第二单元 遗传的分子基础
第1节 DNA是主要的遗传物质
遗传物质的特点：（1）连续性 （2）指导性 （3）稳定性 （4）变异性 一、1928年格里菲思的肺炎双球菌的转化实验：
实验一： 肺炎双球菌的转化实验
1928年格里菲思的体内转化实验 （相当于“发现问题――提出假说”）
（1）、实验对象：R型细菌。
●S型细菌：菌落光滑，菌体有夹膜，有毒性 ●R型细菌：菌落粗糙，菌体无夹膜，无毒性 （2）、实验变量：加热杀死的S型细菌。 （3）、观察指标：小鼠是否患病是观察指标（是否有S菌产生）。 ★肺炎双球菌致病与否，关键是看有无荚膜。因为荚膜的主要作用是防止被人、动物体内的吞噬细胞所吞噬，而S型细菌有荚膜，所以它能引起机体发病，导致死亡。 （4）、实验过程过程和结果
①R型细菌（无荚膜，无毒） 小鼠 ②S型细菌（有荚膜，有毒） 小鼠 ③杀死的S型细菌 小鼠 ④R型细菌＋ 杀死的S型细菌 小鼠 （5）、实验分析（单因子变量分析） 对照组：①、②、③ 实验组：④ 由①、②对比分析说明：无荚膜菌不导致动物死亡。
由②、③对比分析说明：有活性的有荚膜菌导致动物死亡。 实验③导致动物不死亡的原因：被加热杀死的S型细菌失去了增殖和感染的能力。
由②、④对比分析说明： S 型细菌导致动物死亡。
实验证明：无毒性的R型活细菌与被加热杀死的有毒性的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌。这种性状的转化是可以遗传的。
实验推论：杀死的S型细菌中，含有某种促成转化的活性物质―转化因子。 ★肺炎双球菌实验所用实验材料都是活的细菌或杀死的细菌，没有单独地直接观察DNA的作用，因此此实验不能表明DNA是遗传物质，只能表明S型细菌中有一种“转化因子”能使R型细菌转化为S型细菌。
练习1 从④中死亡的小鼠体内发现 菌和由 菌转化成的 菌转化成的S菌后代也是有毒性的 菌
结论：加热杀死的S型菌内含有 （假说）
1944年艾弗里体外转化实验（相当于“实验验证――得出结论”）
（1）、实验对象：培养R型细菌的培养基。
（2）、观察指标：是否有S菌菌落出现。 （3）、实验变量：从S型细菌体提取、分离和鉴定的DNA、蛋白质和多糖等物质。
（4）过程和结果 S型肺炎双球菌
多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA DNA酶水解物
分 别 与 R 型 细 菌 混 合 培 养
R R R R R S R
（5）、结论：S型细菌的DNA是使R型细胞产生可遗传变化的物质 实验证明（DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质）
练习2、① 提取S型活菌中的 等，分别加入培养 菌的培养基中，只有加入 时， 菌才能转化成S菌。
② 用 分解DNA，S型细菌则不能使R型细菌发生转化。 结论： 使R型活菌转化成S型菌的物质是 菌的 ；蛋白质 。
实验二： 1952年郝尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌实验 1、实验方法：同位素标记法。
2、实验原理：T2噬菌体侵染细菌后，在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的物质来合成自身组成物质，从而进行大量繁殖。
3、实验对象：大肠杆菌。作用因素：分别被３２P和３５S标记的噬菌体。 4、实验过程： （1）、标记：用放射性同位素３２P和３５S分别标记不同噬菌体的蛋白质和DNA。 培养过程：①分别在含有放射性同位素３２P和３５S的培养基中培养细菌；②然后分别用上述细菌培养T2噬菌体。从而制备出DNA中含３２P或蛋白质中含３５S的噬菌体。
原理：噬菌体只能寄生在细菌体内进行增殖。 （2）、噬菌侵染细菌：
A、被35S标记的噬菌体与末标记的细菌混合－→搅拌、离心 B、被32P标记的噬菌体与末标记的细菌混合－→搅拌、离心
★搅拌的目的：是使在细菌外的噬菌体与细菌分离。上清液中主要含有噬菌体（重量较轻），沉淀物中主要含有被感染的细菌。
★离心的目的：使细菌沉降在管低，未进入细菌的噬菌体残留部分留在上层的培养液中。 （3）、测定放射性：
A、上清液，放射性很高；沉淀物，放射性很低；新形成的噬体中无放射性。 B、上清液，放射性很低；沉淀物，放射性很高；新形成的噬体中有放射性。 （噬菌体的蛋白质外壳没有进入到细菌体内，噬菌体的DNA分子进入到细菌体内） ★此实验中释放的大量T2噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，却不能检测到35S标记的蛋白质。这一结果说明：在噬菌体中，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质。
5、实验结论：在噬菌体中，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质，即子代噬菌的各种性状是通过亲代的DNA传给后代的，DNA 是遗传物质。
★噬菌体侵染细菌的过程中，注入到细菌体内的是噬菌体的DNA分子，蛋白质外壳附着在细菌的表面，没有进入到细菌细胞内，因此在细菌细胞内，是噬菌体的DNA进行自我复制，指导噬菌体蛋白质外壳的合成，然后组装成噬菌体；没有直接观察到噬菌体蛋白质的作用。因此噬菌体侵染细菌的实验只表明DNA是遗传物质，没有表明蛋白质不是遗传物质。 练习3、 ① 用35S标记噬菌体的 侵染细菌 细菌内 放射性 ② 用32P标记噬菌体的 侵染细菌 细菌内 放射性
结论：噬菌体在细菌内的增殖是在 的作用下完成的。因
此 才是真正的遗传物质。
