資源簡介

3.1DNA是主要的遺傳物質學案
【學習目標】
概述DNA是遺傳物質的探索過程。
闡述肺炎鏈球菌的轉化實驗的過程及結論。
闡述噬菌體侵染細菌的實驗的過程及結論。
【學習重難點】
教學重點
（1）肺炎雙球菌轉化實驗的原理和過程。
（2）噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程。
教學難點
（1）肺炎雙球菌轉化實驗的原理和過程。
（2）如何理解DNA是主要的遺傳物質。
【預習新知】
對遺傳物質的早期推測
1.蛋白質
（1）蛋白質是由多種 連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的
排列，形成不同的蛋白質。
（2）氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著 。因此，當時大多數科學家認為， 是生物體的遺傳物質。
2.DNA
DNA是由許多 聚合而成的生物大分子，組成DNA分子的脫氧核苷酸有四種，每一種有一個特定的堿基，脫氧核苷酸的多種多樣的排列順序，也可能蘊含著 。由于對DNA的結構沒有清晰的了解，認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
肺炎鏈球菌的轉化實驗
1.格里菲思的轉化實驗：
（1）兩種肺炎鏈球菌的比較
特點 類型 菌落 莢膜 致病性
S型 光滑 有 有
R型 粗糙 無 無
（2）實驗過程：
①R型活細菌， 無毒小鼠 不死亡
②S型活細菌，有毒小鼠 死亡
③加熱殺死的S型細菌， 無毒 小鼠 不死亡
④R型活細菌+加熱殺死的S型細菌， 有毒 小鼠 死亡
（3）實驗結論：
從第4組實驗的小鼠尸體中分離出的有致病性的S型活細菌，其后代也是有致病性的S型細菌。由此可以推斷：已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質—— 轉化因子
2.艾弗里的轉化實驗
（1）實驗過程
①第1組：
②第2—4組：
③第5組：
（2）實驗結果
①該實驗證明了莢膜多糖、蛋白質、RNA、脂質等不是S型細菌的遺傳物質
②該實驗還證明了轉化因子是 DNA
3.肺炎鏈球菌的體內和體外轉化實驗的比較
項目 體外轉化實驗 體內轉化實驗
實驗者 格里菲思 艾弗里
實驗結果 用小鼠 用培養基
實驗結論 加熱致死的S型細菌能使R型細菌轉化為S型 S型細菌的DNA使R型細菌轉化為S型
兩實驗的聯系 所用材料相同，都是肺炎鏈球菌（R型、S型） 體外轉化實驗是基礎，僅說明加熱至死的S型菌體內有轉化因子，體外轉化實驗進一步證明轉化因子是DNA 兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則
噬菌體侵染細菌的實驗
1.T2噬菌體的結構：T2噬菌體是一種專門寄生在 大腸桿菌 體內的病毒，它的頭部和尾部的外殼都是由 蛋白質 構成的，頭部含有 DNA 。
2.T2噬菌體的增殖特點：T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質的作用下，利用 大腸桿菌體內的物質來合成自身的組成成分 ，進行大量增殖
3．T2噬菌體侵染細菌的過程：
4．實驗過程：
5.實驗結果：
親代噬菌體 寄主細胞內 子代噬菌體 實驗結論
32P標記DNA 有 有 DNA是遺傳物質
35S標記蛋白質 無 無
6.實驗結論：子代噬菌體的各種形狀，是通過親代的 DNA 遺傳的。 DNA 才是噬菌體的遺傳物質
7.RNA也是遺傳物質的證據：
（2）實驗結論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質，蛋白質不是煙草花葉病毒的遺傳物質。
8.最終結論：因為絕大多數生物的遺傳物質是 DNA ，所以說， DNA 是主要的遺傳物質。
【易錯提示】
（1）轉化過程中并不是所有的R型細菌都被轉化成S型細菌，而只是少部分R型細菌被轉化成S型細菌；
（2）由于DNA的熱穩定性比蛋白質要高，所以加熱殺死S型細菌的過程中，其蛋白質永久變性失活，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；
（3）艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗中，每個實驗組都通過添加特定的酶特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質，利用了自變量控制中的“減法原理”。
（4）格里菲思的實驗證明了S型細菌體內含有某種轉化因子，但并沒有證明轉化因子是哪種物質。艾弗里的實驗則證明了轉化因子是S型細菌體內的DNA。
【深化探究】
一、肺炎鏈球菌的轉化實驗
[問題探究]
1．格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗中，R型活細菌與加熱后殺死的S型細菌混合注射到小鼠體內后，從死亡小鼠
中是否只分離出S型活細菌？
提示：不是，分離出S型活細菌和R型活細菌，且R型活細菌數量較多。
2．R型菌轉化為S型菌的實質是什么？
提示：轉化的實質是基因重組。
歸納總結：
1．肺炎鏈球菌體內與體外轉化實驗的比較
