1、第二章 遗传的分子基础 第一节 DNA是主要的遗传物质 课标内容要求核心素养对接 概述多数生物的基因是 DNA 分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA 分子上。1生命观念：认同 DNA 是主要的遗传物质。2科学思维：通过分析与综合，理解转化实验和侵染实验的实验方法和实验原理。3科学探究：尝试设计实验，探索生物的遗传物质。必 备 知 识 聚 焦 概 念 一、DNA 是多数生物的遗传物质 1肺炎链球菌(1)肺炎链球菌(又称为肺炎双球菌)是一种(图 211)，它结构、繁殖速度，是生物学研究常用的实验材料。(2)肺炎链球菌多数，部分有致病力的菌株在菌体外一般具有由构成的。致病菌株可引起人患肺炎，鼠患。
2、细菌简单快不致病多糖荚膜败血症(3)1928 年，格里菲斯发现，肺炎链球菌有多种类型，其中型活细菌的菌体外无荚膜，在培养基上培养形成的菌落表面；型活细菌的菌体外有荚膜，在培养基上培养形成的菌落表面。S 型活细菌是的肺炎链球菌，能使被感染的小鼠患败血症。R粗糙S光滑有毒性2格里菲斯的肺炎链球菌实验(1)实验过程及现象(2)实验分析 格里菲斯的实验表明，被注射的小鼠因患败血症而死亡，被注射的小鼠能正常生活。R型活细菌S型活细菌3格里菲斯的肺炎链球菌转化实验(1)实验过程及现象(2)实验结果 加热后的 S 型死细菌不能使小鼠死亡；而把加热后的和混 合 后，将 混 合 液 注 射 到 小 鼠 体 内，
3、小鼠。(3)实验分析 这些结果表明，不是而是导致了小鼠死亡，说明，而转化后的 S 型活细菌的后代也是。S型死细菌R型活细菌患败血症死亡荚膜S型活细菌有部分R型活细菌转化为S型活细菌有致病性的(4)推论 格里菲斯认为被加热杀死的 S 型细菌中可能含有，使 R 型细菌转化为 S 型细菌，而且这种转化是。可以遗传的某种转化因子4.艾弗里的肺炎链球菌转化实验(1)方法：。(2)实验过程及现象 化学分析法(3)实验分析 艾弗里的实验表明，和降解后与降解前，R 型细菌转化为 S 型细菌的能力没有发生变化，而降解后与降解前，R型细菌转化为 S 型细菌的能力发生了变化。RNA蛋白质DNA(4)实验结论 在构成
4、 S 型活细菌的 DNA、RNA 和蛋白质中，只有能使R 型细菌转化为 S 型细菌。(5)实验质疑 有人提出质疑，认为艾弗里等人提纯的 DNA 中含有极少量的，因此实验不能说明一定就是遗传物质。DNA蛋白质DNA5噬菌体侵染细菌的实验(1)科学家：和蔡斯(2)噬菌体 生物类型：噬菌体是一类，它们专门攻击。赫尔希细菌病毒细菌T2 噬菌体的结构 T2 噬菌体的繁殖 a阶段划分：吸附、增殖、和等。b具体过程：T2 噬菌体侵染大肠杆菌时，留在大肠杆菌体外，注入大肠杆菌体内的是，在噬菌体的作用下，体内的物质被利用起来合成的 DNA 和蛋白质等，接着已合成的 DNA 和蛋白质分子以一定方式结合，组装成完整
5、的。当子代噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌，释放出子代噬菌体。侵入成熟裂解蛋白质外壳DNADNA大肠杆菌噬菌体子代噬菌体裂解(3)T2 噬菌体侵染大肠杆菌的实验 实验过程 a用放射性同位素标记 T2 噬菌体的蛋白质和DNA。35S和32P分别b再用标记的噬菌体侵染大肠杆菌 分别结果分析 在噬菌体的指导下，新组装并释放出来的子代噬菌体与侵染大肠杆菌的噬菌体。实验结论：DNA 才是真正的遗传物质。完全相同DNA二、RNA 是某些病毒的遗传物质 1烟草花叶病毒(简称 TMV)(1)组成：由一个圆筒状的蛋白质外壳和 RNA 分子组成。(2)TMV 感染烟草的实验 有科学家把 TMV 放在水和苯酚中震荡
6、，使病毒的 RNA 和蛋白质分离，然后用 RNA 和蛋白质分别去感染正常的烟草，结果发现只有被 RNA 感染的烟草叶片才发病。(3)TMV 与车前草病毒(HRV)的病毒重建实验 用重组病毒感染正常的烟草和车前草，结果发现含有 TMV、RNA 的重组病毒使烟草叶片发病，重组病毒的后代仍为 TMV；含有 HRV、RNA 的重组病毒使车前草叶片发病，重组病毒的后代仍为 HRV。(4)实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA。2其他 RNA 病毒 流感病毒、脊髓灰质炎病毒、脑炎病毒、新城鸡瘟病毒等都只含有 RNA，RNA 是它们的遗传物质。3DNA 是主要的遗传物质(1)生物类型与遗传物质的种类(连
7、线)(2)由于，所以 DNA 是主要的遗传物质。绝大多数生物的遗传物质是DNA 判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1高温处理过的 S 型细菌的蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应。()2格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明 DNA 是遗传物质。()3艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入 R 型菌的培养基上，最后生存的细菌绝大多数是 S 型菌。()4T2 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 提示：蛋白质高温变性的原因是空间结构遭到破坏，肽键依然存在，而双缩脲试剂
