高中生物 第三章 第14课时 DNA是主要的遗传物质课时作业 新人教版必修2.docx

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高中生物第三章第14课时DNA是主要的遗传物质课时作业新人教版必修2

第14课时DNA是主要的遗传物质

[目标导读]　1.结合教材P44图3—4及相关内容，掌握噬菌体的结构及增殖的过程。

2.阅读教材P45第一段，理解并掌握标记噬菌体的方法及原因。

3.结合教材图3—6及相关实验，分析噬菌体侵染细菌的过程，掌握放射性分布不同的原因以及得出的结论。

4.阅读教材P46相关内容，分析并掌握不同生物的遗传物质。

[重难点击]　1.理解用放射性同位素标记噬菌体的方法。

2.掌握噬菌体侵染细菌的实验原理和过程。

3.掌握生物的遗传物质。

1．肺炎双球菌的转化实验

（1）格里菲思的实验

①实验过程和结果

a．R型活细菌注入小鼠体内→小鼠不死亡。

b．S型活细菌注入小鼠体内→小鼠死亡。

c．加热杀死后的S型细菌注入小鼠体内→小鼠不死亡。

d．无毒性的R型细菌与加热杀死的S型细菌混合后注入小鼠体内→小鼠死亡。

②结果分析

a～d过程证明：

加热杀死的S型细菌中含有一种“转化因子”，能将R型活细菌转化为S型活细菌。

（2）艾弗里的实验

①实验过程和结果：

从S型活细菌中提取DNA、蛋白质和多糖等物质，分别加入R型活细菌中培养，发现只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌。

并且DNA的纯度越高，转化就越有效。

②实验结论：

DNA是使R型细菌产生稳定性遗传变化的物质。

2．噬菌体：

是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称，作为病毒的一种，噬菌体具有病毒的一些特性：

个体微小；不具有完整的细胞结构；含有一种核酸。

3．同位素标记法：

借助同位素原子具有的放射性来追踪某种物质运行和变化的过程。

课堂导入

艾弗里及其同事将加热杀死的S型细菌的多糖、DNA、蛋白质等物质分开，分别研究对R型活细菌转化为S型活细菌的作用，证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是。

但由于当时人们普遍认为蛋白质是遗传物质，而且在当时的实验条件下DNA与蛋白质结合在一起，两者不易分离开，因此，有些科学家认为艾弗里的样品中还含有少量的蛋白质，是由于蛋白质的作用才使细菌发生了转化。

艾弗里的实验也一直没有得到认可，始终没有收获。

直到1952年，赫尔希和蔡斯利用T2噬菌体为实验材料，使DNA和蛋白质能够完全分开，才更有力地证明了DNA是遗传物质，这一节课我们一起来学习一下证明DNA是遗传物质的第二个经典实验“噬菌体侵染细菌的实验”

探究点一　噬菌体侵染细菌的实验

为了进一步研究生物的遗传物质，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，做了利用放射性同位素标记的噬菌体侵染细菌的实验，阅读教材，结合材料完成下面的思考。

1．实验材料——T2噬菌体

（1）①结构（如图1）：

由头部和尾部组成，头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。

②特点：

一种专门寄生在大肠杆菌体内的细菌病毒，在宿主细胞外没有（有、没有）独立代谢能力。

③生活史（如图2）：

T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。

当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出子代噬菌体。

（2）大肠杆菌：

单细胞原核生物。

2．实验方法：

放射性同位素标记法，用35S标记一部分噬菌体的蛋白质，用32P标记另一部分噬菌体的DNA。

3．实验过程和结果

结合教材图3－6完成下表：

第一步：

标记细菌

细菌＋含35S的培养基

含32P的细菌

第二步：

标记噬菌体

噬菌体＋含35S的细菌

含32P的噬菌体

第三步：

噬菌体侵染细菌

含35S的噬菌体＋细菌

上清液放射性很低，沉淀物放射性很高

4.实验分析

（1）实验中能否直接用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体呢？

答案　不能。

噬菌体是营寄生生活的，不能直接用普通培养基培养，因此必须先用含有放射性物质的培养基培养细菌，再让噬菌体去侵染细菌。

（2）实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离；离心的目的是让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。

