DNA是主要的遺傳物質(zhì)導(dǎo)學(xué)案

第3章基因的本質(zhì)

第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)（導(dǎo)學(xué)案）

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過(guò)程;

2.噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過(guò)程。

課前夏習(xí)

1.20世紀(jì)20年代，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是由多種氨基酸連接而成的生物大分子，且氨基酸—

—的排列順序，可能蘊(yùn)含著遺傳信息。當(dāng)時(shí)對(duì)于其他生物大分子的研究，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與此類似的

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因此，當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，蛋白質(zhì)是生物體的.到了20世紀(jì)30年代，人

們才認(rèn)識(shí)到DNA是由許多脫氧核甘酸聚合而成的生物大分子,脫氧核甘酸的化學(xué)組成包括

堿基和。組成DNA的脫氧核甘酸有一種，每一種有一個(gè)特定的o

2.1928年，格里菲思以小鼠為實(shí)驗(yàn)材料，研究的致病情況。他用兩種不同類型

的肺炎鏈球菌感染小鼠。一種類型的菌體有多糖類的，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面光滑，

叫作—型細(xì)菌.S型細(xì)菌有致病性，可使人和小鼠患，小鼠并發(fā)敗血癥死亡。另一種類

型的菌體多糖類的莢膜，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面粗糙，叫作—型細(xì)菌。R型細(xì)菌不

會(huì)使人或小鼠患病，因此無(wú)致病性。從第四組實(shí)驗(yàn)的小鼠尸體中分離出的有致病性的S型活細(xì)菌，

其后代也是有致病性的一型細(xì)菌。由此可以推斷：已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌，含有某種促使R型

活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)一。

3.20世紀(jì)40年代，艾弗里和他的同事將加熱致死的____型細(xì)菌破碎后，設(shè)法去除絕大部分糖類、

蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，制成細(xì)胞提取物。將細(xì)胞提取物加入有—型活細(xì)菌的培養(yǎng)基中，結(jié)果出現(xiàn)了一

—型活細(xì)菌。然后，他們對(duì)細(xì)胞提取物分別進(jìn)行不同的處理后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明分別用

蛋白酶、RNA酶或酯酶處理后，細(xì)胞提取物仍然具有轉(zhuǎn)化活性；用處理后，細(xì)胞提取物就

失去了轉(zhuǎn)化活性。實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞提取物中含有轉(zhuǎn)化因子，而轉(zhuǎn)化因子很可能就是o艾弗

里等人進(jìn)一步分析了細(xì)胞提取物的理化特性，發(fā)現(xiàn)這些特性都與DNA的極為相似，于是艾弗里提出

了不同于當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家觀點(diǎn)的結(jié)論：才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。

4.1952年，美國(guó)遺傳學(xué)家赫爾希和他的助手蔡斯以為實(shí)驗(yàn)材料-，利用技術(shù)，

完成了另一個(gè)有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)。T2噬菌體是一種專門寄生在________體內(nèi)的病毒，它的頭部和尾部

的外殼都是由________構(gòu)成的，頭部含有。T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會(huì)在自身遺傳物

質(zhì)的作用下，利用來(lái)合成自身的組成成分，進(jìn)行大量增殖。當(dāng)噬菌體增殖到一定

數(shù)量后，大腸桿菌______，釋放出大量的噬菌體。

5.赫爾希和蔡斯首先在分別含有放射性同位素35s和放射性同位素32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，

再用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到含有35s標(biāo)記或含有32P標(biāo)記的噬菌體。

然后，用35s或32P標(biāo)記的噬菌體分別侵染的大腸桿菌，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的后，用

攪拌器攪拌、。攪拌的目的是使分離，離心的目的是讓______

,而離心管的沉淀物中留下。離心后,檢查上清液和沉淀物

中的放射性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)：用35s標(biāo)記的一組侵染實(shí)驗(yàn)，放射性同位素主要分布在________中；用32P標(biāo)

記的一組實(shí)驗(yàn)，放射性同位素主要分布在離心管的中。赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)表明：噬菌體

侵染細(xì)菌時(shí)，進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中，而仍留在細(xì)胞外。因此，子代噬菌體的各種性

狀，是通過(guò)親代的遺傳的。才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。

6.后來(lái)的研究證明，遺傳物質(zhì)除DNA外，還有。有些病毒不含有DNA,只含有,

如煙草花葉病毒。從煙草花葉病毒中提取的蛋白質(zhì)，使煙草感染病毒，但是，從這些病毒

中提取的RNA,使煙草感染病毒。因此，在這些病毒中，是遺傳物質(zhì)。因?yàn)榻^大

多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA,所以說(shuō)DNA是0

學(xué)習(xí)進(jìn)階

一、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分析：

(1)格里菲思的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組是,操作分別是,實(shí)驗(yàn)組是,

操作是O

(2)在艾弗里第一組(S型細(xì)菌DNA和R型活細(xì)菌混合培養(yǎng))實(shí)驗(yàn)中，所有R型細(xì)菌全部都轉(zhuǎn)化

為S型細(xì)菌嗎？,原因是。

(3)艾弗里實(shí)驗(yàn)第三組，設(shè)計(jì)了R型細(xì)菌與S型細(xì)菌DNA加DNA酶混合培養(yǎng)，分析設(shè)計(jì)該組實(shí)

驗(yàn)的目的是.

