2021高三生物人教版一轮教师用书：必修2第6单元第1讲　DNA是主要的遗传物质

第1讲　DNA是主要的遗传物质

肺炎双球菌转化实验

1．肺炎双球菌类型

2.格里菲思的体内转化实验

(1)实验①②对比，说明R型细菌无毒性、S型细菌有毒性。

(2)实验②③对比，说明被加热杀死的S型细菌无毒性。

(3)实验②③④对比，说明R型细菌转化为S型细菌。

(4)结论：已经加热杀死的S型细菌中，含有使R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。

3．艾弗里的体外转化实验

(1)实验①②分别说明荚膜多糖、蛋白质没有转化作用。

(2)实验③④说明DNA有转化作用，DNA的水解产物没有转化作用。

1．格里菲思的肺炎双球菌转化实验直接证明了DNA是遗传物质。                 (×)

提示：格里菲思的肺炎双球菌转化实验只是证明了S型细菌中存在“转化因子”，使无毒的R型细菌转化为有毒的S型细菌。

2．从格里菲思的第④组死亡小鼠身上分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而来的。                            (×)

提示：S型活细菌是由R型细菌转化来的。

3．从格里菲思实验中的第④组病死小鼠体内分离得到的肺炎双球菌只有S型细菌而无R菌细菌。                            (×)

提示：病死小鼠体内分离得到的肺炎双球菌有两种类型。

4．在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化。                            (√)

5．艾弗里的体外转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌体外培养等技术。               (√)

肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的比较

1．在体内转化实验中，如果没有实验③，能否得出格里菲思的结论？为什么？

提示：不能。因为无对照实验，不能说明加热后杀死的S型细菌中含有促成R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。

2.请在格里菲思实验的基础上利用R型活细菌、加热杀死的S型细菌、小鼠等为实验材料。设计一个实验方案证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。简要写出实验思路并预期实验结果及结论。

提示：实验思路：①将加热杀死的S型细菌体内物质分离，分别得到蛋白质和DNA。②将分离得到的S型细菌蛋白质和DNA分别与R型细菌混合一段时间后，再分别注射入甲、乙两组小鼠体内，观察两组小鼠的生活情况。实验结果及结论：  甲组小鼠不死亡，乙组小鼠死亡，并在乙组小鼠体内发现活的S型细菌，则证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

考查肺炎双球菌转化实验

1．(2019·衡水中学五调)格里菲思的肺炎双球菌转化实验过程和结果如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．实验1为空白对照组，实验2、3和4均为实验组

B．能从实验2和实验4中死亡的小鼠体内分离出S型活细菌和R型活细菌

C．该实验证明了S型细菌的DNA可在R型活细菌内表达出相应的蛋白质

D．对比实验2、3的结果，说明加热能使有毒性的S型活细菌失去毒性

D　[本题主要考查遗传物质的探索历程，考查学生的理解能力和实验与探究能力。四组实验相互对照，均为实验组，A项错误；实验2中小鼠体内只存在S型细菌，B项错误；该实验只能证明转化因子的存在，但不能证明其化学成分，C项错误。]

2．(2019·太原模拟)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知(　　)

A.①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子

B．②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性

C．③和④说明S型细菌的DNA是转化因子

D．①～④说明DNA是主要的遗传物质

C　[第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与R型菌转化为S型菌无关，A、B项错误；第③组实验说明DNA与R型菌转化为S型菌有关，第④组实验说明DNA被水解后的产物不能使R型菌转化为S型菌，C项正确；①～④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。]

　有关肺炎双球菌“转化”的两个易错点

(1)转化的实质是基因重组而非基因突变。肺炎双球菌转化实验是指S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。

(2)并非所有的R型细菌都被转化。由于转化受到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，因此转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是一小部分R型细菌被转化成S型细菌。

考查肺炎双球菌转化实验的拓展

3．(2019·山东德州第一次月考)将加热杀死的S型细菌与R型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠体内S型、R型细菌含量的变化情况如图所示。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．实验过程中，R型细菌内DNA发生了重组

