苏教版 (2019)必修2《遗传与进化》第二章 遗传的分子基础第一节 DNA是主要的遗传物质DNA是多数生物的遗传物质教学设计及反思

这是一份苏教版 (2019)必修2《遗传与进化》第二章 遗传的分子基础第一节 DNA是主要的遗传物质DNA是多数生物的遗传物质教学设计及反思，共13页。教案主要包含了DNA是多数生物的遗传物质，RNA是某些病毒的遗传物质等内容，欢迎下载使用。


一、DNA是多数生物的遗传物质
1．肺炎链球菌
(1)肺炎链球菌(又称为肺炎双球菌)是一种细菌(图2－1－1)，它结构简单、繁殖速度快，是生物学研究常用的实验材料。
(2)肺炎链球菌多数不致病，部分有致病力的菌株在菌体外一般具有由多糖构成的荚膜。致病菌株可引起人患肺炎，鼠患败血症。
(3)1928年，格里菲斯发现，肺炎链球菌有多种类型，其中R型活细菌的菌体外无荚膜，在培养基上培养形成的菌落表面粗糙；S型活细菌的菌体外有荚膜，在培养基上培养形成的菌落表面光滑。S型活细菌是有毒性的肺炎链球菌，能使被感染的小鼠患败血症。
2．格里菲斯的肺炎链球菌实验
(1)实验过程及现象
(2)实验分析
格里菲斯的实验表明，被注射S型活细菌的小鼠因患败血症而死亡，被注射R型活细菌的小鼠能正常生活。
3．格里菲斯的肺炎链球菌转化实验
(1)实验过程及现象
(2)实验结果
加热后的S型死细菌不能使小鼠死亡；而把加热后的S型死细菌和R型活细菌混合后，将混合液注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
(3)实验分析
这些结果表明，不是荚膜而是S型活细菌导致了小鼠死亡，说明有部分R型活细菌转化为S型活细菌，而转化后的S型活细菌的后代也是有致病性的。
(4)推论
格里菲斯认为被加热杀死的S型细菌中可能含有某种转化因子，使R型细菌转化为S型细菌，而且这种转化是可以遗传的。
4.艾弗里的肺炎链球菌转化实验
(1)方法：化学分析法。
(2)实验过程及现象
(3)实验分析
艾弗里的实验表明，RNA和蛋白质降解后与降解前，R型细菌转化为S型细菌的能力没有发生变化，而DNA降解后与降解前，R型细菌转化为S型细菌的能力发生了变化。
(4)实验结论
在构成S型活细菌的DNA、RNA和蛋白质中，只有DNA能使R型细菌转化为S型细菌。
(5)实验质疑
有人提出质疑，认为艾弗里等人提纯的DNA中含有极少量的蛋白质，因此实验不能说明DNA一定就是遗传物质。
5．噬菌体侵染细菌的实验
(1)科学家：赫尔希和蔡斯
(2)噬菌体
①生物类型：噬菌体是一类细菌病毒，它们专门攻击细菌。
②T2噬菌体的结构
③T2噬菌体的繁殖
a．阶段划分：吸附、侵入、增殖、成熟和裂解等。
b．具体过程：T2噬菌体侵染大肠杆菌时，蛋白质外壳留在大肠杆菌体外，注入大肠杆菌体内的是DNA，在噬菌体DNA的作用下，大肠杆菌体内的物质被利用起来合成噬菌体的DNA和蛋白质等，接着已合成的DNA和蛋白质分子以一定方式结合，组装成完整的子代噬菌体。当子代噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出子代噬菌体。
(3)T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验
①实验过程
a．用放射性同位素35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA。
b．再用分别标记的噬菌体侵染大肠杆菌
②结果分析
在噬菌体DNA的指导下，新组装并释放出来的子代噬菌体与侵染大肠杆菌的噬菌体完全相同。
③实验结论：DNA才是真正的遗传物质。
二、RNA是某些病毒的遗传物质
1．烟草花叶病毒(简称TMV)
(1)组成：由一个圆筒状的蛋白质外壳和RNA分子组成。
(2)TMV感染烟草的实验
有科学家把TMV放在水和苯酚中震荡，使病毒的RNA和蛋白质分离，然后用RNA和蛋白质分别去感染正常的烟草，结果发现只有被RNA感染的烟草叶片才发病。
(3)TMV与车前草病毒(HRV)的病毒重建实验
①用重组病毒感染正常的烟草和车前草，结果发现含有TMV、RNA的重组病毒使烟草叶片发病，重组病毒的后代仍为TMV；
②含有HRV、RNA的重组病毒使车前草叶片发病，重组病毒的后代仍为HRV。
(4)实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．其他RNA病毒
流感病毒、脊髓灰质炎病毒、脑炎病毒、新城鸡瘟病毒等都只含有RNA，RNA是它们的遗传物质。
3．DNA是主要的遗传物质
(1)生物类型与遗传物质的种类(连线)
(2)由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以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．格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。( )
3．艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入R型菌的培养基上，最后生存的细菌绝大多数是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．× 提示：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．× 提示：格里菲斯没有证明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．× 提示：艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入R型菌的培养基上，最后生存的细菌不都是S型菌，大多数仍为R型菌。
4．√
5．× 提示：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。
肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌两个转化实验的比较
(1)区别
(2)联系
①体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是前者的延伸。
②实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。
2．对S型细菌和R型细菌转化的理解
(1)转化原理：加热致死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
(2)转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。
(3)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌，说明S型细菌的DNA是遗传物质。
合作探究：1．格里菲斯和艾弗里等人的实验，均以肺炎链球菌为实验材料，使人们对遗传物质的认识有了巨大的进步。
(1)肺炎链球菌与小鼠细胞相比较，二者最根本的区别是什么？
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(2)肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是自身的核糖体还是小鼠细胞的核糖体？
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提示：(1)肺炎链球菌无以核膜为界限的细胞核。
(2)肺炎链球菌自身的核糖体。
2．艾弗里等人在S型细菌的提取物中，分别加入蛋白酶、RNA酶和DNA酶，利用了酶的什么特点？分别起到什么作用？
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提示：利用了酶的专一性。分别将蛋白质、RNA和DNA进行水解。
1．(多选)在肺炎链球菌感染小鼠的实验中，下列实验结果正确的是( )
A．注射R型活细菌后，小鼠不死亡
B．注射S型活细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌
