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1第1讲DNA是主要的遗传物质考纲要求核心素养人类对遗传物质的探索过程Ⅱ生命观念通过对DNA和蛋白质的分子结构认识作为遗传物质应具备的特征，建立结构和功能相适应的观点。科学思维通过分析两大经典实验的原理、实验过程及结论，培养分析与综合的科学思维。科学探究分析人类对遗传物质探索的实验设计思路及实验产生误差的原因，培养科学探究的能力。肺炎双球菌的转化实验授课提示：对应学生用书第75页[基础突破——抓基础，自主学习]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2(4)结论：S型细菌的DNA是使R型细菌发生转化并产生稳定遗传变化的物质。[重难突破——攻重难，名师点拨]体内转化实验和体外转化实验的区别与联系体内转化实验体外转化实验培养细菌在小鼠体内体外培养基实验对照R型细菌与S型细菌的毒性对照S型细菌各组成成分的作用进行对照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续表体内转化实验体外转化实验实验结论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)两个实验都遵循对照原则和单一变量原则[特别提醒](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)加热导致DNA变性后可复性：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)并非所有的R型细菌都能被转化，只是小部分R型细菌被转化成S型细菌。转化效率与DNA的纯度有关，纯度越高转化效率越高。(4)格里菲思设计的实验，除教材中的四组以外，他还设计了一组：将加热后杀死的S型细菌和加热后杀死的R型细菌混合后注射到小鼠体内→小鼠不死亡；而艾弗里设计的实验中，3有一个关键的对照组：S型细菌的DNA＋DNA酶→R型细菌的培养基→R型细菌。结合两位科学家的实验，可以得出结论：R型细菌转变成S型细菌的条件是要有R型活细菌和S型细菌的DNA。[题型突破——练题型，夯基提能]题型1肺炎双球菌体内转化实验分析1．(2018·浙江温州二模)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．体内活体转化实验中，从患病致死小鼠血液中可分离出S型活菌D．体外离体转化实验中，R型活菌转化为S型活菌的原因是发生了基因突变解析：DNA酶不能使S型活菌中的DNA分子水解，所以DNA酶与S型活菌混合后注入正常小鼠体内，小鼠仍会患败血症致死，A错误；S型活菌的DNA能使R型活菌转化成S型活菌，但它本身没有毒性，所以提取S型活菌的DNA直接注射到正常小鼠体内，小鼠不会患败血症致死，B错误；体内转化实验中，从患病致死小鼠血液中可分离出S型活菌和R型活菌，C正确；体外转化实验中，R型活菌转化为S型活菌的原因是发生了基因重组，D错误。答案：C2．S型肺炎双球菌的荚膜表面具有多种抗原类型(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等)，不同的抗原类型之间不能通过突变而发生转换；在特殊条件下离体培养SⅡ型肺炎双球菌可从中分离出RⅡ型菌。格里菲思将加热杀死的SⅢ型菌与RⅡ型菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患病并大量死亡，而且从患病死亡的小鼠体内获得了具有活性的SⅢ型菌；而单独注射加热杀死的SⅢ型菌，小鼠未死亡。此实验结果能支持的假设是()A．SⅢ型菌经突变形成了耐高温型菌B．SⅢ型菌是由RⅡ型菌突变形成的C．RⅡ型菌经过转化形成了SⅢ型菌D．加热后SⅢ型菌可能未被完全杀死解析：由题意知，不同的抗原类型之间不能通过突变而发生转换。特殊条件下离体培养的SⅡ型菌中可分离出RⅡ型菌，说明RⅡ型菌是由SⅡ型菌突变而来，RⅡ型菌也可突变为SⅡ型菌，但SⅡ型菌不能突变为SⅢ型菌，故SⅢ型菌不会是由RⅡ型菌突变而来的；加热杀死的SⅢ型菌与RⅡ型菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患病并大量死亡，而且从患病死亡小鼠体内获得了具有活性的SⅢ型菌，而单独注射加热杀死的SⅢ型菌，小鼠未死亡，说明RⅡ型菌经过转化形成了SⅢ型菌。答案：C[易错警示]1．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4物质。2．S型细菌的DNA与R型细菌混合培养，后代中既有R型细菌，又有S型细菌，且大多数为R型细菌。3．使小鼠死亡的是S型肺炎双球菌而不是S型细菌的DNA。题型2肺炎双球菌体外转化实验分析3．艾弗里及其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表中可知()实验组号接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况①R型蛋白质R型②R型荚膜多糖R型③R型DNAR型、S型④R型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：①中加入的是S型菌的蛋白质，R型菌没有转化出S型菌，能证明S型菌的蛋白质不是“转化因子”；②说明S型菌的荚膜多糖不是“转化因子”，不能说明其具有酶活性；③④可组成对照实验，可证明S型菌的DNA是“转化因子”；①～④只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质。答案：C4．下列关于格里菲思和艾弗里完成的肺炎双球菌转化实验的叙述中，错误的是()A．加热杀死的S型菌的DNA进入R型菌细胞内，使R型菌转化成S型菌B．R型菌转化后出现荚膜，反对者认为可能是突变所致，不能说明DNA是遗传物质C．艾弗里提取的DNA掺杂有非常少量的蛋白质，实验中没有完全排除蛋白质的作用D．