2023届高考生物二轮复习DNA是主要的遗传物质学案含答案

专题四　基因的本质与表达

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长句突破

1．在噬菌体侵染细菌实验中，搅拌和离心的目的分别是什么？

提示：搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌脱离，离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。

2．在证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA的实验中，能否利用噬菌体侵染细菌实验的操作过程？请说明理由。

提示：不能。因为烟草花叶病毒侵染烟草细胞时，RNA和蛋白质没有分开，是完整的病毒侵入宿主细胞。因此，本实验只能通过人工分离提纯技术分离RNA和蛋白质，然后再单独导入宿主细胞，单独观察它们的作用。

3．DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。当两种生物的DNA分子的单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链(如图)。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近。请分析原因。

提示：形成杂合双链区的部位越多，DNA碱基序列的一致性越高，说明在生物进化的过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近。

4．在核糖体上翻译出来的胰岛素是否具有降低血糖的生理作用？请分析原因。

提示：否。在核糖体上翻译出来的只是多肽链，还需要被进一步加工，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质，才能承担细胞的生命活动。

5．真核细胞的线粒体和叶绿体内能否进行基因的表达？它们控制的性状遗传具有什么特点？

提示：能。由于受精卵中的细胞质几乎全部来自于母方，线粒体和叶绿体控制的性状只能通过母方遗传给后代。

6．在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都通过磷酸和脱氧核糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′端(3′羟基)，另一端是5′端(5′磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？

提示：DNA复制时，一条模板链是3′→5′走向，其互补链在5′→3′方向上连续合成，并称为前导链；另一条模板链是5′→3′走向，其互补链也是沿5′→3′方向合成，但是与前导链的合成方向正好相反，随着复制的进行会形成许多不连续的片段，最后不连续片段连成一条完整的DNA单链，称为后随链。如图所示：

7．据图分析DNA转录和翻译过程

(1)图中翻译方向如何？判断依据是什么？

提示：方向为从左向右；判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

(2)图示信息显示一条mRNA可结合多个核糖体，有什么意义？

提示：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。

(3)一个基因的两条链都可以作为转录的模板吗？一个DNA分子上的所有基因的模板链都相同吗？

提示：转录时只能以基因的一条链为模板；不同的基因模板链不一定相同。

8．某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色：黄色、黑色、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：XO(黄色)和XB(黑色)，雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型。请提出可能的解释。

提示：对于基因型为XBXO的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活，XB就不能表达，而另一条X染色体上的XO表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活，则XO不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此，基因型为XBXO的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。

第一讲　DNA是主要的遗传物质

核心考点一　探索遗传物质过程中的经典实验

1．肺炎链球菌两个转化实验的比较

2．S型细菌和R型细菌转化的实质

(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。

3．噬菌体的培养与增殖过程

(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。

(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。

4．噬菌体侵染细菌实验的“3次涉及”与“2个关键环节”的归纳

(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。

考题解密

1．(2022·浙江6月)下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是( C )

A．需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌

B．搅拌是为了使大肠杆菌内的噬菌体释放出来

C．离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌

D．该实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA

【解析】　实验过程中需单独用32P标记噬菌体的DNA和35S标记噬菌体的蛋白质，A错误；实验过程中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体外壳与细菌分离，B错误；大肠杆菌的质量大于噬菌体，离心的目的是为了沉淀培养液中的大肠杆菌，C正确；该实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。

变式突破

变式一　考查肺炎链球菌转化实验的基本思路

1．(2022·贵阳模拟)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( D )

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．e组可分离出R型肺炎链球菌

D．能导致小鼠死亡的是a、b、c、d四组

【解析】　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型两种肺炎链球菌，B正确；e组加入了S型菌的蛋白质，只能分离出R型肺炎链球菌，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。

1．(不定项)(2022·宜宾市叙州区二中模拟)转化是细胞从周围介质中吸收来自另一基因组成细胞的DNA，而使其自身基因组成和性状发生变化的现象。下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述，正确的是( BCD )