（3）实验中需用35S标记蛋白质，用32P标记DNA，不用其他元素的原因是蛋白质的组成元素是C、H、O、N，大部分含有S，DNA的组成元素为C、H、O、N、P，只有标记S、P两种元素才能够分别标记蛋白质和DNA。

（4）结合实验结果分析：

5．实验结论：

噬菌体的遗传物质是DNA。

归纳提炼

实验误差分析

（1）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因

①保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；

②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性含量升高。

（2）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：

由于搅拌不充分，有少量35S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。

活学活用

1．1952年，赫尔希和蔡斯利用同位素标记法完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验。

（1）下图中锥形瓶内的培养液是用来培养________的。

（2）如果让放射性同位素主要分布在图中离心管的上清液中，则获得该实验中的噬菌体的培养方法是________。

A．用含35S的培养基直接培养噬菌体

B．用含32P的培养基直接培养噬菌体

C．用含35S的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体

D．用含32P的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体

（3）用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，离心后，发现上清液中有放射性物质存在，这些放射性物质的来源可能是________________________________________________

________________________________。

问题导析　

（1）噬菌体寄生在大肠杆菌体内，要标记噬菌体需要首先培养被标记的大肠杆菌。

（2）离心后上清液中主要含有噬菌体的蛋白质外壳，下层沉淀物中主要含有被噬菌体DNA侵染的大肠杆菌。

要让放射性主要分布在图中上清液中，则需要噬菌体的蛋白质外壳被标记。

（3）用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，放射性主要分布在沉淀物中，但如果实验中保温培养时间过短，部分噬菌体没有侵染大肠杆菌，或者保温时间过长，大肠杆菌裂解，部分噬菌体被释放出来，则上清液中也可检测到部分放射性。

答案　

（1）大肠杆菌　

（2）C　（3）没有侵入大肠杆菌的噬菌体或侵入大肠杆菌的噬菌体经增殖后释放出子代噬菌体

解析　

（1）若要标记噬菌体，必须先标记大肠杆菌，再用噬菌体去侵染大肠杆菌，因为噬菌体只能寄生在活细胞中，不能用培养液直接培养噬菌体。

（2）若在上清液中放射性较高，说明用35S标记了蛋白质外壳，若在沉淀物中放射性较高，则说明用32P标记了DNA。

（3）用32P标记噬菌体后，沉淀物中放射性较高。

若上清液中也有少量放射性物质，可能的原因是：

存在没有侵入大肠杆菌的噬菌体或侵入大肠杆菌的噬菌体经增殖后释放出的子代噬菌体。

探究点二　DNA是主要的遗传物质

研究表明，有些生物的遗传物质是RNA，如下面的烟草花叶病毒。

1．证明RNA是遗传物质的实验

1957年格勒和施拉姆做了烟草花叶病毒的重建实验，过程如图：

（1）烟草花叶病毒含有的核酸只有RNA，没有DNA。

（2）如果只用烟草花叶病毒的蛋白质去感染烟草，烟草不会（会、不会）出现病斑，如果用烟草花叶病毒的RNA去感染烟草，烟草会（会、不会）出现病斑。

（3）利用不同种类的蛋白质和核酸进行重建的杂种病毒去感染烟草（如图），烟草出现的病斑类型总是和提供RNA的病毒一致。

（4）此实验说明：

生物体中的核酸只有RNA时，RNA是遗传物质。

2．综合肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染细菌的实验和烟草花叶病毒侵染烟草的实验，我们可以得出，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA，所以说DNA是主要的遗传物质。

