专题09 人类对遗传物质的探索过程-备战2021年高考生物经典小题考前必刷（解析版）

专题 09 人类对遗传物质的探索过程 知识点一、 肺炎双球菌的转化实验 1.格里菲思的体内转化实验 2.艾弗里的体外转化实验 1.(科学思维)肺炎双球菌两个转化实验的比较 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 细菌培养场 所 小鼠体内 培养基(体外) 实验原理 S 型细菌可以使人患肺炎或使小鼠 患败血症 对 S 型细菌中的物质进行提取、分离， 分别单独观察各种物质的作用 实验原则 R 型细菌与 S 型细菌的毒性进行对 照 S 型细菌各成分的作用进行对照 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 结果观察 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 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，蛋白质等 不是遗传物质 联系 ①所用的材料相同：都巧妙选用 R 型和 S 型两种肺炎双球菌 ②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明 S 型细菌体内有“转化因子”； 体外转化实验则是前者的延伸，进一步证明了“转化因子”是 DNA ③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则 2.(科学思维)S 型细菌和 R 型细菌转化的实质 (1)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)转化的实质是 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。 3.(科学探究)肺炎双球菌的体内、体外转化实验图解分析 注：图 1 图示的实线表示 R 型菌，虚线表示 S 型菌。 (1)据图 1 图示的 ab 段 R 型菌数量减少，其原因是什么？ 提示 小鼠体内形成对抗 R 型菌的抗体，致使 R 型菌数量减少。 (2)据图 1 图示的 bc 段 R 型菌数量增多，其原因是什么？ 提示 b 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力，造成 R 型菌大量繁殖。 (3)据图 2 分析在对 R 型细菌进行培养之前，必须首先进行的工作是什么？ 提示 分离并提纯 S 型细菌的 DNA、蛋白质、多糖等物质。 (4)依据上述实验，可做出怎样的假设？ 提示 DNA 是遗传物质。 知识点二、 噬菌体侵染细菌实验 1.实验材料和方法 (1)实验材料：T2 噬菌体和大肠杆菌。 (2)噬菌体的结构 (3)实验方法：同位素示踪法，该实验中用 35S、32P 分别标记蛋白质和 DNA。 2.实验过程 3.实验结论 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 1.(科学思维)噬菌体的复制式增殖过程的模型构建及相关解读 (1)模板：进入细菌体内的噬菌体 DNA。 (2)合成噬菌体 DNA 的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。 2.(科学思维)噬菌体侵染细菌实验的“3 次涉及”与“2 个关键环节”的归纳 (1)三次涉及大肠杆菌 (2)两个关键环节——“保温”与“搅拌” ①侵染时间要合适——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 或子代噬菌体被释放出来。 ②“搅拌”要充分——如果搅拌不充分，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。 3.(科学探究)1952 年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和 DNA 在侵染细菌过程中的功能， 搅拌离心后的实验数据如图所示，请分析： (1)图中被侵染的细菌的存活率基本保持在 100%，本组数据的意义是什么？ 提示 作为对照组，以证明细菌未裂解。 (2)细胞外的 32P 含量有 30%，原因是什么？ 提示 有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌。 