2024届人教版高考生物一轮复习DNA是主要的遗传物质学案

第六单元|基因的本质和表达

第 1 讲　DNA是主要的遗传物质

1．DNA是由许多核糖核苷酸聚合而成的生物大分子，核糖核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和核糖。(×)

2．S型细菌有多糖类的荚膜，菌落表面粗糙，有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。(×)

3．艾弗里提出DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。(√)

4．赫尔希和蔡斯分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养T2噬菌体。(×)

5．赫尔希和蔡斯实验表明DNA是主要的遗传物质。(×)

6．在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。(√)

系统学习(一)　肺炎链球菌的转化实验(固基点)

　　　　　　主干知识·记准理清

(一)肺炎链球菌的类型

(二)格里菲思的体内转化实验

(三)艾弗里的体外转化实验

1．实验过程及结果

2．结论

DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

3．减法原理

在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素称为“减法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

　　　　　　题点考法·练全练通

考法(一)　考查格里菲思的体内转化实验

1．为研究促使R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，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．该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA

解析：选C　DNA能够耐受较高的温度，加热冷却后DNA的活性能够恢复，甲组培养皿中应该有R型和S型两种菌落，A错误；乙组中S型细菌提取物中的蛋白质被蛋白酶催化水解，所以转化物质不是蛋白质，B错误；丙组培养皿中只有R型菌落，更能进一步确定转化物质是DNA，C正确；该实验能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，D错误。

2．某科研人员为了验证格里菲思的肺炎链球菌转化实验，对实验小鼠进行了4次注射实验，如图所示。

下列相关叙述正确的是(　 )

A．活菌甲是有荚膜的R型细菌，而活菌乙是无荚膜的S型细菌

B．由注射②和④的结果可知，活的或死的S型细菌都能使小鼠死亡

C．在死亡的小鼠2的体内应有活菌甲和活菌乙，后者最初由活菌甲转化而来

D．死菌乙未导致小鼠3死亡，由此说明小鼠体内未发生特异性免疫

解析：选C　肺炎链球菌的R型细菌没有荚膜、无毒性，S型细菌有荚膜、有毒性。实验结果显示：将活菌甲注射到小鼠1体内，小鼠1不死亡，而将活菌乙注射到小鼠4体内，小鼠4死亡，说明活菌甲是无荚膜的R型细菌，活菌乙是有荚膜的S型细菌，A错误；注射②将活菌甲与死菌乙混合后注射到小鼠2体内后小鼠2死亡，注射④将从死亡的小鼠2体内分离出的活菌乙注射到小鼠4体内后小鼠4死亡，说明死菌乙的体内有“转化因子”，促使活菌甲转化为活菌乙，进而导致实验小鼠死亡，B错误；死菌乙对实验小鼠而言属于抗原，进入实验小鼠体内会引起特异性免疫，D错误。

(1)转化的实质是基因重组而非基因突变。

肺炎链球菌转化实验中S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。

(2)S型细菌死亡的实质。

加热使蛋白质变性，表现为细菌生命活动的终止；加热时可以破坏DNA双链间的氢键，使DNA的双螺旋结构被破坏，在温度降低后可恢复原结构，保持其作为遗传物质的功能。　　

考法(二)　考查艾弗里的体外转化实验

3．科学家利用R型和S型肺炎链球菌进行了下图所示的实验，试管中添加R型菌、S型菌提取物及细菌培养液。下列叙述正确的是(　 )

A．E组试管中可观察到光滑型菌落，其余各组试管中只能观察到粗糙型菌落

B．应该用研磨方法杀死S型菌，不能用加热方法，否则实验结果将发生改变

C．实验结果证明DNA能进入R型菌体内，而蛋白质等无法进入R型菌体内

D．若要使实验结果更加有效、可靠，可以采取提高各物质的分离纯度等措施

解析：选D　A、B、C、D、E试管均加入S型菌的细胞提取物，只有E试管中的DNA是转化因子，试管中会出现R型菌和S型菌，F试管中DNA被DNA酶水解，不能将R型细菌转化为S型菌。菌落的特征在固体培养基上才能观察到，A错误；该实验不能破坏S型菌的化学成分，因此不能用研磨法，应该用分离提纯技术，B错误；实验结果证明DNA能将R型菌转化为S型菌，而蛋白质等不能将R型菌转化为S型菌，但是不能证明S型菌的各种成分是否能进入R型菌，C错误。

