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生物必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质学案
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这是一份生物必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质学案，共23页。
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
学习目标
核心素养
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.生命观念：使R型肺炎链球菌发生转化的转化因子是S型细菌的DNA，体现了物质观。
2.科学思维：肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都说明科学结论的得出离不开严谨的逻辑推理和确凿的实验证据；细菌、病毒的培养技术以及同位素标记和离心等科学技术的合理运用；自变量控制的减法原理在艾弗里实验中的成功运用。
3.科学探究：证明DNA是遗传物质的科学探究过程。
4.社会责任：在证明DNA是遗传物质的实验中，充分体现了物理、化学等多学科交叉在生物学研究中的重要性；人们在对遗传物质的认识方面是不断深化、不断完善的过程，同时也体现了探索求真、交流合作的科学精神。
知识点一 肺炎链球菌的转化实验
1．对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．肺炎链球菌的转化实验
(1)肺炎链球菌类型
S型细菌
R型细菌
菌体
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
菌落
表面光滑
表面粗糙
致病性
有
无
(2)格里菲思的实验——体内转化实验
①实验过程及结果
②结论：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——体外转化实验
①自变量：不同处理的细胞提取物。
因变量：培养基中活细菌的种类。
②实验过程及结果
a.预处理：将加热致死的S型细菌破碎，去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
b.
c．进一步分析细胞提取物的理化特性，发现这些特性与DNA的极为相似。
③结论
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
3．自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
(1)加法原理
与常态比较，人为增加某种影响因素。如在“比较H2O2在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了加法原理。
(2)减法原理
与常态相比，人为去除某种影响因素。如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了减法原理。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
1．实验者：赫尔希和蔡斯。
2．实验材料：T2噬菌体。
(1)结构与成分
(2)生活方式：专门寄生在大肠杆菌体内。
(3)增殖方式：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖，当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放大量的噬菌体。
3．实验方法：放射性同位素标记法。
4．实验过程及现象
(1)标记T2噬菌体
(2)标记的T2噬菌体侵染未被标记的细菌，检测上清液和沉淀物的放射性
①搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
②离心的目的：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。
③根据放射性结果说明：噬菌体侵染细菌时，DNA可能进入了大肠杆菌，蛋白质外壳可能留在外面。
(3)检测新形成的噬菌体的放射性
进一步观察，细菌裂解释放出的子代噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。这一结果说明只有DNA进入了细菌，而蛋白质外壳留在外面。因此，亲子代之间具有连续性的物质是DNA。
5．实验结论
子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质。
1．本实验采用的是放射性同位素标记法，为什么用32P和35S进行标记？
提示：T2噬菌体化学组成中60%是蛋白质，40%是DNA，S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于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，可以单独地观察它们各自的作用。
2．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，只有在大肠杆菌体内才能进行增殖，所以应先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体。
3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，如果上清液中有较高放射性的原因可能是什么？
提示：(1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染大肠杆菌，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；(2)保温时间过长，部分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中。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
1．RNA是遗传物质的证据
(1)实验材料
①烟草花叶病毒：组成为RNA和蛋白质。
②烟草。
(2)侵染过程及结果
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．不同生物体内核酸的种类及遗传物质的区别
生物类型
病毒
原核生物
真核生物
体内核酸种类
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
遗传物质
DNA或RNA
DNA
DNA
实例
噬菌体或烟草花叶病毒
乳酸菌、蓝细菌
酵母菌、小麦、人
3.结论：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。
4．对于某一生物能不能说它的遗传物质主要是DNA，例如人、T2噬菌体、酵母菌等生物？DNA是主要的遗传物质如何理解？
提示：不能。某种生物的遗传物质只能说是DNA(例如人、T2噬菌体、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数是RNA。
1．(目标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．不同的氨基酸序列形成不同的蛋白质
B．对DNA的结构没有清晰的了解
C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D．蛋白质中氨基酸的排列组合可能储存大量遗传信息
答案 C
解析 由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故推测不同的氨基酸排列顺序可能储存大量的遗传信息，不同生物体内的蛋白质结构存在差异，故推测蛋白质是遗传物质，A、D正确；当时对生物大分子DNA的结构没有清晰的了解，B正确；与蛋白质相比，DNA更耐高温，故DNA的热稳定性大于蛋白质，另外蛋白质也不能自我复制，C错误。
2．(目标1)下列关于“肺炎链球菌转化实验”的叙述，正确的是( )
A．活体转化实验中，R型菌转化成的S型菌不能遗传
B．活体转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌
C．离体转化实验中，经蛋白酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
D．离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
答案 D
3．(目标1、3)下列有关艾弗里的肺炎链球菌转化实验的叙述错误的是( )
A．艾弗里采用细菌作为实验材料的原因是：细菌是单细胞生物，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的改变
B．从控制自变量的角度，实验的基本思路是：依据自变量控制中的“加法原理”，在每个实验组S型细菌的细胞提取物中特异性地添加了一种酶
C.实验中对照组的处理是：将S型细菌的细胞提取物直接加入有R型活菌的培养基中
D．实验得出的结论是：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
答案 B
