目 標 素 養(yǎng)1.分析肺炎鏈球菌轉化實驗的過程和結論,認同科學結論的獲得離不開推理和實驗證據,提升科學思維能力。2.分析噬菌體侵染細菌實驗的方法、過程及結論,體驗科學探究的思路和方法,形成遺傳物質的結構與功能相統(tǒng)一的觀點。3.分析比較本節(jié)實驗的實驗方法和實驗結論,理解“DNA是主要的遺傳物質”的內涵。
一、對遺傳物質的早期推測20世紀20年代,大多數(shù)科學家認為蛋白質是生物體的遺傳物質。20世紀30年代,人們認識到組成DNA的脫氧核苷酸有4種,每一種有一個特定的堿基。這一認識本可以使人們意識到DNA的重要性,但是,認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
二、肺炎鏈球菌的轉化實驗1.肺炎鏈球菌的類型
2.格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗
3.艾弗里及其同事的肺炎鏈球菌轉化實驗(1)實驗過程及現(xiàn)象
(2)結論:DNA才是使R型細菌產生穩(wěn)定遺傳變化的物質。
微思考1艾弗里及其同事分別用酶處理S型細菌的細胞提取物,請分析其設計意圖。提示:利用酶的專一性,分別破壞細胞提取物中的蛋白質、RNA、酯類物質和DNA,然后分別與R型活細菌混合培養(yǎng),利用“減法原理”鑒定哪種成分是促使R型細菌轉化成S型細菌的“轉化因子”。
微判斷1基于肺炎鏈球菌的轉化實驗過程及結果,判斷下列表述是否正確。(1)格里菲思的實驗結果沒有證明哪一種物質是遺傳物質。(　　)(2)S型細菌體內的DNA可使R型細菌轉化為S型細菌。(　　)(3)艾弗里證明轉化因子是DNA而不是蛋白質。(　　)(4)S型肺炎鏈球菌的DNA可使小鼠致死。(　　)(5)R型細菌與加熱致死的S型細菌混合注射到小鼠體內后,R型細菌全部轉化成S型細菌。(　　)
三、噬菌體侵染細菌的實驗1.實驗者:赫爾希和蔡斯。2.實驗方法:放射性同位素標記法。3.實驗材料:T2噬菌體(如下圖所示)。
微思考2標記噬菌體時,為什么不能直接用含35S和32P的普通培養(yǎng)基來培養(yǎng)T2噬菌體?提示:因為T2噬菌體是病毒,營寄生生活,故應先培養(yǎng)細菌,再用細菌培養(yǎng)T2噬菌體,而不能直接用普通培養(yǎng)基來培養(yǎng)T2噬菌體。
微判斷2基于噬菌體侵染細菌實驗的過程和原理,判斷下列表述是否正確。(1)1952年,赫爾希和蔡斯用35S和32P分別標記T2噬菌體,證明T2噬菌體的遺傳物質是DNA。(　　)(2)用含35S的噬菌體侵染細菌,經離心后,可在沉淀物中發(fā)現(xiàn)較大的放射性。(　　)(3)T2噬菌體侵染細菌時,DNA進入細菌的細胞中,而蛋白質外殼留在外面。(　　)
(4)T2噬菌體也可以在肺炎鏈球菌中復制和增殖。(　　)(5)培養(yǎng)基中的32P經宿主攝取后可出現(xiàn)在T2噬菌體的核酸中。(　　)
2.DNA是主要的遺傳物質因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質是DNA,所以說DNA是主要的遺傳物質。
微判斷3核酸是一切生物的遺傳物質,判斷下列表述是否正確。(1)真核生物細胞中的遺傳物質都是DNA,原核生物細胞中的遺傳物質都是RNA。(　　)(2)肺炎鏈球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗證明了DNA是主要的遺傳物質。(　　)(3)新型冠狀病毒的遺傳物質是RNA。(　　)(4)不含DNA的生物體內,RNA就是該生物的遺傳物質。(　)(5)貓的遺傳物質主要是DNA。(　　)
微訓練將生物的類型與代表生物及其遺傳物質連線。
