第1节 DNA是主要的遗传物质

[典例1] (2019·天化中学期末)在肺炎链球菌的转化实验中，促进R型菌转化成S型菌
的转化因子是S型菌的( )
A.蛋白质
B.多糖
C.RNA
D.DNA
答案 D
[对点练1] (2019·宁波九校联考)（多选）肺炎链球菌转化实验是证实DNA作为遗传物 质的最早证据，下列相关叙述正确的是( ) A.肺炎链球菌是导致小鼠患败血症的病原体 B.肺炎链球菌的体内转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质 C.肺炎链球菌的体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质 D.粗糙型(R)菌株是唯一能够引起败血症或肺炎的菌株
★噬菌体侵染细菌的电镜照片
【知识锁链】 用35S和32P作为标记元素的原因：蛋白质的组成元素是C、H、O、N、S等，DNA的 组成元素是C、H、O、N、P。S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素，分别 用35S和32P作为标记元素，可单独分析两者是否具有遗传效应。 DNA作为遗传物质应具备的特点包括：结构较为稳定；能够精确地复制自身，保持 一定的连续性；可以储存大量的遗传信息，保证遗传信息的完整性和相对独立性； 能够指导作为性状表现者的蛋白质的合成。
第1节 DNA是主要的遗传物质
课程标准要求
核心素养对接
1.生命观念——从分子水平上，利用结构与功能观，分析DNA适
合作为遗传物质应具备的特点。
2.科学思维——运用归纳与概括的方法，分析肺炎链球菌体外转
化实验、噬菌体侵染大肠杆菌实验和烟草花叶病毒重建实验，归 概述多数生物的基因
纳出其在实验思路上的共同点。 是 DNA 分 子 的 功 能 片
4.艾弗里的肺炎链球菌转化实验 在人工培养基中繁殖
蛋白
S型细菌 的细胞提
取物
DNA
R型细菌
DNA
DNA
【科学方法】 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。 (1)加法原理：与常态相比，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、滴加肝脏研磨液的处理，就是利用了“加法原理”。 (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，就是利用了“减法原理”。
S型细菌的细胞提取物的制备方法：将S型细菌用氯仿抽提数次→用乙醇沉淀→将 沉淀溶于盐溶液→加入水解多糖的酶，37 ℃消化4～6 h→再用氯仿抽提→用乙醇 沉淀→制得了含有转化因子的S型细菌的细胞提取物(含有核酸以及极少量的蛋白 质)。 目的：依次去掉多糖、蛋白质、RNA、脂质和DNA，看细胞提取物是否还有转化 活性。
解析 肺炎链球菌是导致小鼠患败血症的病原体，A正确；肺炎链球菌的体内转化实 验证明S型细菌中含有某种转化因子将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌， B错误；肺炎链球菌的体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质，C正确； 光滑型(S)菌株是引起败血病或肺炎的菌株，D错误。 答案 AC
联想质疑 ★R型菌无荚膜，S型菌有荚膜，Fra Baidu bibliotek膜对细菌有保护作用。
噬菌体侵染细菌的实验 ———————————————自主梳理———————————————
3 2P和35S分别标记DNA和蛋白质 DNA
用不同的放射性同位素 蛋白质
大肠杆菌
大肠杆菌 裂解
35S
35S
离心
搅拌 离心
32P
32P
高 低
35S 低
高
DNA
很高 很低
DNA
32P
蛋白质 外壳 DNA
(1)若保温时间过短，对第一组实验和第二组实验的结果会产生什么影响？为什么？ 提示 对第一组实验无影响，但会导致第二组实验的上清液中出现较高的放射性。 因为保温时间过短，会有大量亲代噬菌体尚未将DNA注入大肠杆菌，搅拌离心后这 部分完整的亲代噬菌体一并出现在上清液中。 (2)若保温时间过长，对以上两组实验的结果又会产生什么影响？为什么？ 提示 对第一组实验无影响，会导致第二组实验的上清液出现较高的放射性。因为 保温时间过长，子代噬菌体已经从裂解的大肠杆菌中释放出来，经搅拌离心，这部 分完整的子代噬菌体会一并出现在上清液中。
D.上清液、上清液
