新高考生物一轮复习学案：第17讲　DNA是主要的遗传物质（含解析）

这是一份新高考生物一轮复习学案：第17讲　DNA是主要的遗传物质（含解析），共14页。
高中生物一轮复习学案
第17讲 DNA是主要的遗传物质
考点一　肺炎双球菌的转化实验

1．实验材料：两种肺炎双球菌

2．格里菲思的体内转化实验

3．艾弗里的体外转化实验

[基础诊断]
1．S型肺炎双球菌可以使人和小鼠患败血症而死亡，具有毒性。(必修2　P43正文)(×)
2．格里菲思的肺炎双球菌转化实验直接证明了DNA是遗传物质。(必修2　P43正文)(×)
3．艾弗里的体外转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌体外培养等技术。(必修2　P43正文)(√)
4．DNA酶可分解从S型活菌中提取的DNA，从而不能使R型细菌发生转化。(必修2　P44正文)(√)
[深度拓展]
1．(教材P43正文)体内转化实验中“加热”是否已导致DNA和蛋白质变性？请说明理由。
提示：加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。
2．(教材P44图3－3拓展)判断下列四组实验中小鼠的存活情况：
①S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠；
②R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠；
③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠；
④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠。
(1)小鼠存活的是①③④，小鼠死亡的是②。(均填序号)
(2)请解释各组小鼠存活与死亡的原因。
提示：DNA酶能将DNA水解，因此不能使R型细菌转化为S型细菌，①中小鼠存活。②加入的是S型细菌，小鼠死亡。③中高温能使R型细菌死亡，使酶失去活性，高温冷却后加入S型细菌的DNA，不能实现转化；④与③类似，因此③④中小鼠都存活。

1．比较肺炎双球菌体内和体外转化实验

项目
体内转化实验
体外转化实验
培养
细菌
小鼠体内培养
培养基体外培养
实验
原则
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌体内各成分的相互对照
实验
结果
已经被加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌
实验
结论
已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌
DNA是S型细菌的遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物质
联系
①所用材料相同，都是R型和S型肺炎双球菌；②体内转化实验是基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有某种“转化因子”，而体外转化实验则进一步说明“转化因子”就是DNA；③实验设计都遵循对照原则、单一变量原则
2.S型细菌和R型细菌转化的实质
(1)加热杀死的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)转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
(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。


1．(2021·全国乙卷)在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是(　　)
A．与R型菌相比，S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关
B．S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C．加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响
D．将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌
D　[R型菌无荚膜，无毒性，S型菌有荚膜，有毒性，由此可推测S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关，A正确。该实验中转化的实质是S型菌的DNA进入R型菌并表达，B正确。加热可使S型菌蛋白质功能丧失，而加热杀死的S型菌可以使R型菌发生转化，说明加热杀死S型菌DNA功能可能正常，C正确；S型菌的DNA被DNA酶水解后，就不能使R型菌发生转化，D错误。]
2．(2022·大庆模拟)1928年，英国科学家格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验：
项目
第1组
第2组
第3组
第4组
实验
处理
注射活的
R型菌
注射活的S型菌
注射加热
杀死的S
型菌
注射活的R型菌与加热杀死的S型菌
实验
现象
小鼠
不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
小鼠
不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
下列关于此实验的分析错误的是(　　)
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．对第4组实验的分析必须是以1～3组的实验为参照
C．本实验的结果表明R型肺炎双球菌发生了基因重组
D．本实验结论为“加热杀死的S型细菌中含有转化因子”
C　[第4组小鼠死亡并分离出S型活细菌说明加热杀死的S型细菌中存在某种转化因子，能使R型细菌转化成S型细菌，A正确；1～3组作为第4组实验的对照实验，B正确；通过4组实验，说明S型细菌中存在某种转化因子，能使R型细菌转化成S型细菌，不能说明R型肺炎双球菌发生了基因重组，C错误；本实验结论为S型细菌中存在某种转化因子，能使R型细菌转化成S型细菌，D正确。]

3．某同学对格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验进行了分析比较，下列叙述错误的是(　　)
A．都采用了两种肺炎双球菌做实验材料
B．都遵循了实验设计的对照原则
C．都遵循了相同的实验设计思路
D．体外转化实验可理解为体内转化实验的延伸
C　[艾弗里的体外转化实验是格里菲思的体内转化实验的延伸；艾弗里的体外转化实验的思路是把S型细菌中的各种物质分开，单独观察每一种物质对R型细菌的作用；格里菲思实验的思路是比较R型细菌和S型细菌对小鼠的作用，两者的设计思路不同，故选C。]
4．(2022·兰州模拟)艾弗里完成肺炎双球菌体外转化实验后，持反对观点者认为“DNA可能只是在细胞表面起化学作用形成荚膜，而不是起遗传作用”。已知S型肺炎双球菌中存在能抗青霉素的突变型(这种对青霉素的抗性不是由荚膜产生的)。下列实验设计思路能反驳上述观点的是(　　)
A．R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌
B．R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现S型菌
C．R型菌＋S型菌DNA→预期出现S型菌
D．R型菌＋S型菌DNA→预期出现抗青霉素的R型菌
A　[R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌，该实验证明细菌中的一些与荚膜形成无关的性状(无抗药性)也会发生转化，而且抗青霉素的S型菌DNA中存在抗青霉素的基因和控制荚膜合成的基因。因此，该实验结果表明题述对艾弗里所得结论的怀疑是错误的，A正确，B、C、D错误。]
考点二　噬菌体侵染细菌的实验和烟草花叶病毒感染实验

