資源簡介

3.1 DNA是主要的遺傳物質學案
【學習目標】
1.生命觀念——從分子水平上，利用結構與功能觀，分析DNA適合作為遺傳物質應具備的特點。
2.科學思維——運用歸納與概括的方法，分析肺炎鏈球菌體外轉化實驗、噬菌體侵染大腸桿菌實驗和煙草花葉病毒重建實驗，歸納出其在實驗思路上的共同點。
3.科學探究——從選材、原理、方法、步驟、結果、結論和設置對照的方式等多個角度理解相關實驗，學會同位素標記病毒的基本方法和原理。
4.科學思維——分析肺炎鏈球菌體外轉化實驗、噬菌體侵染大腸桿菌實驗和煙草花葉病毒重建實驗的實驗結論，歸納概括出DNA是主要的遺傳物質。
【學習重難點】
1、重點：
(1)肺炎雙球菌轉化的實驗原理和過程；
(2)噬菌體侵染細菌的原理和過程。
(3)證明DNA是遺傳物質的實驗的關鍵設計思路。
2、難點：
(1)肺炎雙球菌轉化的實驗原理和過程；
(2)證明DNA是遺傳物質的實驗的關鍵設計思路。
【預習新知】
肺炎鏈球菌的轉化實驗
1.對遺傳物質的早期推測
20世紀20年代，大多數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分子的脫氧核苷酸有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。
2.肺炎鏈球菌的類型
項目 S型細菌 R型細菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌體
有無毒性 有 無
3.格里菲思的體內轉化實驗
實驗過程 結果分析 結論
①R型活細菌小鼠不死亡 R型細菌無毒性 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
②S型活細菌小鼠死亡S型活細菌 S型細菌有毒性
③加熱致死的S型細菌小鼠不死亡 加熱致死的S型細菌己失活，毒性消失
小鼠死亡S型活細菌 R型細菌轉化為S型細菌，且性狀可以遺傳
4.艾弗里的體外轉化實驗
（1）實驗過程及結果
（2）結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
（3）減法原理：在對照實驗中，與常態比較，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。
噬菌體侵染細菌的實驗
1.實驗材料： 。
2.實驗目的： 。
3.實驗方法： 。
4.實驗過程
（1）標記大腸桿菌
大腸桿菌+含35S的培養基→含 的大腸桿菌
大腸桿菌+含32P的培養基→含 的大腸桿菌
（2）標記T2噬菌體
T2噬菌體+含 →含 的T2噬菌體
T2噬菌體+含 →含 的T2噬菌體
（3）噬菌體侵染大腸桿菌
含35S的T2噬菌體侵染大腸桿菌 含32P的T2噬菌體侵染大腸桿菌
攪拌、離心后 上清液
沉淀物
5.實驗結論：
噬菌體侵染細菌時， 進入細菌的細胞中，而 外殼仍留在細胞外。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。 才是噬菌體的 。
6.煙草花葉病毒對煙草花葉細胞的感染實驗
（1）實驗材料：煙草花葉病毒和煙草。
（2）實驗過程
（3）實驗結論
是煙草花葉病毒的遺傳物質， 不是煙草花葉病毒的遺傳物質。
7.最終結論：因為絕大多數生物的遺傳物質是 ，所以說， 是主要的遺傳物質。
【易錯提示】
（1）DNA是所有生物的遺傳物質（ ）
（2）酵母菌的遺傳物質主要是DNA（ ）
（3）病毒的遺傳物質是DNA或RNA（ ）
（4）艾滋病病毒的遺傳物質是DNA或RNA（ ）
答案：（1）×（2）×（3）√（4）×
【深化探究】
知識點一　肺炎鏈球菌的轉化實驗
1．肺炎鏈球菌體內轉化實驗和體外轉化實驗的比較
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
培養細菌 在小鼠體內 體外培養基
實驗對照 R型細菌與S型細菌的致病性對照 S型細菌各組成成分的作用進行對照
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 用“酶解法”將細胞提取物中的某一物質分解、去掉，直接、單獨地觀察該種物質在實驗中是否起作用
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
