DNA遗传物质导学案与习题

一、导学案设计（一）学习目标1.知识目标：阐明肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验的原理与结论，归纳“DNA是主要遗传物质”的科学依据。2.能力目标：通过分析经典实验的设计思路与技术方法，提升科学探究与逻辑推理能力；尝试设计简单实验验证遗传物质的作用。3.素养目标：认同科学结论的得出需经严谨实验验证，体会科学家的创新思维与锲而不舍的探索精神。（二）知识回顾与梳理1.遗传物质的早期推测20世纪20年代，多数科学家认为蛋白质是遗传物质（理由：蛋白质结构复杂、多样性高，推测其能储存大量遗传信息）；30年代后，人们认识到DNA的化学组成（脱氧核苷酸：含氮碱基+脱氧核糖+磷酸），但对其结构与功能的认知尚浅。2.探索DNA是遗传物质的经典实验（1）肺炎链球菌的转化实验格里菲斯的体内转化实验：①实验材料：S型菌（有荚膜、有毒性、菌落光滑）、R型菌（无荚膜、无毒性、菌落粗糙）。②实验过程：R型活菌→小鼠→存活；S型活菌→小鼠→死亡；加热杀死的S型菌→小鼠→存活；加热杀死的S型菌+R型活菌→小鼠→死亡，且从小鼠体内分离出S型活菌。③结论：加热杀死的S型菌中存在某种“转化因子”，能使R型菌转化为S型菌。艾弗里的体外转化实验：①实验思路：将S型菌的DNA、蛋白质、多糖等物质分离提纯，分别与R型菌混合培养，观察转化效果。②实验结果：只有加入S型菌DNA的组，R型菌能转化为S型菌；若对DNA进行酶解（如加DNA酶），转化作用消失。③结论：DNA是使R型菌产生稳定遗传变化的物质（直接证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是）。（2）噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯）实验材料：T₂噬菌体（寄生在大肠杆菌内的病毒，由蛋白质外壳和DNA核心组成）、大肠杆菌。实验技术：放射性同位素标记法（用³²P标记DNA，³⁵S标记蛋白质，利用两者元素组成差异：DNA含P，蛋白质含S）。实验过程：①标记噬菌体：分别用含³²P和³⁵S的培养基培养大肠杆菌，再用被标记的大肠杆菌培养噬菌体，获得含³²P的噬菌体（DNA被标记）和含³⁵S的噬菌体（蛋白质被标记）。②侵染实验：用标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，保温后搅拌、离心（搅拌使噬菌体与细菌分离，离心使上清液含噬菌体外壳，沉淀物含细菌）。实验结果：³²P标记组：放射性主要在沉淀物（细菌内），上清液放射性低；³⁵S标记组：放射性主要在上清液（噬菌体外壳），沉淀物放射性低。结论：噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞，而蛋白质外壳留在外面；子代噬菌体的性状由亲代DNA决定，证明DNA是遗传物质。（3）RNA是遗传物质的证据（烟草花叶病毒实验）实验：将烟草花叶病毒（TMV）的RNA与蛋白质分离，分别感染烟草叶片。结果：只有RNA能使烟草出现花叶病症状，且子代病毒与亲代病毒性状一致。结论：RNA也可作为遗传物质。3.归纳：DNA是主要的遗传物质细胞生物（原核、真核）的遗传物质：DNA；病毒的遗传物质：DNA或RNA（如噬菌体遗传物质为DNA，烟草花叶病毒为RNA）；因此，绝大多数生物的遗传物质是DNA，故DNA是主要的遗传物质。（三）重难点剖析1.实验设计的核心思路：**将DNA与蛋白质等物质分离，单独观察它们的作用**艾弗里实验：直接分离S型菌的各种成分，单独处理R型菌；噬菌体实验：利用病毒侵染的特点，通过放射性标记区分DNA和蛋白质的去向。2.实验技术的关键作用放射性同位素标记法：通过³²P（DNA特有）和³⁵S（蛋白质特有）的标记，清晰追踪DNA和蛋白质的位置，排除相互干扰。细菌培养与噬菌体繁殖的关联：噬菌体依赖大肠杆菌的原料和场所进行增殖，保证实验中“亲子代”的遗传关系分析。