第1节 DNA是主要的遗传物质
学 习 目 标
核 心 素 养
1．掌握肺炎双球菌体内和体外转化实验的过程和结论。(重、难点)
2.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。(重、难点)
3.理解DNA是主要遗传物质的结论。
1．体验探究生物遗传物质的实验思路。
2.分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论。
3.查阅相关资料，深入理解“烟草花叶病毒的感染实验”。
4.感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。
一、对遗传物质的早期推测
二、肺炎双球菌转化实验
1．肺炎双球菌的类型
2．肺炎双球菌转化实验的两个阶段
(1)格里菲思的体内转化实验
(2)艾弗里的体外转化实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
1．噬菌体的结构与代谢
2．实验方法：放射性同位素标记法。
3．实验过程
4．实验结果及结论
亲代噬菌体
寄主细胞内
子代噬菌体
实验结论
32P标记DNA
有
有
DNA是遗传物质
35S标记蛋白质
无
无
四、DNA是主要的遗传物质
1．RNA是遗传物质的实验证据
(1)烟草花叶病毒的组成
(2)侵染实验
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．DNA是主要的遗传物质
(1)连线生物类型与遗传物质的种类
(2)因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此DNA是 主要的遗传物质。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．高温处理过的S型细菌的蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应。 ( )
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。 ( )
提示：1．× 蛋白质高温变性的原因是空间结构遭到破坏，肽键依然存在，而双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应的实质是与肽键反应。
2．× 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．× 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．× 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。
肺炎双球菌的转化实验
[问题探究]
1．格里菲思的肺炎双球菌转化实验中，R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中是否只分离出S型活细菌？
2．R型菌转化为S型菌的实质是什么？
提示：1．不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量较多。
2．转化的实质是基因重组。
[归纳总结]
1．肺炎双球菌体内与体外转化实验的比较
项目
体内转化实验
体外转化实验
实验者
格里菲思
艾弗里及其同事
细菌培养
在小鼠体内
体外培养基
实验原则
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌各成分的作用对照
实验结果
加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
S型细菌的DNA能使R型细菌转化为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
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
将物质提纯分离后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用
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)转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去，说明S型细菌的DNA是遗传物质。
1．在肺炎双球菌感染小鼠的实验中，下列实验结果不正确的是( )
A．注射R型菌后，小鼠不死亡
B．注射S型菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型菌
C．注射R型菌及热处理的S型菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型菌
D．注射S型菌及热处理的R型菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型菌
C [注射R型菌及热处理的S型菌，S型菌的DNA使无毒的R型菌转化为有毒的S型菌，使小鼠死亡，从小鼠体内既能分离出S型菌，又能分离出R型菌。]
2．“肺炎双球菌的转化实验”证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质，得出这一结论的关键是( )
A．用S型活菌和加热杀死后的S型菌分别对小白鼠进行注射，并形成对照
B．用杀死的S型菌与无毒的R型菌混合后注射到小鼠体内，小鼠死亡
C．从死亡小鼠体内分离获得了S型菌
D．将S型菌的各种物质分离并分别加入各培养基中，培养R型菌，观察是否发生转化
D [A项只能说明活的S型细菌有毒性，能使小鼠死亡，A错误；B项小鼠死亡的原因不清楚，B错误；C项说明小鼠死亡是由有毒性的S型菌造成的，C错误；将S型菌可能的各种因子分离并分别加入R型菌培养基中，只有加入S型细菌DNA的培养基中出现了S型菌落，这说明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质，D正确。]
噬菌体侵染细菌的实验
[问题探究]
1．为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？
提示：因为噬菌体营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。
2．如果用 15N、32P、35S同时标记噬菌体后让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的放射性元素及其存在的部位分别在哪里？
