2019-2020学年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第一节 核酸是遗传物质的证据学案 浙科版必修

第一节核酸是遗传物质的证据1.通过“活动：资料分析——噬菌体侵染细菌的实验”，概述噬菌体侵染细菌的过程，体会实验方法与技术的多样性。2．概述肺炎双球菌的转化实验，感悟实验的严密性和逻辑的严谨性。3．简述烟草花叶病毒的感染和重建实验，认同使用模型是进行科学研究的重要方法。[学生用书P39]一、染色体结构与功能1．结构：由DNA、RNA和蛋白质组成，其中蛋白质又分为组蛋白和非组蛋白。2．功能：是遗传物质的载体。二、DNA是遗传物质的直接证据1．噬菌体侵染细菌的实验(1)实验过程(同位素标记法)用放射性同位素35S标记了一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素32P标记另一部分噬菌体的DNA。然后，用两种被标记的T2噬菌体分别去侵染细菌。当T2噬菌体在细菌体内大量繁殖后，对标记物质进行检测。结果表明，大多数35S标记的噬菌体在感染细菌时，放射性蛋白质附着在宿主细胞的外面；32P标记的噬菌体感染细菌时，放射性同位素主要进入宿主细胞内，并且能在子代噬菌体中检测到32P。(2)实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。2．肺炎双球菌的转化实验(1)活体细菌转化实验①过程及现象：把加热杀死的S型菌和活的无毒R型菌混合后一起注射到小鼠体内，发现很多小鼠患败血症致死。从患病致死的小鼠血液中分离出活的S型菌。无论是活的R型菌还是死的S型菌，分别注射到小鼠体内都不能使小鼠患败血症。由此可见，加热杀死的S型菌中的“转化因子”进入R型菌体内，引起R型菌稳定的遗传变异。②结论：加热杀死的S型菌中含有转化因子，能将R型菌转化为活的S型菌。(2)离体细菌转化实验①过程及现象：从活的S型菌中抽提DNA、蛋白质和荚膜物质，分别与活的R型菌混合培养。只有加入DNA时，R型菌才能转化为S型菌，若用DNA酶处理DNA样品，就不能使R型菌发生转化，并且DNA纯度越高，转化效率就越高。②结论：DNA是遗传物质。三、RNA是遗传物质的证据1．侵染过程(1)烟草花叶病毒的蛋白质侵染烟草→烟草不感染病毒。(2)烟草花叶病毒的RNA侵染烟草→烟草感染病毒。(3)烟草花叶病毒的RNA＋RNA酶侵染烟草→烟草不感染病毒。(4)TMVA型蛋白质,TMVB型RNA)→重建病毒侵染烟草→B型后代。(5)TMVA型RNA),\s\do5(TMVB型蛋白质))→重建病毒侵染烟草→A型后代。2．结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。离体肺炎双球菌转化实验结果证明S型细菌中是哪种物质导致R型细菌转化的，说明什么问题？提示：DNA。说明转化因子是DNA，DNA是遗传物质，而不是蛋白质等其他物质。噬菌体DNA复制的场所在哪里？提示：所寄生细菌的细胞内。噬菌体侵染细菌实验的观察指标是什么？提示：放射性存在位置。噬菌体侵染细菌的实验分析[学生用书P40]1．噬菌体的繁殖原理2．实验思路及方法S是蛋白质特有的元素，P几乎都存在于噬菌体DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独地观察它们的作用。3．过程与结果4．实验分析35S标记的噬菌体外壳并未进入大肠杆菌内部，而32P标记的噬菌体DNA进入了大肠杆菌内部5．结论：DNA是遗传物质。突破1噬菌体侵染细菌的过程1．(2019·浙江6月学考)在“噬菌体侵染细菌实验”中，可通过某操作实现下图所示变化。该操作是()A．用放射性同位素标记噬菌体的蛋白质或DNAB．将放射性同位素标记的噬菌体与细菌混合C．将噬菌体与细菌混合液置于搅拌器中搅拌D．离心并检测悬浮液和沉淀物中的放射性答案：C同位素标记法在噬菌体侵染细菌的实验中的应用分析(1)用哪种标记元素。若用32P和35S，则分别标记了DNA和蛋白质，若用C、H、O等，则同时标记了DNA和蛋白质。(2)注意标记对象是噬菌体还是细菌，标记对象不同对应结果不同，具体见下表：DNA蛋白质DNA和蛋白质噬菌体32P35S14C、3H、18O、15N细菌31P32S12C、2H、16O、14N子代噬菌体32P(少数)、31P(全部)32SC、H、O、N的两种同位素都有突破2实验误差分析2．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液的放射性占15%，沉淀物的放射性占85%。上清液带有放射性的原因可能是()A．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体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．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中解析：选A。如保温时间过长，部分大肠杆菌裂解，其中含放射性的噬菌体释放出来，所以在上清液中出现少量放射性。上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：①保温时间过短，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；②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含量升高。(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：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。肺炎双球菌转化实验分析[学生用书P41]1．肺炎双球菌两种类型比较菌落荚膜毒性R型菌粗糙无荚膜无毒S型菌光滑有荚膜有毒2.活体细菌转化实验过程及结果分析结论R型活菌注射小鼠活结果说明R型菌无毒性已加热杀死的S型菌体内含有转化因子，促使R型菌转化为S型菌S型活菌注射小鼠死结果说明S型菌有毒性加热杀死的S型菌注射小鼠活结果说明加热杀死的S型菌已失活R型活菌＋加热杀死的S小鼠死亡，证明有R型无毒菌型菌注射小鼠死，分离得S型活菌已转化为S型有毒菌，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①S型菌的DNA使R型菌发生转化②S型菌的其他物质不能使R型菌发生转化结论S型菌体内只有DNA才是“转化因子”，即DNA是遗传物质4.活体细菌转化实验与离体细菌转化实验的关系活体细菌转化实验说明S型细菌体内有转化因子，离体细菌转化实验进一步证明转化因子是DNA。活体、离体细菌转化实验都遵循了单一变量原则和对照实验原则，各实验组互为对照，增强了结论的说服力。突破1转化因子的本质3．