1、第第3章章 基因的本质基因的本质 第第 1 节节 DNA 是是主要主要的的遗传遗传物质物质 学学 习习 目目 标标 1.通过对艾弗里实验的学习通过对艾弗里实验的学习,说明自变量控制中说明自变量控制中 的“加法原理”和“减法原理”。的“加法原理”和“减法原理”。 2.通过对肺炎链球菌的转化实验、噬菌体侵染通过对肺炎链球菌的转化实验、噬菌体侵染 细菌等实验的学习细菌等实验的学习,说明说明DNA是遗传物质是遗传物质,蛋白质不蛋白质不 是遗传物质的实验证据。认同科学结论的获得离不是遗传物质的实验证据。认同科学结论的获得离不 开严谨的推理和确凿的实验证据。开严谨的推理和确凿的实验证据。 学学 习习 目目
2、 标标 3.说明生物的遗传物质是核酸说明生物的遗传物质是核酸,DNA 是主要的是主要的 遗传物质。遗传物质。 4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不 断完善的过程断完善的过程,认同实验技术在证明认同实验技术在证明 DNA 是遗传物是遗传物 质中的作用。质中的作用。 探究探究一一 肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌的转化实验 1.对遗传物质的早期推测。对遗传物质的早期推测。 结合教材第结合教材第 42 页图页图 3-1,阅读相关内容阅读相关内容,说明人们对遗说明人们对遗 传物质的早期推测。传物质的早期推测。 2.肺炎链球菌的转化实验。肺炎链球菌的转化实验。
3、结合教材第结合教材第 43 页图页图 3-2、第、第 44 页图页图 3-3,阅读相关内容阅读相关内容,分分 析格里菲思和艾弗里的肺炎链球菌体内和体外转化实验析格里菲思和艾弗里的肺炎链球菌体内和体外转化实验, 说明其过程和结论。说明其过程和结论。 (1)肺炎链球菌类型。肺炎链球菌类型。 项目项目 S 型细菌型细菌 R 型细菌型细菌 菌落菌落 表面表面 表面表面 菌体菌体 有荚膜有荚膜 无荚膜无荚膜 有无毒性有无毒性 光滑光滑 粗糙粗糙 有有 无无 (2)格里菲思的体内转化实验。格里菲思的体内转化实验。 实验过程实验过程 结果分析结果分析 结论结论 R 型活细菌型活细菌 小鼠小鼠 R 型细菌无毒
4、型细菌无毒 性性 加热致死的加热致死的 S 型型 细 菌 体 内 含细 菌 体 内 含 有有 ,促促 使使 R 型细菌转化型细菌转化 为为 S 型细菌型细菌 S 型活细菌型活细菌 小鼠小鼠 S 型细菌有毒型细菌有毒 性性 加热致死的加热致死的 S 型型 细菌细菌 小鼠小鼠 加热致死的加热致死的 S 型细菌已失活型细菌已失活, 毒性消失毒性消失 小小 鼠鼠 S 型型活细菌活细菌 R 型细菌转化型细菌转化 为为 细菌细菌,且且 性性状可以遗传状可以遗传 不死亡不死亡 死亡死亡 不死亡不死亡 死亡死亡 S 型型 转化转化因子因子 (3)艾弗里的体外转化实验。艾弗里的体外转化实验。 该实验的设计思路是
5、什么该实验的设计思路是什么？ 。 将去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质的细胞提取物分别加入有将去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质的细胞提取物分别加入有 R 型活细菌的培养基中型活细菌的培养基中,观察除去相关物质后观察除去相关物质后,细胞提取物的功能细胞提取物的功能 实现过程及现象。实现过程及现象。 a. 将加热致死的将加热致死的 S 型细菌破碎后型细菌破碎后,设法去除大部分设法去除大部分 糖糖类、蛋白质和脂质类、蛋白质和脂质,制成细胞提取物。制成细胞提取物。 b.对细胞提取物进行不同处理对细胞提取物进行不同处理: 结论结论:细胞提取物中含有转化因子细胞提取物中含有转化因子,转化因子很可转化因子很可 能