知识点三、 烟草花叶病毒感染实验及遗传物质 1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验 (1)实验过程及现象 (2)实验结论：RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。 2.DNA 是主要遗传物质的理由 因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是 DNA，只有少部分生物的遗传物质是 RNA。 1.(科学思维)不同生物的遗传物质及核酸类型与组成的归纳 生物类型 病毒 原核生物 真核生物 体内核酸种类 DNA 或 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA 体内碱基种类 4 种 5 种 5 种 体内核苷酸种类 4 种 8 种 8 种 遗传物质 DNA 或 RNA DNA DNA 实例 噬菌体、烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝藻 玉米、小麦、人 2.(科学探究)遗传物质探索的思路与方法总结 (1)探究思路 ①若探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看作用。 ②若探究未知病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA——利用酶的专一性。 (2)探究方法 ①分离提纯法：艾弗里及其同事做的肺炎双球菌的体外转化实验，缺点是物质纯度不能保证 100%。 ②同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。方法：分别标记两者的特有元素；将病毒的化学物质分开，单 独、直接地观察它们各自的作用。目的：把 DNA 与蛋白质区分开。 ③病毒重组法：烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。方法：将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质 外壳重新组合，得到杂种病毒，用杂种病毒去感染宿主细胞。 ④酶解法：利用酶的专一性，如加入 DNA 水解酶，将 DNA 水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作 用，若“是”其遗传物质不是 DNA，若“否”其遗传物质可能是 DNA。 难度：★★★☆☆ 建议用时： 15 分钟 正确率 ： /15 1．[2020·北京 101 中学调考]噬菌体在繁殖后代过程中利用的原料是( ) A．噬菌体的核苷酸和氨基酸 B．细菌的核苷酸和氨基酸 C．噬菌体的核苷酸和细菌的氨基酸 D．细菌的核苷酸和噬菌体的氨基酸 【答案】B 【解析】噬菌体在侵染细菌时把蛋白质外壳留在细菌的外面，进入细菌体内的是 DNA，然后以噬菌体 的 DNA 为模板利用细菌的脱氧核苷酸为原料合成子代噬菌体的 DNA；子代噬菌体的蛋白质是在噬菌体 DNA 指导下，以细菌的氨基酸为原料合成的。 2．下列关于“DNA 是生物的主要遗传物质”的说法正确的是( ) A．艾弗里的实验证明了 DNA 是生物的主要遗传物质 B．真核生物、原核生物的遗传物质是 DNA，病毒的遗传物质是 RNA C．绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以说 DNA 是主要的遗传物质 D．动物、植物、真菌的遗传物质是 DNA，除此之外的其他生物的遗传物质是 RNA 【答案】C 【解析】艾弗里的实验证明了 DNA 是肺炎双球菌的遗传物质，A 错误；真核生物、原核生物的遗传物 质是 DNA，病毒的遗传物质是 DNA 或 RNA，B 错误，D 错误；绝大多数生物的遗传物质是 DNA，少数病 毒的遗传物质是 RNA，所以说 DNA 是主要的遗传物质，C 正确。 3．下面是噬菌体侵染细菌实验的部分步骤示意图，对此过程的有关叙述中，正确的是( ) A．选用噬菌体作为实验材料的原因之一是其结构简单，成分只有蛋白质和 DNA B．被 35S 标记的噬菌体是通过将其置于含有 35S 的培养基或培养液中直接获得的 C．离心后上清液的放射性很高，原因是被标记的 DNA 在上清液中 D．