(4)從對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)角度分析，艾弗里實(shí)驗(yàn)的單一變量是,將可能作為“轉(zhuǎn)化因子”

的各種物質(zhì)，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖是。

(5)在肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，能夠證明DNA是遺傳物質(zhì)的最關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路是。

2.分析下圖所示的艾弗里實(shí)驗(yàn)，思考問(wèn)題：

S型活細(xì)菌

多糖蛋白質(zhì)DNADNA+DNA酶

I???

分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)

i1向由A

山山

（1）在殺死的S型細(xì)菌中含有的物質(zhì)有。

（2）艾弗里及同事的設(shè)計(jì)思路中最關(guān)鍵的是。

（3）該實(shí)驗(yàn)?zāi)艿玫降慕Y(jié)論是。

（4）該實(shí)驗(yàn)是否很完美，有沒(méi)有缺點(diǎn)？。

【答案】1.（1）第一組至第三組分別向健康小鼠體內(nèi)注射R型活細(xì)菌、S型活細(xì)菌以及加熱

殺死的S型細(xì)菌第四組向健康小鼠體內(nèi)注射R型活細(xì)菌和加熱殺死的S型細(xì)菌混合液

（2）沒(méi)有大多后代是R型細(xì)菌，因轉(zhuǎn)化效率很低，只有少數(shù)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌（3）

DNA酶將DNA水解為脫氧核昔酸，分解后的產(chǎn)物不能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，說(shuō)明DNA必

須保持完整性，才能完成其功能。同時(shí)證明了DNA是遺傳物質(zhì)（4）向R型細(xì)菌培養(yǎng)基中加入

從S型細(xì)菌提取的不同物質(zhì)進(jìn)行相互對(duì)照，可對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出結(jié)論，同時(shí)可避

免其他物質(zhì)，的干擾（5）將DNA與蛋白質(zhì)、多糖等其他物質(zhì)分開，單獨(dú)地、直接地觀察每種

物質(zhì)的作用

2.（1）多糖、脂類、蛋白質(zhì)和DNA等（2）設(shè)法把DNA和蛋白質(zhì)等分開，單獨(dú)地、直接地去

觀察它們的作用（3）DNA是轉(zhuǎn)化因子，即DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)（4）

有，由于艾弗里實(shí)驗(yàn)中提取出的DNA,純度最高時(shí)也還有0.02%的蛋白質(zhì)，因此，有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

表示懷疑

二、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)

1.下圖所示為T2噬菌體的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)分析回答：

（1）T2噬菌體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有.且能實(shí)現(xiàn)兩者的分離。

（2）選用T2噬菌體作實(shí)驗(yàn)材料，有何優(yōu)點(diǎn)？o

（3）怎樣才能讓噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA上被相應(yīng)的同位素標(biāo)記？

（4）為什么不能直接用35s和32P普通培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體？。

2.下圖為赫爾希和蔡斯進(jìn)行的噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)過(guò)程，請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：

（1）該實(shí)驗(yàn)中，—用14c和國(guó)0標(biāo)記噬菌體，理由是。

（2）用32P和35s同時(shí)標(biāo)記噬菌體，理由是。

（3）實(shí)驗(yàn)中攪拌的目的是。

（4）實(shí)驗(yàn)中離心的目的是,離心管中的上清液和沉淀物中分別是。

（5）用35s標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)沉淀物中放射性也很高，可能的原因是

（6）用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)上清液中放射性也很高，可能的原因是

【答案】1.（1）DNA和蛋白質(zhì)（2）T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)能自然完全分離，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更

可靠（3）先用含放射性同位素的培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌，得到帶有標(biāo)記的細(xì)菌；再用帶有標(biāo)記的細(xì)菌

培養(yǎng)噬菌體，分別使其蛋白質(zhì)和DNA帶上標(biāo)記（4）病毒沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，專營(yíng)寄生生活，不能

在培養(yǎng)基中存活

2.（1）不能因?yàn)镈NA和蛋白質(zhì)中都含有C和。元素（2）不能這樣會(huì)導(dǎo)致無(wú)法區(qū)分

蛋白質(zhì)和DNA的作用（3）使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離（4）讓上清液中析出重量

較輕的噬菌體顆粒被感染的大腸桿菌（5）攪拌不充分，有少量35s的噬菌體的蛋白質(zhì)外殼

吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中（6）保溫時(shí)間過(guò)短，部分噬菌體沒(méi)有侵染到大腸桿菌

細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中；保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放出子代，經(jīng)離

心后分布于上清液中。

三、生物的遺傳物質(zhì)

1.分析下列有關(guān)遺傳物質(zhì)種類的問(wèn)題：

(1)人、噬菌體及大腸桿菌的遺傳物質(zhì)分別是、、

(2)下列所示的生物，其遺傳物質(zhì)的種類是什么？

流感病毒SARS病毒煙草花葉病毒

(3)蠶豆細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)徹底水解的產(chǎn)物有種，分別是?

