学年高中生物必修二教材用书第3章 基因的.docx

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学年高中生物必修二教材用书第3章基因的

第1节

DNA是主要的遗传物质

1.S型肺炎双球菌有荚膜，有毒；R型肺炎双球菌无荚膜，无毒。

2．在肺炎双球菌转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型细菌转化为S型细菌，即转化因子是DNA。

3．T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S存在于蛋白质中，P几乎全部存在于DNA中。

4．肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。

5．烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

6．由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此说DNA是主要的遗传物质。

肺炎双球菌的转化实验

[自读教材·夯基础]

1．对遗传物质的早期推测

2．肺炎双球菌的转化实验

（1）肺炎双球菌：

　种类

项目　　

S型细菌

R型细菌

菌落

表面光滑

表面粗糙

菌体

有无毒性

有

无

（2）体内转化实验——格里菲思的实验：

①实验过程及现象：

②结论：

加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子，将R型活细菌转化为S型活细菌。

（3）体外转化实验——艾弗里的转化实验：

①实验结果及现象：

②结论：

DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

1．格里菲思的肺炎双球菌转化实验中，R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中是否只分离出S型活细菌？

提示：

不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量多。

2．请分析格里菲思的肺炎双球菌转化实验和艾弗里转化实验的关系。

提示：

肺炎双球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但转化因子是哪种物质并没有证明。

艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。

[跟随名师·解疑难]

1．肺炎双球菌体内与体外转化实验的比较

体内转化实验

体外转化实验

实验者

格里菲思

艾弗里及其同事

培养细菌

在小鼠体内

体外培养基

实验原则

R型细菌与S型细菌的毒性对照

S型细菌各成分的作用进行对照

实验结果

加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌

S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌

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

巧妙构思

用加热杀死的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

将物质提纯分离后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用

联系

①所用材料相同

②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸

③两实验都遵循对照原则、单一变量原则

2．肺炎双球菌转化实验中的相互对照

相互对照时每组均既是实验组又是对照组，每个实验组除要探究的因素各不相同外，其他条件均相同，最终结论必须由几组实验结果对比得出。

[特别提醒]　肺炎双球菌转化的实质和影响因素

①在加热杀死的S型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为DNA也变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。

②转化的实质并不是基因发生突变，而是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在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。

原因是转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。

噬菌体侵染细菌的实验

[自读教材·夯基础]

1．T2噬菌体的结构与代谢

（1）

2．实验过程

3．实验结果及结论

亲代噬菌体

寄主细胞内

子代噬菌体

实验结论

32P标记DNA

有

有

DNA

是遗传物质

35S标记蛋白质

无

无

1．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，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体，而不能直接用培养基培养噬菌体。

2．能否用14C和18O标记噬菌体？

能否用32P和35S同时标记噬菌体？

提示：

不能，因为DNA和蛋白质都含C和O。

不能用32P和35S同时标记噬菌体。

3．用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上讲，含35S标记的蛋白质均不能进入大肠杆菌内，离心后全存在于上清液；实际上，沉淀物中也有少量放射性。

请分析原因。

提示：

由于搅拌不充分，有少量35S标记的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。

[跟随名师·解疑难]

1．噬菌体侵染细菌的过程

（1）噬菌体注入细菌的物质是DNA，它是病毒蛋白质合成的模板。

（2）在合成蛋白质时所用的氨基酸等原料均来自于细菌，包括病毒的DNA复制时所需的原料也来自细菌。

2.实验结果中放射性物质分析

标记方法

用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌

用含35S的噬菌体侵染大肠杆菌

理论

分析

结果

上清液中放射性为零

沉淀物中放射性为零

分析

含32P标记的DNA全部注入大肠杆菌内

含35S标记的蛋白质不能进入大肠杆菌

实际

分析

结果

上清液有少量放射性

沉淀物有少量放射性

原因

分析

①保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌内

②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代噬菌体

由于搅拌不充分，有少量含35S标记的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面

　　3.噬菌体侵染细菌实验的结论

（1）直接证明：

DNA是噬菌体的遗传物质。

（2）间接证明：

①DNA能自我复制；②DNA能控制蛋白质的合成；③DNA在前后代之间保持连续性。

DNA是主要的遗传物质

[自读教材·夯基础]

1．RNA是遗传物质的实验证据

（1）

（2）侵染实验：

（3）结论：

烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

2．DNA是主要的遗传物质[判断]

（1）肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验可证明DNA是主要的遗传物质。

（×）

（2）绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。

（√）

（3）生物的遗传物质是DNA或RNA。

（√）

1．病毒的遗传物质是否都是RNA？

细胞质中的遗传物质是什么？

提示：

不一定，如噬菌体的遗传物质是DNA。

细胞质中的遗传物质是DNA。

2．如何确定某种病毒的遗传物质是DNA还是RNA?