8、与蛋白质发生紫色反应的实质是与肽键反应。2 提示：格里菲斯没有证明 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 提示：艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入 R 型菌的培养基上，最后生存的细菌不都是 S 型菌，大多数仍为 R 型菌。4 5 提示：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。关 键 能 力 突 破 重 难 肺炎链球菌的转化实验1肺炎链球菌两个转化实验的比较(1)区别 体内转化实验体外转化实验 科学家格里菲斯艾弗里及其同事 细菌培养小鼠体内体外培养基 实验构思用加
9、热致死的 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在 S 型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使 R 型细菌发生转化 观察指标小鼠是否死亡培养基中菌落类型实验结论加热致死的 S 型细菌体内有转化因子转化因子很可能是 DNA(2)联系 体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是前者的延伸。实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。2对 S 型细菌和 R 型细菌转化的理解(1)转化原理：加热致死的 S 型细菌，其蛋白质变性失活，DNA 在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。(2)转化实质：S 型细菌的 DNA 片段整合到了 R 型细菌的 DNA
10、 中。(3)一般情况下，转化率很低，形成的 S 型细菌很少，转化后形成的 S 型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的 S 型细菌，说明 S 型细菌的 DNA 是遗传物质。合作探究：1格里菲斯和艾弗里等人的实验，均以肺炎链球菌为实验材料，使人们对遗传物质的认识有了巨大的进步。(1)肺炎链球菌与小鼠细胞相比较，二者最根本的区别是什么？_ _ _(2)肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是自身的核糖体还是小鼠细胞的核糖体？_ _ _ 提示：(1)肺炎链球菌无以核膜为界限的细胞核。(2)肺炎链球菌自身的核糖体。2艾弗里等人在 S 型细菌的提取物中，分别加入蛋白酶、RNA酶和 DNA 酶，利用了酶的
11、什么特点？分别起到什么作用？_ _ _ 提示：利用了酶的专一性。分别将蛋白质、RNA 和 DNA 进行水解。1(多选)在肺炎链球菌感染小鼠的实验中，下列实验结果正确的是()A注射 R 型活细菌后，小鼠不死亡 B注射 S 型活细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的 S型细菌 C注射 R 型活细菌及加热处理的 S 型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的 S 型活细菌 D注射 S 型细菌及热处理的 R 型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的 S 型细菌 ABD 注射 R 型活细菌及加热处理的 S 型细菌，S 型细菌的DNA 使无毒的 R 型细菌转化为有毒的 S 型活细菌，使小鼠死亡，从小
12、鼠体内既能分离出 S 型细菌，又能分离出 R 型细菌。2肺炎链球菌为遗传物质的探索做出了重要贡献。下列关于肺炎链球菌转化实验的说法，正确的是()A格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明 DNA 是遗传物质 B艾弗里实验中 S 型细菌提取物蛋白酶R 型细菌一起培养，培养基上生存的细菌都是 S 型细菌 C艾弗里等人设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质，与 R型细菌混合培养，出现 S 型细菌，充分说明 DNA 是遗传物质 D已加热致死的 S 型细菌中，蛋白质已经失去活性而 DNA 仍具有活性 D 格里菲斯实验并未证明 DNA 是遗传物质，A 错误；艾弗里实验中，S 型细菌提取物蛋白酶R 型细菌，培养基上
13、生存的既有S 型细菌也有 R 型细菌，B 错误；设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质，并不能彻底去除其中的蛋白质、脂质等，不能充分说明 DNA是遗传物质，C 错误；已加热致死的 S 型细菌中，高温可使蛋白质失去活性，DNA 可以使 R 型细菌发生转化，说明仍具有活性，D 项正确。区分清格里菲斯实验和艾弗里实验(1)格里菲斯实验利用小鼠进行的体内转化实验，通过观察小鼠是否存活，提出了“转化因子”的假设。(2)艾弗里则通过体外转化实验，通过观察培养基中群落类型推出转化因子很可能是 DNA，并且最终证明 DNA 就是转化因子。噬菌体侵染细菌的实验1实验思路 S 是蛋白质特有的元素，P 几乎都存在于噬菌
