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高中生物浙科版(浙江专版)必修二课件:第三章 第一节 核酸是遗传物质的证据

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第一节

核酸是遗传物质的证据

1.染色体由 DNA、蛋白质(组蛋白和非组蛋白) 和少量 RNA 组成,其中 DNA 和组蛋白是 染色体的主要成分。 2.证明 DNA 是遗传物质的经典实验有肺炎双 球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验。 前者 证明 DNA 是遗传物质,蛋白质不是遗传物 质;后者只证明了 DNA 是遗传物质。 3.花叶病毒的感染和重建实验证明 RNA 是遗 传物质,蛋白质不是遗传物质。

4.证明 DNA 或 RNA 是遗传物质的实验的 共同设计思路是: 分离出可能是遗传物质 的 DNA(或 RNA 和蛋白质), 分别直接地、 独立地观察它们在遗传中的作用。 5.一切生物的遗传物质是核酸,即 DNA 或 RNA 。凡是细胞生物,遗传物质一定是 DNA;病毒的遗传物质是 DNA 或 RNA。 6.没有任何实验能证明“DNA 是主要的遗 传物质”。

考试内容

必考 b

加试 b

核酸
是遗 传物 质的 证据

(1)噬菌体侵染细菌的实验

(2)肺炎双球菌转化实验
(3)烟草花叶病毒的感染和 重建实验

b
a

b
a

噬菌体侵染细菌的实验

1.实验方法
32 同位素标记 法, ___________ 用 35S、 P 分别标记 噬菌体的蛋白质和 DNA 。

2.实验材料:T2 噬菌体和大肠杆菌 (1)噬菌体的结构:

(2)噬菌体的生活方式: 活细胞寄生 。

3.实验过程 (1)标记噬菌体:

(2)侵染细菌:

4.实验结果分析

分组 含32P噬菌 体+细菌 含35S

结果

结果分析
P—DNA进入了宿主 ________________________ 细胞内 _________
32

上清液中几乎无
32P,32P主要分布

对比实 验 (相 互 对照)

在宿主细胞内

宿主细胞内无35S,35 S— 蛋白质外壳未进 ________________________ 噬菌体+ 35S主要分布在上 入宿主细胞, 留在外面 ________________________ 细菌 清液中

5.结论: DNA 是遗传物质。

1.科学家为什么把T2噬菌体作为研究DNA是遗传物质 的材料? 科学家是如何进行研究的? 提示:由于T2噬菌体只由DNA和蛋白质两种化学物质组
成,DNA是由C、H、O、N、P五种元素组成,而蛋白质除含 有C、H、O、N,有的还含有P和S等元素。科学家采用放射 性同位素标记法进行研究。 2.噬菌体侵染细菌的实验准备中,为什么不能直接用含
35

S和32P的普通培养基来培养T2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。

1.T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程 (1)吸附:用尾部的末端(六根尾丝)吸附在大肠杆菌表面。 (2)注入:释放出溶菌酶,破坏大肠杆菌的局部细胞膜,噬菌 体DNA通过尾管进入大肠杆菌,蛋白质外壳留在外面。 (3)复制、合成:在噬菌体DNA的指导下,以大肠杆菌体内的 脱氧核苷酸为原料合成噬菌体DNA,以大肠杆菌体内的氨基酸为 原料合成噬菌体蛋白质外壳。 (4)组装:一个蛋白质外壳装入一个噬菌体DNA分子,组成一 个新的噬菌体。 (5)释放:大肠杆菌细胞破裂,释放出几十个至几百个子代噬 菌体。

2.噬菌体侵染细菌实验

实验 过程

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 的大肠杆菌→含35S的大 肠杆菌 无标记的噬菌体→侵染 含35S的大肠杆菌→含35S 的噬菌体 含32P的培养基+无标记 的大肠杆菌→含32P的大 肠杆菌 无标记的噬菌体→侵染 含32P的大肠杆菌→含 32P的噬菌体