A．格里菲斯的实验证明了S型细菌和R型细菌的DNA均可使对方转化

B．艾弗里的实验证明了S型细菌的DNA能使R型细菌的基因组成发生改变并使其具有荚膜

C．给小鼠注入R型细菌与加热杀死的S型细菌的混合物后，R型细菌会被转化并导致小鼠死亡

D．在R型细菌的培养基中只加S型细菌的DNA比加入等量DNA和蛋白质混合物的转化效率要高

【解析】　格里菲斯的实验仅证明了S型细菌内存在促成转化的转化因子，艾弗里的实验证明了S型细菌的DNA可将R型细菌转化，但没有证明R型细菌的DNA可使S型细菌转化，A错误；艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了S型细菌的DNA能使R型细菌的基因组成发生改变并使其具有荚膜，B正确；给小鼠注入R型细菌与加热杀死的S型细菌的混合物后，R型细菌被转化为S型细菌并导致小鼠死亡，C正确；DNA纯度越高，转化效率越高，D正确。

变式二　考查噬菌体侵染细菌实验的基本过程

2．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 )

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】　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。

2．(不定项)(2022·抚顺一中模拟)PhaB法是一种间接检测标本中结核分枝杆菌(MTB)的方法，其基本原理如图所示。噬菌体能感染和裂解活的结核分枝杆菌，将DNA注入MTB菌体内，进入宿主菌体内的噬菌体可免受杀病毒剂的灭活，在MTB菌体内进行增殖，最后裂解MTB释放出的子代噬菌体又可感染一种作为指示细胞的快生长分枝杆菌，在24 h内形成清晰的噬菌斑。下列说法正确的是( ABC )

A．PhaB法检测MTB仅能检测样本中的活菌数

B．噬菌斑的数量越多，样本中的活菌数也就越多

C．结核杆菌能为噬菌体的增殖提供能量和原料

D．若杀病毒剂的量不足，则会导致检测结果偏小

【解析】　由于噬菌体只会侵染活菌，因此该实验检测的是样品中活菌数，A正确；该实验中噬菌斑越多，说明侵染的噬菌体越多，即被噬菌体侵染的活菌数越多，B正确；噬菌体营寄生生活，细菌能为噬菌体的增殖提供能量和原料，C正确；若杀病毒剂的量不足，则会导致未侵染的噬菌体侵染作为指示剂的快生长分枝杆菌，从而使噬菌数量增多，导致结果偏大，D错误。

变式三　理解烟草花叶病毒侵染烟草实验

3．(2022·平顶山市模拟)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( C )

A．烟草细胞的遗传物质是RNA

B．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】　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。

核心考点二　探索遗传物质过程中的思路

1．探索遗传物质过程中常用的方法

(1)分离提纯法：艾弗里及其同事做的肺炎链球菌的体外转化实验，缺点是DNA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DNA和蛋白质的特有元素；将病毒的化学物质分开，单独、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：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。

(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。

2．图解遗传物质探究历程中两个经典实验

考题解密

2．(2020·山东等级考)野生型大肠杆菌可以在基本培养基上生长，发生基因突变产生的氨基酸依赖型菌株需要在基本培养基上补充相应氨基酸才能生长。将甲硫氨酸依赖型菌株M和苏氨酸依赖型菌株N单独接种在基本培养基上时，均不会产生菌落。某同学实验过程中发现，将M、N菌株混合培养一段时间，充分稀释后再涂布到基本培养基上，培养后出现许多由单个细菌形成的菌落，将这些菌落分别接种到基本培养基上，培养后均有菌落出现。该同学对这些菌落出现原因的分析，不合理的是( B )