6、能是是 。 DNA 结合教材第结合教材第 44 页图页图 3-4、第、第 45 页图页图 3-5 和图和图 3-6,阅阅 读相关内容读相关内容,分析赫尔希和蔡斯的噬菌体分析赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验侵染细菌实验,说说 明其过程和结论。 认同科学结论的获得离不开严谨的推理明其过程和结论。 认同科学结论的获得离不开严谨的推理 和确凿的实验证据。和确凿的实验证据。 1.实验方法。实验方法。 。用。用 35S、 、32P 分别标分别标 记记 。 2.T2 噬菌体。噬菌体。 放射性放射性同位素同位素标记标记技术技术 探究探究二二 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验 蛋白质、蛋白质、DNA 3
7、.实验过程。实验过程。 4.实验结果及结论。实验结果及结论。 亲代噬菌体亲代噬菌体 宿主细胞内宿主细胞内 子代噬菌体子代噬菌体 实验结论实验结论 32P 标记 标记 DNA 有有 有有 是遗传物质是遗传物质 35S 标记蛋白质 标记蛋白质 无无 无无 DNA 结合教材第结合教材第 46 页图页图 3-7,阅读相关内容阅读相关内容,分析烟草花叶分析烟草花叶 病毒侵染烟草的实验病毒侵染烟草的实验,说明说明 RNA 也是遗传物质也是遗传物质,认同认同 DNA 是主要的遗传物质。是主要的遗传物质。 1.烟草花叶病毒重建实验。烟草花叶病毒重建实验。 (1)实验过程及结果。实验过程及结果。 (2)结论结论
8、: 是遗传物质。是遗传物质。 2.为什么说为什么说 DNA 是主要的遗传物质是主要的遗传物质? 。 RNA 探究探究三三 DNA 是主要的遗传物质是主要的遗传物质 因为绝大多数生物的遗传物质是因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA 探究探究一一 肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌的转化实验 1.结合格里菲思的转化实验结合格里菲思的转化实验,填写下列空白并思考相关填写下列空白并思考相关 问题。问题。 答案答案: 不死亡不死亡 死亡死亡 S S 型型 不死亡不死亡 死亡死亡 S S 型和型和 R R 型型 (1)对比分析对比分析 a、 b 两组实验两组实验,能得出什么结论能得出什么结论?对比分析对比分析
9、 b、 c 两组呢两组呢? 提示提示: 对比分析对比分析 a a、b b 两组实验两组实验, ,能得出能得出 R R 型细菌无致病型细菌无致病 性性, ,不会引起小鼠死亡不会引起小鼠死亡; ;S S 型细菌具有致病性型细菌具有致病性, ,能引起小鼠死能引起小鼠死 亡。 对比分析亡。 对比分析 b b、 c c 两组实两组实验验, ,说明只有活的说明只有活的 S S 型细菌才能引型细菌才能引 起小鼠患病死亡起小鼠患病死亡, ,加热致死的加热致死的 S S 型细菌不会引起小鼠患病死型细菌不会引起小鼠患病死 亡。亡。 (2)d 组实验中组实验中,小鼠死亡的原因是什么小鼠死亡的原因是什么? 提示提示:
10、 原因是小鼠体内出现原因是小鼠体内出现S S型细菌型细菌, ,S S型细菌使小鼠患型细菌使小鼠患 病死亡。病死亡。 (3)对比分析对比分析 c、d 两组实验两组实验,能得出什么结论能得出什么结论? 提示提示: 结论是加热致死的结论是加热致死的 S S 型细菌能使型细菌能使 R R 型细菌转化为型细菌转化为 S S 型细菌型细菌, ,即即 S S 型细菌内存在使型细菌内存在使 R R 型细菌发生转化的“转化型细菌发生转化的“转化 因子” 。因子” 。 (4)该实验的结论是什么该实验的结论是什么?能否证明能否证明 DNA 是遗传物质是遗传物质?为为 什么什么? 提示提示: 该实验的结论是该实验的结
