第1讲人类对遗传物质的探索过程-2022年高考一轮生物单元复习

第1讲人类对遗传物质的探索过程格里菲思的体内转化实验艾弗里的体外转化实验噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯的实验直径0.5～1.5微米烟草花叶病毒感染实验肺炎双球菌的转化实验蛋白质是遗传物质的猜测人类对遗传物质的探索过程一.遗传物质的推测1.你认为遗传物质可能具有什么特点？①在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地自我复制，使得前后代具有一定的连续性。②能控制生物体的性状和新陈代谢的过程。③具有储存大量遗传信息的潜在能力④结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。一.遗传物质的推测2.20世纪20年代认为蛋白质是生物体的遗传物质①蛋白质中氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息②当时没有发现其他生物大分子有类似的结构特点③蛋白质(特别是)可以直接“控制”生物的性状和代谢。一.遗传物质的推测3.20世纪30年代人们认识了DNA的组成。①只是认识到了DNA分子的组成②由于对DNA的结构不清楚，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。二、对遗传物质的探索过程1.肺炎双球菌的转化实验①格里菲思肺炎球菌体内转化实验 a.两种肺炎链球菌的比较肺炎链球菌菌落荚膜毒性R型细菌菌落S型细菌菌落粗糙光滑无有无有菌落是指由单个微生物细胞在适宜固体培养基表面或内部生长繁殖到一定程度，形成以母细胞为中心的一团肉眼可见的、有一定形态、构造等特征的子细胞集团。荚膜某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质，主要成分是多糖。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物后，容易被吞噬细胞吞噬消灭，有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。小鼠不死亡小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌小鼠不死亡注射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型细菌混合后注射格里菲思：肺炎链球菌的(体内)转化实验示意图第一组第二组第三组第四组①实验a、b对比说明__________________________。②实验b、c对比说明__________________________。③实验b、c、d对比说明_____________________。④综合以上实验得出的结论是_______________________________

_________________________。R型细菌无毒，S型细菌有毒加热杀死的S型细菌无毒性R型细菌转化为S型细菌S型细菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌二、对遗传物质的探索过程例：将加热杀死的S型细菌和R型

