2020版高中生物第三章基因的本质1DNA是主要的遗传物质课件（新人教版必修2）

第3章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质  一、肺炎双球菌的转化实验 1.两种肺炎双球菌的比较: 类型 R型菌 S型菌 菌体有无荚膜 无 ___ 菌落表面形态 _____ 光滑 致病性 无毒性 ___毒性 粗糙 有 有 2.格里菲思的体内转化实验: (1)实验过程: (2)分析上述实验完成下列问题(连一连)。 (3)实验推论:已经被加热杀死的S型细菌中含有一种 “_________”,能使R型细菌转化为S型细菌。转化因子 3.艾弗里的体外转化实验: (1)实验过程: (2)实验结论:S型细菌的____是“转化因子”,是使R型 细菌产生稳定遗传变化的物质。 DNA 二、噬菌体侵染细菌实验 1.实验材料:__________________。 (1)T2噬菌体的结构及生活方式: T2噬菌体和大肠杆菌 (2)T2噬菌体的增殖: 增殖需要的条件 内容 模板 ____________ 合成噬菌体DNA的原料 大肠杆菌提供的________ _______ 合成噬菌 体蛋白质 原料 _________________ 场所 _________________ 噬菌体的DNA 4种脱氧 核苷酸 大肠杆菌的氨基酸 大肠杆菌的核糖体 2.实验方法:___________法。该实验中用___________分 别标记噬菌体的蛋白质和DNA。 3.实验过程: (1)标记噬菌体: 同位素标记 35S、32P (2)侵染细菌: 4.实验结果分析: (1)噬菌体侵染细菌时,其____进入细菌细胞中,而_____ _______留在外面。 (2)子代噬菌体的各种性状是通过________遗传的。 5.结论:____是遗传物质。 DNA 蛋白 质外壳 亲代DNA DNA 【激疑】 以细菌或病毒作为遗传物质探索的实验材料具有哪些 优点? 提示:细菌和病毒作为实验材料,具有两个优点: (1)个体很小,结构简单,细菌是单细胞生物,病毒无细 胞结构,只有核酸和蛋白质外壳。 (2)繁殖快。 三、生物类型、代表生物与遗传物质的种类(连一连) 知识点一 肺炎双球菌的转化实验 1.肺炎双球菌两个转化实验的比较: (1)区别: 体内转化实验 体外转化实验 科学家 格里菲思 艾弗里及其同事 细菌 培养 小鼠体内 体外培养基 实验 构思 用加热杀死的S型 细菌注射到小鼠体 内作为对照实验来 说明确实发生了转 化 将物质提纯分离后,直接、 单独地观察某种物质在实 验中所起的作用 体内转化实验 体外转化实验 观察 指标 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 实验 结论 加热杀死的S型细 菌体内有转化因子 S型细菌的DNA是遗传物质 ,蛋白质等不是遗传物质 (2)联系: ①所用的材料相同。 ②体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验 则是前者的延伸。 ③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。 2.对S型细菌和R型细菌转化的理解: (1)转化原理:加热杀死的S型细菌,其蛋白质变性失活 ,DNA在加热过程中,双螺旋解开,氢键断裂,但缓慢冷却 时,其结构可恢复。 (2)转化实质:S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的 DNA中,即实现了基因重组。 (3)一般情况下,转化率很低,形成的S型细菌很少,转化 后形成的S型细菌可以遗传下去,快速繁殖形成大量的S 型细菌,说明S型细菌的DNA是遗传物质。 【思考·讨论】 1.将加热杀死的S型细菌和DNA酶与R型细菌一起加入试 管中,培养后将所得的细菌注入小鼠体内,小鼠是否死 亡?为什么?(科学思维) 提示:不死亡。由于DNA酶将加热杀死的S型细菌的DNA 水解,无法将R型细菌转化为S型细菌,所以小鼠不死亡。 2.R型细菌转化为S型细菌后,该S型细菌培养的后代是 哪种类型的细菌?(生命观念) 提示:S型细菌。 【素养案例】 (2019·淄博高一检测)肺炎双球菌有许多类型,有荚膜 的S型细菌有毒性,能引起人患肺炎或引起小鼠患败血 症死亡,无荚膜的R型细菌无毒性。如图为所做的细菌 转化实验。下列相关说法错误的是 (  ) 世纪金榜导学号 A.c组为空白对照,实验结果为小鼠不死亡 B.