此实验还证明了DNA能够自我 ，在亲子代之间能够保持一定的 性，也证明了DNA能够 蛋白质的合成。 二、两个实验的比较： 肺炎双球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 实验思路 设法把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用。（排除DNA和蛋白质共同作用促进了转化的进行） 肺炎双球菌的转化实验是将S型细菌的DNA、蛋白质、多糖、脂质等各种成分分离，然后单独观察各成分的作用；噬菌体侵染细菌实验是用３２P和３５S分别标记不同的噬菌体，然后分别侵染细菌，观察３２P和３５S在子代噬菌中存在的情况。 肺炎双球菌的转化实验利用了从S菌直接提取各种物质的方法；噬菌体侵染细菌的实验则利用放射性同位素标记法间接将DNA和蛋白质分离的方法。 设计原则 （1）、对照原则；（2）、单一变量原则 实验变量 （1）、体内转化：注射的活的R细菌是进入细菌体内的不同物否与加热杀死的S型细菌混合。（2）、体质 外转化：R型菌与组成S型菌的各组成分混合培养。 实验手段 细菌培养、物质的提取、分离和鉴定 病毒培养、同位素标记、离心法 实验结论 DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 DNA是遗传物质 三、1956年烟草花叶病毒感染烟草实验： 1、实验对象：烟草 2、实验设计思路：设法把RNA和蛋白质外壳分开，单独地、直接地去观察DNA的作用。 3、实验过程：（分离－→侵染－→观察）
4、结论：在只有RNA的病毒中，RNA是遗传物质。
★“杂种病毒”的RNA和蛋白质来自于不同的病毒，其繁殖产生的子代 病毒应与“杂种病毒”RNA所代表的病毒完全相同。 四、小结： 细胞生物 非细胞生物 （真核、原核） （病毒） 核酸 DNA和RNA DNA RNA 遗传物质 DNA DNA RNA 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。 五、探究某一生物的遗传物质是DNA 或是RNA的原理及方法：
利用DNA酶或RNA酶处理病毒，依据其感染能力的有无可推断遗传物质的属性。即当用DNA酶处理病毒后，若病毒仍具有感染性表明遗传物质不是DNA而是RNA，若用RNA酶处理病毒后，若病毒仍具有感染性表明遗传物质不是RNA而是DNA。
六练习一、选择题(每小题5分，共60分)
1．在肺炎双球菌感染老鼠的实验中，下列实验结果不正确的是( ) A．注射R型菌后，老鼠不死亡
B．注射S型菌后，老鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌
C．注射R型菌及热处理的S型菌后，老鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型细菌 D．注射S型菌及热处理的R型菌后，老鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型菌 2．(2010·广州一模)以下与遗传物质相关的叙述，正确的是 ( )
A．豌豆的遗传物质是DNA和RNA B．甲流病毒的遗传物质含有S元素 C．T2噬菌体内，碱基A、C、G参与组成的核苷酸有6种 D．可利用同位素示踪法证明DNA以半保留的方式复制 3．(2010·江苏一次调研)用噬菌体去感染体内含32P的细菌，在细菌解体后含32P的是( ) A．子代噬菌体DNA B．子代噬菌体所有部分 C．子代噬菌体蛋白质外壳 D．子代噬菌体不含32P
4．烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者致病病斑不同，如图所示。下列说法中不正确的是 ( )
A．a过程表示用TMV蛋白质外壳感染烟叶，结果说明TMV的蛋白质外壳没有侵染力
B．b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶，结果说明其有侵染作用 C．c、d过程表示用TMV外壳和HRV的RNA合成的“杂种病毒”接种烟叶，结果说明该“杂种病毒”有侵染作用，表现病症为感染车前草病毒症状，并能从中分离出车前草病毒
D．该实验证明只有车前草病毒的RNA是遗传物质，蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质
5．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成分中，能够找到的放射性元素为 ( )
A．可在DNA中找到15N和32P B．可在外壳中找到15N和35S C．可在DNA中找到15N和32P、35S D．可在外壳中找到15N
6．赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的不同的有机物。下列被标记的部位组合正确的是 ( )
A．①② B．①③ C．①④ D．②④
7．(2010·南京模拟)有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如图：
一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是( ) 选项 放射性 S元素 P元素 A 全部无 全部32S 全部31P
B 全部有 全部35S 多数32P，少数31P C 少数有 全部32S 少数32P，多数31P D 全部有 全部35S 少数32P，多数31P 8．用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，经过一段时间的保温、搅拌、离心后发现放射性主要分布在上清液中，沉淀物的放射性很低，对于沉淀物中含有少量的放射性的正确解释是 ( )
