資源簡介

第1節　DNA是主要的遺傳物質
【學習目標】
1.通過分析科學家對遺傳物質推測的探索過程,明確遺傳物質具備的特點。(生命觀念、科學思維)
2.通過分析肺炎鏈球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗思路,明確實驗過程和結論,領悟科學家實驗的過程和方法。(科學思維、科學探究)
3.基于實驗探究所得結論,分析實例,知道遺傳物質還有RNA,理解“DNA是主要的遺傳物質”的內涵。(生命觀念、科學思維)
4.說明自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”。(科學思維、科學探究)
【自主預習】
一、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,人們意識到　DNA　的重要性,但是,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。
二、肺炎鏈球菌的轉化實驗
1.肺炎鏈球菌的類型
類型 S型細菌 R型細菌
菌落 表面　光滑　 表面　粗糙　
莢膜 　有　 　無　
有無致病性 　有　 　無　
2.格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
實驗過程 結果分析 結論
(1)R型活細菌小鼠　不死亡　 R型細菌　無　致病性 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)S型活細菌小鼠　死亡 S型活細菌 S型細菌　有　致病性
(3)加熱致死的S型細菌小鼠　不死亡　 加熱致死的S型細菌已失活
(4)R型活細菌與加熱致死的S型細菌小鼠　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
3.艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
(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。
三、噬菌體侵染細菌的實驗
1.實驗材料
(1)T2噬菌體結構:頭部和尾部的外殼都是由　蛋白質　構成的,頭部含有　DNA　。
(2)T2噬菌體增殖的特點:T2噬菌體是一種專門寄生在　大腸桿菌體內　的病毒,在侵染大腸桿菌后,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。當噬菌體增殖到一定數量后,大腸桿菌裂解,釋放出大量的噬菌體。
2.實驗過程及結果
實驗過程 實驗組別
一 二
設計思路 僅蛋白質分子中含有S,P幾乎都存在于DNA分子中,用不同的放射性同位素分別標記蛋白質和DNA,直接、單獨地觀察它們的作用
標記 大腸桿菌 含35S的培養基+無標記的大腸桿菌→含35S的大腸桿菌 含32P的培養基+無標記的大腸桿菌→　含32P的大腸桿菌　
標記 噬菌體 無標記的噬菌體→侵染含35S的大腸桿菌→　含35S的噬菌體　 無標記的噬菌體→侵染含32P的大腸桿菌→含32P的噬菌體
噬菌體 侵染細菌 含35S的噬菌體+無標記的大腸桿菌→混合培養→攪拌后離心 含32P的噬菌體+無標記的大腸桿菌→混合培養→攪拌后離心
實驗結果 上清液放射性　很高　,沉淀物放射性　很低　;在新形成的噬菌體中　沒有檢測到　35S 上清液放射性　很低　,沉淀物放射性　很高　;在新形成的部分噬菌體中　檢測到　32P
實驗分析 噬菌體侵染細菌時,含32P的噬菌體　DNA　進入細菌體內,而含35S的噬菌體　蛋白質外殼　并未進入細菌體內
3.結論:　DNA　才是噬菌體的遺傳物質。
四、DNA是主要的遺傳物質
1.RNA是遺傳物質的實驗證據
(1)實驗材料:煙草花葉病毒(只含有　蛋白質　和　RNA　)、煙草。
(2)實驗過程
(3)結論:煙草花葉病毒的遺傳物質是　RNA　,不是　蛋白質　。
2.DNA是主要的遺傳物質的原因:絕大多數生物的遺傳物質是　DNA　,只有極少數生物的遺傳物質是　RNA　。
【合作探究】
任務1　對遺傳物質的早期推測及肺炎鏈球菌的轉化實驗
活動1　閱讀課本P42~43,根據對格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗的理解,結合材料回答以下問題
　　蛋白質和核酸對于高溫的耐受力是不同的。在80~100 ℃,蛋白質失活,DNA雙鏈解開;當溫度降至55 ℃以下時,DNA雙鏈能夠重新恢復,但蛋白質的活性不能恢復。
1.S型細菌有致病性,R型細菌無致病性的原因是什么
提示　S型細菌的莢膜使其進入小鼠體內后能夠抵抗吞噬細胞的吞噬,有利于細菌在宿主體內生活并繁殖。而R型細菌無莢膜,感染人體或動物體后,容易被吞噬細胞吞噬并殺死。