能导致小鼠患败血症死亡的有a、d两组 C.e组实验表明,加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还 是无毒性的R型细菌 D.d组产生的有毒性的肺炎双球菌不能将该性状遗传给 后代 【解题导引】抓住两个关键: (1)R型细菌无毒性,不能使小鼠患败血症;S型细菌有毒 性,能使小鼠患败血症死亡。 (2)遗传物质在亲子代之间具有稳定性和连续性。 【解析】选D。c组没有处理,肺炎双球菌无荚膜,为空 白对照,实验结果为小鼠不死亡,A项正确。a组没有处 理,肺炎双球菌有荚膜;d组加入的是S型肺炎双球菌的 DNA,能使无荚膜的肺炎双球菌转化为有荚膜的肺炎双 球菌,所以能导致小鼠死亡的有a、d两组,B项正确。 e组中是R型细菌+S型细菌的蛋白质,而S型细菌的蛋白 质不是转化因子,不能将R型细菌转化为S型细菌,小鼠 仍存活,所以加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是 无毒性的R型细菌,C项正确。d组产生的有毒性的肺炎 双球菌,能将该性状遗传给后代,D项错误。 【素养·探究】——母题追问 (1)科学思维——分析与讨论 上题实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、 原料、能量分别由哪方提供?其转化的实质是什么? 提示:实现转化时遗传物质来自S型细菌,原料和能量均 来自R型细菌;转化实质为“基因重组”。 (2)生命观念——结构与功能观 上题实验中“煮沸”是否已导致DNA和蛋白质变性? 提示:煮沸过程中,S型细菌的蛋白质变性失活,但是其 内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。 【素养·迁移】 科学家为探究转化因子的本质,进行了如图所示的一组 实验。该组实验不能得到的结果或结论是 (  ) A.实验2只出现R型菌落 B.实验1、3均出现R型和S型菌落 C.DNA是转化因子 D.DNA纯度越高转化效率就越高 【解析】选D。三组实验中,自变量是培养基加入的酶 种类,实验1中加入RNA酶,由于R型细菌的遗传物质是 DNA,加入的是加热杀死的S型细菌的DNA,所以RNA酶不 起作用,R型细菌可能发生转化,出现R型和S型菌落,同 理推出实验3也出现R型和S型菌落,B项正确。 实验2中加入DNA酶,破坏了S型细菌的DNA,R型细菌不发 生转化,只出现R型菌落,A项正确。三个实验说明DNA是 转化因子,C项正确。本实验未涉及DNA纯度这个变量, 所以不能得出“DNA纯度越高转化效率就越高”的结论 ,D项错误。 【补偿训练】 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 落是光滑的 B.S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热杀死的S型 菌后的小鼠仍存活 C.从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌只有S型菌而无 R型菌 D.该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引 起的 【解析】选D。S型肺炎双球菌的菌落光滑,R型肺炎双 球菌的菌落粗糙,A错误;S型菌的DNA经加热后变性失活, 但温度降低后其活性可恢复,S型菌的相关蛋白质经加 热后失活,注射加热杀死的S型菌后的小鼠存活,B错误 ;S型菌中某种物质可促使部分R型菌转化为S型菌,因此 从死亡小鼠中分离得到S型菌和R型菌,C错误;该实验证 明S型菌中存在某种转化因子,但不能证明转化因子是S 型菌的DNA,D正确。 知识点二 噬菌体侵染细菌的实验 1.T2噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题: (1)病毒营寄生生活,T2噬菌体只能侵染大肠杆菌,而不 能侵染其他细菌。 (2)标记噬菌体时应先标记细菌,用噬菌体侵染被标记 的细菌,这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结 构的病毒,必须依赖活细胞生存。 2.T2噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验 的比较: 比较项目 T2噬菌体侵染细 菌实验 肺炎双球菌体外转化实 验 设计思路 设法将DNA和其他物质分开,单独研究它们 各自不同的功能 处理 方法 放射性同位素标 记法:分别标记 DNA和蛋白质的特 征元素 直接分离法:分离S型细 菌的多种组成物质,分别 与R型细菌混合培养 比较项目 T2噬菌体侵染细 菌实验 肺炎双球菌体外转化实 验 检测结果 的方式 检测放射性位置 观察菌落类型 结论 DNA是遗传物质 DNA是遗传物质,蛋白质 等不是遗传物质 3.