DNA是主要的遗传物质-2024届高三生物一轮复习知识清单

第六单元遗传的物质基础第1讲DNA是主要的遗传物质

考点一肺炎链球菌的转化实验

历史步伐：

①孟德尔提出生物的性状由遗传因子控制【假说一演绎法】。

②约翰逊把遗传因子改名为基因。

③萨顿提出基因在染色体上的推论【推理的方法】。摩尔根证明基因位于染色体上【假说一

演绎法】。

④20世纪中叶，科学家发现染色体主要组成成分蛋白质和DNA。

思考：遗传物质是DNA还是蛋白质？为什么？

对遗传物质的早期推测：

20世纪20年代：氨基酸多种多样的排列可能蕴含遗传信息，当时对于其他生物大分子的研

究，还没有发现与此类似的结构特点一蛋白质是生物体的遗传物质

20世纪30年代：DNA是由许多脱氧核昔酸聚合而成的生物大分子，但对DNA的结构没有

清晰的了解一一意识到DNA的重要性，但蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位

1.实验材料：两种肺炎链球菌(原核生物、消费者、寄生菌)

了解：菌落指分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖成肉眼可见的、有一定

形态结构的子细胞群体。

R型菌：菌落表面粗糙(Rough),无荚膜(主要是水、多糖等结构),无致病性

S型菌：菌落表面光滑(Smooth),有荚膜，有致病性。(人患肺炎，小鼠患败血症)

辨别：显微镜观察是否有荚膜，肉眼观察菌落边缘是粗糙还是光滑

相关信息：荚膜是某些细菌的细胞壁外面

注纹门》不死亡

[①R型活细菌

注处,‘死亡，分离出

包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感型活细菌

(②S，土身小S型活细菌

‘鹫鼠»不死亡

染人体或动物后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。(③加热致死的S型细菌

混合

④R型活细菌+加热致

有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，局*r死亡,分离出

死的S型细菌注短一s型活细菌

有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。实验①、②对比说明R型活细菌无致病性,S型

活细菌有致病性

思考：S型肺炎链球菌的致病性是直接由荚实验②、③对比说明被^眼!致死的S型细菌无翎荷性

实验②、③、④对比说明R型活细菌可转化为S型

膜引起的吗？活细菌

不是，S型肺炎链球菌的致病性是由遗传物；加热致死的S型细菌，含有某种使R型活细菌

[转化为S型活细菌的活性物质——转化因子

质改变合成毒性蛋白引起的。由于荚膜的保护

作用，S型肺炎链球菌可在体内大量繁殖。

2.格里菲思的体内转化实验1928年

注意：不能简单的说成S型细菌的DNA使小鼠死亡

实验结论：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性

物质——转化因子

即R型一S型（这种状态的转化可遗传）

转化：是指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质（DNA或RNA）而表现出后者的

遗传性状或发生遗传性状改变的现象。【属于基因重组】

''转化因子"是什么？【导思：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？有多糖、脂质、蛋白质、

DNAo加热使蛋白质变性失活不可逆，DNA在加热结束后DNA双链恢复，可恢复活性】

3.艾弗里的体外转化实验

20世纪40年代艾弗里和他的同事将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖

类'蛋白质和脂质，【还存留着DNA、RNA、少量的糖类、蛋白质和脂质】制成细胞提取物。

艾弗里的设计思路：运用“减法原理”人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化

小、」依次而不面布斑用S画细菌的细庖盘戢

心歌］物后观察其转化活性；

［破碎加热致死的s型细菌］

设法去除绝大部分

自变量控|糖类、蛋白质和脂质

¥1的减|S型细菌的细胞提取物）

法原理《.........―酶处理

♦①♦②@~。⑤

不加酶蛋白酶RNA酶酯酶DNA酶

［分别加入有R型活细菌的培养霸

♦♦♦♦♦

R型细菌R型细菌R型细菌R型细菌只长R

S型细菌S型细菌S型细菌S型细菌型细菌

实验①是对照组，②③④⑤是实验组；

诲就实验②③④分别说明蛋白质、RNA、脂质

没有转化作用

实验①⑤说明WA有转化作用

在自J沃A才臭布R杀细南声至矗矗通行妥相：

7士少:的物质，即DNA是遗传物质J

科学方法：自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”