14、体 DNA 分子中，用放射性同位素 32P 和 35S 分别标记噬菌体的 DNA 和蛋白质，直接地、单独地观察它们各自的作用。2实验分析 35S 标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，32P 标记的 DNA 进入了宿主细胞内。3实验结论(1)直接证明：DNA 是噬菌体的遗传物质。(2)间接证明：DNA 能够自我复制，使生物体前后代保持一定的连续性，维持遗传性状的稳定性；DNA 能控制蛋白质的生物合成，从而控制生物体的新陈代谢和性状。(3)不能证明：DNA 是主要的遗传物质；蛋白质不是遗传物质。4噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节“保温”与“离心搅拌”(1)保温时间要合适若保温时间过短或过长会使32
15、P 组的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。(2)“离心搅拌”要充分如果离心搅拌不充分，35S 组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样造成沉淀物中放射性偏高。5T2 噬菌体侵染细菌实验和艾弗里的实验的比较 比较项目T2 噬菌体侵染细菌实验艾弗里的实验 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用酶解法专一性地去除 S 型细菌中的某种物质，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 是噬菌体的遗传物质转化因子可能是 DNA 1能否直接用含 35S 和 32P 的普通培养基来培养 T2
16、 噬菌体？提示：不能。因为噬菌体营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。2如果用15N、32P、35S 同时标记噬菌体后让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的放射性元素及其存在的部位分别在哪里？提示：15N、32P，DNA。1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()AT2 噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖 BT2 噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质 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人体免疫缺陷病毒与 T2 噬菌体的核酸类型相同 C T
17、2 噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎链球菌，A 错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，T2 噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质，B 错误；T2 噬菌体侵染大肠杆菌时，其 DNA 进入大肠杆菌，以大肠杆菌的脱氧核苷酸为原料，合成子代噬菌体的DNA，而脱氧核苷酸中含有 P，则培养基中的 32 P 经宿主摄取后可出现在 T2 噬菌体的核酸中，C 正确；人体免疫缺陷病毒为 RNA 病毒，T2 噬菌体为 DNA 病毒，二者所含核酸类型不同，D 错误。2某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析正确的是()A理论上，b 和 c 中不应具有放射性 B实验
18、中 b 含少量放射性与过程中培养时间过长或过短有关 C实验中 c 含有放射性与过程中搅拌不充分有关 D该实验证明了 DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 A 35S 标记的是 T2 噬菌体的蛋白质外壳，32P 标记的是 T2 噬菌体的 DNA，所以离心后，理论上，b 和 c 中不应具有放射性，A正确；35S 标记的是 T2 噬菌体的蛋白质外壳，T2 噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，经搅拌后与细菌分开，所以若 b 中含有放射性，说明搅拌不充分，B 错误；实验中 c 含有放射性与过程中培养时间过长或过短有关，C 错误；该实验只证明了 DNA 是遗传物质，没有证明蛋白质不是遗传物质，D 错误
19、。噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析(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子代释放出来，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 的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。课堂小结 知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵 1S 型肺炎链球菌有荚膜，有毒；R 型肺炎链球菌无荚膜，无毒。2.在肺炎