设计 思路 标记大 肠杆菌 标记 噬菌体

实验 过程 噬菌体 侵染细菌 实验 结果 实验 分析

实验组别


含35S的噬菌体+无标记的 大肠杆菌→混合培养(搅拌


含32P的噬菌体+无标 记的大肠杆菌→混合

后离心)
上清液放射性很高,沉淀 物放射性很低

培养(搅拌后离心)
上清液放射性很低, 沉淀物放射性很高

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噬菌体蛋白质外壳并未进入细菌体内

结论

DNA是真正的遗传物质

[特别提醒] (1)用32P标记实验时,上清液中也有一定的放射性的原因有 二:一是保温时间过短,有一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;二是保温时 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,也会使上清液放射性含量升高。 (2)用35S标记实验时,沉淀物中出现少量放射性的原因:可能由 于搅拌不充分,有少量含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。

肺炎双球菌的转化实验

1.肺炎双球菌的特点
项目 菌落 特征
光滑 ______
______ 粗糙

特点
类型

荚膜 毒性

S型
R型

有 ____
____ 无

有 ____
____ 无

2.活体细菌转化实验 过程及结果 分析 注射 a.R型活菌――→ 无毒 性 结果说明R型菌_____ 小鼠活 注射 b.S型活菌――→ 有毒 性 结果说明S型菌_____ 小鼠死 c.加热杀死的S型菌 结果说明加热杀死的S型菌

结论

注射 小鼠活 ――→

已失活

d.R型活菌+加热杀死 小鼠死亡,证明有R型无 毒菌已转化为S型有毒菌, 注射 小鼠 的S型菌――→ 分离 S型活菌 死――→

已加热杀死 的S型菌体 内含有“转 化因子”, R型 菌 促使____ 转化为____ S型 菌(主要通 过d组证实)

说明S型菌内含有使R型菌 转化为S型菌的_____ 物质

3.离体细菌转化实验

过程及结果

分析

DNA 使R型菌发生转化 ①S型菌的_____ 其他物质 不能使R型菌发生转化 ②S型菌的___________ ③“加DNA水解酶”的实验从反面证明确实 是DNA能使R型菌发生转化;从而进一步证明 DNA是遗传物质
DNA 才是“转化因子”,即 S型菌体内只有_______ DNA 是遗传物质 _____

结论

1.肺炎双球菌活体转化实验能否证明DNA是遗传物质? 为什么?

提示:不能。活体转化实验没有将细菌中的各种组成成分 分开,因此,该实验只能证明S型细菌体内含有“转化因 子”,不能证明“转化因子”是哪种物质,更不能证明DNA 是遗传物质。

2.请分析肺炎双球菌活体转化实验和离体转化实验的 关系。

提示:肺炎双球菌的转化实验包括活体转化实验和离体转 化实验,其中活体转化实验只证明了S型细菌体内肯定含有某 种“转化因子”,但“转化因子”是哪种物质并没有证明。而 离体转化的实验则证明了“转化因子”是S型细菌体内的 DNA,而不是蛋白质等其他物质。

1.肺炎双球菌活体转化实验与离体转化实验的比较

项目 培养 细菌 区 别 实验

活体转化实验

离体转化实验

用小鼠(体内)

用培养基(体外)

R型细菌与S型细菌的 S型细菌体内各成分相互

原则
实验

毒性对照
加热杀死的S型细菌 型细菌

对照
S型细菌的DNA能使R型 白质、多糖等不能

结果

能使R型细菌转化为S 细菌转化为S型细菌,蛋

项目

活体转化实验

离体转化实验
DNA是S型细菌的遗传物质, 蛋白质、多糖等不是遗传 物质

区 实验 S型细菌体内肯定有

别 结论 某种“转化因子”

①所用材料相同,都是R型和S型肺炎双球菌;

②活体转化实验是基础,仅说明加热杀死的S型细
联系 菌体内有某种“转化因子”,而离体转化实验则 进一步证明“转化因子”就是DNA;

③两实验都遵循对照原则、单一变量原则

[特别提醒]

肺炎双球菌转化的实质和影响因素

(1)在加热杀死的S型细菌中,其蛋白质变性失活,但DNA只 是暂时性的变性失活,DNA在加热过程中,双螺旋解开,氢键被 打开,但缓慢冷却时,其结构可恢复。 (2)S型细菌的DNA进入R型细菌内的原因:活菌的细胞膜具 有一定通透性,不会使DNA离开细胞,而死菌的细胞膜、细胞壁 已被破坏,DNA也已变成片段。因此S型细菌的DNA片段可进入 R型细菌。 (3)在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌, 而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。原因是转化受DNA的 纯度、两种细菌的亲缘关系、菌体的状态等因素影响。