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)兩個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，使小鼠致死的是S型細菌，不是S型細菌的DNA。
自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”
在對照實驗中，控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”。
(1)與常態比較，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、滴加肝臟研磨液的處理，就利用了“加法原理”。
(2)與常態比較，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體外轉化實驗中，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，就利用了“減法原理”。
知識點二　噬菌體侵染細菌的實驗
1．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
2．肺炎鏈球菌體外轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗的比較
(1)實驗設計思路的比較
項目 肺炎鏈球菌體外 轉化實驗 噬菌體侵染 細菌實驗
思路相同 設法將DNA與其他物質分開，或特異性地去除某一物質，單獨、直接地研究它們各自不同的遺傳功能
處理方式的區別 利用“減法原理”：每個實驗組特異性地去除一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質 同位素標記法：分別標記DNA和蛋白質的特殊元素(32P和35S)
(2)兩個實驗遵循相同的實驗設計原則：單一變量原則、對照原則。
(3)實驗結論(或目的)的比較
①肺炎鏈球菌體外轉化實驗的結論：證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質。
②噬菌體侵染細菌實驗的結論：證明DNA是遺傳物質，不能證明蛋白質不是遺傳物質，因為蛋白質沒有進入細菌體內。
【鞏固訓練】
1.某科研小組利用小鼠、R型和S型肺炎鏈球菌在格里菲思實驗的基礎上增加了相關實驗，實驗過程如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A. 該實驗中細菌甲和乙分別對應R型細菌和S型細菌
B. 經過步驟②后，鼠2血液中含有活菌甲和活菌乙
C. 加熱致死菌乙中的某種轉化因子能使活菌甲轉化成活菌乙
D. 鼠5經過步驟⑤后死亡的原因是死菌甲中某種物質使活菌乙轉化為活菌甲
2.如果用3H、15N、32P、35S標記噬菌體后，讓其侵染未被標記的細菌，關于產生的子代噬菌體的組成成分中的放射性元素，敘述正確的是( )
A.可在外殼中找到3H、15N和35S
B.可在DNA中找到3H、15N和32P
C.可在外殼中找到15N、35S
D.可在DNA中找到15N、32P、35S
3.生物科學發展史既包括科學家對生命現象的研究過程,又包括科學家研究生命現象時所持有的不同觀點和態度。下列有關生物科學發展史的敘述正確的是( )
A.摩爾根通過果蠅雜交實驗,運用假說一演繹法發現了基因在染色體上
B.噬菌體侵染大腸桿菌實驗和證明DNA半保留復制的實驗都用到了放射性同位素標記法
C.格里菲思通過肺炎鏈球菌轉化實驗證明了DNA是遺傳物質
D.DNA衍射圖譜對施萊登和施旺構建DNA雙螺旋結構模型起到了重要作用
4.赫爾希和蔡斯完成的噬菌體侵染細菌實驗,結果證明遺傳物質是( )
A.蛋白質. B.DNA C.糖類 D.脂質
5.下列關于探究DNA是遺傳物質的實驗的敘述，正確的是( )
A.格里菲思將活的R型菌同加熱殺死的S型菌混合后能分離出活的S型菌，說明DNA是“轉化因子”
B.艾弗里從S型菌中分離出了具有活性的轉化因子，該轉化因子能被DNA酶作用而失去活性
C.噬菌體侵染細菌實驗發現大多數被標記的噬菌體DNA存在于上清液中
D.噬菌體侵染細菌實驗的S標記組中，沉淀物具有放射性與保溫時間較長有關
6.研究人員從患病小鼠體內發現一種新病毒，為探究該病毒的遺傳物質是DNA還是RNA，做了如下實驗。請回答相關問題。
（1）實驗材料：該病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等滲生理鹽水、注射器等。
（2）實驗步驟：