2.對照分析四組實驗并根據實驗結果推出實驗結論。
第一組、第二組對照,說明R型細菌　。
第二組、第三組對照,說明　。
第三組、第四組對照,說明 　。
提示　無致病性,S型細菌有致病性　加熱致死的S型細菌無致病性　R型細菌轉化為S型細菌,且性狀可以遺傳
3.從格里菲思的實驗中,你學習了哪些實驗方法 能得出哪些結論
提示　實驗中要控制單一變量和設置對照組。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。
4.結合材料分析,轉化因子可能是什么物質
提示　加熱致死的S型細菌中蛋白質已經失去活性,DNA還能恢復活性,故轉化因子可能是DNA。
例1　格里菲思用肺炎鏈球菌感染小鼠,進行了著名的轉化實驗,關于實驗的結論錯誤的是(　　)。
A.說明了肺炎鏈球菌的遺傳物質是DNA
B.說明了R型活細菌在一定條件下能夠轉化為S型活細菌
C.說明了R型活細菌不具有致病性,S型活細菌具有致病性
D.說明了加熱致死的S型細菌不具有致病性
【答案】　A
【解析】　格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗能夠說明加熱致死的S型細菌體內存在某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的轉化因子,但不能說明DNA是遺傳物質,A錯誤,B正確;將R型活細菌單獨注射到小鼠體內,小鼠存活,說明R型活細菌沒有致病性,將S型活細菌單獨注射到小鼠體內,小鼠死亡,說明S型活細菌有致病性,C正確;將加熱致死的S型細菌注射到小鼠體內,小鼠能夠存活,說明加熱致死的S型細菌不具有致病性,D正確。
對點練1　(2023·泰安校考)某科研小組在格里菲思實驗的基礎上利用相同實驗材料增加了相關實驗,實驗過程如圖所示,下列敘述正確的是(　　)。
A.活菌甲是S型細菌,活菌乙是R型細菌
B.該實驗證明了DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質
C.從鼠2血液中分離出來的活菌都能使小鼠死亡
D.從鼠5體內分離出的活菌在培養基上培養,都會產生光滑菌落
【答案】　D
【解析】　R型細菌無致病性,不會導致小鼠死亡,而S型細菌有致病性,會導致小鼠死亡,且S型細菌的DNA會使R型活細菌轉化為S型活細菌,因此圖中活菌甲為R型細菌,活菌乙為S型細菌,A錯誤;格里菲思的實驗證明S型細菌中存在某種轉化因子,它能將R型活細菌轉化為S型活細菌,但沒有證明DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質,B錯誤;加熱致死的菌乙(S型細菌)的DNA使少數活菌甲(R型細菌)發生轉化而成為S型細菌,大多數R型細菌未轉化,故從鼠2血液中分離出來的活菌有S型細菌和R型細菌,R型細菌不能使小鼠死亡,C錯誤;從鼠5體內分離出的活菌均為S型細菌,因此其在培養基上培養,都會產生光滑菌落,D正確。
活動2　閱讀課本P44,請根據對艾弗里體外轉化實驗的理解,結合下圖回答以下問題
1.加入蛋白酶的作用是什么 設置該組的目的是什么 該組屬于對照組還是實驗組
提示　蛋白酶的作用是水解細胞提取物中的蛋白質。設置該組的目的是觀察蛋白質的作用。該組屬于實驗組。
2.該實驗的自變量是什么 控制自變量的方法是什么
提示　自變量是經不同酶處理的S型細菌的細胞提取物。控制自變量采用了“減法原理”。
3.五組實驗的對照分析及結論分別是什么
提示　第一組是加入細胞提取物的組,屬于對照組,結論為細胞提取物中含有轉化因子。其余四組均屬于實驗組,實驗結論分別為蛋白質、RNA、脂質等物質不是轉化因子,DNA是轉化因子。
4.能發生轉化的組,培養基上生長的菌落情況是怎樣的
提示　生長有R型細菌菌落和S型細菌菌落,但S型細菌菌落較少,說明R型細菌轉化率是很低的。
認知生成
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 用培養基(體外)
實驗對照 R型細菌與S型細菌的致病性對照 S型細菌體內各成分的相互對照
巧妙構思 將加熱致死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照,來說明確實發生了轉化 觀察利用酶解法去除某物質后,細胞提取物是否還具有轉化效應
實驗結論 加熱致死的S型細菌體內有轉化因子 轉化因子為DNA
(續表)
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
