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新高考生物一轮复习课件 第六单元 第1课 DNA是主要的遗传物质（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习课件 第六单元 第1课 DNA是主要的遗传物质（含解析），共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，转化因子，T2噬菌体，同位素标记，蛋白质和DNA，2侵染细菌，S蛋白质外壳，宿主细胞，DNA，DNA或RNA等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、肺炎双球菌转化实验1.格里菲思的体内转化实验:(1)实验材料:
(2)实验过程和结论: 结论:已经被加热杀死的S型细菌中,含有促成R型细菌转化为S型细菌的“_________”。
2.艾弗里的体外转化实验:
二、噬菌体侵染细菌实验1.实验材料和方法:(1)实验材料:________和大肠杆菌。(2)噬菌体的结构:
(3)实验方法:___________法,该实验中用35S、32P分别标记____________。2.实验过程及结果:(1)标记T2噬菌体:
(3)实验结果与分析:
(4)实验结论:在噬菌体中,保证亲代与子代之间具有连续性的物质是____,即____是遗传物质。
三、生物体内遗传物质的分析1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验:(1)实验过程及现象:
(2)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。2.DNA是主要的遗传物质:真核生物与原核生物的遗传物质是____,病毒的遗传物质是_________。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,因而____是主要的遗传物质。
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关转化实验叙述的正误:(1)肺炎双球菌转化实验说明DNA是主要的遗传物质。( )分析:肺炎双球菌转化实验说明DNA是遗传物质,并不能说明DNA是主要的遗传物质。(2)格里菲思认为加热杀死的S型细菌的DNA是转化因子。( )分析:格里菲思认为加热杀死的S型细菌必然有转化因子,可以让无毒的R型活细菌转化为S型活细菌,但并未确认转化因子究竟是什么物质。
(3)体内转化实验的实质是S型细菌的DNA可使小鼠死亡。( )分析:S型细菌的DNA并不能使小鼠死亡,而是S型细菌的DNA使R型活细菌发生转化,变成S型细菌,使小鼠死亡。(4)肺炎双球菌体外转化实验最关键的设计思路是将DNA和蛋白质等物质分开,分别观察其作用。( )(5)艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡。( )分析:艾弗里实验证明S型肺炎双球菌使小鼠死亡,S型肺炎双球菌中提取的DNA使R型肺炎双球菌发生转化。
2.判断下列有关噬菌体侵染实验叙述的正误:(1)赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的。( )分析:T2噬菌体含32P的DNA不能直接标记,因为T2噬菌体只能营活细胞寄生。(2)赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。( )分析:因为DNA复制是半保留复制,噬菌体的DNA在细菌体内复制多次后,只有极少部分带有32P标记。
(3)噬菌体侵染细菌的实验比肺炎双球菌转化实验更具有说服力。( )(4)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等。( )分析:噬菌体增殖需要细菌提供原料、酶和能量等,模板是噬菌体自身的DNA。(5)噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA控制蛋白质的合成。( )
3.判断下列有关DNA是主要的遗传物质的叙述的正误:(1)RNA或DNA是T2噬菌体的遗传物质。( )分析:DNA是T2噬菌体的遗传物质,RNA不是。(2)真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA,少部分病毒的遗传物质是RNA。( )分析:有细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质是DNA,少部分RNA病毒的遗传物质是RNA。(3)乳酸菌的遗传物质主要分布在染色体上。( )分析:乳酸菌的遗传物质是DNA,主要分布在拟核中。
(4)DNA是玉米的主要的遗传物质。( )分析:玉米的遗传物质是DNA,没有其他遗传物质。(5)噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质。( )分析:该实验证明了DNA是遗传物质。(6)因为大多数细胞的遗传物质是DNA,所以DNA是主要的遗传物质。( )分析:不是大多数细胞而是绝大多数生物的遗传物质是DNA。
【概念活用】教材命题源1.教材必修2P43图3-2“肺炎双球菌的转化实验”:第四组的实验结果:小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌。思考:(1)在死亡的小鼠体内是否只存在S型活细菌?提示:不是,R型活细菌、S型活细菌都存在。(2)为什么转化率达不到100%?提示:转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响。
2.教材必修2P44中图3-3:肺炎双球菌的体外转化实验中,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,DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA,与R型活细菌混合培养后,不能长出S型细菌的菌落,可见DNA被分解后的产物不能使R型细菌发生转化,DNA才是使R型细菌转化为S型细菌的物质。
考点一 肺炎双球菌的转化实验【典例精研引领】 (2020·皖南八校联考)利用两种类型的肺炎双球菌进行相关转化实验。各组肺炎双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.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型两种肺炎双球菌C.e组可分离出R型肺炎双球菌D.能导致小鼠死亡的是a、b、c、d四组
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选D。从题图实验过程可看出,通过e、f对照,能说明转化因子是DNA而不是蛋白质,A正确;f组加入了S型菌的DNA,可以分离出S型和R型两种肺炎双球菌,B正确;e组加入了S型菌的蛋白质,只能分离出R型肺炎双球菌,C正确。a组的S型菌经煮沸失活,d组和e组均为R型菌,均不能导致小鼠死亡;b、c组是S型细菌,f组的R型细菌有一部分转化成了S型细菌,均可导致小鼠死亡,D错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)上题c组中是否有R型菌生成?(科学思维:演绎与推理)提示:不会,即使R型菌的DNA被S型菌吸附而整合到S型菌的DNA分子上,因为S型菌体内已经含有控制荚膜合成的基因,仍然表现为有荚膜性状,仍然形成S型菌落。(2)R型细菌转化为S型细菌时,所需的遗传物质、原料、能量分别来自哪种细菌?提示:遗传物质来自S型细菌;原料和能量均由R型细菌提供。
【知能素养提升】1.肺炎双球菌两个转化实验的比较:(科学思维:比较、归纳)
2.S型细菌和R型细菌转化的实质:(科学思维:综合、归纳)(1)加热杀死的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,但缓慢冷却后,其结构可恢复。(2)转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即实现了基因重组。(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。
