1、第三单元 遗传与变异的分子基础 第一章 遗传的物质基础 第一节 遗传物质的发现 学习目标 1.总结人类对遗传物质的探索过程。2.掌握肺炎双球菌转化实验的过程及结论。(重难点)3.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。(重难点)自 主 预 习 探 新 知 一、肺炎双球菌的转化实验1遗传物质在染色体上(1)萨顿对蝗虫精子发生的研究发现现象：a染色体是各具的实体。b体细胞中染色体存在，一条来自，一条来自。c在细胞时，配对的两条染色体相互分开，独立进入配子。d进入配子时自由组合。非同源染色体独特形态成对父方母方减数分裂一、肺炎双球菌的转化实验发现问题：在减数分裂时，染色体的行为与的行为具有完全平行
2、的现象。提出假设：遗传因子位于上。(2)摩尔根通过实验，得出特定的基因位于_的上的结论，因此，就是遗传物质的载体。染色体遗传因子染色体果蝇杂交特定染色体特定位置一、肺炎双球菌的转化实验2肺炎双球菌的特点种类项目 S 型细菌R 型细菌 菌落表面_表面粗糙 菌体 毒性有毒性无毒性光滑一、肺炎双球菌的转化实验3.体内转化实验格里菲思的实验(1)原理：可使小鼠患败血症死亡。(2)实验过程及现象：(3)结论：加热杀死的 S 型细菌中使 R 型活细菌_。S型细菌含有某种物质转化为S型活细菌一、肺炎双球菌的转化实验4体外转化实验艾弗里的实验(1)设计思路：将提纯的 S 型细菌的、和其他物质分别加入的培养基中
3、，单独观察它们各自的功能。(2)实验过程及现象：R型细菌DNA蛋白质一、肺炎双球菌的转化实验(3)结论：只有加入，R 型细菌才能转化为 S 型细菌，即_是具有转化作用的遗传物质，而蛋白质和其他物质不是遗传物质。一、肺炎双球菌的转化实验DNA DNA 二、噬菌体侵染细菌实验1噬菌体组成蛋白质外壳2同位素标记蛋白质35S3实验过程4实验结论：是噬菌体的遗传物质。DNADNA 32PDNA三、烟草花叶病毒感染烟草的实验1RNA 是遗传物质的证据(1)烟草花叶病毒的基本成分为蛋白质和 RNA，无 DNA。(2)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是，不是。RNA 蛋白质蛋白质RNA 三、烟草花叶病毒感染烟草的
4、实验2DNA 是主要的遗传物质绝大多数生物的遗传物质是，少数生物的遗传物质是_。DNARNA1判断对错(1)有荚膜的 S 型肺炎双球菌有毒，无荚膜的 R 型肺炎双球菌无毒，所以荚膜有毒。()(2)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明 DNA 是遗传物质。()(3)艾弗里实验中 S 型菌的 DNA 加入 R 型菌的培养基上，最后生存的细菌都是 S 型菌。()(4)T2 噬菌体由蛋白质和 DNA 组成，P 存在于 DNA 中，S 几乎全部存在于蛋白质中。()(5)烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质都是RNA。()答案(1)分析：S 型细菌会引起人或小鼠患病，荚膜与细菌致病性有关，但本身
5、无毒。(2)分析：格里菲思没有证明 DNA 是遗传物质，只证明了加热杀死的 S 型菌中含有某种转化因子。(3)分析：艾弗里实验中 S 型菌的 DNAR 型菌的培养基上生存的细菌不都是 S 型菌，大多数仍为 R 型菌。(4)(5)分析：烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA，而不能说明所有病毒的遗传物质都是 RNA，有些病毒的遗传物质是 DNA。2在肺炎双球菌的转化实验中，R 型细菌转化成 S 型细菌的转化因子是()A荚膜 B蛋白质CR 型细菌的 RNADS 型细菌的 DNAD 荚膜、蛋白质、R 型细菌的 RNA 都不能将 R 型细菌转化为S 型细菌，A、B、C 错误；
6、S 型细菌的 DNA 能将 R 型细菌转化为 S型细菌，D 正确。3在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述中，正确的是()A氨基酸原料和酶来自细菌B氨基酸原料来自噬菌体C氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体D氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌A 噬菌体属于病毒，没有细胞结构，在侵染细菌的过程中，噬菌体在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的核糖体、酶和氨基酸原料等合成自身的组成成分，大量增殖。合 作 探 究 攻 重 难 肺炎双球菌的转化实验思考交流1是否所有生物的遗传物质都以染色体为载体？真核细胞的遗传物质都在染色体上吗？提示：不是。原核生物及病毒无染色体，其遗传物质不以染色体为载