2.肺炎双球菌离体转化和噬菌体侵染细菌实验的比较

项目

肺炎双球 菌离体转化实验

噬菌体侵染细菌实验

采用直接分离法,
DNA 即真正将S型细菌 采用放射性同位素标 的DNA与其他成分 记法分别标记DNA和 分离,然后用每种 蛋白质进行实验,以 单一成分与R型细 外转化实验 便单独观察它们各自

不同 与蛋白
点 质分开 的方式

菌混合培养,做体 的作用

项目 对照 原则 不同点 实验 结论

肺炎双球 菌离体转化实验

噬菌体侵染细菌实验

相互对照
证明DNA是遗传 物质,蛋白质等 不是遗传物质

自身对照
证明DNA是遗传物质, 但不能证明蛋白质不是 遗传物质(因蛋白质没有 进入细菌体内)

相同点

①实验设计思路相同:均使DNA和蛋白质 分开,单独处理,观察它们各自的作用 ②都遵循对照原则 ③都能证明DNA是遗传物质

[特别提醒] (1)肺炎双球菌转化实验的结论:证明DNA是遗传物质,蛋 白质、多糖等不是遗传物质。 (2)噬菌体侵染细菌实验的结论:证明DNA是遗传物质,不 能证明蛋白质不是遗传物质,因为蛋白质没有进入细菌体内。 (3)两实验都不能证明DNA是主要的遗传物质。

烟草花叶病毒的感染和重建实验

1.烟草花叶病毒的感染和重建实验 (1) 烟草花叶病毒的组成:

(2)病毒对烟草叶细胞的感染实验过程、现象和结论:

结论: RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质, 蛋白质 不是 遗传物质。

(3)病毒重建及其对烟草叶细胞的感染实验过程、现象和 结论:

结论:重组病毒所繁殖的病毒类型取决于 提供RNA 的病毒。

2.DNA是主要的遗传物质(连线)

1.科学家为何要将烟草花叶病毒的RNA与蛋白质分别去 感染烟草?

提示:该实验的设计思路——使可能是遗传物质的RNA 和蛋白质分开,单独处理,直接地观察它们各自的作用。
2.病毒的遗传物质是否都是RNA?

提示:不一定,如噬菌体的遗传物质是DNA,烟草花叶 病毒的遗传物质是RNA。

1.不同生物体的遗传物质
生物 类型 细胞生物 真核生物 原核生物 真菌、原生 生物、所有 动植物 线菌等 DNA和 RNA DNA DNA和 RNA DNA 非细胞生物 多数病毒 少数病毒 噬菌体、乙 HIV、SARS 肝病毒、天 病毒,烟草 花病毒等 花叶病毒等 DNA DNA RNA RNA

实例
核酸种类 遗传物质

结果:所有细胞生物的遗传物质都是DNA。绝大多数生物的遗 传物质是DNA,只有少部分病毒的遗传物质是RNA

结论:DNA是主要的遗传物质

2.对 DNA 是主要的遗传物质的理解 就整个生物界而言,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。就某种生物而言,其遗传物质是 DNA 或 RNA。 [特别提醒] (1)病毒只有一种核酸——DNA(或 RNA),其遗传物质就是该 种核酸(DNA 或 RNA)。 (2)就某种生物而言,其遗传物质只有一种,即 DNA 或 RNA。 虽然细胞生物的细胞内既有 DNA 又有 RNA,但 DNA 是遗传物质 而 RNA 不是。

以图示为依托,考查肺炎双球菌转化实验
[例 1] (2016· 浙江 10 月选考)用 R 型和 S 型肺炎双球菌进行实验,

其过程和结果如图所示。

据图分析可知 A.RNA 是转化因子 C.DNA 是转化因子 [思路点拨]

( B.荚膜多糖具有生物活性

)

D.DNA 是主要的遗传物质

[精讲精析]

从图示实验过程看出, 只有加入了 DNA 才出现

S 型菌落,所以 DNA 是转化因子。 [答案] C

1.在肺炎双球菌的转化实验中,在培养有 R 型菌的 1、2、3、4 四个试管中, 依次分别加入从 S 型活细菌中提取的 DNA、 DNA 和 DNA 酶、蛋白质、多糖,经过培养,检查结果发现试管内 仍然有 R 型菌的是 ( )