解析 由于细菌结构简单、培养容易、繁殖快、容易观察因遗传物质改变而引起的变异，所以选用结构简单的细菌作为实验材料，A正确；艾弗里肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，其自变量的处理方法遵循“减法原理”，B错误；艾弗里实验得出的结论是DNA才是转化因子，DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，D正确。
4．(目标1、2)关于T2噬菌体的叙述，正确的是( )
A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中都含S元素
B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中
C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质
D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖
答案 D
解析 T2噬菌体的遗传物质是DNA不是RNA，C错误；DNA中不含S元素，A错误；T2噬菌体不能寄生在酵母菌中，B错误。
5．(目标1、4)肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验是人类探索遗传物质过程中的两个经典实验，下列相关叙述中，正确的是( )
A．R型活细菌与S型细菌的DNA混合培养，R型活细菌都能转化为S型活细菌
B．噬菌体吸收和利用培养基中含有35S的氨基酸从而被标记
C．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质
D．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同而实验技术不同
答案 D
解析 R型活细菌与S型细菌的DNA混合培养，只有一部分R型活细菌能转化成S型活细菌，A错误；噬菌体是病毒，必须寄生在活细胞中，不能单独从培养基中获取营养物质，B错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，不能说明DNA是主要的遗传物质，C错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同，都是设法把DNA和蛋白质分开，单独去研究它们的作用，而用的技术不同，噬菌体侵染细菌的实验利用了放射性同位素标记技术、离心等，肺炎链球菌体外转化实验没有利用这些技术，D正确。
6．(目标2)下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是( )
A．豌豆的遗传物质主要是DNA
B．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素
D．H1N1流感病毒的遗传物质为DNA
答案 B
解析 豌豆的遗传物质是DNA，A错误；酵母菌属于真核生物，其遗传物质主要分布在染色体上，B正确；T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含有硫元素，C错误；H1N1流感病毒的遗传物质是RNA，D错误。
题型一 肺炎链球菌转化实验分析
[例1] 遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子被细菌的细胞摄取，并得到表达的基因转移过程。在肺炎链球菌中发现了自然遗传转化现象。下列说法正确的是( )
A．R型肺炎链球菌因具有多糖荚膜，可使小鼠患败血症而死亡
B．格里菲思转化实验说明DNA是肺炎链球菌的遗传物质
C．肺炎链球菌转化的实质可能是R型细菌整合了S型细菌控制多糖荚膜形成的基因
D．艾弗里转化实验中添加的DNA酶促进了遗传物质的转化
答案 C
[例2] 艾弗里和其同事用R型和S型肺炎链球菌进行实验，结果如下表。从表中内容可知( )
实验组号
接种菌型
加入不同处理的S型细菌细胞提取物
培养皿长菌情况
①
R
不作处理
R型、S型
②
R
蛋白酶
？
③
R
RNA酶
R型、S型
④
R
酯酶
R型、S型
⑤
R
DNA酶
R型
A．②培养皿中只出现R型细菌
B．该实验控制自变量采用了“加法原理”，因为不同组中加入了不同的酶
C．该实验说明S型细菌的DNA很可能是转化因子
D．①～⑤说明DNA是主要的遗传物质
解题分析 实验的自变量是经不同处理的S型细菌细胞提取物，因变量是培养皿的活细菌种类。①、②、③、④、⑤进行对比，说明转化因子很可能是DNA，C正确；①～⑤说明DNA可能是遗传物质，但不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误；该实验控制自变量采用了“减法原理”，B错误。
答案 C
[例3] 下图为肺炎链球菌不同品系间的转化，在R型菌转化为S型菌的过程中，下列相关叙述错误的是( )
A.加热杀死的S型菌中的拟核中DNA降解为多个较短的DNA片段
B．转化产生的S型菌中的capS是由R型菌中的capR发生基因重组产生
C．加入S型菌的DNA和R型活菌的培养基中，一段时间后只存在表面光滑的菌落
D．S型菌表面具有多糖类荚膜
解题分析 加入S型菌的DNA和R型活菌的培养基中，一段时间后会看到表面光滑的菌落(S型菌)和表面粗糙的菌落(R型菌)，C错误。
答案 C
题后归纳
1.格里菲思实验只能说明S型细菌体内含有某种转化因子，不能证明DNA是遗传物质。
2．R型细菌转化成S型细菌的原因是S型细菌的DNA进入了R型细菌体内，与R型细菌的DNA发生了重组。
3．体内转化实验中使小鼠致死的是具有致病性的S型细菌，不是S型细菌的DNA。
4．转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化。
题型二 噬菌体侵染细菌实验过程分析
[例4] 下图是某研究小组模拟赫尔希和蔡斯进行噬菌体侵染细菌的部分实验过程。下列叙述错误的是( )
A．第一步使用的是35S标记的T2噬菌体
B．第二步是将被标记的噬菌体与未标记的细菌混合
C．上清液中较高的放射性来自新形成的子代噬菌体
D．沉淀物中含放射性的高低，与搅拌是否充分有关
解题分析 图中放射性主要分布于上清液中，而沉淀物的放射性很低，放射性来源于亲代噬菌体的蛋白质外壳，说明使用的是35S标记的T2噬菌体，A正确，C错误；搅拌的目的是将吸附在细菌上的噬菌体和细菌分开，若该过程搅拌不充分，则会导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，并随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中含较高的放射性；若搅拌充分，则沉淀物中的放射性较低，故沉淀物中含放射性的高低，与搅拌是否充分有关，D正确。
答案 C
[例5] 某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，进行了以下3个实验：①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌，短时间保温后离心，检测到以上3个实验中放射性的主要位置依次是( )
A．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
B．沉淀物、上清液、沉淀物
C．上清液、上清液、沉淀物和上清液
D．沉淀物、沉淀物、沉淀物
解题分析 在该实验中，沉淀物的主要成分是被侵染的细菌，上清液的主要成分为噬菌体外壳。①③都直接对细菌进行了标记，放射性主要出现在沉淀物中；②32P只能标记噬菌体的DNA，在该实验中，噬菌体的DNA会进入细菌体内，放射性也主要出现在沉淀物中。
答案 D
题型三 子代噬菌体标记情况分析
[例6] 如果用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素为( )
A．可在外壳中找到3H、14C和35S
B．可在DNA中找到3H、14C和32P
C．可在外壳中找到14C、35S
D．可在DNA中找到14C、32P、35S
解题分析 噬菌体是由DNA和蛋白质组成的，DNA中含有C、H、O、N、P，而蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素。用3H、14C、32P、35S共同标记噬菌体，其DNA中含有3H、14C、32P，蛋白质中含有3H、14C、35S。在噬菌体侵染细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面，没有进入细菌内，只有DNA进入细菌内，所以在子代噬菌体的DNA中能够找到的放射性元素为3H、14C、32P。
答案 B
技法提升
“二看法”判断子代噬菌体标记情况
题型四 证明RNA是遗传物质的有关实验分析[例7] 烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者致病病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.a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
B．b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶，结果说明具有侵染作用
