2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：DNA是主要的遗传物质

2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：DNA是主要的遗传物质

2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习：DNA 是主要的遗传物质 [考纲展示] 人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ) 【核心概念及重要结论】 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 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。 【考点速览】 考点一：肺炎双球菌转化实验 1．肺炎双球菌类型 特点 类型 菌落 荚膜 毒性 S 型 光滑 有 有 R 型 粗糙 无 无 2．格里菲思的体内转化实验 (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 型细菌转化为 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。 考点二：噬菌体侵染细菌实验 1．噬菌体结构 (1)A：蛋白质外壳；B：DNA。 (2)组成 A、B 的共有元素为 C、H、O、N，其中 A 特有 S 元素，B 特有 P 元素。 2．实验过程及结果 标记大肠杆菌：分别用含 35S、32P 的培养基培养大肠杆菌 ↓ 标记噬菌体：分别用含 35S 和 32P 的大肠杆菌培养 T2 噬菌体，得到蛋白质含 35S 或 DNA 含 32P 的 噬菌体 ↓ 侵染细菌： 3．结论：DNA 是遗传物质。 考点三：烟草花叶病毒感染烟草叶实验及生物的遗传物质 1．烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验 (1)实验过程及现象 (2)实验结论 RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。 2．探索结论 DNA 是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是 DNA，只有少部分生物的遗 传物质是 RNA。 【重点突破】 一、生物体内核酸种类及遗传物质类型 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 有细胞结 真核生物 DNA 和 RNA DNA 玉米、小麦、人 构的生物 原核生物 DNA 乳酸菌、蓝藻 无细胞结 构的生物 DNA 病毒 DNA DNA 噬菌体 RNA 病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒 二、肺炎双球菌的转化： 1.肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 在小鼠体内 体外培养基 实验对照 R 型细菌与 S 型细菌的毒性对照 S 型细菌各组成成分的作用 进行对照 巧妙构思 用加热杀死的 S 型细菌注射到小鼠 体内作为对照实验来说明确实发生 了转化 将物质提纯分离后，直接地、 单独地观察某种物质在实验 中所起的作用 实验结论 S 型细菌体内有“转化因子” S 型细菌的 DNA 是遗传物 质 联系 (1)所用材料相同 (2)体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转 化实验的延伸 (3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则 2.有关肺炎双球菌转化的两点注意： （1）转化的实质是基因重组而非基因突变。肺炎双球菌转化实验是指 S 型细菌的 DNA 片段整合到 R 型细菌的 DNA 中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。 2．并非所有的 R 型细菌都被转化。由于转化受到 DNA 的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态 等因素的影响，因此转化过程中并不是所有的 R 型细菌都被转化成 S 型细菌，而只是一小部分 R 型细 菌被转化成 S 型细菌。 三、噬菌体侵染细菌实验： 1．噬菌体增殖需要的条件 (1)场所：大肠杆菌。 (2)蛋白质的合成   原料：大肠杆菌的氨基酸 场所：大肠杆菌的核糖体 (3)DNA 的合成   原料：大肠杆菌的四种脱氧核苷酸 模板：噬菌体的DNA 2．上清液和沉淀物出现放射性的原因 (1)用 32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因：①保温时间过短，有一部分噬菌体还 没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。②保温时间过长，噬菌体 在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液中出现放射性。 (2)用 35S 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含 35S 的噬 菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 3．噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验的比较 比较项目 噬菌体侵染细菌实验 肺炎双球菌体外转化实验 设计思路 设法将 DNA 和其他物质分开，单独研究它们各自不同的功能 处理方法 放射性同位素标记法：分别标 记 DNA 和蛋白质的特殊元素 直接分离法：分离 S 型细菌的多种组 成物质，分别与 R 型细菌混合培养 检测结果 的方式 检测放射性位置 观察菌落类型 结论 DNA 是遗传物质 DNA 是遗传物质，蛋白质等不是遗传 物质 【真题训练】 1．(2018·浙江高考)下列关于“核酸是遗传物质的证据”的实验的叙述，正确的是( ) 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 D [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，A 错误；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，B 错误；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，但没有做 S 型菌的蛋白质能否使 R 型菌转化为 S 型菌的实 验，不能说明蛋白质不是遗传物质，C 错误；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， D 正确。] 2．(2017·全国卷Ⅱ)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 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．人类免疫缺陷病毒与 T2 噬菌体的核酸类型和增殖过程相同 C [考查噬菌体侵染细菌的实验、人类免疫缺陷病毒所含的核酸类型。A 错：T2 噬菌体只能寄生 在大肠杆菌中，并在其细胞中复制和增殖；B 错：T2 噬菌体只有在宿主细胞内才能合成 mRNA 和蛋白质；C 对：培养基中的 32P 经宿主摄取后进入宿主细胞内部，在宿主细胞内，T2 噬菌体以 自身 DNA 为模板，以宿主细胞内的物质(含 32P 的脱氧核苷酸等)为原料合成子代噬菌体，因此培 养基中的 32P 经宿主摄取后可出现在 T2 噬菌体的核酸中；D 错：人类免疫缺陷病毒所含的核酸是 RNA，T2 噬菌体所含的核酸是 DNA，故两者的核酸类型不同，增殖过程不完全相同。] 3．(2017·全国卷Ⅰ)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：考查：实验设计的对照原则、噬菌体侵染细菌实验、同位素标记法。 该实验的目的是鉴定一种病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA，要求使用的实验方法是同位素标记法。 DNA 和 RNA 的元素组成相同，都含有 C、H、O、N、P，因此只标记化学元素是不可行的，而 DNA 和 RNA 的不同之处在于含氮碱基不同，因此可在培养基中分别加入含有放射性标记的胸腺嘧啶和 含有放射性标记的尿嘧啶，看病毒的增殖是利用了含有放射性标记的胸腺嘧啶来合成 DNA，还是利 用含有放射性标记的尿嘧啶来合成 RNA。 答案：(1)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。 【专项训练】 1．人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列有关叙述错误的是 A．孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质 B．噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更有说服力 C．烟草花叶病毒感染烟草实验说明该病毒的遗传物质是 RNA D．DNA 分子的遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序之中 A [孟德尔发现遗传因子并证实了遗传因子传递规律，但没有发现遗传因子的化学本质，A 错误；噬 菌体侵染细菌时只有 DNA 进入细菌，蛋白质外壳留在细菌外，这样 DNA 和蛋白质彻底分开，而艾弗 里的肺炎双球菌体外转化实验中提取的 DNA 中还混有少量的蛋白质，所以，噬菌体侵染细菌实验比 肺炎双球菌体外转化实验更具说服力，B 正确；烟草花叶病毒感染烟草实验说明该病毒的遗传物质是 RNA，C 正确；DNA 分子的遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序之中，D 正确。] 2．下列有关“DNA 是生物的主要遗传物质”的叙述，不正确的是( ) A．同时含有 DNA 和 RNA 的生物体，其遗传物质主要是 DNA，其次是 RNA B．