2022版高考生物一轮复习第6单元基因的本质和表达第16课DNA是主要的遗传物质学案新人教版

这是一份2022版高考生物一轮复习第6单元基因的本质和表达第16课DNA是主要的遗传物质学案新人教版，共12页。学案主要包含了肺炎链球菌的转化实验，噬菌体侵染细菌的实验等内容，欢迎下载使用。

一、肺炎链球菌的转化实验
1．对遗传物质的早期推测
(1)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。
(2)20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．两种肺炎链球菌的比较
3.格里菲思的体内转化实验
(1)实验a、b对比说明R型细菌无致病性，S型细菌有致病性。
(2)实验b、c对比说明加热致死的S型细菌无致病性。
(3)实验b、c、d对比说明R型细菌转化为S型细菌。
(4)综合以上实验得出的结论是S型细菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌。
4．艾弗里的体外转化实验
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．实验方法：放射性同位素标记技术，即用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。
2．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)T2噬菌体的结构
(2)T2噬菌体的生活方式：寄生在大肠杆菌中。
3．实验过程
(1)标记噬菌体
(2)侵染细菌
4．实验结果分析
5.结论：DNA是遗传物质。
三、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，而蛋白质不是。
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．格里菲思和艾弗里等利用肺炎链球菌分别进行体内和体外转化实验
(1)格里菲思的肺炎链球菌转化实验直接证明了DNA是“转化因子”。(×)
(2)从格里菲思的第四组实验中死亡小鼠体内分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而来的。(×)
(3)S型细菌与R型细菌致病性差异的根本原因是发生了细胞分化。(×)
(4)加热致死的S型细菌与R型细菌的DNA混合注射后能使实验小鼠死亡。(×)
(5)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。(×)
(6)艾弗里的体外转化实验是通过观察菌落的形态来判断是否发生转化。(√)
2．赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术进行噬菌体侵染细菌的实验
(1)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等。(×)
(2)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。(×)
(3)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。(×)
(4)噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA是遗传物质。(√)
3．DNA是主要的遗传物质
(1)只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。(×)
(2)细胞生物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。(×)
(3)细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA。(×)
肺炎链球菌转化实验
关于肺炎链球菌的转化实验，有些同学仍然存在疑问，请你帮助解决：
(1)在体内转化实验中，如果没有第三组实验，能否得出格里菲思的结论？为什么？
答案：不能。因为无对照实验，不能说明加热致死的S型细菌中含有促使R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。
(2)完成体内转化实验，应该注意哪些无关变量对实验的影响？
答案：四组实验应选用年龄、体重相同且健康的小鼠；所用R型活菌液、S型活菌液的浓度及注射量应该相同。
(3)体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
答案：实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
(4)请在格里菲思实验的基础上利用R型活细菌、加热致死的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。
答案：实验思路：①将加热致死的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，再分别注射甲、乙两组小鼠，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S型活细菌，则证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
1．肺炎链球菌两个转化实验的比较
2.对S型细菌和R型细菌转化的理解
(1)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)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，快速繁殖形成大量的S型细菌。
考向1| 肺炎链球菌体内转化实验
1．(2020·山东德州模拟)将加热致死的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 解析：R型细菌转化为S型细菌，是S型细菌的DNA进入R型细菌内，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。
考向2| 肺炎链球菌体外转化实验
2．(2021·重庆模拟)为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，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DNA
D．该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
