人教版生物必修二3.1《DNA是主要的遗传物质》学案

DNA是主要的遗传物质
【学习目标】
1.知识目标：总结人类对遗传物质的探索过程及探索过程中所体现出的科学思想；理解DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质；掌握证明DNA是遗传物质的两个著名实验的过程和原理以及两个实验得到的结论。
2.能力目标：通过重演科学家发现DNA是主要遗传物质的过程，学会科学研究的方法和实验设计的基本步骤。
3.情感目标：概述人类对遗传物质的探索过程，认同科学认识是不断深化、不断完善的过程；通过学生自己设计验证性实验，培养分析问题、解决问题的能力，发展科学思维和创新的能力。
【学习重点】
肺炎双球菌转化实验的原理和过程；噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
【学习难点】
肺炎双球菌转化实验的原理和过程；如何理解DNA是主要的遗传物质。
【学习方法】
重视与生活经验的联系，驱动知识的建构。
从“问题探讨”入手，逐步深入地分析问题、解决问题，发展能力。
【自主学习】（15分钟）
请详细阅读教材，独立完成下列知识填空，并努力记住下列知识。
一、肺炎双球菌的转化实验
1.对遗传物质的早期推测
各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然的想到，氨基酸多种多样的排列顺序可能蕴含着________________。因此，大多数科学家认为____________是生物体的遗传物质。
2.肺炎双球菌的转化实验
（1）格里菲思实验
实验材料：格里菲思用两种不同类型的肺炎双球菌去感染小鼠。一种细菌的菌体含有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑，叫做________________；另一种细菌的菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙，叫做________________。其中S型细菌具有________，______型细菌没有毒性。
格里菲思推论：在第四组实验中，已经被加热杀死的S型细菌中，必然存在一种活性物质——“转化因子”，它能将无毒性的________活细菌转化为有毒性的________活细菌。
（2）艾弗里实验
为了弄清楚转化因子究竟是什么物质，艾弗里及其同事对S型细菌中的物质进行了提取和鉴定。他们将从S型活细菌中提取到的DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养R型细菌的培养基中。结果只有加入________，R型细菌才能转化为S型细菌，并且DNA的纯度越高，转化越有效。如果用________分解从S型活细菌中提取的DNA，就不能使R型细菌发生转化。如图：
分析：S型细菌的DNA能促使R型细菌转化；S型细菌的其他物质不能促使R型细菌转化。
结论：S型细菌的DNA是“转化因子”，即DNA是肺炎双球菌的遗传物质，而蛋白质不是。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身_______________的作用下，利用______________内的物质来合成自身的组成成分，进行增殖。具体过程如下：
①吸附（用尾部的末端吸附在细菌表面）→②注入（释放溶菌酶，向细菌内注入DNA，蛋白质外壳留在外面）→③复制、合成（以细菌体内的脱氧核苷酸为原料合成噬菌体DNA，以细菌细胞内的氨基酸为原料合成噬菌体的蛋白质外壳）→④组装（一个蛋白质外壳装入一个DNA分子，组成一个新的噬菌体）→⑤释放（细菌细胞破裂，释放出几个甚至几十个子代噬菌体）。
2.赫尔希和蔡斯采用了________________法进行实验，用________标记噬菌体的DNA，用________标记噬菌体的蛋白质。这一实验证明了________________。
3.实验误差分析
（1）用32P标记的噬菌体浸染大肠杆菌，理论上讲，含32P标记的DNA全部注入大肠杆菌内，上清液放射性为0；实际上，上清液中有少量的放射性，原因是：
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，使上清液出现放射性；
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代噬菌体，经离心后分布于上清液，也会使上清液出现放射性。
（2）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上讲，含35S标记的蛋白质均不能进入大肠杆菌，离心后全存在于上清液；实际上，沉淀物中也有少量放射性，原因是：由于搅拌不充分，有少量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，使沉淀物中出现少量的放射性。
三、DNA是主要的遗传物质
后来的研究证明，遗传物质除了DNA以外，还有________。有些病毒不含有DNA，只有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。从这种病毒中提取的RNA能使烟草感染病毒，而蛋白质却不能，说明RNA是遗传物质。但因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是________的遗传物质。
【合作探究】（10分钟）
1.在证明DNA是遗传物质还是蛋白质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？
2.作为遗传物质应具备哪些条件？
3.为什么第四组实验将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，导致小鼠死亡？格里菲思实验的结论是什么
4.为什么说：“DNA是主要的遗传物质，染色体是遗传物质的主要载体？”
5.艾弗里的实验虽然得到了大多数科学家的认可，但仍然有人提出了异议。你能分析一下这个实验存在哪些不足吗？应该怎样改进呢？
【延伸拓展】（15分钟）
例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遣传物质。当时人们作出判断的理由不包括（
）
A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B.蛋白质与生物的性状密切相关
C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量遗传信息
◆规律总结
（1）一切生物的遗传物质是核酸（DNA或RNA）
（2）凡细胞生物（不论是真核生物还是原核生物），其遗传物质都是DNA，其细胞中的RNA只是遗传信息表达的媒介，但其上可携带遗传信息。
（3）DNA病毒如噬菌体的遗传物质是DNA，只有极少数RNA病毒的遗传物质是RNA。
即绝大多数生物的遗传物质是DNA，DNA是主要遗传物质。
例2.35S标记的噬菌体侵染细菌时，离心后的沉淀物中有少量放射性的原因是（
）
A.35S标记的噬菌体的蛋白质外壳进入细菌中
