3.1DNA是主要的遗传物质（知识清单）(六大必备知识梳理+六大易错易混辨析+五大常考拓展知识)生物人教版2019必修2

DNA是主要的遗传物质知识清单
六大必备知识梳理+六大易错易混辨析+五大常考拓展知识
一、基础知识
1. 对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，人们认为蛋白质是遗传物质，因为蛋白质结构复杂、种类多；蛋白质是多种氨基酸连接而成的生物大分子；氨基酸按不同顺序排列形成不同蛋白质。氨基酸多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息。
而DNA被认为结构简单（四核苷酸单位重复排列）。直到20世纪40年代，科学家通过实验逐步证明DNA是遗传物质。
2. 肺炎链球菌的转化实验
2.1格里菲斯（1928）—— 体内转化实验
(1)实验材料：肺炎链球菌。:R型（粗糙，无毒，无荚膜）、S型（光滑，有毒，有荚膜）肺炎链球菌。
(2)过程：
活R型细菌注射小鼠 → 小鼠存活
活S型细菌注射小鼠 → 小鼠死亡（分离出S型细菌）
加热杀死的S型细菌注射小鼠 → 小鼠存活
活R型细菌 + 加热杀死的S型细菌混合注射 → 小鼠死亡（分离出S型）
(3)结论：加热杀死的S型中含有某种“转化因子”，能将R型转化为S型，且该性状可遗传。
2.2艾弗里及其同事（1944）—— 体外转化实验
(1)实验材料: 肺炎链球菌
(2)实验设计思路: 将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
(3)实验过程及现象
组别 S型细菌细胞提取物的处理方法 R型活细菌的培养基 实验结果
第1组 S型细菌细胞提取物 不作处理 加人有R型活细菌的培养基中 培养基生长出S型细菌和R型细菌
第2组 蛋白酶 培养基生长出S型细菌和R型细菌
第3组 RNA酶 培养基生长出S型细菌和R型细菌
第4组 脂酶 培养基生长出S型细菌和R型细菌
第5组 DNA酶 培养基只生长出R型细菌
(4)关键结果：只有DNA组能实现R型→S型转化；DNA酶处理组（DNA被水解）失去转化能力。
(5)结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质（蛋白质等其他物质不是）。
注意:R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组
3. 噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯，1952）
(1)材料：T 噬菌体（DNA病毒，由蛋白质外壳和DNA核心组成）。
优点:
①专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
②头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。
③在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌。
④子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。
(2)方法：放射性同位素标记法（分别标记DNA和蛋白质）：
标记DNA：用32P（噬菌体DNA中含P，蛋白质不含P）。
标记蛋白质：用35S（噬菌体蛋白质中含S，DNA不含S）。
(3)过程：标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 → 短时间保温 → 搅拌→ 离心→ 检测放射性。
(4)实验现象分析:
①35S标记噬菌体组上清液放射性很高原因:T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌
②35S标记噬菌体组沉淀物放射性很低的原因:搅拌不充分 有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
③32P标记噬菌体组沉淀物放射性很高:T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。
④32P标记噬菌体组上清液放射性很低的原因:
培养(保温)时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌。
培养(保温)时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
(5)结果：32P标记组放射性主要分布在沉淀物（细菌内），35S标记组放射性主要分布在上清液（噬菌体外壳）。
(6)结论：
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。
因此，DNA才是噬菌体的遗传物质。
4. RNA也是遗传物质的证据——烟草花叶病毒实验
烟草花叶病毒（TMV）为RNA病毒。
(1)实验思路: 将TMV的蛋白质和RNA分离，分别感染烟草：RNA能侵染并产生完整病毒，蛋白质不能。
(2)说明：RNA是TMV的遗传物质，即某些病毒中RNA是遗传物质。
5. “DNA是主要的遗传物质”的内涵
绝大多数生物（细胞生物和DNA病毒）的遗传物质是DNA。
部分病毒（如TMV、HIV、流感病毒）的遗传物质是RNA。
因此，DNA是主要的遗传物质。
6.DNA 是主要的遗传物质:三个实验的对比
肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵 染细菌实验
实验者 格里菲思 艾弗里及其同事 赫尔希和蔡斯
思路 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的功能。
分离方式 酶解法: 分别加入到R型菌中 放射性同位素标记法： 分别标记DNA和蛋白质
结论 加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”。 证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是。 证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
二、易错易混知识
易混概念/情境 辨析与正确理解
格里菲斯实验能否证明DNA是遗传物质？ 不能。格里菲斯实验仅证明了“转化因子”的存在，但没有证明转化因子是DNA；艾弗里实验才证明DNA是遗传物质。
艾弗里实验中DNA酶处理组的对照意义 DNA酶处理组排除了DNA的转化作用，进一步从反面证明只有DNA才能实现转化，体现了对照原则（减法原理）。
噬菌体侵染实验中搅拌离心的目的 搅拌使吸附在细菌表面的噬菌体外壳与细菌分离；离心让上清液（含噬菌体颗粒、外壳）与沉淀（含细菌及其内部物质）分层，便于分别检测放射性。
用14C和3H标记可行吗？ 14C和3H可标记有机物，但DNA和蛋白质都含C、H，无法区分，因此必须用特异性标记（32P只标记DNA，35S只标记蛋白质）。
噬菌体侵染实验能否证明蛋白质不是遗传物质？ 能。因为35S标记的蛋白质外壳未进入细菌，子代噬菌体不含放射性，证明蛋白质不能传递遗传信息，不是遗传物质。
“DNA是主要的遗传物质”是否适用于所有生物？ 不适用于具体生物。对具体某种生物而言，遗传物质是确定的（DNA或RNA之一）。该结论是针对整个生物界而言的。
特别提醒：① 肺炎链球菌转化实验中，转化的效率很低，并非所有R型都被转化。② 噬菌体实验只能证明DNA是遗传物质，不能证明DNA是主要的遗传物质（还需要结合RNA病毒实验）。
三、拓展知识
(1)转化因子的本质——DNA：艾弗里实验后多年仍有质疑（认为蛋白质微量污染），但后来的分子生物学技术（如限制酶、重组DNA）完全证实了DNA的遗传功能。
(2)噬菌体实验的进一步证据：赫尔希和蔡斯之后，人们用密度梯度离心等方法证明了DNA的半保留复制，进一步巩固DNA的遗传物质地位。
(3)朊病毒——颠覆性例外：朊病毒（如疯牛病致病因子）仅由蛋白质构成，没有核酸，但能自我复制（诱导正常蛋白构象改变），是遗传物质概念的边界案例。
(4)RNA世界的假说：在生命起源早期，RNA可能既充当遗传物质又起催化作用（核酶），DNA作为更稳定的遗传物质后来演化出现。
DNA作为遗传物质的优越性：DNA双链结构稳定，修复机制完善，突变率相对低，更适合作为长期遗传信息的载体。
(5)基因工程与DNA证据：将外源DNA导入细胞并表达，直接证明了DNA携带遗传信息，是现代生物学的重要基石。