C．c、d两过程表示用TMV的外壳和HRV的RNA组合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为烟叶感染HRV的症状，并能从中分离出HRV
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
解题分析 由于该实验中并没有用烟草花叶病毒的RNA侵染烟叶，因此无法证明烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质。
答案 D
题型五 生物体内遗传物质的判断
[例8] 关于遗传物质的叙述，正确的是( )
①噬菌体侵染细菌实验，证明DNA是主要遗传物质 ②大肠杆菌的遗传物质是RNA ③核酸是一切生物的遗传物质 ④病毒的遗传物质是DNA和RNA ⑤杨树的遗传物质是DNA
A．①②④ B．③⑤
C．③④⑤ D．①③⑤
解题分析 噬菌体侵染细菌实验，不能证明DNA是主要的遗传物质，只能证明DNA是噬菌体的遗传物质，①错误；核酸包括了DNA和RNA，核酸是一切生物的遗传物质，③正确；病毒的遗传物质是DNA或RNA，而有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，如大肠杆菌和杨树等，②、④错误，⑤正确。
答案 B
[基础对点]
知识点一 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌转化实验中，发现无致病性的R型细菌和加热致死的有致病性的S型细菌混合后，在小鼠体内找到了下列哪些类型的细菌( )
①有致病性的R型 ②无致病性的R型
③有致病性的S型 ④无致病性的S型
A.①② B．③④ C．②③ D．②④
答案 C
解析 在肺炎链球菌的转化过程中，无致病性的R型细菌和加热致死的有致病性的S型细菌混合后，并不是所有的无致病性的R型细菌都转化成了有致病性的S型细菌，因此在小鼠体内有无致病性的R型和有致病性的S型两种细菌存在。
2．某同学分析艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验后，得出如下结论。其中正确的是( )
①实验的思路是分别研究各种物质各自的效应
②实验中对自变量的控制作用运用了“加法原理” ③培养的5组培养基上均有表面粗糙的菌落 ④培养后出现的S型细菌内有R型细菌的遗传信息
A.①② B．①③
C.①②③ D．①③④
答案 D
解析 从控制自变量的角度，实验的基本思路是：依据自变量控制中的“减法原理”，在每个实验组S型细菌的细胞提取物中特异性地去除了一种物质，②错误；培养的5组平板培养基上均会有表面粗糙的菌落，即R型细菌菌落，③正确；S型细菌的部分DNA重组到R型细菌的DNA上并表达，R型细菌转化为S型细菌，故培养后出现的S型细菌内有R型细菌的遗传信息，④正确。
3．在肺炎链球菌的转化实验中(如图)，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是( )
A.3和4 B．1、3和4
C.2、3和4 D.1、2、3和4
答案 D
解析 2、3、4三个试管内因为没有S型细菌的DNA，所以R型细菌都不会发生转化，因此只有R型细菌；1号试管因为有S型细菌的DNA，所以会使R型细菌发生转化，但是发生转化的R型细菌只有一部分，故试管内仍然有R型细菌存在，D正确。
4．某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下5个实验：
①S型细菌的细胞提取物＋R型细菌―→注入小鼠 ②S型细菌的细胞提取物＋蛋白酶＋R型细菌―→注入小鼠 ③S型细菌的细胞提取物＋RNA酶＋R型细菌―→注入小鼠 ④S型细菌的细胞提取物＋酯酶＋R型细菌―→注入小鼠 ⑤S型细菌的细胞提取物＋DNA酶＋R型细菌―→注入小鼠
以上5个实验中小鼠存活的情况依次是( )
A.死亡、存活、存活、存活、死亡
B.死亡、存活、死亡、存活、死亡
C.死亡、死亡、死亡、死亡、存活
D.死亡、存活、死亡、存活、存活
答案 C
解析 根据艾弗里的肺炎链球菌转化实验的结果推测该实验的实验结果为，①～④组R型细菌可转化为S型细菌，⑤组不能转化，S型细菌具有致病性，小鼠死亡，R型细菌无致病性，小鼠存活，C正确。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
5.在“噬菌体侵染细菌”的实验中，获得被标记的噬菌体的方法是( )
A.可以用含32P或者35S的培养基直接培养噬菌体
B.可以用同时含32P和35S的培养基培养噬菌体
C.让噬菌体分别去侵染含32P或者35S的大肠杆菌
D.让噬菌体同时侵染含有32P和35S的大肠杆菌
答案 C
解析 噬菌体是病毒，只有在宿主细胞内才能进行增殖，不能用培养基直接培养，需要先分别用含放射性同位素32P或35S的培养基培养大肠杆菌，再分别用上述大肠杆菌培养噬菌体，这样就可得到DNA含32P标记或蛋白质含35S标记的噬菌体，C正确。
6．根据噬菌体侵染细菌的实验，在噬菌体的繁殖过程中( )
A.合成噬菌体蛋白质所需氨基酸来自噬菌体
B.可用15N代替32P标记DNA
C.亲、子代之间具有连续性的物质是蛋白质
D.指导合成噬菌体蛋白质的物质是噬菌体的DNA
答案 D
7．“噬菌体侵染细菌的实验”是研究遗传物质的经典实验，主要过程如下：①标记噬菌体→②噬菌体与细菌混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述正确的是( )
A.②过程时间要适宜
B.②中少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败
C.③的作用是加速细菌的解体
D.④的结果是沉淀物中检测到较高的放射性
答案 A
解析 少量噬菌体未侵入细菌，但大多数噬菌体仍侵入，不影响实验结果，B错误；搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是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，C错误；以35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，上清液中含有较高的放射性，以32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中，沉淀物中含有较高的放射性，D错误。
8．某研究人员进行噬菌体侵染细菌的实验时，分别用同位素32P、35S、18O和14C对噬菌体以及大肠杆菌成分做了如下标记：第一组，用35S标记噬菌体、用32P标记大肠杆菌；第二组，未被标记的噬菌体、用18O标记大肠杆菌；第三组，用14C标记噬菌体、未被标记的大肠杆菌。实验过程中大肠杆菌均未发生裂解，下列相关分析正确的是( )
A.第一组中，子代噬菌体均不含有35S，但均含有32P
B.第二组中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的O有18O和16O
C.一般来说，第三组中，子代噬菌体的DNA分子中不含有14C
D.第二、三组经短时间保温后离心，两组在沉淀物和上清液中均含有相应同位素
答案 A
解析 第二组中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的O均为18O，B错误；第三组子代噬菌体DNA可能含有14C，C错误；第二组只在沉淀中含有相应同位素，第三组上清液和沉淀均含有相应同位素，D错误。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
9.如图甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是( )
答案 D
解析 图中重建的“杂种病毒丙”的核酸来自乙病毒，而蛋白质外壳来自甲病毒。由于病毒丙侵入植物细胞中的是核酸，所以在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒的核酸和蛋白质外壳均与乙病毒相同。
10．下列有关生物遗传物质的叙述，不正确的是( )
A.病毒的遗传物质是DNA或RNA
B.只含有RNA的生物，遗传物质是RNA
C.既有DNA又有RNA的生物，其遗传物质是DNA或RNA
D.细胞生物的遗传物质都是DNA
答案 C
解析 病毒只含有1种核酸，含有DNA的病毒遗传物质是DNA，含有RNA的病毒遗传物质是RNA，A正确；只含有RNA一种核酸的生物，其遗传物质一定是RNA，B正确；既有DNA又有RNA的生物，其遗传物质是DNA，C错误；所有细胞生物都含有DNA和RNA，其遗传物质是DNA，D正确。
[能力提升]
11．下列关于探究遗传物质的几个经典实验的叙述中，正确的是( )
A.格里菲思肺炎链球菌体内转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的“转化因子”
B.将S型细菌的DNA注入小鼠体内，从小鼠体内也能提取出S型细菌
C.用被32P、35S同时标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，证明了DNA是遗传物质
D.用被35S标记的噬菌体去侵染32P标记的细菌，释放的子代噬菌体含32P不含35S
答案 D
