2021高考生物人教版一轮教师用书第六单元第17讲　DNA是主要的遗传物质

第17讲　DNA是主要的遗传物质

考点一　肺炎双球菌转化实验

1.肺炎双球菌类型的比较

2.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验

(1)实验①、②对比说明R型细菌无毒性,S型细菌有毒性。

(2)实验②、③对比说明被加热杀死的S型细菌无毒性。

(3)实验②、③、④对比说明R型细菌转化成了S型细菌。

(4)结论:已经加热杀死的S型细菌中,含有使R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。

3.艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验

(1)实验①、②分别说明荚膜多糖、蛋白质没有转化作用。

(2)实验③、④说明DNA有转化作用,DNA的水解产物没有转化作用。

[纠误诊断]

(1)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。(　×　)

提示:格里菲思的肺炎双球菌转化实验只是证明了S型细菌中存在“转化因子”,使无毒的R型细菌转化为有毒的S型细菌。

(2)从格里菲思的第④组死亡小鼠身上分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而来的。(　×　)

提示:S型活细菌是由R型细菌转化来的。

(3)从格里菲思实验中的第④组病死小鼠体内分离得到的肺炎双球菌只有S型细菌而无R型细菌。(　×　)

提示:病死小鼠体内分离得到的肺炎双球菌有两种类型。

(4)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。(　√　)

(5)艾弗里的体外转化实验采用了放射性同位素示踪技术。(　×　)

提示: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。

1.结合格里菲思的体内转化实验,思考回答下列问题:

(1)在体内转化实验中,如果没有实验③,能否得出格里菲思的结论?为什么?

提示:不能。因为无对照实验,不能说明实验④中的S型活菌是由R型活菌转化而来。

(2)如果由你设计完成体内转化实验,应该注意哪些无关变量对实验的影响?

提示:四组实验应选用年龄、体型相同且健康的小鼠;所用R型活菌液、S型活菌液的浓度及注射量应该相同等。

2.结合艾弗里的体外转化实验,思考回答问题:

(1)肺炎双球菌体外转化实验的思路是什么?

提示:直接分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,将它们分别与R型细菌混合培养,单独研究它们各自的作用。

(2)设置“S型细菌的DNA加DNA酶”的实验组的目的是什么?

提示:起对照作用。用DNA酶水解S型细菌的DNA,结果不能发生转化,说明起转化作用的是DNA。

3.请在格里菲思实验的基础上利用R型活细菌、加热杀死的S型细菌、小鼠等为实验材料。设计一个实验方案证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。简要写出实验思路并预期实验结果及结论。

提示:实验思路:①将加热杀死的S型细菌分离,分别得到蛋白质和DNA。②将分离得到的S型细菌蛋白质和DNA分别与R型细菌混合培养一段时间后,再分别注射入甲、乙两组小鼠体内,观察两组小鼠的生活情况。实验结果及结论:甲组小鼠不死亡,乙组小鼠死亡,并在乙组小鼠体内发现活的S型细菌,则证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。

4.比较体内转化实验和体外转化实验的区别与联系

[深度思考]

细菌发生转化的实质是什么?

提示:转化的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组,使受体细胞获得了新的遗传信息。因此,转化作用可以看成广义上的基因重组。

题型一　考查肺炎双球菌转化实验

1.(2019·河北衡水中学五调)格里菲思的肺炎双球菌转化实验过程和结果如图所示。下列说法正确的是(　D　)

A.实验1为空白对照组,实验2、3和4均为实验组

B.能从实验2和实验4中死亡的小鼠体内分离出S型活细菌和R型活细菌

C.该实验证明了S型细菌的DNA可在R型活细菌内表达出相应的蛋白质

D.对比实验2、3的结果,说明加热能使有毒性的S型活细菌失去毒性

解析:四组实验相互对照,四组实验均为实验组;实验2中小鼠体内只存在S型细菌;该实验只能证明转化因子的存在,但不能证明其化学成分。

2.(2019·山西太原月考)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如表所示。由表可知(　C　)

