1、高中生物第四章遗传的分子基础第一节探索遗传物质的过程教学案苏教版必修第一节 探索遗传物质的过程学习目标：1.格里菲思的肺炎双球菌体内、体外转化实验的过程及结论2噬菌体侵染大肠杆菌实验的方法、过程及结论3证明DNA是遗传物质实验的设计思路4生物类型与遗传物质类型的关系5DNA粗提取的原理和过程教材梳理一、格里菲思肺炎双球菌转化实验1肺炎双球菌2.格里菲思实验(1)实验过程及现象：(2)结论：无毒性的R型活球菌和被加热杀死的有毒性的S型球菌混合后，有部分无毒性的R型球菌转化为有毒性的S型活球菌，且这种转化是可以遗传的。3艾弗里的体外转化实验(1)实验材料：S型和R型肺炎双球菌。(2)设计思路：设法
2、将DNA和蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地去观察它们的作用。(3)过程：(4)结论：DNA是使R型球菌产生稳定遗传变化的物质。二、噬菌体侵染细菌的实验1实验材料及方法(1)T2噬菌体的结构及代谢特点：(2)实验方法：放射性同位素标记法。2实验过程及结论(1)实验过程：(2)实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。三、DNA是主要的遗传物质1RNA是某些病毒的遗传物质的相关实验(1)烟草花叶病毒(TMV)的实验：烟草花叶病毒结构：实验过程：结论：控制烟草花叶病毒性状的物质是RNA，不是蛋白质。(2)TMV(烟草花叶病毒)与HRV(车前草病毒)的病毒重建实验：实验过程：重建病毒烟草HRV的病斑H
3、RV重建病毒烟草TMV的病斑TMV结论：控制TMV、HRV性状的物质是RNA而不是蛋白质。2.人类的探索结论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。四、DNA的粗提取与鉴定1提取DNA(1)DNA在NaCl溶液中的溶解度，随着NaCl浓度的变化而改变。当NaCl的物质的量浓度为0.14_mol/L时，DNA的溶解度最低。通过改变NaCl溶液的浓度，可以使溶解在NaCl溶液中的DNA析出。(2)DNA不溶于酒精，细胞中的某些物质可以溶于酒精，据此可进一步提取出含杂质较少的DNA。2实验设计(1)材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物
4、组织，如鸡血、菜花、洋葱等。(2)破碎细胞(以鸡血为例)：鸡血细胞，加蒸馏水，用玻璃棒搅拌，用纱布过滤，收集滤液。(3)去除杂质：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质。(4)DNA析出：将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的酒精溶液(体积分数为95%)使DNA析出。3DNA的鉴定DNA溶解在0.015 mol/L的NaCl溶液中，加入4 mL二苯胺试剂，沸水浴中加热5 min，溶液变成蓝色。牛刀小试一、肺炎双球菌的转化实验1仔细观察并分析肺炎双球菌的转化实验，讨论交流下列问题：(1)格里菲思的转化实验中有无设计对照实验？若有，则对照组和实
5、验组分别是第几组？怎样设计的？提示：有对照设计。对照组是第一至三组，分别向健康小鼠体内注射R型活球菌、S型活球菌、加热杀死的S型球菌。实验组是第四组，向健康小鼠体内注射R型活细菌和加热杀死的S型球菌的混合液。(2)在肺炎双球菌转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？提示：将DNA与蛋白质、多糖等其他物质分开，单独地、直接地观察每种物质的作用。(3)将S型球菌的DNA、蛋白质和多糖等物质分别与R型球菌混合培养，能得到R型活球菌的是哪些组？能得到S型活球菌的是哪些组？提示：三组均能得到R型活球菌。加入DNA的一组不仅能得到R型活球菌，还能得到少数S型活球菌。(4)倘若再增
6、加一组实验：DNADNA水解酶R型活球菌，培养基中能否得到S型活球菌？为什么？提示：不能。因为只有DNA才能使球菌的致病性发生转化，加入DNA水解酶，导致DNA被水解破坏，此时R型球菌将不能转化为S型活球菌。2判断正误(1)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。()(2)肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。()二、T2噬菌体侵染细菌的实验1仔细观察教材P62图44，探讨下列有关问题：(1)实验中为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记？能利用14C和15N同位素进行标记吗？试说明理由。提示：因为S仅存在于T2噬菌体的蛋白质中
