专题4 遗传的分子基础 专点11 聚焦探索遗传物质本质的经典实验复习题
[直击考纲] 1.人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)。2.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。4.DNA分子的复制(Ⅱ)。5.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)。6.基因与性状的关系(Ⅱ)。
考点11 聚焦探索遗传物质本质的经典实验
1．肺炎双球菌转化实验
(1)转化的实质是基因重组而非基因突变：肺炎双球菌转化实验中S型菌的DNA片段整合到R型菌的DNA中，使受体菌获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。
(2)转化的只是少部分R型菌：由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等的影响，实验中并不是所有的R型菌都转化成了S型菌，而只是小部分R型菌发生了转化。
(3)体内转化实验和体外转化实验的结论：体内转化实验只是证明已经被加热杀死的S型菌中存在转化因子；体外转化实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质、荚膜多糖等不是遗传物质。
(4)肺炎双球菌体内转化实验的曲线解读
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①bc段中R型菌数量减少的原因是小鼠体内形成大量的对抗R型菌的抗体，致使R型菌数量减少。
②cd段R型菌数量增多的原因是c之前，已有少量R型菌转化为S型菌，S型菌能降低小鼠的免疫能力，造成R型菌大量繁殖。
2．噬菌体侵染细菌实验中的相互对照
(1)放射性同位素标记法的元素选择：用35S标记蛋白质，用32P标记DNA。
(2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，不能确定是何种元素的放射性。
(3)获得具有放射性的T2噬菌体的方法：先培养具有放射性的大肠杆菌，然后用具有放射性的大肠杆菌培养T2噬菌体。
(4)侵染时间要合适：侵染时间过短或过长会使32P组(用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌组)的上清液中出现放射性，原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。搅拌要充分：如果搅拌不充分，35S组(用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌组)部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体和大肠杆菌会共同存在于沉淀物中，这样会造成沉淀物中出现放射性。
题组一 肺炎双球菌转化实验
1．判断下列叙述的正误：
(1)(2011·广东，2改编)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。据表判断下列叙述：
实验组号
接种菌型
加入S型菌物质
培养皿长菌情况
A
R
蛋白质
R型
B
R
荚膜多糖
R型
C
R
DNA
R型、S型
D
R
DNA(经DNA酶处理)
R型
①A不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子( × )
②B说明S型菌的荚膜多糖有酶活性( × )
6
③C和D说明S型菌的DNA是转化因子( √ )
④A～D说明DNA是主要的遗传物质( × )
(2)格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果(2016·江苏，1A)( × )
2．(2017·福建模拟)艾弗里完成肺炎双球菌体外转化实验后，持反对观点者认为“DNA可能只是在细胞表面起化学作用形成荚膜，而不是起遗传作用”，已知S型肺炎双球菌中存在能抗青霉素的突变型(这种对青霉素的抗性不是荚膜产生的)。下列实验设计思路能反驳上述观点的是( )
A．R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌
B．R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现S型菌
C．R型菌＋S型菌DNA→预期出现S型菌
D．R型菌＋S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌
答案 A
解析 R型菌＋抗青霉素的S型DNA→预期出现抗青霉素的S型菌，该实验证明细菌中的一些与荚膜的形成无关的性状(如抗药性)也会发生转移，而且抗青霉素的S型菌DNA中存在抗青霉素的基因和控制荚膜合成的基因，因此，该实验结果表明上述对艾弗里所得结论的怀疑是错误的，故A正确。
思维延伸 判断下列叙述的正误：
(1)如图是某兴趣小组利用两种肺炎双球菌进行相关的转化实验，各组肺炎双球菌先进行图示处理，再培养一段时间后注射到不同小鼠体内，则：
①图中通过ef对照能说明转化因子是DNA而不是蛋白质( √ )
②f组产生的S型菌可能是基因重组的结果( √ )
③能导致小鼠死亡的是a、b、c、d四组( × )
④d组为空白对照，实验结果是小鼠不死亡( √ )
⑤e组实验表明，加入S型菌体的蛋白质后试管中长出的是有荚膜的菌体( × )
(2)肺炎双球菌转化实验中，S型菌的部分DNA片段进入R型菌内并整合到R型菌的DNA分子上，使这种R型菌转化为能合成荚膜多糖的S型菌，则：