A.①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子

B.②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性

C.③和④说明S型细菌的DNA是转化因子

D.①～④说明DNA是主要的遗传物质

解析:第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与R型菌转化为S型菌无关;第③组实验说明DNA与R型菌转化为S型菌有关;第④组实验说明DNA被水解后的产物不能使R型菌转化为S型菌;①～④只能说明DNA是遗传物质,而不能说明DNA是主要的遗传物质。

题型二　格里菲思实验和艾弗里实验的比较

3.(2019·山东潍坊期末)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(　C　)

 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

解析: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。

4.下列关于肺炎双球菌转化实验的分析,错误的是(　B　)

A.在体外转化实验中,DNA纯度越高转化越有效

B.体内转化实验证明了DNA是遗传物质

C.S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型细菌

D.肺炎双球菌转化的实质是基因重组

解析:转化率与所提取的S型细菌的DNA纯度有关,DNA纯度越高转化的效率也越高;体内转化实验只证明了S型细菌中存在某种“转化因子”,没有证明DNA是遗传物质;S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型细菌,从而导致小鼠死亡;肺炎双球菌转化的实质是基因重组。

考点二　噬菌体侵染细菌实验

1.T2噬菌体结构

2.实验过程及结果

3.实验结论:DNA是遗传物质。

[纠误诊断]

(1)噬菌体侵染细菌的实验不如肺炎双球菌转化实验有说服力。(　×　)

提示: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。

(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,下列被标记的部位组合为②④。(　×　)

提示:被标记的部位组合为①②。

(3)在噬菌体侵染细菌实验中,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。(　×　)

提示:分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养大肠杆菌,而不是培养噬菌体,再用被标记的大肠杆菌培养噬菌体。

 (4)噬菌体侵染细菌的实验获得成功的原因之一是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。(　√　)

(5)用1个含35S标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌,裂解释放的子代噬菌体中只有2个含35S。(　×　)

提示:子代噬菌体都不含35S。

(6)32P、35S标记的噬菌体侵染细菌的实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。(　×　)

提示:该实验不能说明蛋白质不是遗传物质。

1.分析噬菌体增殖需要的条件

(1)场所:大肠杆菌。

(2)蛋白质的合成

(3)DNA的合成

2.分析噬菌体侵染细菌实验

(1)为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记,而不用14C和18O进行标记?

(2)搅拌、离心的目的在于　　　　　　　　　　　　。某科研小组搅拌离心后的实验数据如图所示,则: 

①图中被侵染的细菌的存活率基本保持在100%,本组数据的意义是　。 

②细胞外的32P含量约有30%,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,理论上沉淀物中不含放射性,但实验中含有少量放射性的原因是什么?

(4)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,若上清液中出现了较高的放射性,可能的原因是什么?

提示:(1)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,因此无法确认被标记的是何种物质。

(2)把蛋白质外壳和细菌分开,再分别检测其放射性　

①作为对照组,以证明细菌未裂解　②有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌

(3)搅拌、离心后,仍有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现了少量的放射性。

(4)①保温时间过短,有一部分噬菌体未侵入大肠杆菌体内,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,噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放出的子代经离心后分布于上清液中,也会使上清液的放射性升高。

3.填表比较噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验

 [深度思考]

　艾弗里和赫尔希选用细菌和病毒作实验材料的优点是什么?