解析 格里菲思肺炎链球菌体内转化实验证明了S型细菌菌内存在转化因子，但没有证明转化因子是DNA，而艾弗里等人的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的“转化因子”，即DNA是肺炎链球菌的遗传物质，A错误；S型细菌的DNA不具有侵染能力，将S型细菌的DNA注入小鼠体内，不会产生S型细菌，故从小鼠体内不能提取出S型细菌，B错误；由于只能检测放射性的有无而不能检测出是哪种元素的放射性，因此要用被32P、35S分别标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，以单独研究DNA和蛋白质在遗传中的作用，C错误；用被35S标记的噬菌体去侵染32P标记的细菌，35S标记的噬菌体蛋白质不能进入细菌体内，噬菌体合成子代DNA的原料来自细菌，细菌含32P，因此释放的子代噬菌体含有32P不含有35S，D正确。
12．下图表示噬菌体侵染细菌实验中用被32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的实验过程及结果，下列叙述正确的是( )
A.离心后上清液的放射性很高，沉淀物的放射性很低
B.用被32P标记的大肠杆菌培养噬菌体能获得被标记的噬菌体
C.实验搅拌的目的是使大肠杆菌的蛋白质外壳和DNA分开
D.该实验与肺炎链球菌体外转化实验的思路和技术都是相同的
答案 B
解析 32P标记噬菌体的DNA，用其侵染未被标记的细菌，经短时间的保温，用搅拌器搅拌、离心后，放射性同位素主要分布在沉淀物中，故离心后上清液的放射性很低，沉淀物的放射性很高，A错误；噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养基中独立生存，因此为了获得含32P标记的噬菌体，应先将大肠杆菌在含32P的培养基上培养，再用噬菌体去侵染该大肠杆菌，B正确；搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离，C错误；该实验所用方法是放射性同位素标记法，而肺炎链球菌体外转化实验未用到放射性同位素标记法，D错误。
13．1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能，请回答下列有关问题。
(1)他们指出“噬菌体在分子生物学的地位就相当于氢原子在玻尔量子力学模型中的地位一样”。噬菌体作为实验材料具有______________________的特点。
(2)通过__________________________________________________的方法分别获得被32P和35S标记的噬菌体，用标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，从而追踪在侵染过程中________________变化。
(3)侵染一段时间后，用搅拌机搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中的放射性，得到如图所示的实验结果。搅拌的目的是__________________________________________，所以搅拌时间少于1 min时，上清液中的放射性__________。实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，证明__________________________________________。图中“被侵染的细菌”的存活率曲线基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明____________________________________，否则细胞外________放射性会增高。
(4)本实验证明噬菌体遗传物质的复制和传递过程中____________起着重要作用。
答案 (1)结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)
(2)用分别含32P和35S的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P或35S标记的大肠杆菌 DNA和蛋白质的位置
(3)使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 较低 噬菌体的DNA进入细菌，蛋白质没有进入细菌 细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来 32P
(4)DNA
解析 (2)赫尔希和蔡斯在实验时，由于噬菌体不能直接生活在培养基中，因此用含32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌，分别获得被32P和35S标记的噬菌体。其中32P标记噬菌体的DNA，35S标记噬菌体的蛋白质，从而追踪在侵染过程中DNA和蛋白质的位置变化。
(3)搅拌的目的是将噬菌体与细菌分离，所以搅拌时间过短时，含有放射性的蛋白质外壳就会留在细菌表面，留在沉淀物中，从而使得上清液中的放射性较低。细菌裂解后子代噬菌体会释放出来，离心后位于上清液中，导致上清液中32P放射性增高。
(4)由于DNA进入细菌中并且产生子代噬菌体，因此本实验证明在噬菌体遗传物质复制和传递的过程中DNA起着重要作用。
14．某研究小组为探究某病毒的遗传物质是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：该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等渗生理盐水、注射器等。
(3)实验步骤如下，将空白处补充完整。
①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。
②按下表所示配制注射溶液，然后分别注射入小白鼠体内。
组别
A
B
C
D
注射
溶液
__________
和RNA酶
________
和________
____
____
生理
盐水
③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：
①A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质。
②________________________________，说明______________________。
(5)实验分析：
①________组和________组对照，能说明DNA是否是其遗传物质。
②A组和C组对照，能说明____________________________________。
③C组和D组在实验对比时起到________作用。
答案 (1)酶具有专一性
(3)②该病毒核酸提取物 该病毒核酸提取物 DNA酶 该病毒核酸提取物
(4)②B、C组发病，A、D组未发病 RNA是该病毒的遗传物质
(5)①B C ②RNA是否是其遗传物质 ③对照
解析 (1)根据酶的专一性，用不同的酶去处理遗传物质，找出可以使遗传物质失去功能的酶，即可以得出该物质的本质。
(3)根据单一变量原则，对照原则和实验原理，A中应加RNA酶和该病毒核酸提取物，B中加DNA酶和该病毒核酸提取物，C、D为对照实验，应该分别加该病毒核酸提取物和生理盐水。
(4)根据可能的情况得出相应的结论。①中结论是DNA是该病毒的遗传物质，②中结论就应该是RNA是其遗传物质，由结论得出实验结果应该是B、C发病，A、D未发病。
(5)根据题意应该用加DNA酶和该病毒核酸提取物的组和只加该病毒核酸提取物的组，进行对照，判断DNA是否是其遗传物质。用加RNA酶和该病毒核酸提取物的组和只加该病毒核酸提取物的组对照可判断RNA是否是其遗传物质。
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
学习目标
核心素养
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.生命观念：使R型肺炎链球菌发生转化的转化因子是S型细菌的DNA，体现了物质观。
2.科学思维：肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都说明科学结论的得出离不开严谨的逻辑推理和确凿的实验证据；细菌、病毒的培养技术以及同位素标记和离心等科学技术的合理运用；自变量控制的减法原理在艾弗里实验中的成功运用。
3.科学探究：证明DNA是遗传物质的科学探究过程。
4.社会责任：在证明DNA是遗传物质的实验中，充分体现了物理、化学等多学科交叉在生物学研究中的重要性；人们在对遗传物质的认识方面是不断深化、不断完善的过程，同时也体现了探索求真、交流合作的科学精神。
知识点一 肺炎链球菌的转化实验
1．对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．肺炎链球菌的转化实验
(1)肺炎链球菌类型
S型细菌
R型细菌
菌体
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
菌落
表面光滑
表面粗糙
致病性
有
无
(2)格里菲思的实验——体内转化实验
①实验过程及结果
②结论：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——体外转化实验
①自变量：不同处理的细胞提取物。
因变量：培养基中活细菌的种类。
②实验过程及结果
a.预处理：将加热致死的S型细菌破碎，去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
b.
