第一章 遗传的物质基础
第一节 遗传物质的发现
学习目标 1.总结人类对遗传物质的探索过程。 2.掌握肺炎双球菌转化实验的过程及结论。(重难点) 掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。(重难点)
一、肺炎双球菌的转化实验
1．遗传物质在染色体上
(1)萨顿对蝗虫精子发生的研究
①发现现象：
a．染色体是各具独特形态的实体。
b．体细胞中染色体成对存在，一条来自父方，一条来自母方。
c．在细胞减数分裂时，配对的两条染色体相互分开，独立进入配子。
d．非同源染色体进入配子时自由组合。
②发现问题：在减数分裂时，染色体的行为与遗传因子的行为具有完全平行的现象。
③提出假设：遗传因子位于染色体上。
(2)摩尔根通过果蝇杂交实验，得出特定的基因位于特定染色体的特定位置上的结论，因此，染色体就是遗传物质的载体。
2．肺炎双球菌的特点
种类
项目
S型细菌
R型细菌
菌落
表面光滑
表面粗糙
菌体
毒性
有毒性
无毒性
3.体内转化实验——格里菲思的实验
(1)原理：S型细菌可使小鼠患败血症死亡。
(2)实验过程及现象：
(3)结论：加热杀死的S型细菌中含有某种物质使R型活细菌转化为S型活细菌。
4．体外转化实验——艾弗里的实验
(1)设计思路：将提纯的S型细菌的DNA、蛋白质和其他物质分别加入R型细菌的培养基中，单独观察它们各自的功能。
(2)实验过程及现象：
(3)结论：只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，即DNA是具有转化作用的遗传物质，而蛋白质和其他物质不是遗传物质。
二、噬菌体侵染细菌实验
1．噬菌体组成
2．同位素标记
3．实验过程
4．实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。
三、烟草花叶病毒感染烟草的实验
1．RNA是遗传物质的证据
(1)烟草花叶病毒的基本成分为蛋白质和RNA，无DNA。
(2)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
2．DNA是主要的遗传物质
绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA。
1．判断对错
(1)有荚膜的S型肺炎双球菌有毒，无荚膜的R型肺炎双球菌无毒，所以荚膜有毒。 ( )
(2)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。
( )
(3)艾弗里实验中S型菌的DNA加入R型菌的培养基上，最后生存的细菌都是S型菌。 ( )
(4)T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，P存在于DNA中，S几乎全部存在于蛋白质中。 ( )
(5)烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质都是RNA。 ( )
[答案](1)× 分析：S型细菌会引起人或小鼠患病，荚膜与细菌致病性有关，但本身无毒。
(2)× 分析：格里菲思没有证明DNA是遗传物质，只证明了加热杀死的S型菌中含有某种转化因子。
(3)× 分析：艾弗里实验中S型菌的DNA＋R型菌的培养基上生存的细菌不都是S型菌，大多数仍为R型菌。
(4)√
(5)× 分析：烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而不能说明所有病毒的遗传物质都是RNA，有些病毒的遗传物质是DNA。
2．在肺炎双球菌的转化实验中，R型细菌转化成S型细菌的转化因子是( )
A．荚膜 B．蛋白质
C．R型细菌的RNA D．S型细菌的DNA
D [荚膜、蛋白质、R型细菌的RNA都不能将R型细菌转化为S型细菌，A、B、C错误；S型细菌的DNA能将R型细菌转化为S型细菌，D正确。]
3．在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述中，正确的是( )
A．氨基酸原料和酶来自细菌
B．氨基酸原料来自噬菌体
C．氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体
D．氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌
A [噬菌体属于病毒，没有细胞结构，在侵染细菌的过程中，噬菌体在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的核糖体、酶和氨基酸原料等合成自身的组成成分，大量增殖。]
肺炎双球菌的转化实验
[思考交流]
1．是否所有生物的遗传物质都以染色体为载体？真核细胞的遗传物质都在染色体上吗？
提示：不是。原核生物及病毒无染色体，其遗传物质不以染色体为载体，真核细胞的遗传物质并非都在染色体上，如线粒体、叶绿体中也有遗传物质DNA。
2．根据格里菲思的实验，使R型细菌转化成S型细菌的“遗传物质”可能是什么？为此艾弗里设计了怎样的实验？
提示：可能是DNA或蛋白质。将分离提纯的DNA、蛋白质分别与R型细菌混合培养，单独观察它们各自的效应。
3．艾弗里实验中设置加DNA水解酶这组实验目的是什么？
提示：艾弗里实验中设置DNA＋DNA酶这一组实验的目的：(1)对照说明只加DNA组的结论，(2)说明DNA的水解产物不能实现转化。
1．肺炎双球菌体外转化实验中的相互对照
相互对照时每组实验均既是实验组又是对照组，每个实验组除要探究的因素各不相同外，其他条件均相同，最终结论必须由几组实验结果对比得出。
2．体内转化实验和体外转化实验的比较
体内转化实验
体外转化实验
实验者
格里菲思
艾弗里等
培养细菌
用小鼠(体内)
用培养基(体外)
实验原则
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌各成分作用的相互对照
实验结果
加热杀死的S型细菌能使R型细菌→S型细菌
S型细菌的DNA使R型细菌→S型细菌
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
3.肺炎双球菌转化的实质和影响因素