7、体，真核细胞的遗传物质并非都在染色体上，如线粒体、叶绿体中也有遗传物质 DNA。2根据格里菲思的实验，使 R 型细菌转化成 S 型细菌的“遗传物质”可能是什么？为此艾弗里设计了怎样的实验？提示：可能是 DNA 或蛋白质。将分离提纯的 DNA、蛋白质分别与 R 型细菌混合培养，单独观察它们各自的效应。3艾弗里实验中设置加 DNA 水解酶这组实验目的是什么？提示：艾弗里实验中设置 DNADNA 酶这一组实验的目的：(1)对照说明只加 DNA 组的结论，(2)说明 DNA 的水解产物不能实现转化。归纳总结 1肺炎双球菌体外转化实验中的相互对照 相互对照时每组实验均既是实验组又是对照组，每个实验组除要
8、探究的因素各不相同外，其他条件均相同，最终结论必须由几组实验结果对比得出。2体内转化实验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等 培养细菌用小鼠(体内)用培养基(体外)实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S 型细菌各成分作用的相互对照 实验结果加热杀死的 S 型细菌能使 R 型细菌S 型细菌S 型细菌的 DNA 使 R 型细菌S 型细菌 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 3.肺炎双球菌转化的实质和影响因素(1)在加热杀死的 S 型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为DNA 也变性失活，DNA 在加热过程中，双螺旋解开，氢键
9、被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。(2)在转化过程中并不是所有的 R 型细菌均转化成 S 型细菌，而是只有少部分 R 型细菌转化为 S 型细菌。原因是转化受 DNA 的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。艾弗里及其同事用 R 型和 S 型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知，下列叙述正确的是()实验组号接种菌型加入 S 型细菌的提取物质培养基长菌情况 R蛋白质R 型R荚膜多糖R 型RDNAR 型、S 型 RDNA(经 DNA 酶处理)R 型A不能证明 S 型细菌的蛋白质不是转化因子B说明 S 型细菌的荚膜多糖有酶活性C和说明 S 型细菌的 DNA 是转化因子D说明 DNA
10、 是主要的遗传物质C 第组实验说明蛋白质和荚膜多糖与 R 型细菌转化为 S型细菌无关，A、B 项错误；第组实验说明 DNA 与 R 型细菌转化为 S 型细菌有关，第组实验说明 DNA 被水解后不能使 R 型细菌转化为 S 型细菌，C 项正确；组实验只能说明 DNA 是遗传物质，而不能说明 DNA 是主要的遗传物质，D 项错误。1某研究人员模拟肺炎双球菌的转化实验，进行了以下 4 个实验：S 型细菌的 DNADNA 酶加入 R 型细菌注射入小鼠R 型细菌的 DNADNA 酶加入 S 型细菌注射入小鼠R 型细菌DNA 酶高温加热后冷却加入 S 型细菌的 DNA注射入小鼠S 型细菌DNA 酶高温加热
11、后冷却加入 R 型细菌的 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 加入 DNA 酶，可将 S 型细菌的 DNA 水解，使之完全失去活性，再加入 R 型细菌，不会转化为 S 型细菌，故小鼠存活；虽加入了 DNA 酶，但还加入了 S 型细菌，故小鼠死亡；由于高温使 R 型细菌死亡，加入 S 型细菌的 DNA 后，不会有 S 型细菌出现，故小鼠能存活；中的 S 型细菌在高温下被杀死，加入 R 型细菌的DNA，小鼠存活。2格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌转化实验证实了()DNA 是遗
12、传物质 RNA 是遗传物质 DNA 是主要遗传物质 蛋白质不是遗传物质 糖类不是遗传物质 DNA 能产生可遗传的变异ABCDA 格里菲思和艾弗里实验能证明 DNA 是遗传物质，但不能证明DNA 是主要遗传物质和 RNA 是遗传物质。噬菌体侵染细菌实验思考交流1能否使用 14C 和 18O 标记噬菌体？为什么？提示：不能，因为噬菌体的 DNA 和蛋白质中都含有 C 和 O 元素。2请分别写出噬菌体外壳及其核酸的组成单位的结构简式，并注明 32P、35S 的标记部位。提示：噬菌体侵染细菌实验中 32P 和 35S 的存在部位，如下图所示。3能否分别用含放射性同位素 35S 和 32P 的培养基来培