提示:优点是①个体小、结构简单;②繁殖快。

题型一　考查噬菌体侵染细菌实验

1.(2017·全国Ⅱ卷)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(　C　)

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.人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同

解析:T2噬菌体营专性寄生生活,只能侵染大肠杆菌,在大肠杆菌中复制和增殖,不能侵染肺炎双球菌;T2噬菌体的生命活动离不开细胞,病毒自身并不能单独合成mRNA和蛋白质;用含32P的培养基培养大肠杆菌即标记大肠杆菌,再让T2噬菌体侵染被32P标记的大肠杆菌,32P可出现在T2噬菌体的核酸中;人类免疫缺陷病毒的核酸是RNA,而T2噬菌体的核酸是DNA,两者核酸类型不同。

2.(2019·云南曲靖模拟)下面是用32P标记噬菌体并侵染细菌的过程,有关叙述正确的是(　C　)

①用32P标记噬菌体→②被标记的噬菌体侵染细菌→③搅拌、离心→④检测上清液和沉淀物中的放射性

A.过程①32P标记的是噬菌体外壳的磷脂分子和内部的DNA分子

B.过程②应短时保温,有利于吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离

C.过程③离心的目的是析出噬菌体外壳,使被感染的大肠杆菌沉淀

D.过程④沉淀物的放射性很高,说明噬菌体的DNA是遗传物质

解析:过程①32P标记的是噬菌体内部的DNA分子;过程②表示噬菌体侵染大肠杆菌的过程,时间要让噬菌体充分侵染大肠杆菌为宜;过程③离心的目的是析出噬菌体外壳,使被感染的大肠杆菌沉淀;过程④沉淀物的放射性很高,说明噬菌体的DNA进入了细菌细胞中,在子代噬菌体中检测到放射性,才能说明噬菌体的DNA是遗传物质。

题型二　噬菌体侵染细菌实验的拓展考查

3.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)。下列说法不合理的是(　D　)

注: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的突变基因共同决定其增殖

解析:T4噬菌体寄生在大肠杆菌内,增殖都在大肠杆菌细胞内利用其原料和酶来完成;基因突变中的碱基对缺失不改变基因数目;突变型A和B两种噬菌体的组合同时侵染大肠杆菌,噬菌体能正常增殖,说明二者中,某一基因补偿了另一个突变所不具有的功能,因此两种突变是分属于不同基因的突变;由实验可知,突变型A与突变型B的突变基因功能丧失,二者未突变基因共同决定了其增殖过程。

4.(2017·全国Ⅰ卷)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)DNA与RNA在碱基组成上存在不同,DNA特有的碱基为胸腺嘧啶、RNA特有的碱基为尿嘧啶,题干中提示宿主细胞内碱基之间不能相互转换,由此可确定应分别用放射性标记的胸腺嘧啶、尿嘧啶来区分新病毒的核酸类型。由于病毒只能寄生在宿主细胞内,故应分别用含放射性标记的胸腺嘧啶、尿嘧啶的培养基培养宿主细胞,然后接种新病毒,一段时间检测子代病毒的放射性。

(2)若用放射性标记尿嘧啶培养过的宿主细胞,在接种新病毒后产生的子代病毒含有放射性,而用放射性标记胸腺嘧啶培养过的宿主细胞,在接种病毒后产生的子代病毒不含放射性,则说明新病毒的核酸为RNA,该新病毒为RNA病毒;反之,则说明新病毒的核酸为DNA,该新病毒为DNA病毒。

答案:(1)实验思路

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。

考点三　烟草花叶病毒侵染烟草实验及生物的遗传物质

1.RNA是遗传物质的实验

(1)实验材料:烟草花叶病毒和烟草,烟草花叶病毒的组成物质是蛋白质和RNA。

(2)实验过程及结果

(3)实验结论:烟草花叶病毒的RNA是它的遗传物质。

2.生物体内核酸种类、遗传物质类型及实例

[纠误诊断]

(1)RNA或DNA是T2噬菌体的遗传物质。(　×　)

提示:T2噬菌体的遗传物质是DNA。

(2)细胞生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是RNA。(　×　)

提示:细胞生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是DNA或RNA。

(3)生物的遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。(　√　)

(4)细胞核内的遗传物质是DNA,细胞质内的遗传物质是RNA。(　×　)

提示:细胞生物的遗传物质是DNA。

(5)小麦的遗传物质主要是DNA。(　×　)

提示:小麦的遗传物质是DNA。

DNA是主要的遗传物质,其“主要”两字如何理解?

