2020年高考生物一轮复习讲义：必修2 第六单元 第19讲 DNA是主要的遗传物质

第19讲　DNA是主要的遗传物质

[考纲明细]　人类对遗传物质的探索过程

课前自主检测

判断正误并找到课本原话

1．S型细菌可以使人患肺炎或使小鼠患败血症，具有毒性。(P43—正文)(√)

2．格里菲思证明了将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型细菌的物质是DNA。(P43—正文)(×)

3．艾弗里及其同事对S型细菌中的物质进行提纯和鉴定，将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质分别与R型菌混合培养。(P43—正文)(√)

4．艾弗里证明了DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。(P44—正文)(√)

5．T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。(P44—正文)(√)

6．T2噬菌体的化学组成中60%是蛋白质，40%是DNA，仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。(P45—相关信息)(√)

7．赫尔希和蔡斯在分别含有放射性同位素35S和32P的培养基中直接培养T2噬菌体。(P45—正文)(×)

8．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重量较轻的T2噬菌体颗粒。(P45—正文)(√)

(2016·江苏高考)下列关于探索DNA是遗传物质实验的相关叙述，正确的是(　　)

A．格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果

B．格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质

C．赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的

D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质

答案　D

解析　格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因重组的结果，A错误；格里菲思实验证明了S型肺炎双球菌中含有转化因子，艾弗里实验证明了DNA是遗传物质，B错误；赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是利用大肠杆菌中含32P的脱氧核苷酸标记的，该实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质，C错误，D正确。

知识自主梳理

一、肺炎双球菌转化实验

1．体内转化实验——格里菲思

(1)实验材料：S型和R型肺炎双球菌、小鼠。

[特别提醒]

1．格里菲思的体内转化实验只提出“S型细菌体内有转化因子”，并没有具体证明哪种物质是遗传物质。最终证明DNA是遗传物质的是艾弗里。

2．格里菲思实验第四组小鼠体内分离出的细菌和艾弗里DNA＋R型活菌培养基上生存的细菌都是R型和S型都有，但是R型多。

[特别提醒]

1．DNA＋DNA水解酶＋R型活菌培育只有R型细菌，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。

2．转化过程中只是少部分R型细菌转化为S型细菌，且转化实质为基因重组。

[深入思考](P46—思考与讨论)

以细菌或病毒作为遗传物质探索的实验材料有何优点？

提示　①细菌是单细胞生物，个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳且在侵染过程中，核酸和蛋白质会分开。②繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。

(2)实验过程及结果

(3)结论：加热杀死的S型细菌中含有“转化因子”，将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。

2．体外转化实验——艾弗里

(1)实验思路：将组成S型活细菌的各种物质分离提纯，并使其分别与R型活细菌混合培养，单独观察各种物质的作用。

(2)方法：直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等，将它们分别与R型活细菌混合培养，研究它们各自的遗传功能。

(3)实验过程及结果

(4)实验结论：S型细菌的DNA分子是使R型细菌发生转化并产生稳定遗传的物质。

二、噬菌体侵染细菌实验

1．实验方法

同位素标记法，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。

2．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌

(1)噬菌体的结构

(2)噬菌体的生活方式：活细胞寄生。

(3)噬菌体的复制式增殖

[特别提醒]

1．噬菌体增殖场所是大肠杆菌细胞内，除噬菌体的DNA做模板起指导作用外，其余的原料——脱氧核苷酸和氨基酸、合成蛋白质的场所核糖体、ATP和相关酶全由大肠杆菌提供。

2．该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素。

3．必须分两组分别标记进行实验，不能同时对噬菌体既标记35S，又标记32P。

[特别提醒]肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较

3.实验思路

设法将DNA和蛋白质分开，单独研究它们各自的功能。

4．实验过程及结果

(1)标记大肠杆菌

(2)噬菌体侵染细菌

①搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。

②离心的目的：让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。

③上清液和沉淀物中放射性结果分析

(3)细菌裂解，释放出子代噬菌体，并检测子代噬菌体放射性，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。