13、养噬菌体？为什么？提示：不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活。普通培养基缺少细胞类生物，病毒无法生存。归纳总结 1噬菌体的增殖(1)模板：噬菌体 DNA。(2)合成 DNA 的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。(3)合成蛋白质的原料及场所：大肠杆菌的氨基酸、大肠杆菌的核糖体。2实验思路及方法 S 是蛋白质特有的元素，P 是 DNA 特有的元素，用放射性同位素32P 和 35S 分别标记 DNA 和蛋白质，直接、单独地去观察它们的作用。3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
14、注入核酸合成子代 DNA组装子代噬菌体释放子代噬菌体 4实验过程(1)标记噬菌体(2)侵染细菌(3)结论：在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是 DNA，即 DNA 是遗传物质。5实验误差分析(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：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。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 的噬菌体仍吸附在细菌表面，随细菌离
15、心到沉淀物中。6噬菌体侵染细菌实验与肺炎双球菌的体外转化实验的比较 肺炎双球菌转化实验噬菌体侵染细菌实验 方法 不同直接分离：分离 S 型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与 R 型细菌混合培养同位素标记：分别用32P 和35S 标记 DNA 和蛋白质 不同点结论 不同证明 DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质证明 DNA 是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质(因蛋白质没有进入细菌体内)相同点均使 DNA 和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用；都遵循了对照原则；都能证明 DNA 是遗传物质，但都不能证明 DNA是主要的遗传物质 某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的 T2 噬菌体侵染大肠杆菌实
16、验，进行了如下实验：用 32P 标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌；用未标记的噬菌体侵染 35S 标记的大肠杆菌；用 3H 标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是()A沉淀物、上清液、沉淀物和上清液B沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液C沉淀物、上清液、沉淀物D上清液、上清液、沉淀物和上清液B 32P 标记的是噬菌体的 DNA，用 32P 标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌时，只有 DNA 进入大肠杆菌，并随着大肠杆菌离心到沉淀物中，故放射性存在的主要部位是沉淀物；用未标记的噬菌体侵染 35S 标记的大肠杆菌时，噬菌体的 DNA 和大肠杆菌均离心到沉淀物中
17、，故放射性存在的主要部位是沉淀物；3H 标记的是噬菌体的 DNA 和蛋白质外壳，蛋白质外壳离心到上清液中，而噬菌体的 DNA 和大肠杆菌离心到沉淀物中，故放射性存在的主要部位是沉淀物和上清液。1在证明 DNA 是遗传物质的 T2 噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，正确的技术手段是()A用化学方法把 DNA 和蛋白质分开B用 32P 和 35S 分别标记 T2 噬菌体和大肠杆菌C用 32P 和 35S 同时标记 T2 噬菌体D用标记过的大肠杆菌去培养 T2 噬菌体D 分别用 32P 和 35S 培养大肠杆菌，再用正常的噬菌体去侵染被标记的大肠杆菌，最后用分别标记的噬菌体再侵染正常的大肠杆菌，观察是噬菌