提示：15N、32P，DNA。
[归纳总结]
1．实验思路
S是蛋白质特有的元素，P几乎都存在于噬菌体DNA分子中，用放射性同位素 32P和 35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，直接地、单独地观察它们各自的作用。
2．噬菌体侵染细菌的过程
3．实验分析
35S标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，32P标记的DNA进入了宿主细胞内。
4．实验结论
(1)直接证明：DNA是噬菌体的遗传物质。
(2)间接证明：①DNA能够自我复制，使生物体前后代保持一定的连续性，维持遗传性状的稳定性；
②DNA能控制蛋白质的生物合成，从而控制生物体的新陈代谢和性状。
(3)不能证明：①DNA是主要的遗传物质；②蛋白质不是遗传物质。
5．噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
(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子代释放出来，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的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
1．在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是( )
A．T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖
B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质
C．培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D．人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型相同
C [T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎双球菌，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质，B错误；T2噬菌体侵染大肠杆菌时，其DNA进入大肠杆菌，以大肠杆菌的核苷酸为原料，合成子代噬菌体的DNA，而核苷酸中含有P，则培养基中的32 P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人体免疫缺陷病毒为RNA病毒，T2噬菌体为DNA病毒，二者所含核酸类型不同，D错误。]
2．某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析正确的是( )
A．理论上，b和c中不应具有放射性
B．实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关
C．实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关
D．该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
A [35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，32P标记的是T2噬菌体的DNA，所以离心后，理论上，b和c中不应具有放射性，A正确；35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，T2噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，经搅拌后与细菌分开，所以若b中含有放射性，说明搅拌不充分，B错误；实验中c含有放射性与④过程中培养时间过长或过短有关，C错误；该实验只证明了DNA是遗传物质，没有证明蛋白质不是遗传物质，D错误。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1．S型肺炎双球菌有荚膜，有毒；R型肺炎双球菌无荚膜，无毒。
2．在肺炎双球菌转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型活细菌转化为S型细菌，即转化因子是DNA。
3．T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S存在于蛋白质中，P几乎全部存在于DNA中。
4．肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了DNA是遗传物质。
5．烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
6．由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此说DNA是主要的遗传物质。
1．下列有关遗传物质的叙述，正确的是( )
A．DNA是所有生物的遗传物质
B．酵母菌的遗传物质主要是DNA
C．艾滋病病毒的遗传物质是DNA或RNA
D．病毒的遗传物质是DNA或RNA
D [具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，不具有细胞结构的病毒的遗传物质是DNA或RNA，一种生物体内的核酸可能有两种，但遗传物质只有一种。]
2．下列关于肺炎双球菌体外转化实验的叙述，错误的是( )
A．需对S型细菌中的物质进行分离、提纯和鉴定
B．R型细菌转化为S型细菌后，其性状是可以遗传的
C．S型细菌的DNA使部分R型细菌转化为S型细菌
D．该实验的思路是将DNA和蛋白质分开，单独观察DNA的作用
D [肺炎双球菌体外转化实验的设计思路是将DNA、蛋白质及多糖等物质分开，单独观察它们的作用。]
3．噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是( )
A．在噬菌体DNA的指导下，用细菌的物质合成的
B．在细菌DNA的指导下，用细菌的物质合成的
C．在噬菌体DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的
D．在细菌DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的
