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1、第1节 D NA是主要的遗传物质我们是国家的主人, 应该处处为国家着想。 雷 锋 基基基因因因的的的本本本质质质 第3章你听说过人体内这些有趣的基因吗?饥饿基因: 瑞士和法国科学家最近发现, 实验鼠的身体内有种“ 饥饿” 基因, 修改它会使实验鼠丧失饥饿感。实验中发现, 在进食时间到来前几分钟, 普通实验鼠开始寻找食物。而“ 饥饿” 基因经过修改后的老鼠则反应消极, 没有显示出饥饿感, 在见到食物之后才开始准备进食。科学家认为, 这一发现有可能为治疗身体肥胖、 睡眠紊乱、 抑郁和酗酒等疾病开辟新的途径。愤怒基因: 美国匹兹堡大学的研究人员最新发现, 一些人之所以易怒和情绪化, 可能和人们体内一
2、种变异的“ 愤怒基因” 有关。研究人员在一份研究报告中说, 人体大脑内有一种基因, 它能产生复合胺, 这种化学物质在帮助脑神经细胞信息传递方面起重要作用。可是在易怒的人体内, 这种基因发生了变异, 它使复合胺不能正常发挥作用。研究发现, 越易动怒的人, 这种基因的变异就越明显。研究人员将这种变异基因称为“ 愤怒基因” 。长寿基因: 科学家在欧洲人身上发现有关日本人长寿的一个基因。研究显示, 世界上拥有该基因的民族, 也能活得很长寿。德国的这项研究, 比较了3 8 8位逾百岁德国老人与7 3 1位年纪较小者的基因组成, 结果发现百岁老人组频繁出现名为F O X O 3 A的基因变异。该研究检视3
3、7 4 1名逾9 5岁日本老翁的基因, 获得同样结论。研究人内柏说: “ 因为日本人与欧洲人的基因相当不同, 如今我们可以推定, 这个基因在全球各地都与活得更长寿有关。 ”快乐基因: 是指人体内一种名为“5 - HT T L P R” 的基因, 该基因与情绪密切相关。英国科学家发现, 这种基因变体的不同长短组合能影响生活快乐程度。希望大家都能多多表达快乐基因和长寿基因。那基因的本质是什么呢?本章将学习专题一、D NA是主要的遗传物质重点:肺炎双球菌转化实验的原理和过程;噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。难点: 肺炎双球菌转化实验的原理和过程。专题二、D NA分子的结构与基因重点:D NA分子结构
4、的主要特点;制作D NA分子双螺旋结构模型;基因是有遗传效应的D NA片段。难点:D NA分子结构的主要特点;脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性。专题三、D NA分子的复制重点:D NA分子复制的条件、 过程和特点。难点:D NA分子复制的过程。第1节: 实验探究法。循着前人的设计思想和思路, 设计实验过程, 分析实验结果, 进一步归纳得到相应的结论。第2节: 模型构建法。通过构建D NA分子的结构模型,将抽象的 内 容 具 体 化, 在 此 基 础 上 理 解D NA分 子 的 主 要特点。第3节: 问题情境法。通过以下问题来逐一解决D NA复制相关的知识:D NA复制的概念是什么?D NA复
5、制的时间是什么? 场所在哪儿?D NA复制的过程如何?D NA复制的条件有哪些?D NA复制有什么特点?D NA能准确复制的分子基础是什么?D NA的复制有什么意义?第4节: 推理分析法。结合以前学过的染色体的知识, 理清染色体、D NA、 基因之间的关系, 推导分析出1个D NA上应含有许多的基因, 基因是有遗传效应的D NA片段; 用数学方法推算碱基排列的多种组合方式, 从而归纳出脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性。第1节 D NA是主要的遗传物质 1.分析“ 肺炎双球菌的转化实验” 的原理、 设计思路,得出相应的结论。 2.分析“ 噬菌体侵染细菌的实验” 的原理、 设计思路,得出相应的结论
6、。 3.分析“ 烟草花叶病毒的感染实验”的原理、 设计思路, 得出相应的结论。 4.概述人类遗传物质的探索过程, 并得出“D NA是主要的遗传物质” 的结论。要点1 对遗传物质的早期推测1. 2 0世纪2 0年代(1) 对蛋白质的认知水平: 蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的排列方式, 形成不同的蛋白质。(2) 大多数科学家认为, 蛋白质是生物体的遗传物质。理由: 多种多样的氨基酸排列顺序可能蕴含着遗传信息。2. 2 0世纪3 0年代第3章 基因的本质 锦绣河山收拾好, 万民尽作主人翁。 朱 德(1)D NA的认知水平:D NA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大
7、分子。脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、 碱基和脱氧核糖。组成D NA分子的脱氧核苷酸有四种, 每一种有一个特定的碱基。如图:(2) 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。原因: 对D NA分子的结构没有清晰的了解。【 案例1】 (2 0 1 0江苏卷)探索遗传物质的过程是漫长的, 直到2 0世纪初期, 人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括( ) 。A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异B.蛋白质与生物的性状密切相关C.蛋白质比D NA具有更高的热稳定性, 并且能够自我复制D.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息【 精析】 本题考查的是人类对遗传物质的推测及蛋白质与
