高中生物 第4章 遗传的分子基础 第1节 探索遗传物质的过程学案 苏教版必修2.doc

第一节探索遗传物质的过程学习目标知识概览(教师用书独具)1分析肺炎双球菌体内、体外转化实验的过程和结论。(重点)2掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程和结论。(重难点)3理解dna是主要的遗传物质的实验思路及结论。(重点)4掌握dna的提取原理、过程和鉴定原理。(重点)自 主 预 习探 新 知一、肺炎双球菌的转化实验1肺炎双球菌的类型和特点种类项目s型细菌r型细菌菌落表面光滑表面粗糙菌体有无毒性有无2.格里菲思实验(1)实验过程及现象(2)结论：加热杀死的s型细菌中含有某种物质，能将部分无毒性的r型细菌转化为有毒性的s型细菌，且这种性状的转化是可以遗传的。3艾弗里实验(1)实验思路：设法将s型细菌的dna、蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地去观察各自的作用。(2)实验过程 (3)艾弗里实验的分析使r型细菌转化为s型细菌并不需要s型细菌的完整细胞。构成s型活细菌的dna、蛋白质和多糖等物质中，是dna使r型细菌转化为s型细菌，并具有了致病性。(4)实验结论dna是使r型细菌产生稳定遗传变化的物质，即dna是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。二、噬菌体侵染细菌实验及dna是主要遗传物质1噬菌体侵染细菌实验(1)t2噬菌体结构特点：营寄生生活，在宿主细胞外不能(填“能”或“不能”)进行独立代谢；在亲代噬菌体dna作用下，利用宿主细胞的物质合成自身的dna和蛋白质。(2)实验方法：放射性同位素标记法。用35s标记一部分噬菌体的蛋白质，用32p标记另一部分噬菌体的dna。(3)实验过程(4)实验分析t2噬菌体侵染大肠杆菌时，蛋白质外壳留在细菌体外，注入大肠杆菌体内的物质是dna，而且大肠杆菌裂解时释放出来的噬菌体与侵染大肠杆菌的一样。(5)实验结论：遗传物质是dna。2rna是遗传物质的证据(1)烟草花叶病毒的实验烟草花叶病毒结构实验过程结论：rna起着控制性状的作用，而不是蛋白质；即rna是烟草花叶病毒的遗传物质。(2)tmv(烟草花叶病毒)与hrv(车前草病毒)的病毒重建实验实验过程重建病毒烟草hrv的病斑hrv重建病毒烟草tmv的病斑tmv结论：在只含有rna而不含有dna的病毒中，遗传物质是rna。3人类的探索结论dna是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是dna，只有少数生物的遗传物质是rna。4dna的粗提取与鉴定(1)提取dnadna在nacl溶液中的溶解度，随着nacl浓度的变化而改变。当nacl的物质的量浓度为0.14_mol/l时，dna的溶解度最低。通过改变nacl溶液的浓度，可以使溶解在nacl溶液中的dna析出。dna不溶于乙醇溶液，细胞中的某些物质可以溶于乙醇溶液，据此可进一步提取出含杂质较少的dna。(2)dna的鉴定dna溶解在2 mol/l的nacl溶液中，加入4 ml二苯胺试剂，沸水浴中加热5 min，溶液变成蓝色。基础自测1判断对错(1)肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明dna是主要的遗传物质。()(2)将s型细菌的dna加入r型细菌的培养基中，培养基中只会出现s型细菌落。()(3)32p标记的噬菌体是接种在含有32p的培养基中获得的。()(4)合成子代噬菌体的dna和蛋白质所需的原料全部来自大肠杆菌。()(5)dna在nacl溶液中的溶解度，随着nacl浓度的增大而增大。()提示：(1)肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明dna是遗传物质。(2)将s型细菌的dna加入r型细菌的培养基中，培养基中既出现r型细菌也出现s型细菌。(3)噬菌体营寄生生活，需寄生在寄主细胞中。(4)(5)nacl的物质的量的浓度为0.14 mol/l时，dna溶解度最低，大于或低于该浓度时，dna的溶解度均增大。