B.少量35S标记的噬菌体的蛋白质外壳吸附在细菌表面没有分离
C.35S标记的噬菌体的蛋白质离心后沉淀在下部
D.35S标记的噬菌体的蛋白质外壳和DNA一同进入细菌中
◆规律总结
（1）本实验上清液中存在噬菌体外壳与未侵染的噬菌体，沉淀物中有被侵染的细菌。
（2）子代噬菌体DNA包括亲代噬菌体DNA和新合成的DNA，而蛋白质外壳全部是利用细菌提供的原料合成的。
例3.烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）都能感染烟叶，但二者致病病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是（
）
A.a过程表示用TMV蛋白质外壳感染烟叶，结果说明TMV的蛋白质外壳没有侵染作用
B.b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶，结果说明其有侵染作用
C.c、d过程表示用TMV外壳和HRV的RNA合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为感染车前草病毒症状，并能从中分离出车前草病毒
D.该实验证明只有车前草病毒的RNA是遗传物质，蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质
◆规律总结
（1）探究DNA或RNA是否是遗传物质，要将DNA（或RNA）与其他物质分开，单独地观察DNA或RNA的作用，实验要设置对照。
（2）噬菌体侵染细菌实验选取了理想的实验方法——同位素示踪法，即分别用35S和32P标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，将DNA和蛋白质彻底分开（实质是分开研究）了。
例4.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（见下表）中，不可能出现的结果是（
）
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
【知识网络建构速记】（5分钟）
1.肺炎双球菌转化实验
2.噬菌体侵染细菌实验
【智能跟踪训练】（5分钟）
1.用DNA酶处理S型细菌中提取的DNA，使之分解，就不能使R型细菌发生转化。下列关于这一实验的叙述，不正确的是（
）
A.该实验证实DNA分解产物不是遗传物质
B.该实验从反面证明了DNA是遗传物质
C.该实验证实了DNA分解产物不是转化因子
D.该实验是格里菲思实验的主要环节
2.若1个35S标记的大肠杆菌被1个32P标记的噬菌体侵染，裂解后释放的所有噬菌体（
）
A.一定有35S，可能有12P
B.只有35S
C.一定有32P，可能有35S
D.只有32P
3.若用未标记的噬菌体侵染用3H、15N、32P、35S标记的大肠杆菌，对产生的子代噬菌体进行检测，不能得到下列哪项结果（
）
A.可在外壳中检测到15N、3H
B.可在外壳中检测到32P和35S
C.可在DNA分子中检测到3H、15N、32P
D.在DNA分子中检测不到35S
4.艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是（
）
A.重组DNA片段，研究其表型效应
B.诱发DNA突变，研究其表型效应
C.设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应
D.应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递
5.下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是（
）
A.豌豆的遗传物质主要是DNA
B.酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C.T2噬菌体的遗传物质含有硫元素
D.HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸
参考答案
【自主学习】
一、1.遗传信息
蛋白质
2.（1）S型细菌
R型细菌
毒性
R
R型
S型
（2）DNA
DNA酶
二、1.遗传物质
大肠杆菌
2.同位素标记
32P
35S
DNA是遗传物质
三、RNA
主要
【延伸拓展】
1.C解析：不同的生物遗传物质不同，而不同生物体内的蛋白质结构不同，故遗传物质可能是蛋白质，A项叙述正确；蛋白质是生物性状的直接体现者，B项叙述正确；与蛋白质相比DNA更耐高温，故DNA的热稳定性大于蛋白质，另外蛋白质也不能自我复制，C项叙述错；由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故不同的氨基酸排列顺序可贮存大量的不同的遗传信息，D项叙述正确。
2.B解析：35S标记的噬菌体侵染细菌实验中，若搅拌不充分，会有少量35S标记的噬菌体的蛋白质外壳吸附在细菌表面而没有分离，随细菌离心到沉淀物中。
3.D
解析：由于该实验中并没有用烟草花叶病毒的RNA侵染烟草叶片，因此没有证明烟草
花叶病毒的RNA不是遗传物质的证据。
4.C解析：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，实验③中组合病毒（a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA）感染植物，病斑类型为b型，病斑中分离出来的病毒类型也为b型。
【智能跟踪训练】
1.D解析：此实验并非是格里菲思所完成的。DNA酶具有专一性，使DNA分解，DNA分解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，而DNA却能使R型活菌转化成S型活菌，这一对比正好说明了DNA的分解产物不是转化因子，即不能作为遗传物质，而反证了DNA是遗传物质。
2.A解析：噬菌体在大肠杆菌内寄生，侵染时只是注入了DNA，而蛋白质没有进入。DNA进入后一方面进行复制，一方面利用宿主的氨基酸来合成自身蛋白质，最后组装释放。但由于DNA分子复制为半保留复制所以在最后的子代噬菌体中会有少数个体的DNA带有32P。
3.B解析：子代噬菌体中DNA包括亲代的DNA和后来利用细菌的成分合成的DNA，蛋白质外壳全部是后来合成的。蛋白质外壳中不含32P。
4.C解析：两实验的共同点是把DNA和蛋白质分开，分别研究其各自的效应，遵循单一变量原则，所以C对；A项中，重组DNA片段，在赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中没有体现；B项中，没有诱发DNA突变；D项中，艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验没有用同位素示踪技术。
5.B解析：豌豆的遗传物质是DNA，而不能说主要是DNA。酵母菌是真核生物，其遗传物质为DNA，DNA主要存在于染色体上。T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含S元素。HIV的遗传物质是RNA，水解产生的是4种核糖核苷酸。