归纳提炼

生物体内核酸的种类及遗传物质的判别

生物类型

所含核酸

遗传物质

举例

细胞生物

真核生物

DNA和RNA

DNA

酵母菌、玉米、人

原核生物

细菌、蓝藻

非细胞生物　

大多数病毒

仅有DNA

DNA

T2噬菌体

极少数病毒

仅有RNA

RNA

艾滋病病毒、SARS病毒

2．回答下列有关遗传物质的问题：

（1）人、噬菌体、烟草花叶病毒及根瘤菌的遗传物质分别是________、________、________、________。

（2）下列有关遗传物质的叙述，正确的是（　　）

A．DNA是所有生物的遗传物质

B．真核生物的DNA都以染色体为载体

C．遗传物质在亲代与子代之间传递性状

D．核酸是一切生物的遗传物质

（3）下列哪项不是蚕豆细胞内遗传物质的载体（　　）

A．染色体B．叶绿体

C．线粒体D．核糖体

问题导析　

（1）生物体中的核酸DNA和RNA都有或只有DNA时，遗传物质为DNA；只有RNA时，遗传物质为RNA。

（2）真核生物细胞核中的DNA都以染色体为载体，细胞质中DNA的载体为线粒体和叶绿体；遗传物质在亲代与子代之间传递遗传信息，遗传信息控制生物的性状。

（3）蚕豆细胞为真核细胞，遗传物质的载体可以为染色体、叶绿体、线粒体；核糖体中的RNA不能（能、不能）作为遗传物质。

答案　

（1）DNA　DNA　RNA　DNA　

（2）D　（3）D

解析　遗传物质在亲代与子代之间传递遗传信息；真核生物中DNA的主要载体是染色体，另外线粒体和叶绿体也是DNA的载体。

1．某生物兴趣小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌实验，如图。

下列有关分析不正确的是（　　）

A．理论上，b中不应具有放射性

B．b中含放射性的高低，与②过程中搅拌是否充分有关

C．若b中含有放射性，说明与①过程中培养时间的长短有关

D．上述实验过程并不能证明DNA是遗传物质

答案　C

解析　用35S只能标记噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时，其蛋白质外壳只能留在细菌的细胞外，而搅拌的目的是使吸附在细菌细胞外的噬菌体及蛋白质外壳与细菌分离，离心是让上清液中析出噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌，因此，搅拌越充分，蛋白质外壳与细菌分离得越彻底，b中放射性越低，如果使蛋白质外壳与细菌彻底分离，则b中不含放射性。

上述实验并没有“示踪”DNA在遗传中的作用，因此不能证明DNA是遗传物质。

b中理论上不含放射性，与①过程中培养时间的长短无关。

2．下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是（　　）

A．豌豆的遗传物质主要是DNA

B．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上

C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素

D．HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸

答案　B

解析　A中豌豆的遗传物质只有DNA；B中酵母菌的遗传物质DNA主要分布在染色体上，细胞质中也有；C中T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含S元素；D中HIV的遗传物质是RNA，水解后产生4种核糖核苷酸。

3．下列有关核酸与遗传物质关系的叙述中，不正确的是（　　）

A．DNA是绝大多数生物的遗传物质

B．有些生物的遗传物质是RNA

C．在真核生物中，DNA和RNA都是遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质

D．核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质

答案　C

解析　具有细胞结构的生物含有DNA和RNA两种核酸，但DNA是遗传物质，病毒只含有DNA或RNA一种核酸，其含有的这种核酸就是该病毒的遗传物质。

总之，大多数生物的遗传物质是DNA，即DNA是主要的遗传物质。

4．在噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，分别用放射性同位素31P、32P和32S、35S作如下标记：

噬菌体

大肠杆菌

DNA或脱氧核苷酸

32P

31P

蛋白质或氨基酸

32S

35S

此实验得到的结果是子代噬菌体和亲代噬菌体的外形及侵染大肠杆菌的特性均相同，请分析：

（1）子代噬菌体的DNA分子中含有的上述同位素是____________________，原因是________

________________________________________________________________。

（2）子代噬菌体的蛋白质外壳中含有的上述同位素是__________________________________，

原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）此实验结果证明了______________________________________________________。

答案　

（1）32P和31P　噬菌体的DNA（含32P）进入大肠杆菌，利用大肠杆菌的脱氧核苷酸（含31P）合成自身的DNA

（2）35S　噬菌体的蛋白质外壳（含32S）没有进入大肠杆菌内　（3）DNA是遗传物质

基础过关

知识点一　噬菌体侵染细菌的实验

1．下列对肺炎双球菌和T2噬菌体的相关叙述中，正确的是（　　）

A．T2噬菌体可寄生在乳酸菌体内

B．T2噬菌体头部和尾部的外壳都由蛋白质构成

C．R型细菌在培养基上形成的菌落表面光滑

D．S型细菌可使人和小鼠患肺炎死亡

答案　B

解析　T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，其头部和尾部的外壳都由蛋白质构成，S型细菌的菌落表面光滑，R型细菌的菌落表面粗糙，S型细菌可使人患肺炎或使小鼠患败血症。