4．对S型菌株分别进行如下处理：①利用脱氧核糖核酸酶降解DNA成分；②利用核糖核酸酶降解RNA成分；③利用蛋白酶降解蛋白质组分。然后分别与R型菌株混合培养，检测R型菌株转化为S型菌株的能力。结果发现，RNA和蛋白质发生降解后菌株的转化能力不受影响，而脱氧核糖核酸酶处理后的S型菌株几乎完全丧失了转化R型菌株的能力。下列说法错误的是(　 )

A．该实验自变量是对S型菌株分别进行的①②③处理

B．该实验中R型菌株转化为S型菌株的原理是基因重组

C．该实验证明DNA是不同肺炎链球菌之间传递的转化因素

D．加热致死的S型菌株转化R型菌株的情况与①相同

解析：选D　R型和S型肺炎链球菌的区别是前者没有荚膜，菌落表面粗糙，后者有荚膜，菌落表面光滑。该实验自变量是对S型菌株进行的①②③处理，因变量是转化为R型菌株的能力，A正确；脱氧核糖核酸酶处理后的S型菌株，几乎完全丧失了转化R型菌株的能力，说明DNA是不同肺炎链球菌之间的转化因素，C正确；加热致死的S型菌株转化R型菌株的情况与②③相同，D错误。

[归纳拓展]　肺炎链球菌体内和体外转化实验的比较

系统学习(二)　噬菌体侵染细菌实验(释疑点)

　　　　　　基础知识·全面掌握

1．实验材料

T2噬菌体和大肠杆菌。

(1)噬菌体的结构及生活方式。

(2)噬菌体的增殖。

2．实验方法

同位素标记法。该实验中用35S、32P分别标记蛋白质和DNA(不能用3H、14C和18O)。

3．实验过程及结果

(1)标记噬菌体：T2噬菌体属于病毒，专门寄生在大肠杆菌体内，不能直接用培养基培养。若要标记T2噬菌体，需先标记大肠杆菌。

(2)噬菌体侵染细菌：对比实验(相互对照)

4．实验结论

DNA是噬菌体的遗传物质。

————————————■链教材资料·发展科学思维■————————————

1．(必修2 P46“思考·讨论”)艾弗里与赫尔希等人以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？

提示：①个体小；②结构简单；③繁殖快。

2．(必修2 P47“拓展应用”T2)结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。

提示：①具有相对的稳定性；②能够精确地自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性；③能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育；④在特定条件下产生可遗传的变异。

　　　　　　重难盲点·讲练疏通

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分析噬菌体侵染细菌的实验

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1．明辨噬菌体侵染细菌实验的3个易错点

2.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”

(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌。

(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌。

[典例1]　(2022·海南高考)某团队从如表①～④实验组中选择两组，模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，验证DNA是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是(　 )

A.①和④  B．②和③   C．②和④  D．④和③

[解析]　T2噬菌体侵染大肠杆菌时仅将DNA注入大肠杆菌，蛋白质外壳仍留在细胞外，沉淀物为含有T2噬菌体DNA的大肠杆菌。32P标记DNA、35S标记新合成的子代T2噬菌体的外壳，故②组的放射性物质主要分布在沉淀物中；3H既可标记DNA又可标记蛋白质外壳，所以③组的上清液和沉淀物中均有放射性物质；35S标记噬菌体外壳，因此④组的放射性物质主要分布在上清液中；15N为稳定同位素，①组中检测不到放射性。故第一、二组实验分别是②和④，C正确。

[答案]　C

[对点练习]

1．(2022·沧州模拟)如果用3H、15N、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌(无放射性)，下列分析正确的是(　 )

A．只有噬菌体的蛋白质被标记了，DNA没有被标记

B．子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S

C．子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N

D．子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、15N、35S

解析：选C　DNA分子中含有H、N元素，所以用3H、15N、35S标记噬菌体后，噬菌体的蛋白质和DNA都被标记了，A错误；由于子代噬菌体蛋白质外壳是以无放射性的细菌中的物质为原料合成的，所以子代噬菌体的外壳中没有放射性，B错误；由于3H、15N标记了噬菌体DNA分子，DNA复制方式是半保留复制，所以子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N，C正确；子代噬菌体的DNA分子中不含有S元素，D错误。

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肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较

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[典例2]　下列关于肺炎链球菌体外转化实验以及噬菌体侵染细菌实验的分析，错误的是(　 )