5．结论

(1)噬菌体侵染细菌时DNA进入细菌细胞，而蛋白质外壳留在外面。

(2)子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的——DNA才是真正的遗传物质。

三、RNA是遗传物质的实验

1．过程及结果

(1)烟草花叶病毒烟草叶出现病斑

(2)

2．结论：RNA是遗传物质。

[易错判断]

1．有细胞结构的生物遗传物质都是DNA。(√)

2．无细胞结构的生物遗传物质都是RNA。(×)

3．人体内核酸彻底水解得到8种核苷酸。(×)

4．一切生物的遗传物质是核酸。(√)四、DNA是主要的遗传物质

总结：DNA为主要的遗传物质。

考点题型突破

考点　　肺炎双球菌转化实验

题型　肺炎双球菌转化实验

1．1928年，英国细菌学家格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验。

下列关于此实验的分析不正确的是(　　)

A．实验的关键现象是第4组小鼠死亡并分离出S型活细菌

B．分析第4组实验时必须是以第1～3组的实验为参照

C．本实验说明R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化

D．本实验结论为“DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子”

答案　D

解析　实验中没有从S型菌体内提取DNA，单独直接地观察DNA的作用，故不能证明DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子。

2．(广东高考)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知(　　)

A．①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子

B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性

C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子

D．①～④说明DNA是主要的遗传物质

答案　C

解析　①中R型菌中加入S型菌的蛋白质，没有S型菌生长，能证明蛋白质不是转化因子，A错误；②中加入S型菌的荚膜多糖，没有S型菌生长，证明荚膜多糖不是转化因子，不能说明S型菌的荚膜多糖有酶活性，B错误；③中加入S型菌的DNA，培养皿中长出了S型菌，④中加入经DNA酶处理的DNA，DNA酶分解DNA，培养皿中无S型菌，因此，③④证明DNA是转化因子，C正确；①～④说明DNA是遗传物质，不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误。

易错警示

 关于“转化”的两点提醒

考点　　噬菌体侵染细菌的实验

题型一  噬菌体侵染细菌的实验分析

1．(2018·山东实验中学第一次诊断)赫尔希和蔡斯所做实验的正确步骤是(　　)

①检测上清液和沉淀物中的放射性物质　②用标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌　③搅拌、离心　④用未标记的噬菌体侵染标记的大肠杆菌　⑤短时间保温

A．④②⑤③①  B．②⑤④③①

C．②④⑤③①  D．④⑤②③①

答案　A

解析　噬菌体侵染细菌实验中，应用未标记的噬菌体侵染标记的大肠杆菌，使噬菌体被标记，然后用标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，短时间保温后搅拌离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质，A正确。

2．关于“噬菌体侵染细菌”的实验的叙述，正确的是(　　)

A．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体

B．分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养

C．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致

D．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是主要的遗传物质

答案　C

解析　病毒只能寄生在活细胞中，培养基不能培养噬菌体，A错误；该实验分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行保温培养，但时间不能过长，也不能过短，B错误；用35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，而噬菌体在侵染细菌时，蛋白质外壳并没有进入细菌内，离心后分布在上清液中，若沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分，少数蛋白质外壳未与细菌分离所致，C正确；噬菌体侵染实验说明DNA是遗传物质，但不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误。

知识拓展

 噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析

(1)32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌

(2)35S标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌

题型二 同位素示踪法及标记问题

3．某研究性学习小组做了两组实验：甲组用3H、35S标记的T2噬菌体去侵染无放射性的大肠杆菌；乙组用无放射性的T2噬菌体去侵染用3H、35S标记的大肠杆菌。下列有关分析正确的是(　　)