8、D NA的热稳定性的差异, 意在考查考生对教材基础知识的识记判断能力。不同的生物遗传物质不同, 而不同生物体内的蛋白质结构也不同, 故推测遗传物质可能是蛋白质,A项叙述正确; 蛋白质是生物性状的直接体现者,B项叙述正确; 与蛋白质相比D NA更耐高温, 故D NA的热稳定性大于蛋白质,另外蛋白质并不能自我复制,C项叙述错; 由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化, 故推测不同的氨基酸排列顺序可贮存大量的不同的遗传信息,D项叙述正确。【 解答】 C要点2 肺炎双球菌的转化实验1.格里菲思实验(1) 肺炎双球菌的种类、 结构及生理特性:种类荚膜菌落生物特性R型无荚膜粗糙无毒性S型有荚膜光滑有毒性 有
9、荚膜、 有毒性的S型肺炎双球菌可使人患肺炎或使小鼠患败血症。(2) 实验过程:第一组: 注射R型活细菌小鼠不死亡。第二组: 注射S型活细菌小鼠死亡, 从小鼠体内分离出S型活细菌。第三组: 注射加热后杀死的S型细菌小鼠不死亡。第四组: 将R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合后注射小鼠死亡, 从小鼠体内分离出S型活细菌。实验结论: 加热杀死的S型细菌中含有转化因子, 转化后的性状可以遗传给后代。归纳整理 含转化因子的是加热杀死的S型细菌, 能发生转化的是R型细菌, 即加热杀死的S型细菌中含有转化因子, 将无毒性的R型细菌转化为有毒性的S型细菌。2.艾弗里实验1 9 4 4年, 美国科学家艾弗里等人
10、为了弄清“ 转化因子” 为何物, 进行了肺炎双球菌转化实验。他们从S型活细菌中提取了D NA、 蛋白质和多糖等物质, 然后将其分别加入到培养R型细菌的培养基中培养。(1) 过程第一组:R型菌的培养基加入S型菌的D NAR型菌、S型菌。第二组:R型菌的培养基加入S型菌的蛋白质或S型菌的荚膜多糖R型菌。第三组:R型菌的培养基加入S型菌的D NA+D NA酶R型菌。归纳整理 第三组实验证实D N A的分解产物不是“ 转化因子” , 其目的是从反面证实D N A是遗传物质。第一、 二组实验是相互对照, 证明D N A是遗传物质, 而蛋白质、 多糖等不是遗传物质。(2) 结论: 转化因子是D NA, 即
11、D NA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质, 也就是说D NA是遗传物质。【 案例2】 (2 0 1 1广东卷)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。从表可知( ) 。实验组号 接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况R蛋白质R型R荚膜多糖R型RD NAR型、S型RD NA( 经D NA酶处理)R型 A.不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子B.说明S型菌的荚膜多糖有酶活性C.和说明S型菌的D NA是转化因子D.说明D NA是主要的遗传物质【 精析】 组:R菌+S型菌的蛋白质或荚膜多糖,只长出R型菌, 说明蛋白质或荚膜多糖不是转化因子;组:R菌+S型菌的D NA, 结果既有R型菌
12、又有S型菌, 说明D NA可以使R型菌转化为S型菌;组: 用D NA酶将D NA水解,结果只长出R型菌, 说明D NA的水解产物不能使R型菌转化为S型菌, 从反面说明了只有D NA才能使R型菌发生转化。【 解答】 C【 案例3】 肺炎双球菌中的S型具有多糖类荚膜,R型则不具有。下列叙述错误的是( ) 。第1节 D NA是主要的遗传物质虚荣的人注视着自己的名字; 光荣的人注视着祖国的事业。 马 蒂A.培养R型活细菌时加S型细菌的多糖类物质, 能够产生一些具有荚膜的细菌B.培养R型活细菌时加S型细菌D NA的完全水解产物, 不能够产生具有荚膜的细菌C.培养R型活细菌时加S型细菌的D NA, 能够产
13、生具有荚膜的细菌D.培养R型活细菌时加S型细菌的蛋白质, 不能够产生具有荚膜的细菌【 精析】 肺炎双球菌中的S型具有多糖类荚膜,R型则不具有; 要使无荚膜细菌转化为有荚膜细菌, 必须使R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌, 而起这种转化作用的物质必须是遗传物质; 在构成细菌的化合物中,D NA才是遗传物质。因此, 只有D NA才能使R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌。【 解答】 A关键提醒 本题容易混淆D NA与D NA的完全水解产物的区别, 不理解D NA的完全水解产物是碱基、 脱氧核糖、磷酸, 这些物质不是遗传物质, 不可能是“ 转化因子” 。要点3 噬菌体侵染细菌的实验1. T2噬菌体(1