7、，而P主要存在于DNA中，故用35S和32P分别标记蛋白质和DNA。不能。因为T2噬菌体的蛋白质和DNA中均含有这两种元素，无法将DNA和蛋白质区分开。(2)请根据噬菌体的代谢特点，分析能否直接利用分别含放射性同位素35S和32P的培养基培养噬菌体。提示：不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活，病毒在普通培养基上无法生存。(3)噬菌体侵染大肠杆菌实验，除证明DNA是遗传物质外，还能得出哪些结论？提示：本实验还能间接证明DNA是遗传物质的两个特点：DNA使前后代保持一定的连续性(即DNA复制)。DNA能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈代谢过程和性状
8、。2判断正误(1)用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，若实验中搅拌不充分，会造成上清液中有很高的放射性。()(2)噬菌体侵入大肠杆菌后，进行DNA复制和蛋白质合成的原料来自自身携带的物质。()(3)用含32P的普通培养基培养T2噬菌体，可标记噬菌体的DNA。()三、生物的遗传物质(连线)重难突破一、肺炎双球菌转化实验体内转化实验体外转化实验实验者格里菲思艾弗里培养细菌用小鼠(体内)用培养基(体外)实验原则R型球菌与S型球菌的毒性对照S型球菌各成分作用的相互对照实验结果加热杀死的S型球菌能使R型球菌S型球菌S型球菌的DNA使R型球菌S型球菌实验结论S型球菌体内有“转化因子”S型球菌的DNA是遗
9、传物质两实验联系所用材料相同，都是肺炎双球菌(R型和S型)体内转化实验是基础，仅说明S型球菌体内有“转化因子”，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA两实验都遵循对照原则、单一变量原则二、噬菌体侵染细菌实验1实验过程分析第一步标记细菌细菌含35S的培养基含35S的细菌细菌含32P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35S的噬菌体噬菌体含32P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高，沉淀物放射性很低含32P的噬菌体细菌上清液放射性低，沉淀物放射性很高结果分析35S标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，而是留在外面32P标记的DNA进
10、入了宿主细胞内，子代噬菌体的性状是通过亲代DNA遗传的结论(1)直接证明：DNA是遗传物质(2)间接证明：DNA能够自我复制，使前后代保持一定的连续性；DNA能控制蛋白质的生物合成2.实验结果中放射性分布的分析(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含有放射性的原因：保温时间过短，有一部分噬菌体未侵入到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性。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升高。(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上沉淀物中不含放射性，但可能由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，
11、随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。三、生物的遗传物质归纳 实验探究DNA的粗提取与鉴定1实验原理(1)DNA在不同浓度氯化钠溶液中的溶解度不同，其变化曲线如图：(2)DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的其他某些物质可以溶于酒精溶液，据此可提取含杂质较少的DNA。(3)DNA二苯胺蓝色(用于DNA的鉴定)。2实验材料凡含细胞核的材料均可用于提取DNA(哺乳动物成熟红细胞无细胞核，不适宜作本实验材料)，鸡的红细胞含较多DNA，适宜作本实验材料。3实验流程 4实验归纳(1)加入抗凝剂的目的：制备鸡血细胞液时要在取新鲜鸡血的同时加入抗凝剂防止血液凝固。(2)三种NaCl溶液浓度：0.14