提示:就生物个体而言,其遗传物质是唯一的,即真核生物与原核生物等细胞生物的遗传物质是DNA,DNA病毒的遗传物质是DNA,RNA病毒的遗传物质是RNA。就整个生物界而言,绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少数生物(RNA病毒)的遗传物质是RNA。因此,DNA是主要的遗传物质是对整个生物界而言,而不是对某一特定的生物个体而言。

题型一　烟草花叶病毒侵染烟草实验

1.(2019·河北衡水金卷)烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟草叶片,但二者致病斑不同。有人用这两种病毒做实验,具体步骤和结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　D　)

A.①表示用TMV的蛋白质外壳感染烟草叶片,结果是烟草叶片上不出现病斑

B.②表示用HRV的RNA感染烟草叶片,结果是烟草叶片上出现病斑

C.④表示TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA组成的“杂种病毒”产生的后代是HRV

D.该实验的结论是病毒的遗传物质是RNA,而不是蛋白质

解析:由题图可知,①表示用TMV的蛋白质外壳感染烟草叶片,结果烟草叶片上没有出现病斑;②表示用HRV的RNA感染烟草叶片,结果烟草叶片上出现病斑;③中的“杂种病毒”感染烟草叶片后,在繁殖子代病毒的过程中,合成蛋白质的模板来自HRV的RNA,合成蛋白质的原料由烟草细胞提供,繁殖出来的子代病毒具有HRV的RNA和HRV的蛋白质外壳;该实验的结论是车前草病毒的遗传物质是RNA,而不是蛋白质。

题型二　综合考查人类对遗传物质的探索

2.(2019·海南卷)下列实验及结果中,能作为直接证据说明“核糖核酸是遗传物质”的是(　B　)

A.红花植株与白花植株杂交,F1为红花。F2中红花∶白花=3∶1

B.病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲

C.加热杀死的S型肺炎双球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌

D.用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白,在子代噬菌体中检测不到放射性

解析:红花植株与白花植株杂交,F1为红花,F2中红花∶白花=3∶1,属于性状分离现象,不能说明RNA是遗传物质;病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲,说明病毒甲的RNA是遗传物质;加热杀死的S型肺炎双球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌,只能说明加热杀死的S型菌存在转化因子,不能说明RNA是遗传物质;用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白,在子代噬菌体中检测不到放射性,说明蛋白质未进入大肠杆菌,不能证明RNA是遗传物质。

3.(2018·浙江卷)下列关于“核酸是遗传物质的证据”的实验的叙述,正确的是(　D　)

A.噬菌体侵染细菌实验中,用32P标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体多数具有放射性

B.肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因突变的结果

C.肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌,说明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质

D.烟草花叶病毒感染和重建实验中,用TMV A的RNA和TMV B的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后,可检测到A型病毒,说明RNA是TMV A的遗传物质

解析:DNA复制为半保留复制,新链合成过程中的原料由细菌提供,故只有少部分子代噬菌体具有放射性;肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因重组的结果;肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌,说明DNA是遗传物质,但不能说明蛋白质不是遗传物质;烟草花叶病毒感染和重建实验中用TMV A的RNA和TMV B的蛋白质混合后感染烟草,所繁殖的病毒类型为A型,说明RNA是TMV A的遗传物质。

题型三　考查生物的遗传物质

4.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述,不正确的是(　C　)

A.DNA是绝大多数生物的遗传物质

B.有些种类的生物遗传物质是RNA

C.在真核生物中,DNA和RNA都是遗传物质,其中DNA是主要的遗传物质

D.凡是具有细胞结构的生物其遗传物质是DNA

解析:具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA,DNA病毒的遗传物质是DNA,因此说DNA是绝大多数生物的遗传物质,是主要的遗传物质;RNA病毒的遗传物质是RNA;真核生物的遗传物质是DNA,不是RNA;细胞中既含有DNA,也含有RNA,但遗传物质只能是DNA。

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

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型细菌产生稳定性变化的物质,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。