A．短时间保温、搅拌、离心后，甲组上清液放射性很强而沉淀物几乎无放射性

B．短时间保温、搅拌、离心后，乙组上清液与沉淀物放射性都很强

C．甲组子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、35S

D．乙组子代噬菌体的蛋白质与DNA分子中都可检测到3H

答案　D

解析　甲组用3H、35S标记的T2噬菌体去侵染无放射性的大肠杆菌时，由于T2噬菌体的蛋白质含3H、35S，其DNA含3H、不含35S，短时间保温、搅拌、离心后，上清液因含有T2噬菌体的蛋白质外壳(含3H、35S)而放射性强，而沉淀物因含有T2噬菌体的DNA(含3H)也具有较强放射性，A错误；乙组用无放射性的T2噬菌体去侵染3H、35S标记的大肠杆菌，短时间保温、搅拌、离心后，由于T2噬菌体的蛋白质外壳(不含3H和35S)没有放射性，离心后的上清液应几乎没有放射性，但沉淀物因含3H、35S标记的大肠杆菌放射性很强，B错误；甲组子代T2噬菌体的DNA分子是以亲代T2噬菌体的DNA分子为模板进行复制得到的，故可以检测到3H，但不能检测到35S(因亲代噬菌体的蛋白质外壳不进入大肠杆菌)，C错误；乙组子代T2噬菌体利用来自用3H、35S标记的大肠杆菌的氨基酸(可能含有3H、35S)、脱氧核苷酸(可能含有3H)分别合成子代噬菌体的蛋白质、DNA分子，前者可检测到3H、35S，后者可检测到3H，D正确。

4．若1个35S标记的大肠杆菌被1个32P标记的噬菌体侵染，裂解后释放的所有噬菌体(　　)

A．一定有35S，其中有1个含有32P

B．一定有35S，其中有2个含有32P

C．一定有32P，其中有1个含有35S

D．一定有32P，其中有2个含有35S

答案　B

解析　噬菌体侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内部的是(1个32P标记)DNA，蛋白质外壳留在大肠杆菌外面，侵入内部后，以大肠杆菌为场所，利用大肠杆菌的结构、酶系统和原料(无标记的脱氧核苷酸、35S标记的氨基酸)，合成噬菌体的DNA和蛋白质。另外，DNA复制为半保留复制，因此，子代噬菌体的DNA中有2个含有32P，子代噬菌体的蛋白质一定有35S。

技法提升

 “两看法”解答噬菌体侵染细菌标记问题

考点　　生物体内遗传物质的分析

题型一 RNA是遗传物质的有关实验

1．烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者的病斑不同，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，结果说明其有侵染作用

C．c、d过程表示用TMV的外壳和HRV的RNA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，表现病症为感染车前草病毒症状，并能从中分离出车前草病毒

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

答案　D

解析　由于该实验中并没有用烟草花叶病毒的RNA侵染烟草叶片，因此没有证明烟草花叶病毒的RNA是不是遗传物质。

2．如图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程，由此可以判断(　　)

A．水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA

B．TMV的蛋白质能感染烟草细胞

C．侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程

D．RNA是TMV的主要遗传物质

答案　A

解析　由于TMV放在水和苯酚中振荡后，其组成成分RNA和蛋白质能分开，所以可判断水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA，A正确；TMV的蛋白质不能使正常烟草感染病毒，B正确；图中接种RNA的正常烟草感染病毒，说明侵入烟草细胞的RNA指导合成了自身的蛋白质，不能证明其进行了逆转录过程，C错误；RNA是TMV的遗传物质，没有体现它是TMV的主要遗传物质，D错误。

题型二 生物体内遗传物质的判断

3．下列关于遗传物质的说法，错误的是(　　)

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细胞核的遗传物质是DNA　④细胞质的遗传物质是RNA　⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA

A．①②③  B．②③④  C．②④⑤  D．③④⑤

答案　C

解析　真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA，①正确，②错误；细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA，③正确，④错误；甲型H1N1流感病毒属于RNA病毒，遗传物质是RNA，⑤错误。