细菌相混合后，注射到小鼠体内，

在小鼠体内S型菌和R型菌含量变化

如图所示．下列有关叙述不正确的是（）A.在死亡的小鼠体内可分离出S型菌和R型菌B.曲线A-B段下降的原因是R型菌被小鼠的免疫系统所消灭C.曲线B-C上升与S型菌使小鼠的发病后免疫能力降低有关D.S型菌由O开始增多是由于R型菌基因突变的结果理解实验过程中的细菌数量变化特点D理解实验过程中的细菌数量变化特点③适量的混合菌被注入小鼠体内，数量都会增加，因为S型细菌的存在，导致小鼠免疫力下降，使R型细菌的数量也增加。④加热杀死的S型细菌与正常的R型细菌被混合注入小鼠体内，R型细菌数量会暂时下降，一旦S型细菌的DNA将R型细菌转化成有活性的S型细菌，小鼠的免疫力会崩溃，接下来两种细菌的数量都会增加。①适量的R型细菌被注入小鼠体内，数量会减少，最后几乎降为0，原因是小鼠具有免疫系统，能将少量的R型细菌清除。②适量的S型细菌被注入小鼠体内，数量会增加，因为S型细菌有毒，会使小鼠的免疫力大大降低。二、对遗传物质的探索过程1.肺炎双球菌的转化实验②艾弗里肺炎球菌体外转化实验S型肺炎球菌蛋白质多糖RNA脂质DNA分别与R型活菌混合培养，单独观察R型活菌S型活菌DNA＋DNA酶R型活菌R型活菌R型活菌R型活菌R型活菌c.实验结论：DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质结合艾弗里的体外转化实验,思考回答问题:(1)肺炎双球菌体外转化实验的思路是什么?提示:直接分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,将它们分别与R型细菌混合培养,单独研究它们各自的作用。(2)设置“S型细菌的DNA加DNA酶”的实验组的目的是什么?提示:起对照作用。用DNA酶水解S型细菌的DNA,结果不能发生转化,说明起转化作用的是DNA。【思考探究】实验格里菲思的实验艾弗里的实验培养细菌小鼠(体内)培养基(体外)实验对照观察指标结论S型细菌细胞内有“转化因子”转化因子是DNA联系所用实验材料都是R型和S型肺炎双球菌;体内转化实验是基础;都遵循对照原则、单一变量原则格里菲思实验与艾弗里实验的比较R型细菌和S型细菌毒性对照S型细菌各成分作用的相互对照小鼠是否死亡培养基中菌落的类型1.肺炎链球菌转化实验的实质①转化：从细菌的培养物提取的DNA可以在体外转移到受体细胞中，这一过程称为转化。即转化就是细菌细胞摄取周围游离的外源DNA片段，与受体菌DNA实现基因重组。【总结】2.加热致死的作用原理蛋白质、多糖等和核酸对于高温的耐受力是不同的，在80-100℃的温度范围内，蛋白质、多糖等变性失活，DNA变性后双链解开；当温度恢复后，DNA双链能够重新恢复，但是蛋白质、多糖等空间结构无法恢复，其活性也就无法恢复。1.某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（）A．存活、存活、存活、死亡B．存活、死亡、存活、死亡C．死亡、死亡、存活、存活D．存活、死亡、存活、存活D艾弗里的实验设计有什么巧妙之处？①把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察DNA的作用；②设计对照实验，用DNA酶处理，观察DNA的作用。艾弗里的实验有什么不足之处？受技术限制DNA无法100%提纯，总含少量蛋白质。因此，仍有人对实验结论表示怀疑。噬菌体侵染细菌实验1、肺炎双球菌在体外转化实验已证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。为什么又要设计噬菌体侵染细菌的实验呢？2、本实验为什么用噬菌体？它有什么结构？3、噬菌体侵染大肠杆菌后，是如何来增殖的？4、用放射性同位素35S和32P如何来标记噬菌体？能否用培养基直接培养噬菌体？5、构成噬菌体外壳的蛋白质组成元素有？DNA呢？为什么要用35S和32P标记？分别标记在什么物质上？用14C和18O等标记行吗？三噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希、蔡斯（1952）实验材料：大肠杆菌、T2噬菌体大肠杆菌噬菌体的增殖增殖需要的条件内容模板的DNA合成T2噬菌体DNA原料提供的4种脱氧核苷酸合成T2噬菌体蛋白质原料_________________场所_________________噬菌体大肠杆菌大肠杆菌的氨基酸大肠杆菌的核糖体1.如何将噬菌体的DNA和蛋白质区分开，单独进行研究？实验方法：放射性同位素标记法2.用35S和32P分别标记噬菌体的哪一种组分？为什么？用14C和18O等同位素可行吗，为什么？用35S标记蛋白质；用32P标记DNA，因为仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。不能，因为C和O这两种元素在DNA和蛋白质中都存在，不能把二者分开。3:如何培养含放射性35S和32P的T2噬菌体？能否直接用含35S、32P的普通培养基来培养？不能。因为T2噬菌体营寄生生活，无法独立生存。故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。先培养细菌含35S的培养基+大肠杆菌含35S的大肠杆菌含32P的培养基+大肠杆菌含32P的大肠杆菌再培养噬菌体含35S的大肠杆菌+T2噬菌体含35ST2的噬菌体含32P的大肠杆菌+T2噬菌体含32PT2的噬菌体实验步骤:标记细菌标记噬菌体噬菌体侵染未标记的细菌（短时间保温）搅拌离心观察放射性的分布（一组用32P标记DNA，一组用35S标记蛋白质)搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离内部DNA不存在了的噬菌体外壳离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。“短时间”：保证子代噬菌体的DNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶段，子代噬菌体还没有组装好，或虽已经组装但并未使细菌发生裂解“保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。三噬菌体侵染细菌的实验上清液：沉淀物：噬菌体细菌(外壳)(被注入的DNA)35S标记的实验32P标记的实验标记部位放射性情况上清液沉淀物蛋白质DNA——分离不完全(噬菌体蛋白质外壳)——释放出来的、未侵染的噬菌体/释放的/未侵染的)有放射性无无有放射性很高很低很低很高第二组实验实验结果及结论：第一组实验亲代噬菌体32P标记DNA35S标记蛋白质大肠杆菌内有32P标记DNA无35S标记蛋白质子代噬菌体DNA有32P标记外壳蛋白质无35S实验结论DNA分子具有连续性，是遗传物质噬菌体侵染细菌实验中操作不规范造成的误差分析噬菌体侵染细菌实验中操作不规范造成的误差分析比较肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验项目肺炎双球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验设计思路设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自不同的遗传功能处理方法直接分离：分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等分别与R型细菌混合培养同位素标记法：分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA检测方式观察菌落类型检测放射性同位素存在位置结论证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质1.