14、) 分类与生活方式:T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒( 无细胞结构) 。(2) 结构与成分: 如图T2噬菌体是由头部和尾部组成的, 头部和尾部的外壳是由蛋白质组成, 在头部内含有一个D NA分子。即T2噬菌体的成分只有蛋白质和D NA。2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验(1) 实验方法: 放射性同位素标记法(2) 实验步骤:3 5S或3 2P分别标记T2噬菌体( 两组)用未标记的大肠杆菌培养标记的T2噬菌体搅拌离心放射性检测。如图:(3) 结果与分析:蛋白质含有3 5S标记的一组实验, 放射性同位素主要分布在上清液中, 说明噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳留在细菌外面。D NA含有3
15、2P标记的一组实验, 放射性同位素主要分布在沉淀物中, 说明噬菌体侵染细菌时D NA进入到细菌的细胞中。(4) 实验结论:子代噬菌体 的各 种性 状, 是 通 过 亲 代 的D NA遗 传 的。D NA才是真正的遗传物质。关键提醒 如何使T2噬菌体带上放射性3 5S或3 2P?由于噬菌体是营寄生生活的, 不能直接在带有放射性物质的培养基中培养, 因此使其带上放射性的方法如下:在含有放射性同位素3 5S( 或3 2P) 的培养基中培养大肠杆菌, 使大肠杆菌的氨基酸带上3 5S( 或脱氧核苷酸带上3 2P) ;用上述大肠杆菌培养T2噬菌体, 则可得到蛋白质含有3 5S( 或D NA含有3 2P)
16、标记的噬菌体。【 案例4】 赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明了D NA是遗传物质, 实验包括六个步骤:噬菌体侵染细菌 用3 5S或3 2P标记噬菌体 上清液和沉淀物的放射性检测 离心分离 子代噬菌体的放射性检测 噬菌体与大肠杆菌混合培养最合理的实验步骤顺序为( ) 。A.B.C.D.【 精析】 根据该经典实验, 首先要用3 5S或3 2P标记噬菌体, 并让其与大肠杆菌混合培养, 使噬菌体侵染细菌, 一段时间后离心分离, 并检测上清液和沉淀物的放射性, 最后还要检测子代噬菌体的放射性, 以此确定D NA是遗传物质。【 解答】 C【 案例5】 噬菌体侵染大肠杆菌后, 将( ) 。A.以
17、噬菌体细胞内的D NA分子为模板复制出更多的噬菌体的D NAB.以大肠杆菌的D NA分子为模板复制出更多的噬菌体的D NAC.以噬菌体细胞内的mR NA分子为模板翻译出噬菌体的蛋白质分子D.大肠杆菌提供8种核苷酸和约2 0种氨基酸, 合成噬菌体的D NA分子和蛋白质分子【 精析】 噬菌体属于病毒, 没有细胞结构,A及C项中均提到噬菌体细胞, 表述不正确; 在产生子代噬菌体的过程中, 子代噬菌体的D NA是以亲代噬菌体的D NA为模板的, 不是以大肠杆菌的D NA为模板的,B不正确; 合成子代噬菌体是以细菌体内的物质为原料的, 需要大肠杆菌提供8种核苷酸和约2 0种氨基酸。【 解答】 D要点4
18、D NA是主要的遗传物质1. R NA病毒的遗传物质烟草花叶病毒不含D NA, 只含有蛋白质和R NA。对这些病毒来说,R NA起着遗传物质的作用。(1) 研究思路: 将R NA与其他成分分离, 单独研究各自的遗传功能。(2) 方法步骤:烟草花叶病毒+烟草烟草患花叶病;分离烟草花叶病毒成分, 单独侵染细菌。a .烟草花叶病毒R NA+烟草烟草患花叶病;b .烟草花叶病毒蛋白质+烟草烟草正常。(3) 实验结论:R NA是遗传物质。2. D NA是绝大多数生物的遗传物质第3章 基因的本质 位卑未敢忘忧国。 陆 游(1) 以D NA作为遗传物质的生物: 细胞生物( 原核生物、真核生物) 、D NA病
19、毒( 如噬菌体) 。(2) 以R NA作为遗传物质的生物: 烟草花叶病毒、 流感病毒、 禽流感病毒、 艾滋病病毒等只含R NA的病毒。(3) 结论:D NA是主要的遗传物质。( 原因: 绝大多数生物的遗传物质是D NA)【 案例6】 (2 0 0 9江苏卷)下列有关生物体遗传物质的叙述, 正确的是( ) 。A.豌豆的遗传物质主要是D NAB.酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上C. T2噬菌体的遗传物质含有硫元素D.H I V的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸【 精析】 A中豌豆的遗传物质只有D NA;B中酵母菌的遗传物质D NA主要分布在染色体上, 细胞质中也有;C中T2噬菌体的遗传物质是D N
20、A, 不含S元素;D中H I V的遗传物质是R NA, 水解后产生4种核糖核苷酸。【 解答】 B拓展点1 三个实验设计的思路和方法验证D NA是遗传物质的肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的实验思路基本相同, 即将肺炎双球菌或噬菌体的D NA与其他化学成分( 特别是蛋白质) 分离, 然后用各种成分分别单独 用于 转化 实验 或 侵染 实验, 观察 各自 的遗 传功能。两个经典实验的思路虽基本相同, 但采用的方法有所不同。在肺炎双球菌转化实验中, 是采用直接分离法, 即将S型菌的D NA与其他成分分离, 然后用每种单一成分与R型细菌混合, 做体外转化实验; 在噬菌体侵染细菌实验中, 是采用放