在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”

与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如，在“比较过氧化氢在不同条件下

的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCL溶液、滴加肝脏研磨液的处

答案第2页，总10页

理。

与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验

中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。

实验结论：S型细菌的转化因子是DNA,DNA是遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物

质。(纠正了一个生物界的错误的普遍共识)

脑补：艾弗里可证明蛋白质不是遗传物质。

艾弗里曾多次提名诺贝尔奖获得者，但很遗憾没获。至艾弗里去世后诺贝尔奖评选委员不得

不承认艾弗里在遗传领域的十分重要贡献。

4、比较肺炎链球菌体内和体外转化实验

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)

R型细菌与S型细菌的致病性

实验对照S型细菌各成分作用的相互对照

对照

观察指标小鼠的存活情况培养基中菌落种类

加热致死的S型细菌能使R型S型细菌的DNA可使R型细菌转

实验结果

细菌转化为S型细菌化为S型细菌

加热致死的S型细菌体内有转S型细菌的DNA是转化因子(遗

实验结论

化因子传物质)，蛋白质等不是遗传物质

①所用的材料相同：都巧妙选用R型和S型两种肺炎链球菌

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

联系“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

归纳概括肺炎链球菌转化的实质

(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分子中，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，但转化后形成的S型细菌的DNA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。

考点二噬菌体侵染细菌的实验

1952年，赫尔希和他的助手蔡斯以T?噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完

成了另一个更具有说服力的实验.

