人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质教案

第1节　DNA是主要的遗传物质

[学习目标]　1.了解人类对遗传物质的早期猜想。2.分析肺炎链球菌转化实验的过程及结论。3.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。4.说明DNA是主要的遗传物质的原因。

知识点一　肺炎链球菌的转化实验

一、对遗传物质的早期推测

20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。

二、肺炎链球菌的转化实验

1．肺炎链球菌类型

易漏边角

2．格里菲思的实验——体内转化实验

(1)实验过程及现象

　　肺炎链球菌是原核生物还是真核生物？

提示：肺炎链球菌是细菌，属于原核生物。

　　格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型活细菌与加热致死的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？

提示：不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量多。

(2)结论：加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。

3．艾弗里的实验——体外转化实验

(1)自变量：不同处理的细胞提取物

因变量：培养基中活细菌的种类

(2)实验过程及现象

①预处理：将加热致死的S型细菌破碎，去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。

②

③分析细胞提取物的理化特性，发现这些特性与DNA的极为相似。

(3)结论

DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

三、自变量控制的原理

1．加法原理

与常态比较，人为增加某种影响因素。如“比较H2O2在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了加法原理。

2．减法原理

与常态相比，人为去除某种影响因素。如“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了减法原理。

　　肺炎链球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质，而艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。

　　细胞提取物＋DNA水解酶＋R型活菌培养基中只有R型细菌生长，该实验是从另一个角度进一步证明DNA是遗传物质，而不是为了证明DNA的水解产物——脱氧核苷酸不是遗传物质，尽管此实验可以证明该问题，但这不是该实验的实验目的。

[例1]　格里菲思用肺炎链球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，关于实验的结论错误的是(　　)

A．说明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA

B．说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌

C．说明了R型活细菌不具有致病性，S型活细菌具有致病性

D．说明了加热致死的S型细菌不具有致病性

解题分析　格里菲思的肺炎链球菌转化实验能够证明加热致死的S型细菌内存在促进R型细菌转化为S型细菌的转化因子，不能证明DNA是遗传物质，A错误，B正确；将R型细菌单独注射到小鼠体内，小鼠存活，证明其没有致病性，将S型细菌单独注射到小鼠体内，小鼠死亡，说明S型细菌有致病性，C正确；将加热致死的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠能够存活，证明加热致死的S型细菌不具有致病性，D正确。

答案　A

[例2]　艾弗里和其同事用R型和S型肺炎链球菌进行实验，结果如下表。从表中内容可知(　　)

A．②培养皿中只出现R型菌

B．该实验控制自变量采用了“加法原理”，因为不同组中加入了不同的酶

C．该实验说明S型菌的DNA很可能是转化因子

D．①～⑤说明DNA是主要的遗传物质

解题分析　实验的自变量是经不同处理的S型细菌细胞提取物，因变量是培养皿的活细菌种类。①②、①③、①④、①⑤两两对比，说明转化因子很可能是DNA，C正确；①～⑤说明DNA可能是遗传物质，但不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误；该实验控制自变量采用了“减法原理”，B错误。

答案　C

题后归纳  

1.格里菲思实验只能说明S型细菌体内含有某种转化因子，不能证明DNA是遗传物质。

2.R型细菌转化成S型细菌的原因是S型细菌的DNA进入了R型细菌体内，与R型细菌的DNA发生了重组。

3．体内转化实验中使小鼠致死的是具有致病性的S型细菌，不是S型细菌的DNA。

4．转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化。

知识点二　噬菌体侵染细菌的实验

1．实验者：赫尔希和蔡斯。

2．实验材料：T2噬菌体。

(1)结构与成分

(2)生活方式：专门寄生在大肠杆菌体内。

(3)增殖方式：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖，当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放大量的噬菌体。

3．实验方法：放射性同位素标记法。

4．实验过程及现象

(1)标记T2噬菌体

(2)标记的T2噬菌体侵染未被标记的细菌，检测上清液和沉淀物的放射性

①搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。

　　本实验采用的是放射性同位素标记法，为什么用32P和35S进行标记？

提示：S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于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，可以单独地观察它们各自的作用。

　　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，只有在大肠杆菌体内才能进行增殖，所以应先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体。

　　用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因是什么？

提示：(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，部分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中。

②离心的目的：让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。

③根据放射性结果说明：DNA进入了大肠杆菌，蛋白质外壳留在外面。

(3)检测新形成的噬菌体的放射性

进一步观察，细菌裂解释放出的子代噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。这一结果说明亲子代之间具有连续性的物质是DNA。

5．实验结论

子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质。

　　用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因是什么？

提示：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。

[例1]　“噬菌体侵染细菌的实验”是研究遗传物质的经典实验，主要过程如下：①标记噬菌体→②噬菌体与细菌混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述正确的是(　　)

A．①需要利用分别含有35S和32P的细菌

B．②中少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败

C．③的作用是加速细菌的解体

D．④的结果是沉淀物中检测到放射性

解题分析　标记噬菌体需要用含35S或32P的细菌培养噬菌体，A正确；少量噬菌体未侵入细菌，但大多数噬菌体仍侵入，不影响实验结果，B错误；搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌，C错误；以35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，上清液中含有较高的放射性，以32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中，沉淀物中含有较高的放射性，D错误。

答案　A

[例2]　某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，进行了以下3个实验：①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌，短时间保温后离心，检测到以上3个实验中放射性的主要位置依次是(　　)