18、体的 DNA 还是蛋白质注入细菌细胞内后能产生子代噬菌体。2为证明蛋白质和 DNA 究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“噬菌体侵染大肠杆菌”的实验(T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。下图中亲代噬菌体已用 32P 标记，A、C 中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述正确的是()A图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入 32P 标记的无机盐B若要达到实验目的，还要再设计一组用 35S 标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组C噬菌体的遗传不遵循基因分离规律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离规律D若本组实验 B(上清液)中出现放射性，则不能证明 DNA
19、是遗传物质B 题图所示锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明 DNA 是遗传物质，还应设计一组用 35 S 标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离规律；若本组实验 B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间过长，细菌裂解导致的。烟草花叶病毒感染烟草的实验思考交流1烟草花叶病毒合成蛋白质的场所是什么？其进行 RNA 和蛋白质合成的原料由谁提供？提示：烟草细胞的核糖体。由烟草细胞为之提供合成核酸和蛋白质的原料。2所有生物的遗传物质都是 DNA，对吗？为什么？提示：不对。细胞生物的遗传物质是 DNA，大多数病毒的遗传物质是 DNA，少数病毒的遗传
20、物质是 RNA。归纳总结 1烟草花叶病毒重建实验(1)过程：(2)构建的重组病毒，其遗传性状与提供 RNA 的病毒性状完全一致，与提供蛋白质的病毒性状不同，说明 RNA 是遗传物质。(3)结论：只有 RNA 而没有 DNA 的病毒中，RNA 是遗传物质。2根据烟草花叶病毒感染烟草的实验，获得实验结论 实验 过程 与实 验结 果烟草花叶病毒感染 正常烟草被感染产生花叶病(对照组)烟草花叶病毒的 RNA感染 正常烟草 被感染产生花叶病(实验组)烟草花叶病毒的蛋白质感染 正常烟草 不被感染不产生花叶病(实验组)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 3.生物遗传
21、物质的判断方法(1)方法：细胞内既有 DNA，又有 RNA，只有 DNA 是遗传物质，分布在细胞核和细胞质中。病毒只能含有一种核酸，DNA 或 RNA。大多数病毒含 DNA。一切生物的遗传物质是核酸(DNA 或 RNA)。(2)不同生物的遗传物质如下表：生物类型病毒原核生物真核生物 体内核酸种类DNA 或 RNADNA 和 RNADNA 和 RNA 体内碱基种类4 种5 种5 种 体内核苷酸种类4 种8 种8 种 遗传物质DNA 或 RNADNADNA 实例噬菌体(DNA)或烟草花叶病毒(RNA)乳酸菌、蓝藻酵母菌、玉米、小麦、人1烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二
22、者的病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是()Aa 过程表示用 TMV 的蛋白质外壳感染烟叶，结果说明 TMV的蛋白质外壳没有侵染作用Bb 过程表示用 HRV 的 RNA 单独接种烟叶，结果说明其有侵染作用Cc、d 过程表示用 TMV 的外壳和 HRV 的 RNA 合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为感染车前草病毒症状，并能从中分离出车前草病毒D该实验证明只有车前草病毒的 RNA 是遗传物质，蛋白质外壳和烟草花叶病毒的 RNA 不是遗传物质D a 过程中烟叶没有出现病斑，表示 TMV 的蛋白质外壳没有侵染作用；b 过程中烟叶出现病斑，表示 HRV 的 RN
23、A 有侵染作用；c、d 过程表示用 TMV 的外壳和 HRV 的 RNA 合成的“杂种病毒”接种烟叶出现病斑，并能从中分离出HRV病毒，说明该“杂种病毒”有侵染作用；该实验证明只有 HRV 的 RNA 是遗传物质，不能证明TMV 的 RNA 不是遗传物质。2下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是()A肺炎双球菌的遗传物质主要是 DNAB酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上CT2 噬菌体的遗传物质含有硫元素D烟草花叶病毒的遗传物质水解可产生 4 种脱氧核苷酸B A 项中肺炎双球菌的遗传物质是 DNA；B 项中酵母菌为真核生物，其遗传物质 DNA 主要分布在染色体上，细胞质中也有；C项中 T2 噬菌