(1)在加热杀死的S型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为DNA也变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
(2)在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。原因是转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。
艾弗里及其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知，下列叙述正确的是( )
实验
组号
接种
菌型
加入S型细菌的提取
物质
培养基长菌
情况
①
R
蛋白质
R型
②
R
荚膜多糖
R型
③
R
DNA
R型、S型
④
R
DNA(经DNA酶处理)
R型
A．①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型细菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
C [第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与R型细菌转化为S型细菌无关，A、B项错误；第③组实验说明DNA与R型细菌转化为S型细菌有关，第④组实验说明DNA被水解后不能使R型细菌转化为S型细菌，C项正确；①～④组实验只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质，D项错误。]
1．某研究人员模拟肺炎双球菌的转化实验，进行了以下4个实验：
①S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠
②R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠
③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠
④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是( )
A．存活、存活、存活、死亡
B．存活、死亡、存活、死亡
C．死亡、死亡、存活、存活
D．存活、死亡、存活、存活
D [①加入DNA酶，可将S型细菌的DNA水解，使之完全失去活性，再加入R型细菌，不会转化为S型细菌，故小鼠存活；②虽加入了DNA酶，但还加入了S型细菌，故小鼠死亡；③由于高温使R型细菌死亡，加入S型细菌的DNA后，不会有S型细菌出现，故小鼠能存活；④中的S型细菌在高温下被杀死，加入R型细菌的DNA，小鼠存活。]
2．格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌转化实验证实了( )
①DNA是遗传物质 ②RNA是遗传物质 ③DNA是主要遗传物质 ④蛋白质不是遗传物质 ⑤糖类不是遗传物质 ⑥DNA能产生可遗传的变异
A．①④⑤⑥ B．②④⑤⑥
C．②③⑤⑥ D．③④⑤⑥
A [格里菲思和艾弗里实验能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要遗传物质和RNA是遗传物质。]
噬菌体侵染细菌实验
[思考交流]
1．能否使用14C和18O标记噬菌体？为什么？
提示：不能，因为噬菌体的DNA和蛋白质中都含有C和O元素。
2．请分别写出噬菌体外壳及其核酸的组成单位的结构简式，并注明32P、35S的标记部位。
提示：噬菌体侵染细菌实验中32P和35S的存在部位，如下图所示。
3．能否分别用含放射性同位素35S和32P的培养基来培养噬菌体？为什么？
提示：不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活。普通培养基缺少细胞类生物，病毒无法生存。
1．噬菌体的增殖
(1)模板：噬菌体DNA。
(2)合成DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
(3)合成蛋白质的原料及场所：大肠杆菌的氨基酸、大肠杆菌的核糖体。
2．实验思路及方法
S是蛋白质特有的元素，P是DNA特有的元素，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接、单独地去观察它们的作用。
3．侵染特点及过程
(1)进入细菌体内的是噬菌体的DNA，噬菌体蛋白质留在外面不起作用。
(2)噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成子代DNA→组装子代噬菌体→释放子代噬菌体
4．实验过程
(1)标记噬菌体
(2)侵染细菌
(3)结论：在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，即DNA是遗传物质。
5．实验误差分析
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因：
①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
6．噬菌体侵染细菌实验与肺炎双球菌的体外转化实验的比较
肺炎双球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
不同点
方法
不同
直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养
同位素标记：分别用32P和35S标记DNA和蛋白质
结论
不同
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质(因蛋白质没有进入细菌体内)
相同点
①均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用；
②都遵循了对照原则；
③都能证明DNA是遗传物质，但都不能证明DNA是主要的遗传物质
某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，进行了如下实验：
①用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌；