提示：

[跟随名师·解疑难]

1．不同生物的遗传物质

生物

类型

细胞生物

非细胞生物

真核生物

原核生物

多数病毒

少数病毒

核酸

种类

DNA和

RNA

DNA和

RNA

DNA

RNA

遗传

物质

DNA

DNA

DNA

RNA

结果

绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA

结论

DNA是主要的遗传物质

　　2.对DNA是主要的遗传物质的理解

就整个生物界而言，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。

就某种生物而言，其遗传物质是DNA或RNA。

肺炎双球菌转化实验分析

　　[例1]　艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。

从表中信息可知（　　）

实验组号

接种菌型

加入S型菌物质

培养皿长菌情况

①

R

蛋白质

R型

②

R

荚膜多糖

R型

③

R

DNA

R型、S型

④

R

DNA（经DNA酶处理）

R型

　　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

[思路点拨]

[解析]　由①②③组相比较可知DNA是S型细菌的转化因子，再通过④组可进一步证明DNA是S型细菌的转化因子，蛋白质、多糖以及DNA水解产物都不是S型细菌的转化因子，A错误、C正确；从表中不能得出B项的结论；表中信息不能说明DNA是S型细菌的主要遗传物质，D错误。

[答案]　C

1．格里菲思在小鼠身上进行了著名的肺炎双球菌转化实验，关于此实验的结论错误的是（　　）

A．说明了R型活细菌是无毒性的

B．说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型活细菌

C．说明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA

D．说明了加热杀死的S型细菌是无毒性的

解析：

选C　格里菲思的实验证明并推论已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的“转化因子”，并没有证明遗传物质就是DNA；艾弗里的实验证明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA。

噬菌体侵染细菌实验

[例2]　科学家用含有15N的培养基培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌培养T2噬菌体，待大肠杆菌解体后，15N（　　）

A．不出现在T2噬菌体中

B．仅出现在T2噬菌体的DNA中

C．出现在T2噬菌体的外壳和DNA中

D．仅出现在T2噬菌体的外壳中

[思路点拨]

[解析]　DNA和蛋白质中都含有N元素。

噬菌体侵染被15N标记的大肠杆菌，合成自身DNA和蛋白质的原料都来源于大肠杆菌，因此子代噬菌体的DNA和蛋白质都含有15N。

[答案]　C

规律方法

解答此类问题的方法

（1）

（2）确定标记元素：

2．某科学家做“噬菌体侵染细菌”实验时，分别用同位素标记，如表所示：

噬菌体成分

细菌成分

核苷酸

32P

31P

氨基酸

32S

35S

此实验所得的结果是，子代噬菌体和亲代噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同，而子代噬菌体的DNA分子与蛋白质分子应含有的标记元素是（　　）

A．31P、32P,32S　　　　　B．31P、32P,35S

C．31P、32P,32S、35SD．32P,32S、35S

解析：

选B　观察题中表格，发现不仅噬菌体内的物质被标记，细菌成分也被标记。

噬菌体只把DNA注入细菌内，其蛋白质外壳没有进入细菌内而留在细菌外，在细菌内以DNA为模板，以细菌中的化学成分为原料，合成子代的DNA和蛋白质外壳。

由此可以判断，子代噬菌体的DNA分子含有的标记元素是31P、32P，蛋白质分子含有的标记元素是35S。

1．探究某生物的遗传物质是DNA还是RNA。

2．同位素标记法在实验中的应用。

典例剖析

自从世界上发现了能感染人类的高致病性禽流感病毒（简称禽流感病毒）后，我国就参与了抗击禽流感的国际性合作，并已经研制出预防禽流感的疫苗。

根据所学知识回答下列问题：

（1）实验室中要获得大量禽流感病毒，不是将病毒直接接种到无细胞的培养基上，而是以活鸡胚为培养基，其原因是_________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）利用特定的颜色反应来鉴定禽流感病毒的化学组分，原理是：