五、科學方法——自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”1.加法原理與常態(tài)比較,人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”。例如,在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中,與對照組相比,實驗組分別作加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝研磨液的處理。
2.減法原理與常態(tài)比較,人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。例如,在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,每個實驗組特異性地去除了一種物質,從而鑒定出DNA是遺傳物質。
一 肺炎鏈球菌的轉化實驗重難歸納1.格里菲思和艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗的比較
2.實驗拓展分析(1)在加熱殺死S型細菌的過程中,其蛋白質變性失活,但其內部的DNA在加熱結束后隨溫度的降低又逐漸恢復活性。(2)轉化的實質是S型細菌的DNA片段整合到了R型細菌的DNA中。(3)在轉化實驗中,使小鼠死亡的是S型細菌,不是S型細菌的DNA。
格里菲思將加熱致死的S型細菌與R型活細菌混合后,注射到小鼠體內,小鼠死亡,并從小鼠體內分離出S型活細菌。請分析回答下列問題。(1)已知在80~100 ℃溫度范圍內,蛋白質將失去活性,DNA的結構也會被破壞,但當溫度降低到50 ℃左右時,DNA的結構會恢復,蛋白質的活性卻不能恢復。由此推斷,在格里菲思的實驗中,加熱致死的S型細菌中的“轉化因子”應該是哪種物質?提示:是DNA。
(2)研究表明,小鼠體內的兩種細菌含量變化如下圖所示。①S型活細菌是怎樣產生的?提示:加熱致死的S型細菌的DNA將R型細菌轉化為S型活細菌。②S型細菌是有毒性的,據此推測曲線BC段上升的原因是什么?提示:有毒的S型細菌在小鼠體內增殖,導致小鼠的免疫力降低,R型細菌、S型細菌數(shù)量都增加。
典例剖析下列關于肺炎鏈球菌轉化實驗的敘述,正確的是(　　)A.活體轉化實驗中,R型細菌轉化成的S型細菌不能穩(wěn)定遺傳B.活體轉化實驗中,S型細菌的莢膜物質使R型細菌轉化成有莢膜的S型細菌C.離體轉化實驗中,經蛋白酶處理的S型細菌不能使R型細菌轉化成S型細菌D.離體轉化實驗中,經DNA酶處理的S型細菌提取物不能使R型細菌轉化成S型細菌
解析:活體轉化實驗中,小鼠體內有大量 S型細菌,說明R型細菌轉化成的S型細菌能穩(wěn)定遺傳,A項錯誤。活體轉化實驗中,無法說明是哪種物質使R型細菌轉化成有莢膜的S型細菌,B項錯誤。離體轉化實驗中,經蛋白酶處理的S型細菌能使部分R型細菌轉化成S型細菌,C項錯誤。
學以致用 艾弗里及其同事為了弄清楚什么是遺傳物質,設計了有關實驗。下列選項所列的實驗處理組,培養(yǎng)基中無光滑菌落產生的是(　　)A.S型細菌的DNA+RNA酶+R型細菌B.S型細菌的DNA+酯酶+R型細菌C.S型細菌的DNA+R型細菌D.S型細菌的DNA+DNA酶+R型細菌答案:D
解析:表面光滑的菌落是S型細菌的菌落。在A、B、C三項中,S型細菌的DNA都不會被破壞,部分R型細菌轉化為S型細菌,培養(yǎng)基中會出現(xiàn)R型細菌的菌落和S型細菌的菌落。D項處理組加入了DNA酶,S型細菌的DNA被水解,不能使R型細菌發(fā)生轉化,所以不會出現(xiàn)S型細菌的菌落。
二 噬菌體侵染細菌的實驗重難歸納1.實驗思路僅蛋白質分子中含有硫,磷幾乎都存在于DNA分子中,用放射性同位素32P和35S分別標記噬菌體的DNA和蛋白質,直接地、單獨地觀察它們各自的作用。