12、mol/L NaCl溶液用于析出DNA；2 mol/L NaCl溶液用于溶解DNA；0.015 mol/L NaCl溶液用于鉴定DNA。(3)两次用到蒸馏水：第一次加蒸馏水，目的是让血细胞发生渗透吸水涨破而释放DNA；第二次加蒸馏水，目的是降低NaCl溶液的浓度，析出DNA。(4)两种颜色变化：析出的DNA是白色丝状物；DNA中加入二苯胺试剂，加热后呈蓝色。(5)三次过滤：第一次和第三次要用其滤液，使用的纱布为12层，第二次要用其滤出的黏稠物，使用纱布为多层。考向聚焦例1(广东高考)艾弗里和同事用 R 型和 S 型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。实验组号接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况R蛋
13、白质R 型R荚膜多糖R 型RDNAR 型、S 型RDNA(经DNA酶处理)R 型从表可知()A不能证明 S 型菌的蛋白质不是转化因子B说明 S 型菌的荚膜多糖有酶活性C和说明 S 型菌的 DNA 是转化因子D说明 DNA 是主要的遗传物质解析由、组相比较可知DNA是S型细菌的转化因子，再通过组可进一步证明DNA是S型细菌的转化因子，蛋白质、多糖以及DNA水解产物都不是S型细菌的转化因子，A错误、C正确；从表中不能得出B项的结论；表中信息不能说明DNA是S型细菌的主要遗传物质，D错误。答案C例2结合遗传物质的相关实验，请据图回答问题：(1)该图为艾弗里及其同事进行肺炎双球菌转化实验的一部分图解，
14、如看到_(答特征)的菌落，说明R型细菌转变成了S型细菌。(2)为了充分证明DNA是遗传物质，艾弗里还在培养R型细菌的培养基中加入_，进一步验证实验结果。(3)后来，赫尔希和蔡斯利用32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，在子代噬菌体中检测到被32P标记的DNA，表明DNA具有_性，说明DNA是遗传物质。(4)艾弗里的细菌体外转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验的共同设计思路都是把_，直接地、单独地观察它们的作用。解析 (1)S型细菌有荚膜，所以形成的菌落表面光滑。(2)艾弗里利用酶的专一性，将S型细菌的DNA和DNA酶混合，可以进一步确认DNA是否是遗传物质。(3)作为遗传物质的条件之一
15、是在亲子代之间是否具有连续性。(4)细菌体外转化及噬菌体侵染细菌的实验的共同设计思路是把DNA和蛋白质分开，直接地、单独地观察它们所起的作用。答案 (1)表面光滑(2)S型细菌的DNA和DNA酶(3)连续(4)DNA和蛋白质分开课堂归纳 网络构建填充：肺炎双球菌转化噬菌体侵染细菌RNA 主要的遗传物质DNA的溶解度随NaCl浓度的变化而改变二苯胺 蓝色 关键语句1S型肺炎双球菌有荚膜，有毒；R型肺炎双球菌无荚膜，无毒。2在肺炎双球菌转化实验中，只有S型球菌的DNA才能使R型球菌转化为S型球菌，即转化因子是DNA。3T2噬菌体由蛋白质外壳和DNA组成，S存在于蛋白质中，P几乎全部存在于DNA中。
16、4肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。5烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。6由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此DNA是主要的遗传物质。7DNA在NaCl溶液中的溶解度会随NaCl浓度的变化而改变。NaCl的浓度为0.14 mol/L时DNA的溶解度最低。8DNA二苯胺蓝色知识点一、肺炎双球菌转化实验1艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验与赫尔希和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，研究其各自的效应D应用同位素示踪技术，研究DNA
17、在亲代与子代之间的传递解析：选C艾弗里从S型肺炎双球菌提取出了DNA、蛋白质，与R型细菌混合培养，证明了DNA是遗传物质；赫尔希和蔡斯用同位素标记法将噬菌体的DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去研究它们的作用。2肺炎双球菌有许多类型，有荚膜的S型细菌有毒性，能引起人患肺炎或引起小鼠患败血症死亡，无荚膜的R型细菌无毒性。如图为细菌转化实验，相关说法错误的是()A丙组为空白对照，实验结果为小鼠不死亡B能导致小鼠患败血症死亡的有甲、丁两组C戊组实验表明，加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型细菌D丁组产生的有毒性的肺炎双球菌不能将该性状遗传给后代解析：选D含有荚膜的肺炎双球菌是甲、乙、丁三