21、射性同位素标记法, 间接将D NA与其他成分分离。病毒的拆开重组实验也将R NA与其他成分分离, 单独研究各自的遗传功能。【 案例1】 肺炎双球菌的离体转化实验和噬菌体侵染细菌实验都证明了D NA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是( ) 。A.将不同的D NA片段重组合到一起, 研究其表型效应B.将D NA用D NA酶水解后, 研究其表型效应C.设法把D NA与蛋白质分开, 研究各自的效应D.应用同位素示踪技术, 研究D NA在亲代与子代之间的传递【 精析】 肺炎双球菌的离体转化实验是指艾弗里等人做的实验, 将S菌的D NA、 蛋白质、 多糖等物质分离后分别和R菌一起培养, 观察实验
22、结果; 噬菌体侵染细菌实验是将噬菌体的D NA和蛋白质分别标记后去侵染大肠杆菌, 观察实验结果。由此可看出, 它们的共同设计思路都是设法把D NA与蛋白质分开, 研究各自的效应。【 解答】 C关键提醒 肺炎双球菌的离体转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了D NA是遗传物质, 但不能证明D NA是主要的遗传物质。拓展点2 上清液和沉淀物中为何都有放射性?1.用3 2P标记的噬菌体侵染大肠杆菌, 理论上在上清液中不含放射性, 下层沉淀物中应具有很高的放射性, 而实验最终结果显示在离心后的上清液中, 也有一定的放射性, 而下层的放射性强度却比理论值略低。从理论上讲噬菌体已将含3 2P的D NA全部
23、注入到大肠杆菌内, 所以上层液放射性应该为0,而实验数据和理论数据之间有较大误差的原因有二: 一是如果保温时间过短, 有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内, 经离心后分布于上清液中, 使上清液出现放射性; 二是从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离, 这一段保温时间如果过长, 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, 也会使上层液的放射性含量升高。2.若用3 5S标记的噬菌体侵染大肠杆菌, 则可能由于搅拌不充分, 有少量3 5S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面, 随细菌离心到沉淀物中, 使沉淀物中出现少量的放射性。【 案例2】 (2 0 1 1江苏卷)关于“ 噬菌体侵染细
24、菌的实验” 的叙述, 正确的是( ) 。A.分别用含有放射性同位素3 5S和放射性同位素3 2P的培养基培养噬菌体B.分别用3 5S和3 2P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌, 进行长时间的保温培养C.用3 5S标记噬菌体的侵染实验中, 沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致D.3 2P、3 5S标记的噬菌体侵染实验分别说明D NA是遗传物质、 蛋白质不是遗传物质【 精析】 本题考查遗传物质的探索过程中噬菌体侵染细菌的实验, 意在考查考生对实验方法、 步骤以及结果的分析能力。噬菌体营寄生生活, 不能用培养基直接培养; 保温时间不能过长, 若保温时间太长则可能有含3 2P的子代噬菌体释放出来
25、, 离心后存在于上清液中, 导致上清液中检测到3 2P;3 5S标记的是噬菌体的蛋白质, 理论上应存在于上清液中, 但可能因搅拌不充分, 部分噬菌体仍吸附在细菌表面一起存在于沉淀物中; 本实验可说明D NA是遗传物质, 但不能证明蛋白质不是遗传物质, 因为缺少蛋白质进入细菌细胞的对照。【 解答】 C【 案例3】 ( 多选) 赫尔希和蔡斯“ 噬菌体侵染细菌” 的实验中, 噬菌体侵染细菌并经保温、 搅拌与离心后( ) 。A.离心管上清液中析出重量较轻的T2噬菌体B.离心管沉淀物中留下了被感染的大肠杆菌C.含3 5S的放射性同位素主要分布在离心管沉淀物中D.含3 2P的放射性同位素主要分布在离心管上
26、清液中【 精析】 该实验离心后的结果是: 较轻的T2噬菌体颗粒存在于离心管上清液中, 而被噬菌体感染的大肠杆菌由于较重, 则留在离心管沉淀物中。由于该实验用3 5S的放射性同位素标记噬菌体外壳,3 2P的放射性同位素标记噬菌体D NA,所以离心管沉淀物中含3 2P, 上清液中含有3 5S。【 解答】 A、B关键提醒 噬菌体没有细胞结构, 没有独立的产能系统和蛋白质合成系统, 只能在细菌体内繁殖, 不能在普通培养基上培养。一般动物病毒则用活鸡胚培养。第1节 D NA是主要的遗传物质为了生活 为了工作, 为了自己, 努力工作! 鲁 迅拓展点3 作为遗传物质应该具有的特点1.遗传物质的特点(1) 分