A．R型活菌与S型菌的DNA混合培养，培养皿中出现R型菌落和S型菌落

B．噬菌体侵染细菌的实验，在新形成的噬菌体中检测到32P，证明噬菌体的DNA是遗传物质

C．在噬菌体侵染细菌的实验中，离心的目的是使病毒的DNA和蛋白质分离

D．肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同而实验技术不同

[解析]　R型活菌与S型菌的DNA混合培养，部分R型菌转化为S型菌，培养皿中出现R型菌落和S型菌落，A正确；噬菌体侵染细菌的实验，在新形成的子代噬菌体中检测到放射性32P，证明噬菌体的DNA是遗传物质，B正确；噬菌体侵染细菌的实验中，搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌表面的噬菌体外壳与大肠杆菌分离，C错误；肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同：均是设法将DNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用。二者实验技术不同：肺炎链球菌体外转化实验采用了物质提纯的技术，而噬菌体侵染细菌实验采用了放射性同位素标记技术和离心技术，D正确。

[答案]　C

[对点练习]

2．图甲是将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化；图乙是噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列有关叙述错误的是(　 )

A．图甲中，AB对应时间段内，小鼠体内还没有形成大量抗R型细菌的抗体

B．图甲中，后期出现的大量S型细菌是由R型细菌转化并增殖而来的

C．图乙中，沉淀物中新形成的子代噬菌体完全没有放射性

D．图乙中，若用32P标记亲代噬菌体，裂解后子代噬菌体中大部分具有放射性

解析：选D　小鼠产生抗体需要经过体液免疫过程，要一定的时间，所以甲图中AB时间段内，小鼠体内还没形成大量抗R型细菌的抗体，导致R型细菌数目增多，A正确；由于是将杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内，所以甲图中最初的S型细菌是由R型细菌转化来的，但之后产生的S型细菌有的是由转化形成的S型细菌增殖而来，B正确；乙图中噬菌体被标记的成分是蛋白质，蛋白质不能进入细菌，所以新形成的子代噬菌体完全没有放射性，C正确；由于DNA分子的半保留复制，所以用32P标记亲代噬菌体，裂解后子代噬菌体中少部分具有放射性，D错误。

系统学习(三)　烟草花叶病毒感染实验及遗传物质(固基点)

　　　　　　主干知识·记准理清

(一)烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验

1．实验过程及现象

2．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。

(二)DNA是主要的遗传物质

绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。

　　　　　　题点考法·练全练通

1．如图为烟草花叶病毒的感染和病毒重建实验部分示意图，下列相关叙述正确的是(　 )

A．图中的两种烟草花叶病毒具有相同的RNA和蛋白质

B．图中重组病毒子代的感染实验，证明了该病毒的遗传物质是核糖核苷酸

C．单用病毒的RNA就能在烟草中产生多个遗传信息相同的子代病毒

D．图中B型烟草花叶病毒子代的组成是RNA B和蛋白质A

解析：选C　图中的两种烟草花叶病毒(TMV A、TMV B)具有不同的RNA和蛋白质，A错误；图中重组病毒子代的感染实验，证明了该病毒的遗传物质是核糖核酸，而核糖核苷酸是RNA的基本单位，B错误；RNA是遗传物质，图中B型烟草花叶病毒子代的组成是RNA B和蛋白质B，D错误。

2．(2022·蚌埠联考)某科研机构发现了一种新型病毒，并对该病毒的遗传物质做了进一步研究。请思考并回答下列相关问题：

(1)据研究人员介绍，该病毒的遗传物质比HIV的遗传物质更加稳定。据此可初步推测，该病毒的遗传物质是________，理由是_____________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)通过化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究，分析其五碳糖或碱基种类均可作出判断，如果________________________________，则为DNA；如果______________________________，则为RNA。

(3)也可以用同位素标记技术研究其遗传物质种类，将宿主细胞置于含有放射性标记核苷酸的培养基中培养，再用病毒感染该宿主细胞，一段时间后搜集病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸是否都需要标记？________，理由是_______________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)HIV的遗传物质是RNA，易发生变异，而题中病毒的遗传物质比HIV的遗传物质稳定，说明其遗传物质是DNA，DNA具有独特的双螺旋结构，不易发生变异。(2)两种核酸中，DNA特有的成分是脱氧核糖和胸腺嘧啶，RNA特有的成分是核糖和尿嘧啶。(3)如果对各种核苷酸都进行标记，则该病毒的核酸无论是DNA还是RNA，在病毒中均能检测到放射性，因此培养基中的核苷酸不需要都标记。