B．曲线ab段，小鼠体内还没形成大量的相应抗体

C．曲线bc段，绝大多数的R型细菌转化成了S型细菌

D．cd段上升的原因可能是S型细菌降低了小鼠的免疫能力

C　[R型细菌转化为S型细菌，是S型细菌的DNA进入R型细菌体内，使R型细菌内DNA发生了重组，A正确；曲线ab段上升的原因是小鼠的体内还没有形成大量的免疫R型细菌的抗体，因而R型细菌能进行大量繁殖，B正确；曲线bc段下降的原因是一部分R型细菌被小鼠的免疫系统消灭，且只有少数R型细菌转化成S型细菌，C错误；从曲线中看出，可能是S型细菌数量逐渐上升，可能是S型细菌降低了小鼠的免疫能力，从而导致cd段R型细菌的数量上升，D正确。]

噬菌体侵染细菌实验

1．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌等

(1)T2噬菌体的结构

(2)T2噬菌体的复制式增殖

2.实验方法：放射性同位素标记法。

3．实验过程和结果

4．实验结果分析

1．噬菌体侵染细菌的实验不如肺炎双球菌转化实验具有说服力。                 (×)

提示：噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌转化实验更具有说服力。

2．赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部位组合为①②。                            (√)

3．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体。  (×)

提示：分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养大肠杆菌，而不是培养噬菌体，再用被标记的大肠杆菌培养噬菌体。

4．噬菌体侵染细菌的实验获得成功的原因之一是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。                            (√)

5．用1个含35S标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌，裂解释放的子代噬菌体中只有2个含35S。                            (×)

提示：子代噬菌体都不含35S。

6．32P、35S标记的噬菌体侵染细菌的实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。                            (×)

提示：不能说明蛋白质不是遗传物质。

噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验的比较

1．在生物实验设计中，实验材料是实验成功的关键。在证明哪类物质是遗传物质的实验中，艾弗里和赫尔希选用细菌或病毒作实验材料的优点是什么？

提示：实验材料的优点是①个体小、结构简单；②繁殖快。

2．结合教材两大经典实验，尝试总结作为遗传物质具备的条件有哪些？

提示：(1)在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己，使得前后代具有一定的连续性。

(2)能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。

(3)具有储存大量遗传信息的潜在能力。

(4)结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。

考查噬菌体侵染细菌实验

1．(2019·云南曲靖一中模拟)如图是用32P标记噬菌体并侵染细菌的过程，有关叙述正确的是(　　)

A．过程①32P标记的是噬菌体外壳的磷脂分子和内部的DNA分子

B．过程②应短时保温，有利于吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离

C．过程③离心的目的是析出噬菌体外壳，使被感染的大肠杆菌沉淀

D．过程④沉淀物的放射性很高，说明噬菌体的DNA是遗传物质

C　[过程①32P标记的是噬菌体内部的DNA分子，A项错误；过程②应短时保温的目的是让噬菌体侵入细菌细胞，B项错误；过程③离心的目的是析出噬菌体颗粒，使被感染的大肠杆菌沉淀 ，C项正确；过程④沉淀物的放射性很高，说明噬菌体的DNA进入了细菌细胞中，在子代噬菌体中检测到放射性，才能说明噬菌体的DNA是遗传物质，D项错误。]

2．(2019·潍坊市一模)下列关于噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是(　　)

A．标记蛋白质和DNA时，可用含35S和32P的合成培养基分别培养噬菌体

B．用32P标记的噬菌体侵染细菌，离心后上清液有放射性可能是保温时间过长所致

C．该实验的结果说明DNA是主要的遗传物质，而蛋白质不是

D．该实验还可说明噬菌体的蛋白质外壳是由细菌的遗传物质控制合成的

B　[标记蛋白质和DNA时，应先用含35S和32P的合成培养基标记细菌，再用含35S和32P标记的细菌侵染噬菌体，A项错误；用32P标记的噬菌体侵染细菌，离心后上清液有放射性可能是保温时间过长，子代噬菌体释放出来造成的，B项正确；该实验的结果说明DNA是遗传物质，不能说明DNA是主要的遗传物质，也不能说明蛋白质不是遗传物质C项错误；噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的遗传物质控制的，D项错误。]

噬菌体侵染细菌实验的拓展考查

3．(2019·佛山模拟)用T2噬菌体侵染大肠杆菌，在感染后2、4、6、8、10 min时向培养基中加入一定量的3H－尿嘧啶，培养适宜时间后，粉碎大肠杆菌分离得到RNA，并分别与热变性后的含T2噬菌体DNA的单链组、含大肠杆菌DNA的单链组混合杂交，检测两组的放射性强度并把结果绘制成曲线，两组杂交后的结果对应的曲线分别是(　　)

