第六单元遗传的分子基础.docx
《第六单元遗传的分子基础.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六单元遗传的分子基础.docx（111页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第六单元遗传的分子基础
第16讲 DNA是主要的遗传物质
[京津鲁琼2017级课标要求]
总结人类对遗传物质的探索过程。
特别说明：
山东2017级指导意见表述为“说明DNA分子是主要的遗传物质”；
（2）旧教材内容符合新课标要求的内容。
考点
肺炎双球菌的转化实验
[基础梳理]______________________把握命题来源
1．格里菲思的体内转化实验
（1）实验材料：
S型和R型肺炎双球菌、小鼠。
S型细菌
R型细菌
菌落
光滑
粗糙
菌体
有多糖类荚膜
无多糖类荚膜
毒性
有毒性，使小鼠患败血症死亡
无毒
（2）实验过程及结果
（3）结论：
加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子使R型活细菌转化为S型活细菌。
2．艾弗里的体外转化实验
（1）实验材料：
S型和R型细菌、培养基。
（2）实验目的：
探究S型细菌中的“转化因子”是DNA还是蛋白质或多糖。
（3）实验过程及结果
（4）结论：
S型细菌的DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
■教材细节
1．教材必修2P43文字：
为什么格里菲思实验只能证明加热杀死的S型细菌中含有转化因子，不能证明DNA是遗传物质？
提示：
因为加热杀死的S型细菌的DNA与其他物质没有分开，无法观察DNA单独的作用。
2．教材必修2P43图3－2，加热杀死的S型细菌中的蛋白质和DNA是否都永久丧失了活性？
提示：
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，但是内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。
3．观察教材必修2P44图3—3：
设置第3组实验的目的是什么？
提示：
与第1组形成对照，有利于证明DNA才是遗传物质。
[深化探究]______________________强化核心素养
1．R型细菌和S型细菌的辨别
（1）制作装片，显微镜观察是否有荚膜结构。
（2）培养形成菌落，根据培养基中两种细菌不断增殖形成菌落的形态可以区分，肉眼即可辨别。
2．格里菲思与艾弗里实验的3个不同
3．肺炎双球菌体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
其转化的实质是什么？
提示：
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，转化实质为“基因重组”。
4．肺炎双球菌体外转化实验中，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，用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA，不能使R型细菌转化，可见DNA被分解后的产物不能使R型细菌转化，DNA才是使R型细菌转化的物质。
[命题角度]____________________________________________提升解题能力
命题点1
（1）格里菲思的肺炎双球菌转化实验直接证明了DNA是“转化因子”（×）
（2）肺炎双球菌的遗传遵循基因的分离定律和自由组合定律（×）
（3）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（×）
（4）从格里菲思实验中的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型细菌（×）
（5）艾弗里的肺炎双球菌转化实验证明了DNA是主要的遗传物质（×）
（6）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（√）
（7）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（√）
（8）艾弗里提出的有关肺炎双球菌的体外转化实验的结论，没有得到科学家的一致公认（√）
命题点2
1．（2018·全国卷Ⅰ，T6）某大肠杆菌能在基本培养基上生长，其突变体M和N均不能在基本培养基上生长，但M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，N可在添加了氨基酸乙的基本培养基上生长，将M和N在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后，再将菌体接种在基本培养基平板上，发现长出了大肠杆菌（X）的菌落。
据此判断，下列说法不合理的是（ ）
A．突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失
B．突变体M和N都是由于基因发生突变而得来的
C．突变体M的RNA与突变体N混合培养能得到X
D．突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移
解析：
突变体M需在添加了氨基酸甲的基本培养基上才能生长，可以说明突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性可能丧失，从而不能自身合成氨基酸甲，而导致必须添加氨基酸甲的基本培养基上才能生长，A正确；大肠杆菌属于原核生物，突变体M和N都是由于基因发生突变而得来的，B正确；M和N的混合培养，致使两者间发生了DNA的转移，即发生了基因重组，因此突变体M与突变体N混合培养能得到X是由于细菌间DNA的转移实现的，而不是突变体M的RNA，C错误，D正确。
