同位素存在位置
结论 证明DNA是遗传物质
通过噬菌体侵染细菌的标记问题，考查科学探究和科学思维
1.(2024·浙江联考)科研工作者做噬菌体侵染细菌的实验时，分别用同位素32P、35S、18O和14C对噬菌体以及大肠杆菌成分做了如下标记。以下说法不正确的是 (　　)
组别 第一组 第二组 第三组
噬菌体成分 用35S标记 未标记 用14C标记
大肠杆菌成分 用32P标记 用18O标记 未标记
A.第二组实验中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的氧元素是18O
B.第三组实验中，子代噬菌体的DNA中不一定含有14C
C.第一组实验中，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的100%、0
D.第三组实验经过一段时间培养后离心，检测到放射性只出现在沉淀物中
【解析】D　大肠杆菌成分用18O标记，子代噬菌体的蛋白质外壳的原料完全来自大肠杆菌，故子代噬菌体蛋白质外壳中存在的氧元素是18O，A正确。14C能标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，由于DNA的半保留复制，子代部分噬菌体含有亲代DNA的一条链，所以子代噬菌体的DNA中不一定含有14C，B正确。子代噬菌体是以亲代噬菌体的DNA做模板链，大肠杆菌的脱氧核苷酸为原料，合成子代噬菌体的，所以每一个子代噬菌体都含32P；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，不会进入大肠杆菌体内，故子代噬菌体中都不含35S，C正确。14C既能标记噬菌体的DNA，也能标记噬菌体的蛋白质外壳，所以经过一段时间培养后离心，检测到放射性在上清液和沉淀物中都有，D错误。
通过肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较，考查科学探究的实验设计与分析能力
2.下列有关人类对遗传物质探索过程中相关实验的叙述，正确的是(　　)
A.肺炎链球菌体外转化和噬菌体侵染细菌实验均采用了能区分DNA和蛋白质的技术
B.体外转化实验的培养皿中出现两种菌落，说明R型和S型细菌能相互转化
C.噬菌体侵染细菌实验中，需分别用含32P和35S的培养基培养噬菌体
D.用32P标记的噬菌体侵染细菌的一组实验也能证明DNA是遗传物质
【答案】A
考点3　病毒重建及其对烟草叶细胞的感染
(1)实验过程及结果
(2)结果分析与结论：重组病毒产生的子代病毒类型取决于提供RNA的病毒类型。
结合病毒重建及其对烟草叶细胞的感染，考查科学思维
　(2024·浙江强基联盟)烟草花叶病毒和车前草病毒均由一条RNA链和蛋白质外壳组成，下图是两种病毒的重建实验。下列叙述正确的是(　　)
A.该实验证明了RNA是某些病毒的主要遗传物质
B.重建形成的病毒，病毒形态可能无法稳定维持
C.两种病毒的重建过程中发生了基因重组
D.可利用3H对两种成分进行标记开展实验探究
【解析】B　重建形成的病毒其性状由所含有的RNA控制，由于RNA是单链，易发生变异，因此病毒形态可能无法稳定维持，B正确。
考点4　探究遗传物质的思路和方法
围绕探究遗传物质的思路和方法，考查科学思维和科学探究
1.研究发现，一种病毒只含一种核酸(DNA或RNA)，病毒的核酸可能是单链结构也可能是双链结构。以下是探究新病毒的核酸种类和结构类型的实验方法。
(1)酶解法：通过分离提纯技术，提取新病毒的核酸，加入____________酶混合培养一段时间，再侵染其宿主细胞，若在宿主细胞内检测不到子代病毒，则病毒为DNA病毒。
(2)侵染法：将__________________培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中繁殖数代，之后接种__________，培养一段时间后收集子代病毒并检测其放射性，若检测到子代病毒有放射性，则说明该病毒为________病毒。
(3)碱基测定法：为确定新病毒的核酸是单链结构还是双链结构，可对此新病毒核酸的碱基组成和A、U、T碱基比例进行测定分析。
①若含有T，且________________________，则说明是单链DNA。
②若含有T，且________________________，则最可能是双链DNA。
③若含有U，且________________________，则说明是单链RNA。
④若含有U，且A的比例等于U的比例，则最可能是双链RNA。
【答案】(1)DNA(DNA水解)　(2)该病毒的宿主细胞　该病毒　RNA　(3)①A的比例不等于T的比例　②A的比例等于T的比例　③A的比例不等于U的比例
2.某病毒主要由蛋白质外壳与核酸(只含DNA或RNA)组成，其进入宿主细胞的方式是先与宿主细胞识别再通过胞吞的方式进入宿主细胞。欲确定其遗传物质为DNA、RNA，还是蛋白质外壳，下列方法不可行的是(　　)
A.可以直接测定该病毒中是否含有T或者U来区分遗传物质是DNA还是RNA
B.可用T被标记的宿主细胞培养该病毒，观察子代病毒标记情况
C.可模仿赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，检测放射性主要在上清液还是沉淀物中
D.可用U被标记的宿主细胞培养该病毒，观察子代病毒标记情况
【答案】C
