精品学案高三生物一轮复习：DNA是主要的遗传物质(人教版必修二)

精品学案高三生物一轮复习：DNA是主要的遗传物质(人教版必修二)

DNA是主要的遗传物质 回扣基础要点 一、对遗传物质的早期推测 ‎ 20世纪20年代，大多数科学家认为 是生物体的遗传物质，原因是氨基酸多种多样的 可能蕴含着遗传信息。‎ 蛋白质 排列顺序 二、肺炎双球菌转化实验 ‎ 1.肺炎双球菌 ‎ 种类 比较 项目 S型细胞 R型细胞 菌落 ‎  ‎ ‎  ‎ 菌体 有 ‎ 无 ‎ 毒性 有毒性，使小鼠患 死亡 ‎ ‎ 光滑 粗糙 多糖类荚膜 多糖类荚膜 败血症 无毒性 ‎2.格里菲思转化实验（体内转化）‎ ‎（1）实验过程及结果 ‎（2）结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“ ”。‎ 加热杀死的S型细菌 不死亡 不死亡 转化因子 ‎3.‎ 艾弗里转化实 验（体外转化）‎ 原理：对S型细菌的成分提取、分离、鉴 ‎ ‎ 定，并与 混合培养，以观察 ‎ 各成分的作用 过程：‎ 结论： 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是转化因子，是遗传物质 R型活细菌 DNA R型+S武型 R型 ‎（1）S型细菌加热杀死后, 变性失活,DNA氢键破坏双链打开，但降温后变性的DNA可复性恢复正常（类似于PCR扩增中变性复性过程）。‎ ‎（2）细菌转化实验属于可遗传变异中的基因重组。‎ 蛋白质 三、噬菌体侵染细菌的实验 ‎ 1.原理：T2噬菌体以自己的 为模板，利用 体内的物质合成自身组成物质而实现增殖。‎ ‎ 2.方法： ，用 标记一部分噬菌体的蛋白质，用 标记另一部分噬菌体的DNA。‎ ‎ 3.材料 ‎ （1）T2噬菌体的核酸为 ，存在于 ，尾部及头部外侧为 。‎ ‎ （2）T2噬菌体的生活方式是 ，宿主细胞为 ， （能/不能）在培养基上繁殖。‎ DNA 细菌 放射性同位素标记法 35S 32P DNA 头部 蛋白质 不能 寄生 大肠杆菌 ‎4.‎ 底 高 检测到 ‎5.结论：在噬菌体中，亲代与子代之间具有连续性的物质是 ，即DNA是遗传物质。‎ ‎6.实验思想：将 和蛋白质等分开，直接地、 去观察各自的作用。 ‎ DNA DNA 单独地 ‎ ‎ 练一练 ‎（高考真题）赫尔希通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括4个步骤： ①培养噬菌体； ②35S和32P标记噬菌体； ‎ ‎ ③放射性检测； ④离心分离。实验步骤的 ‎ 先后顺序为 ( )‎ ‎ A.①②③④ B.④②①③‎ ‎ C.②①④③ D.②①③④‎ 解析：T2噬菌体是由蛋白质外壳和DNA组成的，用放射性同位素35S和32P可以分别对其进行标记，然后让其感染细菌（培养噬菌体），再进行离心分离，最后进行放射性检测，发现进入细菌体内的只有DNA，从而得出DNA是遗传物质的结论。‎ C 四、RNA也是遗传物质的实验 ‎1.过程及结果 ‎2.结论： 是遗传物质。‎ ‎ RNA 五、两个重要结论及原因 ‎1.遗传物质DNA的主要载体是 ，此外 和 两种细胞器中也存在少量DNA分子。‎ ‎2.DNA是 遗传物质，因为自然界中 生物的遗传物质是DNA，只有少数病毒的遗传物质为RNA。‎ 染色体 叶绿体 线粒体 主要的 绝大多 构建知识网络 ‎ 高频考点突破 考点一 肺炎双球菌的转化实验 ‎1.肺炎双球菌体内和体外转化实验的比较 ‎ ‎ 体内转化实验 体外转化实验 实验者 格里菲思 艾弗里及其同事 培养细菌 用小鼠（体内）‎ 用培养基（体外）‎ 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，都是肺炎双球菌R型和S型 ‎（2）两实验都遵循对照原则、单一变量原则 ‎ 提醒 ①格里菲思的体内转化实验只提出“S型细菌体内有转化因子”，并没有具体证明哪种物质是遗传物质。最终证明DNA是遗传物质的是艾弗里。‎ ‎②格里菲思实验第4组小鼠体内分离出的细菌和艾弗里DNA+R型活菌培养基上生存的细菌都是R型和S型都有，但是R型多。‎ ‎③DNA+DNA水解酶+R型活菌培育只有R型细菌，该实验是从另一个角度进一步证明DNA是遗传物质，而不是为了证明DNA的水解产物——脱氧核苷酸不是遗传物质，尽管此实验可以证明该问题，但不是该实验的实验目的。