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温” 与“离心搅拌”: (1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P 组的上清液中出现放射性,原因是部分噬菌体未侵染细 菌或子代噬菌体被释放出来。 (2)“离心搅拌”要充分——如果离心搅拌不充分,35S 组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离,噬菌体与细菌共存 于沉淀物中,这样造成沉淀物中出现放射性。 【思考·讨论】 1.噬菌体侵染细菌实验中,为什么要分别用35S和32P标 记噬菌体?为什么不能用14C、3H和18O进行标记?(科学思 维) 提示:35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在 同一个噬菌体上,因为放射性检测时,只能检测到存在 部位,不能确定是何种元素的放射性。噬菌体的蛋白质 和DNA中均含有C、H、O三种元素,所以不能标记这三种 元素。 2.如果用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的一组搅拌剧 烈,实验结果会出现怎样的异常现象?(科学思维) 提示:搅拌剧烈会导致大肠杆菌细胞被破坏,释放出其 中的子代噬菌体,32P标记的一组上清液中放射性也较高。 【素养案例】 （2019·江苏高考）赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大 肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的 叙述正确的是( ) A.实验中可用15N代替32P标记DNA B.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的 C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌 D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA 【解析】选C。因为N是蛋白质和DNA共有的元素，若用 15N代替32P标记噬菌体的DNA，则其蛋白质也会被标记， A项错误；噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA在大 肠杆菌体内编码的，B项错误；噬菌体的DNA合成的模 板来自噬菌体自身的DNA，而原料来自大肠杆菌，C项 正确；该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA，D项错 误。 【素养·探究——情境迁移】 赫尔希和蔡斯研究了T2噬菌体的蛋白质和DNA在侵染大 肠杆菌过程中的功能,搅拌离心后的实验数据如图所示, 请分析: (1)图中被侵染的大肠杆菌的存活率基本保持在100%, 本组数据的意义是什么?(科学思维) 提示:作为对照组,以证明大肠杆菌未裂解。 (2)细胞外的32P含量有30%,原因可能是什么?(科学思维 ) 提示:有部分标记的噬菌体还没有侵染大肠杆菌。 【方法规律】“二看法”判断子代噬菌体的标记情况 【素养·迁移】 (2019·长沙高一检测)图1、图2表示T2噬菌体侵染大 肠杆菌的相关实验,某同学据图分析总结出几个结论, 你认为正确的是 (  ) A.甲处的噬菌体一定含有放射性 B.乙处的噬菌体一定不含放射性 C.图1能证明DNA是遗传物质,而不能证明蛋白质不是遗 传物质 D.图2增设一组35S标记的T2噬菌体作对照,就能证明DNA 是遗传物质,同时也能证明蛋白质不是遗传物质 【解析】选A。分析图1可知,培养T2噬菌体的大肠杆菌 已被32P或35S标记,故甲处的子代噬菌体一定含有放射 性,A正确;用含有32P标记的T2噬菌体侵染未被标记的大 肠杆菌后,释放的子代噬菌体中,有部分含有放射性,B 错误;图1中用含有32P或35S的大肠杆菌培养T2噬菌体, 获得被标记的子代噬菌体,证明了T2噬菌体增殖时的原 料来自大肠杆菌,不能证明DNA是遗传物质,C错误;图2 增设一组35S标记的T2噬菌体作对照,可说明在T2噬菌体 增殖过程中,起遗传效应的物质是DNA,因为被35S标记的 蛋白质没有进入大肠杆菌中,故不能证明蛋白质不是遗 传物质,D错误。 