【热点考向演练】考向一 围绕格里菲思体内转化实验,考查科学思维与科学探究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→注入小鼠②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注入小鼠③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注入小鼠④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠
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
【解析】选D。①S型菌的DNA+DNA酶,DNA被水解,失去了转化作用,对后面加入的R型菌没有转化作用,R型菌无毒,注入小鼠体内,小鼠存活;②R型菌的DNA+DNA酶,DNA被水解,不起作用,加入S型菌,有毒性,注入小鼠体内导致小鼠死亡;③R型菌+DNA酶,DNA酶对细菌不起作用,高温加热后冷却,DNA酶变性失活,R型菌被杀死(R型菌的DNA有活性,冷却后复性),加入S型菌的DNA,没有了R型活菌,不能转化,也就相当于把两种DNA注入小鼠体内,两种DNA没有毒性,小鼠存活;④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠,和③类似,小鼠存活。故选D。
2.(2021·成都模拟)在肺炎双球菌的转化实验中,将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后,注射到小鼠体内,小鼠死亡,则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是( )
【解析】选B。随着R型细菌转化成S型细菌,S型细菌的数量变化呈现“S”型曲线。R型细菌在小鼠体内开始时大部分会被免疫系统消灭,随着小鼠免疫系统的破坏,R型细菌数量又开始增加。
考向二 围绕艾弗里的体外转化实验考查科学思维与科学探究3.下列关于艾弗里肺炎双球菌转化实验的叙述,正确的是( )A.本实验需要制备固体培养基B.S型菌的DNA不能使R型菌发生转化C.R型菌转化为S型菌的实质是染色体变异D.转化形成的S型菌后代仅一半是S型菌
【解析】选A。艾弗里肺炎双球菌转化实验需要制备固体培养基,A正确;S型菌的DNA能使部分R型菌转化成S型菌,B错误;R型菌转化为S型菌的实质是基因重组,C错误;转化形成的S型菌后代都是S型菌,D错误。
4.如图为肺炎双球菌转化实验的一部分图解,请据图回答:(1)该实验是在格里菲思肺炎双球菌转化实验的基础上进行,其目的是证明________________的化学成分。 (2)在对R型细菌进行培养之前,必须首先进行的工作是对S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质进行______________。
(3)依据上面图解的实验,可以作出________________________的结论。 (4)肺炎双球菌的DNA分子中还含有少量的蛋白质,由于技术的原因,当时艾弗里无法将DNA与蛋白质区分开来,因此,人们不能排除DNA和蛋白质共同起转化作用,有人据此设计了如下实验:将提取的DNA与蛋白酶处理后再与R型细菌混合培养。你赞同该设计方案吗?请说出你的理由。____________________ __________________________________________。
【解析】(1)由实验图解可看出,在R型菌的培养基中加入R型菌和S型菌的DNA。这是艾弗里及其同事所做肺炎双球菌的转化实验的部分图解。该实验是在格里菲思实验的基础上为进一步证明转化因子的化学成分而设计的。(2)在对R型细菌进行培养之前,必须首先分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质。(3)在R型菌的培养基中加入R型菌和S型菌的DNA,培养一段时间后,培养基上除了R型细菌的菌落外,还出现了少量的S型细菌的菌落,说明有一部分R型细菌转化成了S型细菌。由于艾弗里实验中提取出的DNA,纯度最高时也还有0.02%的蛋白质,所以该实验可以作出结论:DNA可能是遗传物质。
(4)因为蛋白酶本身就是蛋白质,所以将提取的DNA与蛋白酶处理后再与R型细菌混合培养,不能达到将蛋白质除去的目的,也就不能排除DNA和蛋白质共同起转化作用,故不赞同该设计方案。答案:(1)转化因子 (2)分离并提纯 (3)DNA可能是遗传物质 (4)不赞同,因为蛋白酶本身就是蛋白质,没有达到将蛋白质除去的目的
【加固训练·拔高】1.下列关于肺炎双球菌体外转化实验的叙述,错误的是( )A.本实验需对细菌进行悬浮培养B.转化效率与S型菌的DNA纯度有密切关系C.转化来的S型菌的遗传物质中不含R型菌的遗传信息D.一种细菌的DNA掺入另一种细菌中,能够引起稳定的遗传变异
【解析】选C。本实验需从活的S型菌中抽提DNA、蛋白质和荚膜物质,分别与活的R型菌混合并进行悬浮培养,A正确;转化效率与S型菌的DNA纯度有密切关系,DNA纯度越高,转化效率就越高,B正确;转化来的S型菌的遗传物质中含R型菌的遗传信息和S型菌的遗传信息,C错误;一种细菌(S型细菌)的DNA掺入另一种细菌(R型细菌)中,能够引起稳定的可遗传变异,使R型细菌具备了S型细菌的可遗传的性状(如具有荚膜和毒性),D正确。
2.(2019·浙江7月选考)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DNA
【解析】选C。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项错误;乙组培养皿中加入了蛋白酶,故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰,应当推测转化物质是DNA,B项错误;丙组培养皿中加入了DNA酶,DNA被水解后R型菌便不发生转化,可推测是DNA参与了R型菌的转化,C项正确;该实验只能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA,无法证明还有其他的物质也可做遗传物质,D项错误。
考点二 噬菌体侵染细菌实验【典例精研引领】(2019·江苏高考)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质,下列关于该实验的叙述正确的是( )A.实验中可用15N代替32P标记DNAB.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选C。因为N是蛋白质和DNA共有的元素,若用15N代替32P标记噬菌体的DNA,则其蛋白质也会被标记,A项错误;噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA在大肠杆菌体内编码的,B项错误;噬菌体的DNA合成的模板来自噬菌体自身的DNA,而原料来自大肠杆菌,C项正确;该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA,D项错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)在证明DNA是遗传物质的实验中,赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记T2噬菌体的DNA和蛋白质,据图分析标记元素所在部位并说出理由。该实验不能用C、H、O、N这些元素标记的原因是什么?(科学思维:分析与综合)
提示:标记元素所在部位分别是①④。标记DNA用的是P,①是磷酸;标记蛋白质用的是S,只有R基(④)中可能含有S;C、H、O、N是DNA和蛋白质共有的元素,若选择共性元素做标记,则无法将DNA和蛋白质区分开。
(2)为什么T2噬菌体必须寄生在大肠杆菌内才能增殖?(科学思维:归纳与总结)提示:大肠杆菌为T2噬菌体提供增殖所需要的原料、能量、酶、核糖体和tRNA等。
【备选典例】 一种感染螨虫的新型病毒,研究人员利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的螨虫细胞等为材料,设计可相互印证的甲、乙两组实验,以确定该病毒的核酸类型。下列有关实验设计思路的叙述,错误的是( )A.应选用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸B.先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中C.再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中D.一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性,以确定病毒的类型
