第3章-基因的本质-第1节-DNA是主要的遗传物质

第1节

DNA是主要的遗传物质预习梳理

预习检测任务活动任务一肺炎链球菌的转化实验任务二噬菌体侵染细菌的实验任务三DNA是主要的遗传物质备用习题学习目标素养目标

1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。

2.说明DNA是主要的遗传物质。

3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。

4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程,认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。

1.通过说明DNA是主要的遗传物质,认同生命的物质性。

2.通过对本章介绍的离心、同位素标记法、体外转化体系等技术的了解,理解物理学和化学方法在生物学研究中的重要作用,进一步领悟多学科交叉的必要性。

3.基于科学家对基因本质的探索历程,认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程,认同科学家的探索求真、交流合作等科学精神在科学研究中的重要性。

一、对遗传物质的早期推测预习梳理蛋白质脱氧核苷酸蛋白质20世纪20年代,大多数科学家认为

是生物体的遗传物质。20世纪30年代,人们认识到了DNA是由许多

聚合而成的生物大分子,和蛋白质一样都具有多样性,可以储存遗传信息,但是由于当时对DNA分子结构缺乏充分了解,所以

是遗传物质的观点仍占主导地位。

二、肺炎链球菌的转化实验预习梳理1.实验材料:肺炎链球菌、小鼠。2.肺炎链球菌的类型S型细菌:菌体有多糖类的

;在培养基上形成的菌落表面

,有致病性;

R型细菌:菌体无多糖类的

;在培养基上形成的菌落表面

,无致病性。

荚膜光滑粗糙荚膜预习梳理转化因子DNA3.格里菲思通过肺炎链球菌的体内转化实验证明:加热致死的S型细菌中含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——

。

4.艾弗里通过肺炎链球菌的体外转化实验,最终证明了

才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

三、噬菌体侵染细菌的实验预习梳理1.实验者:

。

2.实验方法:

。

3.实验材料:

、大肠杆菌。

(1)T2噬菌体的结构赫尔希和蔡斯放射性同位素标记法DNAT2噬菌体P蛋白质S(2)T2噬菌体生活方式:

在大肠杆菌体内。

(3)噬菌体的复制式增殖T2噬菌体侵染大肠杆菌后,会在

的作用下,利用

的物质来合成自身的组成成分,进行大量增殖。

(4)标记T2噬菌体预习梳理寄生大肠杆菌体内32P标记的大肠杆菌35S标记的大肠杆菌T2噬菌体T2噬菌体自身遗传物质4.赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌的实验,证明

才是噬菌体的遗传物质。

预习梳理DNA四、DNA是主要的遗传物质预习梳理1.RNA是遗传物质的证据——烟草花叶病毒侵染烟草的实验(1)实验材料:烟草花叶病毒(由

组成)和烟草。

(2)实验证明:烟草花叶病毒的

控制其遗传性状,

是它的遗传物质。

2.DNA是主要的遗传物质:绝大多数生物的遗传物质是

,只有极少数生物的遗传物质是

。因此,

是主要的遗传物质。

RNA和蛋白质RNADNARNARNADNA预习检测(1)将加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内,从小鼠尸体中提取到的细菌全部是S型细菌。

(

)(2)格里菲思通过肺炎链球菌转化实验证明了DNA是遗传物质。

(

)××[解析]

将加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内,从小鼠尸体中可提取到R型细菌和S型细菌。[解析]

格里菲思通过肺炎链球菌转化实验推断已经加热致死的S型细菌中含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子,未证明DNA是遗传物质。预习检测(3)赫尔希和蔡斯在T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中用32P、35S同时标记了T2噬菌体的DNA和蛋白质。 (

)(4)豌豆细胞内既有DNA,也有RNA,但是DNA是豌豆的主要遗传物质。

(

)(5)烟草花叶病毒的感染与重建实验证明了RNA是病毒的遗传物质。

(

)×××[解析]

赫尔希和蔡斯在T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中,用32P和35S分别标记了T2噬菌体的DNA和蛋白质。[解析]

豌豆细胞内既有DNA,也有RNA,但只有DNA是遗传物质。[解析]