兩實驗 的聯系 ①所用材料相同,都是R型和S型肺炎鏈球菌 ②體內轉化實驗是基礎,而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.艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗分析
在轉化過程中并不是所有的R型細菌均轉化成S型細菌,而是只有少部分R型細菌轉化成S型細菌,因為轉化受DNA的純度、兩種細菌的親緣關系、R型菌的狀態等因素的影響。
例2　(不定項)艾弗里和其同事用R型和S型肺炎鏈球菌進行實驗,結果如下表。從表中內容可知(　　)。
實驗組號 接種菌型 經不同處理的S型 細菌的細胞提取物 培養皿 長菌情況
① R 不作處理 R型、S型
② R 加蛋白酶
③ R 加RNA酶 R型、S型
④ R 加酯酶 R型、S型
⑤ R 加DNA酶 R型
A.②培養皿中只出現R型細菌
B.該實驗不能證明蛋白質不是遺傳物質
C.該實驗說明S型細菌的DNA很可能是轉化因子
D.①~⑤組的結果說明DNA是主要的遺傳物質
【答案】　C
【解析】　實驗的自變量是經不同處理的S型細菌的細胞提取物,因變量是培養皿中的活細菌種類。②培養皿中會出現R型細菌和S型細菌,A錯誤;該實驗可以證明蛋白質不是遺傳物質,B錯誤;①②、①③、①④、①⑤兩兩對比,說明轉化因子很可能是DNA,C正確;①~⑤組的結果說明DNA可能是遺傳物質,但不能說明DNA是主要的遺傳物質,D錯誤。
對點練2　下列關于艾弗里肺炎鏈球菌的轉化實驗的敘述,錯誤的是(　　)。
A.該實驗是在格里菲思實驗的基礎上進行的
B.該實驗過程中需要進行細菌的培養
C.該實驗運用了酶解法和同位素標記法
D.實驗過程中,可通過觀察菌落的特征來判斷是否發生了轉化
【答案】　C
【解析】　艾弗里肺炎鏈球菌的轉化實驗運用了酶解法,但沒有運用同位素標記法,C錯誤;R型細菌在培養基上形成的菌落表面粗糙,S型細菌在培養基上形成的菌落表面光滑,二者的菌落特征不同,故實驗過程中可通過觀察菌落的特征來判斷是否發生了轉化,D正確。
素能提升　自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”(科學探究能力)
　　在對照實驗中,控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”。與常態比較,人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”,人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。在實驗中常運用“加法原理”或“減法原理”進行處理,以減小或排除無關變量所造成的實驗誤差,確保結果準確。
1.在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,實驗的設計遵循了哪些原理和原則 其巧妙之處是什么
提示　遵循了“減法原理”、單一變量原則和對照原則。其巧妙之處在于運用“減法原理”,人為去除某種影響因素后,觀察實驗結果的變化。
2.想一想之前的實驗中,還有哪些實驗采用了“加法原理”或“減法原理”
提示　在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”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”。
例3　在對照實驗中,控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”。下列實驗設計中采用了“加法原理”的是(　　)。
A.“驗證Mg是植物生活的必需元素”實驗中,完全培養液作為對照,實驗組是缺Mg培養液
B.“驗證光是光合作用的條件”實驗中,對照組在光下進行實驗,實驗組作遮光處理
C.格里菲思將R型活細菌和加熱致死的S型細菌混合后注射到小鼠體內,觀察小鼠是否存活
D.在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,幾個實驗組分別添加蛋白酶、酯酶或DNA酶等
【答案】　C
【解析】　“驗證Mg是植物生活的必需元素”實驗中,完全培養液作為對照,實驗組是缺Mg培養液,采用的是“減法原理”,A不符合題意;“驗證光是光合作用的條件”實驗中,對照組在光下進行,實驗組作遮光處理,采用的是“減法原理”,B不符合題意;在肺炎鏈球菌的轉化實驗中,格里菲思向小鼠體內單獨注射R型活細菌、S型活細菌及加熱致死的S型細菌,作為對照組,然后將R型活細菌和加熱致死的S型細菌混合后注射到小鼠體內,作為實驗組,增加了實驗的影響因素,屬于“加法原理”的運用,C符合題意;在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,幾個實驗組分別添加蛋白酶、酯酶或DNA酶等的目的是除去相應的成分,采用的是“減法原理”,D不符合題意。