1.(2024·甘肃卷)科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验，下列叙述正确的是(　　)
A.在肺炎链球菌体内转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性
B.在肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型菌DNA＋DNA酶”加入R型活菌的培养基中，结果证明DNA是“转化因子”
C.在噬菌体侵染实验中，用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA，发现其DNA进入宿主细胞后，利用自身原料和酶完成自我复制
D.在烟草花叶病毒实验中，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状
【答案】D
2.(2022·浙江1月选考)S型肺炎链球菌的某种“转化因子”可使R型细菌转化为S型细菌。研究“转化因子”化学本质的部分实验流程如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A.步骤①中，酶处理时间不宜过长，以免底物完全水解
B.步骤②中，甲或乙的加入量不影响实验结果
C.步骤④中，固体培养基比液体培养基更有利于细菌转化
D.步骤⑤中，通过涂布分离后观察菌落或鉴定细胞形态得到实验结果
【解析】D　步骤①中，酶处理时间要足够长，以使底物完全水解，A错误。步骤②中，甲或乙的加入量属于无关变量，应相同，否则会影响实验结果，B错误。步骤④中，液体培养基比固体培养基更有利于细菌转化，C错误。S型细菌有荚膜，菌落光滑，R型细菌无荚膜，菌落粗糙。步骤⑤中，通过涂布分离后观察菌落或鉴定细胞形态，判断是否出现S型细菌，D正确。
3.(2022·海南卷)某团队从下表①～④实验组中选择两组，模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，验证DNA是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是(　　)
实验组别 T2噬菌体 大肠杆菌
① 未标记 15N标记
② 32P标记 35S标记
③ 3H标记 未标记
④ 35S标记 未标记
A.①和④　　　　　　B.②和③
C.②和④ D.④和③
【答案】C
4.(2022·湖南卷)T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生(　　)
A.新的噬菌体DNA合成
B.新的噬菌体蛋白质外壳合成
C.噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA
D.合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合
【解析】C　噬菌体在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录出RNA，C错误。
5.(2017·全国卷Ⅰ)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
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，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出：(1)实验思路；(2)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。)
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
【解析】(1)实验思路：甲组将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组将宿主细胞培养在含有放射性标记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)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；若乙组收集的病毒有放射性，甲组无，即为DNA病毒。
肺炎链球菌S型与R型菌株，都对青霉素敏感。在多代培养的S型细菌中分离出一种抗青霉素的S型(记为PenrS型)。现用PenrS型细菌和R 型细菌进行如图所示的实验，请分析回答以下问题：
(1)若组1中败血症小鼠体内发现PenrS型链球菌，则可得出结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)组1中只有部分小鼠出现败血症，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)某研究小组为进一步探究组2出现的菌落中是否存在PenrS型链球菌，设计了组3实验。请你评价该实验方案是否能达到预期结果并说明理由。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】(1)加热杀死的PenrS型链球菌含有某种“转化因子”，能将R型链球菌转化为PenrS型细菌　(2)混合培养液中只有少部分的R型细菌发生了转化　(3)达不到预期，因为培养基中含有青霉素，R型细菌不能生长，也不能发生转化，所以不会出现菌落，无法判断组2中是否出现PenrS型链球菌