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
實驗者 格里菲思 艾弗里及其同事
細菌培養 在小鼠體內 體外培養基
實驗原則 R型細菌與S型細菌的毒性對照 加熱S型細菌提取物及其經酶處理后的作用對照
實驗結果 加熱殺死的S型細菌能使R型細菌轉化為S型細菌 S型細菌的DNA能使R型細菌轉化為S型細菌
實驗結論 S型細菌體內有“轉化因子” S型細菌的DNA是遺傳物質
巧妙構思 用加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗來說明確實發生了轉化 將物質提取和經酶處理后，直接地、單獨地觀察某種物質在實驗中所起的作用
聯系 ①所用材料相同；②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，體外轉化實驗是體內轉化實驗的延伸；③兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則
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，但是其內部的DNA在加熱結束后隨溫度的降低又逐漸恢復活性。
(2)轉化后形成的S型細菌的性狀可以遺傳下去，說明S型細菌的DNA是遺傳物質。
二、噬菌體侵染細菌的實驗
[問題探究]
1．為什么不能直接用含35S和32P的普通培養基來培養T2噬菌體？
提示：因為噬菌體營寄生生活，故應先培養細菌，再用細菌培養噬菌體，而不能直接用培養基培養噬菌體。
2．如果用 15N、32P、35S同時標記噬菌體后讓其侵染細菌，在產生的子代噬菌體中，能夠找到的放射性元素及其存在的部位分別在哪里？
提示：15N、32P，DNA。
歸納總結：
1．實驗思路
S是蛋白質特有的元素，P幾乎都存在于噬菌體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)由放射性的分布說明：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)由細菌裂解釋放出的噬菌體，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性，維持遺傳性狀的穩定性；
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：①DNA是主要的遺傳物質；②蛋白質不是遺傳物質。
4．噬菌體侵染細菌實驗中上清液和沉淀物放射性分析
(1)用 32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中含放射性的原因：
①保溫時間過短，有一部分噬菌體還沒有侵染到大腸桿菌細胞內，經離心后分布于上清液中，上清液中出現放射性。
②保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內增殖后子代釋放出來，經離心后分布于上清液，也會使上清液中出現放射性。
(2)用 35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌，沉淀物中有放射性的原因：由于攪拌不充分，有少量含 35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。
三、DNA是主要的遺傳物質
[問題探究]
1．只有DNA是遺傳物質嗎？
提示：不是，絕大多數生物的遺傳物質是DNA，少部分病毒的遺傳物質是RNA。
2．若要證明只含有RNA和蛋白質的某病毒的遺傳物質是RNA，其基本實驗思路是什么？
提示：設法將其RNA和蛋白質分離開，然后單獨地直接地觀察各自的作用。
歸納總結：
1．RNA是遺傳物質的證據——煙草花葉病毒侵染煙草實驗
(1)實驗分析如下表所示：
注射物 注射對象 癥狀
完整的TMV(煙草花葉病毒) 煙草 TMV的病斑
TMV的蛋白質 煙草 正常，無病斑
TMV的RNA 煙草 TMV的病斑
完整的HRV(車前草花葉病毒) 煙草 HRV的病斑
HRV的蛋白質 煙草 正常，無病斑
HRV的RNA 煙草 HRV的病斑
HRV的蛋白質＋TMV的RNA 煙草 TMV的病斑
TMV的蛋白質＋HRV的RNA 煙草 HRV的病斑
(2)實驗結論：在沒有DNA的生物體內，RNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質。
2．生物體內核酸的種類及遺傳物質的辨別
生物類型 所含核酸 遺傳物質 舉例
細胞生物 真核生物 DNA和RNA DNA 酵母菌、玉米、人
原核生物 細菌、藍細菌
非細胞生物 大多數病毒 僅有DNA DNA T2噬菌體
極少數病毒 僅有RNA RNA HIV、SARS病毒
通過上述表格可以看出：
(1)生物的遺傳物質是核酸，即DNA或RNA。
(2)既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遺傳物質是DNA。
(3)只含RNA的病毒中，RNA才作為遺傳物質。
(4)由于絕大多數生物的遺傳物質是DNA，所以DNA是主要的遺傳物質。
【鞏固訓練】
1.下列關于科學家探究DNA是遺傳物質實驗的敘述，錯誤的是( )