A．经搅拌与离心后还是有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上 B．离心速度太快，较重的T2噬菌体有部分留在沉淀物中 C．T2噬菌体的DNA分子上含有少量的35S
D．少量含有放射性35S的蛋白质进入大肠杆菌内
9．如图为“肺炎双球菌转化实验”的部分研究过程，能充分说明“DNA是遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物质”的是 ( )
A．①②④ B．①②③ C．①③④ D．①②③④
10．(2010·南通三模)赫尔希和蔡斯在做“噬菌体侵染细菌”实验时，应用了放射性同位素标记技术。下列相关说法不正确的是 ( )
A．利用放射性同位素标记技术的目的是追踪T2噬菌体DNA和蛋白质分子的去向 B．用35S标记蛋白质是由于T2噬菌体化学组成中S只存在于蛋白质中 C．用含32P的肉汤培养基培养T2噬菌体获得DNA被标记的T2噬菌体 D．检测离心后试管中上清液和沉淀物的放射性差异可推测侵入细菌中的物质 11．下列是生物学发展史上的几个重要实验，其中没有应用放射性同位素示踪技术的是( ) A．验证光合作用释放的氧全部来自水 B．噬菌体侵染细菌的实验
C．肺炎双球菌的转化实验 D．研究分泌蛋白的合成分泌途径 12．(2010·江苏南京期末调研)某科学家做“噬菌体侵染细菌的实验”时，对噬菌体的DNA用32P标记，让其中一个已标记的噬菌体去侵染未标记的细菌，最后释放出100个噬菌体，则下列说法正确的是 ( )
A．噬菌体侵染细菌的实验可以证明DNA是主要的遗传物质
B．最后释放出的100个噬菌体中，有98个噬菌体的DNA含32P C．标记噬菌体的方法是用含32P的培养基培养噬菌体
D．标记噬菌体的方法是用含32P的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体 二、非选择题(共40分) 13．(15分)(2010·南京第一次调研)在研究生物遗传物质的过程中，人们做了很多实验进行探究，包括著名的“肺炎双球菌转化实验”。
(1)某人曾重复了“肺炎双球菌转化实验”，步骤如下。请分析以下实验并回答问题：
A．将一部分S型细菌加热杀死；
B．制备符合要求的培养基，并分为若干组，将菌种分别接种到各组培养基上(接种的菌种见图中文字所示)；
C．将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况。
①制备符合要求的培养基时，除加入适当比例的水和琼脂外，还必须加入一定量的无机盐、氮源、有机物、生长因子等，并调整pH。 ②本实验中的对照组是________这三组。
③本实验得出的结论是___________________________________________________。
(2)艾弗里等人通过实验证实了在上述细菌转化过程中，起转化作用的是DNA。请利用DNA酶做试剂，选择适当的材料用具，设计实验方案，验证“促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA”，并预测实验结果，得出实验结论。 ①实验设计方案：
第一步：从S型细菌中提取DNA；
第二步：制备符合要求的培养基，将其均分为三份，标为A、B、C，分别作如下处理：
组合编号 A B C 处理 不加任何提取物 g.________ h.________ 第三步：_____________________________________________________________________； 第四步：将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况。 ②预测实验结果并得出结论：______________ _______。 ③通过设计的实验，还能得出什么结论：______________________________________。 14．(25分)(2010·淄博模拟)回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题：
在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性；而实验的实际最终结果显示：在离心上层液体中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是____________________。 (2)在理论上，上层液放射性应该为0，其原因是_______________________________。 (3)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：
a．在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量升高，其原因是___ ___________。 b．在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，将________(填“是”或“不是”)误差的来源，理由是_______ ____________________。
(4)噬菌体侵染细菌实验证明了___________________________________________。
(5)上述实验中，________(填“能”或“不能”)用15N来标记噬菌体的DNA，理由是________________________________________________________________________。