①RNA在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色；

②__________________________________________________________；

③DNA与二苯胺试剂共热显蓝色。

（3）实验分析出禽流感病毒的物质组成为蛋白质和RNA，不含DNA，则证明禽流感病毒的遗传物质的最关键的实验设计思路是________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）请你预测用禽流感病毒的蛋白质和RNA分别感染活鸡胚存在的几种可能性：

①蛋白质与RNA都有遗传效应，说明：

蛋白质和RNA都是遗传物质。

②____________________________________________________________，

说明：

____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③______________________________________________________________，

说明：

______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

④____________________________________________________________，

说明：

________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　本题是教材经典实验的延伸，着重考查化学成分的鉴定原理、证明遗传物质的关键设计思路以及探究性实验的结果预测和结论分析。

（1）病毒营寄生生活，只有在活细胞内才能生存。

（2）DNA可用二苯胺试剂鉴定，蛋白质可用双缩脲试剂鉴定，分别显现不同的颜色。

（3）证明某生物的遗传物质的关键思路是设法把该生物的各种成分分离开来，单独地、直接地观察每种成分的作用。

（4）进行探究性实验的结果预测与结论分析时要考虑各种可能的情况。

[答案]　

（1）病毒的繁殖只能在宿主的活细胞中进行　

（2）②蛋白质与双缩脲试剂作用显紫色

（3）设法将禽流感病毒的蛋白质和RNA分开，单独地、直接地去观察它们各自的作用　（4）②RNA有遗传效应，而蛋白质没有遗传效应　RNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质　③RNA没有遗传效应，而蛋白质有遗传效应　RNA不是遗传物质，而蛋白质是遗传物质　④RNA和蛋白质都没有遗传效应　RNA和蛋白质都不是遗传物质

[随堂基础巩固]

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．不同生物的蛋白质在结构上存在差异

B．蛋白质与生物的性状密切相关

C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制

D．蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量的遗传信息

解析：

选C　不同的生物遗传物质不同，而不同生物体内的蛋白质结构也不同，蛋白质是生物性状的直接体现者，故推测遗传物质可能是蛋白质；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；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贮存大量的遗传信息。

2．下列叙述正确的是（　　）

A．含有RNA的生物，其遗传物质一定是RNA

B．只含有DNA的生物，其遗传物质不一定是DNA

C．既含有DNA又含有RNA的生物，其遗传物质是DNA和RNA

D．既含有DNA又含有RNA的生物，其遗传物质是DNA，不是RNA

解析：

选D　含有DNA的生物，DNA是遗传物质；不含有DNA，只含有RNA的生物，RNA是遗传物质。

3．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质。

该实验包括4个步骤：

①培养噬菌体，②用35S和32P分别标记噬菌体，③放射性检测，④离心分离。

实验步骤的先后顺序为（　　）

A．①②④③B．④②①③

C．②①④③D．②①③④

解析：

选C　噬菌体侵染细菌实验的步骤为：

首先用35S和32P分别标记噬菌体，然后利用大肠杆菌培养被标记的噬菌体，离心分离之后，检测放射性。

4．下列关于探索DNA是遗传物质实验的相关叙述，正确的是（　　）

A．格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果

B．格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质

C．赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的

D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质

解析：

选D　格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因重组的结果；格里菲思实验只能说明加热杀死的S型细菌中存在某种“转化因子”，而不能说明该“转化因子”是DNA；噬菌体是病毒，在宿主细胞内才能完成DNA复制等生命活动，不能用32P直接标记噬菌体，而应先用32P标记噬菌体的宿主细胞，再用被标记的宿主细胞培养噬菌体；赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质。

5．赫尔希和蔡斯为了证明噬菌体侵染细菌时，进入细菌的是噬菌体DNA，而不是它的蛋白质外壳，用两种不同的放射性同位素分别标记噬菌体的蛋白质外壳和噬菌体的DNA。

然后再让这两种不同标记的噬菌体分别去侵染未被标记的细菌，从而对此作出实验论证。

据分析，噬菌体的蛋白质外壳含有甲硫氨酸、半胱氨酸等多种氨基酸。

现请你完成以下关键性的实验设计：

（1）实验室已制备好分别含3H、14C、15N、18O、32P、35S等6种放射性同位素的微生物培养基。

你将选择哪两种培养基分别用于噬菌体蛋白质外壳和噬菌体DNA的标记？

________________________________________________________________________。

（2）你用这两种培养基怎样去实现对噬菌体的标记？

请简要说明实验的设计方法和这样设计的理由：

________________________________________________________________。

（3）为什么不同时标记同一个噬菌体的蛋白质外壳和DNA？

________________________________________________________________________。

（4）用上述32P和35S标记的噬菌体分别去侵染未标记的大肠杆菌，子代噬菌体的DNA分子中含有____（填“31P”“32P”或“31P和32P”），原因是________________________________________________________________________；