對點練3　某研究小組為了研究不同的酶抑制劑(可以抑制酶活性的一類物質)對酶活性的影響進行了相關實驗,其結果如圖所示。 回答下列問題:
(1)研究發現,競爭性抑制劑與酶結合后,底物不能再與酶結合;而非競爭性抑制劑與酶結合后,底物仍能與酶結合。據此推測,非競爭性抑制劑與酶結合的位點和底物與酶結合的位點　　　　(填“相同”或“不同”)。
(2)為驗證物質X屬于酶抑制劑,某研究小組將濃度為m的底物均分為甲、乙兩組,甲組中加酶,乙組中加入酶和物質X。若甲組反應速率　　　　(填“大于”或“小于”)乙組,則可驗證。在該實驗基礎上,若要進一步探究物質X是競爭性抑制劑還是非競爭性抑制劑,請設計實驗(寫出實驗設計思路)。
【答案】　(1)不同　(2)大于　實驗思路:在該實驗基礎上添加丙組,底物濃度大于m,加入酶和物質X,測定反應速率。
【解析】　(1)酶需要與底物結合后才能發揮作用,據題干信息“非競爭性抑制劑與酶結合后,底物仍能與酶結合”可知,非競爭性抑制劑與酶結合的位點和底物與酶結合的位點不同,故不占據酶的結合位點。(2)根據題意分析,若物質X屬于酶抑制劑,則與加酶組相比,加入酶和物質X后反應速率會減慢,故甲組加酶、乙組中加入酶和物質X,甲組的反應速度大于乙組的。若要進一步探究物質X是競爭性抑制劑還是非競爭性抑制劑,則可在該實驗基礎上添加丙組,底物濃度大于m,加入酶和物質X,測定反應速率。據題圖信息分析,若為競爭性抑制劑,則丙組反應速率應大于乙組;若為非競爭性抑制劑,則丙組反應速率與乙組相同。
任務2　噬菌體侵染細菌的實驗
活動3　閱讀課本P44~46,下圖2表示T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗過程,根據圖示回答下列問題
1.選用T2噬菌體作實驗材料,有何優點
提示　T2噬菌體的DNA和蛋白質能自然完全分離,實驗結果更可靠。
2.怎樣才能讓噬菌體的蛋白質或DNA被相應的同位素標記
提示　先用含放射性同位素的培養基培養細菌,得到帶有標記的細菌;再用帶有標記的細菌培養噬菌體,分別使噬菌體的蛋白質或DNA帶上標記。
3.本實驗采用的是放射性同位素標記技術,為什么用35S和32P進行標記 35S和32P應分別標記圖1中的哪個部分
提示　S是噬菌體蛋白質特有的元素,P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,可以單獨地觀察它們各自的作用。35S標記圖1中的④,32P標記圖1中的①。
4.能否用14C和3H標記噬菌體 能否用32P和35S同時標記噬菌體
提示　不能,因為DNA和蛋白質中都含C和H,無法確認被標記的是何種物質。不能,因為若用32P和35S同時標記噬菌體,則上清液和沉淀物中均會出現放射性,無法判斷是何種元素的放射性。
5.用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌,上清液中有少量放射性的原因是什么
提示　(1)保溫時間過短,部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌體內,經離心后分布于上清液中;(2)保溫時間過長,部分噬菌體在大腸桿菌體內增殖后釋放出子代,子代經離心后分布于上清液中。
6.用35S標記的T2噬菌體侵染大腸桿菌,沉淀物中也有少量放射性的原因是什么
提示　攪拌不充分,有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在大腸桿菌表面,隨大腸桿菌離心到沉淀物中。
7.子代噬菌體的蛋白質外殼和DNA是如何合成的
提示　子代噬菌體的蛋白質外殼:由宿主細胞提供原料氨基酸,在宿主細胞的核糖體上合成,與親代噬菌體的蛋白質外殼無關。子代噬菌體的DNA:由親代噬菌體提供模板,利用宿主細胞提供的脫氧核苷酸合成子代噬菌體的DNA。
認知生成
噬菌體侵染細菌實驗中上清液和沉淀物放射性分析
1.32P標記的T2噬菌體侵染大腸桿菌
2.35S標記的T2噬菌體侵染大腸桿菌
例4　某校生物研究性學習小組模擬赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗,實驗過程如圖所示。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含有少量放射性與①過程中培養時間過長或過短有關
C.實驗中c含有放射性與④過程中攪拌不充分有關
D.該實驗證明了DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質
【答案】　A