11、论是 S S 型细菌内存在使型细菌内存在使 R R 型细菌发生型细菌发生 转化的“转化因子”转化的“转化因子”, ,但由于不能证明“转化因子”是哪一但由于不能证明“转化因子”是哪一 种种物质物质, ,因此不能证明因此不能证明 DNADNA 是遗传物质。是遗传物质。 2.艾弗里的实验使用不同的酶艾弗里的实验使用不同的酶,对各种物质在遗传中的作对各种物质在遗传中的作 用逐一排除用逐一排除;而不是分别研究各种物质在遗传中的作用。试而不是分别研究各种物质在遗传中的作用。试 从科学技术发展的角度分析原因。从科学技术发展的角度分析原因。 提示提示: 当时的科学技术水平不能将各种物质很好的纯当时的科学技术水
12、平不能将各种物质很好的纯 化。化。 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 在对照实验中在对照实验中,控制自变量可以采用 “加法原理” 或 “减控制自变量可以采用 “加法原理” 或 “减 法原理” 。法原理” 。 (1)与常态比较与常态比较,人为增加某种影响因素的称为“加法原人为增加某种影响因素的称为“加法原 理” 。例如理” 。例如,在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验 中中,与对照组相比与对照组相比,实验组分别作加温、滴加实验组分别作加温、滴加 FeCl3溶液、滴溶液、滴 加肝研磨液的处加肝研磨液的处
13、理理,就利用了“加法原理” 。就利用了“加法原理” 。 (2)与常态比较与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原人为去除某种影响因素的称为“减法原 理” 。 例如理” 。 例如,在艾弗里的在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特每个实验组特 异性地去除了一种物质异性地去除了一种物质,从而鉴定出从而鉴定出 DNA 是遗传物质是遗传物质,就利就利 用了“减法原理” 。用了“减法原理” 。 【例【例 1】 某同学对格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外】 某同学对格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外 转化实验进行了分析比较转化实验进行了分析比较,下列叙述正确的是下列叙述正
14、确的是 ( ) A.实验结论相同实验结论相同:DNA 是遗传物质是遗传物质 B.两个实验中细菌转化均与小鼠有关两个实验中细菌转化均与小鼠有关 C.先进行了体外转化实验先进行了体外转化实验,后进行了体内转化实验后进行了体内转化实验 D.实验设计思路不同实验设计思路不同,但都遵循了对照原则但都遵循了对照原则 解析解析： 格里菲思的体内转化实验只证格里菲思的体内转化实验只证明了被加热致死的明了被加热致死的 S S 型细菌中含有能让型细菌中含有能让 R R 型细菌发生转化的转化因子型细菌发生转化的转化因子, ,但不能但不能 证明证明DNADNA就是遗传物质就是遗传物质, ,A A项错误项错误; ;艾弗