1．噬菌体侵染细菌实验
(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)结论：DNA是遗传物质。
2．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。
3．归纳概括生物的遗传物质
遗传物质
生物类别
实例
DNA
细胞生物(真核、原核)
植物、细菌
DNA病毒
T2噬菌体
RNA
RNA病毒
HIV病毒
[基础诊断]
1．T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。(必修2　P44正文)(√)
2．在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。(必修2　P45相关信息)(√)
3．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。(必修2　P45正文)(×)
4．离心管内的沉淀物中主要是被感染的大肠杆菌。(必修2　P45正文)(√)
5．噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌转化实验更具有说服力。(必修2　P46正文)(√)
[深度拓展]
1．(必修2　P45正文)噬菌体侵染细菌实验中，搅拌的目的是_________________，离心的目的是___________________________________________________________。
提示：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离　让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌
2．(必修2　P45旁栏思考)实验中选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记，而不选择14C和18O进行标记，原因是_________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素。若用14C和18O进行标记，由于蛋白质和DNA都含有C和O，因此无法判断被标记的是哪种物质
3．(必修2　P46拓展题2)结合教材两大经典实验，尝试总结DNA作为遗传物质具备的条件有哪些？
提示：①能够精确地复制自己；②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；③具有储存大量遗传信息的潜在能力；④结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代等。

1．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

2．比较肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验
项目
肺炎双球菌体外转化实验
噬菌体侵染细菌实验
设计
思路
设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的遗传功能
处理
方法
酶解法：将细胞提取物分别用蛋白酶、酯酶、DNA酶、RNA酶等处理后再与R型细菌混合培养
同位素标记法：分别用同位素35S、32P标记噬菌体蛋白质和DNA
检测
方式
观察菌落类型
检测放射性同位素存在位置
结论
证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，但不能直接证明蛋白质不是遗传物质


1．(2020·浙江1月选考)某研究小组用放射性同位素32P、35S分别标记T2噬菌体，然后将大肠杆菌和被标记的噬菌体置于培养液中培养，如图所示。一段时间后，分别进行搅拌、离心，并检测沉淀物和悬浮液中的放射性。下列分析错误的是(　　)

A．甲组的悬浮液含极少量32P标记的噬菌体DNA，但不产生含32P的子代噬菌体
B．甲组被感染的细菌内含有32P标记的噬菌体DNA，也可产生不含32P的子代噬菌体
C．乙组的悬浮液含极少量35S标记的噬菌体蛋白质，也可产生含35S的子代噬菌体
D．乙组被感染的细菌内不含35S标记的噬菌体蛋白质，也不产生含35S的子代噬菌体
C　[甲组用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，由于P存在于DNA中，悬浮液含极少量32P标记的噬菌体DNA，说明这一部分DNA没有和蛋白质外壳组装在一起，不会产生含32P的子代噬菌体，A正确；甲组用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，由于P存在于DNA中，在侵染过程中，DNA进入大肠杆菌体内，由于噬菌体繁殖所需原料来自未被标记的大肠杆菌，且DNA复制方式为半保留复制，所以可产生含32P的子代噬菌体和不含32P的子代噬菌体，B正确；由于噬菌体的蛋白质外壳不会进入大肠杆菌体内，所以乙组的悬浮液含较多35S标记的噬菌体蛋白质，不会产生含35S的子代噬菌体，C错误；由于噬菌体的蛋白质外壳不会进入大肠杆菌体内，乙组被感染的细菌内不含35S标记的噬菌体蛋白质，也不产生含35S的子代噬菌体，D正确。]
2．(2022·商丘模拟)在“噬菌体侵染细菌”和“肺炎双球菌转化”实验中，科学家运用科学的思维和方法对遗传物质究竟是什么进行了成功的探索。下列相关叙述正确的是(　　)
A．两个实验都能证明DNA是主要的遗传物质
B．“噬菌体侵染细菌”的实验中，为了将DNA和蛋白质区别开，分别用32P和35S进行标记
C．“噬菌体侵染细菌”的实验中，对噬菌体作35S标记时，向培养噬菌体的培养基中加入35S即可
D．“肺炎双球菌转化”实验中，R型活细菌和S型菌的DNA混合，R型活细菌都转化成了S型活细菌
B　[两个实验都能证明DNA是遗传物质，但都不能证明DNA是主要的遗传物质，A错误；S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素，所以在“噬菌体侵染细菌”的实验中，为了将DNA和蛋白质区别开，分别用32P和35S进行标记，B正确；噬菌体是病毒，不能在普通培养基上独立生存，因此不能用含32P的普通培养基直接标记噬菌体，应该先用含32P的培养基培养大肠杆菌，再用被32P标记的大肠杆菌培养噬菌体，C错误；“肺炎双球菌转化”实验中，R型活细菌和S型菌的DNA混合，有部分R型活细菌转化成了S型活细菌，D错误。]