2．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括六个步骤：

①噬菌体侵染细菌；②设法用35S或32P标记噬菌体；③上清液和沉淀物的放射性检测；④离心分离；⑤子代噬菌体的放射性检测；⑥噬菌体与大肠杆菌混合培养。

最合理的实验步骤顺序为（　　）

A．⑥①②④③⑤B．②⑥①③④⑤

C．②⑥①④③⑤D．②⑥①④⑤③

答案　C

解析　在T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中，操作过程如下：

首先分别用含35S、32P的培养基培养大肠杆菌，然后分别用上述大肠杆菌培养噬菌体，从而制备出分别含35S、32P的噬菌体，接着用含35S、32P的噬菌体分别去侵染未被标记的大肠杆菌，保温培养一段时间后，用搅拌器搅拌、离心，检测离心管中放射性的分布。

3．如图表示用同位素32P、35S分别标记T2噬菌体的DNA和大肠杆菌的蛋白质（氨基酸），然后进行“噬菌体侵染细菌的实验”，侵染后产生的子代噬菌体（10～1000个）与母代噬菌体形态完全相同，而子代噬菌体的DNA分子和蛋白质分子肯定不含有的标记元素是（　　）

A．31PB．32PC．32SD．35S

答案　C

解析　噬菌体侵染细菌时，进入细菌体内的只有DNA，蛋白质外壳保留在外面，因此在子代噬菌体中不可能含有32S。

4．针对耐药菌日益增多的情况，利用噬菌体作为一种新的抗菌治疗手段的研究备受关注，下列有关噬菌体的叙述，正确的是（　　）

A．利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质

B．以宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸

C．外壳抑制了宿主菌的蛋白质合成，使该细菌死亡

D．能在宿主菌内以二分裂方式增殖，使该细菌裂解

答案　A

解析　噬菌体侵入宿主后，利用宿主细菌的原料（氨基酸和核苷酸），合成噬菌体的蛋白质、DNA，所以A对；子代噬菌体是以噬菌体的DNA为模板来复制的，B错；噬菌体消耗细菌细胞内的物质，导致细菌死亡，C错误；噬菌体没有细胞结构，不能以二分裂方式增殖，而是在宿主菌体内合成各个部件后，组装，释放，使细菌裂解，D错。

5.如果用15N、32P、35S同时标记噬菌体后让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的放射性元素及其存在的部位是（　　）

A．可在外壳中找到15N和35S

B．可在DNA中找到15N和32P

C．可在外壳中找到15N

D．可在DNA中找到15N、32P、35S

答案　B

解析　35S虽然能标记噬菌体的蛋白质外壳，但不能传递给子代。

15N和32P能标记噬菌体的DNA，并能根据半保留复制原则进行传递。

知识点二　DNA是主要的遗传物质

6．能证明RNA是遗传物质的实验是（　　）

A．烟草花叶病毒侵染实验

B．噬菌体侵染细菌实验

C．豌豆杂交实验

D．肺炎双球菌的转化实验

答案　A

解析　烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，通过侵染实验证明RNA起遗传物质的作用；噬菌体是由蛋白质和DNA组成的病毒；豌豆杂交实验研究的是真核生物核内基因的传递规律；肺炎双球菌的转化实验证明DNA是遗传物质。

7．某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和DNA，重新组合为“杂合”噬菌体，然后分别侵染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出预测，见表。

其中预测正确的是（　　）

“杂合”噬菌体的组成

实验预期结果

预期结果序号

子代表现型

甲的DNA＋乙的蛋白质

1

与甲种一致

2

与乙种一致

乙的DNA＋甲的蛋白质

3

与甲种一致

4

与乙种一致

A.1、3B．1、4

C．2、3D．2、4

答案　B

解析　DNA和蛋白质这两种物质中，DNA是噬菌体的遗传物质。

所以组成成分为甲的DNA和乙的蛋白质的“杂合”噬菌体侵染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与甲种一致；组成成分为乙的DNA和甲的蛋白质的“杂合”噬菌体侵染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与乙种一致。