C．注射R型活细菌及加热处理的S型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型活细菌
D．注射S型细菌及热处理的R型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌
ABD [注射R型活细菌及加热处理的S型细菌，S型细菌的DNA使无毒的R型细菌转化为有毒的S型活细菌，使小鼠死亡，从小鼠体内既能分离出S型细菌，又能分离出R型细菌。]
2．肺炎链球菌为遗传物质的探索做出了重要贡献。下列关于肺炎链球菌转化实验的说法，正确的是 ( )
A．格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质
B．艾弗里实验中S型细菌提取物＋蛋白酶＋R型细菌一起培养，培养基上生存的细菌都是S型细菌
C．艾弗里等人设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质，与R型细菌混合培养，出现S型细菌，充分说明DNA是遗传物质
D．已加热致死的S型细菌中，蛋白质已经失去活性而DNA仍具有活性
D [格里菲斯实验并未证明DNA是遗传物质，A错误；艾弗里实验中，S型细菌提取物＋蛋白酶＋R型细菌，培养基上生存的既有S型细菌也有R型细菌，B错误；设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质，并不能彻底去除其中的蛋白质、脂质等，不能充分说明DNA是遗传物质，C错误；已加热致死的S型细菌中，高温可使蛋白质失去活性，DNA可以使R型细菌发生转化，说明仍具有活性，D项正确。]
区分清格里菲斯实验和艾弗里实验
(1)格里菲斯实验利用小鼠进行的体内转化实验，通过观察小鼠是否存活，提出了“转化因子”的假设。
(2)艾弗里则通过体外转化实验，通过观察培养基中群落类型推出转化因子很可能是DNA，并且最终证明DNA就是转化因子。
噬菌体侵染细菌的实验
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．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。
3．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。
4．噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“离心搅拌”
(1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。
(2)“离心搅拌”要充分——如果离心搅拌不充分，35S组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样造成沉淀物中放射性偏高。
5．T2噬菌体侵染细菌实验和艾弗里的实验的比较
1．能否直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？
提示：不能。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。
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链球菌中复制和增殖
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，不能侵染肺炎链球菌，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，以大肠杆菌的脱氧核苷酸为原料，合成子代噬菌体的DNA，而脱氧核苷酸中含有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。]
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。
[课堂小结]
1．(多选)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
BD [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．格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验中，注射后能使实验小鼠死亡的是( )
A．R型肺炎链球菌
B．加热致死的S型肺炎链球菌
C．加热致死的S型肺炎链球菌与R型细菌的DNA混合
D．加热致死的S型肺炎链球菌与R型细菌混合
D [R型活细菌没有荚膜，没有毒，所以注射后不能使实验小鼠死亡，A错误；将杀死的有毒S型细菌注射到小鼠体内，没有活性的S型细菌不会引起小鼠死亡，B错误；加热致死的S型肺炎链球菌与R型细菌的DNA混合，没有活菌，不能发生转化，小鼠不死亡，C错误；加热致死的S型细菌，其DNA有活性，S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌，因而会引起小鼠死亡，D正确。]
3．肺炎链球菌离体转化实验的部分过程如图所示。
其中设置乙组对照实验的目的是证明( )
A．DNA是转化因子
B．脱氧核苷酸不是转化因子
C．DNA酶不是转化因子
D．经DNA酶处理后的R型细菌不能转化
A [分析两组实验可知，S型细菌的DNA可使R型细菌完成转化，而将DNA经DNA酶水解后，不能再完成转化过程，从而进一步证明DNA是转化因子。综上所述，A正确，B、C、D错误。]
4．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。]
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链球菌转化实验中，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链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)实验证明了肺炎链球菌的“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)肺炎链球菌的“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
课标内容要求
核心素养对接
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。
1．生命观念：认同DNA是主要的遗传物质。
2．科学思维：通过分析与综合，理解转化实验和侵染实验的实验方法和实验原理。
3．科学探究：尝试设计实验，探索生物的遗传物质。
体内转化实验
体外转化实验
科学家
格里菲斯
艾弗里及其同事
细菌培养
小鼠体内
体外培养基
实验构思
用加热致死的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
在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化
观察指标
小鼠是否死亡
培养基中菌落类型
实验结论
加热致死的S型细菌体内有转化因子
转化因子很可能是DNA
比较项目
T2噬菌体侵染细菌实验
艾弗里的实验
处理方法
放射性同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素
用酶解法专一性地去除S型细菌中的某种物质，与R型细菌混合培养
检测结果的方式
检测放射性位置
观察菌落类型
结论
DNA是噬菌体的遗传物质
转化因子可能是DNA
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1．S型肺炎链球菌有荚膜，有毒；R型肺炎链球菌无荚膜，无毒。
2.在肺炎链球菌转化实验中，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.肺炎链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，所以DNA是主要的遗传物质。