①R型菌转化为S型菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例会改变( × )
②整合到R型菌内的DNA分子片段，表达产物都是荚膜多糖( × )
6
③进入R型菌的DNA片段上，可能有多个RNA聚合酶结合位点( √ )
④S型菌转录的mRNA上，可由多个核糖体共同合成一条肽链( × )
题组二 噬菌体侵染细菌实验
3．(2017·全国Ⅱ，2)在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是( )
A．T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖
B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质
C．培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D．人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
答案 C
解析 T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎双球菌，所以不可以在肺炎双球菌中复制和增殖，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，所以在T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成mRNA和蛋白质，需要借助宿主细胞来合成mRNA和蛋白质，B错误；噬菌体侵染细菌时，其DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，复制及表达需大肠杆菌提供原料、酶和ATP，所以培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程不相同，前者是RNA病毒，后者是DNA病毒，D错误。
4．(2017·全国Ⅰ，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出(1)实验思路。
(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
答案 (1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
解析 (1)DNA和RNA的化学组成存在差异，如DNA特有的碱基是T，而RNA特有的碱基是U，因此可用放射性同位素分别标记碱基T和碱基U，通过检测子代的放射性可知该病毒的类型。根据分析，本实验思路为：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
5．(2017·泰安二模)如图为“噬菌体侵染大肠杆菌”的实验，图中亲代噬菌体已用32P标记，
A、C中的方框代表大肠杆菌。下列有关叙述错误的是( )
6
A．图中锥形瓶中的培养液要加入32P标记的无机盐来培养大肠杆菌
B．图中A少量噬菌体未侵入细菌会导致沉淀物中的放射性强度偏低
C．若亲代噬菌体的DNA中含有腺嘌呤50个，3次复制需要胸腺嘧啶350个
D．子代噬菌体蛋白质外壳的合成，需要噬菌体的DNA和细菌的氨基酸参与
答案 A
解析 图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，由于噬菌体已被标记，所以其内不需要加入32P标记的无机盐，A错误；图中A少量噬菌体未侵入细菌，搅拌离心后出现在上清液中，所以会导致沉淀物中的放射性强度偏低，B正确；若亲代噬菌体的DNA中含有腺嘌呤50个， 复制3次，复制后形成8个DNA，所以需要胸腺嘧啶数目为50×7＝350个，C正确；子代噬菌体蛋白质外壳的合成过程中，转录时需要噬菌体的DNA作为模板，翻译时需要细菌的氨基酸作为原料，D正确。
思维延伸 判断下列叙述的正误：
(1)如图为研究T4噬菌体基因表达的部分实验过程。将分离得到的RNA与热变性后的单链DNA杂交，检测各组放射性强度。则：
a．实验前需用含糖、氨基酸、血清等物质的培养基培养T4噬菌体( × )
b．②过程中利用3H－尿嘧啶合成放射性物质的过程称为翻译( × )
c．③中分离得到的RNA与DNA杂交过程中有A—T碱基配对( √ )
(2)在“噬菌体侵染细菌的实验”中，35S标记的噬菌体记为甲组，32P标记的噬菌体记为乙组，在甲组中上清液放射性强度与保温时间长短的关系图可表示为下图曲线a，而乙组中沉淀物放射性强度与保温时间长短的关系图可表示为下图曲线b( √ )
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(3)用32P和35S分别标记的噬菌体侵染细菌，经短时间保温后，用搅拌器搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中35S和32P的放射性以及被侵染细菌的存活率，得到如图所示的实验结果，则：
①在实验过程中细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来( √ )
②若被侵染细菌的存活率下降，细胞外35S放射性会增高( × )
③上清液中35S占初始标记噬菌体放射性最大值只有80%左右，其原因是侵染细菌的噬菌体外壳没有全部与细菌分离( √ )
④因上清液中32P占初始标记噬菌体放射性的30%，因此该实验不能证明DNA是噬菌体的遗传物质( × )
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