A．操作过程中出现杂菌污染

B．M、N菌株互为对方提供所缺失的氨基酸

C．混合培养过程中，菌株获得了对方的遗传物质

D．混合培养过程中，菌株中已突变的基因再次发生突变

【解析】　若操作过程中出现杂菌污染，则基本培养基上会有杂菌生长，从而出现菌落，A正确；若M、N菌株互为对方提供所缺失的氨基酸，则M、N菌株混合培养一段时间，充分稀释后再涂布到基本培养基上，培养后不会再有菌落出现，B错误；若混合培养过程中，菌株获得了对方的遗传物质或菌株中已突变的基因再次发生突变，都会造成遗传物质改变，则混合培养一段时间，充分稀释涂布到基本培养基上培养后会有菌落出现，将这些菌落再分别接种到基本培养基上培养后，也会有菌落出现，C、D正确。

变式突破

变式一　多角度探索DNA是遗传物质的实验

4．一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 )

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】　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胸腺嘧啶和尿嘧啶；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。

4．(不定项)(2022·日照模拟)1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，证明了DNA是遗传物质，他们所做的两组实验结果如表所示。下列说法错误的是( BC )

A．上述实验方法与艾弗里的不同，但二者最关键的设计思路相同

B．甲、乙两组相互对照可以得出DNA是大多数生物遗传物质的结论

C．乙组上清液中含有15%的放射性，可能是搅拌不充分所致

D．将甲组沉淀物中的噬菌体进一步培养，得到的子代噬菌体都不含放射性

【解析】　赫尔希和蔡斯实验所用的实验方法是同位素标记技术，艾弗里及其同事所用的实验方法有细菌体外培养等，二者实验方法不同，但二者最关键的设计思路都是设法将蛋白质和DNA分开，单独地去观察它们各自的作用，A正确；甲、乙两组相互对照只能证明DNA是T2噬菌体的遗传物质，不能得出DNA是大多数生物的遗传物质的结论，B错误；乙组用32P标记的是噬菌体的DNA，上清液中含有15%的放射性，可能是有一些噬菌体还未来得及将其DNA注入大肠杆菌，经过搅拌离心后，到了上清液中，而甲组35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，沉淀物中含有25%的放射性，可能是搅拌不充分所致，C错误；甲组35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时，只有DNA注入大肠杆菌，蛋白质外壳留在外面，所以将甲组沉淀物中的噬菌体进一步培养，得到的子代噬菌体都不含有放射性，D正确。

变式二　以探索遗传物质实验为素材设计实验

5．(2022·厦门模拟)最近某科研小组在某动物体内发现一种新型病毒，为了确定该病毒的分类，科研工作者们进行了如下讨论，正确的是( C )

A．甲的方法是检测病毒增殖时产生酶的种类，若有DNA聚合酶，则为DNA病毒

B．乙的方法是检测病毒核酸中嘌呤碱基和嘧啶碱基的数量，若嘌呤碱基数≠嘧啶碱基数，则一定为RNA病毒

C．丙的方法是用含放射性尿苷的宿主细胞培养，若子代病毒有放射性，则为RNA病毒

D．丁的方法是分析该病毒的变异频率，若病毒的变异频率较低，则该病毒为DNA病毒

【解析】　对于逆转录病毒，在其增殖的过程中，先进行逆转录，形成DNA，再进行DNA复制、转录和翻译过程，因此，若增殖过程中产生了DNA聚合酶，只能说明该病毒在增殖过程中进行了DNA复制，并不能判定其遗传物质为DNA，A错误；病毒的遗传物质是DNA或RNA，而DNA通常为双链，RNA通常为单链，但在少数病毒体内也发现了单链DNA和双链RNA，根据嘌呤碱基数≠嘧啶碱基数，不能判定该病毒的遗传物质为RNA，B错误；尿苷中的尿嘧啶是RNA特有的，若子代病毒具有放射性，说明该病毒一定为RNA病毒，C正确；双链DNA或RNA的变异频率低于单链DNA或RNA的变异频率，因此，变异频率只能作为判定核酸是双链或单链的证据之一，不足以确定核酸的类型，D错误。