A.3 和 4 C.2、3 和 4

B.1、3 和 4 D.1、2、3 和 4

解析:2、3、4 三个试管内的 R 型菌因为没有 S 型菌的 DNA, 所以都不会发生转化。1 号试管因为有 S 型菌的 DNA,所以会 使 R 型菌发生转化, 但是发生转化的 R 型菌只是一部分, 故试 管内仍然有 R 型菌的存在。 答案:D

噬菌体侵染细菌实验

[例 2]

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 C.用
35 32

P 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 S 标记噬菌体的侵染实验中,沉淀物存在少量放射
35

性可能是搅拌不充分所致 D.32P 、 S 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

[思路点拨]

[精讲精析]

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
35

S 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,使沉淀物 中存在少量放射性; 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。 [答案] C

解答此类问题的方法

(2)确定标记元素:

2.右图表示用同位素 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“噬菌体侵染细菌实验”, 侵染后产生的子代噬菌体(10~1 000 个)与 亲代噬菌体形态完全相同, 而子代噬菌体的 DNA 和蛋白质中 含有的标记元素应是 A.31P、32P 和 35S C.31P、32P 和 32S、35S ( B.31P、32P 和 32S D.32P 和 32S、35S )

解析: 在 T2 噬菌体的化学组成中, 60%是蛋白质, 40%是 DNA。 并且 S 仅存在于蛋白质中,99%的 P 都存在于 DNA 中。当 T2 噬菌体侵染大肠杆菌时,噬菌体的 DNA 全部注入大肠杆菌细胞 内,而其蛋白质外壳则留在细胞外面。T2 噬菌体的 DNA 进入细 菌体内后,利用细菌的组成成分,来合成子代噬菌体的 DNA 和 蛋白质,因此子代噬菌体的 DNA 都含 所有子代噬菌体的蛋白质都含 35S。 答案:A
31

P、少数 DNA 含 32P,

RNA 是遗传物质的证据
[例 3] 如下图所示,甲、乙表示两种不同的植物病毒,经

重组形成杂种病毒丙,丙侵染植物细胞后,在植物细胞内增殖 产生的新一代病毒是 ( )

[思路点拨]

[精讲精析]

RNA 病毒由 RNA(单链)和蛋白质外壳组成,

遗传物质为 RNA。图中甲病毒的蛋白质外壳与乙病毒的 RNA 重新组装为丙病毒,则丙病毒的遗传物质是乙病毒的 RNA, 用此重组病毒去侵染植物, 在宿主植物细胞内是乙病毒的 RNA 发挥遗传作用,分别复制出乙病毒的 RNA 和翻译出乙病毒的 蛋白质外壳,最后组装为子代乙病毒。 [答案] D

RNA 病毒的遗传物质是其内部的单链 RNA,病毒在宿 主细胞内繁殖时是以 RNA 为模板,一方面通过复制合成子 代病毒的 RNA,另一方面合成与亲代相同的蛋白质外壳。

3.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)均为能感染烟叶使之出 现感染斑的 RNA 病毒,都可因苯酚的处理而发生 RNA 与蛋白质 的分离。 由于亲缘关系很*, 两者能重新组合。 分别用它们的 RNA 和蛋白质形成杂种“病毒”去感染烟叶(图中⑤与⑥)。

烟叶被不同病毒成分感染图解:
?①TMV的蛋白质感染 ? Ⅰ—? ?②TMV的RNA感染 ?③HRV的蛋白质感染 Ⅱ—? ? ?④HRV的RNA感染 ?⑤HRV的蛋白质与TMV的RNA重组后感染 ? Ⅲ—? ?⑥TMV的蛋白质与HRV的RNA重组后感染

请依图回答下列问题: (1)①与②,③与④的结果不同,说明:__________________ ___________________________________________________。

