高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质学案，共16页。学案主要包含了对遗传物质的早期推测，肺炎链球菌的转化实验，噬菌体侵染细菌的实验，DNA是主要的遗传物质等内容，欢迎下载使用。

一、对遗传物质的早期推测
二、肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌的类型
2.格里菲思的实验
(1)过程及现象


(2)结论
已经加热致死的S型细菌，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。
3．艾弗里的实验
(1)过程及现象

(2)实验结果分析
①第二至四组结果表明：分别用蛋白酶、RNA酶或酯酶处理后，细胞提取物仍然具有转化活性。
②第五组结果表明：用DNA酶处理后，细胞提取物就失去了转化活性。
(3)进一步实验
分析细胞提取物的理化特性，发现其与DNA极为相似。
(4)结论：DNA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
1．T2噬菌体的结构与代谢
(1)结构
(2)代谢
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
2．T2噬菌体的增殖
(1)合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
(2)合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
(3)合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸，场所：大肠杆菌的核糖体。
3．实验过程
(1)标记噬菌体
(2)侵染细菌
4．实验结果分析
(1)噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。
(2)子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。
5．结论：DNA才是噬菌体的遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质
1．RNA是遗传物质的实验证据
(1)烟草花叶病毒的组成
(2)侵染实验

(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．DNA是主要的遗传物质
(1)生物类型与遗传物质的种类(连线)
(2)因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
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．艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入R型细菌的培养基上，最后生存的细菌绝大多数是S型细菌。 ( )
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。( )
6．艾弗里的实验过程中利用了“减法原理”。( )
提示：1．× 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，而双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应的实质是与肽键反应。
2．× 格里菲思没有证明DNA是遗传物质，只证明了加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子。
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，最后生存的细菌不都是S型菌，大多数仍为R型菌。
4．√
5．× 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。
6．√
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
(2)联系
①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。
②实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。
2．对肺炎链球菌体内转化实验中细菌数量变化曲线的解读
在肺炎链球菌体内转化实验中，将加热致死的S型细菌与R型活细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠体内S型活细菌、R型活细菌数量的变化情况如图所示。
(1)R型活细菌数量的变化
①ab段：小鼠体内还没形成大量的抗R型活细菌的抗体，故该时间段内R型活细菌数量增多。
②bc段：小鼠体内形成大量的抗R型活细菌的抗体，致使R型活细菌数量减少。
③cd段：c点对应时间点之前，已有少量R型活细菌转化为S型活细菌，S型活细菌能降低小鼠的免疫力，使小鼠对R型活细菌的杀伤力减弱，导致R型活细菌大量繁殖，所以cd段R型活细菌数量增多。
(2)S型活细菌数量的变化
少量R型活细菌获得了S型细菌的DNA，并转化为S型活细菌，S型活细菌有多糖类荚膜的保护，能在小鼠体内增殖，且随着小鼠免疫力的降低，小鼠对S型活细菌的杀伤力减弱，S型活细菌增殖加快、数目增加。
1．格里菲思用于转化实验的肺炎链球菌中，S型细菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型细菌是由SⅡ型突变产生。利用加热杀死的SⅢ与R型细菌混合培养，出现了S型细菌，有人认为S型细菌出现是由于R型细菌突变产生，否定了这种说法的依据是什么？
提示：该实验中出现的S型细菌全为SⅢ，与“S型细菌出现是由于R型细菌突变产生”相矛盾。
2．与格里菲思的实验相比，艾弗里实验的最大优点是什么？
提示：不使用小鼠进行实验，减少对动物的伤害。
1．某科研人员为了验证格里菲思的肺炎链球菌转化实验，对实验鼠进行了4次注射实验，如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．活菌甲是有荚膜的R型细菌，而活菌乙是无荚膜的S型细菌