8．下列是生物学发展史上的几个重要实验，其中没有应用放射性同位素示踪技术的是（　　）

A．验证光合作用释放的氧全部来自水

B．噬菌体侵染细菌的实验

C．肺炎双球菌的转化实验

D．研究分泌蛋白的合成分泌途径

答案　C

解析　肺炎双球菌的转化实验是将构成细菌的各种成分分离后，单独研究各自的作用，并没有应用到同位素示踪技术。

能力提升

9．若1个35S标记的大肠杆菌被1个32P标记的噬菌体侵染，裂解后释放的所有噬菌体（　　）

A．一定有35S，可能有32P

B．只有35S

C．一定有32P，可能有35S

D．只有32P

答案　A

解析　被32P标记的噬菌体侵入大肠杆菌后，利用大肠杆菌中的脱氧核苷酸来复制形成子代噬菌体的DNA，根据半保留复制原则，新合成的全部DNA分子中将有两个DNA分子含有被32P标记的母链，而新合成的蛋白质全部由大肠杆菌中被35S标记的氨基酸合成，因此一定含有35S。

10．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测后，测得上清液的放射性占10%，沉淀物的放射性占90%。

上清液带有放射性的原因可能是（　　）

A．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌

B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离

C．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体

D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中

答案　C

解析　32P标记的是噬菌体的核酸，核酸在侵染过程中进入大肠杆菌，所以放射性理论上应该全部在沉淀物中。

但由于噬菌体的侵染过程并非都是同步的，有的噬菌体在大肠杆菌中增殖后使得细菌裂解，从而将其中带有放射性的噬菌体释放出来，经过搅拌和离心之后出现在上清液中。

11．对肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是（　　）

A．二者设计思路相同，都是设法将DNA和蛋白质区分开，单独地、直接地研究它们在遗传中的作用

B．二者都运用了对照的原则，都巧妙地运用了同位素标记法

C．二者都能证明DNA能指导蛋白质的合成

D．二者都能证明DNA是主要的遗传物质

答案　A

解析　肺炎双球菌转化实验没有用到同位素标记法，也没有证据表明DNA能指导蛋白质的合成，故B与C错误；两个实验都能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质，故D错误。

12．科学家从烟草花叶病毒（TMV）中分离出a型、b型两个不同品系，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（　　）

实验编号

实验过程

实验结果

病斑类型

病斑中分离出的病毒类型

①

a型TMV感染植物

a型

a型

②

b型TMV感染植物

b型

b型

③

组合病毒（a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA）感染植物

b型

a型

④

组合病毒（b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA）感染植物

a型

a型

A.实验①B．实验②C．实验③D．实验④

答案　C

解析　烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而蛋白质不是遗传物质，因此在实验③中，组合病毒的遗传物质是b型，因此病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型也应是b型。

13．关于T2噬菌体的叙述，正确的是（　　）

A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中含硫元素

B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中

C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质

D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖

答案　D

解析　核酸中不含硫元素，故A错误。

T2噬菌体不能寄生在酵母菌细胞中，故B错误。

任何生物的遗传物质只能是DNA或RNA其中的一种，T2噬菌体的遗传物质是DNA，故C错误。

T2噬菌体作为病毒，只能利用宿主细胞的物质进行增殖，D正确。

14．烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）都能感染烟草叶，但二者致病病斑不同（如图A），试分析图B中（a）、（b）、（c）三个实验并回答问题。

（1）（a）表示用________________________感染烟草叶，结果_____________________。

（2）（b）表示用________________________感染烟草叶，结果_____________________。

（3）（c）表示用_______________________________感染烟草叶，结果______________________。

（4）（d）表示由人工合成的新病毒，其产生的后代是________型。

（5）整个实验说明___________________________________________________________。

答案　

（1）TMV的蛋白质外壳　无病斑　

（2）HRV的RNA　出现HRV感染烟草叶的病斑　（3）TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA合成的新病毒　出现HRV感染烟草叶的病斑　（4）HRV　（5）RNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质

15．自从在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），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与二苯胺试剂在沸水浴中显蓝