3-1 DNA是主要的遗传物质

五、科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
1.加法原理
与常态比较,人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例
如,在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照
组相比,实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝研磨液
的处理。
2.减法原理
与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例
性
型活细菌转化
为 S 型活细菌
的活性物质
——转化因子
实验过程
结果分析
③加热致死的 S 型细菌
小鼠
不死亡
④型活细菌
加热致死的型细菌
死亡
S 型活细菌
小鼠
结论
加热致死的 S
已经加热致死
型细菌已失
的 S 型细菌,含
活,无毒性
有某种促使 R
R 型细菌转化
型活细菌转化
为 S 型细菌,
为 S 型活细菌
且性状可以遗
该实验只证明了DNA是遗传物质,不能证明DNA是主要的遗
传物质,D项错误。
学以致用 某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细
菌的实验,进行了以下3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。短时间保温后离心,理论
上以上3个实验中放射性出现的位置依次是(
1.肺炎链球菌的类型
比较项目
S 型细菌
R 型细菌
菌落
表面光滑
表面粗糙
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
炎链球菌转化实验
实验过程
①R 型活细菌
结果分析
小鼠不死亡
结论
R 型细菌无毒
已经加热致死
性
的 S 型细菌,含
有某种促使 R
②S 型活细菌
出 S 型活细菌
小鼠死亡,分离
S 型细菌有毒
有关
C.实验中c含少量放射性与④过程中搅拌不充分有关
D.该实验证明了DNA是主要的遗传物质
答案:A
解析:35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,T2噬菌体侵染细
菌时,蛋白质外壳留在细胞外,经搅拌后与细菌分开,所以若b
中含有放射性,说明②过程搅拌不充分,B项错误。实验中c含
少量放射性与③过程中培养时间过长或过短有关,C项错误。
③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
2.实验拓展分析
(1)在加热杀死S型细菌的过程中,其蛋白质变性失活,但其内
部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。
(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。
(3)在转化实验中,使小鼠死亡的是S型细菌,不是S型细菌的
DNA。
格里菲思将加热致死的S型细菌与R型活细菌混合后,注射
答案:D
型细菌转化成S型细菌
解析:活体转化实验中,小鼠体内有大量 S型细菌,说明R型细
菌转化成的S型细菌能稳定遗传,A项错误。活体转化实验中,
无法说明是哪种物质使R型细菌转化成有荚膜的S型细菌,B
项错误。离体转化实验中,经蛋白酶处理的S型细菌能使部分
R型细菌转化成S型细菌,C项错误。
学以致用 艾弗里及其同事为了弄清楚什么是遗传物质,设
(1)直接证明:DNA是噬菌体的遗传物质。
(2)间接证明:①DNA能够自我复制,使生物体前后代保持一
定的连续性,维持遗传性状的稳定性;②DNA能控制蛋白质的
生物合成,从而控制生物体的新陈代谢和性状。
(3)不能证明DNA是主要的遗传物质。
4.噬菌体侵染细菌的实验中上清液和沉淀物中的放射性分
析
(1)含32P的噬菌体侵染大肠杆菌:
的活性物质
传
——转化因子
3.艾弗里及其同事的肺炎链球菌转化实验
(1)实验过程及现象
(2)结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
微思考1艾弗里及其同事分别用酶处理S型细菌的细胞提取
物,请分析其设计意图。
提示:利用酶的专一性,分别破坏细胞提取物中的蛋白质、
RNA、酯类物质和DNA,然后分别与R型活细菌混合培养,利
要的遗传物质”的内涵。
知识概览
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代,大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物
质。20世纪30年代,人们认识到组成DNA的脱氧核苷酸有4种,
每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到
DNA的重要性,但是,认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导
地位。
二、肺炎链球菌的转化实验
菌,培养基中会出现R型细菌的菌落和S型细菌的菌落。D项
处理组加入了DNA酶,S型细菌的DNA被水解,不能使R型细
菌发生转化,所以不会出现S型细菌的菌落。
二 噬菌体侵染细菌的实验
重难归纳
1.实验思路
仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中,用放
射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,直接地、
典例剖析
下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述,正确的是(
)
A.活体转化实验中,R型细菌转化成的S型细菌不能稳定遗传
B.活体转化实验中,S型细菌的荚膜物质使R型细菌转化成有
荚膜的S型细菌
C.离体转化实验中,经蛋白酶处理的S型细菌不能使R型细菌
转化成S型细菌
D.离体转化实验中,经DNA酶处理的S型细菌提取物不能使R
)
A.沉淀物;沉淀物;沉淀物和上清液
B.沉淀物;上清液;沉淀物
C.上清液;上清液;沉淀物和上清液
D.沉淀物;沉淀物;沉淀物
答案:D
解析:在该实验中,沉淀物的主要成分是细菌,上清液的主要
成分为噬菌体的蛋白质外壳。①③都直接对细菌进行了标记,
理论上,放射性物质出现在沉淀物中。②32P只能标记噬菌体
的DNA,噬菌体的DNA会进入细菌体内,理论上,放射性物质
提示:是DNA。
(2)研究表明,小鼠体内的两种细菌含量变化如下图所示。
①S型活细菌是怎样产生的?