27、子结构具有相对的稳定性;(2) 能够进行自我复制, 使前后代保持一定的连续性;(3) 能够指导蛋白质的合成, 从而控制新陈代谢过程和性状;(4) 能产生可遗传的变异。2.噬菌体侵染细菌实验的结论(1) 噬菌体侵染细菌的实验能证明:D NA是遗传物质;(2) 还能间接证明D NA具有遗传物质的两个特点: 一是D NA能自我复制, 使前后代保持一定的连续性; 二是D NA能够指导蛋白质的合成, 从而控制新陈代谢过程和性状。(3) 噬菌体侵染细菌实验不能证明D NA是主要的遗传物质, 也不能严格证明蛋白质不是遗传物质。若添加以下步骤即可严格证明蛋白质不是遗传物质: 将蛋白质外壳注入细菌细胞内, 然后
28、观察细菌体内是否出现子代噬菌体。【 案例4】 噬菌体侵染细菌的实验, 除证明D NA是遗传物质外, 还间接地说明D NA( ) 。能产生可遗传的变异 能进行自我复制能控制蛋白质的合成 是生物的主要遗传物质A.B.C.D.【 精析】 因亲代噬菌体只有D NA进入细菌内部, 在细菌内子代噬菌体的D NA和蛋白质的形成都是以亲代噬菌体的D NA为模板进行的, 故能间接证明噬菌体的D NA能自我复制, 也能指导蛋白质的合成。【 解答】 B【 案例5】 下 列 哪 项 是 遗 传 物 质 必 须 具 备 的 特 点?( ) 。A.主要存在于细胞核中 B.能自我复制C.是高分子物质 D.染色体是主要的载体
29、【 精析】 自我复制是遗传物质必备的条件之一, 只有复制才能把遗传信息传递给后代。【 解答】 B综合应用题【 例1】 ( 要点2) 某同学通过对肺炎双球菌的转化实验的学习认识到:R型菌能转化为S型菌的原因是在S型菌体内有“ 转化因子” D NA。那么,S型菌能转化为R型菌吗?如果能, 则R型菌体内的转化因子也是D NA吗? 他设计了两个模仿格里菲思和艾弗里的实验来探究这个问题。材料: 肺炎双球菌两品系(S型菌若干、R型菌若干) 、 小鼠若干、 固体培养基、 蒸馏水。仪器: 培养皿若干、 一次性注射器若干、 细菌分离设备( 可将细菌的各种物质分离开来) 、 酒精灯、 试管等。实验一: 探究R型菌
30、体内是否有“ 转化因子” 。(1) 实验及结果:将R型菌注入小鼠体内, 小鼠正常。将S型菌注入小鼠体内, 小鼠致病死亡。将加热杀死后的R型菌注入小鼠体内, 小鼠正常。将活的S型菌和加热杀死后的R型菌混合后注入小鼠体内, 小鼠致病死亡。(2) 实验结论:S型菌未转化为R型菌,R型菌体内没有转化因子。该同学的实验结论证据充足吗? , 如果不充足,应补充什么实验步骤才能得出正确结论? 。假设通过上述补充实验观察到了S型菌转化为R型菌的现象, 他又模拟艾弗里的实验来探究R型菌体内的“ 转化因子” 是什么物质?实验二: 探究“ 转化因子” 的化学本质。(1) 实验原理( 设计思路) : 。(2) 实验步
31、骤:将R型菌分离后得到它的D NA、 蛋白质、 糖类、 脂质。将等量的培养基分装于A、B、C、D四个培养皿中, 在A培养皿中接种活的S型菌和R型菌的D NA, 在B培养皿中接种活的S型菌和R型菌的蛋白质, 在C培养皿中接种活的S型菌和R型菌的多糖, 在D培养皿中接种活的S型菌和R型菌的脂质, 将A、B、C、D放入2 5恒温箱中培养, 一天后观察培养皿中的菌落特征。(3) 实验结果:A中出现了光滑型和粗糙型菌落,B、C、D中只出现光滑型菌落。(4) 实验结论:R型菌的转化因子是D NA。该同学获取实验结论的证据尚不够充分, 请补充设计结论可靠性的实验。【 精析】 实验一: 根据上述实验步骤, 将
32、活的S型菌和加热杀死后的R型菌混合后注入小鼠体内, 小鼠致病死亡, 这只能说明活的S型菌能使小鼠致病死亡, 但不能说明S型菌未转化为R型菌、R型菌体内没有转化因子。若要探究死亡小鼠体内是否含有R型菌, 应抽取小鼠的血液并进行微生物的培养, 观察菌落的特征, 以鉴定是否有R型菌出现。实验二: 艾弗里的实验设计的原理是将S型菌的D NA、 蛋白质、 糖类、 脂质等完全分开, 分别和R型菌混合培养, 并观察各种物质在遗传中的作用。为了进一步说明D NA的遗传作用, 艾弗里用含有经过D NA酶处理过的S型菌D NA的培养基培养R型细菌, 并与前几组实验对照。本实验只要将S型菌改为R型菌即可。【 解答】
33、 实验一: 不充足 应补充步骤: 抽取中死亡小鼠的血液, 接种于固体培养基上, 观察记录菌落特征实验二: 将R型菌的D NA、 蛋白质、 糖类、 脂质等完全分开, 分别和S菌混合培养, 并观察各种物质在遗传中的作用在培养皿E中装入等量的培养基, 接种活的S型菌并加入经过D NA酶处理过的R型菌的D NA, 将E放入2 5恒温箱中培养, 一天后观察培养皿中的菌落特征。【 分析对比】 D NA加热到9 09 5时( 根据D NA含有GC碱基对的比例, 比例高则变性温度高, 反之则低, 因为GC碱基对之间有3个氢键, 而AT之间只有2个氢键) ,D NA双螺旋之间的氢键会打开, 从而解开双链, 称为
34、变性。但是这与蛋白质的高温变性不同, 这种变性是可逆的, 当温度降低到6 5以下时,已经解开的双链会重新形成双螺旋第3章 基因的本质 坦诚是最明智的策略。 富兰克林结构, 叫做D NA的复性, 此时的D NA的遗传功能没有变化。所以加热杀死的S型肺炎双球菌的D NA仍然具有遗传功能,能使R型细菌发生转化。探究创新题【 例2】 自从世界上发现了能感染人类的高致病性禽流感病毒( 简称禽流感) , 我国就参与了抗击禽流感的国际性合作, 并已经研制出预防禽流感的疫苗。根据所学知识回答下列问题:(1) 实验室中获得大量禽流感病毒, 不是将病毒直接接种到无细胞的培养基上, 而是以活鸡胚为培养基, 其原因是