【解析】选A。根据题干信息分析,本实验的目的是确定病毒核酸的类型是DNA还是RNA,因此应该分别标记DNA和RNA特有的碱基,即分别用放射性同位素标记尿嘧啶和胸腺嘧啶;由于病毒没有细胞结构,必须寄生在活细胞中,因此先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中;再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中,病毒利用螨虫细胞原料进行增殖;一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性,以确定病毒的类型。
【知能素养提升】1.噬菌体的培养与增殖过程:(科学思维:分析与综合)(1)T2噬菌体的培养:不能用含32P和35S的培养基直接培养T2噬菌体。T2噬菌体是病毒,只能寄生在活细胞内,不能利用培养基直接培养。(2)噬菌体的增殖过程:
①模板:进入细菌体内的噬菌体DNA。②合成噬菌体DNA的原料:大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。③合成噬菌体的蛋白质:原料:大肠杆菌的氨基酸。场所:大肠杆菌的核糖体。
2.噬菌体侵染细菌实验的“3次涉及”与“2个关键环节”的归纳:(科学思维:比较与归纳)(1)三次涉及大肠杆菌:
(2)两个关键环节——“保温”与“搅拌”:①侵染时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中出现放射性。原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。②“搅拌”要充分——如果搅拌不充分,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,这样造成沉淀物中出现放射性。
3.比较肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验:(科学思维:比较、归纳)
【热点考向演练】考向一 围绕噬菌体侵染细菌实验的同位素标记法考查科学思维与科学探究1.如图为“噬菌体侵染大肠杆菌”实验的部分过程示意图。图中亲代噬菌体用32P标记,A、C中的方框代表大肠杆菌。下列叙述错误的是( )
A.用含32P的无机培养基培养噬菌体,得到含32P标记的噬菌体B.用32P标记的噬菌体侵染细菌后,子代噬菌体少数具有放射性C.保温时间过短,可导致离心后上清液也有一定的放射性D.要达到实验目的,还要设计一组用35S标记噬菌体的实验
【解析】选A。噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能独立生活,所以不能将噬菌体放在含32P的培养基中培养,A错误;32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体侵染细菌实验中,只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成,而合成子代噬菌体所需的原料均来自细菌,根据DNA半保留复制的特点,用32P标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体中只有少数具有放射性,B正确;用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,若保温时间过短,部分噬菌体还未来得及侵染大肠杆菌,离心后会分布在上清液中,这样会导致离心后上清液也有一定的放射性,C正确;要达到实验目的,还要设计一组用35S标记噬菌体的实验,进行对照,D正确。
【方法技巧】 “二看法”判断子代噬菌体标记情况
考向二 根据噬菌体侵染细菌实验的拓展分析,考查科学思维能力2.噬菌体侵染大肠杆菌实验中,只有噬菌体的DNA进入大肠杆菌细胞,蛋白质外壳留在外面,但大肠杆菌裂解产生的子代噬菌体却跟原来的噬菌体具有一样的蛋白质外壳,下列相关说法正确的是( )A.是放射性同位素标记引起了细菌基因突变的结果B.是噬菌体DNA与细菌DNA基因重组后产生的C.由此可以证明DNA是主要的遗传物质D.是噬菌体DNA基因表达的结果
【解析】选D。基因突变频率低,且具有不定向性,A错误;噬菌体DNA进入大肠杆菌后,会利用大肠杆菌内的物质和结构进行增殖,不会将DNA与大肠杆菌的DNA整合在一起,不可能发生基因重组,B错误;由此可以证明是噬菌体DNA通过转录和翻译控制合成了蛋白质外壳,属于基因表达的结果,且证明了DNA是遗传物质,C错误,D正确。
【加固训练·拔高】 1.某同学模拟赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染大肠杆菌的部分实验,有关分析错误的是( ) A.35S标记的是T2噬菌体的DNAB.沉淀物b中含放射性的高低与②过程中搅拌是否充分有关C.上清液a中放射性较强D.上述实验过程并不能证明DNA是遗传物质
【解析】选A。35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,DNA不含有S;若搅拌不充分,一部分蛋白质外壳不能与大肠杆菌分离,会随大肠杆菌进入沉淀物中,使沉淀物b中放射性增强;充分搅拌离心后,含放射性的蛋白质外壳进入上清液,使上清液a中放射性较强;该实验没有标记DNA,不能说明DNA的作用,故不能证明DNA是遗传物质。
2.噬菌体的遗传物质有的是单链RNA,有的是单链DNA,有的是双链RNA,还有的是双链DNA。有些噬菌体具有将基因插入宿主DNA内的特性,使得它成为重要的分子和遗传学研究工具。下列相关叙述正确的是( )A.不同噬菌体的可遗传变异类型有突变和基因重组B.噬菌体与人体细胞都能进行细胞的增殖和细胞分化C.将基因插入宿主DNA的噬菌体的遗传物质为双链DNAD.所有的噬菌体都可以用于“验证DNA是遗传物质”的实验
【解析】选C。突变包括基因突变和染色体变异,噬菌体不具有细胞结构,不能发生染色体变异和细胞的增殖与分化,A、B错误;噬菌体的宿主应为细胞生物,而细胞生物的DNA均为双链DNA,所以具有能将基因插入宿主DNA内特性的噬菌体的遗传物质应为双链DNA,C正确;遗传物质是RNA的噬菌体不能用于“验证DNA是遗传物质”的实验,D错误。
考点三 生物体内遗传物质的分析【典例精研引领】 (2020·石家庄模拟)如图表示科研人员验证烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程,由此推断正确的是( )
A.烟草细胞的遗传物质是RNAB.TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中C.接种RNA后,烟草感染的病毒与TMV相同D.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程
【解析】选C。烟草细胞的遗传物质是DNA,烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,A错误;实验可以证明RNA能进入烟草细胞,但不能证明蛋白质不能进入烟草细胞,B错误;TMV的遗传物质就是RNA,因此接种RNA后,烟草感染的病毒与TMV相同,C正确;题图中结果是正常烟草感染病毒,不能证明接种的RNA在烟草细胞中进行了逆转录过程,D错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题 (1)实验过程中利用的水和苯酚起什么作用呢?(科学探究:实验分析)提示:据图示分析,TMV放入水和苯酚中振荡后,RNA和蛋白质分离。(2)TMV在组成成分上与哪种细胞器相似呢?(科学思维:比较、归纳)提示:据图示分析,TMV在组成成分上与核糖体相似。
【知能素养提升】1.不同生物的遗传物质及核酸类型与组成的归纳:(科学思维:比较、归纳)
2.遗传物质探索的思路与方法总结:(科学思维:抽象与概括)(1)探究思路:①已知某生物有哪种核酸——设法将物质分开,单独观察其作用。②未知某生物有哪种核酸——可用酶的专一性。(2)探究方法: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:烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。方法: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“是”其遗传物质不是DNA,若“否”其遗传物质可能是DNA。