B．由注射②和④的结果可知，活的或死的S型细菌都能使小鼠死亡
C．在死鼠2的血液中应有活菌甲和活菌乙，后者最初由活菌甲转化而来
D．死菌乙未导致鼠3死亡，由此说明死菌乙在小鼠体内的繁殖不足以致死
C [将活菌甲注入鼠1，结果小鼠存活，说明甲为无荚膜的R型细菌；将活菌乙注入鼠4，结果小鼠死亡，说明乙为有荚膜的S型细菌，A错误；由注射②和④的结果可知，活的S型细菌能使小鼠死亡，由注射③的结果可知，死的S型细菌不能使小鼠死亡，B错误；在死鼠2的血液中应有活菌甲和活菌乙，后者最初由活菌甲转化而来，C正确；死菌乙未导致鼠3死亡，由此说明死的S型细菌不能导致小鼠死亡，D错误。]
2．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。下列说法不正确的是( )
A B C D E F
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．此实验可以证明DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
D．能导致小鼠死亡的是A、B、C、D四组
D [从图示实验过程可以看出，通过E、F对照，能说明转化因子是DNA而不是蛋白质，F组加入了S型细菌的DNA，可以分离出S型和R型两种肺炎链球菌，说明DNA是遗传物质；A组经煮沸、D组为R型菌，均不能导致小鼠死亡，能导致小鼠死亡的是B、C、F组，D错误。]
厘清格里菲思实验和艾弗里实验
(1)格里菲思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：①DNA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。②DNA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：①DNA是主要的遗传物质。②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32P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。
5．艾弗里的实验与T2噬菌体侵染细菌实验的比较
1．为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？
提示：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．某研究小组用放射性同位素32P、35S分别标记T2噬菌体，然后将大肠杆菌和被标记的噬菌体置于培养液中培养，如图所示。一段时间后，分别进行搅拌、离心，并检测沉淀物和悬浮液中的放射性。下列分析错误的是( )
甲 乙
A．甲组的悬浮液含极少量32P标记的噬菌体DNA，但不产生含32P的子代噬菌体
B．甲组被侵染的细菌内含有32P标记的噬菌体DNA，也可产生不含32P的子代噬菌体
C．乙组的悬浮液含极少量35S标记的噬菌体蛋白质，也可产生含35S的子代噬菌体
D．乙组被侵染的细菌内不含35S标记的噬菌体蛋白质，也不产生含35S的子代噬菌体
C [甲组离心后，放射性主要在沉淀物中，由于部分噬菌体未来得及侵染大肠杆菌，所以悬浮液中含有少量放射性，由于甲组的悬浮液中不存在大肠杆菌，所以噬菌体无法繁殖产生含32P标记的子代噬菌体，A正确；甲组被侵染的细菌体内含有32P标记的噬菌体DNA，噬菌体侵染细菌后，利用细菌细胞内的物质合成自身的DNA和蛋白质进行增殖，故可产生不含32P的噬菌体，B正确；35S标记的是噬菌体的蛋白质，噬菌体侵染细菌的时候，蛋白质外壳留在外面，只有DNA进入细菌体内，因此乙组的悬浮液含大量35S标记的噬菌体蛋白质，但不会产生含35S的子代噬菌体，C错误；乙组被侵染的细菌体内不含35S标记的噬菌体蛋白质，由于细菌提供的原料中不含35S，所以也不产生含35S的子代噬菌体，D正确。]
2．在“噬菌体侵染细菌”的实验中，如果不搅拌用35S标记的噬菌体的一组(甲组)，用32P标记的噬菌体的一组(乙组)保温时间过长，其结果是( )
A．上清液中，甲组出现较强放射性，乙组也会出现较强放射性
B．甲组沉淀物中出现较强放射性，乙组上清液中出现较强放射性
C．沉淀物中，甲组出现较强放射性，乙组也会出现较强放射性
D．甲组上清液中出现较强放射性，乙组沉淀物中出现较强放射性
B [若没有对甲组进行搅拌，则吸附在细菌表面的噬菌体外壳和细菌一起经离心进入沉淀物，导致沉淀物中出现较强的放射性。若乙组保温时间过长，则感染了噬菌体的细菌会裂解，释放出其中的子代噬菌体，经搅拌、离心后会导致上清液中出现较强的放射性。]
噬菌体侵染细菌实验中的标记误区
(1)该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。
(2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一个噬菌体上，因为在进行放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，而不能确定是何种元素的放射性。
新冠肺炎(COVID­2019)是一种严重呼吸系统症状的高传染性疾病。该病是由新型冠状病毒(nCOV­2019)(RNA病毒)引起的，对人们的健康和生活造成极大的影响。
教材中噬菌体侵染细菌实验的一个关键在于用含特定放射性同位素的培养基培养宿主细胞再接种噬菌体，而新型冠状病毒的遗传物质是RNA，因此建构设计思路时，需用含有放射性标记的尿嘧啶的培养基，另一对照组需用含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基。
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，设计实验以验证其遗传物质。简要写出实验思路。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)(科学探究)
提示：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的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。
[课堂小结]