烟草花叶病毒侵染烟草实验蛋白质RNA分离感染烟草感染烟草实验结果出现病斑不出现病斑实验结果结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质生物体内遗传物质的分析2.病毒的重建实验RNA病毒的遗传物质是RNA生物体内遗传物质的分析(1)分离提纯法：艾弗里及其同事做的肺炎双球菌的体外转化实验，缺点是物质纯度不能保证100%。(2)同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。方法：分别标记两者的特有元素；将病毒的化学物质分开，单独地、直接地观察它们各自的作用。目的：把DNA与蛋白质区分开。(3)病毒重组法：将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质外壳重新组合，得到杂种病毒，用杂种病毒去感染宿主细胞。(4)酶解法：利用酶的专一性，如加入DNA水解酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用，若“有”，则其遗传物质不是DNA，若“否”，则其遗传物质可能是DNA。探究方法P121.(2017·全国卷Ⅰ，29)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)(1)实验思路：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；若乙组收集的病毒有放射性，甲组无，即为DNA病毒实验总结(1)生物体内遗传物质的分析真核生物与原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA。提醒：具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。不同生物的遗传物质生物类型病毒原核生物真核生物体内核酸种类________________________DNA和RNA体内碱基种类____种_____种____种体内核苷酸种类_____种_____种____种遗传物质______________________________实例噬菌体、烟草花叶病毒乳酸菌、蓝藻玉米、小麦、人提醒常见的RNA病毒有：烟草花叶病毒、HIV、禽流感病毒等。DNA或RNADNA和RNA455488DNA或RNADNADNA朊病毒Prions其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrPc改变折叠状态为PrPsc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。其胞外形式只含有蛋白质而无核酸朊病毒蛋白（PrP）有两种构象：一种是PrPc，另一种是PrPsc，其性质对比如下，由此可以推知，这两种蛋白质表现出不同性质的原因可能是A.溶解度不同B.氨基酸的种类不同C.空间结构不同D.氨基酸的数量不同（2015年新课标1高考试题）人或动物PrP基因编码一种蛋白（PrPc），该蛋白无致病性。PrPc的空间结构改变后成为PrPSc（朊粒），就具有了致病性。PrPSc可以诱导更多PrPc的转变为PrPSc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。据此判断，下列叙述正确的是A．朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中B．朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同C．蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化D．PrPc转变为PrPSc的过程属于遗传信息的翻译过程下图1中的噬菌斑(白色区域)是在长满大肠杆菌(黑色)的培养基上，由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的一个不长细菌的透明小圆区，它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现有噬菌体在感染大肠杆菌后形成噬菌斑数量的变化曲线(图2)，下列叙述不正确的是A.培养基中加入含35S或32P的营养物质，则放射性先在细菌中出现，后在噬菌体中出现B.曲线a～b段，细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成C.曲线b～c段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代D.限制c～d段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解√[深挖教材·长句溯源]1.(必修2P46)把有烟草花叶病毒感染病斑的烟叶榨汁，用过滤后的汁液去感染正常烟叶，烟叶会得病的原因是 。2.(必修2P44)T2噬菌体标记上32P的步骤： 。烟草花叶病毒很小，能通过细菌过滤器（1）配制适合培养大肠杆菌的培养基，在培养基中加入用32P标记的脱氧核苷酸，作为合成DNA的原料；（2）在培养基中接种大肠杆菌，培养一段时间后再接种T2噬菌体，继续进行培养；（3）在培养液中提取出所需要的T2噬菌体，其体内的DNA被标记上32P3.体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？其转化的实质是什么？ 提示实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌，转化实质为“基因重组”。4.体外转化实验中，设置“S型细菌的DNA中加DNA酶”实验组的作用是什么？ 提示起对照作用，从S型活细菌中提取的DNA被DNA酶分解后不能使R型细菌转化，可见DNA被分解后的产物不能使R型细菌转化，进一步说明DNA才是使R型细菌转化的物质。[深挖教材·长句溯源]5.(必修2P45“相关信息”)对T2噬菌体的化学组成分析表明：仅蛋白质分子中含有____，磷几乎都存在于DNA分子中。硫6.(必修2P45图3－6拓展)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上沉淀物中不含放射性