答案：
C
2．下列关于肺炎双球菌实验的叙述，正确的是（ ）
A．DNA酶与S型活菌混合后注入正常小鼠体内，小鼠不会患败血症致死
B．提取S型活菌的DNA直接注射到正常小鼠体内，小鼠会患败血症致死
C．活体转化实验中，从患病致死小鼠血液中可分离出活的S型活菌
D．离体转化实验中，R型活菌转化为S型活菌的原因是基因突变
解析：
DNA酶不能使S型活菌中的DNA分子水解，所以DNA酶与S型活菌混合后，S型菌依然存在毒性，小鼠会患败血症致死，A错误；S型活菌的DNA本身没有毒性，不会使小鼠会患败血症，B错误；活体转化实验中，从患病致死小鼠血液中可分离出活的S型活菌，C正确；离体转化实验中，R型活菌转化为S型活菌的原因是基因重组，D错误。
答案：
C
命题点3
3．如图为肺炎双球菌转化实验的部分图解，请据图回答下列问题：
（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的，而格里菲思的实验得出的结论是_______________________________________________________
_________________________________________________________________。
（2）依据上图所示实验，可以作出________的假设。
（3）为验证上面的假设，需设计下面甲和乙两组实验：
①甲组实验中加入DNA酶的目的是___________________________________，
观察到的实验现象是_________________________________________________。
②乙组可观察到的实验现象是_____________________________________。
（4）结合上述实验，在对R型细菌进行培养之前，必须对S型细菌进行的处理工作是______________________________________________________________。
解析：
（1）格里菲思的肺炎双球菌的小鼠体内转化实验，说明了加热杀死的S型细菌体内存在转化因子，可以将R型细菌转化成S型细菌。
（2）据图分析，R型细菌与S型菌的DNA混合培养，结果培养基上同时出现了S型菌和R型菌，因此可以做出的假设是：
DNA是转化因子（遗传物质）。
（3）①酶具有专一性，因此甲组实验中加入的DNA酶可以将DNA水解为脱氧核苷酸；由于S型细菌的DNA被水解，不能将R型菌转化为S型菌，所以观察到的实验现象是培养基中只生长R型细菌。
②乙组实验加入的是S型菌的蛋白质或多糖荚膜，由于这两种物质都不是转化因子，都不能将R型菌转化为S型菌，因此可观察到的实验现象是培养基中只生长R型细菌。
（4）本实验的思路是将S型细菌的DNA、蛋白质、糖类等物质分离开，单独的、直接的观察它们各自的作用，因此在对R型细菌进行培养之前，必须对S型细菌进行的处理工作是分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质。
答案：
（1）加热杀死的S型细菌存在使R型细菌转化成S型细菌的转化因子
（2）DNA是转化因子（遗传物质） （3）①分解从S型细菌中提取到的DNA 培养基中只生长R型细菌 ②培养基中只生长R型细菌 （4）分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质
考点
噬菌体侵染细菌实验的分析
[基础梳理]______________________把握命题来源
1．实验方法
同位素标记法，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：
大肠杆菌体内寄生生活。
3．实验过程
（1）标记噬菌体
（2）侵染细菌
4．实验结果分析
分组
结果
结果分析
32P标记的噬菌体＋大肠杆菌
上清液中几乎无32P，32P主要分布在宿主细胞内
32P DNA进入了宿主细胞内
35S标记的噬菌体＋大肠杆菌
宿主细胞内无35S，35S主要分布在上清液中
35S蛋白质外壳未进入宿主细胞
5.结论：
子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的，DNA是遗传物质。
■教材细节
1．教材必修2P45“相关信息”及侧栏“思考题”：
为什么不能用18O和14C标记细菌，再用被标记的细菌来培养噬菌体？
提示：
DNA和蛋白质都含有O和C，用这两种元素标记，结果是噬菌体的蛋白质外壳和DNA都被标记，导致进行噬菌体侵染细菌实验时，不能确定哪一种物质进入细菌，从而不能确定哪一种物质是遗传物质。
2．教材必修2P46“思考与讨论”：
说出艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒为实验材料的优点？
提示：
细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：
（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。
细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。
（2）繁殖快。
细菌20～30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
[深化探究]______________________强化核心素养
1．“两看法”解答噬菌体侵染细菌的同位素标记问题
2．噬菌体侵染细菌实验的误差分析
（1）用32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌。
①培养时间短→部分噬菌体还未吸附、侵染大肠杆菌→离心后未吸附至大肠杆菌上的噬菌体分布在上清液中→32P标记的实验组上清液中有放射性。