(2)②与④的结果不同,说明:___________________________。 (3)图中⑤被感染后,在繁殖子代病毒过程中合成蛋白质的模板 来 自 ____________ , 合 成 蛋 白 质 的 原 料 氨 基 酸 来 自 ____________。 (4)图中⑥被感染后, 繁殖出的子代病毒将具有来自____的 RNA 和由________控制合成的蛋白质。 (5)病毒是用以证明核酸是遗传物质而蛋白质不是遗传物质的最 合适生物,原因是 A.病毒只含核酸和蛋白质 C.病毒只含 DNA 和 RNA ( B.病毒能够侵染细菌 D.病毒是最低等的生物 )

解析: 由于 HRV 及 TMV 等病毒仅由蛋白质和核酸两种物质构 成,只要将两种成分分开,单独地观察其作用即可证明其遗传 物质是蛋白质还是 RNA。实验中设置了对照,增强了结果与结 论的可靠性和可信度。 答案:(1)RNA 是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质 (2)不同的 RNA 控制不同的性状 (3)TMV 的 RNA (4)HRV (5)A 烟叶细胞

HRV 的 RNA

[课堂回扣练*]
1.下列有关人类对遗传物质探索历程的叙述正确的是 ( ) A.肺炎双球菌活体转化实验证明了 DNA 是遗传物质 B.肺炎双球菌离体转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌 体外培养等技术 C.噬菌体侵染细菌实验证明了 DNA 是生物界中主要的遗 传物质 D.烟草花叶病毒侵染烟草的实验证明了蛋白质和 RNA 是 遗传物质

解析:肺炎双球菌活体转化实验只证明了加热杀死的 S 型细 菌体内存在某种“转化因子”; 肺炎双球菌离体转化实验采 用了物质提纯、鉴定与细菌体外培养等技术, 证明了 DNA 是 遗传物质;噬菌体侵染细菌实验只证明了 DNA 是遗传物质; 烟草花叶病毒侵染烟草的实验只证明了 RNA 是烟草花叶病 毒的遗传物质。 答案:B

2.在肺炎双球菌的转化实验中,将 R 型活细菌与加热杀死的 S 型细 菌混合后注射到小鼠体内,小鼠死亡。则此过程中小鼠体内 S 型 细菌、R 型细菌含量的变化情况最可能是下列哪个图像 ( )

解析:在死亡的小鼠体内同时存在着 S 型和 R 型两种细菌。R 型细菌的含量应先减后增,这与小鼠的免疫力有关,刚开始小 鼠免疫力较强,注入的 R 型细菌大量被杀死;随后一些 R 型细 菌转化成 S 型细菌,S 型细菌有多糖类荚膜的保护,能在小鼠 体内增殖,使小鼠免疫力降低,对 R 型细菌、S 型细菌的杀伤 力减弱,导致 R 型细菌、S 型细菌增殖加快、含量增加。 答案:B

3.某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验,进行了 以下 4 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;④用 15N 标记的噬菌体侵染未标记的细 菌,经过一段时间后离心,检测到以上 4 个实验中放射性出现 的主要位置依次是 ( )

A.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物和上清液 B.沉淀物、上清液、沉淀物、沉淀物和上清液 C.上清液、上清液、沉淀物和上清液、上清液 D.沉淀物、沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液

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 分为噬菌体外壳。①③都直接对细菌进行了标记,放射性主要 出现在沉淀物中; ②用 32P 只能标记噬菌体的 DNA, 在该实验 中,噬菌体的 DNA 会进入细菌体内,放射性也主要出现在沉 淀物中;④用
15

N 可以标记噬菌体的蛋白质外壳和 DNA,在

该实验中,噬菌体的蛋白质外壳不会进入细菌体内,而 DNA 可以进入细菌体内,故放射性会出现在上清液和沉淀物中。 答案:D

4.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出 a、b 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 ① ② ③

实验结果 实验过程 a型TMV→感染植物 b型TMV→感染植物 组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型 TMV的RNA)→感染植物 组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型 TMV的RNA)→感染植物

病斑 病斑中分离出 类型 的病毒类型 a型 a型 b型 b型
b型 a型



a型

a型

A.实验① C.实验③

B.实验② D.实验④

解析:烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA,而不是蛋白质,因 此在③中,组合病毒的遗传物质是 b 型的 RNA,因此病斑类 型是 b 型,病斑中分离出的病毒类型也应是 b 型的。 答案:C

“课下跟踪检测”见“课时跟踪检测(七)” (单击进入电子文档)




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