1.实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌。

DNA：含二元素（填特征元素）

T2噬菌体夕烧：蛋白质,含元素（填特征元素）

①结构：头部+尾部（头部和尾部的外壳是由蛋白质生活方式:贵生在大肠杆菌体内

构成，头部内含有DNA）

②成分：60%是蛋白质（C、H、0、N、S等），40%是DNA（C、H、

0、N、P）对这两种物质的分析表明：硫是蛋白质的特有元素，

磷几乎都存在于DNA分子中。可用35s标记蛋白质，32P标记DNA

②生活方式：专性寄生在大肠杆菌体内

④增殖方式：复制式增殖。子代DNA复制模板来自亲代噬菌体,

原料、能量等来自大肠杆菌。子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。

2.实验方法:放射性同位素标记法。该实验中用35S、32P

分别标记蛋白质和DNAo

3.实验过程

【先标记细菌再标记噬菌体】

（1）标记噬菌体：T2噬菌体属于病毒，专门寄生在大肠杆菌

体内，不能直接用培养基培养。若要标记T2噬菌体,需先标

记大肠杆菌。

释放（或阳）标用噬菌体侵染"S（或"P）

记的噬菌体标记的大肠杆菌

标记大肠杆菌，分别含35S、32P培养基培养大肠杆菌（培养基

需先灭菌再接种细菌置于适宜条件下）

注意：①不能标记蛋白质和DNA共有元素0N、Me、3H、180,否则无法将蛋白质和DNA区分,

且18。、15N不具有放射性。

②不能同时对同一噬菌体标记32P和35S,因为放射性检测时只能检测到放射性位置,不能

确定是何种元素的放射性。

③病毒侵入细胞的几种方式

注射式侵入：一般为有尾部噬菌体的侵入方式，如T2噬菌体侵染大肠杆菌。

答案第4页，总10页

细胞内吞：经细胞膜内陷形成吞噬泡，使病毒颗粒进入细胞质中，是某些动物病毒常见的

入侵方式，如新冠病毒进入宿主细胞。

其他特殊方式：植物病毒通过存在于植物细胞壁上的小伤口侵入，或通过昆虫用口器、吸

器等取食时侵入植物体内。

（）用标记的大肠杆菌标记噬菌体

2|含3玉的培养墓|空夫智含3s的大肠杆菌I

大肠

|含&P的培养基隹类■菱为含的大肠杆菌

（3）用标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌（短时杆菌"PI

获

|含35s的

标

记*蛋白质外壳含％的噬菌帐|

间保温）|大肠杆菌噬

菌

噬菌

体

含32P的培养体受IDNA含叫＜的噬菌体］

①“短时间”：保证子代噬菌体正处于合成阶段,大肠杆菌

子代噬菌体还没有组装好，或已组装但并未释放。已标记噬菌体侵染未标记大肠杆菌

|含35s的噬菌体।|含32P的噬菌体|

②“保温”:为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度,口「侵染F二

|普通灵肠杆菌||普通大肠杆菌|

u­一菰拌、离心后检测放。性一u-

以保证酶的活性。上清液蓝射性围II上清液蓝射性低

沉淀物鸟射性低I沉淀物放射性直

（4）搅拌离心一卜一大。杆菌裂解后检测二噬菌

|没春5s|体的标记情况|存在323（部方|

【应在噬菌体的DNA已经注入细菌和在细菌没有

裂解（释放）前进行】

搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体（噬菌体蛋白质外壳）和大肠杆菌分离;

离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大

肠杆菌。

上清液：噬菌体（噬菌体蛋白质外壳/释放的子代噬菌体/未侵染的亲代噬菌体））

沉淀物：被注入噬菌体DNA大肠杆菌［上清液为噬菌体外壳H放射性很高）

⑸观察放射性的分布假］囿沉淀物主要为包含噬|（放射件很低］

35S标记蛋白质组：放射性主要分布在上清液。说明噬盖1菌体"A的大褊道卜一菌

体侵染细菌时蛋白质外壳留在细菌外面。【沉淀物也有少量含”的噬菌体上清液放射性

蛋白质外壳吸附在偏低，沉淀物

（较低，若偏高）放射性原因：可能是搅拌不充分，噬大肠杆菌表面放射性偏高菌

体吸附在细菌表面。注意：保温时间长短对该组无影响】

上清液中含噬放射性

搅菌体外壳口很低

拌

绝大部分

32P标记DNA组：放射性主要分布在沉淀物中。说明噬菌后体

噬菌体侵-

染细菌且离

心沉淀物为包含

未释放

侵染细菌时DNA进入到细菌细胞中（注意不是所有子代噬噬菌体DNA的菌

大肠杆菌

体均被32P标记）【上清液也有（较低，若偏高）放射性的原

部分噬菌体未侵染

大肠杆菌

因：可能是保温时间过长释放出来的噬菌体或者保温时间搅拌后上清液放过

离心射性偏高

部分噬菌体增殖后

未侵染的噬菌体（有放射性），经过离心在上清液中。I释放出来注

意：是否搅拌对该组无影响】

（6）实验结果分析

1）噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。

2）子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。

4.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,即吆星才是噬菌

体的遗传物质。

该实验能不能证明蛋白质不是遗传物质吗？

因为蛋白质外壳未进入宿主细胞而是留在外面，其作用不能体现。所有不能证明蛋白质是遗

传物质，也不能证明蛋白质不是遗传物质。

小结：三个经典实验

①1928年格里菲思——体内转化实验

③20世纪40年代艾弗里一体外转化实验

③1952年赫尔希、蔡斯一噬菌体侵染细菌实验（前后24年时间）证明DNA是遗传物质【单

个或几个实验不能说明DNA是主要遗传物质，对于一种生物来说遗传物质只有一种，注意：细胞

核和细胞质中遗传物种都是DNA]