C 解析：甲组中培养一段时间后可发现有极少的R型细菌转化成S型细菌，因此甲组培养皿中不仅有S型菌落也有R型菌落，A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，应当推测蛋白质不是转化物质，B错误；丙组培养皿中加入了DNA酶，DNA被水解后R型细菌便不发生转化，故可推测是DNA参与了R型细菌的转化，C正确；该实验只能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，不能证明DNA是其主要的遗传物质，D错误。
(1)S型细菌和R型细菌的区别在生命特征上的具体表现是S型细菌有致病性，能使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡；而R型细菌无致病性，不会使人和小鼠患病。并且S型细菌的菌落表面光滑，而R型细菌的菌落表面粗糙。
(2)遗传物质在亲子代之间应具有的特点是稳定性和连续性。
考向3| 肺炎链球菌转化过程及机理的拓展分析
3．(2020·山东济南模拟)肺炎链球菌转化实验中，S型细菌的部分DNA片段进入R型细菌内，并整合到R型细菌的DNA分子上，使这种R型细菌转化为能合成有荚膜多糖的S型细菌。下列叙述中正确的是( )
A．R型细菌转化为S型细菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例会改变
B．整合到R型细菌内的DNA分子片段，表达产物都是荚膜多糖
C．进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点
D．S型细菌转录的mRNA上，可由多个核糖体共同合成一条肽链
C 解析：R型细菌和S型细菌的DNA都是双链结构，碱基的配对遵循碱基互补配对原则，因此R型细菌转化为S型细菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例不会改变，依然是50%，A错误；整合到R型细菌内的DNA分子片段可能含有多个基因，表达产物不都是荚膜多糖，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，即一个DNA分子中有多个基因，每个基因都具有RNA聚合酶的结合位点，因此进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点，C正确；S型细菌转录的mRNA上，可由多个核糖体同时合成多条相同的肽链，而不是一条，D错误。
噬菌体侵染细菌实验的分析
噬菌斑(下图1中的白色区域)是在长满大肠杆菌(黑色)的培养基上，由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的一个不长细菌的透明小圆区，它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现有噬菌体在感染大肠杆菌后形成噬菌斑数量的变化曲线如图2。
(1)曲线a～b段，噬菌斑数量为什么没有变化？
答案：细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成，还没有裂解释放噬菌体。
(2)限制b～d段噬菌斑数量快速增加的原因是什么？
答案：绝大部分细菌已经被裂解。
(3)有同学认为在曲线b～c段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代，你认为这种说法是否正确？
答案：不正确。曲线b～c段所对应的时间内噬菌斑数从100个增加到1 000个，只能说明噬菌体数量的增加，不能说明其繁殖了几代。
1．关注噬菌体侵染细菌实验的2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，会造成沉淀物中出现放射性。
2．噬菌体侵染细菌的实验中应注意的3个关键点
(1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。
(2)该实验中，在沉淀物中放射性较高时，在上清液中放射性并不是0；在上清液中放射性较高时，在沉淀物中放射性也不是0。
(3)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
3．噬菌体侵染细菌实验和肺炎链球菌体外转化实验的比较
考向1| 噬菌体侵染细菌实验的分析
1．下面是噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图，有关叙述正确的是( )
A．被标记的噬菌体是直接接种在含有35S的培养基中获得的
B．培养时间过长会影响上清液中放射性物质的含量
C．培养时间过短会影响上清液中放射性物质的含量
D．搅拌不充分会影响上清液中放射性物质的含量
D 解析：病毒必须寄生在活细胞中，不能用培养基直接培养，A错误；培养时间的长短会影响32P标记的实验结果，不影响35S标记的实验结果，因此B、C错误；搅拌不充分会使噬菌体的蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，使沉淀物中有少量放射性，D正确。
考向2| 噬菌体侵染细菌实验的拓展分析
2．(2020·山东淄博模拟)朊病毒是一种不含核酸的病原微生物，其本质是具有感染性的蛋白质。有人用同位素标记法做了下图所示实验(组成牛脑组织细胞的元素无放射性)，验证了朊病毒的“侵染因子”是蛋白质。在实验得到的上清液和沉淀物中，放射性最强的是( )
A．上清液a B．沉淀物b C．上清液c D．沉淀物d
D 解析：由于朊病毒不含核酸只含蛋白质，蛋白质中P含量极低，故上清液a和沉淀物b中几乎不能检测到放射性32P；朊病毒的蛋白质中含有S元素，如果添加35S标记的(NH4)eq \\al(35,2)SO4，连续培养一段时间后，朊病毒的蛋白质中含有35S，大部分35S标记的朊病毒进入牛脑组织细胞中，只有少量可能没侵入牛脑组织细胞，故离心后放射性主要位于沉淀物d中，少量位于上清液c中，故选D。
【方法规律】“二看法”判断子代噬菌体标记情况
命题生长点1 实验材料、实验方法、实验技术的拓展运用
(多选)科学家利用基因型为hr(噬菌斑透明且大)和h＋r＋(噬菌斑混浊且小)的两种T2噬菌体同时侵染未被标记的大肠杆菌，大肠杆菌裂解后分离得到了hr、hr＋、h＋r和h＋r＋4种子代噬菌体，以下叙述正确的是(AC)
A．可以用32P对噬菌体的DNA进行标记
B．T2噬菌体复制的模板、原料和酶均来自大肠杆菌
C．两种噬菌体的DNA在大肠杆菌内可能发生了基因重组
D．大肠杆菌裂解后，hr、hr＋、h＋r和h＋r＋的比例为1∶1∶1∶1