②用未标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌；
③用3H标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。
一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是( )
A．沉淀物、上清液、沉淀物和上清液
B．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
C．沉淀物、上清液、沉淀物
D．上清液、上清液、沉淀物和上清液
B [①32P标记的是噬菌体的DNA，用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌时，只有DNA进入大肠杆菌，并随着大肠杆菌离心到沉淀物中，故放射性存在的主要部位是沉淀物；②用未标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌时，噬菌体的DNA和大肠杆菌均离心到沉淀物中，故放射性存在的主要部位是沉淀物；③3H标记的是噬菌体的DNA和蛋白质外壳，蛋白质外壳离心到上清液中，而噬菌体的DNA和大肠杆菌离心到沉淀物中，故放射性存在的主要部位是沉淀物和上清液。]
1．在证明DNA是遗传物质的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，正确的技术手段是( )
A．用化学方法把DNA和蛋白质分开
B．用32P和35S分别标记T2噬菌体和大肠杆菌
C．用32P和35S同时标记T2噬菌体
D．用标记过的大肠杆菌去培养T2噬菌体
D [分别用32P和35S培养大肠杆菌，再用正常的噬菌体去侵染被标记的大肠杆菌，最后用分别标记的噬菌体再侵染正常的大肠杆菌，观察是噬菌体的DNA还是蛋白质注入细菌细胞内后能产生子代噬菌体。]
2．为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“噬菌体侵染大肠杆菌”的实验(T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。下图中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述正确的是( )
A．图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32P标记的无机盐
B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组
C．噬菌体的遗传不遵循基因分离规律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离规律
D．若本组实验B(上清液)中出现放射性，则不能证明DNA是遗传物质
B [题图所示锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明DNA是遗传物质，还应设计一组用35 S标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离规律；若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间过长，细菌裂解导致的。]
烟草花叶病毒感染烟草的实验
[思考交流]
1．烟草花叶病毒合成蛋白质的场所是什么？其进行RNA和蛋白质合成的原料由谁提供？
提示：烟草细胞的核糖体。由烟草细胞为之提供合成核酸和蛋白质的原料。
2．所有生物的遗传物质都是DNA，对吗？为什么？
提示：不对。细胞生物的遗传物质是DNA，大多数病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA。
1．烟草花叶病毒重建实验
(1)过程：
(2)构建的重组病毒，其遗传性状与提供RNA的病毒性状完全一致，与提供蛋白质的病毒性状不同，说明RNA是遗传物质。
(3)结论：只有RNA而没有DNA的病毒中，RNA是遗传物质。
2．根据烟草花叶病毒感染烟草的实验，获得实验结论
实验
过程
与实
验结
果
①烟草花叶病毒正常烟草产生花叶病(对照组)
②烟草花叶病毒的RNA正常烟草产生花叶病(实验组)
③烟草花叶病毒的蛋白质正常烟草不产生花叶病(实验组)
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
3.生物遗传物质的判断方法
(1)方法：
①细胞内既有DNA，又有RNA，只有DNA是遗传物质，分布在细胞核和细胞质中。
②病毒只能含有一种核酸，DNA或RNA。大多数病毒含DNA。
③一切生物的遗传物质是核酸(DNA或RNA)。
(2)不同生物的遗传物质如下表：
生物类型
病毒
原核生物
真核生物
体内核酸种类
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
体内碱基种类
4种
5种
5种
体内核苷酸种类
4种
8种
8种
遗传物质
DNA或RNA
DNA
DNA
实例
噬菌体(DNA)或烟草花叶病毒(RNA)
乳酸菌、蓝藻
酵母菌、玉米、小麦、人
1．烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者的病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是( )
A．a过程表示用TMV的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的外壳和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
D [a过程中烟叶没有出现病斑，表示TMV的蛋白质外壳没有侵染作用；b过程中烟叶出现病斑，表示HRV的RNA有侵染作用；c、d过程表示用TMV的外壳和HRV的RNA合成的“杂种病毒”接种烟叶出现病斑，并能从中分离出HRV病毒，说明该“杂种病毒”有侵染作用；该实验证明只有HRV的RNA是遗传物质，不能证明TMV的RNA不是遗传物质。]
2．下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是( )