‎ ‎2.肺炎双球菌转化实验中的对照设计 ‎1.格里菲思（F.Griffith）用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果（ D）‎ ‎ A.证明了DNA是遗传物质 ‎ B.证明了RNA是遗传物质 ‎ C.证明了蛋白质是遗传物质 ‎ D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质 解析 英国科学家格里菲思只是通过肺炎双球菌的转化实验，推论杀死的S型细菌中含有促进转化的活性物质“转化因子”，没有具体证明何种物质是遗传物质。‎ 对位训练 ‎2.在肺炎双球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四个试管中，依次分别加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是 （ ）‎ ‎ A.3和4 B.1、3和4‎ ‎ C.2、3和4 D.1、2、3和4‎ 解析 2、3、4三个试管内的R型细菌因为没有S型细菌的DNA，所以都不会发生转化。1号试管因为有S型细菌的DNA，所以会使R型细菌发生转化，但是发生转化的R型细菌只是一部分，故试管内仍然有R型细菌的存在。‎ 答案 D 考点二 噬菌体侵染细菌的实验 ‎1.实验思路及方法 ‎ S是蛋白质特有的元素，P几乎都存在于噬菌体DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独地观察它们的作用。‎ ‎2.侵染特点及过程 ‎（1）进入细菌体内的是噬菌体的DNA，噬菌体蛋白质留在外面不起作用。‎ ‎（2）噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成→组装→释放五个过程。‎ 提醒：噬菌体增殖场所是大肠杆菌细胞内,除噬菌体的DNA做模板起指导作用外，其余的原料——脱氧核苷酸和氨基酸、合成蛋白质的场所核糖 体、ATP和相关酶全由大肠杆菌提供。‎ ‎3.结果及分析 分组 结果 结果分析 对 比 实 验 ‎(相 互 对 照)‎ 含32P噬菌体+细菌 上清液中几乎无32P，32P主要分布在宿主细胞内 ‎32P——DNA进入了宿主细胞内 含35S噬菌体+细菌 宿主细胞内无35S，35S主要分布在上清液中 ‎35S——蛋白质外壳未进入宿主细胞留在外面 提醒 ①必须分两组分别标记进行实验，不能 同时对噬菌体既标记35S又标记32P。‎ ‎ ②该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素。 ‎ ‎4.结论：DNA是遗传物质。‎ 提醒： (1)噬菌体侵染细菌实验中32P和35S的存在部位：‎ ‎ (2)该实验不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质外壳留在外面,其作用不能证明。‎ ‎(3)该实验可同时证明：‎ ‎①DNA分子具有相对稳定性。‎ ‎②DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性。‎ ‎③DNA能控制蛋白质的生物合成。‎ 但不能证明DNA分子产生可遗传的变异。‎ 拓展提升 ‎1.少量放射性出现的原因 ‎ (1)用32P标记实验时，上清液中也有一定的放射性的原因有二：一是保温时间过短，有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；二是从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时间过长，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，也会使上清液放射性含量升高。‎ ‎(2)用35S标记实验时，沉淀物中出现少量放射性的原因：可能由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。‎ ‎2.两个经典实验的实验设计思路和设计原则——对照原则是相同的，但所用技术手段（物质提纯与分离技术和同位素标记技术）、实验材料、实验结论（能否证明蛋白质不是遗传物质方面） 都是不相同的。