上图的实验充分说明了噬菌体的 DNA 是遗传物质，而蛋白质不是 【答案】 A 【解析】噬菌体的成分只有蛋白质和 DNA，且其在侵染细菌时，只有 DNA 注入细菌，而蛋白质外壳 留在外面，能将 DNA 和蛋白质外壳彻底分开，这是选用噬菌体作为实验材料的原因，A 正确；噬菌体是病 毒，只能在宿主细胞进行生命活动，B 错误；离心后上清液的放射性很高，原因是被 35S 标记的亲代噬菌体 蛋白质外壳主要在上清液中，C 错误；图示实验只能证明噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳没有进入细菌，不能 证明噬菌体的 DNA 是遗传物质，D 错误。 4．某科研小组为探究某病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA，设置了甲、乙两组实验。其中甲组将该 病毒的核酸提取物和 DNA 酶混合后注射到活细胞中。下列有关说法错误的是( ) A．活细胞的作用是培养该病毒，为病毒的增殖提供原料等 B．乙组需要将该病毒的核酸提取物和 RNA 酶混合后注射到活细胞中 C．若遗传物质是 RNA，则甲组活细胞中无病毒出现，乙组活细胞中有病毒出现 D．该探究实验的理论依据是酶的专一性和生物的性状是由遗传物质控制的 【答案】C 【解析】本题通过对探究性实验的考查，培养了考生的科学探究素养。病毒需要在宿主细胞中进行增 殖，实验中活细胞的作用是培养病毒，为病毒的增殖提供原料等，A 正确。根据题意，甲组与乙组应该是 分别用 DNA 酶和 RNA 酶与该病毒的核酸提取物混合，因此乙组中需要将该病毒的核酸提取物和 RNA 酶混 合后注射到活细胞中，B 正确。如果遗传物质是 RNA，则甲组 DNA 酶不会催化遗传物质的水解，因此活 细胞中会出现该病毒，乙组的遗传物质被 RNA 酶催化水解，因此乙组活细胞中没有该病毒，C 错误。该实 验的理论依据是酶具有专一性和生物的性状是由遗传物质控制的，D 正确。 5．[2020·河北测试]关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是( ) A．分别用含有 35S 和 32P 的培养基培养噬菌体 B．被标记的噬菌体应与未被标记的大肠杆菌长时间保温培养 C．此实验也可用 15N 代替 32P，以相同的方法来标记噬菌体的 DNA D．此实验表明 DNA 是噬菌体的遗传物质 【答案】D 【解析】噬菌体属于病毒，没有细胞结构，只能在宿主细胞才能进行生命活动，A 错误；若被标记的 噬菌体与未被标记的大肠杆菌长时间保温培养，会造成大肠杆菌内的噬菌体释放出来，无法确定噬菌体的 DNA 还是外壳蛋白质进入大肠杆菌，导致实验失败，B 错误；“噬菌体侵染细菌的实验”不能用 15N 代替 32P， 因为 N 在 DNA 和蛋白质都有，无法区别到底是噬菌体的哪种成分遗传到了子代，C 错误；根据实验结果， “噬菌体侵染细菌的实验”证明了 DNA 是噬菌体的遗传物质，D 正确。 6．如图一是关于肺炎双球菌 R 型菌的转化过程图。据研究，并非任意一株 R 型菌与一株 S 型菌之间 的接触都可发生转化，凡能发生转化的，其 R 型菌必须处于感受态，产生一些感受态特异蛋白，包括膜相 关 DNA 结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。图二是 T2 噬菌体侵染细菌实验中检测上清液中 32P 和 35S 放射性强度以及被噬菌体侵染的细菌的存活率所得的数据。下列判断正确的是( ) A．图一中 S 型菌的 DNA 片段整合进 R 型菌的 DNA 中，长出了有荚膜的菌落是基因突变的结果 B．图二中“被侵染的细菌”的存活率基本保持在 100%，说明细菌没有裂解，无子代噬菌体释放出来 C．图二中随着搅拌时间的延长，细胞外 32P 的放射性维持在 300%左右，可能是保温时间过长所致 D．上述两个实验都证明了 DNA 是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质 【答案】B 【解析】本题结合教材实验考查实验与探究能力，体现了科学探究素养。S 型菌的 DNA 片段整合进 R 型菌的 DNA 中，长出了有荚膜的菌落，发生的是基因重组，A 错误；图二中“被侵染的细菌的存活率”基本 保持在 100%，这组数据可以说明细菌没有裂解，无子代噬菌体释放出来，而细胞外 32P 的放射性维持在 30% 左右可能是保温时间过短，噬菌体还未全部侵染细菌所致，B 正确，C 错误；上述两个实验都证明了 DNA 是遗传物质，但两实验中蛋白质均没有进入细胞，所以不能证明蛋白质不是遗传物质，D 错误。 7.