【答案】l.(l)DNADNADNA(2)在沒(méi)有DNA的病毒體內(nèi)，其遺傳物質(zhì)是RNA(3)

6磷酸、脫氧核糖、4種含氮堿基

我檢涮

1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子是()

A.莢膜多糖B.蛋白質(zhì)

C.R型細(xì)菌的DNAD.S型細(xì)菌的DNA

2.格里菲思研究肺炎雙球菌時(shí)，用了兩種類型的雙球菌一一有莢膜菌和無(wú)莢膜菌.下列關(guān)于兩種類

型肺炎雙球菌的敘述中，不正確的是()

A.兩種雙球菌都能引起小鼠患肺炎而死亡

B.無(wú)莢膜菌不能引起鼠死亡，有莢膜菌導(dǎo)致鼠死亡

C.兩種肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)都是DNA

D.在培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)無(wú)美膜菌形成的菌落表面粗糙

3.在T?噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，下列有關(guān)敘述正確的是()

A.子代噬菌體DNA合成所需的原料來(lái)自親代噬菌體

B.催化子代噬菌體蛋白質(zhì)合成的酶來(lái)自親代噬菌體

C.親代噬菌體的DNA進(jìn)入了大腸桿菌

D.子代噬菌體的蛋白質(zhì)的合成模板是親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼

4.噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)32P標(biāo)記的部位圖是圖中的()

A.③B.②C.①和②D.①

5.關(guān)于遺傳物質(zhì)的敘述，正確的是（）

①肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明DNA是主要遺傳物質(zhì)

②大腸桿菌的遺傳物質(zhì)是RNA

③DNA是主要的遺傳物質(zhì)

④病毒的遺傳物質(zhì)是DNA和RNA

⑤水稻的遺傳物質(zhì)是DNA

A.①②④B.③⑤C.③④⑤D.①③⑤

6.下列關(guān)于探索DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，敘述正確的是（）

A.格里菲思實(shí)驗(yàn)證明DNA可以改變生物體的遺傳性狀

B.艾弗里實(shí)驗(yàn)證明從S型肺炎雙球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡

C.赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)中離心后細(xì)菌主要存在于沉淀中

D.赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)中細(xì)菌裂解后得到的噬菌體都帶有32P標(biāo)記

7.為研究R型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化為S型肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化物質(zhì)是DNA還是蛋白質(zhì)，進(jìn)行了肺炎雙球

菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，其基本過(guò)程如圖所示：

口用培養(yǎng)

S型曲的含R型解

提取物的培養(yǎng)液

?P?I

下列敘述正確的是（）

A.甲組培養(yǎng)皿中只有S型菌落，推測(cè)加熱不會(huì)破壞轉(zhuǎn)化物質(zhì)的活性

B.乙組培養(yǎng)皿中有R型及S型菌落，推測(cè)轉(zhuǎn)化物質(zhì)是蛋白質(zhì)

C.丙組培養(yǎng)皿中只有R型菌落，推測(cè)轉(zhuǎn)化物質(zhì)是DNA

D.該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明肺炎雙球菌的主要遺傳物質(zhì)是DNA

8.用放射性32P和35s分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)并分別侵染大腸桿菌，經(jīng)保溫、攪拌和離心

后檢測(cè)離心管中物質(zhì)的放射性，甲管的上清液（ai）放射性遠(yuǎn)高于沉淀物（bi）；乙管中上清液（a2）

放射性遠(yuǎn)低于沉淀物（b2）。下列分析不正確的是（）

A.甲管中山的放射性來(lái)自噬菌體的蛋白質(zhì)，乙管中b2的放射性來(lái)自噬菌體的DNA

B.若攪拌不充分，乙管的b2中放射性可能會(huì)降低

C.若攪拌不充分，甲管的bi中可能出現(xiàn)較大的放射性

D.若保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，乙管的a2中可能出現(xiàn)較大的放射性

反思4,結(jié)

1.肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的比較

肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)思路設(shè)法將DNA與其他物質(zhì)分開，單獨(dú)、直接研究它們各自不同的遺傳功能

直接分離：分離S型菌的DNA、多糖、同位素標(biāo)記法：分別用同位素35S、

處理方法

蛋白質(zhì)等，分別與R型菌混合培養(yǎng)32P標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA

①證明DNA是遺傳物質(zhì)，但不能證