2下列关于探索dna是遗传物质实验的相关叙述，正确的是()【导学号：01632113】a格里菲思实验中r型肺炎双球菌都转化为s型b格里菲思实验证明了dna是肺炎双球菌的遗传物质c赫尔希和蔡斯实验中t2噬菌体的dna是用32p直接标记的d赫尔希和蔡斯实验证明了dna是t2噬菌体的遗传物质d格里菲思实验中r型肺炎双球菌部分转化为s型，a选项错误；格里菲思实验只能说明加热杀死的s型细菌中存在某种“转化因子”，而不能说明该“转化因子”是dna，b选项错误；噬菌体是病毒，在宿主细胞内才能完成dna复制等生命活动，不能用32p直接标记噬菌体，而应先用32p标记噬菌体的宿主细胞，再用被标记的宿主细胞培养噬菌体，c选项错误；赫尔希和蔡斯实验证明了dna是t2噬菌体的遗传物质，d选项正确。3从烟草花叶病毒(tmv)中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验中，不可能出现的结果是()实验编号实验过程实验结果病斑类型病斑中的病毒类型a型tmv感染植物a型a型b型tmv感染植物b型b型组合病毒(a型tmv的蛋白质b型tmv的rna)感染植物b型a型组合病毒(b型tmv的蛋白质a型tmv的rna)感染植物a型a型a实验b实验c实验 d实验c烟草花叶病毒是rna病毒，遗传特性是由rna决定的，实验组合病毒的遗传物质是b型tmv的rna，所以分离出的病毒类型应该是b型。合 作 探 究攻 重 难肺炎双球菌的转化实验背景材料思考交流1该实验中自变量是什么？提示：加入的酶。2该实验中，能产生s型细菌的有哪些？提示：实验一、三能产生s型细菌。3该实验能得出什么结论？提示：只有dna酶能使dna分解。1肺炎双球菌体内与体外转化实验的比较项目体内转化实验体外转化实验实验者格里菲思艾弗里及其同事细菌培养在小鼠体内体外培养基实验原则r型细菌与s型细菌的毒性对照s型细菌各成分的作用进行对照实验结果加热杀死的s型细菌能使r型细菌转化为s型细菌s型细菌的dna能使r型细菌转化为s型细菌实验结论s型细菌体内有“转化因子”s型细菌的dna是遗传物质巧妙构思用加热杀死的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，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用联系所用材料相同，选用s型和r型肺炎双球菌；体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸；两实验都遵循对照原则、单一变量原则；两实验目的是探究遗传物质的成分。2.实验拓展分析(1)在加热杀死s型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，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。(2)r型细菌转化成s型细菌的实质是s型细菌dna与r型细菌dna实现重组，表现出s型细菌的性状。(3)转化后形成的s型细菌的性状可以遗传下去，说明s型细菌的dna是遗传物质。特别提醒：肺炎双球菌转化实验的三点提醒(1)并非所有的r型细菌都发生转化：由于转化受到dna的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此只是小部分r型细菌被转化成s型细菌。(2)格里菲思的体内转化实验仅说明加热杀死的s型细菌内含有“转化因子”，而没有证明“转化因子”的本质，只有艾弗里的体外转化实验才证明了“转化因子”是dna。(3)体内转化实验不能简单地说成s型细菌的dna可使小鼠致死：s型细菌的dna进入r型细菌体内，在s型细菌dna控制下，利用r型细菌体内的化学成分合成了s型细菌的dna和蛋白质等，从而组装成了具有毒性的s型细菌。典例通关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型细菌的dnadna酶加入r型细菌注射入小鼠r型细菌的dnadna酶加入s型细菌注射入小鼠r型细菌dna酶高温加热后冷却加入s型细菌的dna注射入小鼠s型细菌dna酶高温加热后冷却加入r型细菌的dna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，存活技巧点拨s型细菌使小鼠死亡，s型细菌可以是自身遗传的，也可以是r型细菌转化而来的。