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 [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，A不符合题意；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，B不符合题意；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，D不符合题意。]
2．肺炎链球菌的转化实验中，使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是 ( )
A．荚膜多糖
B．蛋白质
C．R型细菌的DNA
D．S型细菌的DNA
D [肺炎链球菌的转化实验中，使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是S型细菌的DNA。]
3．在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。下列实验中，采用“加法原理”的是 ( )
A．验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解
B．验证Mg是植物的必需元素
C．验证光是光合作用的条件
D．艾弗里的肺炎链球菌的转化实验
A [验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解，应进行有无过氧化氢酶的对照实验，采用了“加法原理”。验证Mg是植物的必需元素、光是光合作用的条件，应在常态条件下，除去Mg元素、光照条件，采用了“减法原理”； 艾弗里的肺炎链球菌转化实验，每组实验特异性地去除一种物质，采用了“减法原理”。]
4．用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳，让其侵染未被标记的大肠杆菌。大肠杆菌裂解释放出的噬菌体中，放射性同位素的分布情况是( )
A．部分噬菌体中含有32P
B．部分噬菌体中含有35S
C．32P和35S同时出现在噬菌体中
D．32P和35S均不出现在噬菌体中
A [噬菌体侵染细菌时，只是将DNA注入细菌体内，蛋白质外壳留在外面，所以子代噬菌体部分含32P，但不含35S。]
5．下列关于DNA是主要的遗传物质的叙述，正确的是( )
A．所有生物的遗传物质都是DNA
B．烟草花叶病毒、T2噬菌体的遗传物质均为RNA
C．动物、植物、真菌的遗传物质是DNA，除此之外的其他生物的遗传物质都是RNA
D．真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA
D [真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA，A错误、D正确；烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，T2噬菌体的遗传物质为DNA，B错误；动物、植物、真菌的遗传物质是DNA，细菌和DNA病毒的遗传物质也是DNA，C错误。]
6．下列是关于DNA是遗传物质的相关实验，请回答下列相关问题：
(1)过程①和②表明，将S型细菌的________和________与R型活细菌混合培养，其后代为________型细菌。
(2)过程③表明，将S型细菌的________与R型活细菌混合培养，________型细菌转化成________型细菌。
(3)过程④表明，转化成的________型细菌的后代也是有________性的________型细菌。
(4)实验最关键的设计思路是________________________________________
_______________________________________________________________。
(5)通过上述实验________(填“能”或“不能”)证明DNA是主要的遗传物质。
[解析] (1)过程①和②表明，将S型细菌的多糖和蛋白质与R型活细菌混合培养，其后代都为R型细菌，没有发生转化现象。(2)过程③表明，将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，其后代有R型细菌和S型细菌，说明有部分R型细菌转化为S型细菌。(3)过程④表明，由R型细菌转化成的S型细菌的后代也是有毒性的S型细菌。(4)实验最关键的设计思路是把具有荚膜的S型细菌的DNA和蛋白质等成分分开，单独地观察它们在细菌转化过程中的作用。(5)上述实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，但不能得出DNA是主要的遗传物质。
[答案] (1)多糖 蛋白质 R (2)DNA 部分R S (3)S 毒 S (4)把具有荚膜的S型细菌的DNA和蛋白质等成分分开，单独地观察它们在细菌转化过程中的作用 (5)不能
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。
项目
S型细菌
R型细菌
菌落
表面光滑
表面粗糙
菌体
有多糖类的荚膜
没有多糖类的荚膜
有无致病性
有
无
体内转化实验
体外转化实验
科学家
格里菲思
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
项目
艾弗里实验
T2噬菌体侵染细菌实验
相同点
实验原则
都遵循了对照原则
实验结论
都能证明DNA是遗传物质
实验思路
均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用
不同点
方法
酶解法：对细胞提取物分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处理后，与R型细菌混合培养
同位素标记法：分别用32P和35S对T2噬菌体的DNA和蛋白质进行放射性标记
结果检测
观察菌落类型
检测上清液和沉淀物的放射性
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1.S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.因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。