②培养时间过长→噬菌体在大肠杆菌内大量繁殖→大肠杆菌裂解死亡，释放出子代噬菌体→离心后噬菌体将分布在上清液中→32P标记的实验组上清液中有放射性。
（2）搅拌后离心，将吸附在大肠杆菌表面的噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌细胞分离。
①搅拌不充分→留在大肠杆菌细胞表面的噬菌体的蛋白质外壳随大肠杆菌分布在沉淀物中→35S标记的实验组沉淀物中有放射性。
②搅拌过于剧烈→大肠杆菌细胞被破坏→释放出其中的噬菌体→32P标记的实验组上清液中有放射性。
3．艾弗里的肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
实验名称
艾弗里的肺炎双球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
实验思路
设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自的作用
设计原则
对照原则和单一变量原则
处理方式
直接分离法：
分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型活细菌混合培养
同位素标记法：
分别标记DNA和蛋白质的特征元素（32P和35S）
实验结论
DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
DNA是遗传物质
4.某生物兴趣小组用模型模拟的T2噬菌体侵染细菌实验的过程如下图，据图回答下列问题：
（1）T2噬菌体的遗传物质与HIV相比，特有的化学组成是________、________。
T2噬菌体的遗传物质复制发生在图中________（用字母和箭头表示）过程之间，原料是________，子代T2噬菌体的外壳是在________上合成的。
（2）以35S标记组为例，如果________，可能造成的结果是上清液和沉淀物都出现较强的放射性。
提示：
（1）脱氧核糖 胸腺嘧啶 e→b 4种脱氧核糖核苷酸 细菌的核糖体
（2）搅拌不充分
[命题角度]____________________________________________提升解题能力
命题点1
（1）噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等（×）
（2）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（√）
（3）噬菌体能在宿主细胞内以二分裂的方式增殖，使该细菌裂解（×）
（4）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（×）
（5）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（√）
（6）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（×）
（7）噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA控制蛋白质的合成（√）
（8）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（×）
命题点2
1．（2017·全国卷Ⅱ，T2）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．人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
解析：
T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，A错误；T2噬菌体病毒要借助宿主细胞合成mRNA和蛋白质，B错误；用含有32P的培养基培养大肠杆菌，再用含32P标记的大肠杆菌培养T2噬菌体，能将T2噬菌体的DNA标记上32P，即培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人体免疫缺陷病毒为HIV，它的遗传物质是RNA，T2噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。
答案：
C
2．T2噬菌体侵染细菌的部分实验如下图所示。
下列叙述正确的是（ ）
A．①中噬菌体为子代DNA复制提供了模板和逆转录酶
B．适当时间保温后进行②操作，使细菌外的噬菌体外壳与细菌分离
C．由该图分析可知，实验结果可说明DNA是主要的遗传物质
D．该实验得到的子代噬菌体中，大多数含有放射性32P
解析：
噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体合成，而DNA复制所需的原料、能量、酶等条件均由细菌提供，且该过程不需要逆转录酶，A错误；适当时间保温后进行②操作，使细菌外的噬菌体外壳与细菌分离，B正确；由该图分析可知，实验结果可说明DNA是遗传物质，而不能证明DNA是主要的遗传物质，C错误；由于含有放射性的DNA进入细菌体内复制，所以沉淀物中应该有放射性，但由于DNA的半保留复制特点，只有少部分含有放射性，D错误。
答案：
B
命题点3
3．研究人员欲通过实验来了解H5N1禽流感病毒（RNA病毒）侵入家禽的一些过程，设计实验如下图所示。
一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性。
（1）该实验中所采用的研究方法有______________________________________。
（2）由于H5N1病毒没有独立的代谢系统，其产生子代H5N1病毒依赖家禽体细胞提供____________________________________________________________
（最少写两项以上）。