15、里的体外转化实验艾弗里的体外转化实验 是在培养皿中进行的是在培养皿中进行的, ,与小鼠无关与小鼠无关, ,B B 项错误项错误; ;先进行了体先进行了体 内转化实验内转化实验, ,后进行了体外转化实验后进行了体外转化实验, ,C C 项错误项错误; ;不管是格不管是格 里菲思的体内转化实验里菲思的体内转化实验, ,还是艾弗里的体外转化实验还是艾弗里的体外转化实验, ,都都 严格遵守了对照原则严格遵守了对照原则, ,D D 项正确。项正确。 答案：答案：D 【例【例 2】在肺炎链球菌的转化实验中】在肺炎链球菌的转化实验中,在培养有在培养有 R 型细菌的型细菌的 14 四支试管中四支试管中,依次加
16、入依次加入 S 型活细菌的细胞提取物和蛋白型活细菌的细胞提取物和蛋白 酶、酶、RNA 酶、酯酶、酶、酯酶、DNA 酶的混合物酶的混合物,经过培养经过培养,检查结果检查结果 发现试管内仍然有发现试管内仍然有 R 型细菌的是型细菌的是 ( ) A.3 和和 4 B.1、3 和和 4 C.2、3 和和 4 D.1、2、3 和和 4 答案：答案：D 解析解析：1 1、2 2、3 3 三支试管内因为都有三支试管内因为都有 S S 型细菌的型细菌的 DNADNA, ,所以所以 R R型细菌发生转化型细菌发生转化, ,但是发生转化的但是发生转化的R R型细菌只有一部分型细菌只有一部分, , 因此仍有因此仍有
17、 R R 型细菌型细菌; ;4 4 号试管因为没有号试管因为没有 S S 型细菌的型细菌的 DNADNA, ,所所 以以 R R 型细菌不发生转化型细菌不发生转化, ,故试管内仍然有故试管内仍然有 R R 型细菌存在。型细菌存在。 【母题延伸】【母题延伸】实验证明实验证明 13 号试管出现少量号试管出现少量 S 型菌落型菌落, 多数为多数为 R 型菌落。这说明什么问题型菌落。这说明什么问题? 提示提示: 说明细菌发生的转化效率并不高。说明细菌发生的转化效率并不高。 探究探究二二 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验 1952 年年,赫尔希和蔡斯利用同位素标赫尔希和蔡斯利用同位素标记法完成了
18、著记法完成了著 名的噬菌体侵名的噬菌体侵染细菌的实验染细菌的实验,请分析回答下列问题。请分析回答下列问题。 (1)图中锥形瓶内的培养液是用来培养噬菌体还是图中锥形瓶内的培养液是用来培养噬菌体还是 大肠杆菌的大肠杆菌的? 提示提示: 大肠杆菌。大肠杆菌。 (2)如果放射性主要分布在图中离心管的上清液中如果放射性主要分布在图中离心管的上清液中, 则噬菌体被标记的应该是哪一部分则噬菌体被标记的应该是哪一部分?如何完成噬菌体的如何完成噬菌体的 标记呢标记呢? 提示提示: 标记的是蛋白质外壳部分。 先用含标记的是蛋白质外壳部分。 先用含 3535S S 的培养基培 的培养基培 养细菌养细菌, ,再用此细
19、菌培养噬菌体。再用此细菌培养噬菌体。 (3)若用被若用被 32P 标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠 标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠 杆菌杆菌,离心后离心后,发现上清液中有较强的放射性存在发现上清液中有较强的放射性存在,请分析请分析 原因。原因。 提示提示: 实验中保温培养时间过短实验中保温培养时间过短, ,部分噬菌体没有侵染部分噬菌体没有侵染 大肠杆菌大肠杆菌, ,或者保温时间或者保温时间过长过长, ,大肠杆菌裂解大肠杆菌裂解, ,部分噬菌体被部分噬菌体被 释放出来释放出来, ,则上清液中也可检测到部分放射性。则上清液中也可检测到部分放射性。 (4)若用被若用被 35S 标记的噬菌体去侵染未