【解析】　35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,32P標記的是T2噬菌體的DNA,所以離心后,理論上b和c中不應具有放射性,A正確;35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,T2噬菌體侵染細菌時,蛋白質外殼留在外面,經攪拌后與細菌分開,所以若b中含有放射性,說明攪拌不充分,B錯誤;實驗中c含有放射性與③過程中培養時間過長或過短有關,C錯誤;該實驗只證明了DNA是遺傳物質,沒有證明蛋白質不是遺傳物質,D錯誤。
【技巧歸納】　　“二看法”判斷子代噬菌體標記情況
對點練4　如果用3H、15N、32P、35S標記噬菌體后,讓其侵染未被標記的細菌,在產生的子代噬菌體的組成成分中,能夠找到的標記元素為(　　)。
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
【答案】　B
【解析】　噬菌體是由DNA和蛋白質組成的,DNA中含有C、H、O、N、P,而蛋白質中含有C、H、O、N、S等元素。用3H、15N、32P、35S共同標記噬菌體,其DNA中含有3H、15N、32P,蛋白質中含有3H、15N、35S。在噬菌體侵染細菌的過程中,蛋白質外殼留在外面,沒有進入細菌內,只有DNA進入細菌內,所以在子代噬菌體的DNA中能夠找到的標記元素為3H、15N、32P,而外殼中沒有標記元素。
活動4　根據課本P46對煙草花葉病毒的介紹,認同DNA是主要的遺傳物質
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,基本實驗思路是什么
提示　設法將其RNA和蛋白質分離,然后單獨、直接地觀察它們各自的作用。
3.對于某一生物(如人、T2噬菌體、酵母菌等),能不能說它的遺傳物質主要是DNA 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、T2噬菌體、酵母菌等)或RNA(如人類免疫缺陷病毒等)。DNA是主要的遺傳物質是相對所有生物來說的,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。
認知生成
不同生物的遺傳物質
1.細胞生物
2.非細胞生物
例5　(2023·南通校考)下圖表示科研人員探究“煙草花葉病毒(TMV)遺傳物質”的實驗過程,由此可以判斷(　　)。
A.水和苯酚的作用是分離病毒的蛋白質和RNA
B.TMV的蛋白質不能進入煙草細胞中
C.侵入煙草細胞的RNA與煙草的蛋白質組裝成新的病毒
D.RNA是TMV的主要遺傳物質
【答案】　A
【解析】　由圖可知,TMV放在水和苯酚中振蕩后,分別得到了RNA和蛋白質,可見水和苯酚具有分離病毒的蛋白質和RNA的作用,A正確;從圖中不能判斷出TMV的蛋白質能否進入煙草細胞中,B錯誤;圖中只顯示出病毒的RNA和蛋白質分別接種到正常煙草后的現象,不能體現侵入煙草細胞的RNA與煙草的蛋白質組裝成新的病毒,C錯誤;由圖可知,接種了TMV的RNA后正常煙草感染病毒,而接種了蛋白質的正常煙草未感染病毒,故實驗可證明RNA是TMV的遺傳物質,D錯誤。
對點練5　(2023·延安期末)下列關于遺傳物質的敘述,正確的是(　　)。
A.煙草花葉病毒的遺傳物質是DNA
B.細胞生物的遺傳物質一定是DNA
C.原核生物的遺傳物質有些是RNA
D.新型冠狀病毒的遺傳物質是DNA或RNA
【答案】　B
【解析】　煙草花葉病毒、新型冠狀病毒是RNA病毒,其遺傳物質是RNA,A、D錯誤;有細胞結構的生物(原核生物、真核生物)含有DNA和RNA兩種核酸,但其遺傳物質一定是DNA,B正確,C錯誤。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
判斷正誤。 (1)艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗證明了DNA是主要的遺傳物質。 (×) (2)分別用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養基培養噬菌體。 (×) (3)細胞生物遺傳物質的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。 (×) (4)T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗中,32P標記組為實驗組,35S標記組為對照組。 (×) (5)生物細胞核內的遺傳物質為DNA,細胞質內的遺傳物質為RNA。 (×)
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