(2019·浙江4月选考)为研究R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：下列叙述正确的是()A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNAD．该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA答案：C肺炎双球菌转化的实质和影响因素(1)S型细菌体内的DNA不受加热影响，当与R型细菌混合培养时，S型细菌的DNA进入R型细菌体内。其结果在S型DNA的控制下，利用R型细菌体内的化学成分，合成了S型细菌的DNA和蛋白质，从而组成了具有毒性的S型细菌。(2)转化作用的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。DNA越纯，转化率也就越高。突破2肺炎双球菌离体转化实验和噬菌体侵染细菌实验的对比4．埃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的实验是关于探究遗传物质的两个经典实验，下列叙述正确的是()A．两个实验均采用了对照实验和同位素标记的方法B．两者的关键设计思路都是把DNA与蛋白质分开，研究各自的遗传效应C．赫尔希与蔡斯对同一组噬菌体的蛋白质和DNA分别采用35S和32P标记D．两个实验证明了DNA是细菌的遗传物质解析：选B。肺炎双球菌转化实验采用了对照实验的方法，而噬菌体侵染细菌的实验采用了同位素标记法，A项错误；两实验的设计思路一致，即将DNA和其他物质分开，单独地、直接地观察它们各自的遗传效应，B项正确；噬菌体侵染细菌的实验分两组，一组是32P标记的噬菌体，另一组是35S标记的噬菌体，C项错误；肺炎双球菌的离体转化实验证明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA，噬菌体侵染细菌的实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA，D项错误。肺炎双球菌离体转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较这两个实验都是证明DNA是生物的遗传物质的直接实验证据，两者在实验设计、实验结论等方面既有共同性也有细微的差别。(1)实验设计思路比较实验类型肺炎双球菌离体转化实验噬菌体侵染细菌实验思路相同设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的遗传功能处理方式区别直接分离：分离S型细菌的DNA、荚膜物质、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素(32P和35S)(2)两个实验遵循相同的实验设计原则：一一对照原则①肺炎双球菌离体转化实验中的相互对照②噬菌体侵染细菌实验中的相互对照(3)实验结论(或目的)比较①肺炎双球菌离体转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。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，因蛋白质没有进入细菌体内。烟草花叶病毒的感染和重建实验分析[学生用书P42]1．烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验(1)实验过程及现象(2)结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。2．病毒重建及其对烟草叶细胞的感染(1)实验过程及现象(2)结果分析与结论：重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系。3．生物的遗传物质(1)绝大多数生物的遗传物质是DNA，包括细胞生物和大多数的病毒。(2)少数病毒的遗传物质是RNA，如烟草花叶病毒、SARS病毒、HIV、甲型H1N1流感病毒等。5．如图所示，病毒甲、乙为两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是()解析：选D。在生物体内控制生物性状的是核酸，而且核酸可控制相应蛋白质的合成。6．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(见表)中，不可能出现的结果是()实验编号实验过程实验结果病斑类型病斑中分离出的病毒类型①a型TMV→感染植物a型a型②b型TMV→感染植物b型b型③组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物b型a型④组合病毒(b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA)→感染植物a型a型A.实验①B．实验②C．实验③D．实验④解析：选C。烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而蛋白质不是遗传物质，因此在③中，组合病毒的遗传物质是b型的，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。核心知识小结[要点回眸][规范答题]1.在肺炎双球菌转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型细菌转化为S型细菌，即转化因子是DNA。2.T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S元素存在于蛋白质中，P元素几乎全存在于DNA中。3.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。4.DNA是主要遗传物质的原因是绝大多数生物的遗传物质是DNA。[随堂检测][学生用书P43]1．噬藻体是一种感染蓝藻的病毒(主要由DNA和蛋白质组成)，用32P标记的噬藻体感染蓝藻细胞，培养一段时间，再经搅拌、离心后进行放射性检测。相关叙述正确的是()A．32P标记的是噬藻体DNA中的碱基胸腺嘧啶B．搅拌的目的是使吸附在蓝藻上的噬藻体与蓝藻分离C．离心后放射性同位素主要分布在试管的上清液中D．此实验证明DNA是噬藻体的遗传物质解析：选B。32P标记的是噬藻体DNA中的磷酸，故A错误；噬藻体侵染蓝藻的时候，只有DNA进入蓝藻，其蛋白质外壳留在蓝藻外，所以搅拌的目的是使吸附在蓝藻上的噬藻体与蓝藻分离，故B正确；离心后放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中，故C错误；该实验缺乏对照实验，不能说明DNA是遗传物质，故D错误。2．(2017·浙江4月选考)肺炎双球菌转化实验的部分过程如图所示。下列叙述正确的是()A．S型肺炎双球菌的菌落为粗糙的，R型肺炎双球菌的菌落为光滑的B．S