A [噬菌体侵染细菌时只将自己的DNA注入细菌中，其蛋白质外壳留在细菌外，而在细菌中合成出子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，子代噬菌体的蛋白质外壳是在噬菌体DNA的指导下，利用细菌的物质合成的。]
4．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 [在该实验中，沉淀物的主要成分是细菌，上清液的主要成分为噬菌体外壳。①用32P只能标记噬菌体的DNA，在该实验中，噬菌体的DNA会进入细菌体内，放射性主要出现在沉淀物中；②直接标记细菌，放射性主要出现在沉淀物中；③用3H可以标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，在该实验中，噬菌体的蛋白质外壳不会进入细菌体内，而DNA进入细菌体内，故放射性会出现在上清液和沉淀物中。]
5．下列是关于DNA是遗传物质的相关实验，请回答下列相关问题：
(1)过程①和②表明，将S型细菌的________和________与R型活细菌混合培养，其后代为________型细菌。
(2)过程③表明，将S型细菌的________与R型活细菌混合培养，________型细菌转化成________型细菌。
(3)过程④表明，转化成的________型细菌的后代也是有________性的________型细菌。
(4)实验最关键的设计思路是_____________________________
_____________________________________________________。
(5)通过上述实验________(填“能”或“不能”)证明DNA是主要的遗传物质。
[解析] (1)过程①和②表明，将S型细菌的多糖和蛋白质与R型活细菌混合培养，其后代都为R型细菌，没有发生转化现象。(2)过程③表明，将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，其后代有R型细菌和S型细菌，说明有部分R型细菌转化为S型细菌。(3)过程④表明，由R型细菌转化成的S型细菌的后代也是有毒性的S型细菌。(4)实验最关键的设计思路是把具有荚膜的S型细菌的DNA和蛋白质等成分分开，单独地观察它们在细菌转化过程中的作用。(5)上述实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，但不能得出DNA是主要的遗传物质。
[答案] (1)多糖 蛋白质 R (2)DNA 部分R S (3)S 毒 S (4)把具有荚膜的S型细菌的DNA和蛋白质等成分分开，单独地观察它们在细菌转化过程中的作用 (5)不能
教材课后习题 (教师用书独具)
一、基础题
1．(1)× (2)× 2.C 3.D
二、拓展题
1．提示：噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌细胞内的是DNA，而蛋白质外壳却留在大肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌中的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
2．提示：肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：能够准确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的能力，结构比较稳定等。
课件57张PPT。第3章 基因的本质第1节 DNA是主要的遗传物质放射性同位素标记法
有有无无DNARNA 蛋白质 不感染病毒 感染病毒 RNA 主要 肺炎双球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(九)
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．在肺炎双球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，结果发现试管内仍然有R型细菌的是( )
A．3和4 B．1、3和4
C．2、3和4 D．1、2、3和4
D [2、3、4三支试管内只有R型细菌，因为没有S型细菌的DNA，所以三支试管中的R型细菌都不会发生转化。1号试管因为有S型细菌的DNA，所以会使部分R型细菌发生转化，故试管内仍然有R型细菌存在。]
2．如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的标记元素为( )
A．在外壳中找到15N和35S
B．在DNA中找到15N和32P
C．在外壳中找到15N和32P
D．在DNA中找到15N、32P和35S
B [DNA中含P，蛋白质中含S，而N是DNA和蛋白质共有的元素，因此32P只标记DNA，35S只标记蛋白质，而15N同时标记DNA和蛋白质。噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌内，利用细菌的脱氧核苷酸和氨基酸合成子代噬菌体的DNA和蛋白质，故在子代噬菌体中能找到被15N和32P标记的DNA，不能找到被35S和15N标记的蛋白质。]
3．下列有关噬菌体侵染细菌实验的说法中，不正确的是( )
A．搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
B．该实验证明T2噬菌体的DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质
C．在该实验中T2噬菌体的DNA发生了复制
D．保温、搅拌和离心操作不当都会影响实验结果
B [搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，A项正确；该实验证明T2噬菌体的DNA是遗传物质，但没有证明蛋白质不是遗传物质，B项错误；在该实验中T2噬菌体在宿主细菌细胞中发生了增殖，T2噬菌体的DNA发生了复制，C项正确；保温时间过长，细菌会裂解，不充分搅拌和离心，T2噬菌体和细菌的分离不彻底，都会影响实验结果，D项正确。]
4．下列有关探究遗传物质的实验方法的叙述不正确的是( )
A．肺炎双球菌体外转化实验利用了直接分离法
B．噬菌体侵染细菌实验利用了同位素标记法
C．烟草花叶病毒感染烟草实验利用了同位素标记法
D．肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验均设法将DNA和蛋白质分开，单独观察它们的遗传特点