细胞核中的遗传物质是 DNA，细胞质中的遗传物质也是 DNA C．具有细胞结构的生物体均以 DNA 作为遗传物质 D．在生物界中，只有部分病毒的遗传物质是 RNA A [同时含有 DNA 和 RNA 的生物体，其遗传物质是 DNA，A 错误；细胞生物的遗传物质是 DNA， 主要存在于细胞核中，少量存在于细胞质的线粒体和叶绿体中，B 正确；具有细胞结构的生物体均以 DNA 作为遗传物质，C 正确；DNA 是绝大多数生物的遗传物质，RNA 是少数病毒的遗传物质，D 正 确。] 3．用 R 型和 S 型肺炎双球菌进行实验，其过程和结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是( ) A．该实验说明 R 型菌是无毒的 B．该实验说明 R 型菌在一定条件下可转化为 S 型菌 C．加热杀死的 S 型菌无致死性是因为其蛋白质已变性失活 D．在一定条件下 R 型菌实现转化是因为其发生了基因突变 D [将 R 型肺炎双球菌注射到小鼠体内，小鼠存活，表明 R 型菌是无毒的；将加热杀死的 S 型菌和活 的 R 型菌注射到小鼠体内，可从小鼠体内提取出活的 S 型菌，表明 R 型菌可以在一定的条件下转化为 S 型菌；将有毒的 S 型菌加热，会使其蛋白质变性，从而使其失去致死性；在一定的条件下 R 型菌实 现转化是 S 型菌与 R 型菌的遗传物质发生基因重组所致。] 4．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( ) 实验组号 接种菌型 加入 S 型细菌的物质 培养皿长菌情况 ① R 型 蛋白质 R 型 ② R 型 荚膜多糖 R 型 ③ R 型 DNA R 型、S 型 ④ R 型 DNA(经 DNA 酶处理) R 型 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 C [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，A，B 项错误；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，C 项正确；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，D 项错误。] 5．肺炎双球菌转化实验中，S 型菌的部分 DNA 片段进入 R 型菌内并整合到 R 型菌的 DNA 分子上， 使这种 R 型菌转化为能合成荚膜多糖的 S 型菌，下列叙述正确的是( ) A．R 型菌转化为 S 型菌后的 DNA 中，嘌呤碱基总比例会改变 B．整合到 R 型菌内的 DNA 分子片段，表达产物都是荚膜多糖 C．进入 R 型菌的 DNA 片段上，可有多个 RNA 聚合酶结合位点 D．S 型菌转录的 mRNA 上，可由多个核糖体共同合成一条肽链 C [R 型细菌和 S 型细菌的 DNA 都是双链结构，其中碱基的配对遵循碱基互补配对原则，因此 R 型菌转化为 S 型菌后的 DNA 中，嘌呤碱基总比例不会改变，依然是占 50%，A 错误；整合到 R 型 菌内的 DNA 分子片段，表达产物不都是荚膜多糖，B 错误；基因是有遗传效应的 DNA 片段，即一 个 DNA 分子中有多个基因，每个基因都具有 RNA 聚合酶的结合位点，因此进入 R 型菌的 DNA 片 段上，可有多个 RNA 聚合酶结合位点，C 正确；S 型菌转录的 mRNA 上，可由多个核糖体共同合 成多条相同的肽链，而不是一条，D 错误。] 6．在肺炎双球菌转化实验中，S 型细菌有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等多种类型，R 型细菌是由Ⅱ型突变产生的。利用 加热后杀死的 SⅢ型与 R 型细菌混合培养，出现了 S 型细菌，有人认为混合培养出现的 S 型细菌是由 R 型细菌突变产生的，该实验中出现以下哪种结果时能否定这种说法( ) A．S 型细菌全为Ⅱ型 B．S 型细菌部分为Ⅲ型 C．S 型细菌中三种均有 D．S 型细菌全为Ⅲ型 D [若 S 型细菌是由 R 型细菌突变产生的，则 S 型细菌的类型应为Ⅱ型。S 型细菌全为Ⅲ型说明是转 化产生的。] 7．图为“以 32P 标记 T2 噬菌体侵染大肠杆菌”实验示意图。下列有关叙述正确的是( ) A．锥形瓶内的培养液中有含 32P 的物质，以便用 32P 标记噬菌体 B．过程②的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离 C．若只有 C 中含大量放射性，可直接证明噬菌体的遗传物质是 DNA D．实验中 B 对应部分有少量放射性，可能原因是搅拌不充分 B [本实验是以 32P 标记 T2 噬菌体侵染大肠杆菌，因此图中亲代噬菌体已用 32P 标记，会侵入大肠 杆菌体内进行增殖，培养大肠杆菌的培养液中不能用放射性标记的含 32P 的物质，A 错误；过程② 为搅拌，目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离，B 正确；若只有沉淀物 C 中含大量放射性，可证 明噬菌体的 DNA 侵入了大肠杆菌，但若证明噬菌体的遗传物质是 DNA，必须还要再设计一组用 35S 标记的噬菌体实验进行相互对照，C 错误；若实验 B(上清液)中出现放射性，可能是培养时间过短， 部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞。或培养时间过长，造成部分大肠杆菌裂解，D 错误。] 8．有 a、b 两类噬菌体，它们均已被 32P 或 35S 中的一种标记过。将 a、b 噬 菌体分别侵染甲、乙两管大肠杆菌，经保温、搅拌和离心后，检测离心管内放射性物质的位置，结果 如图。下列叙述正确的是( ) A．实验结果表明 a 的蛋白质外壳和 b 的 DNA 均有放射性 B．可以确定甲管的放射性来自 32P，乙管的放射性来自 35S C．检测结果表明噬菌体的 DNA 和蛋白质可侵入大肠杆菌内 D．伴随着噬菌体 DNA 的复制，乙管内沉淀物的放射性将逐渐增强 A [a、b 两类噬菌体，被 32P 或 35S 中的一种标记过。将 a、b 噬菌体分别侵染甲、乙两管大肠杆菌， 经保温、搅拌和离心后，检测离心管内放射性物质的位置分别出现在上清液和沉淀物中，说明 a 类噬 菌体被标记的是蛋白质外壳，b 类噬菌体被标记的部分是 DNA 分子。] 9．如图为 T4 噬菌体感染大肠杆菌后，大肠杆菌内放射性 RNA 与 T4 噬菌体 DNA 及大肠杆菌 DNA 的 杂交结果。下列叙述错误的是( ) A．可在培养基中加入 3 尿嘧啶用以标记 RNA B．参与分子杂交的放射性 RNA 为相应 DNA 的转录产物 C．第 0 min 时，与 DNA 杂交的 RNA 来自 T4 噬菌体及大肠杆菌的转录 D．随着感染时间增加，噬菌体 DNA 的转录增加，细菌基因活动受到抑制 C [RNA 分子中含有特定的碱基为尿嘧啶，因此培养基中应加入 3 尿嘧啶用以标记 RNA；参与分 子杂交的放射性 RNA 为相应 DNA 的转录产物；由图知，第 0 min 时，T4 噬菌体未侵入大肠杆菌，因 此与 DNA 杂交的 RNA 只来自大肠杆菌的转录；随着感染时间增加，与 T4 噬菌体 DNA 杂交的放射性 RNA 不断增加，而与大肠杆菌 DNA 杂交的放射性 RNA 不断下降，说明噬菌体 DNA 的转录增加，细 菌基因活动受到抑制。] 10．下面是某生物兴趣小组为探究某种流感病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA 设计的实验步骤，请将 其补充完整。 (1)实验目的：略。 (2)材料用具：显微注射器，该流感病毒的核酸提取液，猪胚胎干细胞，DNA 水解酶和 RNA 水解酶等。 (3)实验步骤 第 一 步 ： 把 该 流 感 病 毒 核 酸 提 取 液 分 成 相 同 的 A 、 B 、 C 三组， _______________________________________ ________________________________________________________。 第二步：取等量的猪胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把 A、B、C 三组处理过的核酸提取物 注射到三组猪胚胎干细胞中。 第三步：将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的猪胚胎干细胞 中抽取样品，检测是否有该流感病毒产生。 (4)请预测实验结果及结论： ①______________________________________________________； ②______________________________________________________。 ③若 A、B、C 三组均出现该流感病毒，则该流感病毒的遗传物质既不是 DNA 也不是 RNA。 解析：病毒是由蛋白质外壳和核酸组成的，核酸是遗传物质，核酸为 DNA 或 RNA 中的一种，根据题 目要求探究的问题及给予的材料、试剂分析可知，实验中分别利用 DNA 水解酶、RNA 水解酶处理该 病毒核酸提取液，然后再注射到猪胚胎干细胞中培养，由于酶具有专一性，可根据培养后是否检测到 该流感病毒来判断其核酸类型。 答案：(3)分别用等量的相同浓度的 DNA 水解酶、RNA 水解酶处理 A、B 两组核酸提取液，C 组不做 处理 (4)①若 A、C 两组出现该流感病毒，B 组没有出现，则该流感病毒的遗传物质是 RNA ②若 B、C 两 组出现该流感病毒，A 组没有出现，则该流感病毒的遗传物质是 DNA 11．RNA 病毒有的能利用 RNA 自我复制完成增殖，有的需要通过逆转录才能完成增殖。科学家发现 放线菌素 D 能与 DNA 形成复合体，阻碍 RNA 聚合酶的功能。现有一种新型 RNA 病毒，请以体外培 养的宿主细胞、显微镜等材料和用具，设计实验确定该种病毒的增殖类型，简要写出实验思路并预测 实验结果及结论。(提示：①设计对照实验：②病毒增殖可使宿主细胞裂解) 答案：实验思路： ①将体外培养的宿主细胞分为甲、乙两组，甲组利用放线菌素 D 处理，乙组不做任何处理。 ②用新型 RNA 病毒分别感染甲、乙两组细胞，适宜条件下培养一段时间。 ③用显微镜观察两组细胞的裂解情况。 结果及结论：若甲、乙两组细胞均破裂，说明该病毒通过 RNA 自我复制完成增殖 若甲组细胞不破裂， 乙组细胞破裂，说明该病毒需要通过逆转录完成增殖。