答案：(1)DNA　DNA是双链而RNA是单链，DNA的结构相比RNA更稳定，不易发生变异　(2)五碳糖是脱氧核糖或含碱基T　五碳糖是核糖或含碱基U　(3)不需要　如果对各种核苷酸都进行标记，则该病毒的核酸无论是DNA还是RNA，在病毒中均能检测到放射性

[归纳拓展]　“遗传物质”探索的4种方法

[课时验收评价]

1．下列有关遗传物质探索实验的说法，错误的是(　 )

A．格里菲思的实验建立在艾弗里实验基础之上，证实了“转化因子”的存在

B．艾弗里的实验创造性地引入了DNA酶，说明开阔的思路与严谨的思维是成功的必要条件

C．赫尔希和蔡斯根据病毒的组成及独特的增殖方式完成了遗传物质的实验证明，充分体现了实验选材的重要性

D．证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，是对遗传物质内涵的补充，体现了理论的发展和创新

解析：选A　艾弗里的实验建立在格里菲思实验基础之上，证实了“转化因子”的存在，A错误。

2．(2022·湖南高考)T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生(　 )

A．新的噬菌体DNA合成

B．新的噬菌体蛋白质外壳合成

C．噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA

D．合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合

解析：选C　T2噬菌体侵染大肠杆菌后，其DNA会在大肠杆菌体内复制，合成新的噬菌体DNA，A正确；T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，只有DNA进入大肠杆菌，T2噬菌体会用自身的DNA和大肠杆菌的氨基酸等来合成新的噬菌体蛋白质外壳，B正确；噬菌体在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录出RNA，C错误；合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合，合成蛋白质，D正确。

3.如图所示，烟草花叶病毒(TMV)与车前草病毒(HRV)的结构如A、B。侵染作物叶片症状如C、D。下列相关叙述错误的是(　 )

A．用E去侵染F时，F的患病症状与D相同

B．F上的病毒蛋白质在F细胞的中心体中合成

C．E病毒子代的各项特性都由HRV的RNA决定

D．本实验证明了RNA是某些病毒的遗传物质

解析：选B　图中E是由烟草花叶病毒(TMV)的蛋白质外壳和车前草病毒(HRV)的RNA重组形成的重组病毒，E的遗传物质来自HRV，子代的各项特征都由其RNA决定，故用E去侵染叶片F时，F的患病症状与D相同，A、C正确；F上的病毒蛋白质在F细胞的核糖体中合成，B错误。

4．(2022·浙江1月选考)S型肺炎链球菌的某种“转化因子”可使R型菌转化为S型菌。研究“转化因子”化学本质的部分实验流程如图所示。下列叙述正确的是(　 )

A．步骤①中，酶处理时间不宜过长，以免底物完全水解

B．步骤②中，甲或乙的加入量不影响实验结果

C．步骤④中，固体培养基比液体培养基更有利于细菌转化

D．步骤⑤中，通过涂布分离后观察菌落或鉴定细胞形态得到实验结果

解析：选D　相应酶处理就需要保证相应的底物完全水解，A错误；实验需要遵循单一变量原则，所以甲、乙加的量要一致，B错误；液体培养基能使营养物质和细菌充分接触，加快物质交换的速度，更有利于细菌转化，C错误；S型菌菌落光滑，R型菌菌落粗糙，通过观察菌落或鉴定细胞形态可以确定R型菌是否被转化为S型菌，D正确。

5．为了探索一种新发现病毒的遗传物质是DNA还是RNA，在已知碱基不会相互转化的情况下，采用同位素标记的方法进行研究。下列有关说法中正确的是(　 )

A．将病毒分别培养在含有放射性标记胸腺嘧啶或尿嘧啶的培养基中，获得被特定碱基标记的病毒

B．将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶或尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，获得被特定碱基标记的病毒

C．培养一段时间后收集病毒并检测其放射性，若子代病毒含有胸腺嘧啶，不含尿嘧啶，则该病毒的遗传物质是RNA，反之则为DNA

D．用同位素标记的化合物，物理性质和化学性质不会改变，所以可用来标记化学反应中原子的去向

解析：选B　病毒没有细胞结构，不能独立生存，只有寄生在活细胞中利用宿主细胞的原料合成核酸和蛋白质才能增殖，因此将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶或尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，可获得被特定碱基标记的病毒，B正确，A错误；培养一段时间后收集病毒并检测其放射性，若子代病毒含有胸腺嘧啶，不含尿嘧啶，则该病毒的遗传物质是DNA，反之则是RNA，C错误；用同位素标记的化合物的化学性质不会改变，但物理性质发生改变，D错误。