A．b、a　　　　　　　　B．c、d

C．d、c   D．a、b

D　[分析题意可知，大肠杆菌感染T2噬菌体后，其内T2噬菌体的DNA上基因表达强烈，且随着感染时间的延长，粉碎大肠杆菌分离得到的RNA中放射性越强；而大肠杆菌的基因表达反而会越来越弱。因此两组杂交后的结果为T2噬菌体组杂交带放射性比例逐渐上升最后达到饱和，对应曲线a；大肠杆菌组杂交带放射性比例呈下降趋势，对应曲线b。]

4．(2017·全国卷Ⅰ)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

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，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)

[解析]　考查实验设计的对照原则、噬菌体侵染细菌实验、同位素标记法。该实验的目的是鉴定一种病毒的遗传物质是DNA还是RNA，要求使用的实验方法是同位素标记法。DNA和RNA的元素组成相同，都含有C、H、O、N、P，因此只标记化学元素是不可行的，而DNA和RNA的不同之处在于含氮碱基不同，因此可在培养基中分别加入含有放射性标记的胸腺嘧啶和含有放射性标记的尿嘧啶，看病毒的增殖是利用了含有放射性标记的胸腺嘧啶来合成DNA，还是利用了含有放射性标记的尿嘧啶来合成RNA。

[答案]　(1)思路：

甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

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。

(2)结果及结论：

若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，则该新病毒为RNA病毒；反之，则为DNA病毒。

烟草花叶病毒感染烟草叶实验及生物的遗传物质

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．探索结论

DNA是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。

1．只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。 (×)

提示：病毒的核酸也是携带遗传信息的物质。

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。                            (√)

3．生物的遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。                (√)

4．细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA。

  (×)

提示：细胞生物的遗传物质是DNA。

5．小麦的遗传物质主要是DNA。  (×)

提示：小麦的遗传物质是DNA。

探索“遗传物质”的思路和方法

(1)探究思路

①若探究哪种物质是遗传物质——设法将该物质分开，单独看作用。

②若探究未知病毒的遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性。

(2)4种方法

归纳不同生物的遗传物质

考查烟草花叶病毒侵染烟草叶实验

1．继发现DNA是生物体的遗传物质之后，科学家们又将目光转向部分不含DNA的RNA病毒，烟草花叶病毒(TMV)就是其中的一种，它能使烟草叶片出现花叶病斑，如图所示为相关的实验过程。下列叙述错误的是(　　)

A．通过本实验能够证明极少数病毒的遗传物质是RNA

B．图中用X溶液处理TMV的目的是将病毒的RNA和蛋白质分离

C．组成RNA的化学元素为C、H、O、N、P

D．该实验能够说明蛋白质不是TMV的遗传物质

A　[本实验只能证明TMV的遗传物质是RNA，A项错误；为探究病毒的遗传物质类型，需进行图示操作，即使用X溶液将病毒的RNA和蛋白质分离，分别研究两者的作用，B项正确；组成RNA的元素包括C、H、O、N、P，C项正确；该实验能够说明蛋白质不是TMV的遗传物质，D项正确。]

2．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(见下表)中，不可能出现的结果是   (　　)

A.实验①　　　　　　　 B．实验②

C．实验③    D．实验④

C　[因为烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以决定病毒类型和病斑类型的是RNA，而不是蛋白质。③中的RNA是b型TMV的，分离出的病毒类型就应该是b型。]

考查生物的遗传物质

3．(2019·郑州模拟)下列有关“DNA是生物的主要遗传物质”的叙述，不正确的是(　　)

A．同时含有DNA和RNA的生物体，其遗传物质主要是DNA，其次是RNA

B．细胞核中的遗传物质是DNA，细胞质中的遗传物质也是DNA

C．具有细胞结构的生物体均以DNA作为遗传物质

D．在生物界中，只有部分病毒的遗传物质是RNA

A　[同时含有DNA和RNA的生物体，其遗传物质是DNA，A错误；细胞生物的遗传物质是DNA，主要存在于细胞核中，少量存在于细胞质的线粒体和叶绿体中，B正确；具有细胞结构的生物体均以DNA作为遗传物质，C正确；DNA是绝大多数生物的遗传物质，RNA是少数病毒的遗传物质，D正确。]