d中s型细菌dna已被dna酶分解，小鼠存活；中r型细菌的dna已被dna酶降解，但加入s型细菌，小鼠死亡；高温加热后，细菌被杀灭，小鼠存活；中s型细菌dna已经被dna酶分解，高温杀灭细菌，小鼠存活。(1)中有r型细菌和s型细菌的dna，为什么r型细菌未转化为s型细菌？提示：中r型细菌经过高温加热已经死亡，无法转化。(2)若改为s型细菌的dna高温加热后冷却加入r型细菌注射入小鼠，小鼠生活状况是怎样的？提示：死亡，因为dna高温加热冷却后仍具有活性，可促使r型细菌转化为s型细菌。活学活用1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，下列关于此实验的结论不正确的是 () 【导学号：01632114】a说明了肺炎双球菌的遗传物质是dnab说明了r型活细菌在一定条件下能够转化为s型细菌c说明了r型活细菌是无毒性的d说明了加热杀死的s型细菌是无毒性的a格里菲思的实验证明了加热杀死的s型细菌能促进r型细菌转化成s型细菌，没有证明dna是遗传物质。2艾弗里及其同事用r型和s型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知()实验组号接种菌型加入s型细菌的物质培养皿长菌情况r蛋白质r型r荚膜多糖r型rdnar型、s型rdna(经dna酶处理)r型a.不能证明s型细菌的蛋白质不是转化因子b说明s型细菌的荚膜多糖有酶活性c和说明s型细菌的dna是转化因子d说明dna是主要的遗传物质c第组实验说明蛋白质和荚膜多糖与r型细菌转化为s型细菌无关，a、b项错误。第组实验说明dna与r型细菌转化为s型细菌有关，第组实验说明dna被水解后的产物不能使r型细菌转化为s型细菌，c项正确。只能说明dna是遗传物质，而不能说明dna是主要的遗传物质，d项错误。题后反思：两个转化实验的两个不同(1)方法不同：格里菲思是利用肺炎双球菌进行体内转化实验，艾弗里是利用肺炎双球菌进行体外转化实验。(2)结论不同：格里菲思的实验只是证明了s型菌内存在某种“遗传物质”，艾弗里的实验则在格里菲思的实验的基础上，进一步证明了“遗传物质”是dna。噬菌体侵染细菌实验及dna是主要遗传物质背景材料下图是噬菌体侵染细菌的全过程思考交流1噬菌体侵染细菌时进入细菌细胞的物质是什么？提示：dna。2合成子代噬菌体的蛋白质和dna时所需原料来自哪里？提示：来自细菌细胞。3用35s标记噬菌体应如何操作？提示：先用含35s的氨基酸的培养基培养细菌，然后用噬菌体侵染细菌。4能否同时用35s和32p标记噬菌体？提示：不能。无法区分放射性是来自dna还是蛋白质。1噬菌体侵染细菌实验分析(1)t2噬菌体化学组成：60%是蛋白质，40%是dna。所含元素特点：s仅存在于蛋白质分子中，p几乎都存在于dna分子中，c、h、o、n在蛋白质和dna中均存在。(2)实验过程及结果第一步：标记细菌细菌含35s的培养基含35s的细菌细菌含32p的培养基含32p的细菌第二步：标记t2噬菌体t2噬菌体含35s的细菌含35s的t2噬菌体t2噬菌体含32p的细菌含32p的t2噬菌体第三步：t2噬菌体侵染细菌a含35s的t2噬菌体细菌上清液放射性很高，沉淀物放射性很低b含32p的t2噬菌体细菌上清液放射性很低，沉淀物放射性很高(3)用35s标记噬菌体侵染细菌的分析放射性主要存在于上清液的原因：蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，离心后存在于上清液中。沉淀物中有少量放射性物质的原因：由于搅拌不充分，有少量含35s的噬菌体吸附在大肠杆菌表面，随大肠杆菌离心到沉淀物中。(4)用32p标记噬菌体侵染细菌的分析放射性主要存在于沉淀物的原因：dna进入大肠杆菌，离心后存在于沉淀物中。上清液中有少量放射性物质的原因：a保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。b保温时间过长，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中。