A.給小鼠注射加熱殺死的S型細菌，小鼠不死亡是因為S型細菌的DNA加熱后變性
B.給小鼠注射加熱殺死的S型細菌和R型活細菌，小鼠死亡，從死亡的小鼠體內可分離出活的S型細菌
C.用32P標記的噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌實驗中，如果保溫時間過長，可能導致上清液的放射性增強
D.噬菌體侵染細菌實驗中不能用14C和18O分別標記噬菌體的蛋白質和DNA
2.1952年，赫爾希和蔡斯完成了著名的T2噬菌體侵染細菌的實驗，下面是實驗的部分步驟示意圖。下列有關敘述正確的是( )
A.在含32P的培養基上培養，可直接獲得含32P的親代噬菌體
B.實驗過程中，攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體(外殼)與細菌分離
C.含32P的親代噬菌體侵染細菌后，在圖中B、C處都可檢測到32P
D.含35S的親代噬菌體侵染細菌后，保溫培養時間長短會影響圖中B處放射性強度
3.枯草桿菌具有不同類型，其中一種類型能合成組氨酸。將從這種菌中提取的某種物質，加入培養基中，培養不能合成組氨酸的枯草桿菌，結果獲得了活的能合成組氨酸的枯草桿菌。這種物質可能是( )
A.多肽 B.多糖 C.組氨酸 D.DNA
4.如果用15N標記噬菌體并使其侵染沒有標記的細菌，則關于子代噬菌體的敘述正確的是( )
A.在蛋白質外殼中有15N，在DNA中無15N
B.在蛋白質外殼中無15N，在DNA中有15N
C.在蛋白質外殼和DNA中均有15N
D.在蛋白質外殼和DNA中均無15N
5.下列關于遺傳學的經典實驗的敘述，正確的是( )
A.在艾弗里肺炎鏈球菌的轉化實驗中利用了自變量控制中的加法原理
B.在噬菌體侵染細菌的實驗中需經過長時間保溫后，進行攪拌、離心
C.T2噬菌體侵染細菌實驗證明了DNA是大腸桿菌的遺傳物質
D.肺炎鏈球菌的轉化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌的遺傳物質
6.下圖是赫爾希和蔡斯做的T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的部分圖解。請回答下列問題：
（1）35S標記的是噬菌體的________，對該噬菌體進行標記的具體方法步驟是________。
（2）正常情況下，上清液的放射性___________________（填“高”或“低”）；如果攪拌不充分，會導致___________________放射性較高。
（3）噬菌體侵染細菌之后，合成子代噬菌體需要細菌提供的___________________。（選填“DNA模板”“脫氧核苷酸”“氨基酸”）
參考答案
1.答案：A
解析：給小鼠注射加熱殺死的S型細菌，小鼠不死亡是因為S型細菌的蛋白質加熱后變性，細菌不能繁殖，A錯誤；給小鼠注射加熱殺死的S型細菌和R型活細菌，由于加熱殺死的S型細菌的DNA可使R型活細菌轉化成S型活細菌，所以小鼠死亡，從死亡的小鼠體內可分離出活的S型細菌，B正確；用32P標記的噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌實驗中，由于噬菌體的DNA能夠進入大腸桿菌細胞內增殖，所以子代噬菌體含有32P，若長時間保溫，細菌破裂，釋放出子代噬菌體，會導致上清液的放射性增強，C正確；由于蛋白質和DNA中都有O和C，所以不能用14C和18O分別標記噬菌體的蛋白質和DNA，D正確。
2.答案：BC
解析：A、噬菌體是病毒，只能寄生在活細胞內，不能直接利用培養基中的物質，因而不可能在含32P的培養基上培養，直接獲得含32P的親代噬菌體，A錯誤； B、實驗過程中，攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體（外殼）與細菌分離，便于離心后分層，B正確； C、含32P的親代噬菌體侵染細菌后，在圖中C處，可以檢測到大量的放射性；在圖中B處，可以檢測到少量的放射性，C正確； D、35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼，用35S標記的一組侵染實驗，蛋白質外殼留在外面，因此含35S的親代噬菌體侵染細菌后，保溫培養時間長短不會影響圖中B處放射性強度，D錯誤。
故選：BC。
3.答案：D
解析：決定生物性狀的是遺傳物質，細菌屬于原核生物，遺傳物質是DNA。
4.答案：B
5.答案：D
解析：A、在艾弗里肺炎鏈球菌的轉化實驗中通過酶解法分別除去蛋白質、DNA、RNA等成分，利用了自變量控制中的減法原理，A錯誤； B、保溫是為了噬菌體完成吸附和侵入，如果保溫時間過長，噬菌體可能繼續后面的生物合成、裂解與釋放，B錯誤； C、T2噬菌體侵染細菌實驗證明了DNA是T2噬菌體的遺傳物質，C錯誤； D、艾弗里等人的肺炎鏈球菌體外轉化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌的遺傳物質，D正確。
故選D。
6.答案：（1）蛋白質（外殼）；先用含35S的培養基培養大腸桿菌，再用標記的大腸桿菌培養噬菌體
（2）高；沉淀物
（3）脫氧核苷酸、氨基酸

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