高考生物第六单元第20讲

第20讲核酸是遗传物质的证据[考纲要求]核酸是遗传物质的证据(Ⅱ)。考点一DNA是遗传物质的直接证据1．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌。2．实验方法：同位素示踪法，该实验中用35S、32P分别标记蛋白质和DNA。3．实验过程(1)标记噬菌体(2)侵染细菌4．实验结果分析分组结果结果分析对比实验(相互对照)含32P噬菌体＋细菌上清液中几乎无32P，32P主要分布在宿主细胞内32P—DNA进入了宿主细胞内含35S噬菌宿主细胞内无35S,35S主要35S—蛋白质外壳未进入宿主体＋细菌分布在上清液中细胞，留在外面5.结论：在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，即DNA是遗传物质。[思维诊断](1)T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖(2013·海南，13D)(√)(2)T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证明了DNA是遗传物质(2013·新课标Ⅱ，5改编)(√)(3)噬菌体的蛋白质可用32P放射性同位素标记(2012·上海，11D)(×)(4)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等(2012·山东，5B)(×)(5)32P、35S标记的噬菌体侵染细菌实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质(2011·江苏，12D)(×)题组一噬菌体的生活特点1．针对耐药菌日益增多的情况，利用噬菌体作为一种新的抗菌治疗手段的研究备受关注。下列有关噬菌体的叙述，正确的是()A．利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质B．以宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸C．外壳抑制了宿主菌的蛋白质合成，使该细菌死亡D．能在宿主菌内以二分裂方式增殖，使该细菌裂解答案A解析病毒不仅没有细胞结构，而且也不能独立生存，只能在活细胞中进行增殖。病毒的生活史包括五个基本过程：吸附、注入(病毒自身的遗传物质)、复制(利用宿主细胞的核苷酸，以病毒的核酸为模板，合成病毒自身的核酸；利用宿主细胞的氨基酸合成病毒的蛋白质外壳)、组装、释放，故B项错误；噬菌体抗菌的机理是通过噬菌体的寄生作用，使细菌裂解死亡，故C项错误；病毒的增殖方式叫做“复制”，原核生物主要进行二分裂增殖，故D项错误。2．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解死亡。以下说法不正确的是()A．噬菌体直接利用大肠杆菌内的ATP作为能源物质B．噬菌体在增殖时需利用大肠杆菌提供的脱氧核糖核苷酸C．噬菌体在增殖时需利用大肠杆菌提供的核糖核苷酸D．噬菌体利用自身的核糖体以大肠杆菌内的氨基酸为原料合成蛋白质答案D解析噬菌体不具备细胞结构，没有核糖体，所以需要寄生在活细胞中，利用活细胞的原料和场所进行增殖，D项错误。噬菌体的生活特点(1)模板：进入细菌体内的噬菌体DNA。(2)合成噬菌体DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。(3)合成噬菌体的蛋白质原料：大肠杆菌的氨基酸场所：大肠杆菌的核糖体题组二噬菌体的侵染过程及标记元素的去向分析3．下面是噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图，对此实验的有关叙述，正确的是()A．本实验所使用的被标记的噬菌体是从接种在含有35S的培养基中获得的B．本实验选用噬菌体作为实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNAC．实验中采用搅拌和离心等手段是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性D．在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA而不是蛋白质答案B解析病毒的繁殖离不开活细胞，要标记噬菌体，应先标记培养噬菌体的细菌细胞。实验中采用搅拌等手段是为了把细菌和噬菌体的蛋白质外壳分开。在新形成的噬菌体中没有检测到35S，不能说明蛋白质不是噬菌体的遗传物质。4．如果用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成分中，能够找到的放射性元素为()A．可在外壳中找到15N和35SB．可在DNA中找到15N和32PC．可在外壳中找到15ND．可在DNA中找到15N、32P和35S答案B解析根据噬菌体的组成，其蛋白质含S而极少含P，其DNA含P而不含S，两者均含N；但噬菌体在侵染时其蛋白质留在细菌外面不起作用，而DNA进入细菌体内进行复制，复制时是利用细菌细胞中的物质为原料进行的，故在子代噬菌体的DNA中会找到15N、32P。“二看法”判断子代噬菌体标记情况题组三噬菌体侵染细菌实验的结果分析5．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测到上清液的放射性占10%，沉淀物的放射性占90%。上清液带有放射性的原因可能是()A．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离C．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中答案C解析噬菌体侵染大肠杆菌时，经过搅拌、离心，上清液是质量较轻的噬菌体外壳，沉淀物是被侵染的大肠杆菌，A项错误；搅拌不充分，噬菌体与细菌未分离，放射性应出现在沉淀物中，B项错误；32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染大肠杆菌时注入自身的DNA，子代噬菌体的DNA会含32P，上清液带有放射性的原因可能是噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体，C项正确，D项错误。6．为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，科学家做了“噬菌体侵染细菌”的实验(T2噬菌体专门寄生在细菌体内)。下图中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述中，正确的是()A．图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32P标记的无机盐B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组C．噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律D．