格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状解析：格里菲思证明了S型菌中存在“转化因子”，能够使R型菌转化为S型菌，但没有提出“转化因子”是什么，D错误。答案：D[练后反思]格里菲思与艾弗里实验的3个不同5噬菌体侵染细菌实验授课提示：对应学生用书第76页[基础突破——抓基础，自主学习]1．噬菌体的结构(如图)2．实验方法：放射性同位素标记法。3．实验过程及结果(1)标记噬菌体(2)噬菌体侵染细菌4．实验结果分析(1)噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。(2)子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的。5．结论：DNA是遗传物质。6[重难突破——攻重难，名师点拨]1．噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系DNA蛋白质DNA和蛋白质亲代噬菌体32P35S14C、3H、18O、15N培养细菌31P32S12C、1H、16O、14N子代噬菌体32P、31P32SC、H、O、N两种都有(1)该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。(2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到放射性存在的部位，不能确定是何种元素的放射性。2．上清液和沉淀物放射性分析(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。②噬菌体和大肠杆菌混合培养到离心分离，这一段保温时间过长，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，也会使上清液中出现放射性。(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中含放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳还吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。3．子代噬菌体的组成物质来源分析(1)从蛋白质外壳方面分析：由寄主细胞提供原料氨基酸，在寄主细胞的核糖体上合成，与亲代噬菌体的蛋白质外壳无关。(2)从DNA方面分析：由亲代噬菌体提供模板，利用寄主细胞提供的脱氧核苷酸，通过半保留复制的方式，合成子代噬菌体的DNA。(3)从子代噬菌体方面分析：释放的众多子代噬菌体中，只有少数含有亲代噬菌体DNA的单链，其余子代噬菌体的DNA均由寄主细胞提供原料合成。[题型突破——练题型，夯基提能]题型1噬菌体侵染细菌实验分析1．下列有关噬菌体侵染细菌实验的说法，错误的是()A．赫尔希和蔡斯的实验以T2噬菌体为材料，采用了同位素标记技术B．用含32P的培养基直接培养噬菌体，将获得DNA含有32P标记的噬菌体7C．噬菌体侵染细菌实验能将DNA与蛋白质分开，单独观察它们各自的作用D．用32P标记的噬菌体与细菌混合一段时间后离心，结果为沉淀物的放射性很高解析：噬菌体属于病毒，没有细胞结构，不能在培养基上独立生存，因此不能用含32P的培养基直接培养噬菌体，B错误。答案：B2．如果用32P、35S、15N标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体组成结构中，能够找到的放射性元素为()A．可在外壳中找到35S、15NB．可在DNA中找到32P、15NC．可在外壳中找到32P、15ND．可在DNA中找到32P、35S、15N解析：用32P、35S、15N标记后，亲代噬菌体的DNA中含有32P、15N，蛋白质外壳中含有35S、15N。噬菌体侵染细菌过程中，噬菌体外壳留在外面，DNA进入细菌。子代噬菌体的蛋白质外壳完全以细菌体内的氨基酸为原料合成，无放射性，A、C错误；子代噬菌体DNA只有一部分含有亲代链(含32P、15N)，B正确；DNA中不含有S元素，D错误。答案：B[归纳总结]“两看法”解答噬菌体侵染细菌标记问题题型2噬菌体侵染实验与艾弗里实验的比较[实验方法]实验名称艾弗里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不同的作用设计原则对照原则和单一变量原则8处理方式的区别直接分离法：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，不能证明蛋白质不是遗传物质3.艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是()A．重组DNA片段，研究其表型效应B．诱发DNA突变，研究其表型效应C．设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应D．应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递解析：艾弗里等人肺炎双球菌体外转化实验，首次证明DNA是使R型细菌转化为S型细菌的物质；赫尔希与蔡斯通过噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，两者都是设法将DNA与蛋白质分离，单独地、直接地观察各自的作用。肺炎双球菌转化实验没有应用同位素示踪技术。答案：C4．(2018·河南安阳一模)下列有关人类对遗传物质探索的说法，正确的是()A．格里菲思用小鼠和肺炎双球菌进行实验，提出S型菌体内存在“转化因子”的推论B．艾弗里将S型菌体内的物质分离、提纯后进行实验，得出“DNA是主要遗传物质”的结论C．赫尔希和蔡斯采用T2噬菌体和大肠杆菌进行实验，通过对照实验证明“DNA是遗传物质”D．烟草花叶病毒重建实验证明了病毒的主要遗传物质是DNA，少数是RNA解析：格里菲思用小鼠和肺炎双球菌进行实验，提出S型菌体内存在“转化因子”的推论，A正确；艾弗里将S型菌体内的物质分离、提纯后进行实验，得出“DNA是遗传物质”的结论，B错误；赫尔希和蔡斯采用T2噬菌体和大肠杆菌进行实验，通过对比实验证明