烟草花叶病毒的感染与重建实验只能证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,不能证明所有病毒的遗传物质都是RNA。

第1组第2组第3组第4组实验处理注射R型活细菌注射S型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射实验结果小鼠

小鼠

,从小鼠体内分离出S型活细菌

小鼠

小鼠

,从小鼠体内分离出

任务活动任务一肺炎链球菌的转化实验【材料1】

阅读教材P43格里菲思的肺炎链球菌转化实验内容,分析图肺炎链球菌的转化实验示意图。[分析](1)请完善实验。不死亡死亡死亡不死亡S型活细菌任务活动(2)本实验的自变量是

。

(3)第4组实验中,小鼠死亡的原因是

。

(4)对比分析第3、4组实验,结论是

。

(5)该实验的结论是

。

注射细菌的类型及细菌是否加热致死小鼠体内出现S型活细菌,S型活细菌使小鼠患病死亡加热致死的S型细菌内存在使R型活细菌转化为S型活细菌的转化因子加热致死的S型细菌能使R型活细菌转化为S型活细菌任务活动【材料2】

阅读教材P44艾弗里及其同事的肺炎链球菌转化实验内容,分析图艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图。[分析](1)请完善实验:绝大部分糖类、蛋白质和脂质R型、S型R型R型、S型任务活动(2)该实验得出的实验结论是

。

(3)为了进一步证明DNA是遗传物质,艾弗里进一步分析了细胞提取物的

。这体现了其严谨的科学态度。

(4)艾弗里的实验使用不同的酶,对各种物质在遗传中的作用逐一排除,而不是分别研究各种物质在遗传中的作用。试从科学技术发展的角度分析原因。

细胞提取物中含有转化因子,且转化因子很可能是DNA理化特性提示:当时的科学技术水平不能将各种物质很好地提纯。任务活动增加去除②①任务活动例1肺炎链球菌转化实验的部分过程如图所示,下列叙述正确的是

(

)A.S型肺炎链球菌的菌体是无荚膜的,R型肺炎链球菌的菌体是有荚膜的B.S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热致死的S型菌后的小鼠仍存活C.该实验证明了R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的D.从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌有S型菌和R型菌D任务活动[解析]S型肺炎链球菌的菌体有多糖类的荚膜,R型肺炎链球菌的菌体是无荚膜的,A错误;使小鼠死亡的是有致病性的S型活细菌,加热后S型菌死亡,失去致病性,所以小鼠存活,B错误;该实验能证明S型菌是由R型菌转化来的,但未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的,C错误;从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌既有S型菌又有R型菌,D正确。任务活动例2[2023·云南弥勒四中月考]为探究格里菲思提出的“转化因子”的化学本质,艾弗里做了以下相关实验:①先用苯酚氯仿法去除S型细菌中的绝大部分蛋白质,发现其仍然可以发生转化;②用催化多糖分解的酶处理S型细菌后,其仍然具有转化活性;③不断去除各种成分,最终得到纯化的转化因子,将其与DNA的化学性质进行比较,发现两者几乎一致,据此推断转化因子就是DNA;④用DNA酶处理后,转化因子的转化能力丧失,确认了转化因子就是DNA。下列分析错误的是 (

)A.①的实验结果说明蛋白质不是转化因子B.②的实验结果说明多糖不是转化因子C.③中去除的各种成分中包括脂质、RNA等D.④的实验结果是对③中实验推断的证明A任务活动[解析]①的实验用苯酚氯仿法去除掉的是S型细菌中的绝大部分蛋白质,而不是所有蛋白质,因此并不能说明蛋白质不是转化因子,A错误;②的实验用催化多糖分解的酶处理S型细菌后,去除了S型细菌中的所有多糖,实验结果是仍然具有转化活性,说明多糖不是转化因子,B正确;③的实验不断去除各种成分,最终得到纯化的转化因子并推断其是DNA,说明去除的各种成分中包括脂质、RNA等,C正确;④的实验用DNA酶处理后,转化因子的转化能力丧失,确认了转化因子就是DNA,该实验结果是对③中实验推断的证明,D正确。任务活动任务二噬菌体侵染细菌的实验【材料】