c．进一步分析细胞提取物的理化特性，发现这些特性与DNA的极为相似。
③结论
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
3．自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
(1)加法原理
与常态比较，人为增加某种影响因素。如在“比较H2O2在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了加法原理。
(2)减法原理
与常态相比，人为去除某种影响因素。如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了减法原理。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
1．实验者：赫尔希和蔡斯。
2．实验材料：T2噬菌体。
(1)结构与成分
(2)生活方式：专门寄生在大肠杆菌体内。
(3)增殖方式：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖，当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放大量的噬菌体。
3．实验方法：放射性同位素标记法。
4．实验过程及现象
(1)标记T2噬菌体
(2)标记的T2噬菌体侵染未被标记的细菌，检测上清液和沉淀物的放射性
①搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
②离心的目的：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。
③根据放射性结果说明：噬菌体侵染细菌时，DNA可能进入了大肠杆菌，蛋白质外壳可能留在外面。
(3)检测新形成的噬菌体的放射性
进一步观察，细菌裂解释放出的子代噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。这一结果说明只有DNA进入了细菌，而蛋白质外壳留在外面。因此，亲子代之间具有连续性的物质是DNA。
5．实验结论
子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质。
1．本实验采用的是放射性同位素标记法，为什么用32P和35S进行标记？
提示：T2噬菌体化学组成中60%是蛋白质，40%是DNA，S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于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，可以单独地观察它们各自的作用。
2．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，只有在大肠杆菌体内才能进行增殖，所以应先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体。
3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，如果上清液中有较高放射性的原因可能是什么？
提示：(1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染大肠杆菌，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；(2)保温时间过长，部分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中。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
1．RNA是遗传物质的证据
(1)实验材料
①烟草花叶病毒：组成为RNA和蛋白质。
②烟草。
(2)侵染过程及结果
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．不同生物体内核酸的种类及遗传物质的区别
生物类型
病毒
原核生物
真核生物
体内核酸种类
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
遗传物质
DNA或RNA
DNA
DNA
实例
噬菌体或烟草花叶病毒
乳酸菌、蓝细菌
酵母菌、小麦、人
3.结论：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。
4．对于某一生物能不能说它的遗传物质主要是DNA，例如人、T2噬菌体、酵母菌等生物？DNA是主要的遗传物质如何理解？
提示：不能。某种生物的遗传物质只能说是DNA(例如人、T2噬菌体、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数是RNA。
1．(目标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．不同的氨基酸序列形成不同的蛋白质
B．对DNA的结构没有清晰的了解
C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D．蛋白质中氨基酸的排列组合可能储存大量遗传信息
答案 C
解析 由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故推测不同的氨基酸排列顺序可能储存大量的遗传信息，不同生物体内的蛋白质结构存在差异，故推测蛋白质是遗传物质，A、D正确；当时对生物大分子DNA的结构没有清晰的了解，B正确；与蛋白质相比，DNA更耐高温，故DNA的热稳定性大于蛋白质，另外蛋白质也不能自我复制，C错误。
2．(目标1)下列关于“肺炎链球菌转化实验”的叙述，正确的是( )
A．活体转化实验中，R型菌转化成的S型菌不能遗传
B．活体转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌
C．离体转化实验中，经蛋白酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
D．离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
答案 D
3．(目标1、3)下列有关艾弗里的肺炎链球菌转化实验的叙述错误的是( )
A．艾弗里采用细菌作为实验材料的原因是：细菌是单细胞生物，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的改变
B．从控制自变量的角度，实验的基本思路是：依据自变量控制中的“加法原理”，在每个实验组S型细菌的细胞提取物中特异性地添加了一种酶
C.实验中对照组的处理是：将S型细菌的细胞提取物直接加入有R型活菌的培养基中
D．实验得出的结论是：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
答案 B
解析 由于细菌结构简单、培养容易、繁殖快、容易观察因遗传物质改变而引起的变异，所以选用结构简单的细菌作为实验材料，A正确；艾弗里肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，其自变量的处理方法遵循“减法原理”，B错误；艾弗里实验得出的结论是DNA才是转化因子，DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，D正确。
4．(目标1、2)关于T2噬菌体的叙述，正确的是( )
A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中都含S元素
B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中
C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质
D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖
答案 D
解析 T2噬菌体的遗传物质是DNA不是RNA，C错误；DNA中不含S元素，A错误；T2噬菌体不能寄生在酵母菌中，B错误。