24、体的遗传物质是 DNA，不含 S 元素；D 项中烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA，水解后产生的是 4 种核糖核苷酸。当 堂 达 标 固 双 基 1在生命科学发展过程中，证明 DNA 是遗传物质的实验是()孟德尔的豌豆杂交试验 摩尔根的果蝇杂交试验 肺炎双球菌转化实验 T2 噬菌体侵染细菌实验 烟草花叶病毒感染和重建实验ABCDC 孟德尔豌豆杂交试验揭示了基因分离规律；摩尔根果蝇杂交试验证明了基因在 X 染色体上；肺炎双球菌转化实验及噬菌体侵染细菌实验证明了 DNA 是遗传物质；烟草花叶病毒感染和重建实验证明了 RNA 是遗传物质。2下面是模仿艾弗里的实验内容，有关叙述不正确的是()AR 型细菌
25、无荚膜，无毒性BR 型细菌与 S 型细菌都有核糖体C添加多糖、脂质、蛋白质、RNA 等试管的组别具有对照作用DDNA 酶的作用是催化 DNA 复制D 肺炎双球菌为原核生物，有核糖体。R 型细菌无荚膜，无毒性。添加多糖、脂质、蛋白质、RNA 等试管的组别作为对照，说明以上物质不是遗传物质，只有 DNA 是遗传物质。DNA 酶的作用是水解 DNA。3(2019浙江选考)为研究 R 型肺炎双球菌转化为 S 型肺炎双球菌的转化物质是 DNA还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：下列叙述正确的是()A甲组培养皿中只有 S 型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性B乙组培养皿中有 R
26、 型及 S 型菌落，推测转化物质是蛋白质C丙组培养皿中只有 R 型菌落，推测转化物质是 DNAD该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是 DNAC 甲组中培养一段时间后可发现有极少的 R 型菌转化成了 S 型菌，因此甲组培养皿中不仅有 S 型菌落，也有 R 型菌落，A 错误；乙组 S 型菌提取物中加入了蛋白酶，故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰，推测转化物质可能是 DNA，B 错误；丙组 S 型菌提取物中加入了 DNA 酶，DNA 被水解后 R 型菌便不再发生转化，故可推测是 DNA 参与了 R 型菌的转化，C 正确；该实验只能证明肺炎双球菌的遗传物质是 DNA，无法证明 DNA 是主要遗传
27、物质，D 错误。42011 年初，顽固的禽流感在日本开始出现。经研究：人感染高致病性禽流感是由甲型流感病毒 H5N1 亚型引起的，传染源主要为感染 H5N1 病毒的禽类或 H5N1 病毒污染的环境。某研究小组为探究 H5N1 病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA，做了如下实验，请你完成相关内容。(1)实验原理：_。(2)材料用具：H5N1 病毒核酸提取物、DNA 酶、RNA 酶、小白鼠及其等渗生理盐水、注射器等。(3)实验步骤：取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干，随机均分成四组，编号分别为 A、B、C、D。按如表所示配制注射溶液，然后分别注射入小白鼠体内。组别ABCD 注射溶液 _和_ _
28、和_ _ _相同条件下培养一段时间后，观察比较各组小白鼠的发病情况。(4)结果预测及结论：A、C 组发病，B、D 组未发病，说明 DNA 是 H5N1 病毒的遗传物质；_，说明_。(5)实验分析：_组和_组对照，能说明 DNA 是否是其遗传物质。B 组和 C 组对照，能说明_。C 组和 D 组在实验对比时起到_作用。解析 本题是一个实验探究题，解答时要认真阅读试题，从题干信息中准确提取实验原理，分清实验组和对照组。从(4)(5)小题中可以确定表格中的空格处所填内容，A 组和 B 组、C 组和 D 组是不能互换的。A 组和 B 组是两个实验组，C 组和 D 组是两个对照组。答案(1)酶具有专一性(3)A.H5N1 病毒核酸提取物 RNA酶 BH5N1 病毒核酸提取物 DNA 酶 CH5N1 病毒核酸提取物 D生理盐水(4)B、C 组发病，A、D 组未发病 RNA 是 H5N1 病毒的遗传物质(5)A C RNA 是否是其遗传物质 对照课 时 分 层 作 业 点击右图进入 Thank you for watching!