20、被标记的大肠 标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠 杆菌杆菌,离心后离心后,发现沉淀物中有较强的放射性存在发现沉淀物中有较强的放射性存在,请分析请分析 原因。原因。 提示提示: 搅拌不充分或者离心不充分搅拌不充分或者离心不充分, ,部分噬菌体的蛋白部分噬菌体的蛋白 质外壳未与细菌分离。质外壳未与细菌分离。 (5)如果用如果用 15N、 、32P、35S 同时标记噬菌体后让其侵同时标记噬菌体后让其侵 染细菌染细菌,在产生的子代噬菌体中在产生的子代噬菌体中,能够找到的放射性元素能够找到的放射性元素 是什么是什么?存在的部位在哪里存在的部位在哪里? 提示提示: 1515N N、 、 3232P P; ;
21、DNA DNA。 (6)该实验是否证明了蛋白质不是遗传物质该实验是否证明了蛋白质不是遗传物质?为什为什 么么? 提示提示: 否。该实验没有探究蛋白质在遗传中否。该实验没有探究蛋白质在遗传中的作用。的作用。 噬菌体侵染细菌实验中的相互对照噬菌体侵染细菌实验中的相互对照 【例【例3】 噬菌体由蛋白质和】 噬菌体由蛋白质和DNA构成构成,赫尔希和蔡斯用赫尔希和蔡斯用 32P 标记标记 T2 噬菌体的噬菌体的 DNA,探究决定后代性状的物质是蛋白探究决定后代性状的物质是蛋白 质还是质还是 DNA。下图中被标记的部位是。下图中被标记的部位是 ( ) A. B. C. D. 解析解析：噬菌体由蛋白质外壳和
22、噬菌体由蛋白质外壳和 DNADNA 组成组成, ,仅蛋白质分子中仅蛋白质分子中 含有含有 S S, ,P P 几乎都存在于几乎都存在于 DNADNA 分子中分子中, ,因此赫尔希和蔡斯用因此赫尔希和蔡斯用 3232P P 标记 标记 T2T2 噬菌体噬菌体 DNADNA 的的, ,用用 S S 标记噬菌体蛋白质的标记噬菌体蛋白质的。 答案：答案：B 【例【例 4】下图是“以】下图是“以 32P 标记 标记 T2 噬菌体侵染大肠杆菌”噬菌体侵染大肠杆菌” 的实验示意图。下列有的实验示意图。下列有关叙述正确的是关叙述正确的是 ( ) A.锥形瓶内的培养液中有含锥形瓶内的培养液中有含 32P 的物质
23、 的物质,以便用以便用 32P 标记 标记 噬菌体噬菌体 B.实验中实验中 B 对应部分有少量放射性对应部分有少量放射性,可能原因是搅拌不充可能原因是搅拌不充 分分 C.若只有若只有 C 中含大量放射性中含大量放射性,可直接证明噬菌体的遗传物可直接证明噬菌体的遗传物 质是质是 DNA D.过程过程的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离 解析解析：噬菌体是病毒噬菌体是病毒, ,没有细胞结构没有细胞结构, ,不能独立生存不能独立生存, ,因此因此 不能用含不能用含 3232P P 物质的培养液直接培养噬菌体使其被标记 物质的培养液直接培养噬菌体使其被标记, ,A
24、A 项错误项错误; ;实验中实验中 B B 对应部分有少量放射性对应部分有少量放射性, ,可能原因是保可能原因是保 温培养时间过短或过长温培养时间过短或过长, ,B B项错误项错误; ;若只有若只有C C中含大量放射中含大量放射 性性, ,不能直接证明噬菌体的遗传物质是不能直接证明噬菌体的遗传物质是 DNADNA, ,还应设置用还应设置用 3535S S 标记噬菌体的实验作为相互对照 标记噬菌体的实验作为相互对照, ,C C 项错误项错误; ;过程过程为为 搅拌后离心搅拌后离心, ,目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离, ,D D 项正确。项正确。 答案：答案：
