2016_2017版高中生物第3单元遗传与变异的分子基础第1章遗传的物质基础第1节遗传物质的发现学案

1 第一章 遗传的物质基础 第一节 遗传物质的发现

1．总结人类对遗传物质的探索过程。 2．掌握肺炎双球菌转化实验的过程及结论。(重难点) 3．掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。(重难点) 肺 炎 双 球 菌 的 转 化 实 验

1．遗传物质在染色体上 (1)萨顿对蝗虫精子发生的研究 ①发现现象： a．染色体是各具独特形态的实体。 b．体细胞中染色体成对存在，一条来自父方，一条来自母方。 c．在细胞减数分裂时，配对的两条染色体相互分开，独立进入配子。 d．非同源染色体进入配子时自由组合。 ②发现问题：在减数分裂时，染色体的行为与遗传因子的行为具有完全平行的现象。 ③提出假设：遗传因子位于染色体上。 (2)摩尔根通过果蝇杂交实验，得出特定的基因位于特定染色体的特定位置上的结论，因此，染色体就是遗传物质的载体。 2．肺炎双球菌的特点 种类 项目 S型细菌 R型细菌

菌落 表面光滑 表面粗糙 菌体 毒性 有毒性 无毒性 3.体内转化实验——格里菲思的实验 (1)原理：S型细菌可使小鼠患败血症死亡。 (2)实验过程及现象： 2

(3)结论：加热杀死的S型细菌中含有某种物质使R型活细菌转化为S型活细菌。 4．体外转化实验——艾弗里的实验 (1)设计思路：将提纯的S型细菌的DNA、蛋白质和其他物质分别加入到R型细菌的培养基中，单独观察它们各自的功能。 (2)实验过程及现象：

(3)结论：只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，即DNA是具有转化作用的遗传物质，而蛋白质和其他物质不是遗传物质。

[合作探讨] 探讨1：是否所有生物的遗传物质都以染色体作为载体？真核细胞的遗传物质都在染色体上吗？ 提示：不是。原核生物及病毒无染色体，其遗传物质不以染色体作载体，真核细胞的遗传物质并非都在染色体上，如线粒体、叶绿体中也有遗传物质DNA。 探讨2：根据格里菲思的实验，使R型细菌转化成S型细菌的“遗传物质”可能是什么？为此艾弗里设计了怎样的实验？ 提示：可能是DNA或蛋白质。将分离提纯的DNA、蛋白质分别与R型细菌混合培养，单独观察它们各自的效应。 探讨3：艾弗里实验中设置加DNA水解酶这组实验目的是什么？ 提示：艾弗里实验中设置DNA＋DNA酶这一组实验的目的：①对照说明只加DNA组的结论，②说明DNA的水解产物不能实现转化。 3

[思维升华] 1．肺炎双球菌体外转化实验中的相互对照

相互对照时每组均既是实验组又是对照组，每个实验组除要探究的因素各不相同外，其他条件均相同，最终结论必须由几组实验结果对比得出。 2．体内转化实验和体外转化实验的比较 体内转化实验 体外转化实验 实验者 格里菲思 艾弗里等 培养细菌 用小鼠(体内) 用培养基(体外) 实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌各成分作用的相互对照

实验结果 加热杀死的S型细菌能使R型细菌→S型细菌 S型细菌的DNA使R型细菌→S型细菌 实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 3.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，但不要认为DNA也变性失活，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)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、受体菌的状态等因素影响。

1．某研究人员模拟肺炎双球菌的转化实验，进行了以下4个实验： ①S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠 ②R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠 ③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠 ④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的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 【解析】 ①加入DNA酶，可将S型细菌的DNA水解，使之完全失去活性，再加入R 4

型细菌，不会转化为S型细菌，故小鼠存活； ②虽加入了DNA酶，但还加入了S型细菌，故小鼠死亡； ③由于高温使R型细菌死亡，加入S型细菌的DNA后，不会有S型细菌出现，故小鼠能存活； ④中的S型细菌在高温下被杀死，加入R型细菌的DNA，小鼠不死亡。 【答案】 D 2．格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌转化实验证实了( ) 【导学号：73730045】 ①DNA是遗传物质 ②RNA是遗传物质 ③DNA是主要遗传物质 ④蛋白质不是遗传物质 ⑤糖类不是遗传物质 ⑥DNA能产生可遗传的变异