35、 。(2) 利用特定的颜色反应来鉴定禽流感病毒的化学组分,原理是:R NA在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色; ;D NA与二苯胺试剂共热显蓝色。(3) 实验分析出禽流感病毒的物质组成为蛋白质和R NA,不含D NA, 则证明禽流感病毒的遗传物质的最关键的实验设计思路是 。(4) 请你预测用禽流感病毒的蛋白质和R NA分别感染活鸡胚存在的几种可能性:蛋白质与R NA都有遗传效应, 说明: 蛋白质和R NA都是遗传物质; , 说明: ; , 说明: 。【 精析】 (1) 病毒营寄生生活, 只有在活细胞内才能生存。(2) 蛋白质可用双缩脲试剂鉴定, 发生紫色反应。(3) 证明某生物的遗传物质的关键思
36、路是设法把其各种成分分离开来, 单独地、 直接地观察每种成分的作用。(4) 探究性实验的结果预测与结论分析要考虑各种可能的情况。【 解答】 (1) 病毒的繁殖只能在宿主的活细胞中进行(2)蛋白质与双缩脲试剂作用显紫色 (3) 设法将禽流感病毒的蛋白质和R NA分开, 单独地、 直接地去观察它们各自的作用 (4)R NA有遗传效应, 而蛋白质没有遗传效应 R NA是遗传物质, 而蛋白质不是遗传物质 R NA没有遗传效应, 而蛋白质有遗传效应 R NA不是遗传物质, 而蛋白质是遗传物质( 或R NA和蛋白质都没有遗传效应 R NA和蛋白质都不是遗传物质)【 技法规律】 探究性实验一般包括: 确立课
37、题、 假设、 设计实验、 预期、 完成实验、 观察并记录结果( 有时需收集数据) 、 分析结果( 数据) 并推导结论七个基本内容。解答的关键是把握好下面的几个原则: 单因子变量原则; 对照原则; 重复原则; 科学原则等。步骤的一般顺序为:分组并编号、 前期共性处理;实验变量处理;后期共性处理;观察现象,记录结果;分析结果, 推导结论。夯基固本1.( 要点1) 下列所示的核苷酸中, 在D NA结构中不可能具有的是( ) 。2.( 要点2) 某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验, 进行了以下4个实验:S型菌的D NA+D NA酶加入R型菌注射入小鼠R型菌的D NA+D NA酶加入S型菌注射入小鼠R型菌
38、+D NA酶高温加热后冷却加入S型菌的D NA注射入小鼠S型菌+D NA酶高温加热后冷却加入R型菌的D NA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3.( 要点2) 格里菲思用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验, 此实验结果( ) 。A.证明了D NA是遗传物质B.证明了R NA是遗传物质C.证明了蛋白质是遗传物质D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质4.( 要点3) 某同学分离纯化了甲、 乙两种噬菌体的蛋白质和D NA, 重新组合为“ 杂合” 噬菌
39、体, 然后分别感染大肠杆菌,并对子代噬菌体的表现型作出预测, 见下表。其中预测正确的是( ) 。“ 杂合” 噬菌体的组成实验预期结果预期结果序号子代表现型甲的D NA+乙的蛋白质1与甲种一致2与乙种一致乙的D NA+甲的蛋白质3与甲种一致4与乙种一致A. 1、3B. 1、4C. 2、3D. 2、45.( 要点3) 如果用3 2P和3 5S分别标记噬菌体的D NA和蛋白质外壳, 当它侵染细菌后, 经多次复制, 所释放出来的子代噬菌体( ) 。A.不含3 2PB.含少量3 2PC.含大量3 2PD.含少量3 5S6.( 要点4) 关于病毒的遗传物质的叙述中, 正确的是( ) 。A.都是脱氧核糖核酸
40、B.同时存在脱氧核糖核酸和核糖核酸C.都是核糖核酸D.有的是脱氧核糖核酸, 有的是核糖核酸7.( 拓展点2)3 5S标记的噬菌体侵染细菌时,离心后的沉淀物第1节 D NA是主要的遗传物质勇气是身处逆境的光明。 沃维纳格中有少量放射性的原因( ) 。A.含3 5S的噬菌体蛋白质外壳进入细菌中B.少量3 5S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面没有分离C.3 5S的噬菌体蛋白质外壳离心后沉淀在下部D.3 5S的噬菌体蛋白质外壳和D NA一同进入细菌中8.( 拓展点1) 下列是烟草花叶病毒侵染烟草的实验示意图,请据图回答问题。(1) 在丙组实验中观察到的现象是 ;结论: 。(2) 在乙组实验中观察到的现
41、象是 ;结论: 。(3) 甲组实验的目的是 。综合应用9.( 要点1)1 0 0多年前, 人们就开始了对遗传物质的探索历程。对此有关叙述错误的是( ) 。A.最初认为遗传物质是蛋白质, 是推测氨基酸的多种排列顺序可能蕴含遗传信息B.在艾弗里肺炎双球菌转化实验中, 只有加入S型菌的D NA才会发生转化现象C.噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力, 是因为其蛋白质与D NA完全分开D.噬菌体侵染细菌实验中, 在离心后的沉淀物中能测到放射性同位素3 5S1 0.( 要点2) 通过艾弗里的“ 肺炎双球菌转化实验” 可以证明( ) 。A.遗传物质主要存在于染色体上B. D NA是遗传物质C.在不含D NA