(5)实验结论直接证明：dna是遗传物质。间接证明：dna能够自我复制，使前后代性状保持一定的连续性；dna能控制蛋白质的合成。2探索遗传物质的经典实验归纳3生物的遗传物质(1)不同生物的遗传物质的判断(2)细胞中的核酸的分布细胞中有两种核酸，dna主要存在于细胞核中，rna主要存在于细胞质中，只有dna是遗传物质。dna在真核细胞中存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，所以遗传物质的载体是染色体、线粒体和叶绿体。4dna的粗提取与鉴定(1)材料的制备(以鸡血材料为例)(2)方法步骤析出含dna的丝状物：向上述滤液缓缓加入蒸馏水，并轻轻地沿同一方向搅拌，出现丝状物，当丝状物不再增加时，停止加水(此时nacl浓度为0.14 mol/l)，用玻璃棒将丝状物挑起，即为含一定杂质的dna(3)dna的鉴定取两支20 ml的试管，各加入物质的量浓度为2 mol/l的nacl溶液5 ml，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。然后，向两支试管中各加入4 ml的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5 min，待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化，看看溶解有dna的溶液是否变蓝。特别提醒：噬菌体侵染细菌实验中的两个不能(1)实验中不能用c、h、o、n标记，因为这些元素在dna和蛋白质中都含有，无法区分。(2)不能证明：dna是主要的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。典例通关某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了如下实验：用32p标记的噬菌体侵染未标记的细菌；用未标记的噬菌体侵染35s标记的细菌；用15n标记的噬菌体侵染未标记的细菌。一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是()a沉淀、上清液、沉淀和上清液b沉淀、沉淀、沉淀和上清液c沉淀、上清液、沉淀d上清液、上清液、沉淀和上清液技巧点拨噬菌体及其外壳存在于上清液中，细菌(包括被侵染后的细菌)存在于沉淀物中。b32p标记的是噬菌体的dna，噬菌体的dna进入细菌细胞中，放射性会出现在沉淀中。35s标记的是细菌的蛋白质，细菌的蛋白质在细菌细胞中，放射性会出现在沉淀中。15n标记的是噬菌体dna和蛋白质，噬菌体的dna进入细菌细胞中，放射性出现在沉淀中，噬菌体的蛋白质没有进入细菌，放射性出现在上清液中。(1)中的最终实验结果35s会出现在噬菌体中吗？提示：能。35s标记的是细菌中的氨基酸，其提供合成噬菌体蛋白质外壳的原料。(2)中15n标记噬菌体的哪些成分？在子代噬菌体的哪些成分中含有15n?提示：15n标记噬菌体的蛋白质和dna。在子代噬菌体的dna中可能含有15n。活学活用1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。下列有关叙述正确的是()a用32p、35s标记同一组t2噬菌体的dna和蛋白质b该实验的步骤是标记、培养、搅拌、离心、检测c用含有充足有机物的完全培养基培养t2噬菌体d该实验证明了dna是主要的遗传物质b32p、35s分别标记不同组t2噬菌体的dna和蛋白质，a错误；该实验先标记噬菌体，然后用标记的噬菌体侵染大肠杆菌培养噬菌体，之后进行搅拌和离心，最后检测上清液和沉淀物的放射性，b正确；t2噬菌体只能用活的细胞培养，不能用培养基培养，c错误；该实验证明了dna是遗传物质，但不能证明dna是主要的遗传物质。2为证明蛋白质和dna究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“t2噬菌体侵染大肠杆菌”的实验(t2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。