下列关于遗传物质的叙述，正确的是( ) A.烟草的遗传物质可被 RNA 酶水解 B.肺炎双球菌的遗传物质主要是 DNA C.劳氏肉瘤病毒的遗传物质可逆转录出单链 DNA D.T2 噬菌体的遗传物质可被水解成 4 种脱氧核糖核 酸 【答案】C 【解析】烟草的遗传物质是 DNA，不能被 RNA 酶水解，A 错误；肺炎双球菌的遗传物质是 DNA，B 错误；劳氏肉瘤病毒是 RNA 病毒，其遗传物质在逆转录酶催化下，能以 RNA 为模板逆转录成单链 DNA， C 正确；T2 噬菌体是 DNA 病毒，其遗传物质可被水解成 4 种脱氧核糖核苷酸，D 错误。 8.(2020·选考预测)如图为噬菌体侵染细菌实验部分过程图解。下列措施可以使上清液中的放射性显著增 高的是( ) A.图示细菌不被标记，延长培养时间 B.图示细菌被 32P 标记，延长培养时间 C.图示细菌被 32P 标记，缩短培养时间 D.图示噬菌体同时被 32P 标记，培养适宜时间 解析 若图示细菌不被标记，不管是否延长培养时间，上清液中的放射性都不会增高；若图示细菌被 32P 标 记，在细菌细胞中新形成的子代噬菌体都被 32P 标记，延长培养时间，这些子代噬菌体从细菌细胞中释放出 来，导致上清液放射性显著增高；若图示噬菌体同时被 32P 标记，培养适宜时间，则沉淀物中放射性很高， 上清液中的放射性不会显著增高。 答案 B 9.下列有关遗传物质探究实验的叙述，正确的是( ) A.噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，延长保温时间可使实验效果更明显 B.若用 3H 标记的噬菌体侵染未标记的细菌，离心后可检测到放射性只分布在上清液中 C.艾弗里及赫尔希和蔡斯所做实验的设计思路及所用研究方法是一致的 D.用 DNA 酶处理过的 S 型菌的 DNA 与 R 型菌混合后注射到小鼠体内，小鼠存活 【答案】D 【解析】用 32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，若延长保温时间会导致大肠杆菌裂解，上清液放射性增强， A 错误；3H 既能标记噬菌体的蛋白质外壳，也能标记噬菌体的 DNA，用 3H 标记的噬菌体侵染未标记的细 菌，离心后可检测到放射性在上清液和沉淀物中均有分布，B 错误；艾弗里及赫尔希和蔡斯所做实验的设计 思路相同，均是设法将 DNA 与蛋白质等物质分开研究，单独观察各自的作用，但是方法不同，赫尔希和蔡 斯采用了同位素标记法，而艾弗里没有采用该方法，C 错误；DNA 酶能将 DNA 水解，因此 S 型菌的 DNA 用 DNA 酶处理后，不能使 R 型菌转化为 S 型菌，小鼠存活，D 正确。 10.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，以下说法 错误的是( ) A.甲组中保温时间延长不会显著提高上清液放射性强度 B.保温时间长短会影响乙组中沉淀物的放射性强度 C.细菌体内既有 DNA 也有 RNA，其中 DNA 是主要的遗传物质 D.乙组实验中充分搅拌并不能提高沉淀物中的放射性强度 【答案】C 【解析】甲组中 35S 标记的是噬菌体外壳，保温时间延长使子代噬菌体释放，但子代噬菌体不含放射性， 所以不会显著提高上清液放射性强度，A 正确；保温时间长子代噬菌体被释放后进入上清液，保温时间短 导致部分亲代 DNA 未注入细菌，都会使乙组中沉淀物的放射性强度减弱，B 正确；细菌体内既有 DNA 也 有 RNA，其中 DNA 是遗传物质，C 错误；搅拌的作用是使噬菌体与细菌分开，沉淀物中是细菌，乙组的 放射性标记的是 DNA，所以搅拌是否充分并不能提高沉淀物中的放射性强度，D 正确。 11.下列有关 T2 噬菌体侵染细菌实验过程的说法，正确的是( ) A.T2 噬菌体是一种专门寄生在肺炎双球菌体内的 DNA 病毒 B.实验过程中保温时间长短、搅拌是否充分均会影响放射性物质的分布 C.噬菌体侵染细菌实验证明了 DNA 是主要的遗传物质 D.噬菌体增殖过程中所需模板、原料、酶均来自宿主菌 【答案】B 【解析】T2 噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内的 DNA 病毒，A 错误；实验过程中保温时间过长，细菌 裂解释放子代噬菌体进入上清液，导致 32P 在上清液中分布增多；时间过短，噬菌体可能不能把 DNA 注入 到细菌体内，导致 32P 在上清液中分布增多；搅拌不充分，噬菌体颗粒更多地出现在沉淀物中，35S 在沉淀 物中分布增多，B 正确；噬菌体侵染细菌实验证明了 DNA 是遗传物质，但不能说明 DNA 是主要的遗传物 质，C 错误；噬菌体增殖过程中所需模板来自于自身，原料、酶、能量均来自宿主菌，D 错误。 