3.实验结论的逻辑推导艾弗里实验：“DNA酶处理后转化作用消失”→证明DNA的完整性是转化的关键；噬菌体实验：“上清液与沉淀物的放射性分布”→证明DNA进入细胞，蛋白质未进入，且子代噬菌体的遗传信息来自DNA。（四）探究性学习活动活动1：分析格里菲斯实验的“转化本质”问题串：1.加热杀死的S型菌为何还能使R型菌转化？（提示：加热使蛋白质变性，但DNA在温和条件下可恢复活性）2.转化产生的S型菌后代为何仍为S型？（提示：转化的本质是DNA整合到R型菌基因组中，遗传物质发生了改变）活动2：评价实验设计的严谨性对比艾弗里实验与噬菌体实验的设计，思考：艾弗里实验中，为何要对DNA进行“DNA酶处理”？（提示：排除DNA中可能混有的蛋白质等杂质的干扰，进一步证明是DNA起作用）噬菌体实验中，“搅拌、离心”的目的是否完全达到？若搅拌不充分，³⁵S标记组的沉淀物放射性会如何变化？（提示：搅拌不充分会导致噬菌体外壳残留于细菌表面，离心后随细菌进入沉淀物，使³⁵S标记组沉淀物放射性升高）活动3：构建“生物遗传物质”的概念图尝试用概念图梳理：细胞生物、病毒的遗传物质类型，以及“DNA是主要遗传物质”的依据。（五）总结与反思1.整理实验结论的逻辑链：从“转化因子”的推测，到DNA的直接证明，再到RNA作为遗传物质的补充，最终归纳“DNA是主要遗传物质”。2.反思科学研究的方法：经典实验如何通过“单一变量控制”“对照实验”等方法保证结论的可靠性？二、配套习题训练（一）基础巩固题1.格里菲斯的肺炎链球菌转化实验证明了（）A.S型菌的DNA可使R型菌转化为S型菌B.蛋白质是遗传物质C.加热杀死的S型菌中存在转化因子D.DNA是主要的遗传物质解析：格里菲斯实验仅证明加热杀死的S型菌有转化因子，未明确转化因子的本质（艾弗里实验才证明是DNA）。故选C。2.噬菌体侵染细菌实验中，标记噬菌体DNA的放射性同位素是（）A.¹⁴CB.³²PC.³⁵SD.¹⁵N解析：DNA含P，蛋白质含S，故用³²P标记DNA。选B。（二）能力提升题3.某科研小组模拟艾弗里实验，将S型菌的DNA、蛋白质、多糖分别与R型菌混合培养，结果如下表。请分析：实验组别加入物质培养后菌落类型------------------------------------------------1S型菌DNAR型、S型2S型菌蛋白质R型3S型菌多糖R型4S型菌DNA+DNA酶R型（1）组1中出现S型菌的原因是________________________；（2）组4的实验结果说明________________________。解析：（1）S型菌DNA整合到R型菌基因组中，使R型菌发生转化；（2）DNA酶分解DNA后，转化作用消失，证明DNA是转化的关键物质。4.若用含³²P的培养基直接培养噬菌体，能否得到被标记的噬菌体？为什么？解析：不能。噬菌体是病毒，无细胞结构，不能独立生活，必须寄生在活细胞（大肠杆菌）中，因此需先标记大肠杆菌，再用其培养噬菌体。（三）拓展应用题5.新冠病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA，某同学认为“所有病毒的遗传物质都是RNA”，该观点是否正确？请结合所学知识说明理由。解析：不正确。病毒的遗传物质是DNA或RNA，如噬菌体（DNA病毒）的遗传物质是DNA，烟草花叶病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA。因此，病毒的遗传物质有两种可能，不能一概而论。6.某新型病毒的遗传物质是单链DNA，若该病毒侵染细胞后，以自身DNA为模板合成子代DNA，推测其复制过程中碱基互补配对的方式，并说明理由。解析：单链DNA复制时，需先以自身为模板合成互补链（形成双链DNA中间体），再以双链为模板进行半保留复制。碱基配对方式为A-T、T-A、C-G、G-C（因为DNA的碱基配对遵循A与T、C与G的原则）。三、学习建议1