①取健康且生長狀況基本一致的小白鼠若干只，隨機均分成四組，編號分別為A、B、C、D。
②按下表所示配制注射溶液，然后分別注射入小白鼠體內。（將表格填寫完整）
組別 A B C D
注射溶液 ______和______ ______和______ _____ _____ _____ _____
③相同條件下培養一段時間后，觀察比較各組小白鼠的發病情況。
（3）結果預測及結論：①A、C組發病，B、D組未發病，說明DNA是該病毒的遺傳物質。
②______，說明DNA是該病毒的遺傳物質。
②_____，說明_____。
（4）實驗分析：
①該實驗中，進行步驟①操作的目的是______。
②為使實驗更加嚴謹，除需觀察比較各組小白鼠的發病情況外，還應從發病小白鼠體內相應組織中抽取樣品，檢測_____。
③若要進一步研究該病毒，則應將該病毒培養在活細胞中，原因是_____。
參考答案
1.答案：D
解析：A、注射活菌甲的鼠1存活，說明細菌甲無致病性，對應R型細菌；注射活菌乙的鼠4死亡，說明細菌乙有致病性，對應S型細菌，A正確 ；
B、步驟②是將活菌甲與加熱致死的細菌乙混合后注射到小鼠體內，結果鼠2死亡，將從鼠2體內分離出的活菌乙注射到鼠4體內，導致鼠4死亡，說明有部分活菌甲轉化為活菌乙，且轉化的性狀能夠遺傳，因此鼠2血液中含有的活菌類型有甲和乙，B正確；
C、結合對B選項的分析可推知：死菌乙中某種轉化因子能使活菌甲轉化成活菌乙，C正確；
D、鼠5經過步驟⑤后死亡的原因是活菌乙能使鼠致死，活菌甲不具有致死效應，D錯誤。
故選D。
2.答案：B
解析：A、由以上分析可知，可在外殼中找到3H、15N，而找不到35S，A錯誤；B、由以上分析可知，可在DNA中找到3H、15N和32P，B正確；C、由以上分析可知，可在外殼中找到3H、15N，而找不到35S，C錯誤；D、可在DNA中找到15N、32P，而找不到35S，D錯誤。故選B。
3.答案：答案:A
解析:B.證明DNA半保留復制的實驗用到的N 沒有放射性;錯誤；
C.格里菲思通過肺炎鏈球菌轉化實驗提出了轉化因子一詞，并不知道是DNA;錯誤；
D.DNA 衍射圖譜對沃森和克里克構建 DNA 雙螺旋結構模型起到了重要作用:錯誤。
4.答案：B
解析：赫爾希和蔡斯完成的噬菌體侵染細菌實驗，結果證明DNA是T2噬菌體的遺傳物質,B項正確。
5.答案：A
解析：①為了保護魚類資源不受破壞，并能持續地獲得最大的捕魚量，被捕魚群的種群數保持在K/2水平，因為在這個水平上種群增長速率最大，①正確；
②調查土壤動物豐富度采用取樣器取樣法，由于活動能力強，不適宜采用樣方法，由于身體微小，不適宜采用標志重捕法，②錯誤；
③生物多樣性包括物種多樣性、基因多樣性和生態系統多樣性，③錯誤；
④“螳螂捕蟬，黃雀在后”這句話體現了捕食關系，但由于缺乏生產者，則不能形成一條食物鏈，④錯誤；
⑤物種之間的共同進化主要是通過物種之間的捕食、競爭、寄生和共生等多種種間關系實現的，⑤錯誤。
綜上所述，①正確，②③④⑤錯誤，A正確，BCD錯誤。
故選A。
6.答案：（2）該病毒核酸提取物；RNA酶；該病毒核酸提取物；DNA酶；該病毒核酸提取物；等滲生理鹽水
（3）B、C組發病，A、D組未發病；RNA是該病毒的遺傳物質
（4）①排除無關變量對實驗結果的影響；②是否含有新病毒；③病毒營寄生生活，其繁殖只能在活細胞中進行
解析：（2）實驗應遵循單一變量原則和對照原則，本實驗自變量為病毒核酸提取物中加入酶的類型，根據（3）問中①的結果預測及結論可推知A、B、C、D這四組注射溶液分別為該病毒核酸提取物和RNA酶，該病毒核酸提取物和DNA酶，該病毒核酸提取物，等滲生理鹽水。
（3）DNA酶可將DNA水解，RNA酶可將RNA水解，若DNA是該病毒的遺傳物質，則A組DNA不被水解，B組DNA被水解，A、C組發病，B、D組不發病；若RNA是該病毒的遺傳物質，則A組RNA被水解， B組RNA不被水解，B、C組發病，A、D組不發病。
（4）①無關變量是在實驗過程中除自變量以外的會影響實驗結果的其他因素。本實驗中，進行步驟①操作的目的是排除無關變量（小白鼠的生長狀況及分組）對實驗結果的影響。②本實驗通過觀察比較小白鼠的發病情況判斷新病毒的遺傳物質是DNA還是RNA，為使實驗更加嚴謹，還應從發病小白鼠體內的相應組織中抽取樣品，檢測是否含有新病毒。③病毒營寄生生活，其繁殖只能在活細胞中進行，因此若要進一步研究該病毒，則應將該病毒培養在活細胞中。

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