【热点考向演练】考向一 结合烟草花叶病毒侵染实验,考查实验探究能力1.若某种生物的遗传物质碱基组成如图,则此生物最可能是( ) A.T2噬菌体 B.肺炎双球菌C.烟草花叶病毒D.酵母菌
【解析】选C。该生物的遗传物质中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不同,说明该生物的遗传物质是RNA。A、B、D生物的遗传物质均为DNA,只有C项生物的遗传物质为RNA。
2.(2021·盐城模拟)科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(如表所示)中,不可能出现的结果是( )
A.实验① B.实验②C.实验③D.实验④【解析】选C。烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,而蛋白质不是遗传物质,因此在实验③中,组合病毒的遗传物质是b型的,其病斑类型是b型,病斑中分离出的病毒类型也应是b型的,故C项符合题意。
考向二 围绕遗传物质的类型,考查实验探究能力3.某科研机构发现了一新型病毒,并对该病毒的遗传物质做了进一步研究。回答下列问题:(1)据研究人员介绍,该病毒的遗传物质相比HIV的遗传物质更加稳定。据此可初步推测,该病毒的遗传物质是DNA,理由是____________________________ __________________________________________________。 (2)可用化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究,分析其五碳糖或碱基种类均可做出判断,若______________则为DNA病毒,若______________则为RNA病毒。
(3)还可以用同位素标记技术研究其遗传物质的种类,将宿主细胞在含放射性标记核苷酸的培养基中培养,再用该病毒侵染放射性标记核苷酸的宿主细胞;一段时间后收集病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸______(填“是”或“不是”)都需要标记,理由是__ ___________________。
【解析】(1)HIV的遗传物质是单链RNA,DNA一般是双链的,比RNA更稳定,不容易发生变异,故该病毒的遗传物质可能是DNA。(2)DNA和RNA在化学成分上的区别是:DNA的五碳糖是脱氧核糖,有特殊的碱基T,RNA的五碳糖是核糖,有特殊的碱基U。可以据此判断,若含有脱氧核糖或碱基T,则为DNA病毒,若含有核糖或碱基U,则为RNA病毒。(3)用同位素标记技术研究该病毒遗传物质的种类,先将宿主细胞在含放射性标记核苷酸的培养基中培养,如果标记脱氧核苷酸,检测子代病毒有放射性,说明是DNA病毒,无放射性则为RNA病毒;如果标记核糖核苷酸,检测子代病毒有放射性,说明是RNA病毒,无放射性则为DNA病毒,如果两种核苷酸都标记,那么无论哪种病毒,都会有放射性,无法鉴定。
答案:(1)DNA是双链而RNA是单链,DNA的结构相比RNA更稳定,不易发生变异(2)五碳糖是脱氧核糖或含碱基T 五碳糖是核糖或含碱基U (3)不是 若各种核苷酸都进行标记,则无论是DNA病毒或RNA病毒,在病毒中均能检测到放射性
【加固训练·拔高】 1.有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽细胞的过程,设计实验如图:
一段时间后,检测子代H5N1禽流感病毒的放射性及所含的S、P,下表对实验结果的预测中,最可能发生的是( )
【解析】选D。病毒侵染细胞时,蛋白质外壳留在外面,只有核酸注入细胞。由题图可知,病毒先在含32P的宿主细胞1中培养(其DNA被32P标记),然后转移到含35S的宿主细胞2中培养。病毒复制自身的遗传物质所用的原料有宿主细胞2的31P(不具放射性),也有自身核酸(含32P),故子代病毒的核酸多数含31P,少数含32P;病毒合成蛋白质外壳所用的原料都是宿主细胞2的,故全被35S标记。
2.猪流感病毒正在全球范围内进行扩散,严重威胁人类的生命。某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现,常见的流感病毒都是RNA病毒,同时提出疑问:猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA?下面是兴趣小组探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA所设计的实验步骤,请将其补充完整。(1)实验目的:_____________________________________________________。(2)材料用具:显微注射器,猪流感病毒的核酸提取液,猪胚胎干细胞,DNA水解酶和RNA水解酶等。
(3)实验步骤:第一步:把猪流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组,____________________________________________________________________。第二步:取等量的猪胚胎干细胞分成三组,用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组猪胚胎干细胞中。 第三步:将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有猪流感病毒产生。
(4)预测结果及结论:①______________________________________________________________。②______________________________________________________________。③若A、B、C三组都出现猪流感病毒,则猪流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
【解析】本题的实验目的是探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。根据酶的专一性,利用给定的材料用具,设计不处理核酸提取液和分别用DNA水解酶、RNA水解酶处理核酸提取液的三组实验相互对照,根据实验结果便可得出结论。答案:(1)探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA (3)分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组,C组不进行处理 (4)①若A、C两组出现猪流感病毒,B组没有出现,则猪流感病毒的遗传物质是RNA ②若B、C两组出现猪流感病毒,A组没有出现,则猪流感病毒的遗传物质是DNA
【命题新情境】 研究表明,金柑花斑病是一种新型病毒感染金柑叶片引起的,为探究金柑花斑病的病毒类型是DNA病毒还是RNA病毒,某研究小组采用的实验材料如下:长势相近的1年生金柑、TRIzl试剂(用于DNA、RNA和蛋白质的分离)、DNA酶、RNA酶,及实验需要的用具。请回答下列问题:
【命题新角度】1.核酸作为遗传物质具备的条件有__________________________________。 2.探究病毒的类型,方法步骤如下:①选择长势相近的1年生金柑,分为A、B两组。②用____________处理金柑花叶病毒,将该病毒的核酸和蛋白质分开,取等量的核酸平均分成甲、乙两组。 ③用DNA酶处理甲组,RNA酶处理乙组,培养一段时间后分别感染A、B组金柑。④一段时间后,观察__________________________________________。 3.预期实验结果和结论:__________________________________________。
【解析】1.核酸作为遗传物质具备的条件有:在细胞生长和繁殖过程中能够准确地复制,具有遗传的连续性;储存大量遗传信息;结构比较稳定。2.根据题意,②用TRIzl试剂处理金柑花叶病毒,将该病毒的核酸和蛋白质分开,取等量的核酸平均分成甲、乙两组。④一段时间后,观察A、B组金柑叶片是否有花斑出现。3.实验结果和结论:若A组金柑出现花斑病,B组没有出现,则该病毒为RNA病毒;反之则为DNA病毒。