2.實驗結果分析(1)放射性同位素的分布說明:35S標記的蛋白質外殼并未進入宿主細胞內,32P標記的DNA進入了宿主細胞內。(2)在細菌裂解釋放出的噬菌體中,可以檢測到32P標記的DNA,不能檢測到35S標記的蛋白質,說明子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳的。
3.實驗結論(1)直接證明:DNA是噬菌體的遺傳物質。(2)間接證明:①DNA能夠自我復制,使生物體前后代保持一定的連續(xù)性,維持遺傳性狀的穩(wěn)定性;②DNA能控制蛋白質的生物合成,從而控制生物體的新陳代謝和性狀。(3)不能證明DNA是主要的遺傳物質。
4.噬菌體侵染細菌的實驗中上清液和沉淀物中的放射性分析(1)含32P的噬菌體侵染大腸桿菌:
(2)含35S的噬菌體侵染大腸桿菌:
5.噬菌體侵染細菌實驗中的同位素標記分析
噬菌體侵染細菌的實驗利用放射性同位素標記技術證明了DNA是遺傳物質,是一個非常有說服力的實驗。實驗中為什么不能直接用含35S和32P的普通培養(yǎng)基來培養(yǎng)T2噬菌體?能否用14C和18O標記噬菌體?能否用32P和35S同時標記噬菌體?
提示:因為噬菌體營寄生生活,只有在細菌體內才能進行增殖,故應先培養(yǎng)細菌,再用細菌培養(yǎng)噬菌體,而不能直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體。不能用14C和18O標記噬菌體,因為DNA和蛋白質都含C和O。不能用32P和35S同時標記噬菌體,因為同時使用32P和35S無法區(qū)分放射性的來源。
典例剖析 某校生物研究性學習小組模擬赫爾希和蔡斯所做的噬菌體侵染細菌的實驗,實驗過程如下圖所示。下列有關分析正確的是(　　)
A.理論上,b和c中不應具有放射性B.實驗中b含少量放射性與①過程中培養(yǎng)時間過長或過短有關C.實驗中c含少量放射性與④過程中攪拌不充分有關D.該實驗證明了DNA是主要的遺傳物質答案:A
解析:35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,T2噬菌體侵染細菌時,蛋白質外殼留在細胞外,經攪拌后與細菌分開,所以若b中含有放射性,說明②過程攪拌不充分,B項錯誤。實驗中c含少量放射性與③過程中培養(yǎng)時間過長或過短有關,C項錯誤。該實驗只證明了DNA是遺傳物質,不能證明DNA是主要的遺傳物質,D項錯誤。
學以致用 某研究人員模擬赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗,進行了以下3個實驗:①用未標記的噬菌體侵染35S標記的細菌;②用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌;③用未標記的噬菌體侵染3H標記的細菌。短時間保溫后離心,理論上以上3個實驗中放射性出現(xiàn)的位置依次是(　　)A.沉淀物;沉淀物;沉淀物和上清液B.沉淀物;上清液;沉淀物C.上清液;上清液;沉淀物和上清液D.沉淀物;沉淀物;沉淀物
解析:在該實驗中,沉淀物的主要成分是細菌,上清液的主要成分為噬菌體的蛋白質外殼。①③都直接對細菌進行了標記,理論上,放射性物質出現(xiàn)在沉淀物中。②32P只能標記噬菌體的DNA,噬菌體的DNA會進入細菌體內,理論上,放射性物質出現(xiàn)在沉淀物中。
三 DNA是主要的遺傳物質重難歸納生物的遺傳物質
(1)雖然細胞中同時含DNA和RNA,但所有細胞生物的遺傳物質都是DNA。(2)病毒的核酸只有一種——DNA或RNA,不管是哪種核酸,只要是病毒所具有的核酸均是其遺傳物質。