A．肺炎双球菌的遗传物质主要是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．烟草花叶病毒的遗传物质水解可产生4种脱氧核苷酸
B [A项中肺炎双球菌的遗传物质是DNA；B项中酵母菌为真核生物，其遗传物质DNA主要分布在染色体上，细胞质中也有；C项中T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含S元素；D项中烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，水解后产生的是4种核糖核苷酸。]
1．在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是( )
①孟德尔的豌豆杂交试验 ②摩尔根的果蝇杂交试验 ③肺炎双球菌转化实验 ④T2噬菌体侵染细菌实验 ⑤烟草花叶病毒感染和重建实验
A．①② B．②③
C．③④ D．④⑤
C [孟德尔豌豆杂交试验揭示了基因分离规律；摩尔根果蝇杂交试验证明了基因在X染色体上；肺炎双球菌转化实验及噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质；烟草花叶病毒感染和重建实验证明了RNA是遗传物质。]
2．下面是模仿艾弗里的实验内容，有关叙述不正确的是( )
A．R型细菌无荚膜，无毒性
B．R型细菌与S型细菌都有核糖体
C．添加多糖、脂质、蛋白质、RNA等试管的组别具有对照作用
D．DNA酶的作用是催化DNA复制
D [肺炎双球菌为原核生物，有核糖体。R型细菌无荚膜，无毒性。添加多糖、脂质、蛋白质、RNA等试管的组别作为对照，说明以上物质不是遗传物质，只有DNA是遗传物质。DNA酶的作用是水解DNA。]
3．(2019·浙江选考)为研究R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：
下列叙述正确的是( )
A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性
B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质
C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA
D．该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA
C [甲组中培养一段时间后可发现有极少的R型菌转化成了S型菌，因此甲组培养皿中不仅有S型菌落，也有R型菌落，A错误；乙组S型菌提取物中加入了蛋白酶，故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰，推测转化物质可能是DNA，B错误；丙组S型菌提取物中加入了DNA酶，DNA被水解后R型菌便不再发生转化，故可推测是DNA参与了R型菌的转化，C正确；该实验只能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA，无法证明DNA是主要遗传物质，D错误。]
4．2011年初，顽固的禽流感在日本开始出现。经研究：人感染高致病性禽流感是由甲型流感病毒H5N1亚型引起的，传染源主要为感染H5N1病毒的禽类或H5N1病毒污染的环境。某研究小组为探究H5N1病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验，请你完成相关内容。
(1)实验原理：_________________________________________
__________________________________________________。
(2)材料用具：H5N1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。
(3)实验步骤：
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干，随机均分成四组，编号分别为A、B、C、D。
②按如表所示配制注射溶液，然后分别注射入小白鼠体内。
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。
(4)结果预测及结论：
①A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是H5N1病毒的遗传物质；
②__________________________________________________，
说明________________________________________________。
(5)实验分析：
①________组和________组对照，能说明DNA是否是其遗传物质。
②B组和C组对照，能说明___________________。
③C组和D组在实验对比时起到________作用。
[解析] 本题是一个实验探究题，解答时要认真阅读试题，从题干信息中准确提取实验原理，分清实验组和对照组。从(4)(5)小题中可以确定表格中的空格处所填内容，A组和B组、C组和D组是不能互换的。A组和B组是两个实验组，C组和D组是两个对照组。
[答案](1)酶具有专一性 (3)②A.H5N1病毒核酸提取物 RNA酶 B．H5N1病毒核酸提取物 DNA酶 C．H5N1病毒核酸提取物 D．生理盐水
(4)②B、C组发病，A、D组未发病 RNA是H5N1病毒的遗传物质 (5)①A C ②RNA是否是其遗传物质 ③对照
课件70张PPT。第三单元 遗传与变异的分子基础第一章 遗传的物质基础
第一节 遗传物质的发现非同源染色体独特形态成对父方母方减数分裂染色体遗传因子染色体果蝇杂交特定染色体特定位置光滑 S型细菌 含有某种物质 转化为S型活细菌 R型细菌DNA蛋白质DNA DNA DNA DNA DNA RNA 蛋白质 蛋白质 RNA DNA RNA 肺炎双球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌实验 烟草花叶病毒感染烟草的实验点击右图进入…Thank you for watching !