解析：DNA分子中含有P元素，可以用32P对噬菌体的DNA进行标记，A正确；T2噬菌体复制的模板来自亲代噬菌体，原料和酶均来自大肠杆菌，B错误；hr和h＋r＋的两种T2噬菌体可得到hr、hr＋、h＋r和h＋r＋4种子代噬菌体，说明两种噬菌体的DNA在大肠杆菌内可能发生了基因重组，C正确；hr和h＋r＋的两种T2噬菌体同时侵染未被标记的大肠杆菌，大肠杆菌裂解后分离得到的hr、hr＋、h＋r和h＋r＋4种子代噬菌体，由于不属于有性生殖，并且两种噬菌体的数量未知，交换的比例未知等，其比例不一定为1∶1∶1∶1，D错误。
命题生长点2 生物遗传物质的探究实验分析
某研究小组在南极冰层中发现一种全新的病毒，为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验。回答下列问题：
(1)材料用具：该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及等渗生理盐水、注射器等。
(2)实验步骤
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将下表补充完整，并将配制溶液分别注射入小白鼠体内。
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。
(3)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；
②B、C组发病，A、D组未发病，说明RNA是该病毒的遗传物质。
(4)从注射的物质看，该探究实验所依据的生物学原理是酶具有专一性；从实验现象预测和相关判断看，该实验依据的生物学原理是核酸控制生物的性状。
(5)若该病毒的遗物物质为DNA，则其彻底水解产物有6种。
解析：(2)因为探究的是遗传物质是DNA还是RNA，相应的酶能水解特定核酸，故应在B组中加入核酸提取物和DNA酶，而D组做空白对照，应加入等量的生理盐水。(3)如果A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质，因为DNA酶将DNA水解。如果B、C组发病，A、D组未发病，说明RNA是该病毒的遗传物质，因为RNA酶将RNA水解。(4)酶具有专一性，遗传物质控制生物的性状。(5)若该病毒的遗传物质为DNA，则其彻底水解产物有脱氧核糖、磷酸和4种含氮碱基，共6种。
实验分析
遗传物质探究实验的思路和方法
(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)探究方法
①减法原理：艾弗里的体外转化实验。
②分离提纯法：可将物质分离提纯，单独观察其作用，缺点是物质纯度不能保证100%。
③同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。
④病毒重组法：烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。
⑤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。
课程标准要求
学业质量水平
3.1.1 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.认识DNA分子作为遗传物质应具备的特征，形成结构决定功能的观念。(生命观念)
2.总结肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程，学习科学探究方法。(科学探究)
3.分析人类对遗传物质探究的实验设计思路，培养探究意识。(科学思维)
类型
图示
菌落表面形态
有无荚膜
有无致病性
S型细菌
光滑
有
有
R型细菌
粗糙
无
无
分组
结果
结果分析
对比实验(相互对照)
被32P标记的噬菌体＋细菌
32P主要分布在沉淀物中
32P－DNA进入了宿主细胞内
被35S标记的噬菌体＋细菌
35S主要分布在上清液中
35S－蛋白质外壳未进入宿主细胞，留在外面
比较项目
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
实验原理
S型细菌可以使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症，R型细菌不能够引发上述症状，是无致病性的
S型细菌中有某种物质能使R型细菌转化为 S型细菌
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
从混合物中有选择地除去某种物质，通过转化活性，确定这种物质是否起作用
结果观察
小鼠是否死亡
培养基中菌落类型
实验结论
S型细菌体内有转化因子
S型细菌的DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
联系
①所用的材料相同，都是R型细菌与S型细菌；
②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是体内转化实验的延伸；
③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
比较项目
噬菌体侵染细菌实验
肺炎链球菌体外转化实验
处理方法
放射性同位素标记技术：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素
分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶和DNA酶处理S型细菌的细胞提取物
检测结果
的方式
检测放射性位置
观察菌落类型
结论
DNA是遗传物质
DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
学习探索情境
人类揭示遗传物质本质的过程历经近30年，从格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验，到艾弗里及其同事的肺炎链球菌体外转化实验，再到赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验；从肺炎链球菌到噬菌体；从微生物培养技术到同位素标记技术，充分表明科学知识是科学家基于证据，运用科学方法，经过巧妙的实验设计，经严密的逻辑推理获得的。
组别
A
B
C
D
注射
溶液
该病毒核酸提取物和RNA酶
该病毒核酸提取物和DNA酶
该病毒核酸提取物
生理盐水
实验
材料
以细菌、病毒作为研究模型，具有材料简单、生长周期短、操作方便等优点
实验
方法
(1)肺炎链球菌体内转化实验体系；
(2)肺炎链球菌的体外转化实验体系：该体系简化了实验过程，为鉴定转化因子打下基础
实验
技术
(1)微生物培养技术；
(2)同位素标记技术