提示:加热致死的S型细菌的DNA将R型
细菌转化为S型活细菌。
②S型细菌是有毒性的,据此推测曲线BC
段上升的原因是什么?
提示:有毒的S型细菌在小鼠体内增殖,导致小鼠的免疫力降
低,R型细菌、S型细菌数量都增加。
3-1 DNA是主要的遗传物质
目标素养
1.分析肺炎链球菌转化实验的过程和结论,认同科学结论的获
得离不开推理和实验证据,提升科学思维能力。
2.分析噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论,体验科学探
究的思路和方法,形成遗传物质的结构与功能相统一的观点。
3.分析比较本节实验的实验方法和实验结论,理解“DNA是主
到小鼠体内,小鼠死亡,并从小鼠体内分离出S型活细菌。请
分析回答下列问题。
(1)已知在80~100 ℃温度范围内,蛋白质将失去活性,DNA的
结构也会被破坏,但当温度降低到50 ℃左右时,DNA的结构会
恢复,蛋白质的活性却不能恢复。由此推断,在格里菲思的实
验中,加热致死的S型细菌中的“转化因子”应该是哪种物质?
四、生物的遗传物质
1.RNA是遗传物质的实验证据
(1)烟草花叶病毒的组成
(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
因为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。
微判断3核酸是一切生物的遗传物质,判断下列表述是否正
确。
(1)真核生物细胞中的遗传物质都是DNA,原核生物细胞中
(2)用含35S的噬菌体侵染细菌,经离心后,可在沉淀物中
发现较大的放射性。( × )
(3)T2噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋
白质外壳留在外面。( √ )
(4)T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖。( × )
(5)培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核
酸中。( √ )
计了有关实验。下列选项所列的实验处理组,培养基中无光
滑菌落产生的是(
)
A.S型细菌的DNA+RNA酶+R型细菌
B.S型细菌的DNA+酯酶+R型细菌
C.S型细菌的DNA+R型细菌
D.S型细菌的DNA+DNA酶+R型细菌
答案:D
解析:表面光滑的菌落是S型细菌的菌落。在A、B、C三项
中,S型细菌的DNA都不会被破坏,部分R型细菌转化为S型细
通培养基来培养T2噬菌体?