A．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液

B．沉淀物、上清液、沉淀物

C．上清液、上清液、沉淀物和上清液

D．沉淀物、沉淀物、沉淀物

解题分析　在该实验中，沉淀物的主要成分是被侵染的细菌，上清液的主要成分为噬菌体外壳。①③都直接对细菌进行了标记，放射性主要出现在沉淀物中；②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，放射性也主要出现在沉淀物中。

答案　D

[例3]　如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素为(　　)

A．可在外壳中找到3H、15N和35S

B．可在DNA中找到3H、15N和32P

C．可在外壳中找到15N、35S

D．可在DNA中找到15N、32P、35S

解题分析　噬菌体是由DNA和蛋白质组成的，DNA中含有C、H、O、N、P，而蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素。用3H、15N、32P、35S共同标记噬菌体，其DNA中含有3H、15N、32P，蛋白质中含有3H、15N、35S。在噬菌体侵染细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面，没有进入细菌内，只有DNA进入细菌内，所以在子代噬菌体的组成成分中能够找到的放射性元素为3H、15N、32P。

答案　B

技法提升 

 “二看法”判断子代噬菌体标记情况

知识点三　DNA是主要的遗传物质

1．RNA是遗传物质的依据

(1)实验材料

①烟草花叶病毒：组成为RNA和蛋白质。

②烟草

(2)侵染过程

(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

2．不同生物体内核酸的种类及遗传物质的区别

3．结论：绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。

　　细胞核中的遗传物质是DNA，细胞质中的遗传物质是RNA，这种说法正确吗？

提示：不正确，有细胞结构的生物，其遗传物质均是DNA，不是RNA。

　　　对于某一生物能不能说它的遗传物质主要是DNA，例如人、噬菌体、酵母菌等生物？DNA是主要的遗传物质如何理解？

提示：不能。某种生物的遗传物质只能说是DNA(例如人、噬菌体、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数是RNA。

[例1]　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，结果说明具有侵染作用

C．c、d两过程表示用TMV的外壳和HRV的RNA组合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为烟叶感染HRV的症状，并能从中分离出HRV

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

解题分析　由于该实验中并没有用烟草花叶病毒的RNA侵染烟叶，因此无法证明烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质。

答案　D

[例2]　关于遗传物质的叙述，正确的是(　　)

①噬菌体侵染细菌实验，证明DNA是主要遗传物质　②大肠杆菌的遗传物质是RNA　③核酸是一切生物的遗传物质　④病毒的遗传物质是DNA和RNA　⑤杨树的遗传物质是DNA

A．①②④   B．③⑤

C．③④⑤   D．①③⑤

解题分析　噬菌体侵染细菌实验，不能证明DNA是主要的遗传物质，只能证明DNA是噬菌体的遗传物质，①错误；核酸包括了DNA和RNA，核酸是一切生物的遗传物质，③正确；病毒的遗传物质是DNA或RNA，而有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，如大肠杆菌和杨树等，②、④错误，⑤正确。

答案　B

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遗传物质。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．对DNA的结构没有清晰的了解

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合可以贮存大量遗传信息

答案　C

解析　由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故推测不同的氨基酸排列顺序可能贮存大量的遗传信息，不同生物体内的蛋白质结构存在差异，故推测蛋白质是遗传物质，A、D正确；当时对生物大分子DNA的结构没有清晰的了解，而且与蛋白质相比，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，B正确，C错误。

2．肺炎链球菌的转化实验中，发生转化的细菌和含转化因子的细菌分别是(　　)

A．R型细菌和S型细菌   B．R型细菌和R型细菌

C．S型细菌和R型细菌   D．S型细菌和S型细菌

答案　A

解析　格里菲思体内转化实验证明S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化为S型细菌，因此发生转化的细菌是R型细菌，含转化因子的细菌是S型细菌。

3．在肺炎链球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入经蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处理的S型细菌细胞提取物，经过培养，检查结果发现试管内有S型细菌的是(　　)

A．3和4   B．1、3和4

C．1、2和3   D．2和3

答案　C

解析　根据艾弗里体外转化实验的结果可知，1、2、3试管中含有S型细菌。

4．关于T2噬菌体的叙述，正确的是(　　)

A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中都含S元素

B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中

C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质

D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖

答案　D

解析　T2噬菌体的遗传物质是DNA不是RNA，C错误；DNA中不含S元素，A错误；T2噬菌体不能寄生在酵母菌中，B错误。

5．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括六个步骤：

①噬菌体侵染细菌　②用35S或32P标记噬菌体　③上清液和沉淀物的放射性检测　④离心分离　⑤子代噬菌体的放射性检测

最合理的实验步骤顺序为(　　)

A．①②④③⑤   B．②①③④⑤

C．②①④③⑤   D．②①④⑤③

答案　C

解析　该实验首先要用32P和35S分别标记T2噬菌体，然后用标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，保温培养一段时间后，充分搅拌，离心分离，然后对上清液和沉淀物的放射性进行检测，最后进一步对子代噬菌体进行放射性检测，以此来判断DNA和蛋白质在亲子代之间的传递情况。

6．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．H1N1流感病毒的遗传物质为DNA

答案　B

解析　豌豆的遗传物质是DNA，A错误；酵母菌属于真核生物，其遗传物质主要分布在染色体上，B正确；T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含有硫元素，C错误；H1N1流感病毒遗传物质是RNA，D错误。