對于某一種生物,能不能說它的遺傳物質主要是DNA,如人、噬菌體、酵母菌等?如何理解DNA是主要的遺傳物質?提示:不能。某種生物的遺傳物質只能是DNA(如人、噬菌體、酵母菌等)或RNA(如HIV等)。DNA是主要的遺傳物質是對所有生物來說的,絕大多數(shù)生物的遺傳物質是DNA,少數(shù)是RNA。
典例剖析 下圖表示病原體感染某種高等植物的過程,實驗表明這種病原體(　　)A.寄生于細胞內,通過RNA遺傳B.可單獨生存,通過蛋白質遺傳C.寄生于細胞內,通過蛋白質遺傳D.可單獨生存,通過RNA遺傳答案:A解析:由題圖可知,該病原體只由蛋白質外殼和RNA組成,所以是RNA病毒,遺傳物質是RNA。病毒只能寄生在活細胞中。
學以致用 下列關于遺傳物質的說法,錯誤的是(　　)①真核生物的遺傳物質是DNA　②原核生物的遺傳物質是RNA?、奂毎酥械倪z傳物質是DNA　④細胞質中的遺傳物質是RNA?、菪滦凸跔畈《镜倪z傳物質是DNA或RNAA.①②③　　B.②③④C.②④⑤D.③④⑤答案:C
解析:真核生物和原核生物均有細胞結構,其遺傳物質均是DNA,①正確,②錯誤;細胞核中的遺傳物質是以染色體為載體的DNA,③正確;細胞質中的遺傳物質是線粒體或葉綠體中的DNA,④錯誤;新型冠狀病毒主要由RNA和蛋白質構成,其遺傳物質是RNA,⑤錯誤。綜上所述,錯誤的是②④⑤,C項符合題意。
1.艾弗里等人的肺炎鏈球菌轉化實驗證明了(　　)A.基因位于染色體上B.染色體是遺傳物質的主要載體C.DNA是遺傳物質D.在不含DNA的生物體內,RNA就是該生物的遺傳物質答案:C
2.在肺炎鏈球菌感染小鼠的實驗中,下列實驗結果錯誤的是( )A.注射R型活細菌后,小鼠不死亡B.注射S型活細菌后,小鼠死亡,從小鼠體內分離出S型活細菌C.注射加熱致死的S型細菌后,小鼠不死亡D.注射R型活細菌及加熱致死的S型細菌后,小鼠死亡,從小鼠體內只能分離出S型活細菌答案:D解析:加熱致死的S型細菌的DNA使部分無毒的R型細菌轉化為有毒的S型細菌,使小鼠死亡,從小鼠體內既能分離出S型細菌,又能分離出R型細菌。
3.艾弗里等人為了弄清“轉化因子”的本質,進行了一系列的實驗,下圖是他們所做的一組實驗,則三個實驗的培養(yǎng)皿中只存在一種菌落的為(　　)A.實驗一B.實驗二C.實驗三D.實驗一和實驗三答案:B
解析:實驗二中加入的DNA酶能分解S型細菌的DNA,故R型細菌不能轉化為S型細菌,所以培養(yǎng)皿中只有R型細菌一種菌落,而實驗一和實驗三中均可產生R型細菌和S型細菌兩種菌落。
4.“噬菌體侵染細菌的實驗”是研究遺傳物質的經典實驗,主要過程如下:①標記噬菌體→②噬菌體與細菌混合培養(yǎng)→③攪拌、離心→④檢測放射性。下列敘述正確的是(　　)A.①需要利用分別含有35S和32P的細菌B.②中少量噬菌體未侵入細菌會導致實驗失敗C.③的作用是加速細菌的解體D.④的結果是沉淀物中檢測到放射性答案:A
解析:②中少量噬菌體未侵入細菌不會導致實驗失敗,只要有大量噬菌體侵入細菌就能表明遺傳物質的傳遞情況;③的作用是加速噬菌體和細菌的分離;④的結果是上清液和沉淀物中均檢測到放射性,只是不同的實驗上清液和沉淀物中放射性的高低不同。
5.下列有關生物體遺傳物質的敘述,正確的是(　　)A.山柳菊的遺傳物質是DNAB.衣藻的遺傳物質主要分布在擬核中C.SARS病毒的遺傳物質中含有硫元素D.HIV的遺傳物質水解產生8種核苷酸答案:A

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第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質

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