5．(目标1、4)肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验是人类探索遗传物质过程中的两个经典实验，下列相关叙述中，正确的是( )
A．R型活细菌与S型细菌的DNA混合培养，R型活细菌都能转化为S型活细菌
B．噬菌体吸收和利用培养基中含有35S的氨基酸从而被标记
C．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质
D．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同而实验技术不同
答案 D
解析 R型活细菌与S型细菌的DNA混合培养，只有一部分R型活细菌能转化成S型活细菌，A错误；噬菌体是病毒，必须寄生在活细胞中，不能单独从培养基中获取营养物质，B错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，不能说明DNA是主要的遗传物质，C错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同，都是设法把DNA和蛋白质分开，单独去研究它们的作用，而用的技术不同，噬菌体侵染细菌的实验利用了放射性同位素标记技术、离心等，肺炎链球菌体外转化实验没有利用这些技术，D正确。
6．(目标2)下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是( )
A．豌豆的遗传物质主要是DNA
B．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素
D．H1N1流感病毒的遗传物质为DNA
答案 B
解析 豌豆的遗传物质是DNA，A错误；酵母菌属于真核生物，其遗传物质主要分布在染色体上，B正确；T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含有硫元素，C错误；H1N1流感病毒的遗传物质是RNA，D错误。
题型一 肺炎链球菌转化实验分析
[例1] 遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子被细菌的细胞摄取，并得到表达的基因转移过程。在肺炎链球菌中发现了自然遗传转化现象。下列说法正确的是( )
A．R型肺炎链球菌因具有多糖荚膜，可使小鼠患败血症而死亡
B．格里菲思转化实验说明DNA是肺炎链球菌的遗传物质
C．肺炎链球菌转化的实质可能是R型细菌整合了S型细菌控制多糖荚膜形成的基因
D．艾弗里转化实验中添加的DNA酶促进了遗传物质的转化
答案 C
[例2] 艾弗里和其同事用R型和S型肺炎链球菌进行实验，结果如下表。从表中内容可知( )
实验组号
接种菌型
加入不同处理的S型细菌细胞提取物
培养皿长菌情况
①
R
不作处理
R型、S型
②
R
蛋白酶
？
③
R
RNA酶
R型、S型
④
R
酯酶
R型、S型
⑤
R
DNA酶
R型
A．②培养皿中只出现R型细菌
B．该实验控制自变量采用了“加法原理”，因为不同组中加入了不同的酶
C．该实验说明S型细菌的DNA很可能是转化因子
D．①～⑤说明DNA是主要的遗传物质
解题分析 实验的自变量是经不同处理的S型细菌细胞提取物，因变量是培养皿的活细菌种类。①、②、③、④、⑤进行对比，说明转化因子很可能是DNA，C正确；①～⑤说明DNA可能是遗传物质，但不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误；该实验控制自变量采用了“减法原理”，B错误。
答案 C
[例3] 下图为肺炎链球菌不同品系间的转化，在R型菌转化为S型菌的过程中，下列相关叙述错误的是( )
A.加热杀死的S型菌中的拟核中DNA降解为多个较短的DNA片段
B．转化产生的S型菌中的capS是由R型菌中的capR发生基因重组产生
C．加入S型菌的DNA和R型活菌的培养基中，一段时间后只存在表面光滑的菌落
D．S型菌表面具有多糖类荚膜
解题分析 加入S型菌的DNA和R型活菌的培养基中，一段时间后会看到表面光滑的菌落(S型菌)和表面粗糙的菌落(R型菌)，C错误。
答案 C
题后归纳
1.格里菲思实验只能说明S型细菌体内含有某种转化因子，不能证明DNA是遗传物质。
2．R型细菌转化成S型细菌的原因是S型细菌的DNA进入了R型细菌体内，与R型细菌的DNA发生了重组。
3．体内转化实验中使小鼠致死的是具有致病性的S型细菌，不是S型细菌的DNA。
4．转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化。
题型二 噬菌体侵染细菌实验过程分析
[例4] 下图是某研究小组模拟赫尔希和蔡斯进行噬菌体侵染细菌的部分实验过程。下列叙述错误的是( )
A．第一步使用的是35S标记的T2噬菌体
B．第二步是将被标记的噬菌体与未标记的细菌混合
C．上清液中较高的放射性来自新形成的子代噬菌体
D．沉淀物中含放射性的高低，与搅拌是否充分有关
解题分析 图中放射性主要分布于上清液中，而沉淀物的放射性很低，放射性来源于亲代噬菌体的蛋白质外壳，说明使用的是35S标记的T2噬菌体，A正确，C错误；搅拌的目的是将吸附在细菌上的噬菌体和细菌分开，若该过程搅拌不充分，则会导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，并随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中含较高的放射性；若搅拌充分，则沉淀物中的放射性较低，故沉淀物中含放射性的高低，与搅拌是否充分有关，D正确。
答案 C
[例5] 某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，进行了以下3个实验：①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌，短时间保温后离心，检测到以上3个实验中放射性的主要位置依次是( )
A．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
B．沉淀物、上清液、沉淀物
C．上清液、上清液、沉淀物和上清液
D．沉淀物、沉淀物、沉淀物
解题分析 在该实验中，沉淀物的主要成分是被侵染的细菌，上清液的主要成分为噬菌体外壳。①③都直接对细菌进行了标记，放射性主要出现在沉淀物中；②32P只能标记噬菌体的DNA，在该实验中，噬菌体的DNA会进入细菌体内，放射性也主要出现在沉淀物中。
答案 D
题型三 子代噬菌体标记情况分析
[例6] 如果用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素为( )
A．可在外壳中找到3H、14C和35S
B．可在DNA中找到3H、14C和32P
C．可在外壳中找到14C、35S
D．可在DNA中找到14C、32P、35S
解题分析 噬菌体是由DNA和蛋白质组成的，DNA中含有C、H、O、N、P，而蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素。用3H、14C、32P、35S共同标记噬菌体，其DNA中含有3H、14C、32P，蛋白质中含有3H、14C、35S。在噬菌体侵染细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面，没有进入细菌内，只有DNA进入细菌内，所以在子代噬菌体的DNA中能够找到的放射性元素为3H、14C、32P。
答案 B
技法提升
“二看法”判断子代噬菌体标记情况
题型四 证明RNA是遗传物质的有关实验分析[例7] 烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者致病病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.a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
B．b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶，结果说明具有侵染作用
C．c、d两过程表示用TMV的外壳和HRV的RNA组合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为烟叶感染HRV的症状，并能从中分离出HRV
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