答案:1.在细胞生长和繁殖过程中能够准确地复制,具有遗传的连续性;储存大量遗传信息;结构比较稳定(合理即可)2.②TRIzl试剂④A、B组金柑叶片是否有花斑出现3.若A组金柑出现花斑病,B组没有出现,则该病毒为RNA病毒;反之则为DNA病毒
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、肺炎双球菌转化实验1.格里菲思的体内转化实验:(1)实验材料:
(2)实验过程和结论: 结论:已经被加热杀死的S型细菌中,含有促成R型细菌转化为S型细菌的“_________”。
2.艾弗里的体外转化实验:
二、噬菌体侵染细菌实验1.实验材料和方法:(1)实验材料:________和大肠杆菌。(2)噬菌体的结构:
(3)实验方法:___________法,该实验中用35S、32P分别标记____________。2.实验过程及结果:(1)标记T2噬菌体:
(3)实验结果与分析:
(4)实验结论:在噬菌体中,保证亲代与子代之间具有连续性的物质是____,即____是遗传物质。
三、生物体内遗传物质的分析1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验:(1)实验过程及现象:
(2)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。2.DNA是主要的遗传物质:真核生物与原核生物的遗传物质是____,病毒的遗传物质是_________。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,因而____是主要的遗传物质。
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关转化实验叙述的正误:(1)肺炎双球菌转化实验说明DNA是主要的遗传物质。( )分析:肺炎双球菌转化实验说明DNA是遗传物质,并不能说明DNA是主要的遗传物质。(2)格里菲思认为加热杀死的S型细菌的DNA是转化因子。( )分析:格里菲思认为加热杀死的S型细菌必然有转化因子,可以让无毒的R型活细菌转化为S型活细菌,但并未确认转化因子究竟是什么物质。
(3)体内转化实验的实质是S型细菌的DNA可使小鼠死亡。( )分析:S型细菌的DNA并不能使小鼠死亡,而是S型细菌的DNA使R型活细菌发生转化,变成S型细菌,使小鼠死亡。(4)肺炎双球菌体外转化实验最关键的设计思路是将DNA和蛋白质等物质分开,分别观察其作用。( )(5)艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡。( )分析:艾弗里实验证明S型肺炎双球菌使小鼠死亡,S型肺炎双球菌中提取的DNA使R型肺炎双球菌发生转化。
2.判断下列有关噬菌体侵染实验叙述的正误:(1)赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的。( )分析:T2噬菌体含32P的DNA不能直接标记,因为T2噬菌体只能营活细胞寄生。(2)赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。( )分析:因为DNA复制是半保留复制,噬菌体的DNA在细菌体内复制多次后,只有极少部分带有32P标记。
(3)噬菌体侵染细菌的实验比肺炎双球菌转化实验更具有说服力。( )(4)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等。( )分析:噬菌体增殖需要细菌提供原料、酶和能量等,模板是噬菌体自身的DNA。(5)噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA控制蛋白质的合成。( )
3.判断下列有关DNA是主要的遗传物质的叙述的正误:(1)RNA或DNA是T2噬菌体的遗传物质。( )分析:DNA是T2噬菌体的遗传物质,RNA不是。(2)真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA,少部分病毒的遗传物质是RNA。( )分析:有细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质是DNA,少部分RNA病毒的遗传物质是RNA。(3)乳酸菌的遗传物质主要分布在染色体上。( )分析:乳酸菌的遗传物质是DNA,主要分布在拟核中。
(4)DNA是玉米的主要的遗传物质。( )分析:玉米的遗传物质是DNA,没有其他遗传物质。(5)噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质。( )分析:该实验证明了DNA是遗传物质。(6)因为大多数细胞的遗传物质是DNA,所以DNA是主要的遗传物质。( )分析:不是大多数细胞而是绝大多数生物的遗传物质是DNA。
【概念活用】教材命题源1.教材必修2P43图3-2“肺炎双球菌的转化实验”:第四组的实验结果:小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌。思考:(1)在死亡的小鼠体内是否只存在S型活细菌?提示:不是,R型活细菌、S型活细菌都存在。(2)为什么转化率达不到100%?提示:转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响。
2.教材必修2P44中图3-3:肺炎双球菌的体外转化实验中,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,DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA,与R型活细菌混合培养后,不能长出S型细菌的菌落,可见DNA被分解后的产物不能使R型细菌发生转化,DNA才是使R型细菌转化为S型细菌的物质。
考点一 肺炎双球菌的转化实验【典例精研引领】 (2020·皖南八校联考)利用两种类型的肺炎双球菌进行相关转化实验。各组肺炎双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.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型两种肺炎双球菌C.e组可分离出R型肺炎双球菌D.能导致小鼠死亡的是a、b、c、d四组
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选D。从题图实验过程可看出,通过e、f对照,能说明转化因子是DNA而不是蛋白质,A正确;f组加入了S型菌的DNA,可以分离出S型和R型两种肺炎双球菌,B正确;e组加入了S型菌的蛋白质,只能分离出R型肺炎双球菌,C正确。a组的S型菌经煮沸失活,d组和e组均为R型菌,均不能导致小鼠死亡;b、c组是S型细菌,f组的R型细菌有一部分转化成了S型细菌,均可导致小鼠死亡,D错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)上题c组中是否有R型菌生成?(科学思维:演绎与推理)提示:不会,即使R型菌的DNA被S型菌吸附而整合到S型菌的DNA分子上,因为S型菌体内已经含有控制荚膜合成的基因,仍然表现为有荚膜性状,仍然形成S型菌落。(2)R型细菌转化为S型细菌时,所需的遗传物质、原料、能量分别来自哪种细菌?提示:遗传物质来自S型细菌;原料和能量均由R型细菌提供。
【知能素养提升】1.肺炎双球菌两个转化实验的比较:(科学思维:比较、归纳)
2.S型细菌和R型细菌转化的实质:(科学思维:综合、归纳)(1)加热杀死的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,但缓慢冷却后,其结构可恢复。(2)转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即实现了基因重组。(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。
【热点考向演练】考向一 围绕格里菲思体内转化实验,考查科学思维与科学探究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→注入小鼠②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注入小鼠③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注入小鼠④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠
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
【解析】选D。①S型菌的DNA+DNA酶,DNA被水解,失去了转化作用,对后面加入的R型菌没有转化作用,R型菌无毒,注入小鼠体内,小鼠存活;②R型菌的DNA+DNA酶,DNA被水解,不起作用,加入S型菌,有毒性,注入小鼠体内导致小鼠死亡;③R型菌+DNA酶,DNA酶对细菌不起作用,高温加热后冷却,DNA酶变性失活,R型菌被杀死(R型菌的DNA有活性,冷却后复性),加入S型菌的DNA,没有了R型活菌,不能转化,也就相当于把两种DNA注入小鼠体内,两种DNA没有毒性,小鼠存活;④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠,和③类似,小鼠存活。故选D。
2.(2021·成都模拟)在肺炎双球菌的转化实验中,将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后,注射到小鼠体内,小鼠死亡,则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是( )
【解析】选B。随着R型细菌转化成S型细菌,S型细菌的数量变化呈现“S”型曲线。R型细菌在小鼠体内开始时大部分会被免疫系统消灭,随着小鼠免疫系统的破坏,R型细菌数量又开始增加。
考向二 围绕艾弗里的体外转化实验考查科学思维与科学探究3.下列关于艾弗里肺炎双球菌转化实验的叙述,正确的是( )A.本实验需要制备固体培养基B.S型菌的DNA不能使R型菌发生转化C.R型菌转化为S型菌的实质是染色体变异D.转化形成的S型菌后代仅一半是S型菌
【解析】选A。艾弗里肺炎双球菌转化实验需要制备固体培养基,A正确;S型菌的DNA能使部分R型菌转化成S型菌,B错误;R型菌转化为S型菌的实质是基因重组,C错误;转化形成的S型菌后代都是S型菌,D错误。
4.如图为肺炎双球菌转化实验的一部分图解,请据图回答:(1)该实验是在格里菲思肺炎双球菌转化实验的基础上进行,其目的是证明________________的化学成分。 (2)在对R型细菌进行培养之前,必须首先进行的工作是对S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质进行______________。
(3)依据上面图解的实验,可以作出________________________的结论。 (4)肺炎双球菌的DNA分子中还含有少量的蛋白质,由于技术的原因,当时艾弗里无法将DNA与蛋白质区分开来,因此,人们不能排除DNA和蛋白质共同起转化作用,有人据此设计了如下实验:将提取的DNA与蛋白酶处理后再与R型细菌混合培养。你赞同该设计方案吗?请说出你的理由。____________________ __________________________________________。
【解析】(1)由实验图解可看出,在R型菌的培养基中加入R型菌和S型菌的DNA。这是艾弗里及其同事所做肺炎双球菌的转化实验的部分图解。该实验是在格里菲思实验的基础上为进一步证明转化因子的化学成分而设计的。(2)在对R型细菌进行培养之前,必须首先分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质。(3)在R型菌的培养基中加入R型菌和S型菌的DNA,培养一段时间后,培养基上除了R型细菌的菌落外,还出现了少量的S型细菌的菌落,说明有一部分R型细菌转化成了S型细菌。由于艾弗里实验中提取出的DNA,纯度最高时也还有0.02%的蛋白质,所以该实验可以作出结论:DNA可能是遗传物质。
(4)因为蛋白酶本身就是蛋白质,所以将提取的DNA与蛋白酶处理后再与R型细菌混合培养,不能达到将蛋白质除去的目的,也就不能排除DNA和蛋白质共同起转化作用,故不赞同该设计方案。答案:(1)转化因子 (2)分离并提纯 (3)DNA可能是遗传物质 (4)不赞同,因为蛋白酶本身就是蛋白质,没有达到将蛋白质除去的目的
【加固训练·拔高】1.下列关于肺炎双球菌体外转化实验的叙述,错误的是( )A.本实验需对细菌进行悬浮培养B.转化效率与S型菌的DNA纯度有密切关系C.转化来的S型菌的遗传物质中不含R型菌的遗传信息D.一种细菌的DNA掺入另一种细菌中,能够引起稳定的遗传变异
【解析】选C。本实验需从活的S型菌中抽提DNA、蛋白质和荚膜物质,分别与活的R型菌混合并进行悬浮培养,A正确;转化效率与S型菌的DNA纯度有密切关系,DNA纯度越高,转化效率就越高,B正确;转化来的S型菌的遗传物质中含R型菌的遗传信息和S型菌的遗传信息,C错误;一种细菌(S型细菌)的DNA掺入另一种细菌(R型细菌)中,能够引起稳定的可遗传变异,使R型细菌具备了S型细菌的可遗传的性状(如具有荚膜和毒性),D正确。
2.(2019·浙江7月选考)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DNA
【解析】选C。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项错误;乙组培养皿中加入了蛋白酶,故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰,应当推测转化物质是DNA,B项错误;丙组培养皿中加入了DNA酶,DNA被水解后R型菌便不发生转化,可推测是DNA参与了R型菌的转化,C项正确;该实验只能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA,无法证明还有其他的物质也可做遗传物质,D项错误。
考点二 噬菌体侵染细菌实验【典例精研引领】(2019·江苏高考)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质,下列关于该实验的叙述正确的是( )A.实验中可用15N代替32P标记DNAB.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选C。因为N是蛋白质和DNA共有的元素,若用15N代替32P标记噬菌体的DNA,则其蛋白质也会被标记,A项错误;噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA在大肠杆菌体内编码的,B项错误;噬菌体的DNA合成的模板来自噬菌体自身的DNA,而原料来自大肠杆菌,C项正确;该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA,D项错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)在证明DNA是遗传物质的实验中,赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记T2噬菌体的DNA和蛋白质,据图分析标记元素所在部位并说出理由。该实验不能用C、H、O、N这些元素标记的原因是什么?(科学思维:分析与综合)
提示:标记元素所在部位分别是①④。标记DNA用的是P,①是磷酸;标记蛋白质用的是S,只有R基(④)中可能含有S;C、H、O、N是DNA和蛋白质共有的元素,若选择共性元素做标记,则无法将DNA和蛋白质区分开。
(2)为什么T2噬菌体必须寄生在大肠杆菌内才能增殖?(科学思维:归纳与总结)提示:大肠杆菌为T2噬菌体提供增殖所需要的原料、能量、酶、核糖体和tRNA等。
【备选典例】 一种感染螨虫的新型病毒,研究人员利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的螨虫细胞等为材料,设计可相互印证的甲、乙两组实验,以确定该病毒的核酸类型。下列有关实验设计思路的叙述,错误的是( )A.应选用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸B.先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中C.再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中D.一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性,以确定病毒的类型