12.在探索遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯做了 T2 噬菌体侵染细菌的实验，其中一组实验如下图所示 (用 32P 标记的噬菌体侵染普通大肠杆菌培养物)，有关叙述正确的是( ) A.若不经过步骤②操作，对该组实验结果无显著影响 B.若继续分离出子代噬菌体，其中大部分会含有 32P 放射性 C.若沉淀中含有较强放射性、悬浮液中几乎不含放射性，即证明遗传物质是 DNA D.若①中培养液里含有 32P，则子代噬菌体的 DNA、RNA 分子中均会带有放射性 【答案】A 【解析】搅拌是否充分对该组实验结果无显著影响，A 正确；合成子代噬菌体原料来自大肠杆菌，子 代噬菌体中只有少部分含有 32P 放射性，B 错误；分别用被 32P、35S 标记的两组噬菌体分别侵染未标记的大 肠杆菌，证明 DNA 是遗传物质，C 错误；噬菌体由 DNA 和蛋白质组成，其体内不含有 RNA 分子，D 错误。 13.下列有关“探索 DNA 是主要遗传物质的实验”叙述错误的是( ) A.格里菲思实验中死亡的小鼠体内都可分离得到 R 型活细菌和 S 型活细菌 B.艾弗里实验中加入“S 型菌的 DNA＋DNA 酶”的这组与只加“S 型菌的 DNA”组对照能更好地证明 DNA 是遗传物质 C.艾弗里的体外转化实验是通过观察菌落的特征来判断是否发生了转化 D.赫尔希和蔡斯实验中搅拌的目的是促使噬菌体与细菌分离 【答案】A 【解析】格里菲思实验中单独注射 S 型活菌也会使小鼠死亡，但死亡小鼠体内无 R 型菌，A 错误；艾 弗里实验中“S 型菌的 DNA＋DNA 酶”组与只加“S 型菌的 DNA”组形成对照，能更好地证明 DNA 是遗传物 质，B 正确；R 型菌和 S 型菌菌落形态不同，可通过菌落的特征来判断是否发生了转化，C 正确； 噬菌体 侵染细菌实验中搅拌的目的是促使噬菌体的外壳与细菌分离，D 正确。 14.噬藻体是侵染蓝藻的 DNA 病毒，其增殖过程与噬菌体类似。某生物兴趣小组进行了下面的实验：① 标记噬藻体→②噬藻体与蓝藻混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述错误的是( ) A.完整的实验过程需要利用分别含有 35S 或 32P 的蓝藻，以及既不含 35S 也不含 32P 的蓝藻 B.标记噬藻体时先用含 32P 的培养基培养蓝藻，再用此蓝藻培养噬藻体 C.步骤③可让噬藻体(外壳)和蓝藻分开，使噬藻体(外壳)和蓝藻分别存在于上清液和沉淀中 D.侵染蓝藻的噬藻体利用自身的脱氧核苷酸和氨基酸为原料，合成子代噬藻体 【答案】D 【解析】在标记噬藻体时，需要分别利用含 35S 或 32P 的蓝藻；又因检测放射性时不能区分是何种元素， 所以要利用既不含 35S 也不含 32P 的蓝藻。因为噬藻体必须用蓝藻培养，所以标记噬藻体应先标记蓝藻。搅 拌可以使噬藻体(外壳)和蓝藻分离，离心使上清液中析出噬藻体(外壳)，沉淀物中留下被侵染的蓝藻。噬藻 体合成 DNA 和蛋白质的原料分别是蓝藻的脱氧核苷酸和氨基酸。 15.在用 35S 和 32P 分别标记的噬菌体探究遗传物质是 DNA 还是蛋白质的实验中，先将大肠杆菌和不同 标记的噬菌体混合后立即离心，并测定放射性(Ⅰ)；再将大肠杆菌和不同标记的噬菌体混合培养一段时间后 再离心，并测定放射性(Ⅱ)，则下列有关放射性分布的论述，正确的是( ) A.若放射性为 35S，则Ⅰ主要分布在上清液中，Ⅱ主要分布在沉淀物中 B.若放射性为 35S，则Ⅰ主要分布在沉淀物中，Ⅱ主要分布在上清液中 C.若放射性为 32P，则Ⅰ主要分布在上清液中，Ⅱ主要分布在沉淀物中 D.若放射性为 32P，则Ⅰ主要分布在沉淀物中，Ⅱ主要分布在上清液中 【答案】C 【解析】根据教材中的实验可知，35S 标记在蛋白质外壳上，32P 标记在 DNA 分子上。若混合后立即离 心，亲代噬菌体还没有侵染，因此，亲代的蛋白质外壳(35S)和 DNA(32P)均主要分布在上清液中；若混合培 养一段时间后再离心，则蛋白质外壳(35S)主要分布在上清液中，DNA(32P)主要分布在沉淀物中。综合上述分 析，若放射性为 35S，则无论是Ⅰ还是Ⅱ，均主要分布在上清液中；若放射性为 32P，则Ⅰ主要分布在上清液 中，Ⅱ主要分布在沉淀物中。