解题分析 由于该实验中并没有用烟草花叶病毒的RNA侵染烟叶，因此无法证明烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质。
答案 D
题型五 生物体内遗传物质的判断
[例8] 关于遗传物质的叙述，正确的是( )
①噬菌体侵染细菌实验，证明DNA是主要遗传物质 ②大肠杆菌的遗传物质是RNA ③核酸是一切生物的遗传物质 ④病毒的遗传物质是DNA和RNA ⑤杨树的遗传物质是DNA
A．①②④ B．③⑤
C．③④⑤ D．①③⑤
解题分析 噬菌体侵染细菌实验，不能证明DNA是主要的遗传物质，只能证明DNA是噬菌体的遗传物质，①错误；核酸包括了DNA和RNA，核酸是一切生物的遗传物质，③正确；病毒的遗传物质是DNA或RNA，而有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，如大肠杆菌和杨树等，②、④错误，⑤正确。
答案 B
[基础对点]
知识点一 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌转化实验中，发现无致病性的R型细菌和加热致死的有致病性的S型细菌混合后，在小鼠体内找到了下列哪些类型的细菌( )
①有致病性的R型 ②无致病性的R型
③有致病性的S型 ④无致病性的S型
A.①② B．③④ C．②③ D．②④
答案 C
解析 在肺炎链球菌的转化过程中，无致病性的R型细菌和加热致死的有致病性的S型细菌混合后，并不是所有的无致病性的R型细菌都转化成了有致病性的S型细菌，因此在小鼠体内有无致病性的R型和有致病性的S型两种细菌存在。
2．某同学分析艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验后，得出如下结论。其中正确的是( )
①实验的思路是分别研究各种物质各自的效应
②实验中对自变量的控制作用运用了“加法原理” ③培养的5组培养基上均有表面粗糙的菌落 ④培养后出现的S型细菌内有R型细菌的遗传信息
A.①② B．①③
C.①②③ D．①③④
答案 D
解析 从控制自变量的角度，实验的基本思路是：依据自变量控制中的“减法原理”，在每个实验组S型细菌的细胞提取物中特异性地去除了一种物质，②错误；培养的5组平板培养基上均会有表面粗糙的菌落，即R型细菌菌落，③正确；S型细菌的部分DNA重组到R型细菌的DNA上并表达，R型细菌转化为S型细菌，故培养后出现的S型细菌内有R型细菌的遗传信息，④正确。
3．在肺炎链球菌的转化实验中(如图)，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是( )
A.3和4 B．1、3和4
C.2、3和4 D.1、2、3和4
答案 D
解析 2、3、4三个试管内因为没有S型细菌的DNA，所以R型细菌都不会发生转化，因此只有R型细菌；1号试管因为有S型细菌的DNA，所以会使R型细菌发生转化，但是发生转化的R型细菌只有一部分，故试管内仍然有R型细菌存在，D正确。
4．某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下5个实验：
①S型细菌的细胞提取物＋R型细菌―→注入小鼠 ②S型细菌的细胞提取物＋蛋白酶＋R型细菌―→注入小鼠 ③S型细菌的细胞提取物＋RNA酶＋R型细菌―→注入小鼠 ④S型细菌的细胞提取物＋酯酶＋R型细菌―→注入小鼠 ⑤S型细菌的细胞提取物＋DNA酶＋R型细菌―→注入小鼠
以上5个实验中小鼠存活的情况依次是( )
A.死亡、存活、存活、存活、死亡
B.死亡、存活、死亡、存活、死亡
C.死亡、死亡、死亡、死亡、存活
D.死亡、存活、死亡、存活、存活
答案 C
解析 根据艾弗里的肺炎链球菌转化实验的结果推测该实验的实验结果为，①～④组R型细菌可转化为S型细菌，⑤组不能转化，S型细菌具有致病性，小鼠死亡，R型细菌无致病性，小鼠存活，C正确。
知识点二 噬菌体侵染细菌的实验
5.在“噬菌体侵染细菌”的实验中，获得被标记的噬菌体的方法是( )
A.可以用含32P或者35S的培养基直接培养噬菌体
B.可以用同时含32P和35S的培养基培养噬菌体
C.让噬菌体分别去侵染含32P或者35S的大肠杆菌
D.让噬菌体同时侵染含有32P和35S的大肠杆菌
答案 C
解析 噬菌体是病毒，只有在宿主细胞内才能进行增殖，不能用培养基直接培养，需要先分别用含放射性同位素32P或35S的培养基培养大肠杆菌，再分别用上述大肠杆菌培养噬菌体，这样就可得到DNA含32P标记或蛋白质含35S标记的噬菌体，C正确。
6．根据噬菌体侵染细菌的实验，在噬菌体的繁殖过程中( )
A.合成噬菌体蛋白质所需氨基酸来自噬菌体
B.可用15N代替32P标记DNA
C.亲、子代之间具有连续性的物质是蛋白质
D.指导合成噬菌体蛋白质的物质是噬菌体的DNA
答案 D
7．“噬菌体侵染细菌的实验”是研究遗传物质的经典实验，主要过程如下：①标记噬菌体→②噬菌体与细菌混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述正确的是( )
A.②过程时间要适宜
B.②中少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败
C.③的作用是加速细菌的解体
D.④的结果是沉淀物中检测到较高的放射性
答案 A
解析 少量噬菌体未侵入细菌，但大多数噬菌体仍侵入，不影响实验结果，B错误；搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是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，C错误；以35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，上清液中含有较高的放射性，以32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中，沉淀物中含有较高的放射性，D错误。
8．某研究人员进行噬菌体侵染细菌的实验时，分别用同位素32P、35S、18O和14C对噬菌体以及大肠杆菌成分做了如下标记：第一组，用35S标记噬菌体、用32P标记大肠杆菌；第二组，未被标记的噬菌体、用18O标记大肠杆菌；第三组，用14C标记噬菌体、未被标记的大肠杆菌。实验过程中大肠杆菌均未发生裂解，下列相关分析正确的是( )
A.第一组中，子代噬菌体均不含有35S，但均含有32P
B.第二组中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的O有18O和16O
C.一般来说，第三组中，子代噬菌体的DNA分子中不含有14C
D.第二、三组经短时间保温后离心，两组在沉淀物和上清液中均含有相应同位素
答案 A
解析 第二组中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的O均为18O，B错误；第三组子代噬菌体DNA可能含有14C，C错误；第二组只在沉淀中含有相应同位素，第三组上清液和沉淀均含有相应同位素，D错误。
知识点三 DNA是主要的遗传物质
9.如图甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是( )
答案 D
解析 图中重建的“杂种病毒丙”的核酸来自乙病毒，而蛋白质外壳来自甲病毒。由于病毒丙侵入植物细胞中的是核酸，所以在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒的核酸和蛋白质外壳均与乙病毒相同。
10．下列有关生物遗传物质的叙述，不正确的是( )
A.病毒的遗传物质是DNA或RNA
B.只含有RNA的生物，遗传物质是RNA
C.既有DNA又有RNA的生物，其遗传物质是DNA或RNA
D.细胞生物的遗传物质都是DNA
答案 C
解析 病毒只含有1种核酸，含有DNA的病毒遗传物质是DNA，含有RNA的病毒遗传物质是RNA，A正确；只含有RNA一种核酸的生物，其遗传物质一定是RNA，B正确；既有DNA又有RNA的生物，其遗传物质是DNA，C错误；所有细胞生物都含有DNA和RNA，其遗传物质是DNA，D正确。
[能力提升]
11．下列关于探究遗传物质的几个经典实验的叙述中，正确的是( )