【解析】选A。根据题干信息分析,本实验的目的是确定病毒核酸的类型是DNA还是RNA,因此应该分别标记DNA和RNA特有的碱基,即分别用放射性同位素标记尿嘧啶和胸腺嘧啶;由于病毒没有细胞结构,必须寄生在活细胞中,因此先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中;再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中,病毒利用螨虫细胞原料进行增殖;一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性,以确定病毒的类型。
【知能素养提升】1.噬菌体的培养与增殖过程:(科学思维:分析与综合)(1)T2噬菌体的培养:不能用含32P和35S的培养基直接培养T2噬菌体。T2噬菌体是病毒,只能寄生在活细胞内,不能利用培养基直接培养。(2)噬菌体的增殖过程:
①模板:进入细菌体内的噬菌体DNA。②合成噬菌体DNA的原料:大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。③合成噬菌体的蛋白质:原料:大肠杆菌的氨基酸。场所:大肠杆菌的核糖体。
2.噬菌体侵染细菌实验的“3次涉及”与“2个关键环节”的归纳:(科学思维:比较与归纳)(1)三次涉及大肠杆菌:
(2)两个关键环节——“保温”与“搅拌”:①侵染时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中出现放射性。原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。②“搅拌”要充分——如果搅拌不充分,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,这样造成沉淀物中出现放射性。
3.比较肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验:(科学思维:比较、归纳)
【热点考向演练】考向一 围绕噬菌体侵染细菌实验的同位素标记法考查科学思维与科学探究1.如图为“噬菌体侵染大肠杆菌”实验的部分过程示意图。图中亲代噬菌体用32P标记,A、C中的方框代表大肠杆菌。下列叙述错误的是( )
A.用含32P的无机培养基培养噬菌体,得到含32P标记的噬菌体B.用32P标记的噬菌体侵染细菌后,子代噬菌体少数具有放射性C.保温时间过短,可导致离心后上清液也有一定的放射性D.要达到实验目的,还要设计一组用35S标记噬菌体的实验
【解析】选A。噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能独立生活,所以不能将噬菌体放在含32P的培养基中培养,A错误;32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体侵染细菌实验中,只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成,而合成子代噬菌体所需的原料均来自细菌,根据DNA半保留复制的特点,用32P标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体中只有少数具有放射性,B正确;用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,若保温时间过短,部分噬菌体还未来得及侵染大肠杆菌,离心后会分布在上清液中,这样会导致离心后上清液也有一定的放射性,C正确;要达到实验目的,还要设计一组用35S标记噬菌体的实验,进行对照,D正确。
【方法技巧】 “二看法”判断子代噬菌体标记情况
考向二 根据噬菌体侵染细菌实验的拓展分析,考查科学思维能力2.噬菌体侵染大肠杆菌实验中,只有噬菌体的DNA进入大肠杆菌细胞,蛋白质外壳留在外面,但大肠杆菌裂解产生的子代噬菌体却跟原来的噬菌体具有一样的蛋白质外壳,下列相关说法正确的是( )A.是放射性同位素标记引起了细菌基因突变的结果B.是噬菌体DNA与细菌DNA基因重组后产生的C.由此可以证明DNA是主要的遗传物质D.是噬菌体DNA基因表达的结果
【解析】选D。基因突变频率低,且具有不定向性,A错误;噬菌体DNA进入大肠杆菌后,会利用大肠杆菌内的物质和结构进行增殖,不会将DNA与大肠杆菌的DNA整合在一起,不可能发生基因重组,B错误;由此可以证明是噬菌体DNA通过转录和翻译控制合成了蛋白质外壳,属于基因表达的结果,且证明了DNA是遗传物质,C错误,D正确。
【加固训练·拔高】 1.某同学模拟赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染大肠杆菌的部分实验,有关分析错误的是( ) A.35S标记的是T2噬菌体的DNAB.沉淀物b中含放射性的高低与②过程中搅拌是否充分有关C.上清液a中放射性较强D.上述实验过程并不能证明DNA是遗传物质
【解析】选A。35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,DNA不含有S;若搅拌不充分,一部分蛋白质外壳不能与大肠杆菌分离,会随大肠杆菌进入沉淀物中,使沉淀物b中放射性增强;充分搅拌离心后,含放射性的蛋白质外壳进入上清液,使上清液a中放射性较强;该实验没有标记DNA,不能说明DNA的作用,故不能证明DNA是遗传物质。
2.噬菌体的遗传物质有的是单链RNA,有的是单链DNA,有的是双链RNA,还有的是双链DNA。有些噬菌体具有将基因插入宿主DNA内的特性,使得它成为重要的分子和遗传学研究工具。下列相关叙述正确的是( )A.不同噬菌体的可遗传变异类型有突变和基因重组B.噬菌体与人体细胞都能进行细胞的增殖和细胞分化C.将基因插入宿主DNA的噬菌体的遗传物质为双链DNAD.所有的噬菌体都可以用于“验证DNA是遗传物质”的实验
【解析】选C。突变包括基因突变和染色体变异,噬菌体不具有细胞结构,不能发生染色体变异和细胞的增殖与分化,A、B错误;噬菌体的宿主应为细胞生物,而细胞生物的DNA均为双链DNA,所以具有能将基因插入宿主DNA内特性的噬菌体的遗传物质应为双链DNA,C正确;遗传物质是RNA的噬菌体不能用于“验证DNA是遗传物质”的实验,D错误。
考点三 生物体内遗传物质的分析【典例精研引领】 (2020·石家庄模拟)如图表示科研人员验证烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程,由此推断正确的是( )
A.烟草细胞的遗传物质是RNAB.TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中C.接种RNA后,烟草感染的病毒与TMV相同D.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程
【解析】选C。烟草细胞的遗传物质是DNA,烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,A错误;实验可以证明RNA能进入烟草细胞,但不能证明蛋白质不能进入烟草细胞,B错误;TMV的遗传物质就是RNA,因此接种RNA后,烟草感染的病毒与TMV相同,C正确;题图中结果是正常烟草感染病毒,不能证明接种的RNA在烟草细胞中进行了逆转录过程,D错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题 (1)实验过程中利用的水和苯酚起什么作用呢?(科学探究:实验分析)提示:据图示分析,TMV放入水和苯酚中振荡后,RNA和蛋白质分离。(2)TMV在组成成分上与哪种细胞器相似呢?(科学思维:比较、归纳)提示:据图示分析,TMV在组成成分上与核糖体相似。
【知能素养提升】1.不同生物的遗传物质及核酸类型与组成的归纳:(科学思维:比较、归纳)
2.遗传物质探索的思路与方法总结:(科学思维:抽象与概括)(1)探究思路:①已知某生物有哪种核酸——设法将物质分开,单独观察其作用。②未知某生物有哪种核酸——可用酶的专一性。(2)探究方法: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:烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。方法: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“是”其遗传物质不是DNA,若“否”其遗传物质可能是DNA。
【热点考向演练】考向一 结合烟草花叶病毒侵染实验,考查实验探究能力1.若某种生物的遗传物质碱基组成如图,则此生物最可能是( ) A.T2噬菌体 B.肺炎双球菌C.烟草花叶病毒D.酵母菌