（3）据图分析，连续培养一段时间后，试管③中子代H5N1病毒带放射性标记的成分是________，试管⑤中子代H5N1病毒带放射性标记的成分是________。
（4）神经氨酸酶是病毒表面的一种糖蛋白酶，其活性对子代病毒从被感染细胞中释放和再次侵染新的宿主细胞至关重要，达菲可抑制该酶的活性。
若试管②中在加入H5N1病毒之前，先加入适量达菲，推测③中子代H5N1病毒带放射性标记的强度将________。
解析：
（1）该实验用同位素标记了S和P元素，因此用了同位素示踪法。
（2）H5N1病毒没有细胞结构，必须生活在宿主细胞内，利用宿主细胞的营养物质来繁殖，因此家禽体细胞为病毒提供了原料、能量、酶、场所。
（3）H5N1病毒的遗传物质为RNA，试管③中子代H5N1病毒带放射性标记的成分是RNA，将含32P的H5N1侵染含35S的家禽体细胞时，蛋白质外壳没有进入细胞，只有遗传物质进入细胞，由于合成子代病毒所需的原料全部来自家禽细胞，因此子代病毒蛋白质全部含35S，RNA多数含31P，少数含32P，因此子代H5N1病毒带放射性标记的成分是RNA和蛋白质。
（4）根据题意分析可知，达菲可抑制神经氨基酸酶的活性，若试管②中在加入H5N1病毒之前，先加入适量达菲，推测③中子代H5N1病毒带放射性标记的强度将会减弱。
答案：
（1）同位素标记法
（2）原料、能量、酶、场所
（3）RNA RNA和蛋白质 （4）减弱
考点
烟草花叶病毒感染实验及遗传物质
[基础梳理]______________________把握命题来源
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。
[深化探究]______________________强化核心素养
1．表格法比较不同生物的遗传物质
生物类型
病毒
原核生物
真核生物
体内核酸种类
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
体内碱基种类
4种
5种
5种
体内核苷酸种类
4种
8种
8种
遗传物质
DNA或RNA
DNA
DNA
实例
噬菌体、烟草花叶病毒
乳酸菌、蓝藻
玉米、小麦、人
2.说出DNA是主要的遗传物质的原因。
提示：
真核生物与原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。
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DNA是主要的遗传物质。
[命题角度]____________________________________________提升解题能力
命题点1
（1）RNA或DNA是T2噬菌体的遗传物质（×）
（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）乳酸菌的遗传物质主要分布在染色体上（×）
命题点2
1．如图表示科研人员探究“烟草花叶病毒（TMV）遗传物质”的实验过程，由此可以判断（ ）
A．水和苯酚的作用是分离病毒中的蛋白质和RNA
B．TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中
C．侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程
D．RNA是TMV的主要遗传物质
解析：
据图示分析，TMV放入水和苯酚中后，RNA和蛋白质分离，A项正确；通过接种的方式，TMV的蛋白质可以进入烟草细胞中，B项错误；此实验不能看出TMV的RNA在烟草细胞中进行了逆转录过程，C项错误；此实验说明TMV的遗传物质是RNA，而不是蛋白质，某种生物的遗传物质只有一种，D项错误。
答案：
A
2．烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）都能感染烟叶，但二者致病病斑不同，如图所示。
下列说法中不正确的是（ ）
A．a过程表示用TMV的蛋白质外壳感染烟叶，结果说明TMV的蛋白质外壳没有侵染作用
B．b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶，结果说明HRV的RNA有侵染作用
C．c、d过程表示用TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为感染车前草病毒症状，并能从中分离出车前草病毒
D．该实验证明只有车前草病毒的RNA是遗传物质，蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质
解析：
该实验证明烟草花叶病毒的蛋白质外壳不是遗传物质，车前草病毒的RNA是遗传物质，不能证明车前草病毒的蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质，D项错误。
答案：
D
命题点3
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，再用该病毒侵染摄取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，碱基有特殊的碱基T，RNA的五碳糖是核糖，碱基有特殊的碱基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病毒还是RNA病毒，在病毒中均能检测到放射性
[方法·点拨]
探究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、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。
[构建知识体系]
[填空]
①DNA ②RNA ③DNA ④DNA ⑤RNA
[防范答题易错]
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．加热
升级会员 