A.格里菲思肺炎链球菌体内转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的“转化因子”
B.将S型细菌的DNA注入小鼠体内，从小鼠体内也能提取出S型细菌
C.用被32P、35S同时标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，证明了DNA是遗传物质
D.用被35S标记的噬菌体去侵染32P标记的细菌，释放的子代噬菌体含32P不含35S
答案 D
解析 格里菲思肺炎链球菌体内转化实验证明了S型细菌菌内存在转化因子，但没有证明转化因子是DNA，而艾弗里等人的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的“转化因子”，即DNA是肺炎链球菌的遗传物质，A错误；S型细菌的DNA不具有侵染能力，将S型细菌的DNA注入小鼠体内，不会产生S型细菌，故从小鼠体内不能提取出S型细菌，B错误；由于只能检测放射性的有无而不能检测出是哪种元素的放射性，因此要用被32P、35S分别标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，以单独研究DNA和蛋白质在遗传中的作用，C错误；用被35S标记的噬菌体去侵染32P标记的细菌，35S标记的噬菌体蛋白质不能进入细菌体内，噬菌体合成子代DNA的原料来自细菌，细菌含32P，因此释放的子代噬菌体含有32P不含有35S，D正确。
12．下图表示噬菌体侵染细菌实验中用被32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的实验过程及结果，下列叙述正确的是( )
A.离心后上清液的放射性很高，沉淀物的放射性很低
B.用被32P标记的大肠杆菌培养噬菌体能获得被标记的噬菌体
C.实验搅拌的目的是使大肠杆菌的蛋白质外壳和DNA分开
D.该实验与肺炎链球菌体外转化实验的思路和技术都是相同的
答案 B
解析 32P标记噬菌体的DNA，用其侵染未被标记的细菌，经短时间的保温，用搅拌器搅拌、离心后，放射性同位素主要分布在沉淀物中，故离心后上清液的放射性很低，沉淀物的放射性很高，A错误；噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养基中独立生存，因此为了获得含32P标记的噬菌体，应先将大肠杆菌在含32P的培养基上培养，再用噬菌体去侵染该大肠杆菌，B正确；搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离，C错误；该实验所用方法是放射性同位素标记法，而肺炎链球菌体外转化实验未用到放射性同位素标记法，D错误。
13．1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能，请回答下列有关问题。
(1)他们指出“噬菌体在分子生物学的地位就相当于氢原子在玻尔量子力学模型中的地位一样”。噬菌体作为实验材料具有______________________的特点。
(2)通过__________________________________________________的方法分别获得被32P和35S标记的噬菌体，用标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，从而追踪在侵染过程中________________变化。
(3)侵染一段时间后，用搅拌机搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中的放射性，得到如图所示的实验结果。搅拌的目的是__________________________________________，所以搅拌时间少于1 min时，上清液中的放射性__________。实验结果表明当搅拌时间足够长以后，上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%，证明__________________________________________。图中“被侵染的细菌”的存活率曲线基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明____________________________________，否则细胞外________放射性会增高。
(4)本实验证明噬菌体遗传物质的复制和传递过程中____________起着重要作用。
答案 (1)结构简单，只含有蛋白质和DNA(核酸)
(2)用分别含32P和35S的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P或35S标记的大肠杆菌 DNA和蛋白质的位置
(3)使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 较低 噬菌体的DNA进入细菌，蛋白质没有进入细菌 细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来 32P
(4)DNA
解析 (2)赫尔希和蔡斯在实验时，由于噬菌体不能直接生活在培养基中，因此用含32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌，分别获得被32P和35S标记的噬菌体。其中32P标记噬菌体的DNA，35S标记噬菌体的蛋白质，从而追踪在侵染过程中DNA和蛋白质的位置变化。
(3)搅拌的目的是将噬菌体与细菌分离，所以搅拌时间过短时，含有放射性的蛋白质外壳就会留在细菌表面，留在沉淀物中，从而使得上清液中的放射性较低。细菌裂解后子代噬菌体会释放出来，离心后位于上清液中，导致上清液中32P放射性增高。
(4)由于DNA进入细菌中并且产生子代噬菌体，因此本实验证明在噬菌体遗传物质复制和传递的过程中DNA起着重要作用。
14．某研究小组为探究某病毒的遗传物质是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：该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及其等渗生理盐水、注射器等。
(3)实验步骤如下，将空白处补充完整。
①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。
②按下表所示配制注射溶液，然后分别注射入小白鼠体内。
组别
A
B
C
D
注射
溶液
__________
和RNA酶
________
和________
____
____
生理
盐水
③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：
①A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质。
②________________________________，说明______________________。
(5)实验分析：
①________组和________组对照，能说明DNA是否是其遗传物质。
②A组和C组对照，能说明____________________________________。
③C组和D组在实验对比时起到________作用。
答案 (1)酶具有专一性
(3)②该病毒核酸提取物 该病毒核酸提取物 DNA酶 该病毒核酸提取物
(4)②B、C组发病，A、D组未发病 RNA是该病毒的遗传物质
(5)①B C ②RNA是否是其遗传物质 ③对照
解析 (1)根据酶的专一性，用不同的酶去处理遗传物质，找出可以使遗传物质失去功能的酶，即可以得出该物质的本质。
(3)根据单一变量原则，对照原则和实验原理，A中应加RNA酶和该病毒核酸提取物，B中加DNA酶和该病毒核酸提取物，C、D为对照实验，应该分别加该病毒核酸提取物和生理盐水。
(4)根据可能的情况得出相应的结论。①中结论是DNA是该病毒的遗传物质，②中结论就应该是RNA是其遗传物质，由结论得出实验结果应该是B、C发病，A、D未发病。
(5)根据题意应该用加DNA酶和该病毒核酸提取物的组和只加该病毒核酸提取物的组，进行对照，判断DNA是否是其遗传物质。用加RNA酶和该病毒核酸提取物的组和只加该病毒核酸提取物的组对照可判断RNA是否是其遗传物质。
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