下图中亲代噬菌体已用32p标记，a、c中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述正确的是() 【导学号：01632115】a图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32p标记的无机盐b若要达到实验目的，还要再设计一组用35s标记噬菌体的实验，两组相互对照c噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律d若本组实验b(上清液)中出现放射性，则不能证明dna是遗传物质b由题干信息可知，图中亲代噬菌体已用32p标记，则锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明dna是遗传物质，还应设计一组用35s标记噬菌体的实验，二者为相互对照实验；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；若本组实验b(上清液)中出现放射性，可能是实验时间较长，大肠杆菌裂解导致的，也可能是部分噬菌体的dna未侵入大肠杆菌，经搅拌、离心到上清液中。1噬菌体在繁殖过程中所利用的原料是() 【导学号：01632116】a细菌的核苷酸和氨基酸b自身的核苷酸和细菌的氨基酸c自身的核苷酸和氨基酸d自身的氨基酸和细菌的核苷酸a噬菌体只能寄生在活的细胞中，在繁殖过程中以自己的遗传物质为模板，用宿主细胞的核苷酸和氨基酸作原料，进行遗传物质的复制和蛋白质外壳的合成，a正确。2关于噬菌体侵染细菌的实验，下列叙述错误的是()a用含35s的培养基培养噬菌体，可让外壳蛋白被标记b含35s的噬菌体在感染细菌时，放射性蛋白质附着在宿主细胞外面c含32p的噬菌体在感染细菌时，放射性同位素进入宿主细胞内d含32p的噬菌体侵染细菌实验中，悬浮液中的放射性会受实验时间影响a病毒营活细胞寄生生活，只能用活细胞培养。题后反思：“二看法”判断子代噬菌体标记情况 当 堂 达 标固 双 基1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dnab酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上ct2噬菌体的遗传物质中含有硫元素dhiv的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸b豌豆是细胞生物，含有两种核酸，遗传物质是dna，没有主要和次要之分，a错误；酵母菌是细胞生物，遗传物质是dna，而且酵母菌是真核生物，dna主要分布在其染色体上，b正确；t2噬菌体的遗传物质是dna，所含有的元素是c、h、o、n、p五种，c错误；hiv的遗传物质是rna，水解后产生4种核糖核苷酸，d错误。2肺炎双球菌转化实验中，在培养有r型细菌的a、b、c、d四支试管中，分别进行如下处理，有s型细菌形成的试管是() 【导学号：01632117】a由于dna是遗传物质，所以a试管能够形成s型细菌，b试管虽然加入了s型细菌的dna，但也加入了dna酶，dna酶将dna分解了，不能使r型细菌转化为s型细菌。3赫尔希和蔡斯用32p标记的t2噬菌体与未标记的细菌培养液混合，一段时间后经过搅拌、离心得到上清液和沉淀物。下列与此实验相关的叙述正确的是()a为使t2噬菌体中含有32p，可用含32p的培养基直接培养t2噬菌体b离心后，32p只存在于沉淀物中，上清液中不含有放射性c如果搅拌、离心前混合时间过长，会导致上清液中放射性升高d此实验证明了dna是主要的遗传物质c噬菌体是病毒，必须寄生在活细胞内才能生存，要使t2噬菌体含有标记，应用标记的大肠杆菌进行培养，故a错误。离心后，32p标记的dna存在于沉淀物中，但上清液中也会含有少量的放射性，故b错误。如果搅拌、离心前保温时间过长，细菌会裂解，噬菌体会释放到上清液中，上清液中放射性升高，故c正确。此实验证明了dna是遗传物质，故d错误。4在遗传物质发现过程中的几个重要实验中，应用了放射性同位素示踪技术的是()a噬菌体侵染细菌的实验b肺炎双球菌的体内转化实验c烟草花叶病毒感染烟草的实验d肺炎双球菌的体外转化实验a噬菌体侵染细菌的实验应用了放射性同位素示