噬菌体侵染细菌的过程可分为五个步骤:吸附→注入→合成→组装→释放。阅读教材P44~P46噬菌体侵染细菌实验内容,分析图噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图。[分析](1)请完善实验过程任务活动35S32P32P35S高低低高任务活动进一步观察,细菌裂解释放出的子代噬菌体中,可以检测到

标记的

,但却不能检测到

标记的

。

(2)实验分析①T2噬菌体侵染细菌时,

进入细菌的细胞中,而

留在外面。

②子代T2噬菌体的各种性状是通过

来遗传的。

32PDNA蛋白质35SDNA蛋白质外壳亲代的DNA任务活动(3)结论:

才是噬菌体的遗传物质。

(4)实验中搅拌和离心的目的分别是

。进行短时间的保温的作用是

。

(5)本实验的关键思路是

。

DNA使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离、让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌让噬菌体侵染大肠杆菌将DNA与蛋白质分开,分别研究它们在遗传中的作用任务活动实验结果及误差分析1.用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌任务活动2.用含35S的噬菌体侵染大肠杆菌任务活动例3噬菌体侵染细菌实验分析的活动如图所示(甲和丙为上清液,乙和丁为沉淀物)。下列叙述正确的是 (

)A.若其他操作正常,随①过程时间延长,则甲中含有35S的蛋白质外壳的量会增多B.若各过程操作正确,则乙中存在35S标记的子代噬菌体C.丙中可能有含32P的亲代噬菌体、亲代噬菌体蛋白质外壳、含32P和不含32P的子代噬菌体D.若②和③操作不当,会使丁中含32P的放射性增强C任务活动[解析]由于35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,蛋白质外壳不能进入细菌,故正确操作后放射性主要集中在上清液,若其他操作正常,无论①过程时间是否延长,都不会影响甲(上清液)中含35S的蛋白质外壳的量,乙(沉淀物)中不存在35S标记的子代噬菌体,A、B错误;32P标记的是T2噬菌体的DNA,丙(上清液)中可能有含32P的亲代噬菌体(未侵入细菌)、亲代噬菌体蛋白质外壳、含32P和不含32P的子代噬菌体(细菌破裂后释放出来的子代噬菌体),C正确;若②和③操作不当,会使放射性物质进入上清液中,则会导致丁(沉淀物)中含32P的放射性减弱,D错误。任务活动例4某生物研究小组对噬菌体侵染细菌的实验进行了改进,他们分别用放射性同位素32P、35S、14C、3H进行如下标记:甲组用35S标记噬菌体、32P标记大肠杆菌;乙组用14C标记大肠杆菌,噬菌体不做标记;丙组用3H标记噬菌体,大肠杆菌不做标记。整个过程细菌不发生裂解。下列相关分析正确的是

(

)A.甲组中子代噬菌体有的只含35S,有的只含32P,有的都含,有的都不含B.乙组中子代噬菌体的DNA和蛋白质都含14CC.丙组中子代噬菌体都不含3HD.甲、乙、丙三组子代噬菌体中的DNA和蛋白质的合成都与大肠杆菌有关,与亲代噬菌体无关B任务活动[解析]甲组用35S标记噬菌体、32P标记大肠杆菌,由于进入大肠杆菌的是噬菌体的DNA,合成子代噬菌体的原料是由大肠杆菌提供的,而大肠杆菌带有32P标记,因此,甲组中子代噬菌体都不含35S标记,而都含32P标记,A错误;乙组用14C标记大肠杆菌,即给噬菌体提供的是带有14C标记的原料,且C是噬菌体的DNA和蛋白质都含有的元素,因此,乙组中子代噬菌体的DNA和蛋白质都含14C,B正确;用3H标记噬菌体,即噬菌体的DNA和蛋白质都有放射性,但只有DNA进入大肠杆菌,大肠杆菌无放射性,又因为DNA复制过程为半保留复制,因此丙组中有部分子代噬菌体含有3H标记,C错误;子代噬菌体合成过程中需要亲代噬菌体提供DNA模板,大肠杆菌提供原料,因此,甲、乙、丙三组子代噬菌体中的DNA和蛋白质的合成都与大肠杆菌和亲代噬菌体有关,D错误。任务活动[方法技巧]“二看法”判断子代噬菌体的标记情况任务活动任务三DNA是主要的遗传物质【情境】

如图所示为烟草花叶病毒侵染烟草的实验过程。烟草正常RNA烟草感染病毒任务活动[分析](1)在图中完善实验过程与结果。(2)实验结果分析与结论:烟草花叶病毒的

控制其遗传性状,

是它的遗传物质。

(3)综合肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验及本实验,能否得出DNA是主要的遗传物质这一结论?为什么?