42、的生物中,R NA是遗传物质D. D NA是主要的遗传物质1 1.( 要点2) 下图表示“ 肺炎双球菌转化实验” 的部分研究过程。能充分说明“D NA是遗传物质, 而蛋白质等其他物质不是遗传物质” 的是( ) 。含活R型菌的培养基 +S - D NA长出S型菌继续培养S型菌+S - R NA只长R型菌继续培养R型菌+S -蛋白质只长R型菌继续培养R型菌+S -荚膜多糖只长R型菌继续培养R型菌A.B.C.D.1 2.( 要点3)(2 0 1 1重庆九龙坡区月考)赫尔希和蔡斯分别用3 5S和3 2P标记T2噬菌体的蛋白质和D NA组分, 下列被标记的部位组合正确的是( ) 。CHNH2C O OH
43、 A.B.C.D.1 3.( 要点2) 在肺炎双球菌的转化实验中, 在培养有R型细菌的1、2、3、4四个试管中, 依次分别加入从S型活细菌中提取的D NA、D NA和D NA酶、 蛋白质、 多糖, 经过培养, 检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是( ) 。A. 3和4B. 1、3和4C. 2、3和4D. 1、2、3和41 4.( 要点3)T2噬菌体侵染细菌的过程中, 起决定性作用的步骤是( ) 。A.噬菌体D NA注入细菌内B.利用细菌的结构和原料, 合成噬菌体D N A和外壳蛋白质C.利用病毒的结构和原料, 合成噬菌体外壳蛋白质D.子代噬菌体的组装、 成熟、 释放1 5.( 拓展点2) 用3
44、 5S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, 对于沉淀物中还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3 5S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D NA分子上含有少量的3 5SD.少量含有放射性3 5S的蛋白质进入大肠杆菌内1 6.( 拓展点1) 肺炎双球菌能引起人患肺炎和小鼠患败血症。已知有许多不同菌株, 但只有光滑型(S) 菌株能引起疾病,这些有毒菌株的细胞表面有多糖类的胶状荚膜, 使它们不被宿主正常的防御系
45、统破坏。请就下面肺炎双球菌的转化实验回答下列问题。A. R型( 无荚膜、 无毒菌)注射小鼠健康B. S型( 有荚膜、 有毒菌)注射小鼠败血症( 死亡)C.高温杀死S型菌注射小鼠健康D.活R型菌+高温杀死S型菌注射小鼠败血症( 死亡)(1) 从D组实验中的小鼠体内可以分离出 型菌。肺炎双球菌具有的细胞器是 , 单个细菌用肉眼是看不见的, 通常要用 观察。(2) 从上述实验可以看出: 在D组实验中, 已经被加热杀死的S型细菌中必然含有 物质。(3)1 9 4 4年, 艾弗里等科学家从S型菌中提取D NA、 蛋白质和多糖荚膜等成分, 分别与R型菌一起培养, 结果发现:S型细菌的D NA与R型活菌混合
46、, 将混合物注入小鼠体内, 可使小鼠致死, 这说明 第3章 基因的本质 做一个有信义的人胜做一个有名气的人。 西奥多罗斯福 。S型细菌的蛋白质或多糖荚膜与R型活菌混合并注入小鼠体内, 小鼠将 , 从小鼠体内只能分离出 菌。(4) 如果将D NA酶注入活的S型细菌中, 再将这样的S型菌与R型 活 菌 混 合, 混 合 物 不 使 小 鼠 致 死, 原 因 是 。(5) 在艾弗里进行的肺炎双球菌的转化实验中, 所谓的“ 转化” 是指从甲细菌中提取转化因子处理乙细菌, 使乙细菌获得甲细菌的某些遗传特性。这里的转化因子是 。探究创新1 7.( 拓展点2) 下图为用含3 2P的T2噬菌体侵染大肠杆菌(T
47、2噬菌体专性寄生在大肠杆菌细胞内) 的实验, 据图回答下列问题。(1) 根据上述实验对下列问题进行分析: 图中锥形瓶中的培养液是用来培养 的; 图中的A表示 过程,此过程中进入大肠杆菌的是 。(2) 对下列可能出现的实验误差进行分析:实验测定, 发现在搅拌后的上清液中含有0. 8%的放射性, 其最可能的原因是 。当接种噬菌体后培养时间过长, 发现在搅拌后的上清液中有放射性, 其最可能的原因是 。(3) 请你设计一个给T2噬菌体标记上3 2P的实验。 参考答案与点拨1. B 2. D 3. D 4. B 5. B6. D 提示: 生物的遗传物质是核酸( 包括D NA和R NA) , 对一个具体生
48、物来说, 它的遗传物质是D NA或R NA。对病毒来说, 有些病毒的遗传物质是D NA, 如噬菌体; 有些病毒的遗传物质是R NA, 如烟草花叶病毒。7. B 提示:A、D错误:含3 5S的噬菌体蛋白质外壳不可能进入细菌中;B正确: 由于搅拌不充分, 有少量3 5S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面, 随细菌离心到沉淀物中;C错误: 离心后重量较轻的T2噬菌体颗粒在上清液中, 沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。8.(1) 出现病株, 并能从中提取完整的病毒 R NA是遗传物质 (2) 不出现病株 蛋白质不是遗传物质(3) 对照实验提示: 本题考查烟草花叶病毒的遗传物质。烟草花叶病毒的遗传物质是R N