【补偿训练】 (2017·全国卷Ⅱ改编)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噬菌体的核酸类型相同 【解析】选C。T2噬菌体只能侵染大肠杆菌,不能侵染 肺炎双球菌,A错误;病毒没有细胞结构,不能独立生活 ,T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质,B错误;T2噬菌 体侵染大肠杆菌时,其DNA进入大肠杆菌,以大肠杆菌的 核苷酸为原料,合成子代噬菌体的DNA,而核苷酸中含有 P,则培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的 核酸中,C正确;人体免疫缺陷病毒为RNA病毒,T2噬菌体 为DNA病毒,二者所含核酸类型不同,D错误。 知识点三 DNA是主要的遗传物质 1.烟草花叶病毒侵染烟草实验: (1)过程及结果: (2)结论:RNA是遗传物质。 2.生物的遗传物质不同: 生物 类型 细胞生物 非细胞生物 真核生物 原核 生物 DNA病毒 RNA病毒 实例 动物、 植物 和真菌等 细菌、蓝 藻等 T2噬菌体 等 HIV、烟草 花叶病毒 等 核酸 种类 DNA和 RNA DNA和 RNA DNA RNA 生物 类型 细胞生物 非细胞生物 真核生物 原核 生物 DNA病毒 RNA病毒 遗传 物质 DNA DNA DNA RNA 结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数生物的 遗传物质是RNA 结论 DNA是主要的遗传物质 【思考·讨论】 1.病毒中有几种核酸、核苷酸、五碳糖和碱基?病毒的 遗传物质是否都是RNA?(生命观念) 提示:1种、4种、1种和4种;不一定,如T2噬菌体的遗传 物质是DNA。 2.细胞核中的遗传物质是DNA,那么细胞质中的遗传物 质是DNA还是RNA?(科学思维) 提示:细胞质中的遗传物质也是DNA。 【素养案例】 (2019·淄博高一检测)下列关于生物遗传物质的叙述 中,哪一项是正确的 (  ) A.细胞生物的遗传物质是DNA,非细胞生物的遗传物质 是RNA B.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是 RNA C.T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物 质 D.自然界中以DNA为遗传物质的生物类型较多 【解题导引】 (1)明确生物的遗传物质可以是DNA,也可以是RNA。 (2)明确遗传物质在亲子代之间具有稳定性和连续性。 【解析】选D。细胞生物包括真核生物和原核生物,遗 传物质都是DNA;自然界中以DNA为遗传物质的生物类型 较多,所以DNA是主要的遗传物质;T2噬菌体侵染细菌的 实验证明了DNA是遗传物质。 【素养·探究】——母题追问 (1)科学思维——分析与讨论 上题B选项前者细胞中的“核酸”和“遗传物质”是否 相同?为什么? 提示:不相同。因为真核细胞中有DNA和RNA两种核酸, 但是遗传物质只是DNA。 (2)生命观念——结构与功能观 上题C选项所述生物与HIV中碱基种类是否相同?解释原 因。 提示:不相同。T2噬菌体中含有胸腺嘧啶(T),而不含尿 嘧啶(U);HIV中含有尿嘧啶(U),而不含胸腺嘧啶(T)。 【素养·迁移】 (2019·洛阳高一检测)如图是某种高等植物的病原体 的遗传过程实验,实验表明这种病原体 (  ) A.寄生于细胞内,通过RNA遗传 B.可单独生存,通过蛋白质遗传 C.寄生于细胞内,通过蛋白质遗传 D.可单独生存,通过RNA遗传 【解析】选A。由以上分析可知,该病原体是RNA病毒, 只能寄生在活细胞中才能生存,通过RNA遗传,A正确;由 以上分析可知,该病原体是RNA病毒,不可单独生存,不 能通过蛋白质遗传,B错误;由以上分析可知,该病原体 是RNA病毒,只能寄生在活细胞中才能生存,不能通过蛋 白质遗传,C错误;由以上分析可知,该病原体是RNA病毒, 不能单独生存,通过RNA遗传,D错误。 【补偿训练】 如图表示T2噬菌体、乳酸菌、酵母菌和家兔体内遗传 物质组成中五碳糖、碱基和核苷酸的种类,其中与实际 情况相符的是 (  ) A.T2噬菌体      B.乳酸菌 C.酵母菌 D.家兔 【解析】选A。T2噬菌体是DNA病毒,其遗传物质为DNA, 含有1种五碳糖、4种碱基和4种脱氧核苷酸,A正确;乳 酸菌、酵母菌、家兔都含有DNA和RNA两种核酸,但遗传 物质都是DNA,含有1种五碳糖、4种碱基和4种脱氧核苷 酸,B、C、D错误。 【课堂回眸】