　“两看法”判断子代噬菌体标记情况



3．已知烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能侵染烟草叶片，且两者都由蛋白质和RNA组成。如图是探索HRV的遗传物质是蛋白质还是RNA的操作流程图。请据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．本实验运用了对照原则，无空白对照组
B．实验过程中重组病毒的后代是HRV
C．该实验只能说明HRV的遗传物质是RNA
D．若运用同位素标记法，不能选择15N标记
A　[a组和b组分别由TMV和HRV直接侵染烟草叶片，属于空白对照组，A错误；将TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA进行重组，获得重组病毒，其后代是HRV，B正确；该实验只设计用HRV的RNA和TMV的蛋白质外壳重组获得的病毒侵染烟草叶片的实验，因此，该实验只能证明HRV的遗传物质是RNA，C正确；病毒的蛋白质外壳和RNA均含有N，故无法用15N将蛋白质外壳和RNA区分开，因此，不能选择15N标记，D正确。]

1．(2020·山东高考)野生型大肠杆菌可以在基本培养基上生长，发生基因突变产生的氨基酸依赖型菌株需要在基本培养基上补充相应氨基酸才能生长。将甲硫氨酸依赖型菌株M和苏氨酸依赖型菌株N单独接种在基本培养基上时，均不会产生菌落。某同学实验过程中发现，将M、N菌株混合培养一段时间，充分稀释后再涂布到基本培养基上，培养后出现许多由单个细菌形成的菌落，将这些菌落分别接种到基本培养基上，培养后均有菌落出现。该同学对这些菌落出现原因的分析，不合理的是(　　)
A．操作过程中出现杂菌污染
B．M、N菌株互为对方提供所缺失的氨基酸
C．混合培养过程中，菌株获得了对方的遗传物质
D．混合培养过程中，菌株中已突变的基因再次发生突变
B　[若操作过程中出现杂菌污染，则基本培养基上会有杂菌生长，从而出现菌落，A正确；若M、N菌株互为对方提供所缺失的氨基酸，则M、N菌株混合培养一段时间，充分稀释后再涂布到基本培养基上，培养后会出现许多由单个细菌形成的菌落，但由于M、N菌株的遗传物质没有改变，将这些菌落分别接种到基本培养基上时，培养后不会再有菌落出现，B错误；若混合培养过程中，菌株获得了对方的遗传物质或菌株中已突变的基因再次发生突变，都会造成遗传物质改变，则混合培养一段时间，充分稀释涂布到基本培养基上培养后会有菌落出现，将这些菌落再分别接种到基本培养基上培养后，也会有菌落出现，C、D正确。]
2．(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)
解析：　(1)在用放射性同位素标记法对新病毒进行鉴定时，要找出DNA和RNA在化学组成上的区别。题中假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，就是引导考生从DNA和RNA的碱基组成上进行分析。因此，使病毒中的DNA或RNA的特殊碱基(DNA为胸腺嘧啶，RNA为尿嘧啶)带上标记，根据病毒中放射性标记的检测结果就可做出判断。由于病毒不能在培养基上独立生活，其增殖时的原料只能来自宿主细胞，所以实验中需配制两种培养基，记为甲组和乙组，甲组含有放射性标记的尿嘧啶，乙组含有放射性标记的胸腺嘧啶，分别加入等量的宿主细胞使宿主细胞带上相应标记，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)本实验有两种不同的结果：一种是甲组有放射性，乙组无，则该新病毒为RNA病毒；另一种为乙组有放射性，甲组无，则该新病毒为DNA病毒。
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，则为RNA病毒；反之为DNA病毒。

析个性
第1题以肺炎双球菌转化实验为素材，考查了微生物的转化；第2题以噬菌体侵染细菌实验为素材，考查了病毒遗传物质的实验探究
找共性
两个题目考查的内容虽有不同，但命题角度和命题思路基本一致，都是以教材实验为素材，考查生命科学史中的科学实验思路和方法。解答此类问题要注意归纳总结教材实验的原理、方法
　探究“遗传物质”种类的4种方法