‎ 对位训练 ‎3.为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，你认为同位素标记的方案应为 （ ）‎ ‎ A.用‎14C或3H培养噬菌体，再去侵染细菌 ‎ B.用18O或32P培养噬菌体，再去侵染细菌 ‎ C.将一组噬菌体用32P和35S标记 ‎ D.一组用32P标记DNA，另一组用35S标记蛋白质外壳 ‎ 解析 用32P和35S分别标记DNA和蛋白质外壳，35S仅存在于噬菌体的蛋白质外壳中，32P仅存在于噬菌体的DNA中，而‎14C、18O在蛋白质和DNA中都含有，无法区别是哪一个成分发挥作用，同时用32P、35S标记蛋白质和DNA，都有放射性，也无法判断是哪一个成分发挥作用。‎ 答案：D ‎4.噬菌体在增殖过程中利用的模板和原料的提供者分别是 ( )‎ ‎ A.都是噬菌体 B.噬菌体和细菌 ‎ C.都是细菌 D.细菌和噬菌体 解析 噬菌体侵染细菌时注入的是DNA，在 细菌细胞内以亲代噬菌体的DNA为模板，以细菌的脱氧核苷酸和氨基酸为原料，合成组装形成子代噬菌体。‎ 答案：B 考点三 生物的遗传物质 ‎1.事实：生物的遗传物质是DNA或RNA。所有细胞生物的遗传物质都是DNA，对于病毒来说，有一部分是DNA，如噬菌体等；有一部分是RNA，如HIV、SARS病毒、禽流感病毒、烟草花叶病毒等，问题大多出在对常见病毒的遗传物质不熟悉。归纳如下：‎ ‎2.结论：主要的遗传物质为DNA。‎ 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 有细胞 结构的 生物 真核生物 DNA和 RNA DNA 玉米、小麦、人 原核生物 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 ‎ 对位训练 ‎5.回答下列有关遗传物质的问题：‎ ‎ （1）人、噬菌体、烟草花叶病毒及根瘤菌中遗传 物质的核苷酸分别有多少种 ( )‎ ‎ A.8、4、4、8 B.4、4、4、4‎ ‎ C.5、4、4、5 D.8、4、5、4‎ ‎ （2）上述四类生物中组成它们的核酸的核苷酸种类分别是（ ），这些核酸中含氮碱基种类分 别是（ ）。（答案仍从（1）选项中选择）‎ ‎（3）下列有关遗传物质的叙述正确的是（ ）‎ ‎ A.DNA是所有生物的遗传物质 ‎ B.真核生物的DNA都以染色体为载体 ‎ C.遗传物质在亲代与子代之间传递性状 ‎ D.核酸是一切生物的遗传物质 ‎（4）下列哪项不是蚕豆遗传物质的载体（ ）‎ ‎ A.染色体 B.叶绿体 ‎ C.线粒体 D.核糖体 解析 ‎ ‎ 凡是细胞生物，不论原核或真核生物，细胞中均有DNA和RNA两种核酸，但真正起遗传作用的只有DNA，在无DNA的病毒（如烟草花叶病毒、艾滋病病毒等）中，RNA才起遗传作用。在真核细胞中，由于DNA主要存在于染色体上，故染色体是遗传物质的主要载体，但因线粒体、叶绿体中也有少量DNA，所以线粒体、叶绿体也可作为遗传物质的载体。‎ 答案 （1）B （2）A C （3）D （4）D 解题思路探究 思维误区警示 易错分析 ‎ 关于噬菌体的亲子代个体与细菌之间同位素标记关系不清 噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系 ‎ ‎ DNA 蛋白质 DNA和蛋白质 噬菌体 ‎32P ‎35S ‎14C‎、3H、18O、15N 细菌 ‎31P ‎32S ‎12C‎、1H、16O、14N 子代 噬菌体 ‎32P、31P ‎32S C、H、O、N ‎ 两种都有 ‎ 提醒 解题时一定看清标记对象是噬菌体还是细菌,二者对应子代噬菌体的放射性结果不同。‎ 纠正训练 ‎1. 某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，用放射性同位素标记某个噬菌体和细菌的有关结构或物质（如下表所示）。产生的n个子代噬菌体与亲代噬菌体的形状、大小完全一样。‎ ‎ ‎ 噬菌体 细菌 DNA或脱氧核糖核苷酸 ‎32P标记 ‎31P标记 蛋白质或氨基酸 ‎32S标记 ‎35S标记 ‎（1）子代噬菌体的DNA应含有表中的 和 元素，各占 个和 个。‎ ‎（2）子代噬菌体中，只含32P的有 个；只含31P的有 个；同时含有32P、31P的有 个。