子代噬菌体的蛋白质中含有______________（填“32S”“35S”或“32S和35S”），原因是________________________________________________________________________。

此实验结果证明了__________________________。

解析：

命题旨在使同学们理解噬菌体侵染细菌实验中，用32P和35S标记的目的是为了将DNA和蛋白质分开，单独观察它们各自的作用。

答案：

（1）用32P标记噬菌体DNA，用35S标记噬菌体蛋白质外壳　

（2）先将细菌分别培养在含32P或35S的培养基上，然后用噬菌体去侵染分别被32P或35S标记的细菌。

理由：

因噬菌体营寄生生活　（3）检测放射性的仪器不能区分放射性是由什么物质产生的，因此只能分开标记　（4）31P和32P　噬菌体的DNA（32P）进入细菌后，利用细菌中未标记的含31P的核苷酸为原料合成自身DNA　32S　噬菌体的蛋白质外壳（35S）未进入细菌体内，而是以细菌内的含32S的氨基酸为原料合成自身蛋白质　DNA是遗传物质

[课时跟踪检测]

（满分50分　时间25分钟）

一、选择题（每小题4分，共24分）

1．艾弗里的肺炎双球菌转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，都能证明DNA是遗传物质，对这两个实验的研究方法可能有：

①设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应，②放射性同位素标记法。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．两者都运用了①和②

B．前者运用了①，后者运用了②

C．前者只运用了②，后者运用了①和②

D．前者只运用了①，后者运用了①和②

解析：

选D　这两个实验的设计思路相同，都是设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应，但噬菌体侵染细菌实验中还运用了同位素标记法。

2．噬菌体侵染细菌的过程中，能证明DNA分子是遗传物质的关键步骤是（　　）

①噬菌体将自己的DNA注入细菌体内

②噬菌体的DNA利用细菌体内的成分复制出DNA和蛋白质外壳

③新合成的DNA和蛋白质外壳组装成子代噬菌体

④释放子代噬菌体

A．①②　　　　　　　　B．③④

C．①④D．②③

解析：

选C　题中①④是最关键的步骤。

因为①注入的仅仅是噬菌体的DNA，而蛋白质外壳留在细菌的外面；④释放出与亲代大小、形状等完全一样的子代噬菌体，这充分说明了噬菌体的各种性状是通过DNA传递给后代的，从而证明了DNA是遗传物质。

3．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型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠

②R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠

③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠

④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠

以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（　　）

A．存活、存活、存活、存活

B．存活、死亡、死亡、存活

C．死亡、死亡、存活、存活

D．存活、死亡、存活、存活

解析：

选D　①DNA酶可水解DNA；②加入DNA酶后，可破坏R型细菌的DNA，但又加入S型细菌，小鼠死亡。

③高温加热后R型细菌死亡；④DNA酶水解S型细菌的DNA。

4．艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。

从表可知（　　）

实验组号

接种菌型

加入S型菌物质

培养皿长

菌情况

①

R

蛋白质

R型

②

R

荚膜多糖

R型

③

R

DNA

R型、S型

④

R

DNA（经DNA酶处理）　

R型

A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子

B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性

C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子

D．①～④说明DNA是主要的遗传物质

解析：

选C　表中③④对照，说明DNA是转化因子。

5．某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了以下4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；④用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌。

以上4个实验，经过一段时间后离心，检测到放射性的主要部位分别是（　　）

A．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物和上清液

B．沉淀物、上清液、沉淀物、沉淀物和上清液

C．上清液、上清液、沉淀物和上清液、上清液

D．沉淀物、沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液

解析：

选D　用噬菌体侵染细菌一段时间后搅拌、离心，上清液是噬菌体的蛋白质外壳，沉淀物是细菌（其中含有噬菌体的DNA）。

用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，上清液是没有放射性的，放射性主要出现在沉淀物中。

用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌，放射性主要出现在DNA即沉淀物中。

用3H标记细菌，放射性主要在沉淀物中。

而用15N标记的噬菌体，含有放射性的物质是蛋白质和DNA，即放射性位于上清液和沉淀物中。

6．下图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验，实验表明这种病原体（　　）

A．寄生于细胞内，通过RNA遗传

B．可单