25、D 探究探究三三 DNA 是主要的遗传物质是主要的遗传物质 甲、乙为两种不同的植物病毒甲、乙为两种不同的植物病毒,下图表示由病毒甲、下图表示由病毒甲、 乙经重组形成“杂种病毒丙”的过程乙经重组形成“杂种病毒丙”的过程,用病毒丙单独侵染用病毒丙单独侵染 植物细胞。植物细胞。 (1)一段时间后一段时间后,从植物细胞内可大量分离出的是哪从植物细胞内可大量分离出的是哪 种病毒种病毒? (2)此实验说明该植物病毒的遗传物质是什么此实验说明该植物病毒的遗传物质是什么? 提示提示: 乙。乙。 提示提示: 核酸。核酸。 对对 DNA 是主要的遗传物质的正确理解是主要的遗传物质的正确理解 (1)DNA 是主要的
26、遗传物质是对整个生物界而言的是主要的遗传物质是对整个生物界而言的,因因 为绝大为绝大多数生物多数生物以以 DNA 作为遗传物质作为遗传物质,而少数病毒以而少数病毒以 RNA 作为遗传物质作为遗传物质,所以说所以说 DNA 是主要的遗传物质。是主要的遗传物质。 (2)针对一种生物来说针对一种生物来说,遗传物质是“唯一”的遗传物质是“唯一”的,即遗传物即遗传物 质是质是 DNA(细胞生物和细胞生物和 DNA 病毒病毒)或或 RNA(RNA 病毒病毒),不可不可 在遗传物质前加“主要”二字。在遗传物质前加“主要”二字。 【例【例 5】下图是烟草花叶病毒感染烟草的部分实验】下图是烟草花叶病毒感染烟草的
27、部分实验,通过分通过分 析可知烟草花叶病毒析可知烟草花叶病毒 ( ) A.寄生于细胞内寄生于细胞内,其遗传物质为其遗传物质为 RNA B.可单独生存可单独生存,其遗传物质为蛋白质其遗传物质为蛋白质 C.寄生于细胞内寄生于细胞内,其遗传物质为蛋白质其遗传物质为蛋白质 D.可单独生存可单独生存,其遗传物质为其遗传物质为 RNA 解析解析：题中烟草花叶病毒由题中烟草花叶病毒由 RNARNA 和蛋和蛋白质白质组成组成, ,为为 RNARNA 病病 毒毒, ,而病毒只有寄生在活细胞内才能表现出生命现象而病毒只有寄生在活细胞内才能表现出生命现象; ;由由 图可知图可知, ,RNARNA 能将亲代病毒的特征
28、遗传给后代能将亲代病毒的特征遗传给后代, ,而蛋白质而蛋白质 不能不能, ,所以其遗传物质是所以其遗传物质是 RNARNA, ,A A 项正确。项正确。 答案：答案：A 【例【例 6】下列关于生物的遗传物质的说法】下列关于生物的遗传物质的说法,正确的是正确的是 ( ) A.真核生物的遗传物质是真核生物的遗传物质是 DNA,原核生物的遗传物质是原核生物的遗传物质是 RNA B.细胞生物的遗传物质是细胞生物的遗传物质是 DNA,病毒的遗传物质是病毒的遗传物质是 DNA 或或 RNA C.染色体是生物体的遗传物质染色体是生物体的遗传物质,DNA也是生物体的遗传物质也是生物体的遗传物质 D.细胞核中遗
29、传物质是细胞核中遗传物质是 DNA,细胞质中遗传物质是细胞质中遗传物质是 RNA 答案：答案：B 解析解析： 真核生物和原核生物的遗传物质均是真核生物和原核生物的遗传物质均是 DNDNA A, ,A A 项错误项错误; ; 细胞生物和细胞生物和DNADNA病毒的遗传物质是病毒的遗传物质是DNADNA, ,RNARNA病毒的遗传物病毒的遗传物 质是质是 RNARNA, ,B B 项正确项正确; ;生物体的遗传物质是生物体的遗传物质是 DNADNA 或或 RNARNA, ,染色染色 体是遗传物质的主要载体体是遗传物质的主要载体, ,C C 项错误项错误; ;细胞核和细胞质中细胞核和细胞质中 的遗传物质均是的遗传物质均是 DNADNA, ,D D 项错误。项错误。 【方法规律】【方法规律】 生物的遗传物质生物的遗传物质 (1)细胞生物的细胞中含有细胞生物的细胞中含有 DNA 和和 RNA,遗传物质是遗传物质是 DNA。 (2)病毒只含有一种核酸病毒只含有一种核酸,此种核酸为该病毒的遗传物质此种核酸为该病毒的遗传物质 病毒的遗传物质是病毒的遗传物质是 DNA 或或 RNA。 课堂建构