若本组实验B(上清液)中出现放射性，则不能证明DNA是遗传物质答案B解析图中锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明DNA是遗传物质，还应设计一组用35S标记的噬菌体的侵染实验，两组相互对照，都是实验组；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间较长，细菌裂解导致的。噬菌体侵染细菌实验的误差分析(1)32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌①培养时间短⇒部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞⇒离心后未吸附至大肠杆菌细胞的噬菌体分布在上清液⇒32P标记的一组上清液中放射性也较高。②培养时间过长⇒噬菌体在大肠杆菌内大量繁殖⇒大肠杆菌裂解死亡，释放出子代噬菌体⇒离心后噬菌体将分布在上清液⇒32P标记的一组上清液中放射性也较高。(2)搅拌后离心，将吸附在大肠杆菌表面的噬菌体蛋白质外壳与大肠杆菌细胞分离①搅拌不充分⇒留在大肠杆菌细胞表面的噬菌体蛋白质外壳随大肠杆菌细胞分布在沉淀物中⇒35S标记的一组沉淀物放射性较高。②搅拌过于剧烈⇒大肠杆菌细胞被破坏⇒释放出其中的噬菌体⇒32P标记的一组上清液中放射性较高。特别提醒①培养含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养，因为病毒必须寄生在活细胞内，所以应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。②因检测放射性时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性，所以35S和32P不能同时标记在一组噬菌体上，应对两组分别标记。考点二肺炎双球菌转化实验1．肺炎双球菌类型特点类型菌落荚膜毒性S型光滑有有R型粗糙无无2.活体细菌转化实验(1)过程及结果(2)结论：加热杀死的S型菌中，含有某种促成R型菌转化为S型菌的“转化因子”。3．离体细菌转化实验(1)方法直接分离S型菌的DNA、荚膜物质、蛋白质等，将它们分别与R型菌混合培养，研究它们各自的遗传功能。(2)过程与结果(3)结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是“转化因子”，是遗传物质。[深度思考](1)加热杀死的S型菌中是否所有物质都永久丧失了活性？提示不是。加热杀死S型菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。(2)肺炎双球菌转化的实质是什么？提示肺炎双球菌转化实验中S型菌的DNA片段整合到了R型菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。题组一活体细菌转化实验的分析1．格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验，下列关于此实验的分析，错误的是()第一组第二组第三组第四组实验处理注射R型活菌注射S型活菌注射加热后杀死的S型菌注射R型活菌与加热杀死的S型菌混合液实验结果小鼠不死亡小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活菌小鼠不死亡小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活菌A.对实验结果的分析，四组实验必须相互对照B．实验说明活的R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化C．该实验结论为“DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子”D．获得该实验结论的关键步骤是第四组小鼠死亡并分离出S型活菌答案C解析四组实验必须相互对照，说明活的R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化；该实验结论为加热杀死的S型菌中必然含有某种促成R型菌转化的“转化因子”，而获得该实验结论的关键步骤是第四组实验结果，即小鼠死亡并分离出S型活菌。2．S型肺炎双球菌的荚膜表面具有多种抗原类型(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等)，不同的抗原类型之间不能通过突变而发生转换；在特殊条件下离体培养S－Ⅱ型肺炎双球菌可从中分离出R－Ⅱ型菌。格里菲思将加热杀死的S－Ⅲ型菌与R－Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患病并大量死亡，而且从患病死亡的小鼠体内获得了具有活性的S－Ⅲ型菌；而单独注射加热杀死的S－Ⅲ型菌，小鼠未死亡。此实验结果能支持的假设是()A．S－Ⅲ型菌经突变形成了耐高温型菌B．S－Ⅲ型菌是由R－Ⅱ型菌突变形成的C．R－Ⅱ型菌经过转化形成了S－Ⅲ型菌D．加热后S－Ⅲ型菌可能未被完全杀死答案C解析加热杀死的S－Ⅲ型菌与R－Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患病并大量死亡，而且从患病死亡小鼠体内获得了具有活性的S－Ⅲ型菌；而单独注射加热杀死的S－Ⅲ型菌，小鼠未死亡，说明R－Ⅱ型菌经过转化形成了S－Ⅲ型菌。活体细菌转化实验的2点提醒(1)并非所有的R型菌都能被转化由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此转化过程中并不是所有的R型菌都能被转化成S型菌，而只是小部分R型菌被转化成S型菌。(2)肺炎双球菌的活体细菌转化实验不能简单地说成S型菌的DNA可使小鼠死亡S型菌与R型菌混合培养时，S型菌的DNA进入R型菌体内。结果在S型菌DNA的控制下，利用R型菌体内的化学成分合成了S型菌的DNA和蛋白质，从而组装成了具有毒性的S型菌。题组二离体细菌转化实验的分析3．埃弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知()实验组号接种菌型加入S型菌的物质培养皿长菌情况①R型蛋白质R型②R型荚膜多糖R型③R型DNAR型、S型④R型DNA(经DNA酶处理)R型A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子D．①～④说明DNA是主要的遗传物质答案C解析实验过程中，①组加入的蛋白质和②组加入的荚膜多糖不能促进R型菌的转化，说明二者不是转化因子，A错误；③组加入的DNA能促进R型菌的转化，④组加入的经DNA酶处理的DNA不能促进R型菌转化，说明DNA是转化因子；B、D选项均不能得到证明。4．某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠以上4个实验中小鼠存活的情况依次是()A．存活、存活、存活、死亡B．存活、死亡、存活、死亡C．死亡、死亡、存活、存活D．存活、死亡、存活、存活答案D解析能使小鼠死亡的是活的S型菌。①DNA酶会将S型菌的DNA水解，从而失去转化作用，R型菌因此未发生转化，小鼠存活；②虽然DNA酶存在，但因加入了S型菌，因此小鼠死亡；③中没有R型活菌，S型菌的DNA不起作用，小鼠存活；④高温加热使S型菌的蛋白质及DNA酶变性，虽然S