C [艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验设法将DNA和蛋白质、多糖等物质分开，单独、直接地观察它们的作用，利用了直接分离法；噬菌体侵染细菌实验利用了同位素标记法，分别标记DNA和蛋白质并单独观察它们的遗传特点，A、B、D项正确。烟草花叶病毒感染烟草实验利用了直接分离法，C项错误。]
5．结合遗传物质的相关实验，回答下列问题：
(1)艾弗里及其同事进行肺炎双球菌转化实验中，实验成功的最关键的设计思路是___________________________________________________________
____________________________________________________。
(2)上述实验证明了___________________________________。
(3)赫尔希和蔡斯实验包括4个步骤：
①噬菌体与大肠杆菌混合培养；②35S和32P分别标记噬菌体；③放射性检测；④离心分离。
该实验步骤的正确顺序是________(用数字表示)。
(4)用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现放射性物质存在于________(填“上清液”或“沉淀物”)中。
(5)在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，是否会导致实验出现误差？_______________________。
简述理由：_______________________________________
__________________________________________________。
[解析] (1)艾弗里及其同事进行肺炎双球菌转化实验最关键的设计思路是分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质；
(2)实验证明了肺炎双球菌的“转化因子”是DNA；
(3)赫尔希和蔡斯实验包括4个步骤，该实验步骤的正确顺序：②35S和32P分别标记噬菌体→①噬菌体与大肠杆菌混合培养→④离心分离→③放射性检测；
(4)用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，由于标记的是DNA，DNA进入细菌内，所以离心后，发现放射性物质存在于沉淀物中；
(5)在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，那么没有侵染到大肠杆菌细胞内的噬菌体，离心后分布于上清液中，使上清液中出现放射性，导致实验出现误差。
[答案] (1)分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质
(2)肺炎双球菌的“转化因子”是DNA
(3)②①④③
(4)沉淀物 (5)是 没有侵染到大肠杆菌内的噬菌体，离心后分布于上清液中，使上清液中出现放射性
[等级过关练]
6．在肺炎双球菌的转化实验中，将加热杀死的S型细菌与R型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，则此过程中小鼠体内S型细菌、R型细菌的含量变化情况最可能是( )
B [无毒性的R型细菌与加热杀死的S型细菌混合后，部分R型细菌转化为有毒性的S型细菌。S型细菌数量应该先增加后稳定；刚开始小鼠的免疫能力较强，注入的R型细菌被大量杀死，数量减少，随着S型细菌在小鼠体内的增殖，小鼠免疫力下降，R型细菌逐渐增加后稳定。]
7．阅读以下材料，回答有关问题。
从2009年3月底开始，墨西哥、美国等国接连爆发大规模甲型H1N1流感疫情，并迅速蔓延至北美地区以外的国家，全球拉响防疫警报。
某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现，常见的流感病毒都是RNA病毒，同时提出疑问：甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。下面是该兴趣小组为探究甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA设计的实验步骤，请将其补充完整。
(1)实验目的：________________________________________。
(2)材料用具：显微注射器，甲型H1N1流感病毒的核酸提取液，胚胎干细胞，DNA水解酶和RNA水解酶等。
(3)实验步骤
第一步：把甲型H1N1流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组，______________________________________________。
第二步：取等量的猪胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组猪胚胎干细胞中。
第三步：将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品，检测是否有甲型H1N1流感病毒产生。
(4)请预测结果及结论：
①__________________________________________________；
②__________________________________________________；
③若A、B、C三组均出现甲型H1N1流感病毒，则甲型H1N1流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
[解析] 病毒是由蛋白质外壳和核酸组成的，核酸是遗传物质，包括DNA和RNA两类。根据题目要求探究的问题及给予的材料、试剂分析可知，实验中分别利用DNA水解酶、RNA水解酶处理该病毒核酸提取液，然后再分别注射到猪胚胎干细胞中培养，由于酶具有专一性，可根据培养后是否检测到H1N1病毒来判断其核酸类型。
[答案] (1)探究甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA (3)分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液，C组不做处理 (4)①若A、C两组出现甲型H1N1流感病毒，B组没有出现，则甲型H1N1流感病毒的遗传物质是RNA ②若B、C两组出现甲型H1N1流感病毒，A组没有出现，则甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA
