生物第1节 DNA是主要的遗传物质学案及答案

这是一份生物第1节 DNA是主要的遗传物质学案及答案，共14页。学案主要包含了肺炎链球菌的转化实验，噬菌体侵染细菌的实验，生物的遗传物质等内容，欢迎下载使用。

1．初步形成遗传物质的结构与功能相统一的观点。
2．认同科学结论获得的最基本的方法是实证，提升科学思维能力。
3．说明DNA是主要的遗传物质的原因。
核心素养
1．分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论。(科学思维)
2．理解DNA是主要的遗传物质的结论。(科学思维)
3．感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。(社会责任)
一、肺炎链球菌的转化实验
基础知识·双基夯实
1．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，人们认识到组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到_DNA__的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为_蛋白质__是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．肺炎链球菌的类型
3．格里菲思的肺炎链球菌转化实验
4．艾弗里的肺炎链球菌转化实验
(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。
活|学|巧|练
1．肺炎链球菌的遗传遵循基因的分离定律和自由组合定律。( × )
2．格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验直接证明了DNA是“转化因子”。( × )
3．在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化。( √ )
4．肺炎链球菌转化成功的关键是R型活细菌＋S型细菌的DNA。( √ )
合|作|探|究
1．根据对格里菲思体内转化实验的理解，回答以下问题：
(1)格里菲思的体内转化实验有无设计对照实验？若有，则对照组和实验组分别是第几组？怎样设计的？
(2)将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，从死亡小鼠中只分离出了S型活细菌吗？
提示：(1)有。对照组是第一至第三组，分别向健康小鼠体内注射R型活细菌、S型活细菌、加热致死的S型细菌。第四组是实验组，向健康小鼠体内注射R型活细菌和加热致死的S型细菌的混合液。
(2)分离出的细菌既有S型活细菌，又有R型活细菌。
2．根据对艾弗里体外转化实验的理解，回答以下问题：
(1)艾弗里实验的单一变量是什么？将可能作为“转化因子”的各种物质，分别进行实验的设计意图是什么？
(2)第一组实验中，将细胞提取物加入有R型活细菌的培养基中，所有的R型细菌全部转化为了S型细菌吗？
(3)艾弗里等人在S型细菌的提取物中，分别加入蛋白酶、RNA酶和酯酶，利用了酶的什么特点？分别起到了什么作用？
(4)实验中设计了在S型细菌的细胞提取物与R型细菌中加入DNA酶混合培养，设计该组实验的目的是什么？
(5)R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
提示：(1)实验的单一变量是向R型细菌培养基中加入从S型细菌提取的不同物质。进行相互对照，可对实验结果进行对比分析，得出结论，同时可避免其他物质的干扰。
(2)没有，培养基中绝大多数是R型细菌，因转化效率很低，只有少数R型细菌转化为S型细菌。
(3)利用了酶的专一性。分别去除S型细菌提取物中的蛋白质、RNA和脂质。
(4)DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸，分解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，说明DNA必须保持完整性，才能行使其功能。同时证明了DNA是遗传物质。
(5)实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
归|纳|提|升
1．易错归纳
(1)肺炎链球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。
(2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
2．加热的作用原理
(1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。
(2)加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。
典例1 在肺炎链球菌感染小鼠的实验中，下列有关实验结果的叙述，错误的是( C )
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型细菌
D．注射S型活细菌及加热处理的R型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌
解析： 注射R型活细菌及加热处理的S型细菌，S型细菌的DNA使无致病性的R型细菌转化为有致病性的S型细菌，使小鼠死亡，从小鼠体内既能分离出活的S型细菌又能分离出活的R型细菌，C错误。
变式训练❶ 艾弗里及其同事用R型和S型肺炎链球菌进行了实验，如表所示。下列说法错误的是( D )
A．①～④均会出现S型活细菌
B．②③④⑤利用了酶的专一性
C．实验设计严格遵循了单一变量原则
D．通过本实验说明DNA是主要的遗传物质
解析： ①～④的S型细菌的细胞提取物中均含有DNA，与R型活细菌混合培养后会出现S型活细菌，A正确；本实验利用了酶的专一性，用不同的酶进行处理，严格遵循了单一变量原则，B、C正确；本实验只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误。
二、噬菌体侵染细菌的实验
基础知识·双基夯实
1．实验者：_赫尔希和蔡斯__。
2．实验方法：_放射性同位素标记__技术。
3．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌
(1)T2噬菌体的模式图
(2)T2噬菌体的增殖
①合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
②合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的4种脱氧核苷酸。
③合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸，场所：大肠杆菌的核糖体。
4．实验过程
(1)标记T2噬菌体
(2)侵染细菌
5．实验分析
(1)噬菌体侵染细菌时，_DNA__进入细菌的细胞中，而_蛋白质外壳__仍留在细胞外。
(2)子代噬菌体的各种性状是通过_亲代的DNA__遗传的。
6．实验结论：_DNA__才是噬菌体的遗传物质。
活|学|巧|练
1．赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，证明了DNA是噬菌体的遗传物质。( √ )
2．噬菌体须在活菌中增殖是因其缺乏独立的代谢系统。( √ )
3．噬菌体侵染细菌的实验获得成功的原因之一是T2噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。( √ )
4．噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是细菌的遗传物质。( × )
合|作|探|究
阅读教材P44～46噬菌体侵染细菌的实验，思考并回答以下问题：
1．实验中为什么用35S标记T2噬菌体的蛋白质，32P标记T2噬菌体的DNA？能否直接用含35S和32P的培养基培养噬菌体，为什么？
提示：T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S只存在于蛋白质中，而P几乎都存在于DNA分子中，所以用35S标记蛋白质，32P标记DNA，这样可将蛋白质和DNA分开，单独研究它们各自的作用。不能，因为T2噬菌体无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营寄生生活，其在普通培养基上无法生存。
2．大肠杆菌裂解释放出的噬菌体中不能检测到35S的蛋白质，那么蛋白质外壳来源于哪里？
提示：蛋白质外壳是以大肠杆菌的氨基酸为原料合成的。
3．在T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再搅拌、离心、检测放射性，如果保温时间较长对32P标记的噬菌体侵染细菌的结果有什么影响？
提示：如果保温时间较长，已被T2噬菌体侵染的大肠杆菌会裂解释放出子代噬菌体，导致上清液中也出现较高放射性。
4．实验中，搅拌的目的是什么，如果搅拌不充分，会影响哪组实验结果？
提示：实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体蛋白质外壳与细菌分离，如果搅拌不充分，35S标记的噬菌体的蛋白质外壳会附着在菌体上，与菌体一起到沉淀物中，从而导致沉淀物中有较强的放射性，会影响到35S标记的噬菌体的实验结果。
归|纳|提|升
1．噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“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)“搅拌”要充分——如果搅拌不充分，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，这样会造成沉淀物中放射性偏高。
2．噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题
(1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。
(2)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
(3)三次涉及大肠杆菌
3．使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
典例2 (2023·厦门高一月考)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，过程如图所示。下列有关分析正确的是( A )
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．该实验直接证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
解析： 35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，32P标记的是噬菌体的DNA，所以离心后，理论上，b和c中不应具有放射性，A正确；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，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，则说明是搅拌不充分，培养时间过长或过短不影响放射性的分布，B错误；实验中c含有放射性与③过程中培养时间过长或过短有关，C错误；该实验直接证明了DNA是遗传物质，没有直接证明蛋白质不是遗传物质，D错误。
变式训练❷ 用分别被32P和35S标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的细菌，经短时间保温后，用搅拌器搅拌，然后离心，得到上清液和沉淀物，检测上清液和沉淀物中的放射性。据图判断下列叙述错误的是( B )
图1
图2
A．32P和35S标记T2噬菌体的位置分别为图1中的①、④
B．32P标记的T2噬菌体，增殖n代后(n>3)子代T2噬菌体大部分带有放射性
C．若图2 C中含有较高放射性，则B中也可能检测到放射性
D．被35S标记的T2噬菌体侵染细菌实验中，搅拌不充分会使沉淀物中出现较低放射性
解析： 32P标记的是噬菌体的DNA，而DNA分子由磷酸、脱氧核糖和碱基组成，其中只有磷酸基团中含有磷元素，因此在图1中标记元素所在部位是①；35S标记的是噬菌体的蛋白质，蛋白质由氨基酸组成，氨基酸中只有R基团中可能存在硫元素，因此在图1中标记元素所在部位是④，A正确；用32P标记T2噬菌体，增殖n代后(n>3)子代T2噬菌体只有少部分带有放射性，B错误；C为沉淀物，若含有较高放射性，说明T2噬菌体被32P标记，可能有少量被32P标记的T2噬菌体DNA未进入细菌中，或者侵染时间过长，部分细菌裂解，T2噬菌体被释放，这部分噬菌体经离心后处于上清液中，使上清液检测到放射性，C正确；被35S标记的T2噬菌体侵染细菌实验中，若搅拌不充分，少部分未与细菌分离的噬菌体蛋白质外壳会随细菌进入沉淀物中，沉淀物中会出现放射性，D正确。
三、生物的遗传物质
基础知识·双基夯实
1．RNA是遗传物质的依据
(1)实验材料
烟草花叶病毒(物质组成为_RNA和蛋白质__)、烟草。
(2)侵染过程
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．不同生物的遗传物质
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。
活|学|巧|练
1．真核生物的遗传物质是DNA。( √ )
2．原核生物的遗传物质是RNA。( × )
3．艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是肺炎链球菌主要的遗传物质。( × )
合|作|探|究
1．分析下列有关遗传物质种类的问题：
(1)人、噬菌体及大肠杆菌的遗传物质分别是_DNA__、_DNA__、_DNA__。
(2)下列所示的生物，其遗传物质的种类是什么？_RNA__。
(3)蚕豆细胞内的遗传物质彻底水解的产物有_6__种，分别是_磷酸、脱氧核糖、4种含氮碱基__。
(4)SARS病毒和噬菌体病毒的核酸在组成上有哪些区别？_五碳糖不同，SARS病毒核酸的五碳糖是核糖，噬菌体核酸的五碳糖是脱氧核糖；碱基种类不同，SARS病毒核酸的碱基有尿嘧啶，没有胸腺嘧啶，而噬菌体核酸的碱基有胸腺嘧啶，没有尿嘧啶__。
2．根据烟草花叶病毒遗传物质的探索，还有哪些简便方法可以确定某种遗传物质是DNA还是RNA?
提示：病毒＋DNA酶→检测能否产生子代；病毒＋RNA酶→检测能否产生子代。
归|纳|提|升
1．请总结：探索“遗传物质”的思路和方法
(1)探究思路：探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看其作用。
(2)三种方法
2．某种物质能否作为遗传物质应具备的条件
(1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
(2)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程。
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可遗传变异。
典例3 烟草花叶病毒(TMV)与车前草病毒(HRV)都能感染烟草，这两种病毒的结构如A、B，两种病毒侵染烟草后在叶片上留下的病斑如C、D。下列相关叙述错误的是( B )
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．本实验可证明RNA是某些病毒的遗传物质
解析： 分析图示，用E去侵染F时，F的患病症状与D相同，A正确；F上的病毒蛋白质在F细胞的核糖体中合成，B错误；E病毒的遗传物质来自HRV，因此子代的各项特性都由HRV的RNA决定，C正确；本实验可证明RNA是某些病毒的遗传物质，D正确。
变式训练❸ 烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别单独感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。依据实验，下列推论合理的是( C )
A．图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶
B．图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶
C．图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑
D．杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳
解析： 图甲实验结果不能说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶，A错误；图乙过程中用TMV的蛋白质外壳感染烟叶，烟叶没有出现病斑，说明TMV的蛋白质外壳不能感染烟叶，B错误；图丙表示用TMV的蛋白质外壳和HRV的遗传物质组合成的“杂种病毒”感染烟叶，结果是烟叶被感染，出现b病斑，C正确；杂种病毒中含有HRV的遗传物质，故其产生的子代为HRV，D错误。
生物的遗传物质不同
典例4 (2023·福建莆田一中期末)下列关于生物体内遗传物质的说法，正确的是( D )
A．细菌的遗传物质主要是DNA
B．细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA
C．具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是RNA
D．生物的遗传物质是RNA或DNA
解析： 细菌为原核生物，其遗传物质是DNA，A错误；细胞核和细胞质内的遗传物质都是DNA，B错误；具有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是RNA或DNA，C错误；生物的遗传物质主要是DNA，也可以说，生物的遗传物质是RNA或DNA，D正确。
1．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 )
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S型细菌
D．S型细菌和R型细菌
解析： 肺炎链球菌转化实验证明失去活性的S型细菌含有某种转化因子，它能使R型活细菌转化为S型细菌。
2．赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部分组合是( A )
A．①② B．①③
C．①④ D．③④
解析： 组成噬菌体蛋白质的基本单位是氨基酸，仅蛋白质分子R基中含有S，而P是噬菌体DNA组成成分磷酸的构成元素，对照图解标号，被标记的部分应分别为①②。
3．(2023·安徽高二期末)人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，噬菌体侵染细菌的实验是利用放射性同位素标记技术完成的具有说服力的实验，如图为T2噬菌体侵染细菌实验部分过程。下列叙述错误的是( A )
A．搅拌的目的是使T2噬菌体DNA与细菌分离
B．本实验中标记T2噬菌体的是32P，而不是35S
C．T2噬菌体注入宿主细胞内的物质是DNA
D．细菌裂解后新形成的子代噬菌体部分有放射性
解析： 搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离，A错误。
学|霸|记|忆
1．S型肺炎链球菌有荚膜，有致病性；R型肺炎链球菌无荚膜，无致病性。
2．在肺炎链球菌体外转化实验中，DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，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几乎都存在于DNA中。
4．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验分别证明了DNA是遗传物质。
5．烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
6．DNA是主要的遗传物质是因为绝大多数生物的遗传物质是DNA。
项目
S型细菌
R型细菌
菌落
表面_光滑__
表面_粗糙__
菌体
有无致病性
_有__
_无__
实验过程
结果分析
结论
(1)R型活细菌小鼠_不死亡__
R型细菌无致病性
已经加热致死的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
(2)S型活细菌小鼠_死亡__S型活细菌
S型细菌有致病性
(3)加热致死的S型细菌小鼠_不死亡__
加热致死的S型细菌已失活
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1((4)R型活细菌,加热致死的S型细菌))eq \(――→,\s\up7(混合后),\s\d5(注射))小鼠_死亡___S型__活细菌
R型细菌转化为_S型__细菌，且性状可以遗传
实验组号
接种菌型
加入物质
①
R型
S型细菌的细胞提取物
—
②
R型
蛋白酶
③
R型
RNA酶
④
R型
酯酶
⑤
R型
DNA酶
生物
细胞生物
非细胞生物
类型
真核生物
原核生物
多数病毒
少数病毒
实例
真菌、原生生物、所有动植物
细菌等
噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等
HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒等
核酸种类
DNA和RNA
DNA和RNA
DNA
RNA
遗传物质
DNA
DNA
DNA
RNA
结果
绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA
结论
DNA是主要的遗传物质