20、链球菌转化实验中，只有 S 型细菌的 DNA 才能使 R 型活细菌转化为 S 型细菌，即转化因子是 DNA。3.T2 噬菌体由蛋白质和 DNA 组成，S 存在于蛋白质中，P 几乎全部存在于 DNA 中。4.肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了 DNA 是遗传物质。5.烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA。6.由于绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以 DNA 是主要的遗传物质。课 堂 检 测 巩 固 素 能 1(多选)下列有关遗传物质的叙述，正确的是()ADNA 是所有生物的遗传物质 B酵母菌的遗传物质是 DNA C艾滋病病毒的遗传物质是 DNA 或 RNA D病毒的遗传物质是 DN
21、A 或 RNA BD 具有细胞结构的生物的遗传物质是 DNA，不具有细胞结构的病毒的遗传物质是 DNA 或 RNA，一种生物体内的核酸可能有两种，但遗传物质只有一种。2格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验中，注射后能使实验小鼠死亡的是()AR 型肺炎链球菌 B加热致死的 S 型肺炎链球菌 C加热致死的 S 型肺炎链球菌与 R 型细菌的 DNA 混合 D加热致死的 S 型肺炎链球菌与 R 型细菌混合 D R 型活细菌没有荚膜，没有毒，所以注射后不能使实验小鼠死亡，A 错误；将杀死的有毒 S 型细菌注射到小鼠体内，没有活性的 S 型细菌不会引起小鼠死亡，B 错误；加热致死的 S 型肺炎链球菌与 R 型
22、细菌的 DNA 混合，没有活菌，不能发生转化，小鼠不死亡，C 错误；加热致死的 S 型细菌，其 DNA 有活性，S 型细菌的DNA 能使 R 型细菌转化为 S 型细菌，因而会引起小鼠死亡，D 正确。3肺炎链球菌离体转化实验的部分过程如图所示。其中设置乙组对照实验的目的是证明()ADNA 是转化因子 B脱氧核苷酸不是转化因子 CDNA 酶不是转化因子 D经 DNA 酶处理后的 R 型细菌不能转化 A 分析两组实验可知，S 型细菌的 DNA 可使 R 型细菌完成转化，而将 DNA 经 DNA 酶水解后，不能再完成转化过程，从而进一步证明 DNA 是转化因子。综上所述，A 正确，B、C、D 错误。4
23、噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是()A在噬菌体 DNA 的指导下，用细菌的物质合成的 B在细菌 DNA 的指导下，用细菌的物质合成的 C在噬菌体 DNA 的指导下，用噬菌体的物质合成的 D在细菌 DNA 的指导下，用噬菌体的物质合成的 A 噬菌体侵染细菌时只将自己的 DNA 注入细菌中，其蛋白质外壳留在细菌外，而在细菌中合成出子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，子代噬菌体的蛋白质外壳是在噬菌体 DNA 的指导下，利用细菌的物质合成的。5结合遗传物质的相关实验，回答下列问题：(1)艾弗里及其同事进行肺炎链球菌转化实验中，实验成功的最关键的设计思路是_ _。(2)上述实验证明了_。(3
24、)赫尔希和蔡斯实验包括 4 个步骤：噬菌体与大肠杆菌混合培养；35S 和 32P 分别标记噬菌体；放射性检测；离心分离。该实验步骤的正确顺序是_(用数字表示)。(4)用被 32P 标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现放射性物质存在于_(填“上清液”或“沉淀物”)中。(5)在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，是否会导致实验出现误差？_。简述理由：_ _。解析(1)艾弗里及其同事进行肺炎链球菌转化实验最关键的设计思路是分离并提纯 S 型细菌的 DNA、蛋白质、多糖等物质；(2)实验证明了肺炎链球菌的“转化因子”是 DNA；(3)赫尔希和蔡斯实验包括 4 个步骤，该实
25、验步骤的正确顺序：35S 和 32P 分别标记噬菌体噬菌体与大肠杆菌混合培养离心分离放射性检测；(4)用被 32P 标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，由于标记的是 DNA，DNA 进入细菌内，所以离心后，发现放射性物质存在于沉淀物中；(5)在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，那么没有侵染到大肠杆菌细胞内的噬菌体，离心后分布于上清液中，使上清液中出现放射性，导致实验出现误差。答案(1)分离并提纯 S 型细菌的 DNA、蛋白质、多糖等物质(2)肺炎链球菌的“转化因子”是 DNA(3)(4)沉淀物(5)是 没有侵染到大肠杆菌内的噬菌体，离心后分布于上清液中，使上清液中出现放射性 点击右图进入 课 后 素 养 落 实 Thank you for watching!