解析 短时间培养后，子代噬菌体在细菌体内不释放出来，离心后存在于沉淀物中。
①实验中，用35S标记的噬菌体侵染未标记的细菌，蛋白质外壳没有进入细菌，所
以离心后主要在上清液中检测到放射性。②实验中，32P存在于子代噬菌体的DNA
中，其放射性主要存在于沉淀物中。
答案 C
【归纳总结】 噬菌体侵染细菌实验过程
烟草花叶病毒的侵染实验
———————————————自主梳理——————————————— 1.烟草花叶病毒侵染烟草的实验
(1)实验材料
烟草花叶病毒是一种 RNA 病毒，只含有 RNA 和 蛋白质 ，不含有DNA，能感染烟草，使其出现相应
的病斑。
(2)实验过程
蛋白质
RNA (3)实验结论 烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA 。
2.完成下表
生物类型 实例
核酸种类
细胞生物
真核生物
原核生物
非细胞生物
DNA病毒
RNA病毒
真菌、原生生
噬 菌 体 、 乙 肝 HIV 、 SARS 病
细菌、蓝细菌、
物、所有动植
病毒、天花病 毒、烟草花叶
放线菌等
物
毒等
病毒等
_D_N__A_和__R__N_A___ DNA和RNA
__D_N__A__
__R_N_A___
2.两种肺炎链球菌的比较 菌落是由一个微生物细胞经过繁 殖而产生的肉眼可见的子细胞群 体，可根据菌落的大小、形态、 颜色等特征鉴别微生物的种类。
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶 状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人或动 物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚 膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有 利于细菌在宿主细胞内生活并繁殖。
实验过程 设计思路
实验组别
一
二
S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素，用不同的放射性同位 素分别标记DNA和蛋白质，直接地、单独地观察它们的作用
含35S的培养基＋无标记的大肠 含32P的培养基＋无标记的大肠杆菌
标记大肠杆菌
杆菌→含35S的大肠杆菌
→含32P的大肠杆菌
标记噬菌 无标记的噬菌体→侵染含35S的大肠 无标记的噬菌体→侵染含32P的大
[对点练2] (2019·都匀一中期末)某研究小组模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌实
验，进行了如下实验：①用35S标记的噬菌体侵染未标记的细菌；②用32P标记的噬
菌体侵染未标记的细菌。短时间培养后进行搅拌离心，检测到放射性存在的主要
部位依次是( )
A.沉淀物、沉淀物
B.沉淀物、上清液
C.上清液、沉淀物
图示 菌落 (光滑、粗糙)
S型细菌
_光__滑___
R型细菌
_粗__糙___
两种菌在小鼠体内繁殖，毒性效果相互对照
有无 荚膜 有无毒性
___有___ ___无___
__有____ ___无___
3.格里菲思的肺炎链球菌转化实验
结论：加热致死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌 还不知道转化因子的化学本质
【易错提示】 (1)转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌 被转化成S型细菌； (2)由于DNA的热稳定性比蛋白质要高，所以加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白 质永久变性失活，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；
(3)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组都通过添加特定的酶特异性 地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，利用了自变量控制中的“减法 原理”。 (4)格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子 是哪种物质。艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。