1.细菌转化的实质是基因重组而非基因突变：肺炎双球菌转化实验是指S型细菌的DNA进入R型细菌中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。

2．加热并没有使DNA完全失去活性：加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随着温度的降低又逐渐恢复活性。

3．并非所有的R型细菌都能被转化，只是小部分R型细菌被转化成S型细菌。转化效率与DNA纯度有关，纯度越高，转化效率越高。

4．体内转化实验不能简单地说成S型细菌的DNA可使小鼠致死，而是具有毒性的S型细菌可使小鼠致死。

1.格里菲思实验的结论是加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”。

2．艾弗里实验的结论是DNA才是使R型细菌产生稳定性变化的物质，即DNA是遗传物质，且蛋白质不是遗传物质。

3．在T2噬菌体的化学组成中，仅蛋白质分子中含有S，P几乎都存在于DNA分子中。

4．证明DNA是遗传物质的相关实验的实验思路是设法将DNA与蛋白质等其他物质分离开，单独地、直接地观察它们的生理作用。

5．病毒的遗传物质是DNA或RNA；细胞生物的遗传物质是DNA。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2019·海南高考)下列实验及结果中，能作为直接证据说明“核糖核酸是遗传物质”的是(　　)

A．红花植株与白花植株杂交，F1为红花，F2中红花∶白花＝3∶1

B．病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲

C．加热杀死的S型肺炎双球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌

D．用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白，在子代噬菌体中检测不到放射性

B　[红花植株与白花植株杂交，F1为红花，F2中红花∶白花＝3∶1，属于性状分离现象，不能说明RNA是遗传物质，A错误；病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲，说明病毒甲的RNA是遗传物质，B正确；加热杀死的S型肺炎双球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌，只能说明加热杀死的S型菌中存在转化因子，不能说明RNA是遗传物质，C错误；用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白，在子代噬菌体中检测不到放射性，说明蛋白质未进入大肠杆菌，不能证明RNA是遗传物质，D错误。]

2．(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DNA

B．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

C　[蛋白质和DNA都含有N，所以不能用15N代替32P标记DNA，A错误；噬菌体外壳蛋白是由噬菌体体内控制噬菌体外壳蛋白合成的相关基因编码的，B错误；DNA的复制为半保留复制，噬菌体侵染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌体内的物质来合成噬菌体DNA，C正确；该实验证明了T2噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。]

3．(2018·浙江高考)下列关于“核酸是遗传物质的证据”的实验的叙述，正确的是(　　)

A．噬菌体侵染细菌实验中，用32P标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体多数具有放射性

B．肺炎双球菌活体细菌转化实验中，R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因突变的结果

C．肺炎双球菌离体细菌转化实验中，S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质

D．烟草花叶病毒感染和重建实验中，用TMV A的RNA和TMV B的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后，可检测到A型病毒，说明RNA是TMV A的遗传物质

D　[DNA复制为半保留复制，新链合成过程中的原料由细菌提供，故只有少部分子代噬菌体具有放射性，A错误；肺炎双球菌活体细菌转化实验中，R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因重组的结果，B错误；肺炎双球菌离体细菌转化实验中，S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌，说明DNA是遗传物质，但没有做S型菌的蛋白质能否使R型菌转化为S型菌的实验，不能说明蛋白质不是遗传物质，C错误；烟草花叶病毒感染和重建实验中用TMV A的RNA和TMV B的蛋白质混合后感染烟草，所繁殖的病毒类型为A型，说明RNA是TMV A的遗传物质，D正确。]

4．(2017·全国卷Ⅱ)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(　　)

A．T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖

B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质

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．人类免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同

C　[T2噬菌体只能寄生在大肠杆菌中，并在其细胞中复制和增殖，A错误；T2噬菌体只有在宿主细胞内才能合成mRNA和蛋白质，B错误；培养基中的32P经宿主摄取后进入宿主细胞内部，在宿主细胞内，T2噬菌体以自身DNA为模板，以宿主细胞内的物质(含32P的脱氧核苷酸等)为原料合成子代噬菌体，因此培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人类免疫缺陷病毒所含的核酸是RNA，T2噬菌体所含的核酸是DNA，故两者的核酸类型不同，增殖过程不完全相同，D错误。]