【解析】选C。该生物的遗传物质中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不同,说明该生物的遗传物质是RNA。A、B、D生物的遗传物质均为DNA,只有C项生物的遗传物质为RNA。
2.(2021·盐城模拟)科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(如表所示)中,不可能出现的结果是( )
A.实验① B.实验②C.实验③D.实验④【解析】选C。烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,而蛋白质不是遗传物质,因此在实验③中,组合病毒的遗传物质是b型的,其病斑类型是b型,病斑中分离出的病毒类型也应是b型的,故C项符合题意。
考向二 围绕遗传物质的类型,考查实验探究能力3.某科研机构发现了一新型病毒,并对该病毒的遗传物质做了进一步研究。回答下列问题:(1)据研究人员介绍,该病毒的遗传物质相比HIV的遗传物质更加稳定。据此可初步推测,该病毒的遗传物质是DNA,理由是____________________________ __________________________________________________。 (2)可用化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究,分析其五碳糖或碱基种类均可做出判断,若______________则为DNA病毒,若______________则为RNA病毒。
(3)还可以用同位素标记技术研究其遗传物质的种类,将宿主细胞在含放射性标记核苷酸的培养基中培养,再用该病毒侵染放射性标记核苷酸的宿主细胞;一段时间后收集病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸______(填“是”或“不是”)都需要标记,理由是__ ___________________。
【解析】(1)HIV的遗传物质是单链RNA,DNA一般是双链的,比RNA更稳定,不容易发生变异,故该病毒的遗传物质可能是DNA。(2)DNA和RNA在化学成分上的区别是:DNA的五碳糖是脱氧核糖,有特殊的碱基T,RNA的五碳糖是核糖,有特殊的碱基U。可以据此判断,若含有脱氧核糖或碱基T,则为DNA病毒,若含有核糖或碱基U,则为RNA病毒。(3)用同位素标记技术研究该病毒遗传物质的种类,先将宿主细胞在含放射性标记核苷酸的培养基中培养,如果标记脱氧核苷酸,检测子代病毒有放射性,说明是DNA病毒,无放射性则为RNA病毒;如果标记核糖核苷酸,检测子代病毒有放射性,说明是RNA病毒,无放射性则为DNA病毒,如果两种核苷酸都标记,那么无论哪种病毒,都会有放射性,无法鉴定。
答案:(1)DNA是双链而RNA是单链,DNA的结构相比RNA更稳定,不易发生变异(2)五碳糖是脱氧核糖或含碱基T 五碳糖是核糖或含碱基U (3)不是 若各种核苷酸都进行标记,则无论是DNA病毒或RNA病毒,在病毒中均能检测到放射性
【加固训练·拔高】 1.有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽细胞的过程,设计实验如图:
一段时间后,检测子代H5N1禽流感病毒的放射性及所含的S、P,下表对实验结果的预测中,最可能发生的是( )
【解析】选D。病毒侵染细胞时,蛋白质外壳留在外面,只有核酸注入细胞。由题图可知,病毒先在含32P的宿主细胞1中培养(其DNA被32P标记),然后转移到含35S的宿主细胞2中培养。病毒复制自身的遗传物质所用的原料有宿主细胞2的31P(不具放射性),也有自身核酸(含32P),故子代病毒的核酸多数含31P,少数含32P;病毒合成蛋白质外壳所用的原料都是宿主细胞2的,故全被35S标记。
2.猪流感病毒正在全球范围内进行扩散,严重威胁人类的生命。某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现,常见的流感病毒都是RNA病毒,同时提出疑问:猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA?下面是兴趣小组探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA所设计的实验步骤,请将其补充完整。(1)实验目的:_____________________________________________________。(2)材料用具:显微注射器,猪流感病毒的核酸提取液,猪胚胎干细胞,DNA水解酶和RNA水解酶等。
(3)实验步骤:第一步:把猪流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组,____________________________________________________________________。第二步:取等量的猪胚胎干细胞分成三组,用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组猪胚胎干细胞中。 第三步:将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有猪流感病毒产生。
(4)预测结果及结论:①______________________________________________________________。②______________________________________________________________。③若A、B、C三组都出现猪流感病毒,则猪流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
【解析】本题的实验目的是探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。根据酶的专一性,利用给定的材料用具,设计不处理核酸提取液和分别用DNA水解酶、RNA水解酶处理核酸提取液的三组实验相互对照,根据实验结果便可得出结论。答案:(1)探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA (3)分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组,C组不进行处理 (4)①若A、C两组出现猪流感病毒,B组没有出现,则猪流感病毒的遗传物质是RNA ②若B、C两组出现猪流感病毒,A组没有出现,则猪流感病毒的遗传物质是DNA
【命题新情境】 研究表明,金柑花斑病是一种新型病毒感染金柑叶片引起的,为探究金柑花斑病的病毒类型是DNA病毒还是RNA病毒,某研究小组采用的实验材料如下:长势相近的1年生金柑、TRIzl试剂(用于DNA、RNA和蛋白质的分离)、DNA酶、RNA酶,及实验需要的用具。请回答下列问题:
【命题新角度】1.核酸作为遗传物质具备的条件有__________________________________。 2.探究病毒的类型,方法步骤如下:①选择长势相近的1年生金柑,分为A、B两组。②用____________处理金柑花叶病毒,将该病毒的核酸和蛋白质分开,取等量的核酸平均分成甲、乙两组。 ③用DNA酶处理甲组,RNA酶处理乙组,培养一段时间后分别感染A、B组金柑。④一段时间后,观察__________________________________________。 3.预期实验结果和结论:__________________________________________。
【解析】1.核酸作为遗传物质具备的条件有:在细胞生长和繁殖过程中能够准确地复制,具有遗传的连续性;储存大量遗传信息;结构比较稳定。2.根据题意,②用TRIzl试剂处理金柑花叶病毒,将该病毒的核酸和蛋白质分开,取等量的核酸平均分成甲、乙两组。④一段时间后,观察A、B组金柑叶片是否有花斑出现。3.实验结果和结论:若A组金柑出现花斑病,B组没有出现,则该病毒为RNA病毒;反之则为DNA病毒。
答案:1.在细胞生长和繁殖过程中能够准确地复制,具有遗传的连续性;储存大量遗传信息;结构比较稳定(合理即可)2.②TRIzl试剂④A、B组金柑叶片是否有花斑出现3.若A组金柑出现花斑病,B组没有出现,则该病毒为RNA病毒;反之则为DNA病毒
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