3.科学探究——从选材、原理、方法、步骤、结果、结论和设置 段，有些病毒的基因
对照的方式等多个角度理解相关实验，学会同位素标记病毒的基 在RNA分子上
本方法和原理。
4.科学思维——分析肺炎链球菌体外转化实验、噬菌体侵染大肠
杆菌实验和烟草花叶病毒重建实验的实验结论，归纳概括出DNA
是主要的遗传物质。
学业质量水平 水平一 水平一
的噬菌体蛋白质外壳并未进入细菌体内
结论
DNA是噬菌体的遗传物质
联想质疑
注入宿主细胞内的T2噬菌体的DNA，消耗宿主细胞内的脱氧核苷酸和氨基酸，指 导宿主细胞合成T2噬菌体的DNA和蛋白质。
35S和32P不能同时标记在一个噬菌体上，因为在放射性检测时，只能检测到放射性的 存在部位和放射性强弱，而不能检测到是何种元素的放射性。
遗传物质
_D__N_A__
__D_N_A__
DNA
RNA
归纳：绝大多数生物的遗传物质是__D_N__A_，只有极少数病毒的遗传物质是 __R_N__A_。
结论：__D_N__A__是主要的遗传物质。
横向比较得出的结论，并不是针对一种生物而言
[典例3] (2019·青岛高一检测)下列关于遗传物质的说法，错误的是( ) ①真核生物的遗传物质是DNA ②原核生物的遗传物质是RNA ③细胞核中的遗 传物质是DNA ④细胞质中的遗传物质是RNA ⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质 是DNA或RNA A.①②③ B.②③④ C.②④⑤ D.③④⑤ 解析 细胞生物无论是真核生物还是原核生物，遗传物质都是DNA；凡是有细胞 结构的生物，无论是细胞核中还是细胞质中，遗传物质都是DNA；甲型H1N1流感 病毒是RNA病毒，遗传物质是RNA。 答案 C
[对点练3] (2019·齐齐哈尔八中期末)（多选）下列有关生物体遗传物质的叙述，正确 的是( ) A.大肠杆菌的遗传物质是DNA而非RNA B.酵母菌的遗传物质分布在染色体、叶绿体和线粒体中 C.烟草花叶病毒的遗传物质含有硫元素 D.HIV的遗传物质初步水解产生4种核糖核苷酸 解析 大肠杆菌为原核生物，其遗传物质是DNA，A正确；酵母菌是真核生物，具 有真正的细胞核，含有线粒体，但是没有叶绿体，B错误；烟草花叶病毒的遗传物 质为RNA，不含有硫元素，C错误；HIV的遗传物质为RNA，初步水解产生4种核 糖核苷酸，D正确。 答案 AD
(3)若搅拌不彻底，对以上两组实验的结果又会产生什么影响？为什么？ 提示 会导致第一组实验的沉淀物中出现较高的放射性，对第二组实验无影响。因 为如果搅拌不彻底，亲代噬菌体的蛋白质外壳无法与大肠杆菌细胞体分离，经离心， 会同大肠杆菌细胞体一起出现在沉淀物中。
[典例 2] (2019·三明一中月考)以含(NH4)235SO4、KH321PO4 的培养基培养大肠杆菌，再 向大肠杆菌培养液中接种 32P 标记的 T2 噬菌体(S 元素为 32S)，一段时间后，检测子 代噬菌体的放射性及 S、P 元素，下表中对结果的预测，最可能发生的是( )
选项 A B C D
放射性 全部无 全部有 少数有 全部有
S元素 全部32S 全部35S 全部32S 全部35S
P元素 全部31P 多数32P，少数31P 少数32P，多数32P 少数32P，多数31P
解析 大肠杆菌中含有35S标记的氨基酸和含31P的脱氧核苷酸，噬菌体的DNA被32P 标记，侵染细菌时，蛋白质外壳不进入细菌，只有DNA进入，并以噬菌体DNA为模 板，利用大肠杆菌提供的脱氧核苷酸，进行复制，合成子代噬菌体的DNA，子代噬 菌体少数含32P，多数含31P；同时利用大肠杆菌提供的氨基酸，合成噬菌体的蛋白质 外壳，子代噬菌体全部含有35S。 答案 D
体 杆菌→含35S的噬菌体
肠杆菌→含32P的噬菌体
噬菌体侵 含35S的噬菌体＋无标记的大肠杆菌 含32P的噬菌体＋无标记的大肠杆
染细菌 →混合培养→搅拌后离心
菌→混合培养→搅拌后离心
上清液放射性很高，沉淀物放射性 上清液放射性很低，沉淀物放射性
实验结果
很低
很高
噬菌体侵染细菌时，含32P的噬菌体DNA进入了细菌体内，而含35S 实验分析
水平二
水平一
肺炎链球菌的转化实验
———————————————自主梳理———————————————
1.对遗传物质的早期推测 (1)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。 (2)20世纪30年代，人们认识到 DNA 的重要性，但是认为 蛋白质 物质的观点仍占主导地位。
是遗传