18、组，煮沸处理能使有荚膜的肺炎双球菌失去毒性，所以只有甲、丁两组能导致小鼠死亡。戊组加S型细菌的蛋白质后试管中长出的是无毒性的R型细菌，丁组产生的有毒性的S型细菌是由遗传物质改变引起的，可以遗传给后代。知识点二、噬菌体侵染细菌的实验3(海南高考)关于T2 噬菌体的叙述，正确的是()AT2 噬菌体的核酸和蛋白质中含硫元素BT2 噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中CRNA 和DNA 都是T2 噬菌体的遗传物质DT2 噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖解析：选DT2噬菌体核酸中不含硫元素。T2 噬菌体不能寄生在酵母菌细胞中。任何生物的遗传物质只能是DNA 或RNA ，T2 噬菌体的遗传物质是DNA。T2噬
19、菌体作为病毒，只能利用宿主细胞的物质进行增殖。4认为DNA是主要遗传物质的理由是()A噬菌体侵染细菌实验证明的BDNA是绝大多数生物体的遗传物质C只有DNA能够进行自我复制D肺炎双球菌转化实验证明的解析：选B通过大量的实验证明，绝大多数生物，包括全部有细胞结构的生物，即原核生物和真核生物的遗传物质是DNA，还有DNA病毒，而有些病毒的遗传物质是RNA，因此，只能说DNA是主要的遗传物质。知识点三、DNA的粗提取与鉴定5多选(江苏高考)图1、2分别为“DNA的粗提取与鉴定”实验中部分操作步骤示意图，下列叙述正确的是()A图1、2中加入蒸馏水稀释的目的相同B图1中完成过滤之后保留滤液C图2中完成过
20、滤之后弃去滤液D在图1鸡血细胞液中加入少许嫩肉粉有助于去除杂质解析：选BCD图1中加入蒸馏水的目的是使鸡血细胞吸水涨破，图2中加入蒸馏水的目的是调节盐溶液的浓度，使DNA析出。图1中含有DNA的核物质位于滤液中，因此完成过滤后应保留滤液。图2中析出的DNA在纱布上，因此完成过滤后应弃去滤液。嫩肉粉中含有木瓜蛋白酶，能催化杂质蛋白的分解。(时间：25分钟；满分：50分)一、选择题(每小题3分，共30分)1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32PB只有35SC一定有32P，可能有35S D只有32P解析：选A子代噬菌体中S元素决
21、定于大肠杆菌中氨基酸的组成元素；子代噬菌体中P元素决定于亲代噬菌体DNA与大肠杆菌中脱氧核苷酸的组成元素，所以子代噬菌体一定有35S，可能有32P。2(新课标全国卷)在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是()孟德尔的豌豆杂交实验摩尔根的果蝇杂交实验肺炎双球菌转化实验T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 DNA的X光衍射实验ABCD解析：选C孟德尔通过豌豆杂交实验发现了基因的分离定律和自由组合定律。摩尔根通过果蝇杂交实验说明了基因位于染色体上。DNA的X光衍射实验为DNA双螺旋结构的发现提供了重要依据。肺炎双球菌转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌实验均证明了DNA是遗传物质，C项正确。3(上海高
22、考)赫尔希(A. D. Hershey)和蔡斯(M. Chase)于1952年所做的噬菌体侵染细菌的著名实验进一步证实了DNA是遗传物质。这项实验获得成功的原因之一是噬菌体()A侵染大肠杆菌后会裂解宿主细胞B只将其DNA注入大肠杆菌细胞中CDNA可用15N放射性同位素标记D蛋白质可用32P放射性同位素标记解析：选B噬菌体侵染细菌过程，只有噬菌体DNA进入大肠杆菌细胞内，而蛋白质没有进入。噬菌体的DNA和蛋白质中都含N，如用15N标记，不能达到分开研究DNA和蛋白质的作用的目的，C错误；噬菌体的蛋白质几乎不含P，D错误；如果噬菌体的DNA和蛋白质都进入大肠杆菌，则本实验无法得出结论，B项是实验获
23、得成功的原因之一。4如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的放射性元素为()A可在外壳中找到3H、15N、35SB可在DNA中找到3H、15N、32PC可在外壳中找到15N、35SD可在DNA中找到15N、32P、35S解析：选B3H、15N既可标记在噬菌体的DNA分子上，又可标记在噬菌体的蛋白质外壳上，而32P只能标记在噬菌体的DNA分子上，35S只能标记在噬菌体的蛋白质外壳上。因为噬菌体侵染细菌的过程中，只有其DNA进入了细菌细胞，蛋白质外壳没有进入，子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳大都以细菌的成分为原料合成，所以在产生的子代噬