‎ ‎ （3）子代噬菌体的蛋白质分子中都没有 元素，由此说明 ；子代噬菌体蛋白质都含有 元素，这是因为 。‎ 解析 由于细菌细胞中核苷酸含31P，而噬菌体核酸中含32P，细菌氨基酸含35S，噬菌体蛋白质含32S，噬菌体侵染细菌时，其蛋白质外壳留在外面，只有DNA侵入，合成子代噬菌体所需的原料均来自寄主细胞，因此，每个噬菌体侵染细菌所形成的子代噬菌体的DNA中，只有2个含亲代噬菌体的DNA模板链，其余均为31P,而蛋白质外壳应全是由细菌提供的原料构建的，即全是35S。‎ 答案 （1）31P 32P n 2 (或32P 31P 2 n)‎ ‎（2）0 n-2 2‎ ‎（3）32S 噬菌体侵染细菌时，蛋白质没有进入细菌内 35S 子代噬菌体的蛋白质外壳是以细菌内35S标记的氨基酸为原料合成的 ‎2.如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构成分中，能够找到的放射性元素为 ( )‎ ‎ A.可在外壳中找到15N和35S、3H ‎ B.可在DNA中找到3H、15N、32P ‎ C.可在外壳中找到15N和35S ‎ D.可在DNA中找到15N、32P、35S ‎ 解析 3H、15N既可标记在噬菌体的DNA分子上，又可标记在噬菌体的蛋白质外壳上，而32P只能标记在噬菌体的DNA分子上，35S只能标记在噬菌体的蛋白质外壳上。因为在噬菌体侵染细菌的过程中，只有其DNA进入了细菌细胞，蛋白质外壳没有进入，子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳大都以细菌的成分为原料合成。所以在产生的子代噬菌体的结构成分中，只能找到噬菌体的DNA分子上带3H、15N和32P，完全没有35S。‎ 答案 B 知识综合应用 重点提示 ‎ 通过“格里菲思实验的迁移深化——探究R型细菌是否有转化因子”的考查，提升“对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订”的能力。‎ 典例分析 ‎ 某同学通过学习肺炎双球菌的体内和体外转化实验认识到，R型肺炎双球菌转化为S型的原因是S型细菌体内的转化因子——DNA，那么反过来R型细菌能使S型的肺炎双球菌转化为R型吗？他模仿高中生物教材中格里菲思等科学家的实验来探究这个问题。即：探究R型细菌是否有转化因子。‎ ‎①将R型细菌注入小鼠体内，小鼠正常。‎ ‎②将S型细菌注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡。‎ ‎③将加热杀死后的R型细菌注入小鼠体内，小鼠正常。‎ ‎④将S型细菌和加热杀死的R型细菌混合后注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡。‎ 实验结果：④组的小鼠患败血症死亡，S型细菌不能 转化为R型细菌。‎ 实验结论：R型细菌体内没有“转化因子”。‎ ‎（1）我们认为该同学的实验有不足之处，请尝试说明理由。‎ ‎（2）如何通过实验探究R型细菌是否含有转化因子？‎ 请简要叙述实验设计思路并预期实验结果。‎ 答案 （1）a.④组的小鼠患败血症死亡，并不能证明S型细菌没有转化为R型细菌。因为即使有部分S型细菌转化为R型细菌，另一部分未转化的S型细菌仍会导致小鼠死亡；b.即使知道了小鼠体内有部分S型细菌转化为R型细菌，这种转化作用是不是R型死细菌所起的作用仍然无从知晓，也可能是其他因素造成的，如突变。所以该实验逻辑推理过程错误，科学性欠佳。‎ ‎（2）实验设计思路：a.配制细菌液体培养基，分为等量的甲、乙两组；b.甲组接入S型细菌，乙组接入等量的S型细菌和加热杀死的R型细菌，两组均在适宜条件下培养一定的时间，取等量的甲、乙两组培养液，稀释相同的倍数分别涂布于A、B两个相同的已灭菌的固体培养基上，在相同适宜条件下培养一段时间；c.观察菌落特征并分别记录S型和R型细菌的菌落数。可能的实验结果有：‎ ‎(1)A培养皿内只有S型菌落，B培养皿内有S型和R型两种菌落；或A和B培养皿内均有S型和R型两种菌落，并且A内R型菌落所占比例低于B内。说明R型细菌可使S型细菌转化。(2)如果两个培养皿内均只有S型菌落，或两个培养皿内R型菌落数占总菌落数的比例相等，则说明R型细菌不能使S型细菌转化。‎