提示:因为T2噬菌体是病毒,营寄生生活,故应先培养细菌,再
用细菌培养T2噬菌体,而不能直接用普通培养基来培养T2噬
菌体。
微判断2基于噬菌体侵染细菌实验的过程和原理,判断下
列表述是否正确。
(1)1952年,赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体,
证明T2噬菌体的遗传物质是DNA。( √ )
的遗传物质都是RNA。( × )
(2)肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA
是主要的遗传物质。( × )
(3)新型冠状病毒的遗传物质是RNA。( √ )
(4)不含DNA的生物体内,RNA就是该生物的遗传物质。( √ )
(5)猫的遗传物质主要是DNA。( × )
微训练将生物的类型与代表生物及其遗传物质连线。
提示:不能。某种生物的遗传物质只能是DNA(如人、噬菌
体、酵母菌等)或RNA(如HIV等)。DNA是主要的遗传物质
是对所有生物来说的,绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数
是RNA。
典例剖析 下图表示病原体感染某种高等植物的过程,实验
表明这种病原体(
如,在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地
去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质。
一 肺炎链球菌的转化实验
重难归纳
1.格里菲思和艾弗里的肺炎链球菌转化实验的比较
比较项目
培养细菌
实验
对照
格里菲思的肺炎
艾弗里等人的肺炎
链球菌转化实验
链球菌转化实验
在小鼠体内
体外培养基
R 型细菌与 S 型细菌的 S 型细菌各组成成分的
(2)含35S的噬菌体侵染大肠杆菌:
5.噬菌体侵染细菌实验中的同位素标记分析
项目
DNA
蛋白质
DNA 和蛋白质
噬菌体
32
35
14C、3H、18O、15N
细菌
31
32
12
子代噬
32P(少数)、
菌体
31P(全部)
P
P
S
S
32S
C、2H、16O、14N
C、H、O、N 的两种同位素都
有
噬菌体侵染细菌的实验利用放射性同位素标记技术证明了
DNA是遗传物质,是一个非常有说服力的实验。实验中为什
么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体?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:因为噬菌体营寄生生活,只有在细菌体内才能进行
增殖,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。不能用14C和18O标记噬菌体,因为
单独地观察它们各自的作用。
2.实验结果分析
(1)放射性同位素的分布说明:35S标记的蛋白质外壳并未进
入宿主细胞内,32P标记的DNA进入了宿主细胞内。
(2)在细菌裂解释放出的噬菌体中,可以检测到32P标记的
DNA,不能检测到35S标记的蛋白质,说明子代噬菌体的各种性
状是通过亲代的DNA遗传的。
3.实验结论
致病性对照
作用进行对照
比较项目
实验
结论
联系
格里菲思的肺炎
艾弗里等人的肺炎
链球菌转化实验
链球菌转化实验
已经加热致死的 S 型细 DNA 才是使 R 型细菌产
菌体内有“转化因子”
生稳定遗传变化的物质
①所用的材料相同:都选用 R 型和 S 型两种肺炎链球
菌
②格里菲思的实验是艾弗里等人实验的基础,艾弗
里等人的实验是格里菲思实验的延伸
DNA和蛋白质都含C和O。不能用32P和35S同时标记噬菌
体,因为同时使用32P和35S无法区分放射性的来源。
典例剖析 某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯所
做的噬菌体侵染细菌的实验,实验过程如下图所示。下列有
关分析正确的是(
)
实验1
实验2
A.理论上,b和c中不应具有放射性
B.实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短
用“减法原理”鉴定哪种成分是促使R型细菌转化成S型细菌
的“转化因子”。
微判断1基于肺炎链球菌的转化实验过程及结果,判断下列
表述是否正确。
(1)格里菲思的实验结果没有证明哪一种物质是遗传物质。
( √ )
(2)S型细菌体内的DNA可使R型细菌转化为S型细菌。
( √ )
(3)艾弗里证明转化因子是DNA而不是蛋白质。( √ )
出现在沉淀物中。
三 DNA是主要的遗传物质
重难归纳
生物的遗传物质
(1)虽然细胞中同时含DNA和RNA,但所有细胞生物的遗传
物质都是DNA。
(2)病毒的核酸只有一种——DNA或RNA,不管是哪种核酸,
只要是病毒所具有的核酸均是其遗传物质。
对于某一种生物,能不能说它的遗传物质主要是DNA,如人、
噬菌体、酵母菌等?如何理解DNA是主要的遗传物质?
(4)S型肺炎链球菌的DNA可使小鼠致死。( × )
(5)R型细菌与加热致死的S型细菌混合注射到小鼠体内
后,R型细菌全部转化成S型细菌。( × )
三、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验者:赫尔希和蔡斯。
2.实验方法:放射性同位素标记法。
3.实验材料:T2噬菌体(如下图所示)。
4.实验过程
微思考2标记噬菌体时,为什么不能直接用含35S和32P的普