24、菌体结构成分中只能发现噬菌体的DNA分子上带有的3H、15N、32P，完全没有35S。5多选下表是关于DNA的粗提取与鉴定实验中所使用的试剂、操作及其作用的表述，正确的是()试剂操作作用A柠檬酸钠溶液与鸡血混合防止血液凝固B蒸馏水与鸡血细胞混合保持细胞形状C蒸馏水加入到溶解有DNA的浓NaCl溶液中析出DNA丝状物D冷却的酒精产生特定的加入到过滤后含DNA的NaCl溶液中产生特定的颜色反应解析：选AC柠檬酸钠溶液有抗凝血的作用；第一次加入蒸馏水是为了让细胞吸水涨破；在浓氯化钠溶液(2 mol/L)中，DNA的溶解度很大，而蛋白质的溶解度很小；在稀氯化钠溶液(0.14 mol/L)中DNA的溶解
25、度最低，蛋白质的溶解度很高而出现盐溶现象；用酒精沉淀法可使其他物质溶于酒精而进一步纯化DNA，但不会出现颜色反应。6多选在肺炎双球菌转化实验中，科学家发现无毒性的R型细菌和被加热杀死的有毒性的S型细菌混合后，在小鼠体内找到了下列哪种类型的细菌()A有毒性的R型细菌B无毒性的R型细菌C有毒性的S型细菌D无毒性的S型细菌解析：选BC在肺炎双球菌的转化过程中，并不是所有的无毒性的R型细菌都转化成了有毒性的S型细菌，因此在小鼠体内有无毒性的R型和有毒性的S型两种细菌存在。7关于病毒的遗传物质的叙述，正确的是()A都是脱氧核糖核酸B同时存在脱氧核糖核酸和核糖核酸C都是核糖核酸D有的是脱氧核糖核酸，有的是
26、核糖核酸解析：选D生物的遗传物质是核酸(包括DNA和RNA)，对一个具体的生物来说，它的遗传物质是DNA或RNA。对病毒来说，有些病毒的遗传物质是DNA，如噬菌体；有些病毒的遗传物质是RNA，如烟草花叶病毒。8(江苏高考)关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是()A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B分别用35S 和 32P 标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养C用35S 标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致D32P 、 35S 标记的噬菌体侵染实验分别说明 DNA 是遗传物质、蛋白质不是遗传物质解析：选
27、C噬菌体营寄生生活，不能用培养基直接培养；保温时间不能过长，若保温时间太长则可能有含32P子代的噬菌体释放出来，离心后存在于上清液中，导致上清液中也能检测到放射性；用35S 标记的是噬菌体的蛋白质，理论上应存在于上清液中，但可能因搅拌不充分而使部分噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，离心后存在于沉淀物中；本实验可说明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质。9如图表示科研人员验证烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程，由此推断正确的是()A烟草细胞的遗传物质是RNAB烟草细胞的细胞膜上有RNA的载体C感染烟草的病毒的蛋白质和TMV的相同D接种的RNA在烟草细胞中进行了逆转录解析：选C从烟草花叶
28、病毒中提取的RNA能使烟草感染病毒，而提取的蛋白质却不能使烟草感染病毒，这说明RNA是遗传物质，可在烟草细胞内合成TMV的蛋白质。10. 下列关于肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验的叙述，正确的是()A都选用结构简单的生物作为实验材料，繁殖快、容易观察实验结果B格里菲思和艾弗里的肺炎双球菌转化实验都是在小鼠体内进行的C两个实验都运用了同位素示踪法D两个实验都证明了DNA是主要的遗传物质解析：选A噬菌体是病毒，肺炎双球菌为原核生物，它们繁殖快，容易观察实验结果。格里菲思的肺炎双球菌转化实验是在小鼠体内进行的，而艾弗里的肺炎双球菌转化实验是在小鼠体外进行的。只有噬菌体侵染细菌的实验运用了同位素示踪法。两个实验都证明了DNA是遗传物质。二、非选择题(共20分)11(10分)如图是赫尔希和蔡斯研究遗传物质实验中的物质示意图及实验过程图，请回答下列问题：(1)图3中用35S标记噬菌体蛋白质外壳，标记元素所在部分是图2中的_。如果用32P标记噬菌体的DNA，标记元素所在部位是图1中的_。(2)赫尔希和蔡斯选用噬菌体