5.比较肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验

项目肺炎链球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验

运用“减法原理”人为去除某个影响设法将DNA与其他物质分开，单独、

设计思路

因素后，观察实验结果的变化直接研究它们各自不同的遗传功能

酶解法：对细胞提取物分别用蛋白

放射性同位素标记法：分别用同位素

处理方法质酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处

35S、32P标记噬菌体蛋白质和DNA

理后，与R型细菌混合培养

主要技术手细菌的培养技术、物质的提纯和鉴噬菌体的培养技术、同位素标记技术、

段定技术等物质的提取和分离技术等

检测方式观察菌落类型检测放射性同位素存在位置

证明DNA是遗传物质，而蛋白质等证明DNA是遗传物质，但不能直接证

结论

物质不是遗传物质明蛋白质不是遗传物质

6、同位素标记法在实验中的应用

同位素标记法是用示踪元素标记化合物，通过追踪同位素标记的化合物确定物质的转移途径

或对有关的化学反应进行追踪，也称为同位素示踪法。

答案第6页，总10页

⑴噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系

DNA蛋白质DNA和蛋白质

亲代噬菌体32p35s14C、3H>18O>15N

培养细菌31p32S12C>2H>16O^14N

32P、

子代噬菌体32SC、H、O、N两种都有

31p

“二看法”判断子代噬菌体标记情况

二

~N提供原料，子代噬菌体都会被标问

看

标

三标tBDNA：子代部分噬菌体

记

音中会出现放射性

生

标

物标记蛋白质:子代噬菌体中

一

一

记

一不会出现放射性

R

素标记DNA和蛋白质:子代部

〕分噬菌体中会出现放射性

(2)高中生物其他常用同位素示踪举例

同位

标记物质研究内容结论(结果)

素

暗反应中碳的转移途

14cco发现卡尔文循环

2径

分泌蛋白的合成分泌核糖体f内质网f高

3H亮氨酸

过程尔基体一细胞膜

H2O和产生的02来自H2O,

180光合作用中02的来源

CO2而不是co2

15NDNADNA的复制DNA半保留复制

考点三生物体内的遗传物质分析

1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验

⑴实验过程及现象正常

“—］图\

(2)实验结论：跃屿_是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质患露烟草烟草花患病

叶病毒

不是烟草花叶病毒的遗传物质。

gRNA是烟草花叶病毒的遗传物质,蛋白质不

砂是烟草花叶病毒的遗传物质

2.病毒重建及其对烟草叶细胞的感染

TMVHRV

(1)实验过程及结果|降解j降解

(2)结果分析与结论：重组病毒产生的子代病毒类型取

|分别感染烟草叶片，叶片上出现病斑|

决于提供邸区的病毒类型。

出现》RV的病斑出现TMV’的病斑

I,--------------,I

HRV-------1病毒后代类型|-----►TMV

3.探索结论：DNA是主要的遗传物质,因为实验证明绝大核酸种类.

有细胞I'DNA和RNA

结构遗传物质I

鱼数生物的遗传物质是DNA,只有少部分生物的遗传物质是DNA

DNA病毒

RNAo无细胞一只含DNA,遗传物质为DNA

结构|RNA病毒.

①一切生物的遗传物质是核酸只含RNA,遗传物质为RNA

绝大多数生物的遗传物质是DNA>NA是主

结J

②凡是具有细胞结构的生物，既有DNA,又有RNA,遗传物质论tE的遗传

只有少部分病毒的遗传物质是RNA」4万质

是DNA

③在只含RNA的少数病毒(新冠病毒、烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感)中，RNA

才作为遗传物质。

4.作为遗传物质所必须具备的特点：

①结构稳定一保持物种的稳定性

②能产生可遗传变异

③能够精确复制一保持亲子代的连续性

④能指导蛋白质合成一控制生物的性状和代谢过程

⑤能储存大量遗传信息一保证生物的多样性

注意：噬菌体侵染细菌实验证明了①③④，但不能证明②

思考：蛋白质不适合作为遗传物质的原因？

蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中含量往往是不固定的，分子结构也不稳定，另

外，它也不能遗传给后代。

5.“遗传物质”探索的3种方法

答案第8页，总10页

某未知

探究

基一

特有碱

、RNA

NA

标记D

认该病

消耗确

是否被

依据其

遗传

病毒的

为

“丁

一耗

传物质

毒的遗

DNA

同位物质是

A

为RN

“U”

NAA,耗

素标还是RDN

举

记法

物质核

的组成

记病毒

分别标

将

元素，

毒中的特有

究病白质中

探酸、蛋

开，

起质分

类分子蛋白

哪酸和

的核

病毒

用自

作它们各

遗传地观察

、直接

单独

用

的作

蛋白质

病毒的

另一种

核酸与

病毒的

将一种

病毒

病毒

杂种

，得到

新组合

外壳重

法

重组

酶，将

水解

NA

加入D

性，如

专一

酶的

利用

否还

物质是

作用的

起控制