1．(2022·扬州模拟)目前已发现T4噬菌体有数千种突变型，这些突变来自同一个基因的突变或者不同基因的突变。科学家利用T4噬菌体的两种突变型A和B进行了如下实验(突变型A和B分别与野生型相比，基因组成上只有一处差异)。下列说法错误的是(　　)

组别
处理
结果
1
用突变型A侵染大肠杆菌
噬菌体不增殖
2
用突变型B侵染大肠杆菌
噬菌体不增殖
3
突变型A、突变型B同时侵染同一个大肠杆菌
噬菌体增殖
注：本实验过程中噬菌体不发生新的突变和基因重组。
A．T4噬菌体DNA复制所需原料和酶来自宿主细胞
B．基因突变中的碱基对缺失不会导致基因数目减少
C．突变型A和突变型B的突变发生在不同的基因内
D．突变型A与突变型B中的突变基因共同存在时，则其能增殖
D　[T4噬菌体DNA复制所需原料和酶来自宿主细胞，A正确；基因突变中的碱基对缺失会导致基因结构改变，不会导致基因数目减少，B正确；若他们是同一个基因突变，那么混合AB后，它们突变的基因仍然不能合成它们增殖所需的蛋白质，因此不能增殖，与表中信息不符。但若是不同基因突变，A不能合成的蛋白质B可以合成，而B不能合成的A可以，这样互补，就可以产生所需的所有蛋白质，于是可以生长，C正确；决定其增殖的是其正常基因而非突变基因，D错误。]
2．(2021·淄博三模)用T4噬菌体侵染大肠杆菌，一段时间后，在培养基中加入放射性元素标记的物质X。提取菌体内的RNA、T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA，检测发现只有RNA具有放射性。将放射性RNA分别与上述DNA杂交，结果如下表。下列说法错误的是(　　)

T4噬菌体DNA
大肠杆菌DNA
放射性RNA
有杂交带
无杂交带
A．物质X可能为放射性物质标记的尿嘧啶核糖核苷酸
B．菌体内的放射性RNA转录自大肠杆菌DNA
C．在杂交带的双链区存在A­U、A­T碱基配对方式
D．大肠杆菌被T4噬菌体侵染后，自身基因的表达受到抑制
B　[只有RNA具有放射性，而碱基U是RNA特有的碱基，因此物质X可能为放射性物质标记的尿嘧啶核糖核苷酸，A正确；菌体内的放射性RNA可与噬菌体的DNA形成杂交带，不能与大肠杆菌的DNA形成杂交带，说明其转录自噬菌体DNA，B错误；在RNA和DNA杂交带的双链区存在A­U、A­T碱基配对方式，C正确；菌体内的放射性RNA可与噬菌体的DNA形成杂交带，不能与大肠杆菌的DNA形成杂交带，说明大肠杆菌被T4噬菌体侵染后，自身基因的表达受到抑制，D正确。]
3．关于指导蛋白质合成的模板，科学家曾提出两种假说：(1)核糖体以其rRNA作为模板指导蛋白质合成；(2)另一类游离的RNA进入核糖体作为模板指导蛋白质合成。为验证两种假说，设计如下实验：用同位素13C和15N标记细菌细胞，此时产生的是重核糖体，然后用T2噬菌体感染细菌，并同时将其转移到含12C和l4N的轻培养基中培养，轻培养基中还加入32P以标记噬菌体RNA。最后利用密度梯度离心分离轻、重核糖体，并检测32P放射性。根据上述两种假说推测可能得到的实验结果如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．轻核糖体是以轻培养基为原料新合成的
B．若游离的RNA携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图1
C．若rRNA携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图1
D．若游离的RNA携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图2
B　[轻核糖体是以轻培养基为原料新合成的，A正确；若游离的RNA携带噬菌体蛋白质的信息，则新合成的32P标记的噬菌体RNA应该与细胞内原有的重核糖体结合，实验结果如图2，B错误；若rRNA携带噬菌体蛋白质的信息，则噬菌体侵染细菌后，以轻培养基为原料合成了新的轻核糖体，同时被32P标记，实验结果如图1，C正确；若游离的RNA携带噬菌体蛋白质的信息，则新合成的32P标记的噬菌体RNA应该与细胞内原有的重核糖体结合，实验结果如图2，D正确。]

一、网络构建


二、要语必记
1．格里菲思实验的结论是：加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”。
2．艾弗里实验的结论是：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。
3．在T2噬菌体的化学组成中，仅蛋白质分子中含有S，P几乎都存在于DNA分子中。
4．证明DNA是遗传物质的相关实验的实验思路是：设法将DNA与蛋白质等其他物质分离开，单独地、直接地观察它们的生理作用。
5．病毒的遗传物质是DNA或RNA；细胞生物的遗传物质是DNA。