A．①④⑤⑥ B．②④⑤⑥ C．②③⑤⑥ D．③④⑤⑥ 【解析】 格里菲思和艾弗里实验能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要遗传物质和RNA是遗传物质。 【答案】 A 噬 菌 体 侵 染 细 菌 实 验

1．噬菌体组成 蛋白质外壳DNA 2．同位素标记 蛋白质—35SDNA—32P 3．实验过程

4．实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。 5

[合作探讨] 探讨1：能否使用14C和18O标记噬菌体？为什么？ 提示：不能，因为噬菌体的DNA和蛋白质中都含有C和O元素。 探讨2：请分别写出噬菌体外壳及其核酸的组成单位的结构简式，并注明32P、35S的标记的部位。 提示：噬菌体侵染细菌实验中32P和35S的存在部位，如下图所示。

探讨3：能否分别用含放射性同位素35S和32P的培养基来培养噬菌体？为什么？ 提示：不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活。普通培养基缺少细胞类生物，病毒无法生存。 [思维升华] 1．噬菌体的增殖 (1)模板：噬菌体DNA。 (2)合成DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。 (3)合成蛋白质的原料及场所：大肠杆菌的氨基酸、大肠杆菌的核糖体。 2．实验思路及方法 S是蛋白质特有元素，P是DNA特有元素，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独去观察它们的作用。 3．侵染特点及过程 (1)进入细菌体内的是噬菌体的DNA，噬菌体蛋白质留在外面不起作用。 (2)噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成子代DNA→组装子代噬菌体→释放子代噬菌体 4．实验过程 (1)标记噬菌体 6

(2)侵染细菌 (3)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。 5．实验误差分析 (1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因： ①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。 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，也会使上清液中出现放射性。 (2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 6．噬菌体侵染细菌实验与肺炎双球菌的体外转化实验的比较 7

1．在证明DNA是遗传物质的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，正确的技术手段是( ) A．用化学方法把DNA和蛋白质分开 B．用32P和35S分别标记T2噬菌体和大肠杆菌 C．用32P和35S同时标记T2噬菌体 D．用标记过的大肠杆菌去培养T2噬菌体 【解析】 分别用32P和35S培养大肠杆菌，再用正常的噬菌体去侵染被标记的大肠杆菌，最后用分别标记的噬菌体再侵染正常大肠杆菌，观察是噬菌体的DNA还是蛋白质注入细菌细胞内后能产生子代噬菌体。 【答案】 D 2．为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“噬菌体侵染大肠杆菌”的实验(T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。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、细菌的叙述正确的是( ) 【导学号：73730046】

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规律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离规律 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 【解析】 题图所示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35 S标记噬菌体的实验，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规律；若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间过长，细菌裂解导致的。 8

【答案】 B 烟 草 花 叶 病 毒 感 染 烟 草 的 实 验

1．RNA是遗传物质的证据 (1)烟草花叶病毒的基本成分为蛋白质和RNA，无DNA。

(2)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。 2．DNA是主要的遗传物质 绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA。

[合作探讨] 探讨1：烟草花叶病毒合成蛋白质的场所是什么？其进行RNA和蛋白质合成的原料由谁提供？ 提示：烟草细胞的核糖体。由烟草细胞为之提供合成核酸和蛋白质的原料。 探讨2：所有生物的遗传物质都是DNA，对吗？为什么？ 提示：不对。细胞生物的遗传物质是DNA，大多数病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA。 [思维升华] 1．烟草花叶病毒重建实验 (1)过程：

(2)构建的重组病毒，其遗传性状与提供RNA的病毒性状完全一致，与提供蛋白质的病毒性状不同，说明RNA是遗传物质。 (3)结论：只有RNA而没有DNA的病毒中，RNA是遗传物质。