49、A, 而不是蛋白质。烟草花叶病毒侵入烟草细胞的只有R NA, 蛋白质外壳留在外面不起作用。9. D 提示: 噬菌体侵染细菌实验中, 在离心后的沉淀物中只有很低的放射性同位素3 5S, 放射性同位素3 5S主要分布于上清液中。1 0. B1 1. D 提示: 本题考查肺炎双球菌的转化实验。实验过程表明了S型菌的D NA分子使部分R型菌发生了转化, 其后代仍然是S型菌, 说明了D NA分子是转化因子, 是遗传物质。而把S型菌的其他化学成分单独地与R型菌混合培养, 却不能使R型菌转化为S型菌, 说明蛋白质等其他物质不是遗传物质。1 2.A 提示: 图中为氨基酸的R基,依次为组成D NA的磷酸、 脱氧
50、核糖和含氮碱基。3 5S标记T2噬菌体的蛋白质, 其中3 5S位于氨基酸的R基中;3 2P标记T2噬菌体的D NA, 其中3 2P位于D NA的磷酸中。1 3. D 提示: 在1号管中加入的S型的D NA, 只能使部分R菌发生转化, 试管中仍有大部分的R菌,2、3、4号管中没有发生转化, 当然仍有R菌。1 4 .B 提示: 噬菌体侵染细菌的过程分为吸附、 注入、 复制、 组装、 释放。但噬菌体要在细菌体内进行繁殖, 其关键是噬菌体的D NA要在细菌体内进行复制, 因为此实验要证明的是D NA是遗传物质, 并且要以噬菌体D NA为模板控制合成噬菌体的蛋白质外壳。1 5.A 提示: 噬菌体侵染大肠
51、杆菌时, 外壳吸附在大肠杆菌表面,D NA注入到大肠杆菌内, 通过搅拌、 离心, 上层液体中仅含T2噬菌体的外壳, 下层是大肠杆菌, 噬菌体的外壳和大肠杆菌分离。如果搅拌离心后仍有少量含有3 5S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上, 从而导致放射性主要分布在上清液中, 沉淀物的放射性很低。1 6.(1)S 核糖体 显微镜 (2) 某种促成细菌由R型转化为S型的活性 (3)S型细菌的D NA可使R型活菌转化为S型 正常生活 R型 (4)D NA酶使D NA分子被破坏 (5)S型菌的D NA分子1 7.(1) 大肠杆菌 噬菌体侵染大肠杆菌 噬菌体的D NA (2) 部分噬菌体没有侵入大肠杆菌, 仍存在于
52、培养液中 复制增殖后的噬菌体从大肠杆菌内释放出来(3)配制适宜大肠杆菌生长的培养基, 在培养基中加入用3 2P标记的脱氧核苷酸作为合成D NA的原料;在培养基中接种大肠杆菌, 培养一段时间后, 再接种噬菌体, 继续进行培养;在培养基中提取出所需的T2噬菌体, 其体内的D NA被标记上3 2P。问题探讨1.提示: 遗传物质必须稳定, 要能贮存大量的遗传信息,可以准确地复制出拷贝, 传递给下一代等。2.提示: 这是一道开放性的题, 答案并不唯一, 只要提出正确的思路即可。旁栏思考题(P4 5)提示: 因为S仅存在于T2噬菌体的蛋白质组分中, 而P则主要存在于D N A组分中。用1 4C和1 8O等
53、元素是不可行的, 因为T2噬菌体的蛋白质和D N A分子的组分中都含有这两种元素。思考与讨论(P4 6)1.提示: 细菌和病毒作为实验材料具有的优点是:个体第2节 D NA分子的结构对人不尊敬 首先就是对自己的不尊敬。 惠特曼很小, 结构简单, 容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。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。繁殖快。细菌2 03 0m i n就可繁殖一代, 病毒短时间内可大量繁殖。2.最关键的实验设计思路是设法把D NA与蛋白质分开,单独地、 直接地去观察D NA或蛋白质的作用。3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、 物质的提纯和鉴定技术等。赫
54、尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、 同位素标记技术, 以及物质的提取和分离技术等。( 只要答出上述主要技术就可以)科学成果的取得必须有技术手段做保证, 技术的发展需要以科学原理为基础, 因此, 科学与技术是相互支持、 相互促进的。练习一、基础题1.(1) (2) 2. C 3. D二、拓展题1.提示: 实验表明, 噬菌体在感染大肠杆菌时, 进入大肠杆菌内的主要是D NA, 而蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此, 大肠杆菌裂解后, 释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息, 以大肠杆菌内的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。2.提示: 肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明, 作为遗传物质至少要具备以下几个条件: 能够精确地复制自己; 能够指导蛋白质的合成, 从而控制生物的性状和新陈代谢; 具有贮存遗传信息的能力; 结构比较稳定等。