4．下面是兴趣小组为探究某种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：略。

(2)材料用具：显微注射器，该流感病毒的核酸提取液，猪胚胎干细胞，DNA水解酶和RNA水解酶等。

(3)实验步骤

第一步：把该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物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，检测是否有该流感病毒产生。

(4)请预测结果及结论：

①_________________________________________；

②_________________________________________；

③若A、B、C三组均出现该流感病毒，则该流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。

答案　(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，用等量生理盐水处理C组核酸提取液

(4)①若A、C两组出现该流感病毒，B组没有出现，则该流感病毒的遗传物质是RNA　②若B、C两组出现该流感病毒，A组没有出现，则该流感病毒的遗传物质是DNA

解析　病毒是由蛋白质外壳和核酸组成的，核酸是遗传物质，核酸为DNA或RNA其中一种，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该流感病毒来判断其核酸类型。

技法提升

 “遗传物质”探索的4种方法

方向真题体验

1．(2017·江苏高考)下列关于探索DNA是遗传物质的实验，叙述正确的是(　　)

A．格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状

B．艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡

C．赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀中

D．赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记

答案　C

解析　格里菲思实验证明加热杀死的S型细菌中，含有某种可使无毒性的R型活细菌转化为有毒性S型活细菌的“转化因子”，A错误；艾弗里实验证明S型细菌体内的DNA能使R型细菌转化为S型菌，然后使小鼠死亡，B错误；赫尔希和蔡斯实验中，细菌比重较大，离心后存在于沉淀中，C正确；赫尔希和蔡斯实验中，噬菌体进入细菌后，以自身DNA为模板，以细菌细胞内的物质为原料，遵循半保留复制原则，合成子代噬菌体的DNA，进而实现个体增殖，因此细菌裂解后得到的噬菌体中只有含有亲代DNA的含有32P标记，D错误。

2．(2017·全国卷Ⅱ)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mRNA和蛋白质

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．人类免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同

答案　C

解析　T2噬菌体只能寄生在大肠杆菌中，并在其细胞中复制和增殖，A错误；T2噬菌体只有在宿主细胞内才能合成mRNA和蛋白质，B错误；培养基中的32P经宿主摄取后进入宿主细胞内部，在宿主细胞内，T2噬菌体以自身DNA为模板，以宿主细胞内的物质(含32P的脱氧核苷酸等)为原料合成子代噬菌体，因此培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人类免疫缺陷病毒所含的核酸是RNA，T2噬菌体所含的核酸是DNA，故两者的核酸类型不同，增殖过程不完全相同，D错误。

3．(2013·全国卷Ⅱ)在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是(　　)

①孟德尔的豌豆杂交实验　②摩尔根的果蝇杂交实验

③肺炎双球菌转化实验　④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验　⑤DNA的X光衍射实验

A．①②  B．②③  C．③④  D．④⑤

答案　C

解析　①孟德尔通过豌豆杂交实验，发现了“基因的分离定律和自由组合定律”；②摩尔根通过果蝇杂交实验，证明了“基因在染色体上”；③肺炎双球菌的体外转化实验，证明了DNA是遗传物质；④T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，运用同位素标记法，证明了DNA是遗传物质；⑤DNA的X光衍射实验为DNA双螺旋结构的确定提供了有力的佐证。

4．(2017·全国卷Ⅰ)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)

答案　(1)思路

甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

(2)结果及结论

若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

解析　该实验的目的是鉴定一种病毒的遗传物质是DNA还是RNA，要求使用的实验方法是同位素标记法。DNA和RNA的元素组成相同，都含有C、H、O、N、P，因此只标记化学元素是不可行的，而DNA和RNA的不同之处在于含氮碱基不同，因此可在培养基中分别加入含有放射性标记的胸腺嘧啶和含有放射性标记的尿嘧啶，看病毒的增殖是利用了含有放射性标记的胸腺嘧啶来合成DNA，还是利用含有放射性标记的尿嘧啶来合成RNA。