。RNARNA不能。研究的实验材料太少任务活动不同生物的遗传物质绝大多数生物的遗传物质为DNA,少数生物(RNA病毒)的遗传物质为RNA,即DNA是主要的遗传物质。(注:“DNA是主要的遗传物质”是针对整个生物界而言的,具体到某种生物不能说主要。)项目细胞生物非细胞生物真核生物原核生物DNA病毒RNA病毒核酸种类DNA和RNADNA和RNADNARNA遗传物质DNADNADNARNA任务活动任务活动例5[2023·山西太原师范学院附中月考]下列有关遗传物质的叙述,正确的是(

)A.豌豆的遗传物质主要是DNAB.DNA不是一切生物的遗传物质,但一切细胞生物的遗传物质都是DNAC.细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质是RNAD.病毒的遗传物质是DNA和RNAB任务活动[解析]豌豆的遗传物质只有DNA,A错误;所有细胞生物以及部分病毒的遗传物质都是DNA,只有少数病毒的遗传物质是RNA,故DNA不是一切生物的遗传物质,但一切细胞生物的遗传物质都是DNA,B正确;一切细胞生物的遗传物质都是DNA,细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA,C错误;病毒只含一种核酸,病毒的遗传物质是DNA或RNA,D错误。

当堂小结

备用习题1.探索遗传物质的过程是漫长的,直到20世纪初期,人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括 (

)A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异B.蛋白质与生物的性状密切相关C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定性,并且能够自我复制D.蛋白质中氨基酸的不同排列顺序可能蕴含大量遗传信息C[解析]不同生物的蛋白质在结构上存在差异,蛋白质的不同结构可能对应不同的遗传信息;作为遗传物质,要能控制生物的性状,而蛋白质与生物的性状密切相关;作为遗传物质要能储存大量的遗传信息,而蛋白质中氨基酸的不同排列顺序可能蕴含大量遗传信息。

备用习题2.凤凰花是厦门大学的校花,每年的5~7月是凤凰花盛开的季节,美不胜收,请问凤凰花细胞中,核酸、核苷酸、碱基的种类和遗传物质分别是 (

)A.2、4、4、DNA和RNA

B.2、8、5、DNAC.2、8、5、DNA或RNA

D.2、8、5、DNA和RNAB[解析]凤凰花是真核生物,既有DNA又有RNA,故核酸有2种,核苷酸有8种,碱基有A、G、C、T、U5种,遗传物质是DNA,B正确。

备用习题3.某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验,过程如图所示,下列有关分析正确的是 (

)A.实验1中b含少量放射性与①过程中培养时间的长短有关B.实验2中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关C.理论上,b、c中不应具有放射性D.该实验证明DNA是噬菌体的主要遗传物质C

备用习题[解析]实验1中b含少量放射性与①过程中培养时间的长短无关,与搅拌不充分有关,A错误;实验2中c含有放射性与④过程中搅拌不充分无关,与培养时间的长短有关,B错误;噬菌体侵染细菌时,只有DNA进入细菌,蛋白质外壳没有进入细菌,35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳,32P标记的是噬菌体的DNA,所以离心后,理论上b和c中不应具有放射性,C正确;实验1和实验2相互对照,能证明DNA是遗传物质,但不能证明DNA是主要的遗传物质,D错误。

备用习题4.利用两种类型的肺炎链球菌进行相关转化实验。各组肺炎链球菌先进行图示处理,再培养一段时间后注射到不同小鼠体内。下列说法错误的是 (

)A.通过E、F对照,能说明转化因子是DNA而不是蛋白质B.F组可以分离出S型和R型两种肺炎链球菌C.能导致小鼠死亡的是A、B